一种液晶组合物及其应用

技术领域

本发明涉及液晶材料领域，具体涉及一种液晶组合物及其应用。

背景技术

20世纪60年代，RCA公司首次发现用电刺激会改变液晶的透光方式，并随后应用该性质发布了液晶显示技术后，液晶才逐渐引起人们的高度重视，并迅速发展至各个领域。1966年，杜邦公司利用芳族聚酰胺液晶合成了Kevlar纤维后，液晶材料开始了工业化进程。经过几十年的迅速发展，液晶材料凭借其特殊的性能已广泛应用于显示技术、光学存储设备和太阳能电池等众多领域，研究范围更是遍及化学、生物及信息科学等众多领域，成为当今社会上备受青睐、不可或缺的新型材料之一。

随着科学技术的日新月异，人们对液晶材料性能的要求也将越来越高。预计今后液晶材料的发展主要有以下几个方面：(1)探索制备已有液晶材料的新工艺，减少副产物与有害物质的产生，降低生产成本；(2)对现有液晶材料进行性能改性，如降低对环境温度的要求，提高显示用液晶材料的色彩丰富多样性等；(3)制备新型功能型液晶材料，满足多领域的高标准使用要求，如显示用新型液晶材料、信息工程领域的新型光电液晶存储材料、生物工程领域的新型药用液晶材料等。

液晶显示器可分为无源矩阵(又称为被动矩阵或简单矩阵)和有源矩阵(又称为主动矩阵)两种驱动方式。其中，有源矩阵液晶显示器是通过施加电压来改变液晶化合物的排列方式，从而改变背光源发出的光发射强度来形成图像，其由于具有高分辨率、高对比度、低功率、面薄以及质轻的特点越来越受到人们的青睐。有源矩阵液晶显示器根据有源器件可以分为两种类型：在作为衬底的硅芯片上的MOS(金属氧化物半导体)或其它二极管；在作为衬底的玻璃板上的薄膜晶体管(Thin Film Transistor-TFT)，其中，目前发展最迅速的是薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)，其已在手机、电脑、液晶电视和相机等显示设备上得到了良好的应用，成为目前液晶市场的主流产品。

随着液晶显示器的广泛应用，对其性能的要求也在不断的提高。液晶显示器高图像质量方面要求更广的工作温度、更快的响应速度和更高的对比度，而要求功耗越来越低，这些性能的提高都离不开液晶材料的改善。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种液晶组合物及其应用，解决了对现有的液晶材料性能较低的问题。本发明液晶组合物特别有利于调节体系的弹性系数K值、介电常数、光学各向异性值及旋转粘度，从而提高显示图像质量及响应速度。

技术方案：本发明一种液晶组合物，所述液晶组合物包括至少一种组分I的液晶化合物、组分II的液晶化合物、至少一种组分III的液晶化合物和至少一种组分IV的液晶化合物；

所述组分I为：

其中，Y

Y

n选自0、1或2；

X

所述组分II为：

所述组分III为：

其中，Y

X

所述组份IV选自IV1～IV4中的一种或多种，所述IV1～IV4为：

本发明还提供了一种上述液晶组合物在液晶显示材料或液晶显示设备中的应用。

本发明的有益效果如下：本发明的液晶组合物特别有利于调节体系的弹性系数K值、介电常数、光学各向异性值及旋转粘度，从而提高显示图像质量及响应速度。

具体实施例

下面结合实施例对本发明做进一步描述：

在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种液晶混合物，该液晶组合物包括至少一种组分I的液晶化合物、组分II的液晶化合物、至少一种组分III的液晶化合物和至少一种组分IV的液晶化合物；

组分I为：

其中，Y

Y

n选自0、1或2；

X

组分II为：

组分III为：

其中，Y

X

组份IV选自IV1～IV4中的一种或多种，IV1～IV4为：

具有组分I的正介电常数的液晶化合物在纯物质状态下是白色的，由于组分I化合物中心为二氟甲氧醚键，可以改善液晶化合物的长轴与短轴之比，改善其有序度S值，使其具有较宽的温度范围的向列相、较高的介电常数各向异性△ε及弹性系数K，弹性系数K的提高，根据响应时间公式：

另外，具有组分I的正介电常数的液晶化合物具有较高的正介电各向异性△ε值及合适的旋转粘度γ1值。其中根据驱动电压公式

组分II的液晶化合物在纯物质状态下是透明胶状，为非极性的液晶化合物，组分II的液晶化合物的特点是具有较低的旋转粘度，及较低的熔点，因此与其他种类液晶化合物混合时具有较好的互溶性，且可以改善液晶材料的整体粘度，结合根据电压驱动响应时间公式

具有组分III的液晶化合物在纯物质状态下是白色的，具有较高的光学各向异性Δn值，这主要是由于主链的刚性基团为联苯结构，为共轭体系化合物，因此具有较高的光学各向异性Δn值。一般来说，光进入各向异性的材料时，一般都要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别有两条折射光线，构成所谓的双折射，利用偏振片分别得到材料对平行光与对垂直光的折射率，取其差值即为光学各向异性Δn值。而折射率越高，光由相对光密介质射向相对光疏介质，越容易发生全反射。而折射率和电荷的排列密切相关，电荷排列越紧密，则折射率越大，组分III的化合物为共轭体系化合物，其电荷排列紧密，因而具有较大的折射率。其中光学各向异性Δn值是根据预先设定好的光程差(d·Δn)进行调节，其中层厚度d是由光学各向异性△n决定的，尤其在较高的d·△n值下，如果对于光学各向异性△n来说具有较高值，则d值能够选择为较小值，从而响应时间具有更理想的值。

具有组分IV的液晶化合物在纯物质状态下是白色的，具有较高的弹性系数K值。弹性系数K的提高，根据响应时间公式

具有组分I的液晶化合物在与组分II、组分III和组分IV的液晶化合物组合时，以较少量加入即可获得合适的光学特性、介电常数、旋转粘度与较高的弹性系数K值，因此液晶组合物整体粘度较低，粘度降低可以有效降低液晶材料的响应时间，增加响应速度。总之，本发明中将组分I与组分II、组分III和组分IV的液晶化合物组合形成的液晶组合物，可用于改善液晶材料的响应速度、驱动电压、以及光学等特性。

此外，本领域技术人员应该清楚的，上述烷基不仅包括直链烷基也包括相应的支链烷基。

为了获得更高的弹性系数K、合适的液晶宽度、较高的介电各向异性值及较小的旋转粘度，更有利于提高液晶材料的响应速度，降低阈值电压，改善液晶材料的互溶性，在本申请一种优选的实施例中，上述具有组分I的液晶化合物为式I1～I105所示液晶化合物中的任意一种；

上述具有组分I1至I105的化合物组分如下：

其中，式I1～I105中，R

在一种优选的实施例中，上述具有组分III的液晶化合物为式III1～III3所示液晶化合物中的任意一种或多种：

其中，所述式III1～III3中，R

更进一步地，组分III为III1。

更进一步地，组分III1优选为VIII1～VIII53中的一种或多种，其中VIII1～VIII53组分如下：

由于本申请的液晶组合物中，具有组分I的正介电常数的液晶化合物具有较高的弹性系数，较宽的温度范围的向列相，合适的旋转粘度、光学各向异性及较高的介电常数，将具有组分I的液晶化合物与其他种类液晶化合物组合形成具有正介电常数的液晶组合物时，该具有正介电常数的液晶组合物特性可在较宽的范围进行调节，从而满足更多液晶材料的性能要求。并且，本发明的具有组分I的正介电常数的液晶化合物与组分II、组分III和组分IV液晶化合物混合时具有较好的互溶性，对于并用的其它液晶化合物等的种类限制较少，可适用于与目的相应的各种液晶组合物，特别有利于提高液晶组合物的光学各向异性从而提升液晶组合物的综合性质。另外，该液晶组合物具有良好的UV、光及热稳定性。

本发明液晶组合物可按照常规的方法来制备。通常于高温下将所需量的组分以较低量溶于构成主成分的组分；还可以将各组分的溶液混入有机溶剂，例如混入丙酮、氯仿或甲醇中，充分混合之后再次除去溶剂，例如通过蒸馏除去溶剂。

本发明的液晶组合物中除了包括上述组分I、组分II、组分III和组分IV液晶化合物外，可根据目的选择任意种类的液晶化合物与本发明的液晶组合物一起构成液晶组合物，也可根据需要加入所属技术领域的其它添加剂。例如，可添加质量含量为0～20％的可聚合化合物、旋光活性组分和/或稳定剂。

上述可聚合化合物组分如下：

其中，

—T

—Q

—P

k为0、1或2；

当k为1时，—Z

当k为1时，

当k为2时，组分中包括两个

上述旋光活性组分优选为：

其中，R

液晶组合物中包含质量分数为0～20％的稳定剂，稳定剂为具有组分VI1～VI5所示的化合物中的一种或多种：

其中，R

在本申请一种优选的实施例中，上述液晶组合物还包括至少一种极性化合物和/或至少一种非极性化合物。极性化合物为正极性化合物和/或负极性化合物，且正极性化合物优选选自式X1～X98所示化合物中的一种或多种，负极性化合物优选选自式Q1～Q96所示化合物中的一种或多种，非极性化合物优选选自式V1～V36所示化合物中的一种或多种：

其中，式X1～X98的正极性化合物分别如下：

所述式X1～X98中，R

R

上述极性液晶化合物X1～X98具有正介电各向异性，与上述液晶化合物可组合成正介电液晶组合物，可用于调节体系的正介电常数、折射系数、旋转粘度γ1、弹性系数及清亮点温度等参数。且在上述组合物基础上加入其他种类正介电液晶化合物，有利于改善液晶组合物的低温可靠性，从而降低液晶介质的使用下限温度，拓宽液晶介质的工作温度范围。

上述负极性化合物Q1～Q96分别为：

所述式Q1～Q96中，R

上述极性液晶化合物Q1～Q96具有负介电各向异性，负介电常数液晶化合物的特点是在垂直于分子长轴方向上具有较大的偶极作用，因而相对应的介电常数在垂直方向的分量相对较大，即具有较高的垂直介电常数ε

上述非极性化合物V1～V36分别为：

其中，所述式V1～V36中，R

上述非极性液晶化合物V1至V9具有较低的旋转粘度γ1，其响应时间与旋转粘度γ1成正比，说明旋转粘度γ1值越低，响应时间越低，则响应速度越快，可将具有上述非极性液晶化合物V1至V9的液晶组合物用于制造快速响应的液晶介质。上述非极性液晶化合物V10至V20具有较高的清亮点温度，主要用于调节体系的T

上述液晶组合物中的液晶化合物的含量可以根据液晶材料的性能需求进行调整，在本发明一种优选的实施例中，上述液晶组合物中具有组分I的液晶化合物的重量含量为0.1～75％，优选为0.1～50％，进一步优选为0.1～30％；具有组分II的液晶化合物的重量含量为0.1～75％，优选为0.1～50％；具有组分III的液晶化合物的重量含量为0.1～50％，优选为0.1～30％，进一步优选为0.1～20％；具有组分IV的液晶化合物的重量含量为0.1～75％，优选为0.1～50％，进一步优选为0.1～30％。液晶组合物中极性液晶化合物的质量分数为0～80％，非极性液晶化合物的质量分数为0～80％。

其余成分可以根据本发明上述的教导进行添加。总之，成分的百分比含量之和为100％。

在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种上述液晶组合物在液晶显示设备中的应用。将本申请的液晶组合物应用在制备液晶显示材料或液晶显示设备中，能够显著改善液晶显示材料或液晶显示设备的性能。该液晶组合物优选应用于扭曲向列显示(TN)、电控双折射(ECB)、平面转换(IPS)或边缘场开关(FFS)型液晶显示模式中。

以下将结合实施例和对比例，进一步说明本发明的有益效果。

下列实施例是用于解释本发明而非限制它，实施例中涉及百分比均为质量百分比，温度用摄氏度表示。所测物化参数表示如下：T

在本发明的各实施例中，液晶分子主链命名：环己基

具体基团结构的对应代码如表1所示。

表1

各化合物支链根据下文表2来转化成化学式，左侧支链以R1表示，右侧支链以R2表示。其中，基团C

另外，液晶化合物

表2

实施例1

实施例1的液晶组合物组成、及测量参数见表3。

表3

注：PUQU-3CpF为组分I的液晶化合物；3HHV为组分II的液晶化合物；PH1P-3F和PH1P-2Cp为组分III的液晶化合物；1V2CCP1为组分IV的液晶化合物。

实施例2

实施例2的液晶组合物组成、及测量参数见表4。

表4

注：PUQU-CpF和PH1UQU-CpF为组分I的液晶化合物；3HHV为组分II的液晶化合物；PH1P-2F为组分III的液晶化合物；1V2CCP1和PP-51为组分IV的液晶化合物。

实施例3

实施例3的液晶组合物组成、及测量参数见表5。

表5

注：CUQU-3CpF为组分I的液晶化合物；3HHV为组分II的液晶化合物；PH1P-4F为组分III的液晶化合物；CC31D1为组分IV的液晶化合物。

实施例4

实施例4的液晶组合物组成、及测量参数见表6。

表6

注：PUQU-3CpF、PH1UQU-3CpF和CUQU-CpF为组分I的液晶化合物；3HHV为组分II的液晶化合物；PH1P-3F和PH1P-2Cp为组分III的液晶化合物；CC-35、CC31D1和1V2CCP1为组分IV的液晶化合物。

实施例5

实施例5的液晶组合物组成、及测量参数见表7。

表7

注：CUQU-CpF为组分I的液晶化合物；3HHV为组分II的液晶化合物；PH1P-4F和PH1P-3Cp为组分III的液晶化合物；CC31D1和CC-35为组分IV的液晶化合物。

实施例6

实施例6的液晶组合物组成、及测量参数见表8。

表8

注：CUQU-3CpF为组分I的液晶化合物；3HHV为组分II的液晶化合物；PH1P-F3和PH1P-2Cp为组分III的液晶化合物；1V2CCP1和CC31D1为组分IV的液晶化合物。

实施例7

实施例7的液晶组合物组成、及测量参数见表9。

表9

注：PH1UQU-2CxF为组分I的液晶化合物；3HHV为组分II的液晶化合物；PH1P3F为组分III的液晶化合物；CC-35为组分IV的液晶化合物。

实施例8

实施例8的液晶组合物组成、及测量参数见表10。

表10

注：PUQU-3CpF、PH1UQU-CpF和PH1UQU-3CpF为组分I的液晶化合物；3HHV为组分II的液晶化合物；PH1P-3Cp为组分III的液晶化合物；CC-35和CC31D1为组分IV的液晶化合物。

实施例9

实施例9的液晶组合物组成、及测量参数见表11。

表11

注：PUQU-CpF、PH1UQU-CpF和CUQU-CpF为组分I的液晶化合物；3HHV为组分II的液晶化合物；PH1P-2Cp和PH1P-F3为组分III的液晶化合物；CC-35和1V2CCP1为组分IV的液晶化合物。

实施例10

实施例10的液晶组合物组成、及测量参数见表12。

表12

注：PUQU-3CpF、PUQU-CpF和PH1UQU-2CpF为组分I的液晶化合物；3HHV为组分II的液晶化合物；PH1P-2Cp为组分III的液晶化合物；CC-35为组分IV的液晶化合物。

实施例11

实施例11的液晶组合物组成、及测量参数见表13。

表13

注：PUQU-3CpF、PUQU-CpF和PH1UQU-2CpF为组分I的液晶化合物；3HHV为组分II的液晶化合物；PH1P-F3为组分III的液晶化合物；1V2CCP1和PP51为组分IV的液晶化合物。

实施例12

实施例12的液晶组合物组成、及测量参数见表14。

表14

注：PH1UQU-CpF和PH1UQU-3CpF为组分I的液晶化合物；3HHV为组分II的液晶化合物；PH1P-2Cp和PH1P-3F为组分III的液晶化合物；CC-35为组分IV的液晶化合物。

对比例1

对比例1的液晶组合物组成、及测量参数见表15。

表15

对比例2

对比例2的液晶组合物组成、及测量参数见表16。

表16

对比例3

对比例3的液晶组合物组成、及测量参数见表17。

表17

对比例4

对比例4的液晶组合物组成、及测量参数见表18。

表18

对比例5

对比例5的液晶组合物组成、及测量参数见表19。

表19

其中，对比例1以液晶化合物

从上述实施例可以发现，具有组分I和组分II、组分III和组分IV的液晶组合物特别有利于增加体系弹性系数值及介电常数△ε，并且可以改善体系旋转粘度，从而提高响应速度，降低驱动电压，有利于节能，并且有利于提高对比度。

从上述实施例还可以发现，当组分I的液晶化合物与具有组分II、组分III和组分IV的液晶化合物组成液晶组合物时，特别有利于增加体系弹性系数值及介电常数△ε，并且可以改善体系旋转粘度，可以得到具有合适光学各向异性、高介电常数、较低旋转粘度及较高弹性系数的液晶组合物，从而提高响应速度，降低驱动电压，有利于节能，并且有利于提高对比度。上述测量参数与组成液晶介质的所有液晶化合物的物化性质有关，本发明的液晶组合物主要用于调节体系的液晶参数。

通过实施例7和对比例1的对比及实施例7和对比例2的对比和实施例7和对比例3的对比可以明显发现，当液晶组合物中包含具有组分I与组分II、组分III和组分IV的液晶组合物时，弹性系数K

通过对比例4与实施例2的对比发现，两者光学折射系数与介电常数基本一致，但使用组分I、组分II、组分III和组分IV的液晶化合物的液晶组合物具有较低的旋转粘度、较高的介电常数以及较高的弹性系数K

本发明虽未穷尽要求保护的所有液晶组合物，但是本领域技术人员可以预见的是，在已公开的上述实施例基础上，仅结合自身的专业尝试即能以类似的方法得到其他同类材料而不需要付出创造性劳动。此处由于篇幅有限，仅列举代表性的实施方式。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。