正介电各向异性液晶化合物、液晶组合物及液晶显示器件

文档序号:1900640 发布日期:2021-11-30 浏览:34次 >En<

阅读说明:本技术 正介电各向异性液晶化合物、液晶组合物及液晶显示器件 (Positive dielectric anisotropic liquid crystal compound, liquid crystal composition and liquid crystal display device ) 是由 舒克伦 王艳伟 王谦 崔行浩 尹硕 赖育宏 丰佩川 于 2021-08-12 设计创作,主要内容包括:本发明涉及正介电各向异性液晶化合物、液晶组合物及液晶显示器件。本发明的液晶化合物为下述的式I所示的液晶化合物,其能够在维持合适的光学各向异性值、介电各向异性、K-(33)/K-(11)值的基础上获得降低的G-(1)/K-(11)的值,由此能够降低响应时间,有利于实现快速响应。(The invention relates to a positive dielectric anisotropy liquid crystal compound, a liquid crystal composition and a liquid crystal display device. The liquid crystal compound of the present invention is a liquid crystal compound represented by the following formula I, which can maintain appropriate optical anisotropy value, dielectric anisotropy and K 33 /K 11 Obtaining reduced G on the basis of the value 1 /K 11 Thereby enabling to reduce the response time, which is advantageous for realizing a fast response.)

正介电各向异性液晶化合物、液晶组合物及液晶显示器件

技术领域

本发明涉及液晶显示材料技术领域。更具体地,涉及一种正介电各向异性液晶组合物及液晶显示器件。

背景技术

目前,液晶化合物的应用范围拓展的越来越广,其可应用于例如电视、手机、工控显示器、车载显示器等多种类型的显示器、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。

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,降低驱动电压以降低功耗等方面。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。

对于液晶组合物来说,如何在维持合适的光学各向异性值、介电各向异性、 K33/K11值的基础上获得降低的响应时间是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明一方面提供一种新型的正介电各向异性液晶化合物,通过在液晶组合物中使用本发明的液晶化合物,其能够在维持合适的光学各向异性值、介电各向异性、K33/K11值的基础上获得降低的G1/K11值,从而能够在维持合适的光学各向异性值、介电各向异性、K33/K11值的基础上获得快速的响应。

另一方面,本发明提供一种液晶组合物,其通过含有前述的本发明的液晶化合物,从而能够在维持合适的光学各向异性值、介电各向异性、K33/K11值的基础上获得快速的响应。进一步,液晶组合物还具有提高的VHR值,从而能够克服或者减少最终显示器出现残像等缺陷。

本发明另一方面提供一种液晶显示器件,其通过含有本发明的液晶化合物因而响应时间快。进一步,本发明的液晶显示器件由于采用了具有高VHR值的液晶组合物,残像等缺陷减少,因而能够获得功耗降低及稳定性提高的显示优势。

本发明包含下述技术方案。

一方面,本发明提供一种新型的的正介电各向异性液晶化合物,其为下述的式I所示的液晶化合物:

其中,R1表示H、碳原子数为1~8的烷基或者碳原子数为2~8的烯基,其中任选4个以下的H被F取代;

R2表示H、F、碳原子数为1~8的烷基或者碳原子数为2~8的烯基,其中一个或两个不相邻的-CH2-任选被-O-所取代,任选4个以下H被F取代;

m为1或2;

n选自1、2、3或4;

o为1或2;

Z1表示-C2H4-、-CH2O-、-S-、-CF2O-或者-COO-,其中-C2H4-中任选0~4 个H被F取代;

Z2表示单键、-CF2O-或者-COO-;

环A、环B、环C各自独立地表示选自下述的基团组成的组:1,4-亚环己基、1-甲基-1,4-亚环己基、2-甲基-1,4-亚环己基、2-氧杂环己烷-1,4-二基、2,6- 二氧杂环己烷-1,4-二基、环己烯-1,4-二基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、2,3- 二氟-1,4-亚苯基、2-氟-3-三氟甲基-1,4-亚苯基、2,3-二(三氟甲基)-1,4-亚苯基、 2-氟-3-三氟甲氧基-1,4-亚苯基、2,3-二(三氟甲氧基)-1,4-亚苯基、2,6-二氟取代-1,4-亚苯基、2,5-二氟取代-1,4-亚苯基、2-氟-6-三氟甲基-1,4-亚苯基、2-氟-5- 三氟甲基-1,4-亚苯基、2-氟-6-三氟甲氧基-1,4-亚苯基、2-氟-5-三氟甲氧基-1,4- 亚苯基、2,6-二(三氟甲基)-1,4-亚苯基、2,5-二(三氟甲基)-1,4-亚苯基、2,6- 二(三氟甲氧基)-1,4-亚苯基、2,5-二(三氟甲氧基)-1,4-亚苯基、2-三氟甲基 -6-三氟甲氧基-1,4-亚苯基、2-三氟甲基-5-三氟甲氧基-1,4-亚苯基。

另一方面,本发明提供一种液晶组合物,其含有前述的本发明的液晶化合物。

再一方面,本发明提供一种液晶显示器件,其含有前述的本发明的液晶化合物,或者前述的本发明的液晶组合物;所述液晶显示器件为有源矩阵显示器件,或无源矩阵显示器件。

发明效果

本发明的有益效果在于,与现有技术相比,通过在液晶组合物中采用本发明的正介电各向异性液晶化合物,能够在维持合适的光学各向异性值、介电各向异性、K33/K11值的基础上获得降低的G1/K11值,从而获得快速响应。另外,通过在本发明的液晶组合物中含有前述的本发明的液晶化合物,在采用UV光辐照后具有高的VHR,从而能够克服/减少最终显示装置出现的残像等缺陷。

本发明的有益效果在于,与现有技术相比,通过在液晶组合物中采用本发 明的正介电各向异性液晶化合物,能够在维持合适的光学各向异性值、介电各 向异性、K33/K11值的基础上获得降低的G1/K11值,从而获得快速响应。另外, 通过在本发明的液晶组合物中含有前述的本发明的液晶化合物,在采用UV光 辐照后具有高的VHR,从而能够克服/减少最终显示装置出现的残像等缺陷。

附图说明

图1为本发明的实施例1中制备的化合物CVEPGU-V-F的质谱图。

图2为本发明的实施例2中制备的化合物CVEPUQU-V-F的质谱图。

具体实施方式

[液晶化合物]

本发明的新型的正介电各向异性液晶化合物为下述的式I所示的液晶化合物:

其中,R1表示H、碳原子数为1~8的烷基或者碳原子数为2~8的烯基,其中任选4个以下的H被F取代;

R2表示H、F、碳原子数为1~8的烷基或者碳原子数为2~8的烯基,其中一个或两个不相邻的-CH2-任选被-O-所取代,任选4个以下H被F取代;

m为1或2;

n选自1、2、3或4;

o为1或2;

Z1表示-C2H4-、-CH2O-、-S-、-CF2O-或者-COO-,其中-C2H4-中任选0~4 个H被F取代;

Z2表示单键、-CF2O-或者-COO-;

环A、环B、环C各自独立地表示选自下述的基团组成的组:1,4-亚环己基、1-甲基-1,4-亚环己基、2-甲基-1,4-亚环己基、2-氧杂环己烷-1,4-二基、2,6- 二氧杂环己烷-1,4-二基、环己烯-1,4-二基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、2,3- 二氟-1,4-亚苯基、2-氟-3-三氟甲基-1,4-亚苯基、2,3-二(三氟甲基)-1,4-亚苯基、 2-氟-3-三氟甲氧基-1,4-亚苯基、2,3-二(三氟甲氧基)-1,4-亚苯基、2,6-二氟取代-1,4-亚苯基、2,5-二氟取代-1,4-亚苯基、2-氟-6-三氟甲基-1,4-亚苯基、2-氟-5- 三氟甲基-1,4-亚苯基、2-氟-6-三氟甲氧基-1,4-亚苯基、2-氟-5-三氟甲氧基-1,4- 亚苯基、2,6-二(三氟甲基)-1,4-亚苯基、2,5-二(三氟甲基)-1,4-亚苯基、2,6- 二(三氟甲氧基)-1,4-亚苯基、2,5-二(三氟甲氧基)-1,4-亚苯基、2-三氟甲基 -6-三氟甲氧基-1,4-亚苯基、2-三氟甲基-5-三氟甲氧基-1,4-亚苯基。

前述的2-氟-1,4-亚苯基表示下述的2个二价基团,其中的氟取代基可以位于左侧,也可以位于右侧。

2-甲基-1,4-亚环己基表示下述的2个二价基团:

其他类似的基团也适用该规则。

作为前述R1所表示的“碳原子数为1~8的烷基”,可以为直链烷基、支链烷基或者环状烷基,可以列举出例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、环戊基、正丁基、异丁基、叔丁基、环丁基、正戊基、异戊基、环戊基、己基、庚基、辛基等。

作为前述的R1所表示的“碳原子数为2~8的烯基”,可以为直链烯基、支链烯基或者带环状烷基链的烯基,没有特别的限定。可以列举出例如乙烯基、丙烯基、丁烯基、2-甲基丙烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、2-甲基-1-丁烯基、3-甲基 -1-丁烯基、2-甲基-2-丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基等。

前述的“碳原子数为1~8的烷基”、“碳原子数为2~8的烯基”的基团中,任选4个以下的H被F取代,例如,任选0个、1个、2个、3个或者4个H被F 取代。例如,R1表示的甲基被F取代的情况下,可以为例如-CH2F、-CHF2、或者-CF3。其他基团被F取代得到的基团也与前述类似,在此省略详细说明。

作为前述R2所表示的“碳原子数为1~8的烷基”,可以为直链烷基、支链烷基或者环状烷基,可以列举出例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、环戊基、正丁基、异丁基、叔丁基、环丁基、正戊基、异戊基、环戊基、己基、庚基、辛基等。

作为前述的R2所表示的“碳原子数为2~8的烯基”,可以为直链烯基、支链烯基或者带环状烷基链的烯基,没有特别的限定。可以列举出例如乙烯基、丙烯基、丁烯基、2-甲基丙烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、2-甲基-1-丁烯基、3-甲基 -1-丁烯基、2-甲基-2-丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基等。

前述的R2所表示的“碳原子数为1~8的烷基”、“碳原子数为2~8的烯基”的基团中,一个或两个不相邻的-CH2-任选被-O-所取代。例如,R2表示-CH2CH3的情况下,其中的-CH2-被O取代后得到的基团是-OCH3,R2表示-CH2CH2CH3的情况下,其中的一个-CH2-被O取代后得到的基团是-OCH2CH3,以此类推,在此不一一列举。

前述的R2所表示的“碳原子数为1~8的烷基”、“碳原子数为2~8的烯基”以及,一个或两个不相邻的-CH2-任选被-O-所取代得到的基团,进一步任选4个以下的H被F取代。例如,R2表示-CH3的情况下,其中的1~3个H被F取代后得到的基团分别为-CH2F、-CHF2、-CF3,R2表示-OCH3的情况下,其中的1~3 个H被F取代后得到的基团分别为-OCH2F、-OCHF2、-OCF3

优选地,R2表示H、F、-CH2F、-CHF2、-CF3、-OCH2F、-OCHF2、或者-OCF3。更优选表示F、-OCH2F、或者-OCF3

本发明的正介电各向异性液晶化合物通过具有前述的式I所示的结构,从而在能够在维持合适的光学各向异性值、介电各向异性、K33/K11值的基础上获得降低的G1/K11值,从而获得快速响应,由此在使用到液晶组合物中时能够降低响应时间,有利于实现快速响应。

优选地,前述的式I所示的液晶化合物选自下述的式I-1~I-36所示化合物组成的组:

其中,R1、R2的定义与前述相同。

[正介电各向异性液晶化合物的合成]

下面对本发明的正介电各向异性液晶化合物的合成方法进行说明。

式I所示的化合物能够通过组合有机合成化学的方法来合成得到。例如,其中为带有-CH=CH-CH2-CH2-结构的化合物的情况下,-CH=CH-CH2-CH2-结构可以如下合成:

带有至少一个环结构的有机溴化物(a1)与对溴苯丙醛缩乙二醇反应,得到前述的环结构与丙醛缩二醇连接的化合物(a2)。将该化合物(a2)与甲酸水解,化合物(a2)的丙醛缩二醇发生水解生成环结构上连有丙醛的化合物(a3)。前述化合物(a3)进一步与碘甲烷膦盐(如4-乙烯环己基碘甲烷膦盐)在含有叔丁醇钾、THF的体系中反应,得到带有-CH=CH-CH2-CH2-结构的化合物(a4)。前述的反应流程如下述的反应流程图1所示。

根据需要,其中的4-乙烯环己基碘甲烷膦盐可以替换为其他的碘甲烷膦盐,以获得-CH=CH-CH2-CH2-与不同结构连接的化合物。

(2)合成例1

前述的式A-6所示的化合物的合成路线如上述的合成路线图所示。具体地,三氟苯硼酸与2-氟-4-溴碘苯在含有四氢呋喃、碳酸钠和四(三苯基膦)合钯的反应体系中搅拌加热回流的条件下进行反应,生成式A-1所示的化合物。接着,式A-1所示的化合物在无水四氢呋喃中在丁基锂正己烷、THF的存在下与硼酸三异丙酯反应,生成式A-2所示的化合物。然后,式A-2所示的化合物与对溴苯丙醛缩乙二醇在催化剂双(二叔丁基-4-二甲氨基膦)氯化钯的作用下反应生成式A-3所示的化合物。式A-3所示的化合物在含有甲酸的体系中进行水解,得到式A-4所示的化合物。式A-4所示的化合物进一步与4-乙烯环己基碘甲烷膦盐在含有叔丁醇钾、THF的体系中反应,得到A-5所示的化合物。然后,将前述的式A-5所示的化合物在含有甲苯、苯亚磺酸钠、浓盐酸的体系中加热,使其发生构型反转,得到A-6所示的化合物。

(2)合成例2

CVEPUQU-V-F的制备

前述的式B-6所示的化合物的合成路线如上述的合成路线图所示。

具体地,式B-1所示的化合物在存在无水四氢呋喃、丁基锂正己烷的条件下与硼酸三异丙酯反应,得到式B-2所示的化合物,然后,式B-2所示的化合物与对溴苯丙醛缩乙二醇在催化剂双(二叔丁基-4-二甲氨基膦)氯化钯的存在下反应,生成式B-3所示的化合物。式B-3所示的化合物在甲酸的存在下进行水解,得到式B-4所示的化合物。式B-4所示的化合物与4-乙烯环基己碘甲烷膦盐在叔丁醇钾、THF的存在下反应,得到包含E、Z构型的式B-5所示的化合物。然后,将前述的式B-5所示的化合物在含有甲苯、苯亚磺酸钠、浓盐酸的体系中加热,使其发生构型反转,得到B-6所示的化合物。

对于本发明的液晶化合物的其他结构的合成,本领域技术人员能够根据需要选择适宜的合成路线及条件进行制备。

[液晶组合物]

本发明的液晶组合物含有前述的式I所示的液晶化合物。

本发明的液晶组合物中,可以含有1种或者2种以上的式I所示的液晶化合物。本发明的液晶组合物中,可以仅含有式I所示的液晶化合物作为液晶化合物成分。本发明的组合物中,可以以例如1~99质量%的范围含有式I所示的化合物。

本发明的液晶组合物为正介电各向异性的液晶组合物。

通过在本发明的液晶组合物中使用本发明的式I所示的液晶化合物,能够在维持合适的光学各向异性值、介电各向异性、K33/K11值的基础上获得降低的 G1/K11值,从而获得快速响应。进一步,本发明的液晶组合物还具有提高的VHR 值,从而能够减小/消除液晶显示装置的残像等缺陷。

除了前述的式I所示的液晶化合物之外,本发明的液晶组合物中含可以含有其他的液晶性化合物。作为可以含有的其他液晶性化合物,可以为正介电各向异性,也可以为负介电各向异性。

本发明的液晶组合物的一些实施方式中,优选地,其还包含:

至少一种式Ⅱ所示化合物;

至少一种式Ⅲ所示化合物:以及,

至少一种式IV所示化合物:

其中,

R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立地表示碳原子数为1~5的烷基、碳原子数为1~5的烷氧基、碳原子数为2~5的烯基、或碳原子数为3~5的烯氧基; R3、R4、R5、R6、R7、R8中任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代,一个或两个不相邻的-CH2-任选被-O-所取代;

Z3表示单键或-CH2O-;

Z4表示-C2H4-、-CH2O-、-S-、-CF2O-或者-COO-,其中-C2H4-中任选0~4 个H被F取代;

s选自1、2、3或4;

p表示0、1、2或者3;

q、r、v各自独立地表示0、1或2;

环A1、环A2、环A3、环A4、环A5、环A6各自独立地表示选自下述的基团组成的组:1,4-亚环己基、1-甲基-1,4-亚环己基、2-甲基-1,4-亚环己基、2- 氧杂环己烷-1,4-二基、2,6-二氧杂环己烷-1,4-二基、环己烯-1,4-二基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-1,4-亚苯基、2-氟-3-三氟甲基-1,4-亚苯基、2,3- 二(三氟甲基)-1,4-亚苯基、2-氟-3-三氟甲氧基-1,4-亚苯基、2,3-二(三氟甲氧基)-1,4-亚苯基、2,6-二氟取代-1,4-亚苯基、2,5-二氟取代-1,4-亚苯基、2-氟-6- 三氟甲基-1,4-亚苯基、2-氟-5-三氟甲基-1,4-亚苯基、2-氟-6-三氟甲氧基-1,4-亚苯基、2-氟-5-三氟甲氧基-1,4-亚苯基、2,6-二(三氟甲基)-1,4-亚苯基、2,5-二 (三氟甲基)-1,4-亚苯基、2,6-二(三氟甲氧基)-1,4-亚苯基、2,5-二(三氟甲氧基)-1,4-亚苯基、2-三氟甲基-6-三氟甲氧基-1,4-亚苯基、2-三氟甲基-5-三氟甲氧基-1,4-亚苯基。

R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立地表示碳原子数为1~5的烷基、碳原子数为1~5的烷氧基、碳原子数为2~5的烯基、或碳原子数为3~5的烯氧基; R3、R4、R5、R6、R7、R8中任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代,一个或两个不相邻的-CH2-任选被-O-所取代。

作为前述的R3、R4、R5、R6、R7或者R8表示的碳原子数为1~5的烷基,可以列举出例如,甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基等直链或者支链的烷基,或者环丙基、环丁基、环戊基等环烷基。

作为前述的R3、R4、R5、R6、R7或者R8表示的“碳原子数为1~5的烷氧基”,可以列举出例如,甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、异戊氧基、或者环丙氧基、环戊氧基、环丁氧基等环烷氧基。

作为前述的R3、R4、R5、R6、R7或者R8表示的“碳原子数为2~5的烯基”,可以列举出例如乙烯基、丙烯基、丁烯基、2-甲基丙烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、 2-甲基-1-丁烯基、3-甲基-1-丁烯基、2-甲基-2-丁烯基等。

作为前述的R3、R4、R5、R6、R7或者R8表示的“碳原子数为3~5的烯氧基”,可以列举出例如乙烯氧基、丙烯氧基、丁烯氧基、2-甲基丙烯氧基、1-戊烯氧基、2-戊烯氧基、2-甲基-1-丁烯氧基、3-甲基-1-丁烯氧基、2-甲基-2-丁烯氧基等。

R3、R4、R5、R6、R7或者R8各自独立地表示的碳原子数为1~5的烷基、碳原子数为1~5的烷氧基、碳原子数为2~5的烯基、或碳原子数为3~5的烯氧基中,这些基团中的任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代,另外,这些基团中的一个或两个不相邻的-CH2-任选被-O-所取代。

Z3表示单键或-CH2O-。

Z4表示-C2H4-、-CH2O-、-S-、-CF2O-或者-COO-,其中,-C2H4-中任选0~4 个H被F取代。-C2H4-被F取代得到的基团,可以列举出例如,-CH2CHF-、 -CH2CF2-、-CHFCF2-、或者-CF2CF2-。

前述的正介电各向异性液晶组合物中,优选地,前述式Ⅱ所示化合物选自下述的式Ⅱ-1至Ⅱ-10所示化合物组成的组。

R3、R4的定义与前述相同,(F)表示F或H。

优选地,R3为碳原子数为1~5的直链烷基或者碳原子数为2~5的烯基。作为碳原子数为1~5的直链烷基,可以列举出甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基等。作为碳原子数为2~5的烯基,可以列举出例如乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基等。

R4优选为碳原子数为1~5的直链烷基或者碳原子数为2~5的烯基。作为碳原子数为1~5的直链烷基,可以列举出甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基等。作为碳原子数为2~5的烯基,可以列举出例如乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基等。

前述的正介电各向异性液晶组合物中,优选地,前述式Ⅲ所示化合物选自下述的式Ⅲ-1至Ⅲ-21所示化合物组成的组。

R5、R6的定义与前述相同。

前述的正介电各向异性液晶组合物中,优选地,前述式IV所示化合物选自下述的式IV-1至IV-44所示化合物组成的组。

R7、R8的定义与前述相同。

优选地,R7表示碳原子数为1~5的烷基或碳原子数为1~5的烷氧基。

优选地,R8表示碳原子数为1~5的烷基或碳原子数为1~5的烷氧基。

前述的液晶组合物中,相对于液晶组合物的总量,前述的式I所示的液晶化合物的重量百分含量优选为例如1~40%。

前述的液晶组合物中,相对于液晶组合物的总量,前述的式II所示的液晶化合物的重量百分含量为例如1~90%。

前述的液晶组合物中,相对于液晶组合物的总量,前述的式III所示的液晶化合物的重量百分含量为1~30%,从获得合适的Δn、Δε、粘度、VHR、旋转粘度/弹性常数等方面考虑,优选为1~25%,进一步优选为1~20%。

前述的正介电各向异性液晶组合物中,相对于液晶组合物的总量,前述的式IV所示的液晶化合物的重量百分含量为1~30%,从获得合适的Δn、Δε、粘度、VHR、旋转粘度/弹性常数等方面考虑,优选为1~25%,进一步优选为1~ 20%。

前述的正介电各向异性液晶组合物的一些实施方式中,可以以下述的配比含有各成分。例如,前述式I所示的化合物的重量百分含量为1~40%,前述式Ⅱ所示的化合物的重量百分含量为1~70%,前述式Ⅲ所示的化合物的重量百分含量为1~30%,前述式IV所示的化合物的重量百分含量为1~30%。

前述的正介电各向异性液晶组合物的一些实施方式中,还可以含有下述的式V所示的化合物。

其中,R9表示碳原子数为1~5的烷基、碳原子数为1~5的烷氧基、碳原子数为2~5的烯基、或碳原子数为3~5的烯氧基;R9中任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代,一个或两个不相邻的-CH2-任选被-O-所取代。

R10表示H、F、碳原子数为1~8的烷基或者碳原子数为2~8的烯基,其中一个或两个不相邻的-CH2-任选被-O-所取代,并且任选4个以下H被F取代。

环A7、环A8各自独立地表示选自下述的基团组成的组:1,4-亚环己基、 1-甲基-1,4-亚环己基、2-甲基-1,4-亚环己基、2-氧杂环己烷-1,4-二基、2,6-二氧杂环己烷-1,4-二基、环己烯-1,4-二基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟 -1,4-亚苯基、2-氟-3-三氟甲基-1,4-亚苯基、2,3-二(三氟甲基)-1,4-亚苯基、2- 氟-3-三氟甲氧基-1,4-亚苯基、2,3-二(三氟甲氧基)-1,4-亚苯基、2,6-二氟取代 -1,4-亚苯基、2,5-二氟取代-1,4-亚苯基、2-氟-6-三氟甲基-1,4-亚苯基、2-氟-5- 三氟甲基-1,4-亚苯基、2-氟-6-三氟甲氧基-1,4-亚苯基、2-氟-5-三氟甲氧基-1,4- 亚苯基、2,6-二(三氟甲基)-1,4-亚苯基、2,5-二(三氟甲基)-1,4-亚苯基、2,6- 二(三氟甲氧基)-1,4-亚苯基、2,5-二(三氟甲氧基)-1,4-亚苯基、2-三氟甲基 -6-三氟甲氧基-1,4-亚苯基、2-三氟甲基-5-三氟甲氧基-1,4-亚苯基;

Z5表示单键、-CF2O-或者-COO-;

t表示1、2、3或者4;

u表示1或者2。

优选地,前述式V所示化合物选自下述的式V-1至IV-37所示化合物组成的组。

其中,R9、R10的定义与前述相同。

优选地,R9表示H、碳原子数为1~5的烷基、或者碳原子数为2~8的烯基,更优选为H、碳原子数为1~3的烷基、或者碳原子数2~4的烯基。

优选地,R10为F、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCF3、-OCHF2、或者-OCH2F。进一步优选为F、-CF3、-OCF3、或者-OCF3

前述的正介电各向异性液晶组合物中,在含有前述的式V所示的化合物的情况下,相对于液晶组合物的总量,前述的式V所示的液晶化合物的重量百分含量可以为例如1~30%,从获得合适的Δn、Δε、粘度、VHR、旋转粘度/弹性常数等方面考虑,优选为1~25%,进一步优选为1~20%。

前述的液晶组合物的一些实施方式中,例如,可以以下述的配比含有各组分:前述式I所示的化合物的重量百分含量为1~40%,前述式Ⅱ所示的化合物的重量百分含量为1~70%,前述式Ⅲ所示的化合物的重量百分含量为1~30%,前述式IV所示的化合物的重量百分含量为1~30%,前述式V所示的化合物的重量百分含量为1~30%。

前述的正介电各向异性液晶组合物的一些实施方式中,从获得粘度降低从而提高响应速度、降低残影等缺陷等方面考虑,优选地,还包含一种或多种下述的式VI所示的化合物:

式VI中,R11、R12各自独立地表示碳原子数为1~8的烷基、碳原子数为 1~8的烷氧基、碳原子数为2~7的烯基、或碳原子数为2~7的烯氧基;并且, R11、R12中任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代,其中一个或两个不相邻的-CH2-任选被-O-所取代;

环D表示表示1,4-亚环己基、环己烯-1,4-二基、2-氧杂环己烷-1,4-二基、 2,6-二氧杂环己烷-1,4-二基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-二亚苯基、2-甲基-1,4-二亚苯基、或者、2,3-二氟-1,4-亚苯基,其中任意H原子任选被-F或者-CH3取代;

环E表示选自下述的基团组成的组:

Z6表示单键、-CH2O-、-CF2O-、-COO-、或者-CH2CH2-;

w、x、y、z各自独立地表示0、1、2或者3。

作为前述的R11、R12所表示的碳原子数1~8的烷基,可以列举出例如,甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基等。

作为前述的R11、R12所表示的“碳原子数1~8的烷氧基”,可以列举出例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基等。

作为前述的R11、R12所表示的“碳原子数为2~7的烯基”,可以列举出例如乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1-戊烯基、2- 戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基、4-己烯基、5- 己烯基、1-庚烯基、2-庚烯基、3-庚烯基、4-庚烯基、5-庚烯基、6-庚烯基等。

作为前述的R11、R12所表示的“碳原子数2~7的烯氧基”,可以列举出例如:乙烯基氧基、烯丙基氧基、3-丁烯基氧基、3-戊烯基氧基、4-戊烯基氧基、3- 己烯基氧基、4-己烯基氧基、5-己烯基氧基、3-庚烯基氧基、4-庚烯基氧基、5- 庚烯基氧基、6-庚烯基氧基等。

前述的R11、R12所表示的碳原子数为1~8的烷基、碳原子数为1~8的烷氧基、碳原子数为2~7的烯基、或碳原子数为2~7的烯氧基中,这些基团中的H各自独立地任选被F取代,其中一个或两个不相邻的-CH2-任选被-O-所取代。

前述的式VI所示化合物优选选自下述的式VI-1~式VI-78所示的化合物组成的组。

本发明的液晶组合物中含有前述的式VI所示化合物时,前述的式VI所示化合物在液晶组合物中的重量百分含量可以为例如1~20%,优选为1~10%。

本发明的液晶组合物中,除了前述列举的液晶化合物之外,本领域技术人员还可以在不破坏其期望的液晶组合物的性能的基础上添加其他液晶化合物、非液晶化合物。

本发明的正介电各向异性液晶组合物中,可选的,还可以加入各种功能的添加剂,这些添加剂可以列举出例如UV稳定剂、抗氧化剂、手性掺杂剂、聚合起始剂,可以含有它们中的一种,或者多种。

前述的抗氧化剂可以列举出,例如:

m表示1~10的整数;

作为手性掺杂剂,可以列举出例如,

其中,R0表示碳原子数为1~10的烷基;

作为光稳定剂,可以列举出例如,

其中,Z0表示碳数为1~20的亚烷基,所述亚烷基中任意的一个或多个氢任选被卤素取代,任意的一个或多个-CH2-任选被-O-取代。

作为紫外线吸收剂,可以列举出例如,

其中,R01表示碳原子数为1~10的烷基。

前述的添加剂的添加量可以为例如液晶组合物的总质量的0.01%~1.5%。

[液晶显示器件]

本发明的第二方面提供一种液晶显示器件,其使用了前述的本发明的液晶组合物。本发明的液晶显示器件中,只要包含前述的液晶组合物就没有特别的限定。本领域技术人员能够根据所需的性能选择合适的液晶显示器件的其他组成及结构。

本发明的液晶显示器件的驱动方式优选例如为IPS模式、FFS模式。

实施例

为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。

本发明中,制备方法如无特殊说明则均为常规方法,所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得,百分比均是指质量百分比,温度为摄氏度 (℃),液晶化合物也为液晶单体。

本申请实施例中所使用的液晶单体的结构用下述代码表示,液晶环结构、端基、连接基团的代码表示方法见下表(一)、表(二)。

表(一):环结构的对应代码

表(二):端基与链接基团的对应代码

举例:

[液晶化合物]

实施例1:CVEPGU-V-F的制备

反应路线图2:CVEPGU-V-F的制备线路图

按照上述的反应路线图2所示的制备路线制备得到CVEPGU-V-F。

具体说明如下:

A-1结构:所示化合物的制备

氮气保护下,三口瓶中加入387g 3,4,5-三氟苯硼酸、2500ml四氢呋喃、450g 碳酸钠、950ml去离子水和12g四(三苯基膦)合钯。搅拌下,加热至弱回流,滴加由600g 2-氟-4-溴碘苯与1100ml四氢呋喃配置的溶液,大约滴加3小时,滴加完毕后继续回流反应16小时。

降温到40℃,向反应液中加入甲苯、水,搅拌后分出水层,甲苯萃取后,甲苯与乙醇的混合溶液结晶,得到366g白色粉末状的式A-1所示化合物。

A-2结构:所示化合物的制备

向干净的三口瓶中先通氮气置换内空气10分钟。随后依次加入306g式A-1所示化合物、1200ml无水四氢呋喃。打开搅拌,通液氮降温,当温度降至 -78℃,开始滴加430ml2.5M丁基锂正己烷溶液,整个过程控温-70~-80℃。滴毕,保温1小时。保温毕,滴加预先配制的硼酸三异丙酯的THF溶液(由280g 硼酸三异丙酯溶解于300ml四氢呋喃而成),滴加时内温控制在-70~-80℃,约1小时滴毕,继续保温30分钟后,自然升温约2~3小时。

当温度升至-20℃左右时,将反应液加入稀盐酸中进行水解,水解液搅拌 0.5小时后,分层,下层水相用乙酸乙酯萃取两遍,合并有机相,碳酸氢钠中和至PH值6~7。旋蒸脱溶,得256g白色粉末,即式A-2所示化合物,不用提纯直接下步使用。

式A-3结构:所示化合物的制备

氮气保护下,在反应瓶内加入700g去离子水,开启搅拌,向三口瓶内加入 190g无水碳酸钠,搅拌约10分钟溶解。再加入1000ml甲苯,450ml乙醇,232g 对溴苯丙醛缩乙二醇,243g上步制备的中间体I-2。加毕,通氮气置换釜内空气1小时,加入0.5g催化剂双(二叔丁基-4-二甲氨基膦)氯化钯。加入催化剂后,搅拌升温至75℃~80℃,保温2.5小时至反应结束。

反应液降温至20~30℃后停搅拌,静置分层,有机层待用。水相用甲苯萃取两次,合并有机相,水洗至中性,真空旋蒸至干,乙醇重结晶得到325g中间体A-3。

A-4结构:所示化合物的制备

氮气保护下,在三口瓶内加入440ml甲苯,320g上步制备的中间体A-3, 1200ml甲酸,室温搅拌全溶后,升温至60~65℃,保温搅拌5h至中间体A-3 剩余量≤0.02%。

停止搅拌,静置分层,分取下层甲酸相,用100ml甲苯萃取一次,合并甲苯相水洗一次,饱和碳酸氢钠洗一次,最后饱和盐水洗至中性,有机相加入无水硫酸钠搅拌干燥,抽滤,滤液真空旋蒸,得到250g中间体A-4,不用提纯直接进行下步反应。

A-5结构:所示化合物的制备

氮气保护下,在反应瓶中加入700ml甲苯,96g 4-乙烯环基己碘甲烷膦盐, 20~30℃搅拌约30分钟,并降温至-5~0℃,将由25g叔丁醇钾与150ml THF 配制成的溶液滴加到反应瓶内,滴加过程控温-5~0℃。滴毕,继续保温2小时。将150ml甲苯与55g中间体I-4制成溶液,控温-5~0℃滴加到反应瓶内,滴加完毕后保温3h小时。

自来水淬灭,静止分层,合并有机相水洗至中性,无水硫酸钠搅拌干燥0.5~ 1小时,无水硫酸钠抽滤,滤液减压脱溶。脱溶后的固体,加入石油醚热煮,抽滤,滤液保留待用。抽滤所得固体,用石油醚重复以上操作2次。滤液合并,过硅胶柱。过柱液减压脱溶,得到包含顺式、反式的A-5的粗品68g,直接进行下步构型转变用。

单晶A-6(CVEPGU-V-F)结构:所示化合物的制备

氮气保护下,反应瓶内加入150ml甲苯,50g上步所得的中间体I-5,12g 苯亚磺酸钠,7ml 36%浓盐酸(wt%),室温搅拌全溶后,升温至60℃,60~65℃保温搅拌8小时。

反应结束后,向反应瓶内加入20ml去离子水,搅拌30分钟后,停止搅拌,静置分层,分取下层水相,水相用甲苯萃取两次。合并有机相水洗三次至中性。有机相减压脱溶,得到48g粗品。将粗品用乙醇和正己烷结晶三次,得到白色固体。烘干重结晶后的物料,过硅胶(70~200目)层析柱,用正庚烷淋洗得到30g 反式CVEPGU-V-F,其质谱图如附图1所示。

MS(EI,m/z):149,315,464

实施例2:CVEPUQU-V-F的制备

反应路线图3:CVEPUQU-V-F的制备路线图

按照如上所示的反应路线图3制备CVEPUQU-V-F。

B-2结构:所示化合物的制备

向三口瓶中通氮气置换内空气10分钟。随后依次加入195g原料B-1, 1000ml无水四氢呋喃和140g硼酸三异丙酯。打开搅拌,通液氮降温,当温度降至-100℃,开始滴加210ml2.5M丁基锂正己烷溶液,整个过程控温-90~ -100℃。滴毕,保温1小时。继续保温30分钟后,自然升温约2~3小时。

当温度升至-30℃左右时,将反应液加入稀盐酸中进行水解,水解液搅拌1 小时后静置分层。下层水相用乙酸乙酯萃取两遍,合并有机相,碳酸氢钠中和至PH值6~7。旋蒸脱溶,得159g白色粉末,即中间体B-2,不用提纯直接下步使用。

B-3结构:所示化合物的制备

氮气保护下,在反应瓶内加入300g去离子水,开启搅拌,向三口瓶内加入 76g无水碳酸钠,搅拌约10分钟使碳酸钠溶解。再加入460ml甲苯,150ml乙醇,93g对溴苯丙醛缩乙二醇,135g上步制备的中间体B-2。加毕,通氮气置换瓶内空气30分钟,加入0.15g催化剂双(二叔丁基-4-二甲氨基膦)氯化钯。加入催化剂后,搅拌升温至75℃~80℃,保温3小时至反应结束。

反应液降温至20~30℃后,加入水300ml,搅拌15分钟静置分层,有机层待用。水相用甲苯萃取两次,合并有机相,水洗至中性,真空旋蒸至干,乙醇重结晶得到140g中间体B-3,直接下步使用。

B-4结构:所示化合物的制备

氮气保护下,在三口瓶内加入150ml甲苯,120g上步制备的中间体B-3, 360ml甲酸,室温搅拌全溶后,升温至60~65℃,保温搅拌3h至原料B-3剩余量≤0.02%。

停止搅拌,静置分层,有机层代用,下层甲酸相,用200ml甲苯萃取一次。合并甲苯相水洗一次,饱和碳酸氢钠洗一次,最后饱和盐水洗至中性,有机相加入无水硫酸钠搅拌干燥,抽滤,滤液转减压脱溶,得到105g中间体B-4,不用提纯直接进行下步反应。

B-5结构:所示化合物的制备

氮气保护下,在反应瓶中加入400ml四氢呋喃,73g 4-乙烯环基己碘甲烷膦盐,20~30℃搅拌约30分钟,并降温至-15~-10℃,将由20g叔丁醇钾与125ml THF配制成的溶液滴加到反应瓶内,滴加过程控温-15~-10℃。滴毕,升温-5~ 0℃保温2小时。将150ml甲苯与55g中间体B-4制成溶液,控温-15~-10℃滴加反应瓶内,滴加完毕后保温3小时。

去离子水淬灭,静止分层,有机层待用,水层用甲苯萃取后,合并有机相水洗至中性,无水硫酸钠搅拌干燥0.5~1小时,无水硫酸钠抽滤,滤液减压脱溶。脱溶后的固体,加入石油醚热煮,抽滤,滤液保留待用。抽滤所得固体,用石油醚重复以上操作2次。三次热滤滤液合并,过硅胶柱。过柱液减压脱溶,得到包含顺式、反式的B-5所示化合物的粗品62g,直接进行下步构型转换用。

单晶B-6(CVEPUQU-V-F)结构:的制备

氮气保护下,反应瓶内加入甲苯,120ml与52.5g上步所得的中间体B-5, 12.5g苯亚磺酸钠,7.5ml 36%浓盐酸(wt%),室温搅拌全溶后,升温至60℃,60~ 65℃保温搅拌12小时。

反应结束后,向反应瓶内加入40ml去离子水,搅拌30分钟后,停止搅拌,静置分层,分取下层水相,水相用甲苯萃取两次。合并有机相水洗三次至中性。有机相减压脱溶,得到47.5g粗品。将粗品用乙醇和甲苯的混合溶剂结晶四次,得到白色固体。烘干重结晶后的物料,过硅胶(70~200目)层析柱,用正庚烷淋洗得到26.5g反式CVEPUQU-V-F,其质谱谱图示于附图2。

MS(EI,m/z):149,252,401,548。

按照与上述的CVEPGU-V-F、CVEPUQU-V-F的合成方法类似的方法,制备下表记载的液晶化合物,并将各个化合物单体10%与90%的母体液晶相容后测量Tni、Δn、Δε,然后采用外插法计算得到单体的Tni、Δn、Δε。

母体液晶中各组分及其质量百分含量如下:

CCG-2-F 10%
CCP-V-1 20%
CCP-V2-1 20%
CPU-3-F 20%
CP-3-O2 15%
CP-3-O1 15%

Tni代表液晶单体由向列相相变至澄清相的温度,其温度通过MP-90设备测量。

Δε表示介电各向异性,Δε=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:25℃、INSTEC:ALCT-IR1、18微米垂直盒。

Δn表示光学各向异性,Δn=ne-no,其中,no为寻常光的折射率,ne为非寻常光的折射率,测试条件:589nm、25±0.2℃。

序号 液晶化合物结构 T<sub>ni</sub>(℃) Δn Δε
1 CVEDGUQU-V-F 205.9 0.1760 33.8
2 CVEPGU-V-T 158.5 0.2250 20.6
3 CVEPGU-3-F 173.5 0.2300 13.3
4 CVEPGU-3-OT 180.5 0.2215 17.5
5 CVEPGU-V-F 168.0 0.2285 12.9
6 CVEPGU-V-OT 174.5 0.2190 17.0
7 CVEPGUQU-3-F 232.5 0.2585 24.5
8 CVEPUQU-V-OT 110.5 0.1590 22.5
9 CVEPUQU-V-F 102.3 0.1678 18.2
10 CVEPPGU-3-F 335.2 0.3470 14.0
11 CVEPPGU-V-F 330.5 0.3450 13.5

[液晶组合物的制备]

下述的实施例及对比例中制备了不同组成的液晶组合物,其中,各例中所使用的具体化合物的单体结构、用量(重量百分含量)、所得的液晶介质的性能参数测试结果分别示于下表。

各实施例中所涉及的温度单位为℃,其他符号的具体意义及测试条件如下:

Gamma1(mPa.s)表示液晶化合物的旋转粘滞系数,测定方法:仪器设备 INSTEC:ALCT-IR1、测试盒盒厚18微米垂直盒、温度25℃,简写为“G1”;

K11为扭曲弹性常数,K33为展曲弹性常数,测试条件为:25℃、 INSTEC:ALCT-IR1、18微米垂直盒;

Δε表示介电各向异性,Δε=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:25℃、INSTEC:ALCT-IR1、18微米垂直盒;

Δn表示光学各向异性,Δn=ne-no,其中,no为寻常光的折射率,ne为非寻常光的折射率,测试条件:589nm、25±0.2℃。

VHR表示紫外光照射后的电压保持率(%),测试条件为20±2℃、电压为±5V、脉冲宽度为1ms、电压保持时间16.7ms。测试设备为ALCT-IV1液晶性能综合测试仪。VHR测试用可聚合化合物的紫外光聚合中,使用365nm波长且照射光强为2.5Mw/cm2的紫外光进行光辐照,辐照时间为34分钟。

本发明中,液晶组合物的制备方法如下:将各液晶单体按照一定配比称量后放入不锈钢烧杯中,将装有各液晶单体的不锈钢烧杯置于磁力搅拌仪器上加热融化,待不锈钢烧杯中的液晶单体大部份融化后,往不锈钢烧杯中加入磁力转子,将混合物搅拌均匀,冷却到室温后即得液晶组合物。

将所得的液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。

利用前述式I至式VI所示的液晶化合物与其他成分配合,获得显示正介电各向异性的实施例的液晶组合物,实施例的液晶组合物中各组分的组成及含量如下述的表所示。另外,以通用型正型液晶化合物代替实施例1、实施例5中的通式I所示的化合物,得到对比例1、2。

表1实施例1的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表2实施例2的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表3实施例3的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表4实施例4的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表5实施例5的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表6实施例6的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表7实施例7的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表8实施例8的液晶组合物的组分配比及其性能参数

对比例1配方如下述的表9所示,其组分中不包含本发明的式I所示的化合物。

表9对比例1的液晶介质的组分配比及其性能参数

对比例2配方如下述的表10所示,其组分中不包含本发明的式I所示的化合物。

表10对比例2的液晶介质的组分配比及其性能参数

本发明虽未穷尽要求保护的所有液晶混合物,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液晶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。

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