CN107446592A - 一种含有环丙基化合物的液晶组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含有环丙基化合物的液晶组合物，所述液晶组合物包含至少一种通式I代表的化合物以及至少一种通式II代表的化合物；其中，通式I代表的化合物为含有环丙基类的化合物，具有大的负介电各向异性，通式II代表的化合物为双环类化合物，具有低的旋转粘度；所述组合物中还可以包含至少一种通式III代表的化合物，该化合物为三环结构中性化合物，具有较低的旋转粘度和较高的清亮点。本发明所述液晶组合物可用于多种显示模式的快响应液晶显示，其在VA、MVA、PVA、PSVA等VA模式显示器或IPS、FFS模式显示器中的使用能明显改善液晶显示器显示效果。

Description

一种含有环丙基化合物的液晶组合物及其应用
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，具体涉及一种含有环丙基化合物的液晶组合物。
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(S.T.Wu，D.K.Yang.Reflective Liquid Crystal Displays.Wiley，2001)。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。
目前，负性液晶广泛用于大尺寸的电视用液晶显示器中，尤其是PSVA技术的出现，使得负性液晶更加受欢迎；近年来，手机等移动设备的显示器广泛使用负性液晶FFS显示器，因其具有高的透过率，可大幅降低液晶显示器背光所消耗的能源，提升液晶显示器的显示质量，延长移动设备的续航时间。
负性液晶最早于上世纪80年代末提出，其主要用于VA模式，其主要优点在于对比度高，主要缺点是视角小，响应时间慢。随着显示技术的发展，MVA、PVA、PSVA等技术相继出现，解决了响应时间和视角的问题。近年来，随着触摸屏成为移动设备市场主流，IPS和FFS类硬屏显示器有着先天的优势，IPS和FFS类显示器既可以使用正性液晶，也可以使用负性液晶，由于该类显示器中存在的弯曲电场，正性液晶沿着电场线方向排列，从而导致分子弯曲，以及于透过率下降；负性液晶垂直于电场线方向排列，因而透过率会大幅提升，是目前提升透过率、降低背光功耗最好的方法。但负性液晶存在的响应时间问题是目前遇到的重大难题，利用负性液晶的FFS显示器相对于正性液晶的FFS显示器响应时间慢50％或更多。因此，如何提升负性液晶的响应时间成为目前的核心问题。
具体地，液晶显示器的响应时间取决于d2γ1/Keff(d为液晶层厚度，γ1为液晶旋转粘度，Keff为有效弹性常数)，因此，降低旋转粘度、降低液晶层厚度和提升弹性常数均可以达到改善响应时间的目的，液晶层厚度取决于液晶显示器的设计；对于液晶组合物，降低旋转粘度和液晶厚度最有效。
发明内容
本发明的目的是提供一种含有环丙基化合物的液晶组合物，所述液晶组合物包含至少一种通式I代表的化合物以及至少一种通式II代表的化合物。
通式I所代表的化合物为含有环丙基类的化合物，该类化合物具有大的负介电各向异性。本发明提供的液晶组合物中，优选各液晶组分之和为100％；通式I所述化合物在组合物中的含量为10～95％，优选为15～90％，更优选为61～90％、61～87％、15～60％、20～60％、15～69％、20～68％、55～90％、60～87％、60～90％、64～87％、15～75％、64～76％、81～87％、57～68％、43％或20～40％。所述通式I具体为：
所述通式I中，R1代表C1～C12的直链烷基或直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；n代表0或1；m代表0～10的整数；Z代表O或单键；环A1和环A2各自独立地代表：
优选地，通式I代表的化合物选自式IA～式IH中的一种或多种:
所述式IA～式IH中，R1代表C1～C7的直链烷基或C2～C7的直链烯基；Z代表O或单键；m代表0～4的整数，优选为0～3的整数。
更优选地，通式I代表的化合选自式IA1～IA48、IB1～IB36、IC1～IC48、ID1～ID48、IE1～IE48、IF1～IF48、IG1～IG36以及IH1～IH36中的一种或多种：
最优选地，通式I代表的化合物选自式IA26、IA28、IA29、IA30、IA34、IB20、IB21、IB22、IB23、IB26、IC1、IC2、IC25、IC26、IC27、IC28、IC29、IC30、IC33、IC34、ID25、ID26、ID27、ID28、ID33、ID34、ID35、IE25、IE26、IE27、IE33、IE34、IF25、IF26、IF27、IG1、IG2、IG19、IG20、IG21、IH19、IH20、IH21、IH26中的一种或多种。
本发明通式II代表的化合物为双环化合物，该类化合物具有低的旋转粘度，对于降低液晶组合物的旋转粘度非常有效。本发明提供的液晶组合物中，优选各液晶组分之和为100％；通式II所述化合物在组合物中的含量为1～65％，优选为10～55、13～52％、10～39％、13～36％、25～55％、31～52％、31～55％、10～31％、13～31％、10～40％、13～36％、1～35％、20～55％、19～52％、24～36％、13～19％、19～34％、34％或50～52％。所述通式II具体为：
所述通式II中，R2、R3各自独立地代表C1～C12的直链烷基或直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；A3、A4各自独立地代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基。
优选地，通式II代表的化合物选自式IIA～式IIC中的一种或多种：
所述式IIA～式IIC中，R2代表C1～C7的直链烷基或C2～C7的直链烯基；R3代表C1～C7的直链烷基、直链烷氧基或C2～C7的直链烯基。
更优选地，通式II代表的化合物选自式IIA1～IIA34、IIB1～IIB16以及IIC1～IIC24中的一种或多种：
最优选地，通式II代表的化合物选自式IIA2、IIA6、IIA14、IIA18、IIA22、IIA23、IIA28、IIB10、IIB14、IIC2、IIC4、IIC15、IIC20中的一种或多种。
本发明所提供的液晶组合物还可以包含至少一种通式III代表的化合物。通式III的化合物为三环结构中性化合物，该类结构具有较低的旋转粘度，和较高的清亮点。本发明提供的液晶组合物中，优选各液晶组分之和为100％；通式I所述化合物在组合物中的含量为0～50％，优选为0～30％，更优选为0～20％、0～16％、5～35％、9～30％、0～40％、1～35％、5～30％、5～16％、23％或20～30％。所述通式III具体为：
所述通式III中，R4代表C1～C12的直链烷基或C2～C12的直链烯基；R5代表C1～C12的直链烷 基或直链烷氧基；环A5代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基。
优选地，通式III代表的化合物选自式IIIA、IIIB中的一种或多种：
所述IIIA、IIIB中，R4代表C2～C7的直链烷基或直链烯基，R5代表C1～C7的直链烷基或直链烯基。
更优选地，通式III的化合物选自IIIA1～IIIA18、IIIB1～IIIB20中的一种或多种：
最优选地，通式III的化合物选自式IIIA2、IIIA6、IIIA10、IIIA13、IIIA16、IIIB2、IIIB6、IIIB8、IIIB15、IIIB17中的一种或多种。
为了使液晶组合物中各组分之间发挥协同作用，并满足不同的需求，本发明所提供的液晶组合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、10～95％的通式I所代表的化合物；
(2)、1～65％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～50％的通式III所代表的化合物。
优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、15～90％的通式I所代表的化合物；
(2)、10～55％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～30％的通式III所代表的化合物。
更优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、20～87％的通式I所代表的化合物；
(2)、13～52％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～30％的通式III所代表的化合物。
优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、61～90％的通式I所代表的化合物；
(2)、10～39％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～20％的通式III所代表的化合物。
更优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、61～87％的通式I所代表的化合物；
(2)、13～36％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～16％的通式III所代表的化合物。
优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、15～60％的通式I所代表的化合物；
(2)、25～55％的通式II所代表的化合物；
(3)、5～35％的通式III所代表的化合物。
更优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、20～60％的通式I所代表的化合物；
(2)、31～52％的通式II所代表的化合物；
(3)、9～30％的通式III所代表的化合物。
优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、15～69％的通式I所代表的化合物；
(2)、31～55％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～40％的通式III所代表的化合物。
更优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、20～68％的通式I所代表的化合物；
(2)、31～52％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～30％的通式III所代表的化合物。
优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、55～90％的通式I所代表的化合物；
(2)、10～31％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～20％的通式III所代表的化合物。
更优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、60～87％的通式I所代表的化合物；
(2)、13～31％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～16％的通式III所代表的化合物。
优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、60～90％的通式I所代表的化合物；
(2)、10～40％的通式II所代表的化合物。
更优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、64～87％的通式I所代表的化合物；
(2)、13～36％的通式II所代表的化合物。
优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、15～75％的通式I所代表的化合物；
(2)、15～55％的通式II所代表的化合物；
(3)、1～35％的通式III所代表的化合物。
更优选地，本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分：
(1)、20～68％的通式I所代表的化合物；
(2)、19～52％的通式II所代表的化合物；
(3)、5～30％的通式III所代表的化合物。
或，包含以下质量百分比的组分：
(1)、64～76％的通式I所代表的化合物；
(2)、24～36％的通式II所代表的化合物；
或，包含以下质量百分比的组分：
(1)、81～87％的通式I所代表的化合物；
(2)、13～19％的通式II所代表的化合物；
或，包含以下质量百分比的组分：
(1)、57～68％的通式I所代表的化合物；
(2)、19～34％的通式II所代表的化合物；
(3)、5～16％的通式III所代表的化合物；
或，包含以下质量百分比的组分：
(1)、43％的通式I所代表的化合物；
(2)、33％的通式II所代表的化合物；
(3)、16％的通式III所代表的化合物；
或，包含以下质量百分比的组分：
(1)、20～40％的通式I所代表的化合物；
(2)、50～52％的通式II所代表的化合物；
(3)、20～30％的通式III所代表的化合物。
本发明优选所述液晶组合物由所述重量百分比的组分组成。
作为本发明的优选方案，所述组分的重量百分比之和为100％。
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，如通过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；或者本发明所述液晶组合物可按照常规的方法制备，如将其中含量较小的组分在较高的温度下溶解在含量较大的主要组分中，或将各所属组分在有机溶剂中溶解，如丙酮、氯仿或甲醇等，然后将溶液混合去除溶剂后得到。
本发明所述液晶组合物具有低旋转粘度，可用于多种显示模式的快响应液晶显示，其在VA、MVA、PVA、PSVA等VA模式显示器或IPS、FFS模式显示器中的使用能明显改善液晶显示器显示效果。
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∥和ε⊥分别代表平行和垂直介电常数(25℃，1000Hz)；△ε代表介电各向异性(25℃，1000Hz)；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：3CYWO1B
表示为：3CGIWO1B
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百分比及性能参数
实施例2
表3：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例3
表4：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例4
表5：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例5
表6：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例6
表7：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例7
表8：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例8
表9：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例9
表10：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例10
表11：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例11
表12：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例12
表13：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例13
表14：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例14
表15：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例15
表16：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例16
表17：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例17
表18：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例18
表19：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例19
表20：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例20
表21：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例21
表22：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例22
表23：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例23
表24：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例24
表25：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例25
表26：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例26
表27：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例27
表28：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
对比例1
表29：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
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30。
表30：液晶组合物的性能参数比较
Δn Δε Cp γ1 K11 K22 K33
实施例1 0.109 -3.9 90 90 15.2 7.6 16.6
对比例1 0.108 -3.8 90 96 14.7 7.4 16.5
经比较可知：与对比例1相比，实施例1提供的液晶组合物具有低的旋转粘度，具有更快的的响应时间。
本发明所提供的负介电各向异性液晶组合物具有低的旋转粘度、高的电阻率以及优异的光稳定性和热稳定性，适用于VA、MVA、PVA、PSVA等VA型液晶显示器或IPS和FFS型液晶显示器，能够有效地改善液晶显示器的响应时间。
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 (7)

1.一种含有环丙基化合物的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含至少一种通式I代表的化合物以及至少一种通式II代表的化合物；
所述通式I具体为：
所述通式I中，R1代表C1～C12的直链烷基或直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；n代表0或1；m代表0～10的整数；Z代表O或单键；环A1和环A2各自独立地代表：
所述通式II具体为：
所述通式II中，R2、R3各自独立地代表C1～C12的直链烷基或直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；环A3和环A4各自独立地代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，通式I代表的化合物选自式IA～式IH中的一种或多种:
所述式IA～式IH中，R1代表C1～C7的直链烷基或C2～C7的直链烯基；Z代表O或单键；m代表0～4的整数；
优选地，通式I代表的化合选自式IA1～IA48、IB1～IB36、IC1～IC48、ID1～ID48、IE1～IE48、IF1～IF48、IG1～IG36以及IH1～IH36中的一种或多种：
更优选地，通式I代表的化合物选自式IA26、IA28、IA29、IA30、IA34、IB20、IB21、IB22、IB23、IB26、IC1、IC2、IC25、IC26、IC27、IC28、IC29、IC30、IC33、IC34、ID25、ID26、ID27、ID28、ID33、ID34、ID35、IE25、IE26、IE27、IE33、IE34、IF25、IF26、IF27、IG1、IG2、IG19、IG20、IG21、IH19、IH20、IH21、IH26中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，通式II代表的化合物选自式IIA～式IIC中的一种或多种：
所述式IIA～式IIC中，R2代表C1～C7的直链烷基或C2～C7的直链烯基；R3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，通式II代表的化合物选自式IIA1～IIA34、IIB1～IIB16以及IIC1～IIC24中的一种或多种：
更优选地，通式II代表的化合物选自式IIA2、IIA6、IIA14、IIA18、IIA22、IIA23、IIA28、IIB10、IIB14、IIC2、IIC4、IIC15、IIC20中的一种或多种。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述组合物中还包含至少一种通式III代表的化合物；所述通式III具体为：
所述通式III中，R4代表C1～C12的直链烷基或C2～C12的直链烯基；R5代表C1～C12的直链烷基或直链烷氧基；环A5代表反式1，4-环己基或1，4-亚苯基；
优选地，通式III代表的化合物选自式IIIA、IIIB中的一种或多种：
所述IIIA、IIIB中，R4代表C2～C7的直链烷基或直链烯基，R5代表C1～C7的直链烷基或直链烯基；
更优选地，通式III的化合物选自IIIA1～IIIA18、IIIB1～IIIB20中的一种或多种：
进一步优选地，通式III的化合物选自式IIIA2、IIIA6、IIIA10、IIIA13、IIIA16、IIIB2、IIIB6、IIIB8、IIIB15、IIIB17中的一种或多种。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含以下重量百分比的组分：
(1)、10～95％的通式I所代表的化合物；
(2)、1～65％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～50％的通式III所代表的化合物；
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、15～90％的通式I所代表的化合物；
(2)、10～55％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～30％的通式III所代表的化合物；
更优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、20～87％的通式I所代表的化合物；
(2)、13～52％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～30％的通式III所代表的化合物；
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、61～90％的通式I所代表的化合物；
(2)、10～39％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～20％的通式III所代表的化合物；
更优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、61～87％的通式I所代表的化合物；
(2)、13～36％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～16％的通式III所代表的化合物；
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、15～60％的通式I所代表的化合物；
(2)、25～55％的通式II所代表的化合物；
(3)、5～35％的通式III所代表的化合物；
更优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、20～60％的通式I所代表的化合物；
(2)、31～52％的通式II所代表的化合物；
(3)、9～30％的通式III所代表的化合物；
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、15～69％的通式I所代表的化合物；
(2)、31～55％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～40％的通式III所代表的化合物；
更优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、20～68％的通式I所代表的化合物；
(2)、31～52％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～30％的通式III所代表的化合物；
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、55～90％的通式I所代表的化合物；
(2)、10～31％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～20％的通式III所代表的化合物；
更优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、60～87％的通式I所代表的化合物；
(2)、13～31％的通式II所代表的化合物；
(3)、0～16％的通式III所代表的化合物；
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、60～90％的通式I所代表的化合物；
(2)、10～40％的通式II所代表的化合物；
更优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、64～87％的通式I所代表的化合物；
(2)、13～36％的通式II所代表的化合物；
优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、15～75％的通式I所代表的化合物；
(2)、15～55％的通式II所代表的化合物；
(3)、1～35％的通式III所代表的化合物；
更优选地，包含以下质量百分比的组分：
(1)、20～68％的通式I所代表的化合物；
(2)、19～52％的通式II所代表的化合物；
(3)、5～30％的通式III所代表的化合物；
或，包含以下质量百分比的组分：
(1)、64～76％的通式I所代表的化合物；
(2)、24～36％的通式II所代表的化合物；
或，包含以下质量百分比的组分：
(1)、81～87％的通式I所代表的化合物；
(2)、13～19％的通式II所代表的化合物；
或，包含以下质量百分比的组分：
(1)、57～68％的通式I所代表的化合物；
(2)、19～34％的通式II所代表的化合物；
(3)、5～16％的通式III所代表的化合物；
或，包含以下质量百分比的组分：
(1)、43％的通式I所代表的化合物；
(2)、34％的通式II所代表的化合物；
(3)、23％的通式III所代表的化合物；
或，包含以下质量百分比的组分：
(1)、20～40％的通式I所代表的化合物；
(2)、50～52％的通式II所代表的化合物；
(3)、20～30％的通式III所代表的化合物。
6.根据权利要求5所述的液晶组合物，其特征在于，所述组分的重量百分比之和为100％。
7.权利要求1～6任意一项所述液晶组合物在液晶显示领域的应用，优选在快响应液晶显示装置中的应用，更优选在VA、MVA、PVA、PSVA模式显示器或IPS、FFS模式显示器中的应用。
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