CN104593005B - 一种含有二氧六环结构的液晶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有二氧六环结构的液晶组合物及其在液晶显示中的应用；该液晶组合物具有正的介电各向异性，包含有一种或多种选自结构式(Ⅰ‑1)‑(Ⅰ‑2)的化合物和至少一种由结构式(Ⅱ)表示的化合物。该液晶组合物具有较宽的向列相温度范围和适合的折射率，尤其具有较大的垂直介电和较高的穿透率，在液晶显示中具有广阔的应用前景和应用价值，特别适用于高透过率的快速响应的有源矩阵TN‑TFT，IPS‑TFT，FFS‑TFT显示器。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，尤其是包含一种具有二氧六环结构的化合物和一种含有环丙基为端基，二氟甲氧桥键为连接基团的化合物的液晶组合物。
背景技术
不同显示模式的引入使得液晶显示器(LCDs)的性能有了明显的提高，并且被更加广泛地应用于智能手机，显示器，便携平板电脑，电视等不同方面。这些应用对液晶显示器提出了更高的显示要求，比如高对比度，宽视角，快速响应和高穿透率。其中，在超高分辨率下由于像素尺寸的缩小导致开口率降低，所以高穿透率的显示显得尤为重要。
液晶的介电性质用介电常数ε来表示。与液晶指向矢平行的电场介电常数用ε||表示，与液晶指向矢垂直的电场介电常数用ε⊥表示，介电各向异性常数为Δε＝ε||-ε⊥。若液晶分子极性基永久偶极距的方向与分子长轴方向一致，液晶分子长轴方向的电子偏移度最大，这样，与分子长轴平行的方向上具有大的偶极距，介电各向异性为正，Δε＞0，这样的液晶叫做正性液晶，通式(Ⅱ)所代表的化合物为正性液晶。若液晶分子极性基永久偶极距的方向与分子长轴方向垂直，液晶分子短轴方向的电子偏移度最大，这样，与分子长轴垂直的方向上具有小的偶极距，介电各向异性为负，Δε＜0这样的液晶叫做负性液晶，通式(Ⅰ)所代表的化合物为负性液晶。
目前在液晶显示市场，具有竞争力的显示模式主要有，面内切换(in-planeswitching,IPS),边缘场切换(fringe-field switching，FFS)，和垂直排列(verticalalignment，VA)等显示模式。在这些显示模式中，面内切换(IPS)和边缘场切换(FFS)都具有宽视角的特点。当正性液晶用于IPS/FFS显示模式时可以获得快速响应，并且有良好的可靠性；而负性液晶用于IPS/FFS显示模式时可以获得更高的透过率，但是由于负性液晶粘度较大，所以响应时间较慢。本发明通过在正性液晶中加入一定量的二氧六环的液晶分子，即可以增加混合液晶的ε⊥从而提高正性混晶的透过率，同时可以具有比单纯负性混晶更低的旋转粘度，更快的响应时间和更稳定的信赖性。本发明中所述的液晶组合物中包含了通式Ⅰ-1和/或Ⅰ-2所示的二氧六环结构化合物，该化合物所具有的二氧六环结构可以增加化合物的垂直介电，但粘度相对较小，同时含有的通式Ⅱ所示的正性化合物，环丙基的结构可增加互溶性，所以二者的组合可以有效解决IPS/FFS显示模式透过率低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种正介电液晶组合物，具有较大的垂直介电、低旋转粘度、响应时间快的特点，适用于有源矩阵电光学元件和液晶显示器中，可用于制造高透过率，快速响应的TFT-LCD。
本申请要求保护的发明归纳如下：
为了实现本发明的目的，本文提供了一种具有正介电各向异性的液晶组合物，主要包含一种或多种由结构式(Ⅰ-1)和/或(Ⅰ-2)表示的化合物，
以及至少一种由结构式(Ⅱ)表示的化合物
其中，
R1和R2分别独立地是碳原子数为1-5的直链烷基；
R3表示H原子或碳原子数为1-2的烷基；
L21和L22各自独立地选自H原子和F原子中的任意一种；
X1选自F原子，1-6个碳原子的卤代烷氧基或2-6个碳原子的卤代烯氧基；
分别独立地选自下列基团中的任一基团：
n，m和q分别独立地是0、1或2，且1≤m+q≤3。
该液晶组合物中，还包含一种或多种由结构式(Ⅲ)表示的化合物
R4表示H原子或碳原子数为1-2的烷基；
L31和L32各自独立地选自H原子和F原子中的任意一种；
X2选自F原子、1-6个碳原子的卤代烷氧基或2-6个碳原子的卤代烯氧基；
分别独立地选自下列基团中的任一基团：
j，k和l分别独立地是0、1或2，且1≤k+l≤3。
该液晶组合物，结构式(I-1)和/或(I-2)所示的化合物的含量按质量百分比计为1～20％，结构式(Ⅱ)所示的化合物的含量按质量百分比记为6～43％，结构式(Ⅲ)所示的化合物的含量按质量百分比记为6～45％。
该液晶组合物，另外包含一种或多种选自结构式(Ⅳ)的化合物
其中
R51和R52可以相同或不同，分别独立地选自H原子、碳原子为1-6的烷基、碳原子数为1-6的烷氧基、碳原子为2-8的链烯基或者碳原子为3-8链烯氧基；
彼此独立地并且在出现两次的情况下，它们也彼此独立地是
Z51和Z52彼此独立地是，并且在Z51出现两次的情况下，这些也彼此独立地是-CH2-，-CH2CH2-，-CF2CF2-，-COO-，反式-CH＝CH-，反式-CF＝CF-，-CH2O-或单键，且t是0，1或2。
该液晶组合物，结构式(I)所示的化合物的含量按质量百分比计为1～15％，结构式(Ⅱ)所示的化合物的含量按质量百分比记为7～40％，结构式(Ⅲ)所示的化合物的含量按质量百分比记为6～41％，结构式(Ⅳ)所示的化合物的含量按质量百分比记为15～60％。
该液晶组合物，结构式(Ⅱ)所示的化合物优选自如下的一种或多种化合物：
该液晶组合物，结构式(Ⅲ)所示的化合物优选自如下的一种或多种化合物：
该液晶组合物中，结构式(Ⅳ)所示的化合物优选自如下的一种或多种化合物：
其中，R51、R52可以相同或不同，分别独立地选自H原子或者碳原子为1-5的直链烷基。
本文发明的液晶组合物若应用于FFS-TFT、IPS-TFT中，则不需要添加旋光性物质；若应用于TN-TFT，则需添加0.05～0.5％的所述液晶组合物质量的旋光性化合物，应用于液晶显示元件和液晶显示器中。
本发明的液晶组合物可采用常规方法将两种或多种液晶化合物混合进行生产，如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；或者本发明的液晶组合物可按照常规的制备方法制备。
本发明的液晶组合物，可以用于有源矩阵显示器，优选通过薄膜晶体管(TFT)的矩阵寻址，特别适用于制造快速响应的有源矩阵TN-TFT，IPS-TFT或FFS液晶显示元件和液晶显示器，也属于本发明的保护范围。
本发明书中的百分比为重量百分比，温度为摄氏度(℃)。如无其他说明，其他符号的具体意义及测试条件如下：
Cp表示液晶清亮点(℃)，DSC定量法测试；
S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点(℃)；
Δn表示光学各向异性，no为寻常光的折射率，ne为非寻常光的折射率，测试条件为25±2℃，589nm，阿贝折射仪测试；
Δε表示介电各向异性，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，测试条件为25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
γ1表示旋转粘度(mPa·s),测试条件为25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
T(％)表示透过率，T(％)＝100％*亮态(Vop)亮度/光源亮度，测试设备DMS501，测试条件为25±0.5℃，测试盒为3.3微米IPS测试盒，电极间距和电极宽度均为10微米，摩擦方向与电极夹角为10°。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但下面的实施例为本发明的示例，本发明并不限于以下实施例。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，通过在本发明的液晶组合物内还可以通过对各组分含量的调整，修改或改良出具有不同阈值，清亮点，双折射特性的液晶混合物。
本发明的液晶组合物可采用将液晶化合物混合的方法进行生产，如在高温下混合不同组分并彼此溶解的方法制备，本发明的液晶组合物也可按照其他常规的制备方法，如采取加热，超声波，悬浮等方式制备。
取以下重量百分比的组合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，配置液晶组合物，具体的配比如表所示，所得的液晶组合物的性能参数也列于表中。
实施例1
实施例1的混晶化合物具有大的垂直介电，高透过率，快速响应，适用于高对比度的IPS-TV等显示应用，有利于实现宽视角，优质的动态画面播放等性能。
实施例2
实施例2的混晶化合物具有大的垂直介电，高透过率，快速响应，适用于高对比度的平板电脑等显示应用，有利于实现宽视角，优质的动态画面播放等性能。
实施例3
实施例3的混晶化合物具有大的垂直介电，高透过率，快速响应，适用于高对比度的手机等显示应用，有利于实现宽视角，优质的动态画面播放等性能。
实施例4
实施例4的混晶化合物具有大的垂直介电，高透过率，快速响应，适用于高对比度的车载等显示应用，有利于实现宽视角，宽温使用等性能。
实施例5
实施例5的混晶化合物具有大的垂直介电，高透过率，快速响应，适用于低盒厚的快速响应手机等显示应用，有利于实现宽视角，宽温使用等性能。
对比实施例
特列出对比实施例，对比实施例不含有二氧六环结构的化合物，所以相较于含有二氧六环结构化合物的实施例具有较低垂直介电ε⊥和较低的透过率T(％)，从而添加二氧六环结构的化合物可以增大组合物的垂直介电ε⊥，并提升透过率。
以上五个实施例，所提供的液晶混合物均具有很好的低温稳定性，低旋转粘度，较大的垂直介电，和高透过率。可以在一定程度上辅助降低背光亮度，节约成本。适用于TN-TFT、IPS-TFT、FFS-TFT等显示模式的中小尺寸显示器。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明做了详尽的描述，但他们是本发明的代表例，在本发明基础上，可以对之做一些修改和改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，本发明并不是有上述说明而限定，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)
1.一种含有二氧六环结构的液晶组合物，其特征在于该组合物具有正介电各向异性，且包含一种或多种由结构式(Ⅰ-1)和/或(Ⅰ-2)表示的化合物，
以及至少一种由结构式(Ⅱ)表示的化合物
其中，
R1和R2分别独立地是碳原子数为1-5的直链烷基；
R3表示H原子或碳原子数为1-2的烷基；
L21和L22各自独立地选自H原子和F原子中的任意一种；
X1选自F原子，1-6个碳原子的卤代烷氧基或2-6个碳原子的卤代烯氧基；
分别独立地选自下列基团中的任一基团：
n，m和q分别独立地是0、1或2，且1≤m+q≤3。
2.根据权利要求1所示液晶组合物，其特征在于还包含一种或多种由结构式(Ⅲ)表示的化合物
R4表示H原子或碳原子数为1-2的烷基；
L31和L32各自独立地选自H原子和F原子中的任意一种；
X2选自F原子、1-6个碳原子的卤代烷氧基或2-6个碳原子的卤代烯氧基；
分别独立地选自下列基团中的任一基团：
j，k和l分别独立地是0、1或2，且1≤k+l≤3。
3.根据权利要求2的所示液晶组合物，其特征在于所述结构式(I-1)和/或(I-2)所示的化合物的含量按质量百分比计为1～20％，结构式(Ⅱ)所示的化合物的含量按质量百分比记为6～43％，结构式(Ⅲ)所示的化合物的含量按质量百分比记为6～45％。
4.根据权利要求3的液晶组合物，另外包含一种或多种选自结构式(Ⅳ)的化合物
其中
R51和R52可以相同或不同，分别独立地选自H原子、碳原子为1-6的烷基、碳原子数为1-6的烷氧基、碳原子为2-8的链烯基或者碳原子为3-8链烯氧基；
彼此独立地表示为
Z51和Z52彼此独立地是-CH2-，-CH2CH2-，-CF2CF2-，-COO-，反式-CH＝CH-，反式-CF＝CF-，-CH2O-或单键，且t是0，1或2。
5.根据权利要求4的液晶组合物，结构式(I)所示的化合物的含量按质量百分比计为1～15％，结构式(Ⅱ)所示的化合物的含量按质量百分比记为7～40％，结构式(Ⅲ)所示的化合物的含量按质量百分比记为6～41％，结构式(Ⅳ)所示的化合物的含量按质量百分比记为15～60％。
6.根据权利要求1的液晶组合物，其特征在于所述结构式(Ⅱ)所示的化合物选自如下的一种或多种化合物：
7.根据权利要求2所示的液晶组合物，其特征在于所述结构式(Ⅲ)所示的化合物选自如下的一种或多种化合物：
8.根据权利要求4所示液晶组合物，其特征在于所述结构式(Ⅳ)所示的化合物选自如下的一种或多种化合物：
其中，R51、R52可以相同或不同，分别独立地选自H原子或者碳原子为1-5的直链烷基。
9.根据权利要求1-8中任一所述的液晶组合物，其特征在于若其应用于FFS-TFT、IPS-TFT中，则不需要添加旋光性物质；若其应用于TN-TFT，则需添加0.05～0.5％的所述液晶混合物质量的旋光性化合物。
10.一种电光学液晶显示器，其特征在于所述显示器中包含权利要求1-9中任一所述的液晶组合物。
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