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CN103820127B - 正介电液晶组合物 - Google Patents

正介电液晶组合物 Download PDF

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CN103820127B
CN103820127B CN201410036656.9A CN201410036656A CN103820127B CN 103820127 B CN103820127 B CN 103820127B CN 201410036656 A CN201410036656 A CN 201410036656A CN 103820127 B CN103820127 B CN 103820127B
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华瑞茂
史子谦
李雅敏
张建立
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Beijing Chengzhi Yonghua Technology Co ltd
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Shijiazhuang Chengzhi Yonghua Display Material Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种正介电液晶组合物，包含重量百分比为1%～40%的通式Ⅰ所示的第一组分，1%～70%的通式Ⅱ所示的第二组分，1%～40%的通式Ⅲ所示的第三组分，0～40%的通式Ⅳ所示的第四组分，0～40%的通式Ⅴ所示的第五组分；另外还可根据显示需要添加占上述五种组分总重量0～0.5%的旋光性组分。本发明的液晶组合物具有宽的向列相温度范围，适当的正介电各向异性，合适的光学各向异性，通过对各组分含量的调整还可以扩展出具有不同阈值、清亮点、双折射特性的液晶混合物，特别适用于制造快速响应的有源矩阵TN-TFT、IPS-TFT显示器。

Description

正介电液晶组合物
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，具体的说是一种应用于液晶显示器中的正介电液晶组合物。
背景技术
液晶显示元件根据显示方式分为下列模式：扭曲向列相（TN）模式、超扭曲向列相（STN）模式、共面模式（IPS）、垂直配向（VA）模式。无论何种显示模式均需要液晶组合物有以下特性：1）化学，物理性质稳定；2）粘度低；3）具有合适的介电各向异性△ε；4）合适的拆射率△n；5）与其他液晶化合物的相溶性好。
随着九十年代初TFT（薄膜晶体管）技术的成熟，彩色液晶平板显示器迅速发展，不到十年的时间，TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）迅速成长为主流显示器，这与它具有的优点是分不开的，其优点主要分为五点：
一、使用特性好。低压应用，低驱动电压；平板化，又轻薄，节省了大量原材料和使用空间；低功耗；显示质量从最简单的单色字符图形到高分辨率，高彩色保真度，高亮度，高对比度，高响应速度的各种规格型号的视频显示器；其显示方式有直视型，投影型，透视式和反射式等多种显示方式。
二、环保特性好。TFT-LCD无辐射、无闪烁，对使用者的健康无损害，特别是TFT-LCD电子书刊的出现，将把人类带入无纸办公、无纸印刷时代，引发人类学习、传播和记载文明方式的革命。
三、适用范围宽：从-20℃到50℃的温度范围内都可以正常使用，经过温度加固处理的TFT-LCD低温工作温度可达到零下80℃；既可作为移动终端显示，台式终端显示，又可以作大屏幕投影电视，是性能优良的全尺寸视频显示终端。
四、制造技术的自动化程度高。
五、TFT-LCD易于集成化和更新换代。
由上所述液晶平板显示器的主要特点，因此对液晶平板显示器所用的液晶材料品质特性也提出了更高的要求，液晶组合物本身应具有高电荷保持率、高电阻率、低离子浓度、低功耗、低旋转粘度。
作为液晶材料，需要具有良好的化学和热稳定性以及对电场和电磁辐射的稳定性，而作为TFT-LCD用液晶材料，不仅需要具有如上稳定性外，还应具有较宽的向列相温度范围、合适的双折射率各向异性、非常高的电阻率、良好的抗紫外线性能、高电荷保持率以及低蒸汽压等性能。
对于TFT-LCD应用领域，近年来市场虽然已经非常巨大，技术也逐渐成熟，与此同时，人们对显示技术的要求也在不断的提高，尤其是在实现快速响应，降低驱动电压以降低功耗等方面。
液晶材料作为液晶显示器重要的光电子材料之一，对改善液晶显示器的性能发挥重要的作用。任何的显示用液晶组合物都要求有较宽的液晶态温度，较高的稳定性，比较适合的粘度，对电场有较快的响应速度。但是目前为止还没有任何单一的液晶材料单独用在液晶显示器中，而不用开发其它性能特性的组合物就能够满足性能要求。因此，不断开发新的性能优异的液晶材料对液晶显示发展具有重要的意义。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种正介电液晶组合物，具有高电荷保持率、低功耗、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，可用于制造快速响应的TFT-LCD。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
正介电液晶组合物，包含重量百分比为1%～40%的一种或多种通式Ⅰ所示的第一组分化合物；包含重量百分比为1%～70%的一种或多种通式Ⅱ所示的第二组分化合物；包含重量百分比为1%～40%的一种或多种通式Ⅲ所示的第三组分化合物；包含重量百分比为0～40%的一种或多种通式Ⅳ所示的第四组分化合物；包含重量百分比为0～40%的一种或多种结构通式Ⅴ所示的第五组分化合物；另外添加旋光性组分，旋光性组分占通式Ⅰ～通式Ⅴ所示的五种组分化合物总重量的百分比为0～0.5%；
式中：
R1、R2、R4、R6、X4、X7分别为-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF3、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCHF2、-SCN、-NCS、-SF5、1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的烯基或3～8个碳原子的烯氧基中的一种；
R3、R5、R7分别为氢原子、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或者碳原子数为3～8链烯氧基；
X1、X2、X3、X5、X6分别为氢原子或氟原子；
Z1、Z2、Z3分别为单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-的其中一种；
a、b、d、e、f、g、h、i分别为0、1、2、3的任一数值，c等于1或2，并且a+b+c≤5；
分别为单键或以下基团中的相同或者不相同的基团：
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明得到的正介电液晶组合物性能优异，具有非常低的总响应时间，较低的电压，高的电阻率及电压保持率。通过对各个组分含量的调整，本发明所述的正介电液晶组合物可以具有不同阈值电压和双折射特性，可以做成客户通常所用的各个体系，便于在不同液晶盒厚和不同驱动电压下使用且液晶混合物在高温后仍能表现出高的电阻率。另外，本发明所述的液晶组合物还表现出低粘度、快响应时间、适当的光学各向异性和适当的介电各向异性，因此可应用于有源矩阵寻址的光电显示器，特别适用于制造快速响应的有源矩阵TN-TFT、IPS-TFT液晶显示元件和液晶显示器。
所述通式Ⅰ所示的第一组分化合物不仅具有液晶单体化合物所必需的一般物理性质，较宽的向列相范围，对光、热稳定，与其他化合物相溶性好，而且具有低旋转粘度γ1和大的介电各向异性（△ε>0），可以有效地降低混合液晶的阈值电压，同时加快响应时间，改善混合液晶的低温互溶性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
正介电液晶组合物，包含五种组分的液晶化合物，其中第一组分为通式Ⅰ所示的化合物，在五种组分的组合物中所占的重量百分比为1%～40%，优选5%～35%；第二组分为通式Ⅱ所示的化合物，在五种组分的组合物中所占的重量百分比为1%～70%，优选10%～60%；第三组分为通式Ⅲ所示的化合物，在五种组分的组合物中所占的重量百分比为1%～40%，优选5%～35%；第四组分为通式Ⅳ所示的化合物，在五种组分的组合物中所占的重量百分比为0～40%，优选5%～30%；第五组分为通式Ⅴ所示的化合物，在五种组分的组合物中所占的重量百分比为0～40%，优选5%～30%；另外，可以根据显示模式的需要添加旋光性组分，所添加的旋光性组分占五种组分化合物总重量的百分比为0～0.5%。
五种组分分别为下述通式Ⅰ～Ⅴ所示的化合物：
式中：
R1、R2、R4、R6、X4、X7分别为-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF3、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCHF2、-SCN、-NCS、-SF5、1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的烯基或3～8个碳原子的烯氧基中的一种；
R3、R5、R7分别为氢原子、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或者碳原子数为3～8的链烯氧基；
X1、X2、X3、X5、X6分别为氢原子或氟原子；
Z1、Z2、Z3分别为单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-的其中一种；
a、b、d、e、f、g、h、i分别为0、1、2、3的任一数值，c等于1或2，并且a+b+c≤5；
分别为单键或以下基团中的任一种或几种：
当a、b、d、e、f、g、h、i为2或3，c为2时，
分别是可以是相同的基团，也可以是不相同的基团。如当d为2时，在通式Ⅱ的优选下面所述的结构Ⅱ-c中表示的两个不同的基团，分别为：在通式Ⅱ的下面所述的优选结构Ⅱ-h中表示相同的基团：
本发明正介电液晶组合物中通式Ⅰ～Ⅴ所示化合物均有优选结构，其中通式Ⅰ所示化合物的优选结构如Ⅰ-a～Ⅰ-i所示：
其中，R1为-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF3、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCHF2、-SCN、-NCS、-SF5中的一种。
通式Ⅰ所示化合物的特别优选结构如下：
通式Ⅱ所示化合物的优选结构如Ⅱ-a～Ⅱ-i所示：
其中，R2、R3分别为碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或者碳原子数为3～8链烯氧基。
通式Ⅲ所示化合物的优选结构如Ⅲ-a～Ⅲ-l所示：
其中，R4为碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或者碳原子数为3～8链烯氧基。
通式Ⅳ所示化合物的优选结构如Ⅳ-a～Ⅳ-e所示：
其中，R5、R6分别为碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或者碳原子数为3～8链烯氧基。
通式Ⅴ所示化合物的优选结构如Ⅴ-a～Ⅴ-q所示：
其中，R7为碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或者碳原子数为3～8链烯氧基中的一种。
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，所得到的各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。为得到准确统一的数据，以下10个实施例中未添加旋光组分，具体使用组合物时，可根据显示需要添加占五种组分化合物总重量百分比为0～0.5%的旋光性组分。下面的实施例1～10分别按比例称取通式Ⅰ～Ⅴ所示的化合物，制备得液晶组合物。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。将所得的液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。如无特别说明，简写代号的具体意义及测试条件如下：
Cp（℃）表示液晶的清亮点；
S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点（℃）；
△n为光学各向异性，no为寻常光的折射率，ne为非寻常光的折射率，测试条件为，589nm，25℃；
△ε为介电各向异性，△ε=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℃，1KHz；HP4284A，5.2微米TN左旋盒；
τ为响应时间[ms]，测试仪器为DMS-501，测试条件为25±0.5℃，测试盒5.2微米TN左旋盒；
V10为液晶的光学阈值电压[v]，V90为液晶的饱和电压值[v]，测试条件为5.2微米TN左旋盒，25℃；
γ1为旋转粘度（mPa·s），测试条件为25±0.5℃。
实施例1
按下表中所列的各组分化合物配比配制本实施例的液晶组合物，并将其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。
实施例1的液晶组合物的性能参数如下表：
实施例2
按下表中所列的各组分化合物配比配制本实施例的液晶组合物，并将其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。
实施例2的液晶组合物的性能参数如下表：
实施例3
按下表中所列的各组分化合物配比配制本实施例的液晶组合物，并将其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。
实施例3的液晶组合物的性能参数如下表：
实施例4
按下表中所列的各组分化合物配比配制本实施例的液晶组合物，并将其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。
实施例4的液晶组合物的性能参数如下表：
实施例5
按下表中所列的各组分化合物配比配制本实施例的液晶组合物，并将其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。
实施例5的液晶组合物的性能参数如下表：
实施例6
按下表中所列的各组分化合物配比配制本实施例的液晶组合物，并将其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。
实施例6的液晶组合物的性能参数如下表：
实施例7
按下表中所列的各组分化合物配比配制本实施例的液晶组合物，并将其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。
实施例7的液晶组合物的性能参数如下表：
实施例8
按下表中所列的各组分化合物配比配制本实施例的液晶组合物，并将其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。
实施例8的液晶组合物的性能参数如下表：
实施例9
按下表中所列的各组分化合物配比配制本实施例的液晶组合物，并将其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。
实施例9的液晶组合物的性能参数如下表：
实施例10
按下表中所列的各组分化合物配比配制本实施例的液晶组合物，并将其填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。
实施例10的液晶组合物的性能参数如下表：
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。
以上10个实施例，均具有很好的低温稳定性，低旋转粘度，在低温区域维持快的响应时间，可拓宽TN，IPS或者FFS液晶模式的使用温度，并且具有较快的响应时间和较宽的视角范围，非常适用于TN，IPS和FFS显示。本发明所提供的液晶组合物具有降低阈值电压与响应时间的效果，因此本发明所提供的液晶组合物是用于制备快速响应的TFT液晶显示器的理想的液晶材料。
本发明虽然仅仅列举了上述10个实施例的具体化合物及其配比用量（重量百分含量），并进行了性能测试，但是本发明的液晶组合物可以在上述10个实施例的基础上，利用本发明所涉及的通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ所代表的液晶化合物、以及通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的优选液晶化合物进行进一步拓展和修改，通过对其配比用量进行适当调整，均能达到本发明的目的。

Claims (5)

1.正介电液晶组合物，其特征在于：包含重量百分比为5％～35％的一种或多种通式Ⅰ所示的第一组分化合物；包含重量百分比为10％～60％的一种或多种通式Ⅱ所示的第二组分化合物；包含重量百分比为5％～35％的一种或多种通式Ⅲ所示的第三组分化合物；包含重量百分比为5％～30％的一种或多种通式Ⅳ所示的第四组分化合物；包含重量百分比为5％～30％的一种或多种结构通式Ⅴ所示的第五组分化合物；另外添加旋光性组分，旋光性组分占通式Ⅰ～通式Ⅴ所示的五种组分化合物总重量的百分比为0～0.5％；
式中：
R1、R2、R4、R6、X4、X7分别为-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF3、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCHF2、-SCN、-NCS、-SF5、1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的烷氧基、2～10个碳原子的烯基或3～8个碳原子的烯氧基中的一种；
R3、R5、R7分别为氢原子、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或者碳原子数为3～8链烯氧基；
X1、X2、X3、X5、X6分别为氢原子或氟原子；
Z1、Z2、Z3分别为单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-CH＝CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-C2F4-或-CF＝CF-的其中一种；
a、b、d、e、f、g、h、i分别为0、1、2、3的任一数值，c等于1或2，并且a+b+c≤5；
分别为单键或以下基团中的相同或者不相同的基团：
所述通式Ⅰ所示的第一组分化合物为下列所述的化合物：
其中，R1为-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF3、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCHF2、-SCN、-NCS、-SF5中的一种；
所述通式Ⅳ所示的第四组分化合物为下列所述的化合物：
其中，R5、R6分别为碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或者碳原子数为3～8链烯氧基。
2.根据权利要求1所述的正介电液晶组合物，其特征在于：所述通式Ⅰ所示的第一组分化合物为下列所述的化合物：
3.根据权利要求1所述的正介电液晶组合物，其特征在于：所述通式Ⅱ所示的第二组分化合物为下列所述的化合物：
其中，R2、R3分别为碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或者碳原子数为3～8链烯氧基。
4.根据权利要求1所述的正介电液晶组合物，其特征在于：所述通式Ⅲ所示的第三组分化合物为下列所述的化合物：
其中，R4为碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或者碳原子数为3～8链烯氧基。
5.根据权利要求1所述的正介电液晶组合物，其特征在于：所述通式Ⅴ所示的第五组分化合物为下列所述的化合物：
其中，R7为碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基或者碳原子数为3～8的链烯氧基中的一种。
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