CN105218328A - 一种介电负性液晶化合物及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了式A所示的含有环戊基及2,3-二氟-1,4-亚苯基的介电负性液晶化合物及其制备方法与应用。式A的化合物的制备采用2,3-二氟苯丁醚为初始原料，经过亲核加成、羟基脱水、加氢等反应最终得到。所述制备方法具有操作简单、成本低、收率高、工艺安全稳定等特点，适合工业化生产。式A的化合物结构稳定，具有宽的液晶态温度范围、较大的双折射率以及负的介电各向异性值，在光学器件中使用时可实现较低的阈值电压，可以改善液晶组合物材料和显示器性能，适用于VA、IPS和ECB等液晶显示模式中。

Description

一种介电负性液晶化合物及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种液晶化合物，具体涉及一种含有环戊基及2,3-二氟-1,4-亚苯基的液晶化合物以及其制备方法和含有该液晶化合物的液晶组合物，所述液晶化合物适用于VA、IPS和ECB等液晶显示模式中。

背景技术

随着信息时代的进步，液晶显示技术的发展作为信息显示的液晶应用领域，也在不断发展。人们对液晶显示器性能的要求越来越高，也激发了人们对液晶材料的研究兴趣，使得液晶技术成为热点，并持续发展。

液晶材料的种类很多，其中介电负性液晶是指介电各向异性△ε＝ε∥-ε⊥<0的一类液晶材料，主要用在VA模式的显示器中。VA模式(VerticalAlignment，垂直取向)最早由富士通公司提出，用于解决显示器的宽视角化问题。此外，介电负性液晶可以添加到TN和STN中用于获得较小的△ε/ε⊥，用于得到特定螺距的扭矩材料，还广泛应用于DS、ECB、GH、OCB、FLC、PDLC、IPS、MVA-TFT、FFS-VA、VAN等模式的液晶显示器中，以改善液晶显示器件中的电光特性。目前，液晶显示器正朝向大型化、宽视角、高对比度、快速响应方面发展，负性液晶的性能起到了至关重要的作用。

众所周知，VA模式的响应时间比扭曲型器件要短得多，约为一半左右。在外加电压影响下，VA器件主要产生的是液晶分子的弯曲形变，ECB产生的是液晶分子的展曲形变，而扭曲显示产生的是液晶分子的扭曲形变，其响应时间也分别与弯曲、展曲、扭曲弹性常数成反比，由于大部分的液晶在通常的情况下液晶的弯曲弹性常数大于展曲弹性常数，展曲弹性常数又大于扭曲弹性常数，这也是VA器件响应时间较快的原因。

为了能使显示器件的性能更加接近理想化，人们一直努力在致力于研究新的液晶化合物，这得以使液晶化合物及显示器件的性能仍在不断的向前发展。

CN103030534A中公开具有以下结构的负性液晶化合物：

上述化合物虽然具有负的介电各向异性值和合适的光学各向异性值，但其具有清亮点相对较低的缺点。

本发明公开的含有2,3-二氟-1,4-亚苯基的介电负性液晶化合物，具有稳定的物理化学性质、较大的双折射率、高清亮点、液晶相温度范围较宽、介电各向异性值为负等特点。该化合物以环戊烷为端基，与传统的以柔软的烷基链为端基的液晶化合物相比，具有清亮点高的优点。由于液晶组合物的清亮点和单体的清亮点存在正相关的关系，故利用本发明所提供的式A的化合物可拓展液晶组合物的应用范围。另外，式A的化合物适用于需要具有低粘度低阈值且负介电各向异性绝对值较大的液晶组合物中。

发明内容

本发明目的是提供一种新型结构、具有稳定的物理化学性质、较大的双折射率、高清亮点、液晶相温度范围较宽、介电各向异性值为负等特点，与其他液晶化合物相容性好，可用于VA、IPS和ECB等液晶显示模式中的含有环戊基及2,3-二氟-1,4-亚苯基的介电负性液晶化合物，以及一种操作简单、成本低、收率高、工艺安全稳定，适合工业化生产的含有环戊基及2,3-二氟-1,4-亚苯基的介电负性液晶化合物的制备方法。

本发明提供的含有环戊基及2,3-二氟-1,4-亚苯基的负性液晶化合物，其结构式如式A所示：

本发明还提供一种制备式A的化合物的方法，包括如下步骤：

1)n-BuLi存在下，将化合物1

和式2的化合物

反应，得到式3的化合物

2)将式3的化合物和对甲苯磺酸进行回流反应，得到式4的化合物

3)Pd/C催化作用下，加压条件下，将式4的化合物和H₂反应，得到式A的化合物

在一些实施方案中，本发明的制备方法中，所述步骤1)、2)和3)均是在有机溶剂存在下进行的，所述步骤1)、2)和3)中的所述有机溶剂各自独立地选自由甲醇、乙醇、甲苯、四氢呋喃、二甲亚砜和N，N-二甲基乙酰胺及其组合组成的组。

在一些实施方案中，步骤1)中所述的反应时间为1～5小时，所述的反应温度为-100～-50℃。

在一些实施方案中，步骤2)中所述的回流反应时间为1～6小时。

在一些实施方案中，步骤3)中所述的压力为1～3MPa。

本发明另一方面提供一种液晶组合物，包含本发明所述的液晶化合物。

本发明另一方面提供包含本发明所述液晶化合物的液晶显示材料和液晶显示器。

本发明所述的式A的液晶化合物向具有稳定的物理化学性质、较大的双折射率、高清亮点、液晶相温度范围较宽、介电各向异性值为负等特点，与其他液晶化合物相溶性好。且其合成路线简单、成本较低、收率高、工艺安全稳定，适合工业化生产。当将本发明所述的液晶化合物用于液晶组合物中时，可有效调节液晶组合物的介电各向异性值，进而能优化液晶组合物的阈值电压(Vth)。

附图说明

图1是化合物3的MS图；

图2是化合物4的MS图；以及

图3是化合物5的MS图。

具体实施方式

以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。

为便于表达，以下各实施例中，液晶化合物的基团结构用表1所列的代码表示：

表1液晶化合物的基团结构代码

以如下结构为例：

该结构用表1中的代码可表示为C(5)GWOn，代码中的C(5)代表环戊烷；代码中的G代表2-氟-1,4-亚苯基；代码中的W代表2,3-二氟-1,4亚苯基；代码中的O代表氧原子；代码中的n表示右端烷基的C原子数，例如n为“3”，即表示该烷基为-C₃H₇。

以下实施例中测试项目的简写代号如下：

Cp(℃)：清亮点(向列-各向同性相转变温度)

Δn：光学各向异性(589nm，20℃)

Δε：介电各向异性(1KHz，25℃)

折射率及折射率各向异性使用阿贝折光仪在钠光灯(589nm)光源下、20℃测试得。介电各向异性、响应时间测试盒为TN90型，盒厚7μm。Vth测试为TN90型7μm测试盒，常白模式。

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，所得到各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。

以下实施例中，除式A的化合物、化合物3和化合物4，其余所使用的化合物及相关试剂均可从市场购得。具体试剂的名称及其CAS号在下表中列出：

表2试剂名称及其CAS号

实施例1

1)化合物3的制备

称取20g化合物1加入到80mL四氢呋喃中，冷却到-70℃。保持温度在-65℃以下滴加n-BuLi(n-BuLi的正己烷溶液，2.4mol/L)，滴加完毕保温1h。保持温度在-65℃以下，滴加8.2g化合物2四氢呋喃溶液(8.2g化合物2溶于50mL四氢呋喃中)，加完保温反应1h。反应完加500mL的水，析出固体，过滤，烘干，用800mL乙酸乙酯冲洗，硅胶柱层析，得到化合物3，GC：99.2％，收率：77％。

化合物3的MS图参见图1。

2)化合物4的制备

称取20g化合物3和1.3g对甲苯磺酸加到250mL甲苯中，于回流分水装置中回流反应3h。反应结束后，水(100mL*3)洗甲苯，干燥，蒸掉甲苯，得到化合物4，GC：99.3％，收率：92％。

化合物4的MS图参见图2。

3)式A的化合物的制备

称取18g化合物4、2gPd/C加到甲苯和乙醇(700mL甲苯和300mL乙醇)中，压力调到2Mpa，反应9h。反应结束后，过滤，旋干，800mL石油醚冲洗，硅胶柱层析，减压蒸馏得到9.5g无色液体，即为式A的化合物。GC：99.2％，收率：53％。

式A的化合物的MS图参见图3。

式A的化合物的外推液晶性能如下：

Cp：-197.6℃Δn：-0.0063Δε：-3.53

表3所列为上述母体液晶组合物的组分、配比及填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试的测试结果。

表3母体液晶组合物配方及其测试性能

将式A的化合物与母体液晶组合物按照重量比1:9混合，能够良好混合，而且含有本发明所述式A的化合物的液晶组合物具有合适的光学各向异性值以及更大的介电各向异性的绝对值。

其性能参数测试结果如下：

Cp：62.5℃Δn：0.0828Δε：-3.431

组合物实施例1：

表4所列是实施例1的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：

表4液晶组合物的配方及其测试性能

组合物实施例2：

表5所列是实施例2的液晶组合物的组分以及各组分的重量百分数，将该液晶组合物填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：

表5液晶组合物的配方及其测试性能

从本发明提供的测试数据可知，含有本发明所述式A的化合物具有宽的液晶态温度范围、较大的光学各向异性、更大的介电各向异性的绝对值以及高的清亮点，在光学器件中使用时可实现较低的阈值电压。

以上实施例仅为了突出说明本发明在性能上的优点，而不限制本发明的适用范围。在本发明的基础上，可以对之做出一些修改或改进，这对本领域内技术人员而言，是非常显而易见的。因此在不偏离本发明精神的基础上，对本发明做的修改和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.式A的化合物：

2.一种制备式A的化合物的方法，包括如下步骤：

1)n-BuLi存在下，将化合物1

和式2的化合物

反应，得到式3的化合物

2)将式3的化合物和对甲苯磺酸进行回流反应，得到式4的化合物

3)Pd/C催化作用下，加压条件下，将式4的化合物和H2反应，得到式A的化合物

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其中所述步骤1)、2)和3)均是在有机溶剂存在下进行的，所述步骤1)、2)和3)中的所述有机溶剂各自独立地选自由甲醇、乙醇、甲苯、四氢呋喃、二甲亚砜和N，N-二甲基乙酰胺及其组合组成的组。

4.包含权利要求1所述液晶化合物的液晶组合物。

5.包含权利要求1所述液晶化合物的液晶显示材料。

6.包含权利要求1所述液晶化合物的液晶显示器。

7.包含权利要求4所述液晶组合物的液晶显示材料。

8.包含权利要求4所述液晶组合物的液晶显示器。