CN108822872A - 一种具有极低的负介电各向异性的液晶组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种负介电各向异性液晶组合物。该液晶组合物包含有如通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ的液晶化合物。所述液晶组合物具有极大的介电各向异性绝对值，较高的清亮点，较好的高温稳定性及低温互溶性，较强的抗UV能力，较低的粘度，快的响应时间及高的VHR及电阻率。该液晶组合物可应用于VA、MVA、PVA、FFS、PSVA、IPS、TFT等显示模式。
Description
技术领域
本发明涉及一种同时含有氟、三氟甲氧基取代基的联苯型化合物的负介电各向异性液晶组合物，本发明还涉及一种该负介电各向异性液晶组合物在液晶显示器领域的应用。
背景技术
液晶显示技术已经广泛应用于当今社会各类尺寸显示。小尺寸显示如计算器、手机、仪表等；中尺寸显示如电脑显示器；大尺寸显示如电视。液晶显示具有高分辨率、高亮度和平板化显示等优点及重量轻、能耗低甚至柔性显示。因此，液晶将继续在信息技术时代扮演重要角色。
早期的液晶显示模式为TN显示，人们利用TN电光效应和集成电路相结合，将其做成液晶显示器件(TN-LCD)，为液晶的应用开拓了广阔前景。TN-LCD大规模工业化生产以来已慢慢发展，STN-LCD及TFT-LCD技术逐渐成熟，显示模式类型逐渐增多，出现具有负介电各向异性的液晶介质，如ECB、DAP、VAN、MVA、ASV、PVA等。
当前液晶显示通常是TN型显示，然而这种显示十分依赖对比度。另外，VA显示众所周知具有广视角。VA显示的LC层包含夹在两个透明电极之间的液晶介质，液晶介质具有负的介电各向异性。关态下LC层分子与电极表面垂直排列，具有预倾角，当在电极上施加电压，LC分子重新排列与电极表面平行。
OCB(optically compensated bend)显示基于双折射效应，LC层弯曲排列，通常具有正的各向异性。施加电压后LC分子重新排列垂直于电极表面。另外，OCB显示通常包含一个或多个双折射光学阻滞膜阻止暗态下弯曲层的光透过。OCB显示比TN显示具有更广视角和更短的响应时间。
IPS(in-plane switching)显示也很流行，其包含两个基板间的LC层，两个电极排列在其中一个基板上，相互交错，呈梳妆结构。当电极上施加电压时，LC层间产生与其平行的电场，使得LC分子发生重新排列。
后来，FFS(fringe-field switching)显示被提出，其同样是在同一基板上包含两个电极，与IPS显示对比，只有一个电极是以梳妆结构排列，另一个电极非结构化。一种强烈的边缘场因此形成，电场邻近电极边缘，贯穿层结构，其在水平与垂直方向的分场都很强。IPS与FFS显示的视角对对比度的依赖性都很低。
当前VA显示类型LC分子的排列限制了LC层中很多相当小的领域。这些领域中可能会产生旋位转移，如倾斜。与传统的VA显示相比，具有倾斜域的VA显示具有更广的视角，不依赖于对比度和灰阶。这种类型的VA显示可以更容易实现开态下分子的重排，因此不再需要液晶盒的摩擦，通过对电极的特殊设计可以控制预倾角的取向。
MVA(multidomain vertical alignment)显示是通过具有突出物的电极引起局部倾斜的方式显示。施加电压后LC分子在不同方向不同区域内与电极表面平行排列，阻止了旋位转移。尽管这种排列改善了显示视角，但减少了光透过。随着MVA的进一步发展，只在一侧电极上使用突出物，而另一侧电极具有狭缝，有利于光的透过。狭缝电极施加电压后形成不均匀电场，仍然可以控制开关态。为了进一步增加光的透过率，可以加大分离狭缝与突起物，但会导致响应时间的延长。PVA显示中电极上的突起物完全多余，电极通过狭缝结构化，这增加了对比度，改善了光透过率，但这种技术十分困难，这种显示对机械外力影响也更加敏感。对于很多应用领域如显示器、电视屏来说，需要短的响应时间，高的对比度，显示的亮度。
PSA显示液晶介质包含液晶相和小剂量聚合化合物，其质量占比0.2-0.4％。将液晶介质灌入显示盒后，通过UV聚合使聚合化合物发生聚合交联，进而通过在电极上施加电压进行显示。所添加的聚合物单体通常称为活性单体或者“RM”(Reactive Mesogens)。
PSA模式广泛用于各种各样的传统液晶类型显示。例如：PS-VA(polymersustained vertically alignment),PS-OCB(optically compensated bend),PS-IPS(in-plane switching),PS-FFS(fringe-field switching)，PS-TN(twisted nematic)，在PSA-VA和PSA-OCB显示中聚合化合物的聚合过程在加电下发生，在PSA-IPS显示不需要加电即发生聚合过程。PSA模式可以形成预倾角，PSA-OCB显示，弯曲结构很稳定不需加补偿电压。PSA-VA显示预倾角对响应时间有正向影响。
液晶作为电介质施加电压前后的光学特性发生可逆性变化。液晶显示使用各种各样的电光效应。对于新型的VA显示需要特殊的液晶介质。如负介电各向异性的液晶介质需具有高的UV曝光后的VHR。用于电光显示的LC相需要满足一系列要求。尤其重要的是对于水分、空气的化学稳定性和物理稳定性例如热稳定、抗红外辐射、可见光和紫外光区域和直流或交流电场。进一步说，液晶相的工业化应用需要合适的温度范围且具有低粘度。
对于ECB效应的MLC显示。具有UV曝光后低的VHR的液晶介质不能用于投影类型的显示方式。如在宽操作温度、短的响应时间、低的阈值电压的同时具有高的电阻率，可以形成各种各样的灰阶。VA显示较ECB显示具有更广视角不依赖于对比度。
对于矩阵液晶显示(MLC)，以非线性元素各自独立的控制个体像素，例如晶体管。这里的活性矩阵有两种类型：1.MOS(金属氧化物半导体)晶体管附着在硅晶上作为基板；2.薄膜晶体管(TFT)附着在玻璃板上作为基板。第一种情况，电光效应经常为动态散射或者宾主效应，单晶硅作为基板材料的使用制约了显示的尺寸，甚至在结合处会产生各种各样部分显示的问题。第二种情况更具有可能性，电光效应通常为TN效应，TFT包括半导体材料如硒化镉或者为多晶或无定型硅。目前全世界正在付出很大努力研究后一种技术。
TFT显示矩阵应用于玻璃基板内，另一玻璃基板负载透明电极。TFT对应像素电极的大小，其很小对于图像没有不良的影响。这种技术可以延伸用于全部兼容色图像显示，其中红、绿、蓝滤镜的拼接可以以每种滤镜元素对应可开关像素点的方式来实现。
迄今为止没有任何一种液晶化合物能够满足所有需求。大体上需要2到25种单体化合物混合更好的为3到18种化合物的混合物可以用作液晶相。然而理想的液晶相无法通过这种方式简单得到，这是由于液晶材料需要具有大幅度的负介电各向异性和足够长时间的稳定性。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种具有极低的负介电各向异性的液晶组合物。该液晶组合物具有极大的介电各向异性绝对值、较高的清亮点、良好的低温稳定性及抗UV能力。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种具有极低的负介电各向异性的液晶组合物，所述液晶组合物包含如下通式Ⅰ-通式Ⅵ所示的液晶化合物：
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12各自独立的选取C1～C15的取代或未被取代的直链或支链烷基或烷氧基、C2～C15的取代或未被取代的直链或支链烯基或烯氧基、其中取代基选自F、Cl、Br、I、CN、OH、-CH＝CH-、或-C≡C-；
环A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K各自独立的表示环己烷基、亚苯基、苯基、含氧六环基、或含有取代基的亚苯基；其中取代基选自F、Cl、Br、I、或CN。
L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8各自独立的代表F、CN、H、Cl、Br、I、C1-C3的烷基或烷氧基、CF3、或CF3O。
m、n、p各自独立的表示0、1、或2。
Z1、Z2、Z3各自独立的表示乙二基、-C≡C-、-CH＝CH-、-COO-、-OCO-、-OOC-、-CF2O-、或-CH2O-。
进一步的，所述液晶组合物中各化合物的质量百分含量为：通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总质量的1-50％，，优选1-30％，更优的为5-20％；通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总质量的1-50％，优选1-40％，更优的为5-20％；通式Ⅲ的化合物占所述液晶组合物总质量的1-30％，优选1-20％，更优的为5-20％；通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总质量的1-50％，优选1-40％，更优的为1-20％；通式Ⅴ的化合物占所述液晶组合物总质量的1-30％，，优选1-20％，更优的为5-20％；通式Ⅵ的化合物占所述液晶组合物总质量的1-20％，优选1-10％，更优的为1-8％。
进一步的，所述通式Ⅰ的化合物选自如下通式：
所述通式Ⅱ的化合物的具体结构式选自如下：
进一步的，所述通式Ⅱ的化合物选自如下通式：
所述通式Ⅱ的化合物的具体结构式选自如下：
进一步的，所述通式Ⅲ的化合物选自如下通式：
所述具有通式Ⅲ的化合物的具体结构式如下：
进一步的，所述通式Ⅳ的化合物选自如下通式：
所述具有通式Ⅳ的化合物的具体结构式如下：
进一步的，所述通式Ⅴ的化合物选自如下通式：
所述具有通式Ⅴ的化合物的具体结构式如下：
进一步的，所述通式Ⅵ的化合物选自如下通式：
本发明还提供一种液晶显示器件，包括上述的液晶组合物。
本发明还提供一种如上述的液晶组合物在液晶显示领域的应用。
有益效果：本发明提供的液晶组合物具有极低的阈值电压，极大的介电各向异性绝对值，良好的稳定性及低温互溶性，较高的清亮点，较宽的向列相温度范围，具有较短的响应时间，高的VHR及电阻率，抗UV性能好，主要应用于VA、MVA、PSA、IPS、FFS、TFT等显示模式。
本发明提供的液晶组合物具有向列相温度范围：-40-120℃，低温-40℃、-30℃、-20℃、0℃下分别储存1个月以上，高温下显示正常，低于清亮点10℃以下无显示不良现象。
本发明提供的液晶组合物在20℃下的流动粘度使用旋转式转子粘度计测量，液晶组合物的流动粘度在20℃下的ν20≤70mPa·s。
本发明提供的液晶组合物△n在0.07～0.25。
本发明提供的液晶组合物介电各向异性△ε在-3～-13，20℃下的旋转粘度γ1≤150mPa·s。
本发明提供的液晶组合物具有极低的阈值电压，在1.0-2.5V，具有高的UV前及UV后的VHR。
具体实施方式
为便于表达，以下各实施例中，液晶化合物的基团结构用表1所列的代码表示：
表1液晶化合物的基团结构代码
以下结合配方实例说明并解释本发明，但不限制本发明，在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
以下实施例中所采用的各成分均可以由常规方法获得。
以下实施例中液晶组合物的制备均采用常规方法获得。在适当的温度下将两种或多种化合物混合而成；或者将各组分溶解于有机溶剂中，如丙酮、氯仿、甲醇等，然后通过蒸馏的方法将溶剂去除。本发明提供的液晶组合物还需要添加适当的添加剂，如抗紫外剂、抗静电剂、抗氧化剂、消泡剂等。
以下实施例中的液晶组合物的各项性能参数均通过常规方法测试获得，液晶显示材料包括上下两层负载透明电极的玻璃基板及夹在其中的液晶介质。
实施例中的百分比除特殊说明外代表重量百分比。
Cp(℃)代表清亮点。
△n代表20℃下光学各向异性，波长589nm。
△ε代表25℃下介电各向异性。
γ1(mPa·s)代表20℃下旋转粘度。
Vo(V)代表20℃下阈值电压。
实施例E1：
表2实施例E1的配方组成及参数
实施例E2：
表3实施例E2的配方组成及参数
实施例E3：
表4实施例E3的配方组成及参数
实施例E4：
表5实施例E4的配方组成及参数
实施例E5：
表6实施例E5的配方组成及参数
参照以上实施例，本发明所提出的液晶组合物具有较大的介电各向异性绝对值，较高的清亮点，适当的光学各向异性，较宽的向列项温度范围，可用于VA、MVA、PVA、PSVA、IPS、FFS、TFT等显示模式。
本发明是关于液晶介质及液晶显示的应用，尤其是被各种方式的有源矩阵驱动。当前倾向于用包括薄膜晶体管或者压敏电阻的有源矩阵进行显示。这种类型的AMD使用各式有源电子开关元素。最广泛的是使用三极开关元素，例如MOS(金属氧化硅)或者薄膜晶体管或者压敏电阻。各种半导体材料、多晶硅、硒化镉应用于TFT中，尤其是多晶硅或无定型硅。相比于三极电子开关元素，两极开关元素矩阵例如MIM(金属-绝缘体-金属)二极管，环状二极管或者对接二极管也能应用于AMD中。
对于液晶的前期探索响应时间太长，粘度也需要改善。这要受到旋转粘度γ1的影响，尤其是低温时的值。流动粘度ν20的降低会使得垂直配向边缘排列的液晶(例如ECB和VAN显示)具有非常短的相应时间。
本发明涉及一种液晶介质，基于极性化合物所具有负的介电各向异性，清亮点＞70℃。
本发明可以保证显示器在高温100℃，低温-30℃正常工作，具有很快的响应时间，并且可以改善稳定性，特别是在长时间的操作下没有图像粘滞现象。
Claims (10)
1.一种具有极低的负介电各向异性的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含如下通式Ⅰ-通式VI所示的液晶化合物：
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12各自独立的选取C1～C15的取代或未被取代的直链或支链烷基或烷氧基、C2～C15的取代或未被取代的直链或支链烯基或烯氧基、其中取代基选自F、Cl、Br、I、CN、OH、-CH＝CH-、或-C≡C-；
环A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K各自独立的表示环己烷基、亚苯基、苯基、含氧六环基、或含有取代基的亚苯基；其中取代基选自F、Cl、Br、I、或CN；
L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8各自独立的代表F、CN、H、Cl、Br、I、C1-C3的烷基或烷氧基、CF3、或CF3O；
m、n、p各自独立的表示0、1、或2；
Z1、Z2、Z3各自独立的表示乙二基、-C≡C-、-CH＝CH-、-COO-、-OCO-、-OOC-、-CF2O-、或-CH2O-。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物中各化合物的质量百分含量为：
通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总质量的1-50％；
通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总质量的1-50％；
通式Ⅲ的化合物占所述液晶组合物总质量的1-30％；
通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总质量的1-50％；
通式Ⅴ的化合物占所述液晶组合物总质量的1-30％；
通式VI的化合物占所述液晶组合物总质量的1-20％。
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅰ的化合物选自如下通式：
所述通式Ⅰ的化合物的具体结构式选自如下：
4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅱ的化合物选自如下通式：
所述通式Ⅱ的化合物的具体结构式选自如下：
5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅲ的化合物选自如下通式：
所述具有通式Ⅲ的化合物的具体结构式如下：
6.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅳ的化合物选自如下通式：
所述具有通式Ⅳ的化合物的具体结构式如下：
7.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅴ的化合物选自如下通式：
所述具有通式Ⅴ的化合物的具体结构式如下：
8.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式VI的化合物选自如下通式：
9.一种液晶显示器件，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的液晶组合物。
10.一种如权利要求1-8任一项所述的液晶组合物在液晶显示领域的应用。
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