液晶添加剂及制备方法、液晶组合物、显示元件和显示器

技术领域

本发明涉及液晶材料领域，特别涉及一种液晶添加剂及制备方法，同时本发明还涉及包含上述液晶添加剂的液晶组合物、显示元件和显示器。

背景技术

液晶显示领域的应用越来越广泛，主要应用在手机、电脑、电视、车载、户外显示、医疗器械等显示类终端。随着科学技术的日趋高速发展，人们对显示技术的要求不断提高，显示行业也在不断的向前进步，液晶显示元件的应用及需求也越来越多。液晶显示元件根据显示方式分为下列模式：扭曲向列相(TN)模式、超扭曲向列相(STN)模式、共面模式(IPS)、边界电场切换(FFS)、垂直配向(VA)模式等。无论何种显示模式均需要液晶组合物有以下特性：(1)化学、物理性质稳定；(2)具有良好的电压保持率(VHR)；(3)具有合适的介电△ε；(4)合适的折射率△n；(5)与其他液晶化合物的互溶性好。

液晶材料在TFT-LCD应用中一个至关重要的参数就是对光和热的稳定性即VHR(Voltage Holding Ratio)，液晶材料的线残像特性与VHR息息相关。显示器在使用时其最小的显示单元为一个子像素，原理上可将每一个子像素可视为一个电阻和电容的并联网络，VHR是衡量在一个充电周期如60Hz(16.67ms)内，该电阻电容网络对所充电荷的保持能力。而液晶材料的VHR在整个子像素的VHR中占有很大比重，所以提升液晶材料的VHR对改善LCD显示屏幕的显示效果具有非常重要的意义。

为更好适应实际使用场景液晶材料还应该具备高可靠性：高的比电阻值，优良的耐高温稳定性及对紫外光(UV光)或常规的背光照明照射后的高电压保持率(VHR)，以适应不同温度操作环境以及长时间背光照射造成的老化。

发明内容

本发明提出一种液晶添加剂，以提升液晶组合物抗污染能力以及对热和光的稳定性。

一种液晶添加剂，所述液晶添加剂包含一种或多种选自结构通式ST所示化合物：

其中，R表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；

且R所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；

n表示0、1或2；

当n表示1时，

当n表示2时，两个

本发明还提出了一种上述的液晶添加剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

将化合物D与镁在四氢呋喃溶液中制备成格式试剂，将制得的格式试剂滴加入3-奎宁环酮的四氢呋喃溶液中反应得到中间体E，将中间体E和对甲苯磺酸在甲苯中回流脱水得到中间体F，将中间体F在甲醇溶液中加氢得到ST类化合物。

所述化合物D的结构通式为

n表示0、1或2；当n表示1时，

本发明进一步提出了一种液晶组合物，所述液晶组合物含有上述的液晶添加剂。

进一步的，所述式ST所示化合物选自式ST-1至ST-8所示化合物组成的组：

进一步的，所述液晶组合物还包含一种或多种选自结构通式Ⅰ和式Ⅱ所示化合物：

进一步的，所述液晶组合物还包含一种或多种选自结构通式Ⅲ所示化合物：

其中，R1，R2表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；且R1，R2所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；m表示1或2；当m表示1时，

和/或，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅳ所示的化合物：

其中，R5、R6各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；

和/或，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅴ所示的化合物：

其中，R7、R8各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；W表示-O-、-S-或-CH2O-。

进一步的，所述液晶组合物至少包含一种或多种选自Ⅲ-1至Ⅲ-9所示化合物组成的组：

其中，R3、R4各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基。

本发明进一步提出了一种液晶显示元件，所述液晶显示元件包含上述的液晶组合物，所述液晶显示元件为有源矩阵寻址显示元件或者无源矩阵寻址显示元件。

进一步的，其运行模式为IPS或FFS模式。

本发明进一步提出了一种液晶显示器，所述液晶显示器包含上述的液晶组合物，所述液晶显示器为有源矩阵寻址显示器或者无源矩阵寻址显示器，其运行模式为IPS或FFS模式。

本发明的液晶添加剂具有提升液晶组合物抗污染能力的作用，还可提升液晶组合物对热和光的稳定性(VHR)，从而改善液晶面板残像性能。含该添加剂的液晶组合物尤其适用于制造IPS/FFS显示模式的液晶显示器，具有广阔的市场前景和应用价值。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述液晶添加剂的制备反应步骤示意图。

具体实施方式

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。另外，除本实施例特别说明之外，本实施例中所涉及的各术语及工艺依照现有技术中的一般认知及常规方法进行理解即可。

一种液晶添加剂，该液晶添加剂包含一种或多种选自结构通式ST所示化合物：

其中，R表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；且R所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；

表示1,4-亚苯基或1,4-亚环己基。

上述的液晶添加剂可以采用以下方法制备，该方法包括以下步骤：

将化合物D与镁在四氢呋喃溶液中制备成格式试剂，将制得的格式试剂滴加入3-奎宁环酮的四氢呋喃溶液中反应得到中间体E，将中间体E和对甲苯磺酸在甲苯中回流脱水得到中间体F，将中间体F在甲醇溶液中加氢得到ST类化合物。液晶添加剂的制备反应步骤示意图如图1所示。

所述化合物D的结构通式为

n表示0、1或2；当n表示1时，

本发明的液晶添加剂具有提升液晶组合物抗污染能力的作用，可提升液晶组合物对热和光的稳定性(VHR)，从而实现液晶面板残像性能的提升。含该添加剂的液晶组合物尤其适用于制造IPS/FFS显示模式的液晶显示器，具有广阔的市场前景和应用价值。

本发明进一步提出了一种液晶组合物，所述液晶组合物含有上述的液晶添加剂。

另外，式ST所示液晶添加剂化合物优选自式ST-1至ST-8所示化合物组成的组：

本发明的液晶组合物还可以包含一种或多种选自结构通式Ⅰ和式Ⅱ所示化合物：

进一步的，所述液晶组合物还包含一种或多种选自结构通式Ⅲ所示化合物：

其中，R1，R2表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；且R1，R2所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；m表示1或2；当m表示1时，

具体的，所述液晶组合物至少包含一种或多种选自Ⅲ-1至Ⅲ-9所示化合物组成的组：

其中，R3、R4各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基。

另外，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅳ所示的化合物：

其中，R5、R6各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基。

此外，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅴ所示的化合物：

其中，R7、R8各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；W表示-O-、-S-或-CH2O-。

本发明进一步提出了一种液晶显示元件，所述液晶显示元件包含上述的液晶组合物，所述液晶显示元件为有源矩阵寻址显示元件或者无源矩阵寻址显示元件。其运行模式为IPS或FFS模式。

本发明进一步提出了一种液晶显示器，所述液晶显示器包含上述的液晶组合物，所述液晶显示器为有源矩阵寻址显示器或者无源矩阵寻址显示器，其运行模式为IPS或FFS模式。

本实施例中，如无特殊说明，百分比均是指质量百分比，温度为摄氏度(℃)，其他符号的具体意义及测试条件如下：

Tni表示液晶清亮点(℃)，DSC测试；

Δn表示光学各向异性，测试条件为25±2℃，589nm，阿贝折射仪测试；

Δε表示介电各向异性，测试条件为25±0.5℃，1000Hz；

γ

K

VHR表示电压保持率(％)，测试条件为60±1℃、电压为±5V、电压保持时间16.67ms；

背光老化条件，背光强度30000nit、老化温度为60±5℃、加电电压为交流5V。

本公开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1、表2。

表1环结构的对应代码

表2端基与链接基团的对应代码

举例：

其代码为CPY-2-O2；

其代码为CCY-3-O2；

其代码为COY-3-O2；

其代码为CCOY-3-O2；

其代码为Sb-2O-O4；

其代码为Sc-2O-O4。

实施例1

液晶组合物的配方及相应的性能如下表3所示。

表3实施例1液晶组合物的配方及相应的性能

实施例2

液晶组合物的配方及相应的性能如下表4所示。

表4实施例2液晶组合物的配方及相应的性能

/>

实施例3

液晶组合物的配方及相应的性能如下表5所示。

表5实施例3液晶组合物的配方及相应的性能

对比例1

液晶组合物的配方及相应的性能如下表6所示。

表6对比例1液晶组合物的配方及相应的性能

对比例2

液晶组合物的配方及相应的性能如下表7所示。

表7对比例2液晶组合物的配方及相应的性能

/>

对比例3

液晶组合物的配方及相应的性能如下表8所示。

表8对比例3液晶组合物的配方及相应的性能

对比例4

液晶组合物的配方及相应的性能如下表9所示。

表9对比例4液晶组合物的配方及相应的性能

表10实施例1～3与对比例1～4的VHR对照值

/>

液晶组合物的信赖性通过高温背光老化试验并进行VHR测试来验证，液晶组合物高温背光老化试验前后的VHR数据变化越小，抗高温背光老化能力越强。因此，通过比较各个实施例、对比例在试验前后的VHR数据的差来判断液晶抗高温背光老化能力。

以上实验把实施例液晶、对比例液晶分别灌注在测试片中进行测试，VHR表示电压保持率(％)，测试条件为60±1℃、电压为±5V、电压保持时间16.67ms；VHR初始值为对不经过任何处理的测试片进行测试获得的数据，VHR高温背光老化是把灌注好液晶的片在60℃高温烘箱中，放置在背光强度30000nit的背光板上，施加电压为5V的交流电，进行老化后测试得到的VHR值，分别在老化72小时和老化300小时后测试VHR。与对比例相比，实施例经高温背光老化后的VHR值均高于对比例经过相同时长老化后的VHR，特别是经过300小时高温背光老化后测试得到的VHR值要明显高于对比例，表10中数据说明本发明的添加剂具有良好的抗高温背光老化的能力，从而在实际工作过程中抵抗外界高温等条件老化的能力更强，信赖性更高，可以更好的用于在高温环境下使用以及背光亮度高的液晶显示元件或液晶显示器。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。