CN103305231B - 一种含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物 - Google Patents
一种含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物，包含1%～40%的通式I所示的化合物、1%～40%的通式II所示的化合物、5%～70%的通式III所示的化合物、1%～60%的通式IV所示的化合物、0～20%的通式V所示的化合物、0～20%的通式VI所示的化合物。本液晶组合物具有响应速度快、驱动电压低、电阻率和电压保持率高的特性，还可提高液晶在显示器内的预倾角以改善液晶显示器视角，适用于快速响应的TFT-LCD。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶显示材料，尤其涉及一种含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物。
背景技术
液晶显示模式有很多，但广泛应用的是利用液晶的光电效应而实现显示的模式。光电效应实际上是指在加电的情况下，液晶分子的排列从一个状态改变为另一种状态，从而使液晶盒的光电性质发生变化。世界上第一台液晶显示器出现在七十年代初，被称之为TN型液晶显示器(Twisted Nematic，扭曲向列)。八十年代，STN型液晶显示器(Super Twisted Nematic，超扭曲向列)出现，同时TFT液晶显示器(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)技术被提出。TFT就是“ThinFilm Transisto”的简称，TFT技术是用薄膜晶体管驱动液晶材料进行显示的技术。
含端氰基的液晶化合物在TN、STN液晶显业中广泛使用，如联苯氰、氟氰酯、端烯、双烯、二环炔、三环炔等单体液晶材料，这些液晶单体的生产工艺流程已经非常成熟，国内也完全可以实现批量供应。但是研究表明，含端氰基的化合物易于引入离子性杂质，电压保持率VHR很低，粘度高，响应慢，光、热等化学稳定性差，这些不利因素限制了该类化合物在TFT-LCD中的应用。酯类液晶具有合成方法简单、种类繁多的特点，而且相变区间较宽，但它有一个很重要的缺点就是，具有较高的粘度，而且化学稳定性较差，导致在TFT-LCD配方中用量大为减少。虽然TFT-LCD同样利用TN型电光效应原理，但是TFT-LCD用液晶材料与传统液晶材料有所不同。除了要求具备良好的物化稳定性、较宽的工作温度范围之外，TFT-LCD用液晶材料还须具备以下特性:
（1）低粘度，以满足快速响应的需要；
（2）高电压保持率，这意味液晶材料必须具备较高的电阻率，一般要求至少大于1012Ω·cm；
（3）较低的阈值电压（Vth），以达到低电压驱动，降低功耗的目的；
（4）与TFT-LCD相匹配的光学各向异性（△n），以消除彩虹效应，获得较大的对比度和广角视野。△n值范围一般在0.07～0.12之间，最好在0.08～0.1左右；
（5）与TN、STN液晶材料不同的是TFT液晶材料对单体的化学纯度要求很高，本体纯度要在99.9%以上。除此之外，各种有机离子和无机离子的种类和数量也需要严格控制，以使TFT-LCD达到更好的现实效果和更长的使用寿命。
作为液晶材料，首先需要具备的是良好的化学和热稳定性以及对电场和电磁辐射的稳定性。而作为薄膜晶体管技术（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。
对于薄膜晶体管技术（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，于此同时，由于液晶材料技术的不断进步，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。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种适用于TFT-LCD显示器、具有高电荷保持率、低功耗、低旋转粘度、快响应速度的含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物，包含按质量百分比计为1%～40%的通式I所示的化合物、按质量百分比计为1%～40%的通式II所示的化合物、按质量百分比计为5%～70%的通式III所示的化合物、按质量百分比计为1%～60%的通式IV所示的化合物、按质量百分比计为0～20%的通式V所示的化合物、按质量百分比计为0～20%的通式VI所示的化合物；并且所述液晶组合物中通式I～通式VI所示的化合物的质量百分比之和为100%，另外还添加按质量百分比计为0～0.5%的所述通式I～通式VI所示的化合物的质量之和的旋光性化合物，
其中，
R1、R3、R9、X6、X9是下述①～④中所列基团中的任意一种：
①：-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF3、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCHF2、-SCN、-NCS、-SF5，
②：碳原子数为1～15的烷基、碳原子数为1～15的烷氧基、碳原子数为2～15的烯基或碳原子数为2～15的烯氧基，
③：上述②中所述的基团中的一个或多个-CH2-被-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、环丁烷、环戊烷、-O-、-S-取代所形成的氧原子不直接相连的基团，
④：上述③中所述的基团中的一个或多个氢被氟、氯取代所形成的基团，或者上述②中所述的基团中的一个或多个氢被氟、氯取代所形成的基团；
R2、R4、R5、R6、R7、R8是-H、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、碳原子数为3～8的链烯氧基的其中一种，或者碳原子数为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、碳原子数为3～8的链烯氧基中的一个或多个氢被氟取代所形成的基团的其中一种；
X1、X2、X3、X4、X5、X7、X8是-H或-F的其中一种；
Z1、Z2、Z3、Z4、Z5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；
为单键或以下基团的其中一种：
a、b是0、1、2或3的其中任一数值，c为1或2的其中任一数值，且a+b+c≤5；
d、f为0、1、2或3的其中任一数值，e为1或2的其中任一数值，且d+e+f≤5；
g、h、i、j、k、l是0、1、2或3的其中任一数值。
由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：
本发明含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物，具有快速的响应时间、较低的驱动电压、高的电阻率和电压保持率、低功耗、低旋转粘度，还能明显提高液晶材料在液晶显示器内的预倾角，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、宽视角的TFT-LCD。
本发明含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物在高温后仍能表现出高的电阻率，具有优异的高温和紫外稳定性能。此外，本发明向列相型液晶组合物还具有低粘度、快响应时间、适当的光学各向异性和介电各向异性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述。
本说明书中的百分比均为质量百分比；温度为摄氏度（℃）；其他符号的具体意义及测试条件如下：
c.p.（℃）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4.0微米TN左旋盒，测试仪器为DMS-501；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：25℃、5.2微米TN左旋盒；ρ为电阻率（Ω·cm），测试条件为：25±2℃，测试仪器为TOYOSR6517高阻仪和LE-21液体电极；γ1为旋转粘度（mPa·s），测试条件为：25±0.5℃；Pretilt angle为预倾角，测试仪器为大冢RETS-100，20微米平行盒；UV后测试是将液晶混合物试样置于TN测试盒中，通过强度为50mw/cm2，365nm的UV灯照射，持续100s后进行测试；高温后电阻率测试是指将含有该液晶组合物的试样放入材质为高硼硅玻璃瓶中，在高温100℃条件下持续加热1小时后恢复至室温进行测试；高温后电压保持率测试是指将含有该液晶组合物的试样放入材质为高硼硅玻璃瓶中，在高温100℃条件下持续加热1小时后恢复至室温灌入TN测试盒中进行测试。
下述实施例中所采用的各组分化合物，均可以通过公知的方法进行合成或通过商业途径获得。所用各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。
本发明一种含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物，包含通式I所示的化合物、通式II所示的化合物、通式III所示的化合物、通式IV所示的化合物、通式V所示的化合物中、通式VI所示的化合物，
其中，
R1、R3、R9、X6、X9是下述①～④中所列基团中的任意一种：
①：-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF3、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCHF2、-SCN、-NCS、-SF5，
②：碳原子数为1～15的烷基、碳原子数为1～15的烷氧基、碳原子数为2～15的烯基或碳原子数为2～15的烯氧基，
③：上述②中所述的基团中的一个或多个-CH2-被-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、环丁烷、环戊烷、-O-、-S-取代所形成的氧原子不直接相连的基团，
④：上述③中所述的基团中的一个或多个氢被氟、氯取代所形成的基团，或者上述②中所述的基团中的一个或多个氢被氟、氯取代所形成的基团；
R2、R4、R5、R6、R7、R8是-H、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、碳原子数为3～8的链烯氧基的其中一种，或者碳原子数为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、碳原子数为3～8的链烯氧基中的一个或多个氢被氟取代所形成的基团的其中一种；
X1、X2、X3、X4、X5、X7、X8是-H或-F的其中一种；
Z1、Z2、Z3、Z4、Z5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；
为单键或以下基团的其中一种：
a、b是0、1、2或3的其中任一数值，c为1或2的其中任一数值，且a+b+c≤5；
d、f为0、1、2或3的其中任一数值，e为1或2的其中任一数值，且d+e+f≤5；
g、h、i、j、k、l是0、1、2或3的其中任一数值。
配制液晶化合物时，是将质量百分比为1%～40%的通式I所示化合物的一种或几种、质量百分比为1%～40%的通式II所示化合物的一种或几种、质量百分比为5%～70%的通式III所示化合物的一种或几种、质量百分比为1%～60%的通式IV所示化合物的一种或几种、质量百分比为0～20%的通式V所示化合物的一种或几种、质量百分比为0～20%的通式VI所示化合物的一种或几种混合，并最终使所述含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物中通式I～通式VI所示的化合物的质量百分比之和为100%；另外添加质量百分比为0～0.5%的所述通式I～通式VI所示的化合物的质量之和的旋光性化合物。
所述含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物的优选配比为：通式I所示的化合物的含量按质量百分比计为5%～35%，通式II所示的化合物的含量按质量百分比计为5%～35%，通式III所示的化合物的含量按质量百分比计为10%～50%，通式IV所示的化合物的含量按质量百分比计为5%～60%，通式V所示的化合物的含量按质量百分比计为0～10%，通式VI所示的化合物的含量按质量百分比计为0～10%；并且所述含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物中通式I～通式VI所示的化合物的质量百分比之和为100%；另外添加质量百分比为0～0.5%的所述通式I～通式VI所示的化合物的质量之和的旋光性化合物。
上述的一种含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物中通式I所示的化合物、通式II所示的化合物、通式III所示的化合物、通式IV所示的化合物、通式V所示的化合物、通式VI所示的化合物可以优选下式中的化合物中的一种或几种，结构式中(F)是-F或-H的其中一种，其他符号所代表的意义与上述结构式中相同符号所代表的意义相同，
上述的一种含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物中通式I所示的化合物、通式II所示的化合物、通式III所示的化合物、通式IV所示的化合物、通式V所示的化合物、通式VI所示的化合物最优选下式中的化合物中的一种或几种：
下面的实施例1～10分别取通式I、通式II、通式III、通式IV、通式V、通式VI所示的化合物的一种或几种，并按比例配制成含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物，并在此基础上再加入旋光性化合物。将配制好液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。
具体化合物的单体结构、用量（质量百分比）以及所配置的液晶组合物的性能参数测试结果均列于表中。表1～10对应实施例1～10。
表1实施例1的液晶组合物配方及其测试性能参数
表2实施例2的液晶组合物配方及其测试性能参数
表3实施例3的液晶组合物配方及其测试性能参数
表4实施例4的液晶组合物配方及其测试性能参数
表5实施例5的液晶组合物配方及其测试性能参数
表6实施例6的液晶组合物配方及其测试性能参数
表7实施例7的液晶组合物配方及其测试性能参数
表8实施例8的液晶组合物配方及其测试性能参数
表9实施例9的液晶组合物配方及其测试性能参数
表10实施例10的液晶组合物配方及其测试性能参数
由实施例1～实施例10可知，本含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物均具有绝对值很大的介电各向异性、较高的清亮点、很好的低温稳定性，非常适用于低电压驱动、快速响应和宽视角的TFT-LCD。
本发明虽然仅仅列举了上述10个实施例的具体物质和配比质量百分比，并对组成的液晶组合物的性能进行了测试，但是本发明的液晶组合物可以在上述实施例的基础上，利用本发明所涉及的通式I、II、III、IV、V、VI所代表的化合物、以及通式I、II、III、IV、V、VI的优选的化合物进行进一步拓展和修改，均能达到本发明的目的。
Claims (4)
1.一种含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物，其特征在于：包含按质量百分比计为1％～40％的通式I所示的化合物、按质量百分比计为1％～40％的通式II所示的化合物、按质量百分比计为5％～70％的通式III所示的化合物、按质量百分比计为1％～60％的通式IV所示的化合物、按质量百分比计为0～20％的通式V所示的化合物、按质量百分比计为4～20％的通式VI所示的化合物；并且所述液晶组合物中通式I～通式VI所示的化合物的质量百分比之和为100％，另外还添加按质量百分比计为0～0.5％的所述通式I～通式VI所示的化合物的质量之和的旋光性化合物，
其中，
R1、R3、R9、X6、X9是下述①～④中所列基团中的任意一种：
①：-H、-F、-OCF3、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCHF2，
②：碳原子数为1～15的烷基、碳原子数为1～15的烷氧基、碳原子数为2～15的烯基或碳原子数为2～15的烯氧基，
③：上述②中所述基团中的一个或多个-CH2-被-CH＝CH-、-COO-、-OOC-、环丁烷、环戊烷、-O-取代所形成的氧原子不直接相连的基团，
④：上述③中所述的基团中的一个或多个氢被氟、氯取代所形成的基团，或者上述②中所述的基团中的一个或多个氢被氟、氯取代所形成的基团；
R2、R4、R5、R6、R7、R8是-H、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、碳原子数为3～8的链烯氧基的其中一种，或者碳原子数为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、碳原子数为3～8的链烯氧基中的一个或多个氢被氟取代所形成的基团的其中一种；
X1、X2、X5、X7、X8是-H或-F的其中一种；
Z1、Z2、Z3、Z4、Z5为单键、-CH2-、-CH2-CH2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、-COO-、-OOC-、-CF2O-、-OCH2-、-CH2O-、-OCF2-的其中一种；
为单键或以下基团的其中一种：
a、b是0、1、2或3的其中任一数值，c为1或2的其中任一数值，且a+b+c≤5；
d、f为0、1、2或3的其中任一数值，e为1或2的其中任一数值，且d+e+f≤5；
g、h、i、j、k、l是0、1、2或3的其中任一数值。
2.根据权利要求1所述的一种含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物，其特征在于：通式I所示的化合物的含量按质量百分比计为5％～35％，通式II所示的化合物的含量按质量百分比计为5％～35％，通式III所示的化合物的含量按质量百分比计为10％～50％，通式IV所示的化合物的含量按质量百分比计为5％～60％，通式V所示的化合物的含量按质量百分比计为0％～10％，通式VI所示的化合物的含量按质量百分比计为4％～10％，所述液晶组合物中通式I～通式VI所示的化合物的质量百分比之和为100％；另外添加按质量百分比计为0～0.5％的通式I～通式VI所示的化合物的质量之和的旋光性化合物。
3.根据权利要求1或2任一所述的一种含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物，其特征在于：
所述通式I所示的化合物为通式I-a～通式I-r所示的化合物中的一种或几种，
所述通式II所示的化合物为通式II-a～通式II-r所示的化合物中的一种或几种，
所述通式III所示的化合物为通式III-a～通式III-i所示的化合物中的一种或几种，
所述通式VI所示的化合物为通式IV-a～通式IV-l所示的化合物中的一种或几种，
所述通式V所示的化合物为通式V-a～通式V-e所示的化合物中的一种或几种；
所述通式VI所示的化合物为通式VI-a～通式VI-q所示的化合物中的一种或几种，
其中，
(F)为-H或-F。
4.根据权利要求3所述的一种含有二氟甲氧桥类极性单体化合物的液晶组合物，其特征在于：
所述通式I所示的化合物为通式I-a-1～通式I-r-3所示的化合物中的一种或几种，
所述通式II所示的化合物选自通式II-a-1～通式II-r-3所示的化合物中的一种或几种，
通式III所示的化合物选自通式III-a-1～通式III-i-3所示的化合物中的一种或几种，
通式IV所示的化合物为通式IV-a-1～通式IV-l-4所示的化合物中的一种或几种，
通式V所示的化合物为通式V-a-1～V-e-3所示的化合物中的一种或几种，
通式VI所示的化合物为通式VI-a-1～VI-q-3所示的化合物中的一种或几种，
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