CN103146392B

CN103146392B - 一种用于液晶显示器的液晶组合物

Info

Publication number: CN103146392B
Application number: CN201310061322.2A
Authority: CN
Inventors: 陈海光; 白玉勤; 杭德余; 姜天孟; 田会强; 储士红; 杨春艳
Original assignee: Beijing Bayi Space LCD Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Bayi Space LCD Technology Co Ltd
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: CN103146392A

Abstract

本发明提供了一种用于液晶显示器的液晶组合物，包括（1）第一组分包含通式Ⅰ和Ⅱ所代表的化合物，其含量为1-50%；（2）第二组分包含通式Ⅲ所代表的化合物，其含量为1-70%；（3）第三组分包含通式Ⅳ所代表的化合物，其含量为2-30%；（4）第四组分包含通式Ⅴ所代表的化合物，其含量为1-30%；（5）含量为0-0.5%的旋光性组分；其中，（1）至（4）之和为100%，旋光性组分为单独添加，其含量为（1）至（4）之和的0-0.5%。本发明得到的液晶组合物性能优异，具有较低的电压，较低的粘度、适中的折射率和清亮点、高的电阻率及电压保持率和非常低的离子浓度，适用于快速响应的TN、FFS、IPS、ADS和SFT等液晶显示器。

Description

一种用于液晶显示器的液晶组合物

技术领域

本发明涉及一种液晶组合物，具体地说，涉及一种含有3,5-二氟-4-全氟乙烯基二氟甲氧基苯类化合物的液晶组合物。

背景技术

早在十九世纪后半叶，各不同领域包括物理学、化学、生物学等领域的许多学者都观察到了一些化合物随温度变化表现出的奇异现象。1888年，奥地利植物学家Friedrich Reinitzer在研究胆甾醇对植物作用时，发现了一种有两个熔点的安息香酸胆固醇(cholesterylbenzoate)。随后，德国物理学家Otto Lehmann将其命名为液晶。从发现液晶现象的一百多年间，人们始终没有中断对它的研究。

早期，O.Wiener等人发现了液晶的双折射理论，E.Bose提出了液晶的相态理论，V.Grandiean等研究了液晶分子取向机理及织构，等等。与液晶理论研究相呼应，液晶科技在二十世纪六十年代末期得到飞速发展。1968年美国RCA公司R.Williams发现向列型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）。

1971年Helfrich及Schadt发明了TN（Twisred Nematic，扭曲向列型）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型（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。1980年以来，薄膜晶体管液晶显示器技术的发明，使得液晶显示成为数字化信息时代显示技术的佼佼者，根本上改变了液晶产业的面貌。

TN液晶显示器用于再取向的电场基本上是垂直于液晶层产生，相对于此，平面转换(in-plane Switching IPS)型显示器是具有电场平行于液晶层的有效成分的方式，它是由液晶分子的面内转换引起的，和现有的TN型显示器相比，具有视场角广、低负荷容量等优点，所以在显示领域中可以向比较大的监视器或电视等领域发展。IPS型液晶显示器中使用的液晶组合物需要低旋转粘性，以便能够高速响应。另外，以改良显示器的亮度为目的，为了提高开口率，提高电极间隔是有效的，但是在这种情况下，IPS模式的元件结构会导致阈值电压的上升，为了防止阂值上升，需要具有高介电各向异性(△￡)的液晶组合物。

纵观用于TFT显示的液晶材料发展过程可以发现，液晶化合物的开发都是朝着高电荷保持率、高介电各向异性、优低温互溶性的方向发展的，从最初的单氟取代到最后的多氟取代，乃至后来-CF₂O-桥键超多氟取代等液晶化合物等，而在此基础上，端基氟用全氟乙烯基二氟甲氧基取代却非常少见，尤其是用于TFT上。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于快速响应的TN、FFS、IPS、ADS和SFT等液晶显示器的端基含有全氟乙烯基二氟甲氧基类化合物的液晶组合物。

为了实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于液晶显示器的液晶组合物，其含有如下重量百分比的组分：

（1）第一组分包含通式Ⅰ和Ⅱ所代表的化合物，其含量为1-50%；

（2）第二组分包含通式Ⅲ所代表的化合物，其含量为1-70%；

（3）第三组分包含通式Ⅳ所代表的化合物，其含量为2-30%；

（4）第四组分包含通式Ⅴ所代表的化合物，其含量为1-30%；

（5）含量为0-0.5%的旋光性组分；其中，（1）至（4）之和为100%，旋光性组分为单独添加，其含量为（1）至（4）之和的0-0.5%；

所述通式Ⅰ和Ⅱ所代表的液晶化合物为下述结构中的一种或多种：

其中，R₁和R₂彼此独立地表示1-12个碳原子的烷基，其中一个或多个CH₂基团可被-O-取代，或彼此独立地表示2-12个碳原子的烯基；A表示反式1,4-环己基或1,4-亚苯基；o表示0或1；L₁和L₂彼此独立地表示-H或-F；

所述通式Ⅲ所代表的液晶化合物为下述结构中的一种或多种：

其中，R₃、R₄彼此独立地表示1-12个碳原子的烷基，其中一个或多个CH₂基团可被-O-取代，或彼此独立地表示2-12个碳原子的烯基；B和C彼此独立的表示反式1,4-环己基或1,4-亚苯基；p表示1或2；

所述通式Ⅳ代表的液晶化合物为下述结构中的一种或多种：

其中，R₅、R₆彼此独立地表示1-12个碳原子的烷基，其中一个或多个CH₂基团可被-O-替代，或彼此独立地表示2-12个碳原子的烯基；L₃、L₄、L₅、L₆彼此独立地表示-H或-F；

所述通式Ⅴ代表的液晶化合物为下述结构中的一种或多种：

其中，R₇表示1-12个碳原子的烷基，其中一个或多个CH₂基团可被-O-替代，或表示2-12个碳原子的烯基；D表示反式1,4-环己基或1,4-亚苯基；q表示1或2；L₇、L₈、L₉和L₁₀彼此独立地表示-F、-H、-OCF₂H或-OCF₃。

其中，所述第一组分中通式Ⅰ和通式Ⅱ所代表的化合物的质量比（0.2-6）:1。

所述式Ⅲ中，其中，R₃和R₄中的一个表示2-5个碳原子的烯基，另一个表示1-5个碳原子的烷基。

优选地，所述通式Ⅰ和Ⅱ为下述结构中的一种或多种：

其中，R₁’和R₂’表示1-8个碳原子的烷基，其中一个或多个CH₂基团可被-O-替代，或表示2-8个碳原子的烯基。

通式Ⅰ和Ⅱ所示的液晶化合物中所指R₁’和R₂’表示的烷基及烯基为短烷基或烯基链基团，即表示1-5个碳原子的烷基，其中一个或多个CH₂基团可被-O-替代，或表示2-5个碳原子的烯基。

优选地，所述液晶组合物通式Ⅰ和Ⅱ所示的液晶化合物具体为下述结构中的一种或多种：

其中，所述通式Ⅲ所代表的液晶化合物为下述结构中的一种或多种：

其中，R₃’表示1-5个碳原子的烷基；B表示反式1,4-环己基或1,4-亚苯基；p表示1或2。

优选地，本发明所述液晶组合物通式Ⅲ所示的液晶化合物具体为下述结构中的一种或多种：

所述通式Ⅳ所代表的液晶化合物为下述结构中的一种或多种：

其中，R₅’、R₆’彼此独立地表示1-5个碳原子的烷基，其中一个或多个CH₂基团可被-O-替代，或彼此独立地表示2-5个碳原子的烯基。

优选地，本发明所述液晶组合物通式Ⅳ-A所示的液晶化合物具体为下述结构：

所述通式Ⅴ所表示的液晶化合物为下述结构中的一种或多种：

其中，R₇’表示1-5个碳原子的烷基，其中一个或多个CH₂基团可被-O-替代，或表示2-5个碳原子的烯基;D表示反式1,4-环己基。

优选地，本发明所述液晶组合物通式Ⅴ所示的液晶化合物具体为下述结构中的一种或多种：

所述的旋光性组分为下述结构中一种或多种：

优选地，所述液晶组合物含有如下重量百分比的组分：

（1）第一组分包含通式Ⅰ和Ⅱ所代表的化合物，其含量为5-38%；

（2）第二组分包含通式Ⅲ所代表的化合物，其含量为5-55%；

（3）第三组分包含通式Ⅳ所代表的化合物，其含量为2-15%；

（4）第四组分包含通式Ⅴ所代表的化合物，其含量为2-12%；

（5）含量为0.1-0.3%的旋光性组分，其中，（1）至（4）之和为100%，旋光性组分为单独添加，其含量为（1）至（4）之和的0.1-0.3%。

上述液晶组合物在制备液晶显示装置中的应用。

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方式制备，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，然后将溶液混合后去除溶剂后得到。

端基含有全氟乙烯基二氟甲氧基苯类的化合物与三氟苯相比，折射率有所提高，拓宽了介晶相的温度范围，介电有所降低，同时具有很好的低温互溶性，适合用于混合液晶化合物。

通过本发明得到的液晶组合物性能优异，具有较低的电压，较低的粘度、适中的折射率和清亮点、高的电阻率及电压保持率和非常低的离子浓度，本发明所述液晶组合物可用于液晶显示装置。本发明所述的液晶组合物适用于快速响应的TN、FFS、IPS、ADS和SFT等液晶显示器。

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。

本发明中所用的液晶化合物和旋光性组分均由北京八亿时空液晶科技股份有限公司提供。

本发明实施例中液晶样品的制备均采用如下方法：

均匀液晶的制备采用业内普遍使用的热溶解方法，首先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。除此之外，也可用专利CN101502767A所涉及方法进行均匀液晶的制备。

除非另有说明，上下文中，百分比为重量百分比，所有的温度以摄氏度给出。使用下述缩写：V₁₀阈值电压=在相对10%对比度时的特征电压（V，20℃，），η（mm²/s，20℃）为体积粘度，Cp为清亮点，△n为光学各向异性，ton为直至达到最大对比度90%时接通时的时间，toff直至达到最大对比度10%时切断时的时间，τ为ton+toff的响应时间(ms)，Δε为介电常数各向异性（20℃，1000Hz），n₀为折射率（589nm,20℃）。除非另有说明，所有光学数据均在20℃下测量。

实施例1

取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表1：

表1实施例1的液晶组合物的配比和性能参数

Ⅰ-2	2	%	V₁₀[V，20℃]	1.43
					Ⅰ-3	5	%	η[mm²/s，20℃]	14
Ⅰ-5	5	%	Cp[℃]	80
					Ⅰ-6	2	%	Δn[20℃，589nm]	0.135

Ⅰ-7	8	%	τ[ms]	7.0
					Ⅱ-3	2	%	Δε[20℃]	6.70
Ⅱ-5	2	%
					Ⅲ-1	10	%
Ⅲ-2	45	%
					Ⅳ-1	5	%
Ⅳ-2	6	%
					Ⅴ-3	3	%
Ⅴ-9	2	%
					Ⅴ-10	3	%
S2011	0.21	%

对比例1

对比例1各组分的结构通过下述缩写来表示：

取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表2：

表2对比例1的液晶组合物的配比和性能参数

Ⅰ-2’	2	%	V₁₀[V，20℃]	1.35
					Ⅰ-3’	5	%	η[mm²/s，20℃]	27
Ⅰ-5’	5	%	Cp[℃]	63
					Ⅰ-6’	2	%	Δn[20℃，589nm]	0.112
Ⅰ-7’	8	%	τ[ms]	15.6
					Ⅱ-3’	2	%	Δε[20℃]	6.70
Ⅱ-5’	2	%
					Ⅲ-1	10	%
Ⅲ-2	45	%
					Ⅳ-1	5	%
Ⅳ-2	6	%
					Ⅴ-3	3	%
Ⅴ-9	2	%
					Ⅴ-10	3	%
S2011	0.21	%

在各组分配比相同的条件下，对比例1与实施例1相比，清亮点明显降低，缩短了介晶相的温度范围；粘度明显增加，延长了响应时间；电阻率有所下降，所得到的液晶组合物的综合性能明显不如实施例1。

对比例2

取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表3：

表3对比例2的液晶组合物的配比和性能参数

Ⅰ-3’	5	%	V₁₀[V，20℃]	1.44
					Ⅰ-5’	5	%	η[mm²/s，20℃]	31
Ⅰ-6’	2	%	Cp[℃]	80
					Ⅰ-7’	5	%	Δn[20℃，589nm]	0.134
Ⅱ-3’	2	%	τ[ms]	17.2
					Ⅱ-5’	2	%	Δε[20℃]	6.85
Ⅲ-1	21	%
					Ⅲ-2	27	%
Ⅳ-1	12	%
					Ⅳ-2	11	%
Ⅴ-3	3	%
					Ⅴ-9	2	%
Ⅴ-10	3	%
					S2011	0.21	%

在基本参数相同的条件下，对比例2与实施例1相比，粘度明显提高，响应时间迅速升高；低温稳定性有所下降；电阻率明显降低，同时离子浓度显著提高，综合性能明显下降。

实施例2

取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表4：

表4实施例2的液晶组合物的配比和性能参数

Ⅰ-1	6	%	V₁₀[V，20℃]	1.63
					Ⅰ-3	4	%	η[mm²/s，20℃]	19.0

I-4	3	％	Cp[℃]	78
					I-5	6	％	△n[20℃，589nm]	0.113
I-7	5	％	τ[ms]	10.0
					II-1	5	％	△ε[20℃]	6.5
II-2	4	％
					II-3	6	％
III-2	20	％
					IⅡ-5	4	％
IⅡ-7	4	％
					ⅡI-8	8	％
Ⅳ-5	4	％
					Ⅳ-7	3	％
V-1	8	％
					V-2	6	％
V-1l	4	％
					R8ll	0.13	％

实施例3

取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表5：

表5实施例3的液晶组合物的配比和性能参数

I-5	1	％	V₁₀[V，20℃]	1.80
					II-3	2	％	η[mm²/s，20℃]	13.5
II-5	2	％	Cp[℃]	108.3
					III-2	30	％	△n[20℃，589nm]	0.118
III-4	20	％	τ[ms]	6.5
					III-6	8	％	△ε[20℃]	5.1
Ⅳ-3	10	％
					Ⅳ-4	5	％
Ⅳ-9	8	％

Ⅴ-6	8	%
			Ⅴ-7	6	%
S811	0.3	%

实施例4

取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表6：

表6实施例4的液晶组合物的配比和性能参数

Ⅰ-1	16	%	V₁₀[V，20℃]	1.25
					Ⅰ-3	15	%	η[mm²/s，20℃]	25
Ⅱ-3	13	%	Cp[℃]	67
					Ⅱ-4	6	%	Δn[20℃，589nm]	0.133
Ⅲ-2	3	%	τ[20℃，ms]	12.3
					Ⅲ-3	1	%	Δε[20℃]	7.8
Ⅲ-6	1	%
					Ⅳ-1	10	%
Ⅳ-6	5	%
					Ⅳ-8	8	%
Ⅴ-4	11	%
					Ⅴ-5	6	%
Ⅴ-8	5	%
					S4011	0.15	%

实施例5

取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表7：

表7实施例5的液晶组合物的配比和性能参数

Ⅰ-3	10	%	V₁₀[V，20℃]	1.67
					Ⅰ-5	7	%	η[mm²/s，20℃]	13.2
Ⅰ-7	8	%	Cp[℃]	90

Ⅱ-3	5	%	Δn[20℃，589nm]	0.12
					Ⅱ-4	4	%	τ[ms]	7.5
Ⅱ-5	4	%	Δε[20℃]	6.3
					Ⅲ-1	15	%
Ⅲ-2	23	%
					Ⅲ-3	8	%
Ⅲ-7	5	%
					Ⅳ-6	5	%
Ⅳ-7	4	%
					Ⅴ-3	1	%
Ⅴ-4	1	%

实施例6

取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表8：

表8实施例6的液晶组合物的配比和性能参数

Ⅰ-1	5	%	V₁₀[V，20℃]	1.70
					Ⅰ-4	2	%	η[mm²/s，20℃]	16.5
Ⅰ-5	3	%	Cp[℃]	134
					Ⅱ-2	1	%	Δn[20℃，589nm]	0.15
Ⅱ-3	1	%	τ[ms]	9.1
					Ⅲ-1	9	%	Δε[20℃]	5.9
Ⅲ-2	18	%
					Ⅲ-4	14	%
Ⅳ-3	6	%
					Ⅳ-7	7	%
Ⅳ-8	9	%
					Ⅴ-6	8	%
Ⅴ-7	7	%
					Ⅴ-9	10	%

实施例7

取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表9：

表9实施例7的液晶组合物的配比和性能参数

Ⅰ-1	6	%	V₁₀[V，20℃]	1.36
					Ⅰ-2	5	%	η[mm²/s，20℃]	15.3
Ⅰ-4	3	%	Cp[℃]	77.4
					Ⅰ-5	3	%	Δn[20℃，589nm]	0.083
Ⅱ-5	7	%	τ[ms]	8.8
					Ⅲ-2	25	%	Δε[20℃]	7.2
Ⅲ-4	15	%
					Ⅲ-8	8	%
Ⅳ-8	2	%
					Ⅴ-4	13	%
Ⅴ-8	7	%
					Ⅴ-10	6	%
R5011	0.1	%

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案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。