CN102585840A - 一种含有环戊基类化合物的液晶组合物 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含有环戊基类化合物的液晶组合物，包括通式I所代表的化合物作为第一组分；包含通式Ⅱ所代表的化合物作为第二组分；包含通式III和Ⅳ所代表的化合物作为的三组分；包含通式V、Ⅵ和Ⅶ所代表的化合物任意一种或多种作为第四组分；以及旋光性组分。本发明所述的液晶组合物适用于制造快速响应的TN-TFT液晶显示器。

Description

一种含有环戊基类化合物的液晶组合物

技术领域

本发明涉及一种液晶组合物，具体地说，涉及一种含有环戊基类液晶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。后来认定正式发现液晶的时间是1888年。这一年奥地利植物学家Friedrich Reinitzer在研究胆甾醇对植物作用时，发现了第一种液晶材料安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)。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，在二十世纪六十年代末期是液晶科技的黄金发展期。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。

TFT-LCD技术和最初的产品在欧洲和美国生产，但其大规模产业化应用由日本完成，1993年韩国开始介入TFT-LCD产业，并很快获得了较强的竞争力，1998年中国的台湾地区开始加入了该行业，到2005年在产业规模上几乎占据半壁江山，但从整体布局来看，目前中国在该产业中的重要地位不断显现。

目前，TFT-LCD产品技术虽然日渐成熟，能成功地解决视角、分辨率、色饱和度和亮度等技术难题，其显示性能已经接近或超过CRT显示器，大尺寸和中小尺寸TFT-LCD显示器在各自的领域已逐渐占据平板显示器的主流地位，但是受液晶材料本身的限制，TFT-LCD仍然存在着响应速度不够快，电压不够低，电荷保持率不够高等诸多缺陷。因此从液晶材料本身出发，开发出快速响应、高电荷保持率的TFT液晶混合物成为行业中的热点也是难点。

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，成熟的液晶化合物以稳定的六元芳香环(如苯环)及六元烷基环(如环己环)组成，其端位取代基大多为烷基或烯基，对于环戊基环的使用并不多见，在欧洲专利EP0821049B1中公开了一类含有环戊基的化合物，用于铁电液晶显示中；用于TFT显示甚少见。

环戊基环类化合物具有良好的化学和热稳定性，并且对电场及磁场具有高温定性，此外具有较宽的介晶相，低温互溶性也很理性，适合用于混合液晶化合物。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于TN-TFT液晶显示器的含有环戊基类化合物的液晶组合物。

为了实现本发明目的，本发明提供一种含有环戊基类化合物的液晶组合物，其含有如下重量百分比的组分：

(1)第一组分包含通式I所代表的化合物，其含量为1-40％；

(2)第二组分包含通式Ⅱ所代表的化合物，其含量为1-70％；

(3)第三组分包含通式III和Ⅳ所代表的化合物，其含量为2-70％；

(4)第三组分包含通式V、Ⅵ和VII所代表的化合物任意一种或多种，其含量为0-50％；

(5)占上述各组分总含量0.05-0.5％的旋光性组分。

本发明所述液晶组合物第一组分中包括的通式I所表示的液晶化合物为下述结构：

其中，Z表示1-12个碳原子的烷基，其中部分CH₂基团可被-O-替代，或表示2-12个碳原子的烯基，此外Z还可以表示-CF₂O-、-C₂H₄-、-COO-或单键；A、B彼此独立的表示反式1，4-环己基或1，4-亚苯基；0≤m+n≤2；L₁和L₃彼此独立的表示-H或-F；L₂表示-H、-F、-OCF₃或-OCF₂H；

优选地，第一组分中通式I为下列结构的化合物：

其中，Z表示1-8个碳原子的烷基，其中部分CH₂基团可被-O-替代，或表示2-8个碳原子的烯基，此外Z还可以表示单键；A、B彼此独立的表示反式1，4-环己基或1，4-亚苯基；L₁和L₃彼此独立的表示-H或-F；L₂表示-H、-F、-OCF₃或-OCF₂H；

通式I所示的液晶化合物中所指Z表示的烷基及烯基理想的情况为短烷基或烯基链基团，即少于五个碳原子基团；L₁、L₂、L₃彼此独立的表示-H或-F；本发明所涉及的液晶组合物中第一组分含量为1-40％，进一步为5-30％。

最优选地，本发明所述液晶组合物通式I所示的液晶化合物具体为下述结构：

本发明所述的液晶组合物第一组分是首要组分，此类化合物具有很强的极性、大的电学各向异性，并且有较高的清亮点，在混合液晶体系中有良好的降低阈值电压的效果，与此同时，在与其他化合物互溶时也表现了优异的性能，特别是通式I A所表示的结构粘度小，加入后可以改善混合液晶的响应速度。

本发明所述液晶组合物第二组分中包含通式Ⅱ所表示的液晶化合物，结构如下：

其中，R₁、R₂彼此独立的表示1-12个碳原子的烷基，其中部分CH₂基团可被-O-替代；优选的为，R₁、R₂至少一个表示2-5个碳原子的烯基；另一个表示1-5个碳原子的烷基。

更优选地，第二组分中包括的通式Ⅱ所表示的液晶化合物其具体为下述化合物：

其中，R₁’表示1-5个碳原子的烷基；本发明所涉及的液晶组合物中第二组分含量为1-70％，更理想含量为5-55％。

通式II所表示的化合物是调配快速响应的液晶混合物必不可少的一类化合物，现今各显示模式用液晶混合物中普遍使用此类化合物，添加量很大，此类化合物几乎没有极性，双环己烷的结构使得化合物有极低的粘度和小的光学各向异性，对于整个混合体系的粘度减小起到无可替代的作用，随之对于混晶的响应速度的提高作用显著。

本发明所述液晶组合物第三组包含通式III和Ⅳ表示的液晶化合物，结构如下：

其中，R₃、R₄彼此独立的表示1-12个碳原子的烷基，其中部分CH₂基团可被-O-替代；L₄表示-H或-F；o、p各自独立的表示1或2；C、D彼此独立的表示反式1，4-环己基或1，4-亚苯基；

优选地，第三组分中包括的通式III和Ⅳ所表示的液晶化合物其结构为：

其中，R₃’、R₄’彼此独立的表示1-5个碳原子的烷基，其中部分CH₂基团可被-O-替代。

本发明所涉及的液晶组合物中第三组分含量为2-70％，优选含量为10-55％。其中通式III的含量为1-30％，优选为5-25％，通式IV的含量为1-40％，优选含量分别为5-30％。

本发明所述的液晶组合物中第三组分包含的液晶化合物对于降低整个体系的阈值电压起到至关重要的作用，与此同时通式III和Ⅳ所表示的液晶化合物具有较高的介电常数、适中的光学各向异性，较高的向列相温度范围、综合性能优异，混合液晶中加入此类组分可以有效降低阈值电压，稳定体系的各项性能。

本发明所述液晶组合物第四组分包括通式V、Ⅵ和Ⅶ所表示的液晶化合物其结构为下述所列：

其中，R₅～R₉彼此独立的表示1-12个碳原子的烷基，其中部分CH₂基团可被-O-替代，或彼此独立的表示2-12个碳原子的烯基；L₅、L₆彼此独立的表示-F、-H、-OCF₂H或-OCF₃。

优选地，第四组分中包含通式V所表示的液晶化合物具体为下述结构：

其中，R₅’表示1-5个碳原子的烷基，其中部分CH₂基团可被-O-替代，或表示2-5个碳原子的烯基。

优选地，通式VI所示的液晶化合物中R₆、R₇彼此独立的表示1-5个碳原子的烷基或2-5个碳原子的烯基。

通式VII表示的化合物中R₉表示1-5个碳原子的烷基或烷氧基，R₈表示2-5个碳原子的烯基。

本发明所涉及的液晶组合物中第四组分含量为0-30％，优选含量为5-40％。

第四组分通式V所示的液晶混合物对于液晶改善混合体系的低温性能作用显著，同时对其它性能起到辅助调节的作用，特别对于参数的微调至关重要；通式Ⅵ和Ⅶ所表示的液晶化合物具有较高的清亮点和较大的光学各向异性，可用于调整体系的清亮点和Δn数值。

另外本发明所述的旋光性组分，S811、R811、S1011、R1011、S2011和R2011均来源于北京八亿时空液晶材料科技有限公司，其结构为：

对于本发明所述的液晶混合物若用于TN-TFT模式液晶显示中加入旋光性组分的作用是使液晶化合物在液晶盒中扭曲90°，不至发生欠扭而影响显示效果，其含量为0.05-0.5％，优选为0.07-0.3％。

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。

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、高的电阻率及电压保持率，本发明所述液晶组合物可用于液晶显示装置。所述液晶显示装置为TN型TFT液晶显示器。适用于各种快速响应的TFT-LCD中。

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。

在下述实施例中，液晶化合物各组分的结构通过下述首字母缩写词来表示：

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：c.p＝清亮点，Δn为光学各向异性，n₀为折射率(589nm，20℃)。η(mm²/s，20℃)为体积粘度。Δε为介电常数各向异性(20℃，1000Hz)。V10阈值电压＝在相对10％对比度时的特征电压(V，20℃，)，V90饱和电压＝在相对90％对比度时的特征电压(V，20℃，)。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(响应时间)(ms)。除非另有说明，所有光学数据均在20℃下测量。

本发明中所用的化合物及旋光性组分均可市售获得，如购自自于北京八亿时空液晶材料科技有限公司。

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。

制备方法如下：

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。

表1实施例1的液晶组合物的配比和性能参数

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2。

制备方法如下：

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。

表2实施例2的液晶组合物的配比和性能参数

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3。

制备方法如下：

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。

表3实施例3的液晶组合物的配比和性能参数

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4。

制备方法如下：

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。

表4实施例4的液晶组合物的配比和性能参数

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5。

制备方法如下：

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。

表5实施例5的液晶组合物的配比和性能参数

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6：

制备方法如下：

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。

表6实施例6的液晶组合物的配比和性能参数

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7。

制备方法如下：

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。

表7实施例7的液晶组合物的配比和性能参数

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。

Claims (10)

1.一种含有环戊基类化合物的液晶组合物，其特征在于，其含有如下重量百分比的组分：

(1)第一组分包含通式I所代表的化合物，其含量为1-40％；

(2)第二组分包含通式Ⅱ所代表的化合物，其含量为1-70％；

(3)第三组分包含通式III和Ⅳ所代表的化合物，其含量为2-70％；

(4)第四组分包含通式V、Ⅵ和VII所代表的化合物任意一种或多种，其含量为0-50％；

(5)占上述各组分总含量0.05-0.5％的旋光性组分；

所述通式I所代表的液晶化合物为下述结构：

其中，Z表示1-12个碳原子的烷基，其中部分CH₂基团可被-O-替代，或表示2-12个碳原子的烯基，此外Z还表示-CF₂O-、-C₂H₄-、-COO-或单键；A、B彼此独立的表示反式1，4-环己基或1，4-亚苯基；0≤m+n≤2；L₁和L₃彼此独立的表示-H或-F；L₂表示-H、-F、-OCF₃或-OCF₂H；

所述通式Ⅱ所代表的液晶化合物为下述结构：

其中，R₁、R₂彼此独立的表示1-12个碳原子的烷基，其中部分CH₂基团可被-O-替代；

所述通式III和Ⅳ代表的液晶化合物为下述结构：

其中，R₃、R₄彼此独立的表示1-12个碳原子的烷基，其中部分CH₂基团可被-O-替代；L₄表示-H或-F；o、p各自独立的表示1或2；C、D彼此独立的表示反式1，4-环己基或1，4-亚苯基；

所述通式V、Ⅵ和Ⅶ所代表的液晶化合物为下述结构：

其中，R₅～R₉彼此独立的表示1-12个碳原子的烷基，其中部分CH₂基团可被-O-替代，或彼此独立的表示2-12个碳原子的烯基；L₅、L₆彼此独立的表示-F、-H、-OCF₂H或-OCF₃。

2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式I为下述结构：

其中，Z表示1-8个碳原子的烷基，其中部分CH₂基团可被-O-替代，或表示2-8个碳原子的烯基，此外Z还表示单键；A、B彼此独立的表示反式1，4-环己基或1，4-亚苯基；L₁和L₃彼此独立的表示-H或-F；L₂表示-H、-F、-OCF₃或-OCF₂H。

3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述第一组分含量为5-30％。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅱ所代表的液晶化合物为下述结构：

其中，R₁’表示1-5个碳原子的烷基。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述第一组分含量为5-55％。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式III和Ⅳ所代表的液晶化合物为下述结构：

其中，R₃‘、R₄’彼此独立的表示1-5个碳原子的烷基。

7.根据权利要求1-6任意一项所述液晶组合物，其特征在于，所述第三组分含量为10-55％。

8.根据权利要求1-7任意一项所述液晶组合物，其特征在于，所述通式V所表示的液晶化合物为下述结构：

其中，R₅’表示1-5个碳原子的烷基，其中部分CH₂基团可被-O-替代，或表示2-5个碳原子的烯基；

所述通式VI所示的液晶化合物中R₆、R₇彼此独立的表示1-5个碳原子的烷基或2-5个碳原子的烯基；

所述通式Ⅶ表示的化合物中R₉表示1-5个碳原子的烷基或烷氧基，R₈表示2-5个碳原子的烯基。

9.如权利要求1-8任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述第四组分含量为5-40％。

10.权利要求1-9任一项所述的液晶组合物在制备液晶显示装置中的应用。