CN113845924B - 一种包含二苯并衍生物的液晶组合物及液晶显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种包含二苯并衍生物的液晶组合物及液晶显示器件，所述液晶组合物包含至少一种通式I的化合物和至少一种通式A‑1的化合物。与现有技术相比，本发明的液晶组合物在维持适当的光学各向异性、适当的清亮点、适当的介电各向异性和适当的低温储存时间的情况下，还具有较大的垂直介电、较大的垂直介电与介电的比值、较大的弹性常数、较好的穿透率和较短的响应时间，使得包含该液晶组合物的液晶显示器件在维持适当的温度使用范围和适当的低温储存稳定性的情况下，具有较好的透过率、较好的对比度和较快的响应速度，在TN、IPS或FFS显示模式的液晶显示器中具有较高的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及一种包含二苯并衍生物的液晶组合物和包含所述液晶组合物的液晶显示器件。
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。液晶显示器件利用液晶材料本身所具有的光学各向异性和介电各向异性进行工作，目前已得到广泛的应用。液晶显示元件基于液晶分子的运作模式分为：PC(phase change，相变)、TN(twist nematic，扭曲向列)、STN(super twisted nematic，超扭曲向列)、DS(dynamic scattering，动态散射)、FLC(ferroelectric liquid crystal，FLC)、GH(guest-host，宾-主)、ECB(electrically controlled birefringence，电控双折射)、OCB(optically compensated bend，光学补偿弯曲)、IPS(in-plane switching，共面转变)、VA(vertical alignment，垂直配向)、FFS(fringe field switching，边缘场切换)、FPA(field-induced photo-reactive alignment，电场感应光反应配向)等类型。
上世纪70年代初，已经对均匀排列的和扭曲排列的、向列相液晶IPS模式的基本的电光特性进行了实验性研究，其特点是将一对电极制作在同一基板上，而另一个基板上没有电极，通过加在这一对电极间的横向电场来控制液晶分子的排列，因此也可以称这种模式为横向场模式。在IPS模式中，向列相液晶分子在两基板间均匀平行排列，两偏振片正交放置。IPS模式在不加电场时，入射光被两个正交的偏振片阻断而呈暗态，加电场时，液晶分子发生转动造成延迟，于是有光从两个正交的偏振片漏出。采用IPS模式的面板的优点是可视角度大、色彩还原准确，但缺点是漏光比较严重、响应速度较慢
随着TFT型LCD的广泛应用，对其性能的要求也在不断的提高，高显示图像质量要求其具有更快的响应速度、更低的能耗、以及更高的低温可靠性，另外还需要更高的对比度及透过率，特别是对于IPS型液晶显示模式。这意味着，液晶材料需要具有更高的对比度及透过率、更高的弹性常数、更高的介电常数及低温可靠性，而这些性能的提高都需要对液晶材料的改进。
根据IPS模式的透过率公式T∝|Δε|/ε⊥(T表示透过率，“∝”表示“反比例”关系，ε⊥表示垂直于分子轴方向的介电常数)，若要提高液晶的透过率，可以试图降低液晶介质的Δε，但一般同一款产品的驱动电压的调整范围有限。另外，液晶分子在边缘电场垂直分量的作用下会向Z轴方向发生倾斜，导致其光学各向异性发生变化，根据公式(其中，χ即为液晶层光轴与偏光片光轴之间的夹角，Δn为光学各向异性，d为盒间距，λ为波长)可知，有效Δn*d会影响T，若要提升正性液晶的透过率，也可以考虑增大Δn*d，但每款产品的延迟量设计都是固定的。
另一方面，本领域技术人员基于传统的IPS-LCD漏光性能测试发现，造成液晶显示器件漏光问题的主要原因是：光散射(LC scattering)、摩擦均匀性(rubbinguniformity)、彩色滤光膜漏光(CF/TFT scattering)以及极化能力(polarize ability)，其中，光散射在漏光性能的影响因素中占比达63％。
根据如下关系式：
其中，d表示液晶盒的间距，ne表示非寻常光折射率，no表示寻常光折射率。
若要改善液晶材料的光散射，需要通过提高平均弹性常数Kave(其中，(K11+K22+K33))来改善光散射，在提高Kave的情况下，可以降低液晶材料的漏光。
此外，对比度(CR)与亮度(L)的关系式如下：
CR＝L255/L0×100％，
其中，L255为开态亮度，L0为关态亮度。可以看出，显著影响CR的应该是L0的变化。在关态下，L0与液晶分子的介电性能无关，而与液晶材料本身的LC Scattering相关；LCScattering愈小，L0也愈小，CR从而也就会显著提高。
鉴于上述情况，常见的用来提高对比度和透过率的方式可以从如下两方面考虑：(1)保持液晶组合物的介电各向异性Δε不变，通过提高ε⊥可以有效地提高透过率；(2)提高液晶组合物的平均弹性常数Kave的值，使液晶分子的有序度更好、漏光更少，从而使透过率提高。
专利申请CN110499162A公开了一种具有高透过率的正介电各向异性的液晶组合物，通过在正性液晶组分中加入如下结构的负性化合物来改善液晶组合物的透过率和响应速度：
其中，R1表示环丙基、环丁基或环戊基；Z表示单键、-CH2-、-O-、-CH2CH2-或-CH2O-；R2表示氢原子、氟原子、碳原子数为1-7的烷基或碳原子数为1-7的烷氧基，X表示氧原子或硫原子。
然而，上述液晶组合物在透过率及响应速度的改善程度均有限，期待开发出一种能兼顾具有更好的透过率、更快的响应速度和更好的对比度的液晶组合物。
鉴于目前液晶组合物存在的一些不足，开发一种具有良好性能的液晶组合物，特别具有较高的透过率、较高的弹性常数以及良好的低温稳定性的液晶组合物，是本领域的研究重点。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种包含二苯并衍生物的液晶组合物及液晶显示器件，所述液晶组合物在维持适当的光学各向异性、适当的清亮点、适当的介电各向异性和适当的低温储存时间的情况下，还具有较大的垂直介电、较大的垂直介电与介电的比值、较大的弹性常数、较好的穿透率和较短的响应时间的液晶组合物；包含所述液晶组合物的液晶显示器件特别适用于TN、IPS或FFS液晶显示模式。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种包含二苯并衍生物的液晶组合物，所述液晶组合物包含：
至少一种通式I的化合物
以及
至少一种通式A-1的化合物
其中，
R1表示-H、卤素、含有1-12(例如1、2、3、4、5、6、8、10或11等)个碳原子的直链或支链的烷基、所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代，前述基团中一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代；
Rx表示-H、含有1-12(例如1、2、3、4、5、6、8、10或11等)个碳原子的直链或支链的烷基，所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代，上述基团中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代，所述Rx与环中任意碳原子相连接；
RA1表示含有1-12(例如1、2、3、4、5、6、8、10或11等)个碳原子的直链或支链烷基、所述含有1-12个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代，所述含有1-12个碳原子的直链或支链烷基、/>中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代；
环和环/>各自独立地表示/> 所述/>中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代，一个或至少两个环中单键可被双键替代；所述/>中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl、-CN、-CH3或-OCH3取代，并且一个或至少两个环中-CH＝可被-N＝替代；“一个或至少两个环中的-CH＝可被-N＝替代”中“一个或至少两个”指的是被-N＝替代的-CH＝的数量，本发明涉及到相同的表达方式，均具有同样的意义；
环表示/>其中，X2表示-O-或-S-，前述基团中的一个或至少两个环中单键可被双键替代；
环和环/>各自独立地表示/> 所述/>中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代，一个或至少两个环中单键可被双键替代；所述/>中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl、-CN、-CH3或-OCH3取代，一个或至少两个环中-CH＝可被-N＝替代；
X1表示-O-、-S-、-CO-、-CF2-、-NH-或-NF-；
Y1和Y2各自独立地表示-H、卤素、含有1-3(例如1、2或3)个碳原子的卤代或未卤代的烷基、含有1-3(例如1、2或3)个碳原子的卤代或未卤代的烷氧基；
Z表示-(CH2)aO-或-(CH2)aS-，其中a表示0至7的整数，例如a可以为0、1、2、3、4、5、6或7；
Z1和Z2各自独立地表示单键、-O-、-S-、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-(CH2)4-、-CF2O-或-OCF2-；
ZA11表示单键、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH2O-或-OCH2-；
LA11、LA12和LA13各自独立地表示-H、含有1-3(例如1、2或3)个碳原子的直链烷基或卤素；
XA1表示卤素、含有1-5(例如1、2、3、4或5)个碳原子的卤代烷基、含有1-5(例如1、2、3、4或5)个碳原子的卤代烷氧基、含有2-5(例如2、3、4或5)个碳原子的卤代烯基或含有2-5(例如2、3、4或5)个碳原子的卤代烯氧基；
n1和n2各自独立地表示0、1或2，当n1＝2时，环相同或不同，Z1相同或不同，当n2＝2时，环/>相同或不同，Z2相同或不同；
nA11表示0、1、2或3，且当nA11＝2或3时，环相同或不同，ZA11相同或不同；
nA12表示1或2，且当nA12＝2时，环相同或不同。
当n1＝2时，化合物中存在两个这两个/>可以具有相同的结构也可以具有不同的结构，示例性地，可以一个为/>另一个为/>本发明涉及到“相同或不同”的表述时，均具有同样的意义。
本发明中，“可分别独立地被……替代”指的是可以被替代，也可以不被替代，即，替代或不被替代，均属于本发明的保护范围之内，“可分别独立地被……取代”同理，且“替代”和“取代”的位置可以是任意的。
本发明中，基团结构一侧或两侧的短直线代表接入键，不代表甲基，例如右侧的短直线、/>两侧的短直线。
本发明中，卤素包括氟、氯、溴或碘等。
与现有技术中利用常规负性液晶化合物改善正性液晶组合物穿透率的技术方案相比，包含本发明的通式I的化合物与通式A-1的化合物的液晶组合物在穿透率方面的改善更加明显，另外，液晶组合物的弹性常数也有明显进步。
此外，本发明的通式I的化合物中，环为氧杂五元环或硫杂五元环的结构，相对于环/>为五元碳环的现有技术来说，本发明的通式I的化合物具有较大的垂直于分子轴方向的介电常数ε⊥，更有利于在维持介电各向异性不变的前提下，提升液晶组合物的垂直介电与介电的比值ε⊥/Δε，从而实现提升液晶组合物穿透率的效果；另外，本发明的通式I的化合物还具有较大的弹性常数，使得包含本发明液晶组合物的液晶显示器件在暗态时的漏光更小，对比度更高，且响应速度快。
在本发明的优选实施方案中，环和环/>各自独立地表示
在本发明的优选实施方案中，所述X1表示-O-、-S-或-CO-，优选为-O-或-S-。
在本发明的优选实施方案中，所述Y1和Y2各自独立地表示-H、-F、-Cl、-CH3、-OCH3、-CF3或-OCF3；进一步优选地，Y1和Y2各自独立地表示-H、-F或-Cl；再进一步优选地，Y1和Y2均表示-F。
在本发明的优选实施方案中，所述a表示0-5的整数，例如0、1、2、3、4或5；进一步优选地，a表示0-3的整数。
在本发明的优选实施方案中，所述R1表示含有1-10(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10)个碳原子的直链或支链烷基，所述含有1-10个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-O-、-S-或-CH＝CH-替代。
在本发明的优选实施方案中，所述Z1和Z2各自独立地表示单键、-O-、-S-、-CH2O-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-CF2O-或-OCF2-。
在本发明的优选实施方案中，所述n1和n2各自独立地表示0或1；进一步优选地，所述n1表示0，所述n2表示0或1；再进一步优选地，所述n1和n2均表示0。
在本发明的优选实施方案中，相对于环表示/>的技术方案，当环表示/>时，通式I的化合物体现出来的整体共轭作用更强，分子内部基团协同作用后，垂直介电、垂直介电与介电的比值及弹性常数均有较明显的提升作用，更有利于本发明穿透率高、对比度高的效果。
在本发明的优选实施方案中，所述环表示/>前述基团中的一个或至少两个环中单键可被双键替代。
在本发明的优选实施方案中，所述环表示/>
在本发明的优选实施方案中，所述液晶组合物包含至少两种通式I的化合物。
在本发明的优选实施方案中，所述环中的X2为-O-时，X1为-S-或-O-；进一步优选地，所述环/>中的X2为-O-时，X1为-O-。
在本发明的优选实施方案中，所述R1优选为含有1-10(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10)个碳原子的直链或支链的烷基、含有1-9(例如1、2、3、4、5、6、7、8或9)个碳原子的直链或支链的烷氧基、含有1-9(例如1、2、3、4、5、6、7、8或9)个碳原子的直链或支链的烷硫基、含有2-10(例如2、3、4、5、6、7、8、9或10)个碳原子的直链或支链的烯基；所述R1进一步优选为含有1-8个碳原子的直链或支链的烷基、含有1-7个碳原子的直链或支链的烷氧基、含有1-7个碳原子的直链或支链的烷硫基、含有2-8个碳原子的直链或支链的烯基；R1再进一步优选为含有1-5个碳原子的直链或支链的烷基、含有1-4个碳原子的直链或支链的烷氧基、含有1-4个碳原子的直链或支链的烷硫基、含有2-5个碳原子的直链或支链的烯基。
在本发明的优选实施方案中，所述Rx表示-H或含有1-6(例如1、2、3、4、5或6)个碳原子的直链烷基。
在本发明的优选实施方案中，所述通式I的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.1％-40％，例如0.2％、0.5％、0.8％、1％、2％、3％、4％、5％、8％、10％、12％、14％、15％、16％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、37％、38％或39％等；优选地，所述通式I的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.5％-30％。
在本发明的优选实施方案中，所述ZA11表示单键、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-O-CO-O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH2O-或-OCH2-。
在本发明的优选实施方案中，所述通式A-1的化合物选自如下化合物组成的组：
以及
其中，
RA1表示含有1-8(例如1、2、3、4、5、6、7或8)个碳原子的直链或支链烷基、 所述含有1-8个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代，所述含有1-8个碳原子的直链或支链烷基中一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代；
Rv和Rw各自独立地表示-CH2-或-O-；
LA11、LA12、LA11'、LA12'、LA14、LA15和LA16各自独立地表示-H或-F；
LA13和LA13'各自独立地表示-H或-CH3；
XA1表示-F、-CF3或-OCF3；
v和w各自独立地表示0或1。
在本发明的优选实施方案中，所述液晶组合物包含至少两种(例如两种、三种、四种、五种、六种等)通式A-1的化合物；优选地，所述液晶组合物包含至少三种(例如三种、四种、五种、六种、七种等)通式A-1的化合物。
在本发明的优选实施方案中，所述通式A-1的化合物选自通式A-1-1、通式A-1-2、通式A-1-4、通式A-1-6、通式A-1-8、通式A-1-9、通式A-1-10、通式A-1-11、通式A-1-12、通式A-1-13、通式A-1-14、通式A-1-15、通式A-1-16、通式A-1-17、通式A-1-18或通式A-1-19的化合物中的任意一种或至少两种的组合；进一步优选地，所述通式A-1的化合物选自通式A-1-1、通式A-1-2、通式A-1-6、通式A-1-8、通式A-1-9、通式A-1-11、通式A-1-12、通式A-1-13、通式A-1-14、通式A-1-15、通式A-1-16、通式A-1-17、通式A-1-18或通式A-1-19的化合物中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明的优选实施方案中，所述通式A-1的化合物包含至少一种通式A-1-8的化合物和/或通式A-1-16的化合物。
在本发明的优选实施方案中，所述通式A-1的化合物包含至少一种通式A-1-5的化合物、通式A-1-6的化合物、通式A-1-14的化合物、通式A-1-15的化合物。
在本发明的优选实施方案中，所述通式A-1的化合物包含至少一种通式A-1-12和/或通式A-1-13的化合物。
在本发明的优选实施方案中，所述通式A-1的化合物占液晶组合物的重量百分比为1％-60％，例如2％、3％、4％、5％、8％、10％、12％、15％、16％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、36％、37％、39％、40％、42％、45％、47％、50％、52％、55％、57％或59％等；优选地，所述通式A-1的化合物占液晶组合物的重量百分比为5％-60％。
在本发明的优选实施方案中，所述液晶组合物包含至少一种通式M的化合物
其中，
RM1和RM2各自独立地表示含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、 所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基中一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代；
环环/>和环/>各自独立地表示/> 所述/>中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代，一个或至少两个环中单键可被双键替代；所述/>中的至多一个-H可被卤素取代；/>
ZM1和ZM2各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CH2CH2-或-(CH2)4-；
nM表示0、1或2，当nM＝2时，环相同或不同，ZM2相同或不同。
本发明中的烯基优选地选自式(V1)至式(V9)中的任一者所表示的基团，特别优选为式(V1)、式(V2)、式(V8)或(V9)。式(V1)至式(V9)所表示的基团如下所示：
其中，*表示上述基团与化合物的连接位点。
本发明中的烯氧基优选地选自式(OV1)至式(OV9)中的任一者所表示的基团，特别优选为式(OV1)、式(OV2)、式(OV8)或(OV9)。式(OV1)至式(OV9)所表示的基团如下所示：
其中，*上述基团与化合物的连接位点。
在本发明的优选实施方案中，所述通式M的化合物选自如下化合物组成的组：
/>
/>
以及
其中，RM1和RM2各自独立地表示含有1-12(例如1、2、3、4、5、6、8、10或11等)个碳原子的直链烷基，或所述含有1-12个碳原子的直链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-或-O-替代。
在本发明的优选实施方案中，所述RM1和RM2各自独立地表示含有1-10(例如1、2、3、4、5、6、8、9或10)个碳原子的直链烷基、含有2-10(例如2、3、4、5、6、8、9或10)个碳原子的直链烯基或含有1-9(例如1、2、3、4、5、6、8或9)个碳原子的直链烷氧基。
在本发明的优选实施方案中，通式M的化合物包含至少一种通式M-1的化合物和/或通式M-12的化合物，其中，RM1和RM2中至少一者为烯基。
在本发明的优选实施方案中，通式M的化合物的含量必须视低温下的溶解性、转变温度、电可靠性、双折射率、工艺适应性、滴下痕迹、烧屏、介电各向异性等所需的性能而适当进行调整。
在本发明的优选实施方案中，所述RM1和RM2优选各自独立地为含有1-8个碳原子的直链的烷基、含有1-7个碳原子的直链的烷氧基或含有2-8个碳原子的直链的烯基；所述RM1和RM2进一步优选各自独立地为含有1-5个碳原子的直链的烷基、含有1-4个碳原子的直链的烷氧基或含有2-5个碳原子的直链的烯基。
在本发明的优选实施方案中，所述RM1和RM2优选各自独立地为含有2-8个碳原子的直链的烯基；进一步优选各自独立地为含有2-5个碳原子的直链的烯基。
在本发明的优选实施方案中，所述RM1和RM2中的任一者为含有2-5个碳原子的直链的烯基，而另一者为含有1-5个碳原子的直链的烷基。
在本发明的优选实施方案中，所述RM1和RM2优选各自独立地为含有1-8个碳原子的直链的烷基、或含有1-7个碳原子的直链的烷氧基；进一步优选各自独立地为含有1-5个碳原子的直链的烷基、或含有1-4个碳原子的直链的烷氧基。
在本发明的优选实施方案中，所述RM1和RM2中的任一者为含有1-5个碳原子的直链的烷基，而另一者为含有1-5个碳原子的直链的烷基或含有1-4个碳原子的直链的烷氧基；进一步优选地，所述RM1和RM2两者均各自独立地为含有1-5个碳原子的直链的烷基。
在本发明的优选实施方案中，在重视可靠性时，优选RM1和RM2均为烷基；在重视降低化合物的挥发性的情形时，优选RM1和RM2均为烷氧基；在重视粘度降低的情形时，优选RM1和RM2中至少一者为烯基。
在本发明的优选实施方案中，所述通式M的化合物占液晶组合物的重量百分比为1％-80％，例如2％、4％、6％、8％、10％、13％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、33％、35％、38％、40％、43％、45％、48％、50％、52％、55％、58％、60％、62％、65％、67％、70％、72％、75％、77％或79％等；优选地，所述通式M的化合物占液晶组合物的重量百分比为5％-70％。
关于通式M的化合物的含量，在需要保持本发明的液晶组合物的粘度较低、且响应时间较短时，优选其下限值较高、且上限值较高；进一步在需要保持本发明的液晶组合物的清亮点较高、且温度稳定性良好时，优选其下限值较高、且上限值较高；在为了将驱动电压保持为较低、且使介电各向异性的绝对值变大时，优选其下限值变低、且上限值变低。
在本发明的优选实施方案中，所述液晶组合物还包含至少一种通式A-2的化合物
其中，
RA2表示含有1-12个碳原子的直链或支链烷基、所述含有1-12个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代，所述含有1-12个碳原子的直链或支链烷基、/> 中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代；
环和环/>各自独立地表示/> 所述/>中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代，一个或至少两个环中单键可被双键替代；所述/>中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl、-CN、-CH3或-OCH3取代，一个或至少两个环中-CH＝可被-N＝替代；
ZA21和ZA22各自独立地表示单键、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH2O-或-OCH2-；
LA21和LA22各自独立地表示-H、含有1-3(例如1、2或3)个碳原子的烷基或卤素；
XA2表示卤素、含有1-5(例如1、2、3、4或5)个碳原子的卤代烷基、含有1-5(例如1、2、3、4或5)个碳原子的卤代烷氧基、含有2-5(例如2、3、4或5)个碳原子的卤代烯基或含有2-5(例如2、3、4或5)个碳原子的卤代烯氧基；
nA2表示0、1、2或3，其中当nA2＝2或3时，环相同或不同，ZA21相同或不同。/>
在本发明的优选实施方案中，所述通式A-2的化合物选自如下化合物组成的组：
/>
以及
其中，
RA2表示含有1-8(例如1、2、3、4、5、6、7或8)个碳原子的直链或支链的烷基，所述含有1-8个碳原子的直链或支链的烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代，前述基团中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代；
LA21、LA22、LA23、LA24和LA25各自独立地表示-H、-F或-Cl；
XA2表示-F、-CF3、-OCF3或-CH2CH2CH＝CF2。
在本发明的优选实施方案中，所述通式A-2的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.1％-50％，例如0.3％、0.5％、0.8％、1％、2％、4％、6％、8％、10％、13％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、33％、35％、38％、40％、43％、45％、47％或49％等。
在本发明的优选实施方案中，所述液晶组合物包含至少一种通式N的化合物
其中，
RN1和RN2各自独立地表示含有1-12(例如1、2、3、4、5、6、8、10或11等)个碳原子的直链或支链的烷基、所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代；
环和环/>各自独立地表示/>其中中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代，一个或至少两个环中单键可被双键替代，其中/>中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl或-CN取代，一个或至少两个环中-CH＝可被-N＝替代；
ZN1和ZN2各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-(CH2)4-、-CF2O-或-OCF2-；
LN1和LN2各自独立地表示-H、含有1-3个碳原子的烷基或卤素；并且
nN1表示0、1、2或3，nN2表示0或1，且0≤nN1+nN2≤3，当nN1＝2或3时，环相同或不同，ZN1相同或不同。
在本发明的优选实施方案中，环和环/>各自独立地表示
在本发明的优选实施方案中，通式N的化合物选自由如下化合物组成的组：
/>
以及
在本发明的优选实施方案中，通式N的化合物占液晶组合物的重量百分比为0％-60％，例如0.3％、0.5％、0.8％、1％、2％、4％、6％、8％、10％、13％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、33％、35％、38％、40％、43％、45％、47％、49％、50％、53％、55％、57％或59％等。
在本发明的优选实施方案中，在需要保持本发明的液晶组合物粘度较低、且响应时间较短时，优选通式N的化合物的含量的下限值较低、且上限值较低；进一步地，在需要保持本发明的液晶组合物的清亮点较高、且温度稳定性良好时，优选通式N的化合物的含量的下限值较低、且上限值较低；另外，在为了将驱动电压保持为较低、而使介电各向异性的绝对值变大时，优选使通式N的化合物的含量的下限值变高、且上限值变高。
在本发明的优选实施方案中，RN1和RN2优选各自独立地为含有1-10个碳原子的直链或支链的烷基、含有1-9个碳原子的直链或支链的烷氧基、或含有2-10个碳原子的直链或支链的烯基；RN1和RN2进一步优选各自独立地为含有1-8个碳原子的直链或支链的烷基、含有1～7个碳原子的直链或支链的烷氧基、或含有2-8个碳原子的直链或支链的烯基；RN1和RN2再进一步优选各自独立地为含有1-5个碳原子的直链或支链的烷基、含有1～4个碳原子的直链或支链的烷氧基、或含有2-5个碳原子的直链或支链的烯基。
在本发明的优选实施方案中，RN1更进一步优选为含有1-5个碳原子的直链或支链的烷基、或含有2-5个碳原子的直链或支链的烯基；RN1再进一步优选为含有2-5个碳原子的直链或支链的烷基、或含有2-3个碳原子的直链或支链的烯基；RN2更进一步优选为含有1-5个碳原子的直链或支链的烷氧基。
除上述化合物以外，本发明的液晶组合物也可含有通常的向列型液晶、近晶型液晶、胆固醇型液晶、抗氧化剂、紫外线吸收剂、红外线吸收剂、聚合性单体或光稳定剂等。
如下显示优选加入到根据本发明的液晶组合物中的可能的掺杂剂。
/>
以及/>
上述结构式中，*代表手性碳原子的位置。
在本发明的优选实施方案中，掺杂剂占液晶组合物的重量百分比为0％-5％；优选地，掺杂剂占液晶组合物的重量百分比为0.01％-1％。
另外，本发明的液晶组合物所使用的抗氧化剂、光稳定剂等添加剂优选以下物质：
/>
其中，n表示1-12(例如1、2、3、4、5、6、8、10或11等)的正整数。
优选地，光稳定剂选自如下所示的光稳定剂：
在本发明的优选实施方案中，光稳定剂占液晶组合物的总重量百分比为0％-5％；优选地，光稳定剂占液晶组合物的总重量百分比为0.01％-1％；更优选地，光稳定剂占液晶组合物的总重量百分比为0.01％-0.1％。
另一方面，本发明提供一种包含如上所述的液晶组合物的液晶显示器件。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
与现有技术相比，本发明提供的液晶组合物在维持适当的光学各向异性、适当的清亮点、适当的介电各向异性和适当的低温储存时间的情况下，还具有较大的垂直介电、较大的垂直介电与介电的比值、较大的弹性常数、较好的穿透率和较短的响应时间，使得包含该液晶组合物的液晶显示器件在维持适当的温度使用范围和适当的低温储存稳定性的情况下，具有较好的透过率、较好的对比度和较快的响应速度，在TN、IPS或FFS显示模式的液晶显示器中具有较高的应用价值。
具体实施方式
以下将结合具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，以下实施例为本发明的示例，仅用来说明和帮助理解本发明，不应视为对本发明的限制。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。
为便于表达，以下各实施例中，液晶组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
/>
/>
以如下结构式的化合物为例：
该结构式如用表1所列代码表示，则可表达为：nCCGF，代码中的n表示左端烷基的C原子数，例如n为“3”，即表示该烷基为-C3H7；代码中的C代表环己烷基，G代表2-氟-1,4-亚苯基，F代表氟。
以下实施例中测试项目的简写代号如下：
Cp 清亮点(向列相-各向同性相的转变温度，℃)
Δn 光学各向异性(589nm，25℃)
ε⊥ 垂直介电
Δε 介电各向异性(1KHz，25℃)
ε⊥/Δε 垂直介电与介电的比值
K11 展曲弹性常数
K33 弯曲弹性常数
t-40℃ 低温储存时间(h，-40℃)
Tr 穿透率(％)
τ 响应时间(ms)
其中，
Cp：通过熔点仪测试获得。
Δn：使用阿贝折光仪在钠光灯(589nm)光源下、25℃测试得。
Δε：Δε＝ε∥-ε⊥，其中，ε∥为平行于分子轴的介电常数，ε⊥为垂直于分子轴的介电常数，测试条件：25℃、1KHz、TN型测试盒、盒厚7μm。
ε⊥为垂直于分子轴的介电常数，测试条件：25℃、1KHz、测试盒为TN型，盒厚7μm。
K11和K33：使用LCR仪和反平行摩擦盒测试液晶的C-V曲线并且进行计算所得；测试条件：盒厚7μm，V＝0.1～20V。
t-40℃：将向列相液晶介质置于玻璃瓶中，在-40℃保存，在观察到有晶体析出时所记录的时间。
Tr是使用DMS 505光电综合测试仪测试调光器件的V-T曲线，取V-T曲线上透过率的最大值，作为液晶的穿透率，测试盒为正性IPS型，盒厚3.5μm。
τ：使用DMS505测试仪在25℃下测试得到，测试条件：25℃、V90驱动、盒厚3.5μm的正性IPS型测试盒。
在以下的实施例中所采用的各成分，均可以通过公知的方法进行合成，或者通过商业途径获得。这些合成技术是常规的，所得到各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。
按照以下实施例规定的各液晶组合物的配比，制备液晶组合物。所述液晶组合物的制备是按照本领域的常规方法进行的，如采取加热、超声波、悬浮等方式按照规定比例混合制得。
制备并研究下列实施例中给出的液晶组合物。下面显示了各液晶组合物的组成和其性能参数测试结果。
对比例1
按表2中所列的各化合物及其重量百分数配制成对比例1的液晶组合物，并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表2液晶组合物的配方及性能参数测试结果
实施例1
按表3中所列的各化合物及其重量百分数配制成实施例1的液晶组合物，并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表3液晶组合物的配方及性能参数测试结果
实施例2
按表4中所列的各化合物及其重量百分数配制成实施例2的液晶组合物，并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表4液晶组合物的配方及性能参数测试结果
实施例3
按表5中所列的各化合物及其重量百分数配制成实施例3的液晶组合物，并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表5液晶组合物的配方及性能参数测试结果
实施例4
按表6中所列的各化合物及其重量百分数配制成实施例4的液晶组合物，并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表6液晶组合物的配方及性能参数测试结果
/>
实施例5
按表7中所列的各化合物及其重量百分数配制成实施例5的液晶组合物，并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表7液晶组合物的配方及性能参数测试结果
实施例6
按表8中所列的各化合物及其重量百分数配制成实施例6的液晶组合物，并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表8液晶组合物的配方及性能参数测试结果
实施例7
按表9中所列的各化合物及其重量百分数配制成实施例7的液晶组合物，并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表9液晶组合物的配方及性能参数测试结果
/>
由上述对比例1与实施例1的对比可知，本发明通过对通式I的化合物进行结构优化，并与通式II的化合物协同作用，使所述液晶组合物在维持适当的光学各向异性、适当的清亮点、适当的介电各向异性和适当的低温储存时间的情况下，还具有较大的垂直介电、较大的垂直介电与介电的比值、较大的弹性常数、较好的穿透率和较短的响应时间，使得包含该液晶组合物的液晶显示器件在维持适当的温度使用范围和适当的低温储存稳定性的情况下，具有较好的透过率、较好的对比度和较快的响应速度。
由上述实施例1-7可知，本发明的液晶组合物均具适当的光学各向异性、适当的清亮点、适当的介电各向异性、适当的低温存储时间、较大的垂直介电、较大的垂直介电与介电的比值、较大的弹性常数、较好的穿透率和较短的响应时间，包含该液晶组合物的液晶显示器件在维持适当的温度使用范围和适当的低温储存稳定性的情况下，具有较好的透过率、较好的对比度和较快的响应速度，在TN、IPS或FFS显示模式的液晶显示器中具有较高的应用价值。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的包含二苯并衍生物的液晶组合物及液晶显示器件，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (14)
1.一种包含二苯并衍生物的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含：
至少一种通式I的化合物
至少一种通式A-1的化合物
以及
至少一种通式M的化合物
其中，
R1表示含有1-10个碳原子的直链或支链烷基，所述含有1-10个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-O-、-S-或-CH＝CH-替代；
Rx表示-H或含有1-6个碳原子的直链烷基；
RA1表示含有1-12个碳原子的直链或支链烷基、所述含有1-12个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-或-O-替代，所述含有1-12个碳原子的直链或支链烷基、/>中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代；
RM1和RM2各自独立地表示含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、 所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基中一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-或-O-替代；
环和环/>各自独立地表示/> 所述/>中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代，一个或至少两个环中单键可被双键替代；所述/> 中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl、-CN、-CH3或-OCH3取代；
环表示/>前述基团中的一个或至少两个环中单键可被双键替代；
环和环/>各自独立地表示/>或所述/>中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代，一个或至少两个环中单键可被双键替代；所述/> 中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl、-CN、-CH3或-OCH3取代；
环环/>和环/>各自独立地表示/> 所述/>中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代，一个或至少两个环中单键可被双键替代；所述/>中的至多一个-H可被卤素取代；
X1表示-O-或-S-；
Y1和Y2均表示-F；
Z表示-(CH2)aO-或-(CH2)aS-，其中a表示0至5的整数；
Z1和Z2各自独立地表示单键、-O-、-S-、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-(CH2)4-、-CF2O-或-OCF2-；
ZA11表示单键、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH2O-或-OCH2-；
ZM1和ZM2各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CH2CH2-或-(CH2)4-；
LA11、LA12和LA13各自独立地表示-H、含有1-3个碳原子的直链烷基或卤素；
XA1表示卤素、含有1-5个碳原子的卤代烷基、含有1-5个碳原子的卤代烷氧基、含有2-5个碳原子的卤代烯基或含有2-5个碳原子的卤代烯氧基；
n1和n2表示0；
nA11表示0、1、2或3，当nA11＝2或3时，环相同或不同，ZA11相同或不同；
nA12表示1或2，当nA12＝2时，环相同或不同；
nM表示0、1或2，当nM＝2时，环相同或不同，ZM2相同或不同；
所述通式I的化合物占液晶组合物的重量百分比为5％-20％，所述通式A-1的化合物占液晶组合物的重量百分比为28％-50％，所述通式M的化合物占液晶组合物的重量百分比为20-62％。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含至少两种通式I的化合物。
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A-1的化合物选自如下化合物组成的组
以及
其中，
RA1表示含有1-8个碳原子的直链或支链烷基、所述含有1-8个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-或-O-替代，所述含有1-8个碳原子的直链或支链烷基中一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代；
Rv和Rw各自独立地表示-CH2-或-O-；
LA11、LA12、LA11'、LA12'、LA14、LA15和LA16各自独立地表示-H或-F；
LA13和LA13'各自独立地表示-H或-CH3；
XA1表示-F、-CF3或-OCF3；
v和w各自独立地表示0或1。
4.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式A-1的化合物选自通式A-1-1、通式A-1-2、通式A-1-4、通式A-1-6、通式A-1-8、通式A-1-9、通式A-1-10、通式A-1-11、通式A-1-12、通式A-1-13、通式A-1-14、通式A-1-15、通式A-1-16、通式A-1-17、通式A-1-18或通式A-1-19的化合物中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式A-1的化合物选自通式A-1-1、通式A-1-2、通式A-1-6、通式A-1-8、通式A-1-9、通式A-1-11、通式A-1-12、通式A-1-13、通式A-1-14、通式A-1-15、通式A-1-16、通式A-1-17、通式A-1-18或通式A-1-19的化合物中的任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式A-1的化合物包含至少一种通式A-1-8的化合物和/或通式A-1-16的化合物。
7.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含至少两种通式A-1的化合物。
8.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含至少三种通式A-1的化合物。
9.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式M的化合物选自如下化合物组成的组：
以及
其中，RM1和RM2各自独立地表示含有1-12个碳原子的直链烷基，或所述含有1-12个碳原子的直链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-或-O-替代。
10.根据权利要求1或9所述的液晶组合物，其特征在于，所述RM1和RM2各自独立地表示含有1-10个碳原子的直链烷基、含有2-10个碳原子的直链烯基或含有1-9个碳原子的直链烷氧基。
11.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含至少一种通式A-2的化合物
其中，
RA2表示含有1-12个碳原子的直链或支链烷基、所述含有1-12个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代，所述含有1-12个碳原子的直链或支链烷基、中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代；
环和环/>各自独立地表示/> 所述/>中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代，一个或至少两个环中单键可被双键替代；所述/> 中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl、-CN、-CH3或-OCH3取代，一个或至少两个环中-CH＝可被-N＝替代；
ZA21和ZA22各自独立地表示单键、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH2O-或-OCH2-；
LA21和LA22各自独立地表示-H、含有1-3个碳原子的烷基或卤素；
XA2表示卤素、含有1-5个碳原子的卤代烷基、含有1-5个碳原子的卤代烷氧基、含有2-5个碳原子的卤代烯基或含有2-5个碳原子的卤代烯氧基；
nA2表示0、1、2或3，其中当nA2＝2或3时，环相同或不同，ZA21相同或不同。
12.根据权利要求11所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式A-2的化合物选自如下化合物组成的组：
/>
以及
其中，
RA2表示含有1-8个碳原子的直链或支链的烷基，所述含有1-8个碳原子的直链或支链的烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代，前述基团中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代；
LA21、LA22、LA23、LA24和LA25各自独立地表示-H、-F或-Cl；
XA2表示-F、-CF3、-OCF3或-CH2CH2CH＝CF2。
13.根据权利要求12所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式A-2的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.1％-50％。
14.一种包含如权利要求1-13任一项所述的液晶组合物的液晶显示器件。
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| JP2019077792A (ja) * | 2017-10-25 | 2019-05-23 | Jnc株式会社 | 液晶組成物および液晶表示素子 |
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2020
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