本發(fā)明屬于液晶材料領(lǐng)域，涉及一種含有環(huán)丙基的負(fù)介電各向異性的極性化合物的液晶介質(zhì)及其在顯示器中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

薄膜晶體管液晶顯示器(tft-lcd)經(jīng)歷了漫長的基礎(chǔ)研究階段，在實(shí)現(xiàn)大生產(chǎn)、商業(yè)化之后，以其輕薄、環(huán)保、高性能等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為lcd應(yīng)用中的主流產(chǎn)品：無論是小尺寸的手機(jī)屏、還是大尺寸的筆記本電腦(notebookpc)或監(jiān)視器(monitor)，以及大型化的液晶電視(lcd-tv)，到處可見tft-lcd的應(yīng)用。

早期商用的tft-lcd產(chǎn)品基本采用了tn顯示模式，其最大問題是視角窄。隨著產(chǎn)品尺寸的增加，特別是在tv領(lǐng)域的應(yīng)用，具有廣視野角特點(diǎn)的ips顯示模式、va顯示模式依次被開發(fā)出來并加以應(yīng)用，尤其是基于va顯示模式的改進(jìn)，分別先后在各大公司得到了突破性的發(fā)展，這主要取決于va模式本身所具有的寬視野角、高對(duì)比度和無需摩擦配向等優(yōu)勢，再有就是，va模式顯示的對(duì)比度對(duì)液晶的光學(xué)各向異性(△n)、液晶盒的厚度(d)和入射光的波長(λ)依賴度較小，必將使得va這種模式成為極具前景的顯示技術(shù)。

但是，va模式等的有源矩陣尋址方式的顯示元件所用的液晶介質(zhì)，本身并不完美，例如殘像水平要明顯差于正介電各向異性的顯示元件，響應(yīng)時(shí)間比較慢，驅(qū)動(dòng)電壓比較高等缺點(diǎn)，此時(shí)，一些新型的va顯示技術(shù)悄然而生：像psva技術(shù)即實(shí)現(xiàn)了mva/pva類似的廣視野角顯示模式，也簡化了cf工藝，從而降低cf成本的同時(shí)，提高了開口率，還可以獲得更高的亮度，進(jìn)而獲得更高的對(duì)比度，此外，由于整面的液晶都有預(yù)傾角，沒有多米諾延遲現(xiàn)象，在保持同樣的驅(qū)動(dòng)電壓下還可以獲得更快的響應(yīng)時(shí)間，殘像水平也不會(huì)受到影響，但是由于像素中fineslit密集分布電極，故如果電極寬度不能均勻分布，很容易出現(xiàn)顯示不均的問題。像uv²a技術(shù)，在保持psva技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，由于在tft側(cè)沒有slit結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)像素電極寬度不均引起的顯示不均問題還得到了改進(jìn)。雖然顯示器件在不斷的發(fā)展，但是另一方面人們還要一直致力于研究新的液晶化合物，得以使液晶介質(zhì)及其應(yīng)用于顯示器件的性能不斷的向前發(fā)展。

前期我司發(fā)明了末端基團(tuán)含有(環(huán)丁基)或(環(huán)戊基)取代基的2，3-二氟苯基團(tuán)的負(fù)性液晶化合物，雖然性能上具有負(fù)介電各向異性絕對(duì)值大、低黏度、大k值和高清亮點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)與烷基類末端基團(tuán)的化合物結(jié)合開發(fā)液晶介質(zhì)時(shí)互溶性會(huì)提升，但單獨(dú)使用此類化合物時(shí)相對(duì)烷基類末端基團(tuán)的化合物互溶性會(huì)差一些，而一直以來，人們都不看好端基為環(huán)丙基的基團(tuán)，很多文獻(xiàn)等也寫到環(huán)丙基的穩(wěn)定性差，容易開環(huán)，出現(xiàn)游離基，但是發(fā)明人開發(fā)打破常規(guī)，做了大膽嘗試，發(fā)現(xiàn)端位取代基為環(huán)丙基的化合物，不僅具有良好的穩(wěn)定性，其互溶性也是很理想的，且低溫下表現(xiàn)尤其突出。故本發(fā)明提供了一種含有環(huán)丙基的2，3-二氟苯基團(tuán)的負(fù)性液晶化合物的液晶介質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有末端基團(tuán)烷基類的2，3-二氟苯基團(tuán)的負(fù)性液晶化合物存在專利的問題及含有(環(huán)丁基)或(環(huán)戊基)取代基的2，3-二氟苯基團(tuán)的負(fù)性液晶化合物互溶性差的技術(shù)問題，本發(fā)明意在提供一種含有環(huán)丙基的2，3-二氟苯基團(tuán)的負(fù)性液晶化合物的液晶介質(zhì)。該液晶介質(zhì)的光學(xué)各向異性在0.080～0.150范圍內(nèi)，并且具有良好的互溶性，還具有良好的穩(wěn)定性，尤其在低溫下比含有環(huán)戊基取代基的2，3-二氟苯基團(tuán)的互溶性要優(yōu)越，同時(shí)還具有低的旋轉(zhuǎn)粘度、較快的響應(yīng)時(shí)間和大的負(fù)介電各向異性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供了一種液晶介質(zhì)，所述液晶介質(zhì)包含一第一成分、一第二成分以及一第三成分，且該液晶介質(zhì)的介電各向異性為負(fù)，其中該第一成分選自負(fù)介電各向異性的通式ⅰ所示的化合物族群中的至少一種化合物，該第二成分選自負(fù)介電各向異性的通式ⅱ所示的化合物族群中的至少一種化合物，該第三成分選自介電各向異性中性的通式ⅲ所示的化合物族群中的至少一種化合物

其中，

o表示0、1、2或3，b和p各自獨(dú)立地表示1、2或3，a和n各自獨(dú)立地表示0、1或2，且a+b≤4；

環(huán)a和環(huán)b各自獨(dú)立地表示下列基團(tuán)中的任一基團(tuán)：

且當(dāng)p＞1時(shí)，環(huán)a可以相同或不同，當(dāng)n＞1時(shí)，環(huán)b可以相同或不同；

環(huán)c表示下列基團(tuán)中的任一基團(tuán)：

且當(dāng)b＞1時(shí)，環(huán)e可以相同或不同；

l1和l2各自獨(dú)立地表示氫或鹵素；

z、z1和z2各自獨(dú)立地表示單鍵、-ch2-、-ch2ch2-、-ch2o-、-coo-或-och2-中任意一種；

r1、r3和r5各自獨(dú)立地表示碳原子數(shù)為1-7的直鏈烷基或其中這些基團(tuán)中一個(gè)或多個(gè)-ch2-可被-o-、-ch＝ch-取代；

r2表示碳原子數(shù)為1-7的直鏈烷基、碳原子數(shù)為2-5的直鏈烯基；

r4表示碳原子數(shù)為1-7的直鏈烷基、碳原子數(shù)為2-5的直鏈烯基，其中這些基團(tuán)中的末端基團(tuán)-ch3可被取代。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明所取得的技術(shù)進(jìn)步在于：

本發(fā)明公開了一種負(fù)介電各向異性液晶介質(zhì)，該液晶介質(zhì)性能優(yōu)異，光學(xué)各向異性在0.080～0.150范圍內(nèi)，并且具有低的旋轉(zhuǎn)粘度、較快的響應(yīng)時(shí)間、適當(dāng)?shù)呢?fù)介電各向異性、高的清亮點(diǎn)和良好的低溫可靠性，非常適用于制造va模式的液晶顯示元件，尤其適合于有源矩陣顯示元件，如使用ffs或ips、mva、pva、psva、uv²a效應(yīng)的有源矩陣顯示器。

本發(fā)明提供的通式ⅰ所示化合物，由于引入了(環(huán)丙基)取代基，不僅增大了具有極性負(fù)性的通式ⅰ所示液晶化合物在液晶介質(zhì)中的互溶性，也同時(shí)提高了其清亮點(diǎn)和k33數(shù)值；因而使得包含有通式ⅰ所示液晶化合物的液晶介質(zhì)也具有很高的清亮點(diǎn)、大的介電各向異性和大的k33值。正是因?yàn)橥ㄊ舰∷疽壕Щ衔锞哂写祟悆?yōu)點(diǎn)，未來將成為有源矩陣顯示元件用液晶介質(zhì)的所需液晶化合物。

本發(fā)明提供的通式ⅱ所示的介電負(fù)性的化合物，末端為直鏈烷基基團(tuán)的化合物可以來降低液晶的預(yù)傾角，以改善液晶的黑態(tài)，提高對(duì)比度；末端為直鏈烯基基團(tuán)的化合物由于其具有大的k值，在撤電后，由于本身彈性常數(shù)作用，可以間接提升其響應(yīng)時(shí)間的下降時(shí)間。

本發(fā)明提供的通式ⅲ所示的介電中性的化合物，一般具有較小的黏度和良好的互溶性。根據(jù)實(shí)際需要，可以加入適量的通式?；衔飦韺?duì)液晶介質(zhì)的各項(xiàng)特性進(jìn)行調(diào)整。

作為優(yōu)選方案：

本發(fā)明所提供的液晶介質(zhì)，所述r1、r3和r5各自獨(dú)立地表示碳原子數(shù)為1-7的直鏈烷基或烷氧基；r4表示碳原子數(shù)為1-7的直鏈烷基或碳原子數(shù)為2-5的直鏈烯基。

本發(fā)明所提供的液晶介質(zhì)，所述環(huán)a和環(huán)b各自獨(dú)立地表示下列基團(tuán)中的任一基團(tuán)：z和z1各自獨(dú)立地表示單鍵、-ch2ch2-或-ch2o-中任意一種,z2表示單鍵、-coo-、-ch2ch2-或-ch2o-中任意一種；l1和l2各自獨(dú)立地表示氫或氟。

作為更優(yōu)選方案：

本發(fā)明所提供的液晶介質(zhì)，所述通式ⅰ所示的化合物選自式ⅰ-1至ⅰ-18所示的介電負(fù)性化合物中的一種或幾種；

所述通式ⅱ所示的化合物選自式ⅱ-1至ⅱ-16所示的介電負(fù)性化合物中的一種或幾種；

所述通式ⅲ所示的化合物選自式ⅲ-1至ⅲ-16所示的介電中性化合物中的一種或幾種；

進(jìn)一步對(duì)所提供液晶介質(zhì)進(jìn)行百分含量的優(yōu)選方案：

本發(fā)明所提供的液晶介質(zhì)，所述的液晶介質(zhì)包含重量百分含量1～50％的通式ⅰ所示的介電負(fù)性化合物、重量百分含量1～75％的通式ⅱ所示的介電負(fù)性化合物和重量百分含量10～60％的通式ⅲ所示的介電中性化合物。

更進(jìn)一步優(yōu)選百分含量的方案：

本發(fā)明所提供的液晶介質(zhì)包含重量百分含量1％～45％的通式ⅰ所示的介電負(fù)性化合物、重量百分含量1～50％的通式ⅱ所示的介電負(fù)性化合物和重量百分含量20～55％的通式ⅲ所示的介電中性化合物。

以上液晶介質(zhì)的光學(xué)各向異性均可以在0.080～0.150范圍內(nèi)。

通過上述各化合物進(jìn)行選擇，并對(duì)其重量百分含量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，液晶介質(zhì)可以獲得不同的介電各向異性、清亮點(diǎn)和雙折射特性，便于在不同液晶盒厚和不同驅(qū)動(dòng)電壓下使用，適用范圍非常廣。

本發(fā)明所提供的液晶介質(zhì)，所述液晶介質(zhì)還可以包含一種或多種通式ⅳ所示的可聚合化合物，所述一種或多種通式ⅳ所示的可聚合化合物的總重量百分含量大于0％且小于或等于5％；

其中，

環(huán)f和環(huán)e各自獨(dú)立地選自苯基、甲基代的亞苯基、二甲基代的亞苯基、氟代的亞苯基和/或二氟代的亞苯基中的至少一種；

l和m各自獨(dú)立地表示1或2。

作為優(yōu)選方案：

本發(fā)明所提供的液晶介質(zhì)中所包含的通式ⅳ優(yōu)選為式ⅳ-1至式ⅳ-8所示的可聚合化合物；

本發(fā)明所提供的液晶介質(zhì)，另外還可以包含組分濃度在0.01％-0.5％之間以下一種或幾種添加劑：uv穩(wěn)定劑、抗氧化劑、手征向摻雜劑、聚合起始劑。

本發(fā)明還公開了以上液晶介質(zhì)在有源矩陣顯示元件中應(yīng)用，如ffs或ips、mva、pva、psva、uv²a等基于va效應(yīng)的有源矩陣顯示器中的應(yīng)用。

通過使用本發(fā)明中的通式ⅰ的介電負(fù)性化合物，加之優(yōu)化組合和優(yōu)化配比，并另外采用其它幾種甚至十幾種具有特點(diǎn)的液晶化合物混合從而達(dá)到顯示器所要求的性能參數(shù)，具有負(fù)介電各向異性絕對(duì)值大、低黏度和適當(dāng)清亮點(diǎn)的特點(diǎn)，從而開發(fā)出新的性能優(yōu)異的va模式顯示用液晶材料。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明：

下述實(shí)施例中所涉及的份數(shù)均為重量百分含量，溫度單位為℃，其他符號(hào)的具體意義及測試條件如下：

s-n表示液晶的晶態(tài)到向列相的熔點(diǎn)(℃)；

c.p.表示液晶的清亮點(diǎn)(℃)，測試儀器：mettler-toledo-fpsystem顯微熱分析儀；

γ1為旋轉(zhuǎn)粘度(mpa·s)，測試條件為：25℃、instec:alct-ir1、18微米垂直盒；

k11為扭曲彈性常數(shù)，k33為展曲彈性常數(shù)，測試條件為：25℃、instec:alct-ir1、18微米垂直盒；

△ε表示介電各向異性，△ε＝ε∥-ε⊥，其中，ε∥為平行于分子軸的介電常數(shù)，ε⊥為垂直于分子軸的介電常數(shù)，測試條件：25℃、instec:alct-ir1、18微米垂直盒；

δn表示光學(xué)各向異性，△n＝no-ne，其中，no為尋常光的折射率，ne為非尋常光的折射率，測試條件：589nm、25±0.2℃；

下面的實(shí)施例1～11分別按比例稱取液晶化合物，制備得液晶介質(zhì)。所使用的各種液晶單體均可以通過公知的方法進(jìn)行合成，或通過商業(yè)途徑獲得。

制備液晶介質(zhì)所用的設(shè)備和儀器為：

(1)電子精密天平(精確度0.1mg)

(2)不銹鋼燒杯：用于稱量液晶

(3)勺子：用于加入單體

(4)磁力轉(zhuǎn)子：用于攪拌

(5)控溫電磁攪拌器

液晶介質(zhì)的制備方法包括以下步驟：

(1)將所用單體按順序擺放整齊；

(2)把不銹鋼燒杯放置在天平上，用小勺將單體盛入不銹鋼燒杯中；

(3)依次按所需重量添加單體液晶；

(4)把加好料的不銹鋼燒杯放置在磁力攪拌儀器上加熱融化；

(5)待不銹鋼燒杯中混合物大部份融化后，往不銹鋼燒杯中加入一顆磁力轉(zhuǎn)子，將液晶混合物攪拌均勻，冷卻到室溫后即得液晶介質(zhì)。

將所得的液晶介質(zhì)填充于液晶顯示器兩基板間進(jìn)行性能測試。具體化合物的單體結(jié)構(gòu)、用量(重量百分含量)、所得的液晶介質(zhì)的性能參數(shù)測試結(jié)果均列于表中。表1～11對(duì)應(yīng)實(shí)施例1～11。

表1實(shí)施例1的液晶組合物的組分配比及其性能參數(shù)

表2實(shí)施例2的液晶組合物的組分配比及其性能參數(shù)

表3實(shí)施例3的液晶組合物的組分配比及其性能參數(shù)

表4實(shí)施例4的液晶組合物的組分配比及其性能參數(shù)

表5實(shí)施例5的液晶組合物的組分配比及其性能參數(shù)

表6實(shí)施例6的液晶組合物的組分配比及其性能參數(shù)

表7實(shí)施例7的液晶組合物的組分配比及其性能參數(shù)

表8實(shí)施例8的液晶組合物的組分配比及其性能參數(shù)

表9實(shí)施例9的液晶組合物的組分配比及其性能參數(shù)

表10實(shí)施例10的液晶組合物的組分配比及其性能參數(shù)

表11實(shí)施例11的液晶組合物的組分配比及其性能參數(shù)

對(duì)于環(huán)戊基、環(huán)丁基與環(huán)丙基的互溶性，我們也進(jìn)行了一些的簡單的實(shí)驗(yàn)：我們先配制一個(gè)簡單的母體，再分別向母體中添加這三類單體，考察這些單體在母體中的溶解性，添加至對(duì)比的環(huán)丁基或環(huán)戊基樣品出現(xiàn)常溫晶析為止，即可判斷其互溶性。

母體混合物vamt的組分配比如下：

互溶性實(shí)驗(yàn)：