CN110452710A - 一种液晶组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液晶组合物，按质量份计，包含：1～60份通式I所代表的化合物，1～80份通式II所代表的化合物，1～40份通式III所代表的化合物，1～20份通式IV所代表的化合物，1～35份通式V所代表的化合物；其中，R1代表C1～C12的烷基或烷氧基；R2代表C1～C12的烷基；R31代表C1～C12的烷基，R32代表C1～C12的烷基或烷氧基；R4代表C1～C12的烷基；L1和L2各自独立地代表H或F，且L1和L2不同时为F；R5代表C1～C12的烷基。本发明所述液晶组合物具有低的旋转粘度，可有效地降低液晶显示器的响应时间的特性。
Description
技术领域
本发明涉及液晶材料技术领域，具体涉及一种液晶组合物及其应用。
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。
液晶显示伴随液晶的发现经历了漫长的发展道路。1888年奥地利植物学家Friedrich Reinitzer发现了第一种液晶材料安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)。1917年Manguin发明了摩擦定向法，用以制作单畴液晶和研究光学各向异性。1909年E.Bose建立了攒动(Swarm)学说，并得到L.S.Ormstein及F.Zernike等人的实验支持(1918年)，后经De Gennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher在1933年创立连续体理论，并得到F.C.Frank完善(1958年)。M.Born(1916年)和K.Lichtennecker(1926年)发现并研究了液晶的介电各向异性。1932年，W.Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao发现向列相液晶在电场或磁场作用下，发生形变并存在电压阈值(Freederichsz转变)。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。
1968年美国RCA公司R.Williams发现向列相液晶在电场作用下形成条纹畴，并有光散射现象。G.H.Heilmeir随即将其发展成动态散射显示模式，并制成世界上第一个液晶显示器(LCD)。七十年代初，Helfrich及Schadt发明了TN原理，人们利用TN光电效应和集成电路相结合，将其做成显示器件(TN-LCD)，为液晶的应用开拓了广阔的前景。七十年代以来，由于大规模集成电路和液晶材料的发展，液晶在显示方面的应用取得了突破性的发展，1983～1985年T.Scheffer等人先后提出超扭曲向列相(Super Twisred Nematic：STN)模式以及P.Brody在1972年提出的有源矩阵(Active matrix：AM)方式被重新采用。传统的TN-LCD技术已发展为STN-LCD及TFT-LCD技术，尽管STN的扫描线数可达768行以上，但是当温度升高时仍然存在着响应速度、视角以及灰度等问题，因此大面积、高信息量、彩色显示大多采用有源矩阵显示方式。TFT-LCD已经广泛用于直视型电视、大屏幕投影电视、计算机终端显示和某些军用仪表显示，相信TFT-LCD技术具有更为广阔的应用前景。其中“有源矩阵”包括两种类型：1、在作为基片的硅晶片上的OMS(金属氧化物半导体)或其它二极管。2、在作为基片的玻璃板上的薄膜晶体管(TFT)。单晶硅作为基片材料限制了显示尺寸，因为各部分显示器件甚至模块组装在其结合处出现许多问题。因而，第二种薄膜晶体管是具有前景的有源矩阵类型，所利用的光电效应通常是TN效应。TFT包括化合物半导体，如Cdse，或以多晶或无定形硅为基础的TFT。
液晶组合物的粘度，尤其是旋转粘度γ1直接影响液晶加电后的响应时间，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
本发明的目的在于，提供一种具有低的旋转粘度，可有效地降低液晶显示器的响应时间的液晶组合物。
所述液晶组合物，按质量份计，包含：1～60份通式I所代表的化合物，1～80份通式II所代表的化合物，1～40份通式III所代表的化合物，1～20份通式IV所代表的化合物，1～35份通式V所代表的化合物；
所述通式I～通式V具体如下：
其中，
所述通式I中，R1代表C1～C12的烷基或烷氧基；
所述通式II中，R2代表C1～C12的烷基；
所述通式III中，R31代表C1～C12的烷基，R32代表C1～C12的烷基或烷氧基；
所述通式IV中，R4代表C1～C12的烷基；L1和L2各自独立地代表H或F，且L1和L2不同时为F；
所述通式V中，R5代表C1～C12的烷基；
优选的，所述通式I中，R1代表C1～C7的烷基或烷氧基；
所述通式II中，R2代表C1～C7的烷基；
所述通式III中，R31代表C1～C7的烷基，R32代表C1～C7的烷基或烷氧基；
所述通式IV中，R4代表C1～C7的烷基；L1和L2各自独立地代表H；
所述通式V中，R5代表C1～C7的烷基。
本发明进一步提出的，所述通式I所代表的化合物选自式IA-1～IA-4、式IB-1～IB-4中的一种或多种：
和/或，
所述通式II所代表的化合物选自式II-1～式II-4的一种或多种：
本发明进一步提出的，所述通式III中，R31代表C2～C5的烷基，R32代表C1～C4的烷基或烷氧基；
优选地，所述通式III所代表的化合物选自式III-1～式III-10的一种或多种：
本发明进一步提出的，所述通式IV中，R4代表C2～C6的烷基；
优选的，所述通式IV所代表的化合物选自式IV-1～式IV-4的一种或多种：
本发明进一步提出的，所述通式V所代表的化合物选自式V-1～式V-4的一种或多种：
本发明进一步提出的，按质量份计，所述液晶组合物包含如下组分：
(1)、10～50份通式I所代表的化合物；
(2)、15～65份通式II所代表的化合物；
(3)、2～30份通式III所代表的化合物；
(4)、1～15份通式IV所代表的化合物；
(5)、1～28份通式V所代表的化合物；
优选地，所述液晶组合物包含如下组分：
(1)、20～40份通式I所代表化合物；
(2)、25～50份通式II所代表化合物；
(3)、5～20份通式III所代表化合物；
(4)、2～10份通式IV所代表化合物；
(5)、5～24份通式V所代表化合物；
更优选地，所述液晶组合物包含如下组分：
(1)、24～32份通式I所代表化合物；
(2)、35～45份通式II所代表化合物；
(3)、8～15份通式III所代表化合物；
(4)、3～8份通式IV所代表化合物；
(5)、10～20份通式V所代表化合物。
本发明进一步提出的，按质量份计，所述液晶组合物包含如下组分：
(1)、24～29份通式I所代表化合物；
(2)、40～44份通式II所代表化合物；
(3)、11～15份通式III所代表化合物；
(4)、4～7份通式IV所代表化合物；
(5)、14～26份通式V所代表化合物；
优选地，所述液晶组合物包括如下组分：
(1)、24～29份通式I所代表化合物；
(2)、40份通式II所代表化合物；
(3)、11～15份通式III所代表化合物；
(4)、4～6份通式IV所代表化合物；
(5)、15～26份通式V所代表化合物；
或，所述液晶组合物包括如下组分：
(1)、24～29份通式I所代表化合物；
(2)、40～44份通式II所代表化合物；
(3)、11份通式III所代表化合物；
(4)、4～7份通式IV所代表化合物；
(5)、14～26份通式V所代表化合物。
本发明进一步提出的，本发明所提供的液晶组合物还可包含一种或多种手性添加剂组分，使液晶组合物由向列型液晶转变为胆甾型液晶，以应用于双稳态液晶显示或液晶手写板。
所述手性添加剂选自S811、R811、S1011、R1011、S2011、R2011、S5011、R5011、S5008和R5008的一种或几种：
优选地，采用R811和R5011组合；或，采用S811和S5011组合；或，采用S2011和S5011组合；或，采用S811和S5008组合。
本发明进一步提出的，所述液晶组合物中，手性添加剂的质量百分比为：
(1)、0～40％R/S811；
(2)、0～30％R/S1011；
(3)、0～40％R/S2011；
(4)、0～10％R/S5011；
(5)、0～20％R/S5008；
优选地，所述的液晶组合物中，手性添加剂的质量百分比为：
(1)、0.1～30％R/S811；
(2)、0～15％R/S1011；
(3)、0～30％R/S2011；
(4)、0.1～5％R/S5011；
(5)、0～10％R/S5008；
更优选地，所述液晶组合物中，手性添加剂的质量百分比为：
(1)、1～25％R/S811；
(2)、0～10％R/S1011；
(3)、0～20％R/S2011；
(4)、0.1～3％R/S5011；
进一步优选的，所述液晶组合物中，手性添加剂的质量百分比为：
(1)、21～20％R/S811；
(2)、0.8～1％R/S5011；
或，(2)、2％R/S5008。
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。
本发明所述的液晶组合物具有大的介电各向异性和低的旋转粘度，可应用于快响应液晶显示器，或制成胆甾型液晶应用于双稳态液晶显示或液晶手写板。
本发明为了提高液晶组合物对于热及光特别是紫外光的稳定性，也可根据情况加入紫外线吸收剂，受阻胺类光稳定剂、受阻酚类抗氧化剂中。
所述紫外线吸收剂例如：苯并三唑类、二苯甲酮类、三嗪类、苯甲酸酯类；
本发明涉及到的化合物均为已知化合物，可市购获得，或由北京八亿时空液晶科技股份有限公司提供。
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(℃)。
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：5CPPY
表示为：5CPO2
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。
以下实施例中，所涉及的所有组分均为已知液晶化合物，可由北京八亿时空提供。
实施例1
表2
实施例2
表3
实施例3
表4
实施例4
表5
在液晶混合物基础上增加手性添加剂而形成胆甾型液晶。
实施例5
表6
| 化合物代码 | 重量百分比(％) |
| 实施例1 | 77 |
| R811 | 22 |
| R5011 | 1 |
实施例6
表7
| 化合物代码 | 重量百分比(％) |
| 实施例1 | 78.2 |
| S811 | 21 |
| S5011 | 0.8 |
实施例7
表8
| 化合物代码 | 重量百分比(％) |
| 实施例2 | 74.9 |
| S2011 | 24 |
| S5011 | 1.1 |
实施例8
表9
| 化合物代码 | 重量百分比(％) |
| 实施例3 | 77 |
| S811 | 21 |
| S5008 | 2 |
对比例1
表10
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11。
表11
| 性能参数 | 清亮点 | △n | △ε | γ1 |
| 实施例1 | 77 | 0.180 | 10.2 | 120 |
| 对比例1 | 76 | 0.182 | 9.8 | 142 |
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，即具有更快的的响应时间。
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，按质量份计，其特征在于，包含：1～60份通式I所代表的化合物，1～80份通式II所代表的化合物，1～40份通式III所代表的化合物，1～20份通式IV所代表的化合物，1～35份通式V所代表的化合物；
所述通式I～通式V具体如下：
其中，
所述通式I中，R1代表C1～C12的烷基或烷氧基；
所述通式II中，R2代表C1～C12的烷基；
所述通式III中，R31代表C1～C12的烷基，R32代表C1～C12的烷基或烷氧基；
所述通式IV中，R4代表C1～C12的烷基；L1和L2各自独立地代表H或F，且L1和L2不同时为F；
所述通式V中，R5代表C1～C12的烷基；
优选的，所述通式I中，R1代表C1～C7的烷基或烷氧基；
所述通式II中，R2代表C1～C7的烷基；
所述通式III中，R31代表C1～C7的烷基，R32代表C1～C7的烷基或烷氧基；
所述通式IV中，R4代表C1～C7的烷基；L1和L2各自独立地代表H；
所述通式V中，R5代表C1～C7的烷基。
2.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所代表的化合物选自式IA-1～IA-4、式IB-1～IB-4中的一种或多种：
和/或，
所述通式II所代表的化合物选自式II-1～式II-4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，所述通式III中，R31代表C2～C5的烷基，R32代表C1～C4的烷基或烷氧基；
优选地，所述通式III所代表的化合物选自式III-1～式III-10的一种或多种：
4.根据权利要求1～3任一项所述液晶组合物，其特征在于，所述通式IV所代表的化合物选自式IV-1～式IV-4的一种或多种：
和/或，
所述通式V所代表的化合物选自式V-1～式V-4的一种或多种：
5.根据权利要求1～4任一项所述的液晶组合物，按质量份计，其特征在于，所述液晶组合物包含如下组分：
(1)、10～50份通式I所代表的化合物；
(2)、15～65份通式II所代表的化合物；
(3)、2～30份通式III所代表的化合物；
(4)、1～15份通式IV所代表的化合物；
(5)、1～28份通式V所代表的化合物；
优选地，所述液晶组合物包含如下组分：
(1)、20～40份通式I所代表化合物；
(2)、25～50份通式II所代表化合物；
(3)、5～20份通式III所代表化合物；
(4)、2～10份通式IV所代表化合物；
(5)、5～24份通式V所代表化合物；
更优选地，所述液晶组合物包含如下组分：
(1)、24～32份通式I所代表化合物；
(2)、35～45份通式II所代表化合物；
(3)、8～15份通式III所代表化合物；
(4)、3～8份通式IV所代表化合物；
(5)、10～20份通式V所代表化合物。
6.根据权利要求5所述的液晶组合物，按质量份计，其特征在于，所述液晶组合物包含如下组分：
(1)、24～29份通式I所代表化合物；
(2)、40～44份通式II所代表化合物；
(3)、11～15份通式III所代表化合物；
(4)、4～7份通式IV所代表化合物；
(5)、14～26份通式V所代表化合物；
优选地，所述液晶组合物包括如下组分：
(1)、24～29份通式I所代表化合物；
(2)、40份通式II所代表化合物；
(3)、11～15份通式III所代表化合物；
(4)、4～6份通式IV所代表化合物；
(5)、15～26份通式V所代表化合物；
或，所述液晶组合物包括如下组分：
(1)、24～29份通式I所代表化合物；
(2)、40～44份通式II所代表化合物；
(3)、11份通式III所代表化合物；
(4)、4～7份通式IV所代表化合物；
(5)、14～26份通式V所代表化合物。
7.根据权利要求1～6任一项所述的液晶组合物，其特征在于，还包括一种或多种手性添加剂，所述手性添加剂选自S811、R811、S1011、R1011、S2011、R2011、S5011、R5011、S5008和R5008的一种或几种：
优选地，采用R811和R5011组合；或，采用S811和S5011组合；或，采用S2011和S5011组合；或，采用S811和S5008组合。
8.根据权利要求7所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物中，手性添加剂的质量百分比为：
(1)、0～40％R/S811；
(2)、0～30％R/S1011；
(3)、0～40％R/S2011；
(4)、0～10％R/S5011；
(5)、0～20％R/S5008；
优选地，所述的液晶组合物中，手性添加剂的质量百分比为：
(1)、0.1～30％R/S811；
(2)、0～15％R/S1011；
(3)、0～30％R/S2011；
(4)、0.1～5％R/S5011；
(5)、0～10％R/S5008；
更优选地，所述液晶组合物中，手性添加剂的质量百分比为：
(1)、1～25％R/S811；
(2)、0～10％R/S1011；
(3)、0～20％R/S2011；
(4)、0.1～3％R/S5011；
进一步优选的，所述液晶组合物中，手性添加剂的质量百分比为：
(1)、21～20％R/S811；
(2)、0.8～1％R/S5011；
或，(2)、2％R/S5008。
9.根据权利要求1～8任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物中还包括紫外线吸收剂、受阻胺类光稳定剂、受阻酚类抗氧化剂中的一种或多种；
优选地，所述紫外线吸收剂选自苯并三唑类、二苯甲酮类、三嗪类、苯甲酸酯类中的一种或多种。
10.权利要求1～9任一项所述的液晶组合物在快响应液晶显示器；
或，权利要求7～9所述的液晶组合物在双稳态液晶显示或液晶手写板上的应用；
优选地，所述液晶手写板上的应用具体将所述液晶组合物制成胆甾型液晶。
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