CN103254906A - 一种含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物，属于液晶显示材料领域。包含5%～60%的通式I和通式II所示的组分A的二氟亚甲基醚类化合物、1%～50%的通式III所示的组分B的化合物、1%～40%的通式IV所示的组分C的化合物和0～40%的通式V所示的组分D的化合物，同时添加0～0.2%的所述组分A～组分D的质量之和的旋光性化合物。本发明具有低粘度、快响应时间、适当的光学、良好的各向异性和适当的正介电各向异性，特别适用于制造快速响应的TN-TFT、IPS-TFT液晶显示元件和液晶显示器。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶化合物，尤其涉及一种适用于TFT显示器的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物。
背景技术
液晶显示元件根据显示模式的不同可分为TN（twisted nemtic扭曲向列）、STN（super teisted nemtic超扭曲向列）、IPS（in-plan switching面内转换）、VA（vertical aligbnent垂直配向）、OCB（optically compensated bend光学补偿弯曲）等类型。随着TFT（thin film transistor薄膜晶体管）阵列驱动液晶显示（TFT-LCD）技术的飞速发展，近年来人们一直在积极研究具有快速响应和高对比度等特性的TFT显示器。
由于采用薄膜晶体管阵列驱动液晶分子，消除了交叉失效应，因而TFT显示器具有显示信息容量大的特性；此外由于该显示器配合使用低粘度的液晶材料，有效提高了其响应速度，能够满足视频图像显示的需要。因此，TFT液晶显示器较之TN型和STN型液晶显示有了质的飞跃，成为21世纪最有发展前途的显示技术之一。TFT液晶显示器要求所使用的液晶材料必须具备以下特性：
1）对热、化学、电、光稳定；
2）工作温度范围宽；
3）粘度低，20℃时粘度小于35mPa·s；
4）电压保持率（V.H.R）高，即要求液晶材料具有较高的电阻率，一般要求电阻率至少大于1012Ω·cm；
5）阀值电压（Vth）低，以达到低电压驱动，降低功耗的目的；
6）与TFT液晶显示器相匹配的光学各向异性（Δn），以消除彩虹效应，获得较大的对比度和广角视野，要求Δn应在0.060～0.125之间，最好在0.080～0.110之间；
7）较小的介电各向异性（Δε≈5）。
含氟类液晶由于具有低粘度、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。研究发现液晶分子引入一个二氟亚甲氧基桥（-CF2O-）后，会很大程度扩大它的向列相温度范围，同时旋转粘度（γ1）也有所降低。另外，由于二氟亚甲氧基桥（-CF2O-）的偶极矩的贡献，端基氟原子的偶极矩也有一定程度的提高，从而使液晶分子的介电各向异性（△ε）有所增加。德国默克和日本智索公司已经公开了一些具有不同取代基的具有二氟亚甲氧基桥（-CF2O-）的液晶化合物（CN1717468A，CN101143808A，CN101157862A等），并用于液晶组合物中。
目前，TFT液晶显示产品及技术已经成熟，成功地解决了视角、分辨率、饱和度和亮度等技术难题。但由于受液晶材料本身的限制，TFT液晶显示器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。
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显示器的、同时具有高电荷保持率、低旋转粘度（γ1）、快响应速度的含有二氟甲氧基醚类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：
一种含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物，包含由通式I和通式II所示的二氟亚甲基醚类化合物构成的组分A、通式III所示的组分B的化合物、通式IV所示的组分C的化合物，
其中，R2、R4、R5、R6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后所形成的基团的其中一种；
R1、R3、X6是下述①～③所列基团中的任意一种：
①：-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF3、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCHF2、-SCN、-NCS、-SF5、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、碳原子数为2～15的烯氧基，
②：上述①中所述的碳原子数为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、碳原子数为2～15的烯氧基中的一个或多个-CH2-被-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、环丁烷、环戊烷、-O-、-S-替代且替代后以氧原子不直接相连的形式所形成的基团，
③：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，或者碳原子数为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、碳原子数为2～15的烯氧基中的一个或多个氢被氟、氯取代所形成的基团；
X1、X2、X3、X4、X5、X7是-H或-F；
Z1、Z2、Z3、Z4是单键、-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；
或
的其中一种；
a、b、d、e为0、1或2的其中任一数值，c、f为1或2的其中任一数值，并且a+b+c≤5,d+e+f≤5；
g、h为0、1、2或3的其中任一数值；
本发明一种含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物的配比是：所述组分A的含量按质量百分比计为5%～60%，其中通式I所示的化合物的含量按质量百分比计为1%～50%，通式II所示的化合物的含量按质量百分比计为1%～50%；所述组分B的含量按质量百分比计为1%～50%；所述组分C的含量按质量百分比计为1%～40%；并且组分A～组分C的质量百分比之和为100%；另外添加0～0.2%的所述组分A～组分C的质量之和的旋光性化合物。
本发明的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物可采用常规方法将多种液晶化合物混合进行生产，如采用在高温下混合不同组分并彼此溶解的方法制备，即将含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物的各化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。
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基醚类化合物的液晶组合物中构成组分A的通式I和通式II所示的两类二氟甲基醚类化合物除具有液晶材料所必需的一般物理性质，如对光、热稳定，较宽的向列相，与其他化合物相溶性好等，还具有低旋转粘度γ1和大介电各向异性（△ε>0）的特性，可以有效地降低含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物的阈值电压，同时加快其响应时间，改善含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物的低温互溶性。
本发明含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物为向列相型，具有非常低的总响应时间、较低的电压、高的电阻率及电压保持率。通过对本发明中的各组分含量的调整，本发明含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物可以具有不同阈值电压和双折射特性，可在不同液晶盒厚和不同驱动电压下使用。此外，本发明含有二氟甲氧基醚类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。
本发明含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物适用于有源矩阵显示器，优选通过薄膜晶体管（TFT）的矩阵寻址，特别适用于制造快速响应的有源矩阵TN-TFT、IPS-TFT液晶显示元件和液晶显示器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本说明书中的百分比为质量百分比，温度为摄氏度（℃），其他符号的具体意义及测试条件如下：
cp（℃）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5.2微米TN左旋盒；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；γ1为旋转粘度（mPa·s），测试条件为：25±0.5℃。
一种含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物，包含由通式I和通式II所示的二氟亚甲基醚类化合物构成的组分A、通式III所示的组分B的化合物、通式IV所示的组分C的化合物、通式V所示的组分D的化合物，
其中，
R2、R4、R5、R6、R7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的链烯基或者碳原子数为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的链烯基或者碳原子数为3～8的链烯氧基中的一个或多个氢被氟取代后所形成的基团的其中一种；
R1、R3、X6、X8是下述①～③所列基团中的任意一种：
①：-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF3、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCHF2、-SCN、-NCS、-SF5、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、碳原子数为2～15的烯氧基，
②：上述①中所述的碳原子数为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、碳原子数为2～15的烯氧基中的一个或多个-CH2-被-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、环丁烷、环戊烷、-O-、-S-替代且替代后以氧原子不直接相连的形式所形成的基团，
③：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，或者碳原子数为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、碳原子数为2～15的烯氧基中的一个或多个氢被氟、氯取代所形成的基团；
X1、X2、X3、X4、X5、X7是-H或-F；
Z1、Z2、Z3、Z4、Z5是单键、-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；
a、b、d、e为0、1或2的其中任一数值，c、f为1或2的其中任一数值，并且a+b+c≤5,d+e+f≤5；
g、h、i、j为0、1、2或3的其中任一数值；
本发明含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物的配比是：所述组分A的含量按质量百分比计为5%～60%，其中通式I所示的化合物的含量按质量百分比计为1%～50%，通式II所示的化合物的含量按质量百分比计为1%～50%；所述组分B的含量按质量百分比计为1%～50%；所述组分C的含量按质量百分比计为1%～40%；所述组分D的含量按质量百分比计为0～40%；并且组分A～组分D的质量百分比之和为100%；同时添加0～0.2%的所述组分A～组分D的质量之和的旋光性化合物。
配制含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物时，是将质量百分比为5%～60%的组分A、质量百分比为1%～50%的组分B、质量百分比为1%～40%的组分C和质量百分比为0～40%的组分D混合，最终使含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物中组分A～组分D的质量百分比之和为100%。然后再向含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物中添加旋光性化合物，旋光性化合物加入量为组分A～组分D的质量之和的0～0.2%。
上述的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物中通式I和通式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所示的化合物可以优选下式中的化合物；
组成本发明的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物时，最优选的化合物如下：
下面的实施例1～9分别取通式I、通式II、通式III、通式IV和通式V所示的化合物，并按比例配置成含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物，并在此基础上再加入旋光性化合物。将配制好的含有二氟甲氧基醚类化合物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、所得的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物的性能参数测试结果均列于表中。表1～9对应实施例1～9。
表1实施例1的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物配方及其测试性能参数
表2实施例2的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物配方及其测试性能参数
表3实施例3的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物配方及其测试性能参数
表4实施例4的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物配方及其测试性能参数
表5实施例5的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物配方及其测试性能参数
表6实施例6的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物配方及其测试性能参数
表7实施例7的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物配方及其测试性能参数
表8实施例8的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物配方及其测试性能参数
表9实施例9的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物配方及其测试性能参数
由实施例1～9的液晶组合物的性能参数可知，本含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物具有大的正介电各向异性，较高的清亮点，很好的低温稳定性，适用于低电压驱动、快速响应的TN-TFT或IPS-TFT显示器。
本发明虽然仅仅列举了上述9个实施例的具体化合物和配比质量百分比，并对组成的含有二氟甲氧基醚类化合物的液晶组合物的性能进行了测试，但是本发明的含有二氟甲氧基醚类化合物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所代表的化合物、以及通式I、II、III、IV、V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 (6)
1.一种含有二氟亚甲基醚类化合物的液晶组合物，其特征在于：包含由通式I和通式II所示的二氟亚甲基醚类化合物构成的组分A、通式III所示的组分B的化合物、通式IV所示的组分C的化合物，
其中，R2、R4、R5、R6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后所形成的基团的其中一种；
R1、R3、X6是下述①～③所列基团中的任意一种：
①：-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF3、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCHF2、-SCN、-NCS、-SF5、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、碳原子数为2～15的烯氧基，
②：上述①中所述的碳原子数为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、碳原子数为2～15的烯氧基中的一个或多个-CH2-被-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、环丁烷、环戊烷、-O-、-S-替代且替代后以氧原子不直接相连的形式所形成的基团，
③：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，或者碳原子数为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、碳原子数为2～15的烯氧基中的一个或多个氢被氟、氯取代所形成的基团；
X1、X2、X3、X4、X5、X7是-H或-F；
Z1、Z2、Z3、Z4是单键、-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
a、b、d、e为0、1或2的其中任一数值，c、f为1或2的其中任一数值，并且a+b+c≤5，d+e+f≤5；
g、h为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亚甲基醚类化合物的液晶组合物，其特征在于：所述组分A的含量按质量百分比计为5%～60%，其中通式I所示的化合物的含量按质量百分比计为1%～50%，通式II所示的化合物的含量按质量百分比计为1%～50%；所述组分B的含量按质量百分比计为1%～50%；所述组分C的含量按质量百分比计为1%～40%；并且所述液晶组合物中组分A～组分C的质量百分比之和为100%；另外添加0～0.2%的所述组分A～组分C的质量之和的旋光性化合物。
3.根据权利要求1所述的一种含有二氟亚甲基醚类化合物的液晶组合物，其特征在于：还包含通式V所示的组分D的化合物，
其中，R7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后所形成的基团的其中一种；
X8是下述①～③所列基团中的任意一种：
①：-H、-Cl、-F、-CN、-OCN、-OCF3、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCHF2、-SCN、-NCS、-SF5、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、碳原子数为2～15的烯氧基，
②：上述①中所述的碳原子数为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、碳原子数为2～15的烯氧基中的一个或多个-CH2-被-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OOC-、环丁烷、环戊烷、-O-、-S-替代且替代后以氧原子不直接相连的形式所形成的基团，
③：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，或者碳原子数为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、碳原子数为2～15的烯氧基中的一个或多个氢被氟、氯取代所形成的基团；
Z5是单键、-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；
i、j为0、1、2或3的其中任一数值。
4.根据权利要求3述的一种含有二氟亚甲基醚类化合物的液晶组合物，其特征在于：组分A的含量按质量百分比计为5%～60%，其中所述通式I所示的化合物的含量按质量百分比计为1%～50%，通式II所示的化合物的含量按质量百分比计为1%～50%；所述组分B的含量按质量百分比计为1%～50%；所述组分C的含量按质量百分比计为1%～40%；所述组分D的含量按质量百分比计为≦40%，且不为0；并且所述液晶组合物中组分A～组分D的质量百分比之和为100%；另外添加0～0.2%的所述组分A～组分D的质量之和的旋光性化合物。
5.根据权利要求3或4任一所述的一种含有二氟亚甲基醚类化合物的液晶组合物，其特征在于：
所述组分A为由通式I-a～I-v所示的化合物中的一种或几种和通式II-a～II-h所示的化合物中的一种或几种构成，
所述组分B为通式III-a～III-i所示的化合物中的一种或几种，
所述组分C为通式IV-a～IV-l所示的介电中性化合物中的一种或几种，
其中，(F)为氢或氟。
6.根据权利要求5所述的一种含有二氟亚甲基醚类化合物的液晶组合物，其特征在于：
所述组分A为由通式I-a-1～I-v-3所示的化合物中的一种或几种和通式II-a-1～II-g-6所示的化合物中的一种或几种构成，
所述组分B为通式III-a-1～III-i-3所示的化合物中的一种或几种，
所述组分C为通式IV-a-1～IV-l-4所示的化合物中的一种或几种，
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