CN109370613A - 液晶组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液晶组合物，液晶组合物按重量百分比计包括1％～80％的组分A、1％～50％的组分B、1％～30％的组分C以及1％～25％的组分D；组分A是一种或多种由通式Ⅰ所代表化合物；组分B是一种或多种由通式Ⅱ所代表化合物；组分C是一种或多种由通式Ⅲ所代表的化合物；组分D是一种或多种由通式Ⅳ所代表的化合物；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粘度低，介电各项异性、清亮点和光学各向异性综合性能好，可以提高液晶显示器的相应速度，其在TN、ADS、FFS或IPS模式显示器中的使用能明显改善液晶显示器显示效果，尤其适用于快速响应液晶显示装置。
Description
技术领域
本发明涉及液晶材料领域，具体公开了一种全新的液晶组合物及其在液晶显示领域的应用。
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向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(ThinFilm Transistor-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。
然而，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。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种粘度低、介电各项异性、清亮点和光学各向异性综合性能好、可以提高液晶显示器的相应速度，其在TN、ADS、FFS或IPS模式显示器中的使用能明显改善液晶显示器显示效果，尤其适用于快速响应液晶显示装置的液晶组合物。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物按重量百分比计包括1％～80％的组分A、1％～50％的组分B、1％～30％的组分C以及1％～25％的组分D；所述组分A是一种或多种由通式Ⅰ所代表化合物；所述组分B是一种或多种由通式Ⅱ所代表化合物；所述组分C是一种或多种由通式Ⅲ所代表的化合物；所述组分D是一种或多种由通式Ⅳ所代表的化合物；
所述通式Ⅰ所代表的化合物结构如下：
其中：
R1、R2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，R1、R2中的一个或多个H原子被卤素取代或未取代；
所述通式Ⅱ所代表的化合物结构如下：
其中：
R3、R4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；R3、R4中的一个或多个不相邻的CH2基团被O原子取代或未取代，R3、R4中的一个或多个H原子被卤素取代或未取代；
A1、A2、A3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，m＝0、1、2或3；
所述通式Ⅲ所代表的化合物结构如下：
其中：
R5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；
L1，L2，L3，L4各自独立的表示H、F或Cl，
X1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；
所述通式Ⅳ所代表的化合物结构如下：
其中：
R6表示-H、C1-C15的烷基、C1-C15的烷氧基或C2-C15的烯基，且其中的一个或多个-CH2-可以各自独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-CO-O-、-O-CO-、-CF2O-或-O-取代；所述R6中的一个或多个氢原子可以各自独立地被卤素取代；
R7表示-H、-F、-Cl、-CN、-NCS、-CF3、-OCF3、-OCF2Cl、C1-C15的烷基、C1-C15的烷氧基或C2-C15的烯基；所述烷基、烷氧基或烯基中的一个或多个氢原子可以各自独立地被卤素取代；
A4表示单键、酯环、芳环或者芳杂环，所述酯环、所述芳环或者所述芳杂环上的一个或多个氢原子可以各自独立的被卤素取代；
A5表示1，4-亚环己基、1，4-亚环己烯基或1，4-亚苯基；所述1，4-亚苯基中的1～4个氢原子可以各自独立地被氟原子取代；所述1，4-亚环己基或1，4-亚环己烯基中的任意氢原子可以各自独立地被氟原子取代，且任意1或2个彼此不相连的-CH2-可以各自独立地被氧原子取代；
Z1、Z2各自独立地表示单键、-CH2-CH2-、-(CH2)4-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CF2-CF2-、-CF2-CH2-、-CH2-CHF-、-CF＝CF-、-CH2O-、-OCH2-、-OCF2-、-CF2O-、-CO-O-或-O-CO-；
n、o各自独立地表示0、1、2或3，且n+o≤3，其中，n或o大于1时，Z1、Z2、A4和A5各自可以为相同或不同的基团。
上述液晶组合物按重量百分比计包括20％～75％的组分A、5％～40％的组分B、1％～25％的组分C以及1％～20％的组分D。
如前所述的液晶组合物在液晶显示装置中的应用。
本发明的优点是：
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。本发明液晶化合物以及含有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。的液晶显示装置包括但并不限于TN、ADS、FFS或IPS液晶显示器。使用了液晶化合物或含有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。
具体实施方式
本发明提供了一种液晶组合物，按重量百分比计，包含以下组分：(1)1～80％通式Ⅰ所代表化合物中的一种或多种；(2)1～50％通式Ⅱ所代表化合物中的一种或多种；(3)1～30％通式Ⅲ所代表的化合物中的一种或多种；(4)1～25％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：
其中R1、R2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；
其中，通式Ⅲ所代表的化合物结构如下：
其中R3、R4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；R3、R4中的一个或多个不相邻的CH2基团被O原子取代或未取代，R3、R4中的一个或多个H原子被卤素取代或未取代；
A1、A2、A3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，m＝0、1、2或3；
其中，通式Ⅲ所代表的化合物结构如下：
通式Ⅲ中R5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；
X1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；
其中，通式Ⅳ所代表的化合物结构如下：
式中：R6表示-H、C1-C15的烷基、C1-C15的烷氧基或C2-C15的烯基，且其中的一个或多个-CH2-可以各自独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-CO-O-、-O-CO-、-CF2O-或-O-取代；R6中的一个或多个氢原子可以各自独立地被卤素取代；
R7表示-H、-F、-Cl、-CN、-NCS、-CF3、-OCF3、-OCF2Cl、C1-C15的烷基、C1-C15的烷氧基或C2-C15的烯基；烷基、烷氧基或烯基中的一个或多个氢原子可以各自独立地被卤素取代；
A4表示单键、酯环、芳环或者芳杂环，酯环、所述芳环或者所述芳杂环上的一个或多个氢原子可以各自独立的被卤素取代；
A5表示1，4-亚环己基、1，4-亚环己烯基或1，4-亚苯基；1，4-亚苯基中的1～4个氢原子可以各自独立地被氟原子取代；1，4-亚环己基或1，4-亚环己烯基中的任意氢原子可以各自独立地被氟原子取代，且任意1或2个彼此不相连的-CH2-可以各自独立地被氧原子取代；
Z1、Z2各自独立地表示单键、-CH2-CH2-、-(CH2)4-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CF2-CF2-、-CF2-CH2-、-CH2-CHF-、-CF＝CF-、-CH2O-、-OCH2-、-OCF2-、-CF2O-、-CO-O-或-O-CO-；
n、o各自独立地表示0、1、2或3，且n+o≤3，其中，n或o大于1时，Z1、Z2、A4和A5各自可以为相同或不同的基团。
本发明提供的液晶组合物，包含以下重量百分比的组分：组分(1)为20～75份；组分(2)为5～40份，组分(3)为1～25份，组分(4)为1～20份，组分(1)至组分(4)之和为100％。
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，本发明组分(1)优选为以下化合物的一种或多种：尤其适用于TFT显示方式。
本发明组分(2)优选为以下化合物的一种或多种：
其中R3代表具有1～5个C原子的烷基；R4代表H原子或具有1～3个C原子的烷基；R3、R4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，R3、R4中的一个或多个H原子被卤素取代或未取代；
本发明组分(3)优选为以下化合物的一种或多种：
其中R5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；优选独立的代表具有2～5个C原子的烷基。
本发明组分(4)优选为以下化合物的一种或多种：
其中，R6表示-H或具有1～7个碳原子的烷基；R7表示-H、F、Cl、-CN、CF3、OCF3或具有1～7个碳原子数的烷基或烷氧基，烷基或烷氧基中的一个或多个-CH2可以各自独立地被-CH＝CH-取代。
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
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，还包含一种或多种手性添加剂，具体如下：
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百分比称量，配成液晶组合物，按重量的0％-5％加入添加剂，优选0.1％-1％，特别优选0.1％-0.2％。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的双折射的率△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。
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围，原材料如无特别说明，均能从公开商业途径获得。
本发明中各性能测试参数缩写如下所示：
△n为光学各向异性(589nm，20℃)；
Vth为阈值电压，光透过率为10％时的电压(V)；
Tni为液晶组合物的清亮点(℃)；
△ε为介电各向异性(1KHz，25s℃)
γ1为体积粘度(mpa.s25℃)。
为了便于表达，以下的实施例中，液晶化合物的基团结构用表1所列代码表示：
表1液晶化合物的基团代码：
以如下结构式的化合物为例：
该结构式用表1所列代码表示，可以表示为3CCV；
结构式用表1所列代码表示，可以表示为3CCP1；
该结构式用表1所列代码表示，可以表示为2CDGUF；
该结构式用表1所列代码表示，可以表示为3CKUF；
该结构式用表1所列代码表示，可以表示为3KUJ；
该结构式用表1所列代码表示，可以表示为3CGPC3；
实施列1：
表2液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施列2：
表3液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施列3：
表4液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施列4：
表5液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施列5：
表6液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施列6：
表7液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施列7：
表8液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施列8：
表9液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
对比列1：
与实施例4比较，对比例1区别在于：用2CCPUF、3CCPUF、4CCPUF、2PGUF替代了3PPP2、2CDGUF、3CDGUF、4CDGUF、3CKUF，组合物的阈值电压明显升高，粘度增大；
表10液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
对比列2：
与实施例6比较，对比例2区别在于：用2CCPUF、3CCPUF、4CCPUF、替代了3PKUF、2KUF、3KUF组合物的双折射率降低、阈值电压明显升高，粘度增大；
表11液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
综上，本发明提供的液晶化合物与对比例1～2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 (10)
1.一种液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物按重量百分比计包括1％～80％的组分A、1％～50％的组分B、1％～30％的组分C以及1％～25％的组分D；所述组分A是一种或多种由通式Ⅰ所代表化合物；所述组分B是一种或多种由通式Ⅱ所代表化合物；所述组分C是一种或多种由通式Ⅲ所代表的化合物；所述组分D是一种或多种由通式Ⅳ所代表的化合物；
所述通式Ⅰ所代表的化合物结构如下：
其中：
R1、R2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，R1、R2中的一个或多个H原子被卤素取代或未取代；
所述通式Ⅱ所代表的化合物结构如下：
其中：
R3、R4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；R3、R4中的一个或多个不相邻的CH2基团被O原子取代或未取代，R3、R4中的一个或多个H原子被卤素取代或未取代；
A1、A2、A3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，m＝0、1、2或3；
所述通式Ⅲ所代表的化合物结构如下：
其中：
R5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；
L1，L2，L3，L4各自独立的表示H、F或Cl，
X1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；
所述通式Ⅳ所代表的化合物结构如下：
其中：
R6表示-H、C1-C15的烷基、C1-C15的烷氧基或C2-C15的烯基，且其中的一个或多个-CH2-可以各自独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-CO-O-、-O-CO-、-CF2O-或-O-取代；所述R6中的一个或多个氢原子可以各自独立地被卤素取代；
R7表示-H、-F、-Cl、-CN、-NCS、-CF3、-OCF3、-OCF2Cl、C1-C15的烷基、C1-C15的烷氧基或C2-C15的烯基；所述烷基、烷氧基或烯基中的一个或多个氢原子可以各自独立地被卤素取代；
A4表示单键、酯环、芳环或者芳杂环，所述酯环、所述芳环或者所述芳杂环上的一个或多个氢原子可以各自独立的被卤素取代；
A5表示1，4-亚环己基、1，4-亚环己烯基或1，4-亚苯基；所述1，4-亚苯基中的1～4个氢原子可以各自独立地被氟原子取代；所述1，4-亚环己基或1，4-亚环己烯基中的任意氢原子可以各自独立地被氟原子取代，且任意1或2个彼此不相连的-CH2-可以各自独立地被氧原子取代；
Z1、Z2各自独立地表示单键、-CH2-CH2-、-(CH2)4-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CF2-CF2-、-CF2-CH2-、-CH2-CHF-、-CF＝CF-、-CH2O-、-OCH2-、-OCF2-、-CF2O-、-CO-O-或-O-CO-；
n、o各自独立地表示0、1、2或3，且n+o≤3，其中，n或o大于1时，Z1、Z2、A4和A5各自可以为相同或不同的基团。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物按重量百分比计包括20％～75％的组分A、5％～40％的组分B、1％～25％的组分C以及1％～20％的组分D。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于：所述组分A是如下化合物中的一种或多种：
其中：
R1为具有1～5个C原子的烷基；
优选的，所述组分A优选为以下化合物的一种或多种：
4.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于：所述组分B是如下化合物中的一种或多种：
其中：
R3代表具有1～5个C原子的烷基；R4代表H原子或具有1～3个C原子的烷基；R3、R4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，R3、R4中的一个或多个H原子被卤素取代或未取代；
优选的，所述组分B优选为以下化合物的一种或多种：
5.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于：所述组分C是如下化合物中的一种或多种：
其中：
R5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；所述R5优选独立的代表具有2～5个C原子的烷基。
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D是如下化合物中的一种或多种：
其中：
R6表示-H或具有1～7个碳原子的烷基；R7表示-H、F、Cl、-CN、CF3、OCF3或具有1～7个碳原子数的烷基或烷氧基，所述烷基或烷氧基中的一个或多个-CH2可以各自独立地被-CH＝CH-取代；
作为优选，所述组分D优选为以下化合物的一种或多种：
7.根据权利要求6所述的液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物还包含组分E；所述组分E是一种或多种UV稳定剂和/或抗氧化剂。
8.根据权利要求7所述的液晶组合物，其特征在于：所述UV稳定剂是 中的一种或几种，所述抗氧化剂为
9.根据权利要8所述的液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物按重量百分比计还包括0％～5％的组分F；优选0％～2％的组分F；更有选0％～1％的组分F；所述组分F是一种或多种手性添加剂，所述手性添加剂是以下化合物中的一种或多种：
10.如权利要求1-9任一权利要求所述的液晶组合物在液晶显示装置中的应用。
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