液晶组合物及其应用
【专利摘要】本发明公开了一种液晶组合物，含有式Ⅰ、式Ⅱ化合物，以及还可以包含一种或多种式Ⅱ?B化合物：其中各取代基均给出其定义。本发明涉及组合物具有低粘度γ1、适中的介电各向异性Δε、适中的光学各向异性Δn，可以实现液晶显示的快速响应。
【专利说明】
液晶组合物及其应用
技术领域
[0001] 本发明设及液晶显示技术领域，具体设及一种液晶组合物，W及包含该液晶组合 物的液晶显示元件或液晶显示器。
【背景技术】
[0002] 目前，液晶化合物的应用范围拓展的越来越广，其可应用于多种类型的显示器、电 光器件、传感器等中。用于上述显示领域的液晶化合物的种类繁多，其中向列相液晶应用最 为广泛。向列相液晶已经应用在无源TN、STN矩阵显示器和具有TFT有源矩阵的系统中。
[0003] 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，但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W降低功耗等方面。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。
[0004] 作为液晶材料，需要具有良好的化学和热稳定性W及对电场和电磁福射的稳定 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 较宽的向列相溫度范围、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W及低蒸汽压等性能。
[0005] 对于动态画面显示应用，消除显示画面残影和拖尾，要求液晶具有很快的响应速 度，因此要求液晶具有较低的旋转粘度T1;另外，对于便携式设备，为了降低设备能耗，希 望液晶的驱动电压尽可能低；而对于电视等用途的显示器来说，对于液晶的驱动电压要求 不是那么的低。
[0006] 液晶化合物的粘度，尤其是旋转粘度丫 1直接影响液晶加电后的响应时间，不管是 上升时间（t。。)还是下降时间（toff)，都与液晶的旋转粘度丫 1成正比关系，上升时间（Un)由 于与液晶盒和驱动电压有关，可W通过加大驱动电压的方法与降低液晶盒盒厚来调节;而 下降时间（tDff)与驱动电压无关，主要是与液晶的弹性常数与液晶盒盒厚有关，盒厚的下降 会降低下降时间（toff)，而不同显示模式下，液晶分子的运动方式不一样，TN、IPS、VAS种模 式分别与平均弹性常数K、扭曲弹性常数、弯曲弹性常数成反比关系。
[0007] 依照液晶连续体理论，各种不同的液晶在外力（电场、磁场)作用下发生形变后，会 通过分子间的相互作用，会"回弹"回原来的形状；同样的，液晶也是由于分子间的相互作用 力形成"粘度"。液晶分子的微小变化，会使液晶的常规参数性能发生明显的变化，运些变化 有的是有一定规律的，有的似乎不易找到规律，对于液晶分子间的相互作用也会产生明显 的影响，运些影响非常微妙，至今也没有形成很完善的理论解释。
[000引液晶的粘度与液晶分子结构有关，研究不同液晶分子形成的液晶体系的粘度与液 晶分子结构之间的关系是液晶配方工程师的重要任务之一。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种液晶组合物及包含该液晶组合物的液晶显示元件或 液晶显示器，该液晶组合物具有较低的粘度，可w实现快速响应，同时具有适中的介电各向 异性Δε、适中的光学各向异性Δη、高的对热和光的稳定性。包含该液晶组合物的液晶显示 元件或液晶显示器具有较宽的向列相溫度范围、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W及低蒸汽压等性能。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0011] -种液晶组合物，所述液晶组合物包含一种或多种通式I所示化合物组成的第一 组分、包含一种或两种通式Π 所示化合物组成的第二组分，所述第二组分还可W包含一种 或多种通式Π -Β所示化合物，
[0012]
[0013] 其中，
[0014] Ri、R2分别选自碳原子数为1~5的直链烷基、碳原子数为2~5的直链締基的其中一 种；
[0015] R3选自碳原子数为1~10的直链烷基、氣取代的碳原子数为1~10的直链烷基、碳 原子数为1~10的直链烷氧基、氣取代的碳原子数为1~10的直链烷氧基、碳原子数为2~10 的直链締基、氣取代的碳原子数为2~10的直链締基、碳原子数为3~8的直链締氧基或氣取 代的碳原子数为3~8的直链締氧基的其中一种，且化、R2、R3中任一个不相连的C出可W被环 戊基、环下基、环丙基、-0-替代；
[0016] Yi选自乙基或乙締基的其中一种；
[0017]
分别选自1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1,4-亚环己締基的其中一 种；
[0018] 通式Π -B所示化合物不包含通式Π 所示化合物。
[0019] 优选地，本发明所述液晶组合物优选不包含含有-CN的液晶化合物、不包含含有化 晚、喀晚环化合物。-CN具有很大的永久偶极矩，电子云较为丰富，易于吸附阳离子从而导致 离子溶剂化，使液晶电学性能的下降，比如电荷保持率V皿、电阻率P、功耗等；化晚、喀晚环 化合物由于在UV下电子易于受到激发而导致品质下降。
[0020] 本发明进一步优选不含有稠环结构的液晶化合物。
[0021] 本发明所提供的液晶组合物Δη[58化m，25°C]>0.08, Δ eUKHz，25°C]〉2或Δ ε [化Hz，25 °C ] <-2，清亮点Cp〉70.0 °C，旋转粘度丫 1 口5 °C ]在40~120mPa · s之间。
[0022] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述通式I所示化合物具体为式II~14所示 化合物，
[0023]
[0024] 本发明的通式I所示化合物普遍具有与其他液晶良好的互溶性，尤其是含有Ri2选 自碳原子数为2~10的直链締基、R21选自碳原子数为1~10的直链烷基的式I所示化合物。
[0025] 式II~14所示化合物的光学各向异性Δη总体偏小，一般小于混合液晶的Δη,所 W，可W用于向低的方向调节混合液晶的Δ η。当含有R22选自碳原子数为1~10的直链烧氧 基时，由于氧原子的共辆参与，Δη稍大。
[00%] 所述通式Π 所示化合物具体为式Π 1~Π 2所示化合物，
[0027]
[0028] 所述通式Π -Β所示化合物具体为式Π -Β-1~Π -Β-10所示化合物，
[0029]
[0030] 其中，
[0031] 化1选自碳原子数为1~10的直链烷基的其中一种；
[0032] 化2选自碳原子数为2~10的直链締基的其中一种；
[0033] R21选自碳原子数为1~10的直链烷基的其中一种；
[0034] R22选自碳原子数为1~10的直链烷氧基的其中一种。
[0035] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述液晶组合物中第一组分的通式I所示化 合物的质量百分含量为2~25%，第二组分中通式Π 所示化合物的质量百分含量为5~ 55%、通式Π -B所不化合物的质量百分含量为0~30%。
[0036] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述液晶组合物为正性液晶组合物，所述液 晶组合物还包含一种或多种通式虹所示化合物组成的第Ξ组分，
[0037]
[003引 其中，
[0039] R4选自碳原子数为1~10的直链烷基、氣取代的碳原子数为1~10的直链烷基、碳 原子数为1~10的直链烷氧基、氣取代的碳原子数为1~10的直链烷氧基、碳原子数为2~10 的直链締基、氣取代的碳原子数为2~10的直链締基、碳原子数为3~8的直链締氧基、氣取 代的碳原子数为3~8的直链締氧基的其中一种，且R冲任一个C出可W被环戊基、环下基、环 丙基替代；
[0040]
的其中一种；
[OOW Zi、Z2分别选自单键、-CF2O-、-C也C也-、-C也0-的其中一种；
[0042] Y2表示F、氣取代的碳原子数为1~5的直链烷基、氣取代的碳原子数为1~5的直链 烷氧基、氣取代的碳原子数为2~5的直链締基、氣取代的碳原子数为3~8的直链締氧基；
[0043] m 表不1，2。
[0044] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述通式虹所示化合物具体为式虹1~虹22 所示化合物，
[0045]
[0046]
[0047]
[004引 其中，
[00例 XI、拉分别选自Η或F的其中一种，但不能同时为F，也不能同时为H;
[0050] R4选自碳原子数为1~10的直链烷基、氣取代的碳原子数为1~10的直链烷基、碳 原子数为1~10的直链烷氧基、氣取代的碳原子数为1~10的直链烷氧基、碳原子数为2~10 的直链締基、氣取代的碳原子数为2~10的直链締基、碳原子数为3~8的直链締氧基、氣取 代的碳原子数为3~8的直链締氧基的其中一种，且R冲任一个C出可W被环戊基、环下基、环 丙基替代；
[0051 ] (F)选自Η或F的其中一种。
[0052]本发明技术方案的进一步改进在于:所述液晶组合物为负性液晶组合物，所述液 晶组合物还包含一种或多种通式IV所示的化合物组成的第四组分，
[0化3]
[0054] 其中，
[0055] Rs、R6分别选自碳原子数为1~10的直链烷基、氣取代的碳原子数为1~10的直链烧 基、碳原子数为1~10的直链烷氧基、氣取代的碳原子数为1~10的直链烷氧基、碳原子数为 2~10的直链締基、氣取代的碳原子数为2~10的直链締基、碳原子数为3~8的直链締氧基、 氣取代的碳原子数为3~8的直链締氧基的其中一种，且Rs、R6中任一个C出可W被环戊基、环 下基、环丙基替代；
[0056] Z3、&分别选自单键、-C出C出-、-C出0-的其中一种；
[0化7] 的其中一种；
[0化引 m表示1，2;
[0化9] η 表示0，1，2。
[0060]本发明技术方案的进一步改进在于:所述通式IV所示的化合物具体为式IV1~IV 11所示化合物，
[0061]
[0062]
[0063] 其中，
[0064] Rs、R6的定义与上述相同。
[0065] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述液晶组合物为负性液晶组合物，所述液 晶组合物还包含一种或多种通式V所示的化合物组成的第五组分，
[0066]
[0067] 其中，
[0068] R7、I?8分别选自碳原子数为1~10的直链烷基、氣取代的碳原子数为1~10的直链烧 基、碳原子数为1~10的直链烷氧基、氣取代的碳原子数为1~10的直链烷氧基、碳原子数为 2~10的直链締基、氣取代的碳原子数为2~10的直链締基、碳原子数为3~8的直链締氧基、 氣取代的碳原子数为3~8的直链締氧基的其中一种，且Rs、R6中任一个C出可W被环戊基、环 下基、环丙基替代。
[0069] 优选地，式V所示化合物具体为，
[0070]
[0071] 其中，
[0072] Rsi选自碳原子数为1~10的直链烷氧基的其中一种。
[0073] 本发明的液晶组合物中第一组分的质量百分含量为2~25%，第二组分中通式Π 所示化合物的质量百分含量为5~55%、通式Π-Β所示化合物的质量百分含量为0~30%， 第Ξ组分的质量百分含量为0~60%，第四组分的质量百分含量为0~50%，第五组分的质 量百分含量为0~30%。
[0074] 优选地，液晶组合物中第一组分的质量百分含量为5~23%，第二组分中通式Π 所 示化合物的质量百分含量为10~50%、通式Π-Β所示化合物的质量百分含量为0~14%，第 Ξ组分的质量百分含量为13~53%，第四组分的质量百分含量为3~50%，第五组分的质量 百分含量为0~10%。
[0075] 液晶组合物各成分的不同比例，会表现出略有差异的性能，比如介电各向异性Δ ε、光学各向异性Δη、液晶的向列相转化为液体的转变溫度点CP、低溫下稳定性都会有所差 异，可W应用于不同类型的显示器件，但是相同的特点是其旋转粘度丫 1较低。应用于液晶 显示器件，可W实现快速响应。
[0076] 本发明所提供的液晶化合物中还可W加入各种功能的渗杂剂，渗杂剂含量占液晶 组合物总重量的0.01~1%之间，运些渗杂剂主要是抗氧化剂、紫外线吸收剂、手性剂。
[0077] 抗氧化剂、紫外线吸收剂优选：
[007引
[00巧]S表示1-10的整数。
[0080] 手性剂优选(左旋或右旋）：
[0081]
[0082]
[0083] 本发明还设及包含上述任意一种液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器;所述 显示元件或显示器为有源矩阵显示元件或显示器或无源矩阵显示元件或显示器。
[0084] 所述液晶显示元件或液晶显示器优选有源矩阵寻址液晶显示元件或液晶显示器。 [00化]所述有源矩阵显示元件或显示器具体为TN-TFT或IPS-TFT液晶显示元件或显示 器。
[0086] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步在于：
[0087] 本发明所提供的液晶组合物具有较低的粘度，可W实现快速响应，同时具有适中 的介电各向异性A ε、适中的光学各向异性Δ η、高的对热和光的稳定性。包含本发明所提供 的液晶组合物的液晶材料，不但具有良好的化学和热稳定性W及对电场和电磁福射的稳定 性。而且，作为薄膜晶体管技术(TFT-LCD)用液晶材料，还具有较宽的向列相溫度范围、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W及低蒸汽压 等性能。
【具体实施方式】
[0088] 下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于W下实施例。
[0089] 所述方法如无特别说明均为常规方法。
[0090] 所述原料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
[0091] 所述百分比如无特别说明，均为质量百分比。
[0092] 下述实施例中，
[0093] CP表示清亮点，直接使用WRX-1S显微热分析仪测定，设定升溫速率为：3°C/min。
[0094] Δn表示光学各向异性(589nm，20oC)，
[0095] Δ ε表示介电各向异性(25 °C aKHz，HP4284A，5.2微米TN左旋盒），
[0096] 丫 1表示20°C时旋转粘度(mpas)，V皿（％ )代表电荷保持率(5V，60Hz，20°C )，P( X 1013Ω .cm)代表电阻率(20°C)
[0097] 电压保持率VHR( % )的测试仪与电阻率P( X 10" Ω · cm)均为T0Y006254和 T0Y06517型液晶物性评价系统(测试溫度20°C，时间16ms，测试盒为7.0微米）
[0098] 本发明申请实施例液晶单体结构用代码表示，液晶环结构、端基、连接基团的代码 表示方法见下表(一）、表(二)如有不必要的可W去除
[0099] 表(一）：环结构的对应代码
[0102]表(二）：端基与链接基团的对应代码
[0100]
[0101]
[0103]
[0104] 举例；
[0105]
[0106] 实施例1
[0107]
[0111] 实施例1中通式I化合物2CLB0U3化B 2替换为现有已知饱和环结构的化合物 2CCB01、3CCB2，得到对比例组合物，从参数对比可W看出，通式I化合物具有略高的Cp、更低 的粘度丫 1、W及稍大的A η。有利于实现更快的响应速度W及更宽的液晶相溫度范围。
[0112] 实施例2
[0113]
[0117] 实施例4
[0122] 实施例6
[0127] 实施例8
[0132]由W上实施例可W看出：本发明的液晶组合物具有较低的旋转粘度丫 1，用于液晶 显示，可W实现快速响应。尤其适合于TN、IPS、VA模式用液晶材料。
【主权项】
1. 一种液晶组合物，其特征在于:所述液晶组合物包含一种或多种通式I所示化合物组 成的第一组分、包含一种或两种通式π所示化合物组成的第二组分，所述第二组分还可以 包含一种或多种通式π -R所示化合物， 其中，Ri、R2分别选自碳原子数为1~5的直链烷基、碳原子数为2~5的直链烯基的其中一种； R3选自碳原子数为1~10的直链烷基、氟取代的碳原子数为1~10的直链烷基、碳原子数 为1~10的直链烷氧基、氟取代的碳原子数为1~10的直链烷氧基、碳原子数为2~10的直链 烯基、氟取代的碳原子数为2~10的直链烯基、碳原子数为3~8的直链烯氧基或氟取代的碳 原子数为3~8的直链烯氧基的其中一种，且RhR^R 3中任一个不相连的CH2可以被环戊基、 环丁基、环丙基、-〇-替代； Y1选自乙基或乙烯基的其中一种；分别选自1，4_亚苯基、1，4_亚环己基或1，4_亚环己烯基的其中一种； 通式Π -B所示化合物不包含通式Π 所示化合物。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所示化合物具体为式Il ~14所示化合物，所述通式Π 所示化合物具体为式Π 1~Π 2所示化合物，所述通式Π -B所示化合物具体为式U -B-I~U -B-10所不化合物， 其中，Rn选自碳原子数为1~10的直链烷基的其中一种； Ri2选自碳原子数为2~10的直链烯基的其中一种； 1^选自碳原子数为1~10的直链烷基的其中一种； R22选自碳原子数为1~10的直链烷氧基的其中一种。3. 根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于:所述液晶组合物中第一组分的 通式I所示化合物的质量百分含量为2~25%，第二组分中通式Π 所示化合物的质量百分含 量为5~55 %、通式Π -B所不化合物的质量百分含量为0~30 %。4. 根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物为正性液晶组合 物，所述液晶组合物还包含一种或多种通式m所示化合物组成的第三组分， 其中，R4选自碳原子数为1~10的直链烷基、氟取代的碳原子数为1~10的直链烷基、碳原子数 为1~10的直链烷氧基、氟取代的碳原子数为1~10的直链烷氧基、碳原子数为2~10的直链 烯基、氟取代的碳原子数为2~10的直链烯基、碳原子数为3~8的直链烯氧基、氟取代的碳 原子数为3~8的直链烯氧基的其中一种，且R 4中任一个CH2可以被环戊基、环丁基、环丙基替Zi、Z2分别选自单键、-CF2O-、-CH2CH2-、-CH 2O-的其中一种； Y2表示F、氟取代的碳原子数为1~5的直链烷基、氟取代的碳原子数为1~5的直链烷氧 基、氟取代的碳原子数为2~5的直链烯基、氟取代的碳原子数为3~8的直链烯氧基； m表不1，2 〇5.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于:所述通式m所示化合物具体为式m 1~m 22所示化合物，其中， Xi、X2分别选自H或F的其中一种，但不能同时为F，也不能同时为Η; R4选自碳原子数为1~10的直链烷基、氟取代的碳原子数为1~10的直链烷基、碳原子数 为1~10的直链烷氧基、氟取代的碳原子数为1~10的直链烷氧基、碳原子数为2~10的直链 烯基、氟取代的碳原子数为2~10的直链烯基、碳原子数为3~8的直链烯氧基、氟取代的碳 原子数为3~8的直链烯氧基的其中一种，且R 4中任一个CH2可以被环戊基、环丁基、环丙基替 代； (F)选自H或F的其中一种。6. 根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物为负性液晶组合 物，所述液晶组合物还包含一种或多种通式IV所示的化合物组成的第四组分， 其中，R5、R6分别选自碳原子数为1~10的直链烷基、氟取代的碳原子数为1~10的直链烷基、 碳原子数为1~10的直链烷氧基、氟取代的碳原子数为1~10的直链烷氧基、碳原子数为2~ 10的直链烯基、氟取代的碳原子数为2~10的直链烯基、碳原子数为3~8的直链烯氧基、氟 取代的碳原子数为3~8的直链烯氧基的其中一种，且R 5、R6中任一个CH2可以被环戊基、环丁 基、环丙基替代； Z3、Z4分别选自单键、-CH2CH2-、-CH2O-的其中一种；的其中一种； m表不1，2; η 表示0,1，2。7. 根据权利要求6所述的液晶组合物，其特征在于:所述通式IV所示的化合物具体为式 IVl~IV11所示化合物，其中， R5、R6的定义与上述相同。8.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物为负性液晶组合 物，所述液晶组合物还包含一种或多种通式V所示的化合物组成的第五组分， 其中， R7、R8分别选自碳原子数为1~10的直链烷基、氟取代的碳原子数为1~10的直链烷基、 碳原子数为1~10的直链烷氧基、氟取代的碳原子数为1~10的直链烷氧基、碳原子数为2~ 10的直链烯基、氟取代的碳原子数为2~10的直链烯基、碳原子数为3~8的直链烯氧基、氟 取代的碳原子数为3~8的直链烯氧基的其中一种，且R 5、R6中任一个CH2可以被环戊基、环丁 基、环丙基替代。9. 包含权利要求1~8中任一所述液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器，其特征在 于:所述显示元件或显示器为有源矩阵显示元件或显示器或无源矩阵显示元件或显示器。10. 根据权利要求9所述的液晶显示元件或液晶显示器，其特征在于：所述有源矩阵显 示元件或显示器为TN-TFT或IPS-TFT或VA-TFT液晶显示元件或显示器。
【文档编号】C09K19/44GK106010580SQ201610353264
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】温刚, 梁瑞祥, 高红茹, 王跃华, 翟媛媛, 贠国良, 张兴, 孟劲松
【申请人】石家庄诚志永华显示材料有限公司