CN107779203A - 一种低阈值低功耗的va‑lcd用液晶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低阈值低功耗的VA‑LCD用液晶组合物。该组合物含5～90％选自式(Ⅰ)化合物作为第一组份；1～65％选自式(Ⅱ)化合物作为第二组分；0～30％选自式(Ⅲ)化合物作为第三组份；0～30％选自式(Ⅳ)化合物作为第四组分；0～20％的重量选自式(Ⅴ)化合物作为第五组分；0～20％选自式(Ⅵa)、(Ⅵb)化合物作为第六组分；0～10％选自式(Ⅶa)、(Ⅶb)化合物作为第七组分；0～20％选自式(Ⅷa)、(Ⅷb)化合物作为第八组分；0～30％选自式(Ⅸa)、(Ⅸb)、(Ⅸc)化合物作为第九组份。该组合物抗UV能力强、高低温稳定性好、阈值低、UV或高温后无发黑现象，能充分满足其性能要求。
Description
技术领域
本发明属于液晶材料技术领域，具体地说，涉及一种具有低阈值和低功耗的VA-LCD用液晶组合物。
背景技术
随着液晶显示技术不断发展，液晶显示器件被广泛地应用于军事、通信、财政、教育、科研以及大小面积电子设备，如车载、手机等方面。随着VA型广视角技术成为LCD发展趋势，VA-LCD被广泛运用于汽车、手机和电脑等，成为人们生活必不可少的日常用品。因此，VA-LCD也成为人们研究的对象。VA-LCD盒内液晶分子的排列方式是垂直排列的，垂直排列(verticalarray简称VA)。
然而，因VA-LCD的低阈值产品一直未能广泛应用，目前低阈值电压最低大概做到1.3V左右或低一些，因其存在抗UV能力差、低温稳定性差；灌注液晶后封口发黑、UV或高温过后显示发黑等一系列问题，一直不能满足低阈值VA-LCD性能要求。
CN103242858A公开了一种具有低阈值快响应速度的液晶组合物，CN102304364A公开了一种具有低阈值的宽向列相混合液晶材料。但这些液晶组合物均不能满足低阈值VA-LCD的性能要求。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种低阈值低功耗的VA-LCD用液晶组合物，该VA-LCD用液晶组合物具有抗UV能力强、高低温稳定性好、阈值低至1.2V左右，UV或高温后无显示发黑的现象；同时具有较好的抗污染能力；能够充分地满足低阈值VA-LCD的性能要求。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种低阈值低功耗的VA-LCD用液晶组合物，按重量百分比计，包括：
5～90％的至少一种选自式(Ⅰ)所代表的化合物，作为第一组份；
其中R1是C1～C10的直链烷基：R1＇是C1～C10直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；m1为0或1；n1为1或2；
1～65％的至少一种选自式(Ⅱ)所代表的化合物，作为第二组分；
其中R2是C1～C10的直链烷基或烷氧基，R2＇是C1～C10直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基，或者是F取代基；m4为0或1；
0～20％的至少一种选自式(Ⅲ)所代表的化合物，作为第三组份；
其中R3是C1～C10的直链烷基或烷氧基；R3＇是C1～C10直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；m3为0或1；
0～30％的至少一种选自式(Ⅳ)所代表的化合物，作为第四组分；
其中R4是C1～C10的直链烷基或烷氧基，R4＇是C1～C10直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；
0～30％的重量选自式(Ⅴ)所代表的化合物中的一种或几种，作为第五组分；
其中R5是C1～C10的直链烷基，R5＇是C1～C10直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；是1，4取代亚苯基或者是反式-1，4取代环己基；n7为0或1；
0～20％的至少一种选自式(Ⅵa)、(Ⅵb)所代表的化合物，作为第六组分；
其中R6是C1～C10的直链烷基；R6＇是C1～C10的直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；m5为0或1；
0～10％的至少一种选自式(Ⅶa、Ⅶb)所代表的化合物，作为第七组分；
其中m6、m7、m8、m9为0或1；R7是C1～C10直链烷基或烷氧基、R7＇是C1～C10的直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；是1，4取代亚苯基或者是反式-1，4取代环己基；
0～20％的至少一种选自式(Ⅷa)与(Ⅷb)所代表的化合物，作为第八组分；
其中R8是C1～C10的直链烷基，R8＇是CH2＝CH-、CH2＝CH-CH2-、CH3-CH＝CH-、CH2＝CH-CH2-CH2-中的一种，m10为0或1；
0～30％的至少一种选自式(Ⅸa)、(Ⅸb)与(Ⅸc)所代表的化合物，作为第九组份；
其中R9是C1～C10的直链烷基；R9＇是C1～C10的直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；m2为0或1。
构成本发明VA-LCD用液晶组合物的第一组分的化合物具有比较大的负性介电各向异性，其折射率各向异性Δn值比较适中。在调节折射率及介电各向异性两项参数中扮演重要角色。构成本发明VA-LCD用液晶组合物的第二、三组分的化合物具有良好的互溶性，宽向列相温度范围，折射率各向异性适中，弹性常数大、粘度适中等特点。在调节组合物工作温度范围、粘度、弹性常数等性能方面发挥着重要作用。构成本发明VA-LCD用液晶组合物的第四组分的化合物具有比较大的负性介电各向异性，其折射率各向异性Δn值比较适中。在调节折射率及介电各向异性两项参数中扮演重要角色。构成本发明VA-LCD用液晶组合物的第五、六组分的化合物具有高折射率各向异性，宽向列液晶范围，高NI转变温度，粘度适中等特点。在调节组合物工作温度范围及折射率覆盖范围方面发挥着重要作用。构成本发明VA-LCD用液晶组合物的第七组分的化合物具有高NI转变温度，宽向列相温度范围，同时具有粘度大等特点。在调节组合物工作温度范围方面发挥着重要作用。构成本发明VA-LCD用液晶组合物的第八组分的化合物具有低的NI转变温度，非常小的折射率各向异性、粘度小、互溶性好、弹性常数大等特点，在调节组合物粘度、弹性常数等性能方面发挥着重要作用。构成本发明VA-LCD用液晶组合物的第九组分的化合物具有比较大的负性介电各向异性，其折射率各向异性Δn值比较适中，在调节折射率及介电各向异性两项参数中扮演重要角色。本发明提供的由上述九种组分按照特定比例组成的液晶组合物具有抗UV能力强、高低温稳定性好、阈值低至1.2V左右，UV或高温后无显示发黑的现象；同时具有较好的抗污染能力；能够充分地满足低阈值VA-LCD的性能要求。
申请号为201610231181.8的专利申请对构成本发明VA-LCD用液晶组合物的第一组分的化合物进行了详细的描述。下面以式(I-8)所示的化合物为例对其制备方法进行详细的描述，其制备方法包括如下步骤：
(1)1000ml四口瓶内投入58.5g 2,3-二氟苯乙醚(化合物a-1)、42g叔丁醇钾和500ml四氢呋喃。氮气保护下，降温至-90～-100℃，滴加200ml 2.5mol/L的丁基锂溶液，然后保温1.5h。-90～-100℃下滴加30g N,N-二甲基甲酰胺。缓慢升至室温搅拌3h。将料液倒入盐酸冰水中水解，乙酸乙酯提取，干燥，过硅胶柱，得到4-乙氧基-2,3-二氟苯甲醛(化合物1-1)，纯度97.5％(GC)，产率84％。其反应式如下：
(2)1000ml四口瓶内投入，氯甲醚三苯基膦盐162g，500ml四氢呋喃。氮气保护下，0℃加入叔丁醇钾58g，然后保温15min。0℃滴加80g 4-乙氧基-2,3-二氟苯甲醛(化合物1-1)和100ml四氢呋喃配置的溶液。加完室温搅拌3h。反应完毕，向料液中加水终止反应，石油醚提纯，过硅胶柱，得到4-乙氧基-2,3-二氟苯乙烯醇甲醚(化合物2-1)，纯度97.3％，产率85％。其反应式如下：
(3)1000ml四口瓶内投入化合物2-1，加入73g 30％盐酸，160ml水，160ml四氢呋喃，加入回流12h。反应完毕，使用乙酸乙酯提取，然后中和，干燥，过硅胶柱，得到4-乙氧基-2,3-二氟苯乙醛(化合物3-1)，纯度84％(GC)，产率70％。其反应式如下：
(4)1000ml四口瓶内投入4-乙氧基-2,3-二氟苯乙醛(化合物3-1)70g，乙醇200ml,水190ml，保持0-10℃，分批加入18.4g硼氢化钾，加完，室温反应4h。将料液倒入稀盐酸水中水解，然后乙酸乙酯提取。蒸干溶解，减压蒸馏得到：4-乙氧基-2,3-二氟苯乙醇(化合物4-1)。纯度97.8％，产率64％。其反应式如下：
(5)500ml四口瓶内投入29g-乙氧基-2,3-二氟苯乙醇(化合物4-1)，三苯基膦盐37g，咪唑9.6g，二氯甲烷200ml。0℃分批加入单质碘11.8g，加完室温反应6h。反应完毕，加水终止反应，分液水洗，干燥蒸干二氯甲烷。有石油醚过硅胶柱，得到4-乙氧基-2,3-二氟苯乙基碘(中间体-1)，纯度97.3％(GC)，产率90.3％。其反应式如下：
(6)500ml四口瓶内加入12.7g反式-戊基环己基甲腈(化合物b-1)，二异丙胺8.3g，四氢呋喃100ml。氮气保护下，降温至-50～-60℃，滴加32ml2.5mol/L丁基锂，保温1.5h。控温-50～-60℃，滴加4-乙氧基-2,3-二氟苯乙基碘(中间体-1)20g，滴完升至室温搅拌3h。倒入酸水水解，用乙酸乙酯提取，中和，干燥，蒸干溶剂。使用石油醚过硅胶柱，用乙醇结晶得到式(I-8)所示的负性液晶化合物，纯度99.5％，产率54％。DCS:mp62.46℃。其反应式如下：
构成本发明VA-LCD用液晶组合物的第一组分的化合物可参照上述制备方法制备得到。
优选的，按重量百分比计，所述的VA-LCD用液晶组合物按重量百分比计，包括：
5～70％的至少一种选自式(Ⅰ)所代表的化合物，作为第一组份；
3～55％的至少一种选自式(Ⅱ)所代表的化合物，作为第二组分；
3～27％的至少一种选自式(Ⅲ)所代表的化合物，作为第三组份；
0～28％的至少一种选自式(Ⅳ)所代表的化合物，作为第四组分；
0～18％的重量选自式(Ⅴ)所代表的化合物中的一种或几种，作为第五组分；
0～15％的至少一种选自式(Ⅵa)、(Ⅵb)所代表的化合物，作为第六组分；
0～10％的至少一种选自式(Ⅶa、Ⅶb)所代表的化合物，作为第七组分；
0～16％的至少一种选自式(Ⅷ)所代表的化合物，作为第八组分；
0～28％的至少一种选自式(Ⅸa)、(Ⅸb)与(Ⅸc)所代表的化合物，作为第九组份；
更优选的，所述的VA-LCD用液晶组合物按重量百分比计，包括：
10～51％的至少一种选自式(Ⅰ)所代表的化合物，作为第一组份；
5～51％的至少一种选自式(Ⅱ)所代表的化合物，作为第二组分；
5～25％的至少一种选自式(Ⅲ)所代表的化合物，作为第三组份；
0～26％的至少一种选自式(Ⅳ)所代表的化合物，作为第四组分；
0～15％的重量选自式(Ⅴ)所代表的化合物中的一种或几种，作为第五组分；
0～13％的至少一种选自式(Ⅵa)、(Ⅵb)所代表的化合物，作为第六组分；
0～10％的至少一种选自式(Ⅶa、Ⅶb)所代表的化合物，作为第七组分；
0～13％的至少一种选自式(Ⅷ)所代表的化合物，作为第八组分；
0～25％的至少一种选自式(Ⅸa)、(Ⅸb)与(Ⅸc)所代表的化合物，作为第九组份。
所述式(Ⅰ)中，m1为0或1，n1为1或2；R1是C1～C7的直链烷基；R1＇是C1～C10直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基。
所述式(Ⅱ)中，R2是C1～C5的直链烷基或烷氧基，R2＇是C1～C5的直链烷基或烷氧基。
所述式(Ⅲ)中，R3是C1～C5的直链烷基或烷氧基，R3＇是C1～C5的直链烷基或烷氧基。
所述式(Ⅳ)中，R4是C1～C5的直链烷基或烷氧基，R4＇是C1～C5的直链烷基或烷氧基。
所述式(Ⅴ)化合物为：
其中R5是C1～C5的直链烷基，同时R5＇是-OCH3、-OC2H5-C2H5、-C3H7、-C4H9、-C5H11其中的一种。
所述式(Ⅵa)、(Ⅵb)化合物为：
其中R6是C1～C5的直链烷基，同时R6＇是-OCH3、-OC2H5-C2H5、-C3H7、-C4H9、-C5H11其中的一种。
所述式(Ⅶa)、(Ⅶb)化合物为：
其中R7是C1～C5的直链烷基或烷氧基，R7＇是C1～C5的直链烷基或烷氧基。
所述式(Ⅷa)、(Ⅷb)化合物为：
其中R8是C1～C5的直链烷基。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明所提供的VA-LCD用液晶组合物具有抗UV能力强、高低温稳定性好、阈值低至1.2V左右，UV或高温后无显示发黑的现象；同时具有较好的抗污染能力；能够充分地满足低阈值VA-LCD的性能要求。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行更加详细、清楚、完整地介绍，以下实施例用于说明本发明，但本发明范围并不限于这些实施例。应注意，下列这些实施例中各成份含量均为“重量％”。实施例中所用缩写含义如下：
NI：向列相—各向同性相转变温度(℃)
η：20℃时体积粘度(mPa·s)
Δε：1KHZ，7～8μm垂直盒测试
Δn：20℃光学各向异性，589nm条件下测试
V90：fdrive＝128HZ；Bias＝1；Duty＝1；VA Cell gap＝5.0μm；Test Temperature＝23±2℃
实施例1：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：69℃
η 148mPa·s
Δε：-12.7
Δn：0.070
V90：1.243
实施例2：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：69℃
η：151mPa·s
Δε：-11.4
Δn：0.080
V90：1.232
实施例3：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：87℃
η：101mPa·s
Δε：-9.1
Δn：0.090
V90：1.478
实施例4：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：85℃
η：104mPa·s
Δε：-9.2
Δn：0.100
V90：1.507
实施例5：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：92℃
η：51mPa·s
Δε：-8.9
Δn：0.071
V90：1.661
实施例6：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：77℃
η：109mPa·s
Δε：-10.1
Δn：0.099
V90：1.383
实施例7：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：93℃
η：54mPa·s
Δε：-8.4
Δn：0.080
V90：1.705
实施例8：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：78℃
η：100Pa·s
Δε：-11.2
Δn：0.07
V90：1.408
实施例9：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：77℃
η：103Pa·s
Δε：-10.8
Δn：0.08
V90：1.371
实施例10：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：98℃
η：62Pa·s
Δε：-8.7
Δn：0.100
V90：1.708
实施例11：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：71℃
η：154Pa·s
Δε：-11.9
Δn：0.089
V90：1.245
实施例12：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：86℃
η：98Pa·s
Δε：-9.6
Δn：0.082
V90：1.500
实施例13：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：73℃
η：157Pa·s
Δε：-11.2
Δn：0.101
V90：1.254
实施例14：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：84℃
η：95Pa·s
Δε：-10.3
Δn：0.07
V90：1.499
实施例15：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：78℃
η：106Pa·s
Δε：-10.6
Δn：0.09
V90：1.408
实施例16：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：98℃
η：59Pa·s
Δε：-7.9
Δn：0.09
V90：1.727
对比例
新老产品功耗对比情况：
新产品配方及参数如下：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：77℃
η：109mPa·s
Δε：-10.1
Δn：0.099
V90：1.383
旧产品配方及参数如下：
该液晶组合物具有如下性能参数：
NI：78℃
η：92mPa·s
Δε：-10.2
Δn：0.100
V90：1.376
新旧配方功耗对比数据如下表：
从对比数据看：新配方工号的绝对值要比旧配方小；经过UV和高温烘烤后，功耗变化率要相差一个数量级；可见，新旧配方之间的抗UV能力的差异。
Claims (10)
1.一种低阈值低功耗的VA-LCD用液晶组合物，其特征在于，按重量百分比计，包括：5～90％的至少一种选自式(Ⅰ)所代表的化合物，作为第一组份；
其中R1是C1～C10的直链烷基：R1＇是C1～C10直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；m1为0或1；n1为1或2；
1～65％的至少一种选自式(Ⅱ)所代表的化合物，作为第二组分；
其中R2是C1～C10的直链烷基或烷氧基，R2＇是C1～C10直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基，或者是F取代基；m4为0或1；
0～30％的至少一种选自式(Ⅲ)所代表的化合物，作为第三组份；
其中R3是C1～C10的直链烷基或烷氧基；R3＇是C1～C10直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；m3为0或1；
0～30％的至少一种选自式(Ⅳ)所代表的化合物，作为第四组分；
其中R4是C1～C10的直链烷基或烷氧基，R4＇是C1～C10直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；
0～20％的重量选自式(Ⅴ)所代表的化合物中的一种或几种，作为第五组分；
其中R5是C1～C10的直链烷基，R5＇是C1～C10直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；是1，4取代亚苯基或者是反式-1，4取代环己基；n7为0或1；
0～20％的至少一种选自式(Ⅵa)、(Ⅵb)所代表的化合物，作为第六组分；
其中R6是C1～C10的直链烷基；R6＇是C1～C10的直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；m5为0或1；
0～10％的至少一种选自式(Ⅶa、Ⅶb)所代表的化合物，作为第七组分；
其中m6、m7、m8、m9为0或1；R7是C1～C10直链烷基或烷氧基，R7＇是C1～C10的直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；是1，4取代亚苯基或者是反式-1，4取代环己基；
0～20％的至少一种选自式(Ⅷa)与(Ⅷb)所代表的化合物，作为第八组分；
其中R8是C1～C10的直链烷基，R8＇是CH2＝CH-、CH2＝CH-CH2-、CH3-CH＝CH-、CH2＝CH-CH2-CH2-中的一种，m10为0或1；
0～30％的至少一种选自式(Ⅸa)、(Ⅸb)与(Ⅸc)所代表的化合物，作为第九组份；
其中R9是C1～C10的直链烷基；R9＇是C1～C10的直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基；m2为0或1。
2.根据权利要求1所述的VA-LCD用液晶组合物，其特征在于，按重量百分比计，包括：
5～70％的至少一种选自式(Ⅰ)所代表的化合物，作为第一组份；
3～55％的至少一种选自式(Ⅱ)所代表的化合物，作为第二组分；
3～27％的至少一种选自式(Ⅲ)所代表的化合物，作为第三组份；
0～28％的至少一种选自式(Ⅳ)所代表的化合物，作为第四组分；
0～18％的重量选自式(Ⅴ)所代表的化合物中的一种或几种，作为第五组分；
0～15％的至少一种选自式(Ⅵa)、(Ⅵb)所代表的化合物，作为第六组分；
0～10％的至少一种选自式(Ⅶa、Ⅶb)所代表的化合物，作为第七组分；
0～16％的至少一种选自式(Ⅷ)所代表的化合物，作为第八组分；
0～28％的至少一种选自式(Ⅸa)、(Ⅸb)与(Ⅸc)所代表的化合物，作为第九组份；
优选的，所述的VA-LCD用液晶组合物按重量百分比计，包括：
10～51％的至少一种选自式(Ⅰ)所代表的化合物，作为第一组份；
5～51％的至少一种选自式(Ⅱ)所代表的化合物，作为第二组分；
5～25％的至少一种选自式(Ⅲ)所代表的化合物，作为第三组份；
0～26％的至少一种选自式(Ⅳ)所代表的化合物，作为第四组分；
0～15％的重量选自式(Ⅴ)所代表的化合物中的一种或几种，作为第五组分；
0～13％的至少一种选自式(Ⅵa)、(Ⅵb)所代表的化合物，作为第六组分；
0～10％的至少一种选自式(Ⅶa、Ⅶb)所代表的化合物，作为第七组分；
0～13％的至少一种选自式(Ⅷ)所代表的化合物，作为第八组分；
0～25％的至少一种选自式(Ⅸa)、(Ⅸb)与(Ⅸc)所代表的化合物，作为第九组份。
3.根据权利要求1或2所述的VA-LCD用液晶组合物，其特征在于，所述式(Ⅰ)中，m1为0或1，n1为1或2；R1是C1～C7的直链烷基；R1＇是C1～C10直链烷氧基或者是C1～C5的直链烷基。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的VA-LCD用液晶组合物，其特征在于，所述式(Ⅱ)中，R2是C1～C5的直链烷基或烷氧基，R2＇是C1～C5的直链烷基或烷氧基。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的VA-LCD用液晶组合物，其特征在于，所述式(Ⅲ)中，R3是C1～C5的直链烷基或烷氧基，R3＇是C1～C5的直链烷基或烷氧基。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的VA-LCD用液晶组合物，其特征在于，所述式(Ⅳ)中，R4是C1～C5的直链烷基或烷氧基，R4＇是C1～C5的直链烷基或烷氧基。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的VA-LCD用液晶组合物，其特征在于，所述式(Ⅴ)化合物为：
其中R5是C1～C5的直链烷基，同时R5＇是-OCH3、-OC2H5-C2H5、-C3H7、-C4H9、-C5H11其中的一种。
8.根据权利要求7所述的VA-LCD用液晶组合物，其特征在于，所述式(Ⅵa)、(Ⅵb)化合物为：
其中R6是C1～C5的直链烷基，同时R6＇是-OCH3、-OC2H5-C2H5、-C3H7、-C4H9、-C5H11其中的一种。
9.根据权利要求8所述的VA-LCD用液晶组合物，其特征在于，所述式(Ⅶa)、(Ⅶb)化合物为：
其中R7是C1～C5的直链烷基或烷氧基，R7＇是C1～C5的直链烷基或烷氧基。
10.根据权利要求9所述的VA-LCD用液晶组合物，其特征在于，所述式(Ⅷa)、(Ⅷb)化合物为：
其中R8是C1～C5的直链烷基。
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