CN106661454A - 具有易于调节的旋转粘度的液晶组合物 - Google Patents

Abstract

本发明提供了根据本发明一个示例性实施方案的具有易于调节的旋转粘度同时保持低温稳定性、清亮点和介电各向异性(正值)在最佳状态的液晶组合物，所述液晶组合物包含：选自由化学式1表示的液晶化合物中的至少一种液晶化合物作为第一组分；选自由化学式2表示的液晶化合物中的至少一种液晶化合物作为第二组分；和选自由化学式3表示的液晶化合物中的至少一种液晶化合物作为第三组分。根据本发明的液晶组合物具有高清亮点、折光指数各向异性、可控制的弹性模量以及高电阻率，其旋转粘度可以容易地调低。因此，提供了满足各种液晶显示器(LCD)装置特性的液晶组合物。

Description

具有易于调节的旋转粘度的液晶组合物

发明领域

本发明涉及适合于矩阵液晶(MLC)显示器的具有易于调节的旋转粘度的液晶组合物，更具体地，涉及具有正介电各向异性的液晶组合物，其涉及使用正液晶如扭曲向列(TN)模式和面内切换(IPS)模式的装置。特别地，本发明涉及可应用于要求高电阻率的有源矩阵液晶显示器(AM-LCD)的液晶。

背景技术

根据液晶显示器(LCD)面板的特性和电压施加模式，存在各种类型的LCD，例如TN、STN、IPS和FFS，并且通常将7到20种单一液晶化合物组合来制备液晶显示器，因为用一种或两种材料不可能使其特性适合于产品所需的特性，例如清亮点的温度、介电各向异性、折光指数各向异性和旋转粘度。这种液晶组合物所需的特性如下：

[表1]

LCD所需的液晶混合物的特性

形成这种液晶组合物的单一液晶化合物是分子量为200到600的具有长条形分子结构的有机材料。单一液晶化合物的结构分为保持直链度的核心基团、具有柔性的末端基团和用于特定用途的连接基团。末端部分在一端或两端包含可易于弯曲的链形式(烷基、烷氧基、烯基)以保持柔性，另一端引入极性基团(F、CN、OCF₃等)以用于调节液晶的物理性能，例如介电常数。

自开发应用于液晶显示器(LCD)技术的单一液晶化合物已经有几十年了，制备了各种形式的单一液晶化合物，并且通过将这些单一液晶化合物组合制备液晶组合物，然而，仍然持续需要具有最佳液晶显示器(LCD)性能的液晶组合物。

作为与本发明有关的单一液晶化合物，日本专利特许公开第1993-025068号公开了化学式1的氟取代三联苯化合物，欧洲专利申请公开第0122389号公开了具有两个彼此连接的环己烷的代表性的非极性液晶化合物，以及日本专利特许公开第1990-004724号公开了有利于改善介电各向异性的多种氟取代液晶化合物；然而，在本领域中仅已知每种液晶化合物的特性，而在近来商业化的各种液晶显示器(LCD)中低温稳定性、清亮点、介电各向异性(正值)和旋转粘度调节的复杂相互作用下，用于具有易于调节的旋转粘度同时保持其他性能在最佳状态的液晶组合物的配制技术在本领域中是未知的。

发明内容

本发明涉及提供具有易于调节的旋转粘度同时保持低温稳定性、清亮点和介电各向异性(正值)在最佳状态的液晶组合物，因此涉及满足各种液晶显示器(LCD)装置特性的液晶组合物。

根据本发明的示例性实施例，具有易于调节的旋转粘度同时保持低温稳定性、清亮点和介电各向异性(正值)在最佳状态的液晶组合物包含：选自由以下化学式1表示的液晶化合物中的至少一种液晶化合物作为第一组分；选自由以下化学式2表示的液晶化合物中的至少一种液晶化合物作为第二组分；以及选自由以下化学式3表示的液晶化合物中的至少一种液晶化合物作为第三组分。

化学式1

化学式2

化学式3

其中R和R′彼此独立地为具有1至12个碳原子的烷基、烯基和烷氧基；X是F、CF₃、OCF₃或OCF₂CF＝CF₂；以及六元环A和六元环B彼此独立地为以下基团：

具体实施方式

除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域的技术人员通常理解的相同含义。一般而言，本文使用的术语在本领域是公知且通常使用的。

本发明提供了具有易于调节的旋转粘度同时保持低温稳定性、清亮点、介电各向异性(正值)在最佳状态的液晶组合物。

本发明涉及包含以下的液晶组合物：选自由以下化学式1表示的液晶化合物中的至少一种液晶化合物作为第一组分；选自由以下化学式2表示的液晶化合物中的至少一种液晶化合物作为第二组分；和选自由以下化学式3表示的液晶化合物中的至少一种液晶化合物作为第三组分。

化学式1

化学式2

化学式3

其中R和R′彼此独立地为具有1至12个碳原子的烷基、烯基和烷氧基；X是F、CF₃、OCF₃或OCF₂CF＝CF₂；以及六元环A和六元环B彼此独立地为以下基团。六元环A和六元环B彼此独立地为环己基中1个或2个CH₂单元被氧替代的环化合物、(氟化)苯基或环己基。

当制备可用于LCD的液晶组合物时，化学式1至3的液晶化合物可用于补充在折衷关系中的物理性能，例如介电各向异性、折光指数各向异性、旋转粘度和清亮点。

化学式1至3的代表性化合物的特性值示于下表2中。表2中所示的液晶组合物中单独的单一液晶化合物的特性如下：

第一组分改善折光指数各向异性和介电各向异性，并且具有低的粘度。此外，第一组分具有高的弹性模量，因此对需要高弹性模量的IPS或FFS模式特别有用。在本发明中，推断第一组分代表高弹性模量同时保持相似的介电各向异性，或易于改善旋转粘度以有利于响应速度。

第二组分具有低的粘度，并且调节折光指数各向异性和介电各向异性。

第三组分改善化学式1和2化合物欠缺的清亮点和介电常数，或适当调节折光指数各向异性。

[表2]

化学式1至3的化合物中代表性化合物的特性值

注意：清亮点、介电各向异性、折光指数各向异性和旋转粘度是10％的外推值，K₁₁和K₃₃是主体10％混合物的值。

此外，本发明可以选择性地包含由化学式4或5表示的第四组分或第五组分中的一种或更多种，以便使包含第一组分至第三组分的组合物的特性适合LCD所需的特性，第四组分和第五组分如下：

第四组分改善介电各向异性。

第五组分改善清亮点温度，并且如果需要，优化折光指数各向异性。

化学式4

化学式5

其中R、R₁、R₂彼此独立地为具有1至12个碳原子的烷基、烯基和烷氧基；X是F、CF₃、OCF₃或OCF₂CF＝CF₂；Z、Z₁和Z₂是单键、CF₂O、CH₂CH₂、COO或CF₂CF₂。在化学式4中，当Z为单键并且m＝1时，n不为0，且m+n≤3，当Z不为单键时，m和n分别为0或1，且m+n≠0。在化学式5中，当Z₁和Z₂为单键时，m＝1或2。六元环A、六元环B、六元环D、六元环E和六元环F彼此独立地为以下基团：

六元环A和六元环B

六元环D、六元环E和六元环F

使用第四组分和第五组分以调节为LCD的主要特性的阈值电压和相位差。特别地，第四组分有利于调节介电各向异性使其变大而具有更好的特性。第五组分根据苯基的数量改变折光指数各向异性，并且是优化LCD装置所需特性相位差(单元间隙X折光指数各向异性)所需的材料。

以下，将详细描述本发明液晶组合物中组分液晶化合物的组分组合和临界范围：

本发明的液晶组合物的优选组合如下：

包含第一组分+第二组分+第三组分的液晶组合物

包含第一组分+第二组分+第三组分+第四组分的液晶组合物

包含第一组分+第二组分+第三组分+第四组分+第五组分的液晶组合物

考虑到低温稳定性和折光指数各向异性，以3重量％至30重量％包含第一组分，并且优选3重量％至10重量％以保持低旋转粘度。

第二组分是保持低粘度的重要成分，考虑到响应特性，以10重量％至80重量％包含，考虑到介电各向异性和折光指数各向异性，优选30重量％至50重量％。

第三组分是改善介电各向异性和清亮点所需的组分，以3重量％至80重量％，优选10重量％至50重量％包含。

本发明的一个方面是液晶组合物，当包含3重量％至10重量％的第一组分时，即使在将第一组分至第三组分的总含量调节到50重量％至90重量％并使用的情况下，所述组合物也可具有低旋转粘度，同时具有适合每种液晶显示器驱动模式的清亮点、介电各向异性和折光指数各向异性，即可以将液晶组合物的旋转粘度调低，同时优化液晶组合物的其他特性值。

可进一步选择性地包含的第四组分适合于改善各向异性或清亮点，且以3重量％至70重量％包含。

第五组分是改善清亮点和调节折光指数各向异性所需的材料，且以3重量％至70重量％使用。

将描述本发明的优选液晶化合物。

第一组分液晶化合物由化学式1-1-0至1-3-0表示，并且考虑到低温稳定性和旋转粘度，更优选化学式1-1-0和1-2-0的化合物。

优选的第二组分是化学式2-1-0至2-5-0的液晶化合物，化学式2-1-0的化合物对降低粘度有用，化学式2-2-0和2-3-0的化合物对增加弹性模量有用。

作为第三组分，优选化学式3-1-0至3-4-0的化合物，并且特别地，化学式3-1-0的化合物对改善介电各向异性有用，化学式3-3-3或3-3-4的化合物对增加弹性模量有用。此外，化学式3-4-0的化合物对于改善清亮点是优选的。

作为第四组分，优选化学式4-2-1至4-6-1的化合物，化学式4-2-1或4-2-2的化合物对改善清亮点有用，化学式4-3-1或4-3-2的化合物对于改善介电各向异性是优选的。

作为第五组分，化学式5-1-0至5-3-0的化合物是有用的，并用于改善折光指数各向异性和清亮点。

化学式1-1-0

化学式1-2-0

化学式1-3-0

化学式2-1-0

化学式2-2-0

化学式2-3-0

化学式2-4-0

化学式2-5-0

化学式3-1-0

化学式3-2-1

化学式3-2-2

化学式3-3-1

化学式3-3-2

化学式3-3-3

化学式3-3-4

化学式3-4-0

化学式4-2-1

化学式4-2-2

化学式4-3-1

化学式4-3-2

化学式4-4-1

化学式4-6-1

化学式5-1-0

化学式5-2-0

化学式5-3-0

其中R、R₁、R₂彼此独立地为具有1至12个碳原子的烷基、烯基和烷氧基；且X为F、CF₃、OCF₃或OCF₂CF＝CF₂。

本发明涉及适合于矩阵液晶(MLC)显示器的具有易于调节的旋转粘度的液晶组合物。特别地，本发明涉及具有正介电各向异性的液晶组合物，其有利于使用正液晶如扭曲向列(TN)模式和面内切换(IPS)模式的装置。此模式下使用的背光可产生造成损伤的热和紫外线(UV)，因此，一些实际产品可能具有不合适的特性。因此，由于在使用正液晶的LCD模式中所需的用于维持高电阻率并避免热和UV的损害的热和光稳定性是重要的，可以分别以0ppm至2000ppm添加选自化学式6至8的化合物中的至少一种化合物，所述化合物是混合物的抗氧化剂或UV稳定剂。优选地，独立地或选择性地，200ppm至300ppm是合适的，并且在化学式6中，R₃优选C₇H₁₅，并且在化学式7和8中，R₄和R₅是氢或烷基链，优选氢或CH₃，其使液晶的物理性能的变化最小化。

化学式6

化学式7

化学式8

此外，在如STN和TN中赋予液晶混合物的螺旋结构的情况下，以0.01重量％至5重量％添加手性掺杂剂如化学式9的化合物，从而使其适合期望的间距。

化学式9

下文将通过如下实施例更详细地描述本发明。提供这些实施例仅仅为了说明本发明，并且对于本领域技术人员明显的是，对本发明的范围解释不限于这些实施例。

[实施例]

在本发明的实施例中，数值以重量％表示，并且除非另有说明，在20℃下测量介电常数、折射率、旋转粘度和弹性模量。各物理特性测量如下：

通过以下测量清亮点：将样品放入配有温度调节器的装置中并在以3℃/分钟的速率升高温度的同时观察清亮点。

通过以下测量介电各向异性：将实施例的液晶注入4μm水平取向(ε_⊥)和垂直取向(ε_//)的样品中，然后在1kHz和0.3V下确定各介电常数并由其计算介电各向异性(Δε＝ε_//-ε_⊥)。

通过以下测量折光指数各向异性：在589nm下使用阿贝折射计(该仪器使用卵磷脂使液晶取向)，然后确定常光折射率(no)和非常光折射率(ne)来计算折光指数各向异性(Δn＝ne-no)。

通过确定瞬态电流的峰值时间和峰值电流来测量旋转粘度。

通过将液晶注入25μm的水平试样中，然后在施加0V至20V的电压的同时观察电容变化来测量弹性模量。

除非实施例中另有说明，否则在没有液晶以外的其他添加剂的情况下进行测量，并且以以下符号命名组合物中所包含的材料名称：命名方法在下表3中示出：

[表3]

实施例中所使用的单一液晶化合物的命名方法

<IPS液晶组合物的实施例>

以下是要求液晶组合物具有高弹性模量的IPS液晶组合物的实施例。比较例1-1和比较例1-2是不包含本发明第一组分的那些，实施例1-1至实施例1-4是包含4.8重量％至9.0重量％的本发明第一组分的那些。将实施例与比较例进行比较，可以看出，与比较例的那些相比，本发明的液晶组合物在类似的介电各向异性和弹性模量下具有更低的旋转粘度。

[表4]

<IPS液晶组合物的实施例>

<要求低粘度的液晶组合物的实施例>

以下是要求低粘度和适当弹性模量的液晶组合物的实施例。比较例2-1是不包含本发明的第一组分的那些，实施例2-1至2-5是包含本发明的第一组分的那些。将实施例与比较例进行比较，可以看出，与比较例的那些相比，本发明的液晶组合物在类似的介电各向异性下降低了旋转粘度。

[表5]

<要求低粘度的液晶组合物的实施例>

<具有高折光指数各向异性的液晶组合物的实施例>

以下是具有高折光指数各向异性的液晶组合物的实施例。比较例3-1是不包含本发明的第一组分的那些，实施例3-1至3-2是包含本发明的第一组分的那些。由实施例和比较例可以看出，与比较例的那些相比，本发明的液晶组合物在类似介电各向异性下提高了折光指数各向异性并且降低了旋转粘度。

[表6]

<具有高折光指数各向异性的液晶组合物的实施例>

工业应用

根据本发明的液晶组合物具有高清亮点和折光指数各向异性、可控的弹性模量和高电阻率，并且其旋转粘度容易调低。因此，提供了满足各种液晶显示器(LCD)装置特性的液晶组合物。

Claims (15)

1.一种液晶组合物，包含：

选自由化学式1表示的液晶化合物中的至少一种液晶化合物作为第一组分；

选自由化学式2表示的液晶化合物中的至少一种液晶化合物作为第二组分；和

选自由化学式3表示的液晶化合物中的至少一种液晶化合物作为第三组分，

化学式1

化学式2

化学式3

其中R和R′彼此独立地为具有1至12个碳原子的烷基、烯基或烷氧基；X是F、CF₃、OCF₃或OCF₂CF＝CF₂；以及六元环A和六元环B彼此独立地为以下基团：环己基中的1个或2个CH₂单元被氧替代的环化合物、(氟化)苯基或环己基，并且选自以下基团：

2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其中所述第一组分是选自由化学式1-1至化学式1-3表示的化合物中的至少一种化合物，所述第二组分是选自由化学式2-1至化学式2-5表示的化合物中的至少一种化合物，以及所述第三组分是选自由化学式3-1至化学式3-4表示的化合物中的至少一种化合物：

化学式1-1

化学式1-2

化学式1-3

化学式2-1

化学式2-2

化学式2-3

化学式2-4

化学式2-5

化学式3-1

化学式3-2

化学式3-3

化学式3-4

其中R与权利要求1中相同。

3.根据权利要求2所述的液晶组合物，其中所述第一组分是选自由化学式1-1和化学式1-2表示的化合物中的至少一种化合物，所述第二组分是选自由化学式2-1和化学式2-2表示的化合物中的至少一种化合物，以及所述第三组分由化学式3-4表示。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的液晶组合物，其中基于所述液晶组合物的总重量，所述第一组分的量为3重量％至30重量％，所述第二组分的量为10重量％至80重量％，以及所述第三组分的量为3重量％至80重量％。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的液晶组合物，其中基于所述液晶组合物的总重量，所述第一组分的量为3重量％至10重量％，所述第二组分的量为10重量％至80重量％，以及所述第三组分的量为3重量％至80重量％，并且所述第一组分和所述第三组分的总重量为50重量％至90重量％。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的液晶组合物，还包含由化学式4表示的化合物作为第四组分：

化学式4

其中R和X与权利要求1中相同，Z是单键、CF₂O、CH₂CH₂、COO或CF₂CF₂，当Z为单键并且m＝1时，n不为0，且m+n≤3，和当Z不为单键时，m和n分别为0或1，且m+n≠0；六元环A和六元环B彼此独立地为以下基团：

7.根据权利要求6所述的液晶组合物，其中所述第四组分是选自由化学式4-1至化学式4-6表示的化合物中的至少一种化合物：

化学式4-1

化学式4-2

化学式4-3

化学式4-4

化学式4-5

化学式4-6

其中，R和X与权利要求1中相同，并且k是0或1。

8.根据权利要求7所述的液晶组合物，其中所述第四组分是选自由化学式4-2和化学式4-3表示的化合物中的至少一种化合物。

9.根据权利要求6所述的液晶组合物，其中所述第四组分的量为3重量％至70重量％。

10.根据权利要求6所述的液晶组合物，还包含由化学式5表示的化合物作为第五组分：

化学式5

其中R和R′彼此独立地为具有1至12个碳原子的烷基、烯基和烷氧基；Z₁和Z₂是单键、CF₂O、CH₂CH₂、COO或CF₂CF₂，当Z₁和Z₂是单键时，m＝1或2，并且六元环D、六元环E以及六元环F彼此独立地为以下基团：

11.根据权利要求10所述的液晶组合物，其中所述第五组分是选自由化学式5-1至化学式5-5表示的化合物中的至少一种化合物：

化学式5-1

化学式5-2

化学式5-3

化学式5-4

化学式5-5

其中R₁和R₂与权利要求1中相同。

12.根据权利要求11所述的液晶组合物，其中所述第五组分是选自由化学式5-1至化学式5-3表示的化合物中的至少一种化合物。

13.根据权利要求10所述的液晶组合物，其中所述第五组分的量为3重量％至70重量％。

14.根据权利要求10所述的液晶组合物，还包含选自由化学式6至化学式8表示的化合物中的至少一种化合物，量分别为0至2000ppm：

化学式6

化学式7

化学式8

其中R₃至R₅是氢或烷基。

15.根据权利要求14所述的液晶组合物，其向列相最高温度为至少70℃，20℃和589nm的折光指数各向异性为至少0.08，并且介电各向异性为至少2。