CN103897708B - 一种正介电各向异性液晶组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正介电各向异性液晶组合物，所述液晶组合物包含质量百分含量为1%～80%的通式Ⅰ所示的液晶化合物、1%～70%的通式Ⅱ所示的液晶化合物、1%～50%的通式Ⅲ所示的液晶化合物。该组合物较大的正介电各向异性、较小的光学各向异性、很高的清亮点、很好的低温稳定性和较低的旋转粘度，特别适用于制造IPS模式液晶显示器和FFS模式液晶显示器。

Description

一种正介电各向异性液晶组合物

技术领域

本发明涉及一种液晶组合物，尤其是指一种可用于制造IPS模式液晶显示器或FFS模式液晶显示器的正介电各向异性液晶组合物。

背景技术

薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD），是21世纪最有发展前途的显示技术之一，在笔记本电脑、液晶电视等领域均有广泛应用。TFT-LCD是在扭曲向列液晶显示（TN-LCD）的基础上引入薄膜晶体管开关而形成的有源矩阵显示，克服了无源矩阵显示中交叉干扰、信息量少、写入速度慢等缺点，大大改善了显示品质，因此得到了迅猛发展。

TFT-LCD的最大缺点是视角问题，包括视角各向异性和视角范围小。当使用者在离开显示面板法线的方向观察时，液晶显示的对比度将会明显下降，视角大时还会发生灰度和彩色反转的现象。随着TFT-LCD产品尺寸的增加，特别是TFT-LCD在TV领域的广泛应用，视角问题变得愈加严重。因此，具有广视野角特点的平面转换（In-Plane Swiching，IPS）显示模式应运而生。IPS显示模式具有优秀的视野角特性、动态清晰度和色彩还原效果，主要应用于科技含量较高的航天、医疗、设计等领域。

IPS显示模式是把控制液晶分子偏转的一对电极都安装在同一基板上，利用施加在这一对电极之间的横向电场来控制液晶分子的状态，使液晶分子在平行于基板的平面内旋转，产生扭曲形变。该模式的起偏器和检偏器的方向互相垂直，指向矢的方向与起偏器方向相同。当不施加电压时，液晶分子不旋转，液晶显示器为暗态，显示出比较纯的黑色；当施加电压后，液晶分子旋转，光线在通过扭曲的液晶层时受到调制，电场不同，光的透过率不同。

韩国现代公司在IPS模式的基础上开发了边缘电场切换（Fringe FieldSwitching，FFS）显示模式，通过同一平面内像素间电极产生边缘电场，使电极间以及电极正上方的取向液晶分子都能在（平行于基板）平面方向产生旋转转换，从而在增大视角的同时提高液晶层的透光效率。FFS模式将IPS模式中的不透明金属电极改为透明的ITO电极以增加透光率，同时将正负电极通过绝缘层分离重叠排列，大大缩小了电极宽度和间距。施加电压时，在电场作用下电极间和电极上的液晶分子均在平行于面板的面内旋转，保证在各个方向上光均穿过液晶分子的短轴，没有方向依赖性而扩大视角。FFS技术在实现宽视角的前提下，同时实现了高透光效率、高对比度、高亮度、低色差等优良特性。

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。作为显示用液晶材料，必须要求有较宽的向列相温度范围、较高的稳定性、适合的旋转粘度、以及对电场的快速响应。但是到目前为止，还未找到任何一种单一的液晶化合物能达到上述性能要求，必须将多种液晶化合物组合成液晶组合物，才能够满足液晶显示材料的性能要求。

由于IPS显示模式、FFS显示模式与常规TN显示模式的显示原理、液晶盒结构均不同，所以，对液晶材料的要求也有别于TN显示模式液晶材料。为了达到良好的显示效果，用于IPS显示模式和FFS显示模式的液晶材料必须满足以下要求：

（1）高稳定性：包括紫外光稳定性、热稳定性和化学稳定性；

（2）适度的光学各向异性：较小的Δn可以获得较宽的视角；

（3）低粘度：粘度越低，响应时间越小，响应速度越快；

（4）较大的介电各向异性：介电各向异性Δε越大，液晶的阈值电压越小，但液晶材料中的离子越容易析出，成为自由离子导致电阻率降低；

（5）宽的温度范围：理想的保存温度范围为-40℃～100℃，一般有特殊应用的例如车载显示，该温度可能扩宽到-40℃～110℃。

为了实现IPS模式显示和FFS模式显示，并获得稳定的、具有广阔视角的液晶组合物，需要设计好液晶分子间的作用力及液晶分子排列的规则性，因此，不断开发新的性能优异的液晶材料具有重要的意义。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种可用于制造IPS模式液晶显示器或FFS模式液晶显示器的、旋转粘度低的、快速响应的正介电各向异性液晶组合物。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种正介电各向异性液晶组合物，包含通式Ⅰ所示的液晶化合物、通式Ⅱ所示的液晶化合物和通式Ⅲ所示的液晶化合物；

其中，

R₁、R₂、R₃、R₄分别是H原子、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10个碳原子的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团；

环A₁、环A₂、环A₃、环A₄、环A₇分别是单键、反式1,4-亚环己基或任意-H被-F取代的反式1,4-亚环己基、1,4-亚苯基或任意-H被-F取代的1,4-亚苯基中的任一基团；

环A₅、环A₆分别是下列①～④所述基团中的任一基团：

①反式1,4-亚环己基或反式1,4-亚环己基中任意不相邻的-CH₂-被-O-或-S-取代后形成的基团；

②1,4-亚苯基或者1,4-亚苯基中任意不相邻的-CH-被-N-取代后形成的基团；

③任意-H被-F取代的②所述基团；

④1,4-亚环己烯基、1,4-二环亚辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氢基萘-2,6-二基；

B是下列基团中的任一基团：

Z₁是单键、-CH₂CH₂-、-COO-、-CF₂O-、-CH₂O-的其中任意一种；

X₁、X₂、X₃、X₄、X₅、X₆、X₇、X₈、X₉分别是-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF₃、-CF₃、-CHF₂、-CH₂F、-OCHF₂、-SCN、-NCS或-SF₅中的任一基团；

a、b、c、d、e、f、g分别是0、1或2中的任一整数。

所述液晶组合物包含质量百分含量为1%～80%的通式Ⅰ所示的液晶化合物、1%～70%的通式Ⅱ所示的液晶化合物和1%～50%的通式Ⅲ所示的液晶化合物。其中，通式Ⅲ所示液晶化合物的质量百分含量优选为5%～40%；最优选为10%～30%。

所述液晶组合物还添加有液晶组合物质量之和的0.01%～0.5%的稳定剂。

所述液晶组合物的性能满足下列（a）～（d）条件中的至少一项，

（a）光学各向异性Δn范围：0.08～0.13；

（b）介电各向异性Δε范围：6～12；

（c）清亮点c.p.≥95℃；

（d）旋转粘度γ₁≤110mpa·s。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：

本发明公开了一种正介电各向异性液晶组合物，该组合物性能优异，具有比较大的正介电各向异性、较小的光学各向异性、很高的清亮点、很好的低温稳定性和较低的旋转粘度，能够在高温区域维持高电荷保持率，在低温区域维持较快的响应速度，能够显著拓宽IPS显示模式或者FFS显示模式的使用温度，并能保证较快的响应时间和较宽的视角范围，非常适于IPS显示模式或FFS显示模式，尤其适合于低电压驱动的车载用IPS液晶显示器和车载用FFS液晶显示器，具有广阔的市场前景和应用价值。

通过对液晶组合物中各个组分质量百分含量的调整，液晶组合物可以获得不同的介电各向异性、光学各向异性、清亮点和旋转粘度，便于在不同液晶盒厚和不同驱动电压下使用，适用范围非常广。

通式Ⅰ所示的含有苯并呋喃类液晶化合物，不仅具有液晶材料所必需的一般物理性质，而且对光、热稳定，具有较宽的向列相温度范围，与其他化合物相溶性好，尤其是此类化合物具有的低旋转粘度γ₁和大介电各向异性（△ε>0）的特性，可以有效地降低液晶组合物的阈值电压，同时加快响应时间，改善混合液晶的低温互溶性，进而明显优化液晶组合物的性能，是非常适用于低电压驱动、快速响应的IPS-TFT或FFS-TFT的液晶单体。

通式Ⅲ所示的二氟亚甲基醚类化合物，具有较大的向列相温度范围、较大的介电各向异性和较低的旋转粘度；其加入有效改善了液晶组合物的介电各向异性和响应速度。

通式Ⅱ和通式Ⅲ所示的液晶化合物包含有氟原子，具有低粘度、适中的介电各向异性、高电阻率、高电荷保持率等特性，是TFT液晶显示用液晶材料的主要成分。

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：

下述实施例中所涉及的份数均为质量百分含量，温度单位为℃，其他符号的具体意义及测试条件如下：

S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点（℃）；

c.p.表示液晶的清亮点（℃），测试方法：DSC定量法；

Δn表示光学各向异性，△n=n_o-n_e，其中，n_o为寻常光的折射率，n_e为非寻常光的折射率，测试条件：589nm、25±2℃，测试仪器：阿贝折射仪；

△ε表示介电各向异性，△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：25±0.5℃、20微米平行盒，测试仪器：INSTEC:ALCT-IR1；

γ₁表示旋转粘度（mPa·s），测试条件：25±0.5℃、20微米平行盒，测试仪器：INSTEC:ALCT-IR1。

一种正介电各向异性液晶组合物，包含通式Ⅰ所示的液晶化合物、通式Ⅱ所示的液晶化合物和通式Ⅲ所示的液晶化合物；

其中，

R₁、R₂、R₃、R₄分别是H原子、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10个碳原子的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团；

环A₁、环A₂、环A₃、环A₄、环A₇分别是单键、反式1,4-亚环己基或任意-H被-F取代的反式1,4-亚环己基、1,4-亚苯基或任意-H被-F取代的1,4-亚苯基中的任一基团；

环A₅、环A₆分别是下列①～④所述基团中的任一基团：

①反式1,4-亚环己基或反式1,4-亚环己基中任意不相邻的-CH₂-被-O-或-S-取代后形成的基团；

②1,4-亚苯基或者1,4-亚苯基中任意不相邻的-CH-被-N-取代后形成的基团；

③任意-H被-F取代的②所述基团；

④1,4-亚环己烯基、1,4-二环亚辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氢基萘-2,6-二基；

B是下列基团中的任一基团：

Z₁是单键、-CH₂CH₂-、-COO-、-CF₂O-、-CH₂O-的其中任意一种；

X₁、X₂、X₃、X₄、X₅、X₆、X₇、X₈、X₉分别是-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF₃、-CF₃、-CHF₂、-CH₂F、-OCHF₂、-SCN、-NCS或-SF₅中的任一基团；

a、b、c、d、e、f、g分别是0、1或2中的任一整数。

所述液晶组合物包含质量百分含量为1%～80%的通式Ⅰ所示的液晶化合物、1%～70%的通式Ⅱ所示的液晶化合物和1%～50%的通式Ⅲ所示的液晶化合物；其中，通式Ⅲ所示液晶化合物的质量百分含量优选5%～40%，最优选10%～30%。

所述液晶组合物优选包含质量百分含量为28%～60%的通式Ⅰ所示的液晶化合物、17%～39%的通式Ⅱ所示的液晶化合物、20%～33%的通式Ⅲ所示的液晶化合物。

所述液晶组合物中还可以加入稳定剂，稳定剂的加入量为液晶组合物质量之和的0.01%～0.5%。所述稳定剂为酚类抗氧化剂和/或苯并***类紫外吸收剂中的任意一种或几种。

所述液晶组合物的性能满足下列（a）～（d）条件中的至少一项，

（a）光学各向异性Δn范围：0.08～0.13；

（b）介电各向异性Δε范围：6～12；

（c）清亮点c.p.≥95℃；

（d）旋转粘度γ₁≤110mpa·s。

所述通式Ⅰ所示的液晶化合物优选Ⅰ-a～Ⅰ-h所示的液晶化合物：

所述通式Ⅱ所示的液晶化合物优选自Ⅱ-a～Ⅱ-i所示的液晶化合物：

所述通式Ⅲ所示的液晶化合物优选自Ⅲ-a～Ⅲ-h所示的液晶化合物：

其中，-(F)是-H或-F；

所述通式Ⅲ所示的液晶化合物最优选自下列化合物：

下面的实施例1～10分别按比例称取通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所示的液晶化合物，制备得液晶组合物。所使用的各种液晶单体均可以通过公知的方法进行合成，或通过商业途径获得。液晶组合物的制备方法采取常规方法，例如在高温下将各种组分的液晶单体溶解在溶剂中进行混合，然后在减压条件下蒸除溶剂，得到液晶组合物；或采取加热、超声波、悬浮等方法将液晶单体按比例混合制得。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。具体化合物的单体结构、用量（质量百分含量）、所得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的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表2实施例2的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表3实施例3的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表4实施例4的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表5实施例5的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表7实施例7的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表8实施例8的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表9实施例9的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表10实施例10的液晶组合物的组分配比及其性能参数

由实施例1～10所示的液晶组合物的性能参数可知，本发明的正介电各向异性液晶组合物具有比较大的正介电各向异性、较小的光学各向异性、很高的清亮点、很好的低温稳定性和较低的旋转粘度，能够在高温区域维持高电荷保持率，在低温区域维持较快的响应速度，非常适于IPS显示模式或FFS显示模式。本发明液晶组合物的使用，能够显著拓宽IPS显示模式或者FFS显示模式的使用温度，并能保证较快的响应时间和较宽的视角范围，尤其适合于低电压驱动的车载IPS和车载FFS显示，具有广阔的应用前景和应用价值。

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（质量百分含量），并进行了性能测试，但是本发明的液晶组合物可以在上述实施例的基础上，利用本发明所涉及的通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所代表的液晶化合物、以及通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的优选、通式Ⅲ的最优选的液晶化合物进行进一步拓展和修改，并在此基础上加入稳定剂，通过对通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所代表的液晶化合物和稳定剂的用量进行适当调整，对均能达到本发明的目的。

Claims (6)

1.一种正介电各向异性液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物包含质量百分含量为28％～60％的通式Ⅰ所示的液晶化合物、质量百分含量为17％～39％的通式Ⅱ所示的液晶化合物和质量百分含量为20％～33％的通式Ⅲ-f～Ⅲ-h所示的液晶化合物中的一种或几种；

其中，

R₁、R₂、R₃、R₄分别是H原子、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10个碳原子的烷氧基或碳原子数为2～10的链烯基中的任一基团；

环A₁、环A₂、环A₃、环A₄分别是单键、反式1,4-亚环己基或任意-H被-F取代的反式1,4-亚环己基、1,4-亚苯基或任意-H被-F取代的1,4-亚苯基中的任一基团；

环A₅、环A₆分别是下列①～④所述基团中的任一基团：

①反式1,4-亚环己基或反式1,4-亚环己基中任意不相邻的-CH₂-被-O-或-S-取代后形成的基团；

②1,4-亚苯基或者1,4-亚苯基中任意不相邻的-CH-被-N-取代后形成的基团；

③任意-H被-F取代的②所述基团；

④1,4-亚环己烯基、1,4-二环亚辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氢基萘-2,6-二基；

Z₁是单键、-CH₂CH₂-、-COO-、-CF₂O-、-CH₂O-的其中任意一种；

X₁、X₂、X₃、X₄分别是-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF₃、-CF₃、-CHF₂、-CH₂F、-OCHF₂、-SCN、-NCS或-SF₅中的任一基团；

a、b、c、d、e分别是0、1或2中的任一整数；

-(F)是-H或-F。

2.根据权利要求1所述的一种正介电各向异性液晶组合物，其特征在于：所述通式Ⅲ-f～Ⅲ-h所示的液晶化合物是Ⅲ-f-1～Ⅲ-h-4所示化合物中的一种或几种：

3.根据权利要求1所述的一种正介电各向异性液晶组合物，其特征在于：所述通式Ⅰ所示的液晶化合物是Ⅰ-a～Ⅰ-h所示化合物中的一种或几种：

4.根据权利要求1所述的一种正介电各向异性液晶组合物，其特征在于：所述通式Ⅱ所示的液晶化合物是Ⅱ-a～Ⅱ-i所示化合物中的一种或几种：

5.根据权利要求1所述的一种正介电各向异性液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物还添加有液晶组合物质量之和的0.01％～0.5％的稳定剂。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种正介电各向异性液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物的性能满足下列(a)～(d)条件中的至少一项，

(a)光学各向异性Δn范围：0.08～0.13；

(b)介电各向异性Δε范围：6～12；

(c)清亮点c.p.≥95℃；

(d)旋转粘度γ₁≤110mpa·s。