一种含有自配向化合物的液晶组合物及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种含有自配向化合物的负介电各向异性液晶组合物及其应用。所述液晶组合物包含通式I所代表化合物中的至少一种，以及通式II所代表化合物中的至少一种。本发明专利技术所述液晶组合物含有自配向化合物，可以自行进行取向，而无需取向膜，其具有低旋转粘度，可用于不含取向层的显示模式的快响应液晶显示器件，能明显改善液晶显示器件的显示效果。

A liquid crystal composition containing self-aligning compounds and its application

【技术实现步骤摘要】
一种含有自配向化合物的液晶组合物及其应用
本专利技术涉及一种含有自配向化合物的负介电各向异性的液晶组合物及包含该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器。
技术介绍
目前，液晶在信息显示领域得到了广泛应用，同时在光通讯中的应用也取得了一定的进展(S.T.Wu，D.K.Yang.ReflectiveLiquidCrystalDisplays.Wiley，2001)。近几年，液晶化合物的应用领域已经显著拓宽到各类显示器件、电光器件、电子元件、传感器等，向列型液晶化合物已经在平板显示器中得到最为广泛的应用，特别是用于TFT有源矩阵的系统中。液晶显示伴随液晶的发现经历了漫长的发展道路。1888年奥地利植物学家FriedrichReinitzer发现了第一种液晶材料安息香酸胆固醇(cholesterylbenzoate)。1917年Manguin专利技术了摩擦定向法，用以制作单畴液晶和研究光学各向异性。1909年E.Bose建立了攒动(Swarm)学说，并得到L.S.Ormstein及F.Zernike等人的实验支持(1918年)，后经DeGennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher在1933年创立连续体理论，并得到F.C.Frank完善(1958年)。M.Born(1916年)和K.Lichtennecker(1926年)发现并研究了液晶的介电各向异性。1932年，W.Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao发现向列相液晶在电场或磁场作用下，发生形变并存在电压阈值(Freederichsz转变)。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。1968年美国RCA公司R.Williams发现向列相液晶在电场作用下形成条纹畴，并有光散射现象。G.H.Heilmeir随即将其发展成动态散射显示模式，并制成世界上第一个液晶显示器(LCD)。七十年代初，Helfrich及Schadt专利技术了TN原理，人们利用TN光电效应和集成电路相结合，将其做成显示器件(TN-LCD)，为液晶的应用开拓了广阔的前景。七十年代以来，由于大规模集成电路和液晶材料的发展，液晶在显示方面的应用取得了突破性的发展，1983～1985年T.Scheffer等人先后提出超扭曲向列相(SuperTwisredNematic：STN)模式以及P.Brody在1972年提出的有源矩阵(Activematrix：AM)方式被重新采用。传统的TN-LCD技术已发展为STN-LCD及TFT-LCD技术，尽管STN的扫描线数可达768行以上，但是当温度升高时仍然存在着响应速度、视角以及灰度等问题，因此大面积、高信息量、彩色显示大多采用有源矩阵显示方式。TFT-LCD已经广泛用于直视型电视、大屏幕投影电视、计算机终端显示和某些军用仪表显示，相信TFT-LCD技术具有更为广阔的应用前景。其中“有源矩阵”包括两种类型：1、在作为基片的硅晶片上的OMS(金属氧化物半导体)或其它二极管。2、在作为基片的玻璃板上的薄膜晶体管(TFT)。单晶硅作为基片材料限制了显示尺寸，因为各部分显示器件甚至模块组装在其结合处出现许多问题。因而，第二种薄膜晶体管是具有前景的有源矩阵类型，所利用的光电效应通常是TN效应。TFT包括化合物半导体，如Cdse，或以多晶或无定形硅为基础的TFT。目前，LCD产品技术已经成熟，成功地解决了视角、分辨率、色饱和度等技术难题，其显示性能已经接近或超过CRT显示器。大尺寸和中小尺寸LCD在各自的领域已逐渐占据平板显示器的主流地位。具有竞争力的显示模式主要有，面内切换(in–planeswitching，IPS)，边缘场切换(fringe-fieldswitching，FFS)，和垂直排列(verticalalignment，VA)等显示模式。当正性液晶用于IPS/FFS显示模式时可以获得快速响应，并且有良好的可靠性；而负性液晶用于IPS/FFS显示模式时可以获得更高的透过率，但是由于负性液晶粘度较大，所以响应时间较长。因此需要研究更优良的液晶材料，使其既具有正性液晶的快速响应优点，同时又可以获得穿透率的有效提升，进而可以大幅度降低液晶显示器件的整体功耗。液晶组合物的粘度，尤其是旋转粘度γ1直接影响液晶加电后的响应时间，具体地，液晶显示器的响应时间取决于d2γ1/Keff(d为液晶层厚度，γ1为液晶旋转粘度，Keff为有效弹性常数)，因此，降低旋转粘度、降低液晶层厚度和提升弹性常数均可以达到改善响应时间的目的，液晶层厚度取决于液晶显示器的设计；对于液晶组合物，降低旋转粘度和液晶厚度最有效。
技术实现思路
本专利技术提供一种含有自配向化合物的负介电各向异性液晶组合物，该液晶组合物包含通式I所代表化合物中的至少一种，其中，R1代表C1～C12的烷基或烷氧基，其中一个或多个CH2基团可以各自彼此独立地被-C≡C-、-CF2O-、-CH＝CH-、-O-、-CO-O-、-O-CO-、以O原子不直接彼此连接的方代替，其中一个或多个H原子可以被卤素代替；L1、L2和L3各自彼此独立地表示H、F、Cl、CF3、CHF2或具有C1～C5的烷基；m表示0、1、2、3、4、5或6；以及，通式II所代表化合物中的至少一种，R2代表C1～C12的直链烷基、直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；n代表0或1；A2代表：Z代表单键、-CH2CH2-或-CH2O-。通式I所代表的化合物为自配向化合物，该类化合物可以诱导液晶分子形成配向。优选地，通式I的化合物选自式I1～式I36中的一种或多种：其中，R1代表C1～C12的烷基或烷氧基，其中一个或多个CH2基团可以各自彼此独立地被-C≡C-、-CF2O-、-CH＝CH-、-O-、-CO-O-、-O-CO-、以O原子不直接彼此连接的方代替，其中一个或多个H原子可以被卤素代替。更优选地，本专利技术所提供的通式I的化合物选自式I1a～式I3a中的一种或多种：其中Ra表示具有C1～C7的直链烷基，优选C2H5、C3H7、C4H9、C5H11、C6H13或C7H15，进一步优选C3H7。最优选地，本专利技术所提供的通式I的化合物为I2a-1：在液晶组合物中，通式I代表的自配向化合物的优选用量≥0.01％，更优选为0.1-10％，进一步优选为0.1-5％，最优选为0.1-4％，尤其是选自式I1至I36的化合物。通式II所代表的化合物为含有2，3-二氟苯结构的液晶化合物(端基为-OCH2CH2F)，该类化合物具有较大的负介电各向异性和高的清亮点，用于本专利技术所述的液晶组合物中可提升组合物的负介电各向异性和清亮点。端基采用氟代乙氧基可大幅度提升介电各项异性，用于液晶组合物中可有效提升液晶组合物的介电各项异性，降低极性单体使用，增加低粘度单体使用，降低液晶组合物的旋转粘度，提升显示器的响应时间。优选地，通式II的化合物选自式IIA～式IIH中的一种或多种：其中，R2代表C1～C7的直链烷基、C2～C7的直链烯基。更优选地，通式II的化合物选自式IIA1～式IIH8中的一种或多种：最优选地，通式II的化合物选自式IIA2、IIA3、IIA5、IIB2、IIB3、IIB5、IIC2、IIC3、IIC5、IID2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有自配向化合物的负介电各向异性液晶组合物，其特征在于，包含通式I所代表化合物中的至少一种，

【技术特征摘要】
1.一种含有自配向化合物的负介电各向异性液晶组合物，其特征在于，包含通式I所代表化合物中的至少一种，其中，R1代表C1～C12的烷基或烷氧基，其中一个或多个CH2基团可以各自彼此独立地被-C≡C-、-CF2O-、-CH＝CH-、-O-、-CO-O-、-O-CO-、以O原子不直接彼此连接的方代替，其中一个或多个H原子可以被卤素代替；L1、L2和L3各自彼此独立地表示H、F、Cl、CF3、CHF2或具有C1～C5的烷基；m表示0、1、2、3、4、5或6；以及，通式II所代表化合物中的至少一种，其中，R2代表C1～C12的直链烷基、直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；n代表0或1；A2代表：Z代表单键、-CH2CH2-或-CH2O-。2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，通式I的化合物选自式I1～式I36中的一种或多种：其中，R1代表C1～C12的烷基或烷氧基，其中一个或多个CH2基团可以各自彼此独立地被-C≡C-、-CF2O-、-CH＝CH-、-O-、-CO-O-、-O-CO-、以O原子不直接彼此连接的方代替，其中一个或多个H原子可以被卤素代替；更优选地，通式I的化合物选自式I1a～式I3a中的一种或多种：其中，Ra表示具有C1～C7的直链烷基，优选C2H5、C3H7、C4H9、C5H11、C6H13或C7H15，进一步优选C3H7；最优选地，通式I的化合物为I2a-1：3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，通式II的化合物选自式IIA～式IIH中的一种或多种：其中，R2代表C1～C7的直链烷基、C2～C7的直链烯基；更优选地，通式II的化合物选自式IIA1～式IIH8中的一种或多种：最优选地，通式II的化合物选自式IIA2、IIA3、IIA5、IIB2、IIB3、IIB5、IIC2、IIC3、IIC5、IID2、IID3、IID5、IIE2、IIE3、IIE5、IIF2、IIF3、IIF5、IIG2、IIG3、IIG5、IIH2、IIH3和IIH5中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，还含有一种或多种具有通式M的可聚合化合物，所述通式M表示：RMa-AM1-(ZM1-AM2)m1-RMbM其中，RMa和RMb各自彼此独立地表示P、P-Sp-、H、卤素、SF5、NO2、烷基、烯基或者炔基，其中基团RMa和RMb的至少一个优选表示含有基团P或者P-Sp-；其中P表示可聚合基团，Sp表示间隔基团或者单键；AM1和AM2各自彼此独立地表示芳族、杂芳族、脂环族或杂环族基团，优选具有4至25个环原子，优选C原子，其还可以包含或者含有稠环，并且其可任选地被L单或多取代；L表示P、P-Sp-、OH、CH2OH、F、Cl、Br、I、-CN、-NO2、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(＝O)N(RX)2、-C(＝O)Y1、-C(＝O)RX、-N(RX)2，任选取代的甲硅烷基，任选取代的具有6至20个C原子的芳基，或者具有1至25个C原子的直链或支链烷基、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或者烷氧基羰基氧基，此外，其中一个或多个H原子也可被F、Cl，P或者P-Sp-代替，优选P、P-Sp-、H、OH、CH2OH、卤素、SF5、NO2、烷基、烯基或者炔基，Y1表示卤素；ZMl表示-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-OCO-、-O-CO-O-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-(CH2)n1-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-(CF2)n1-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-、-CH＝CH-、-COO-、-OCO-CH＝CH-、CR0R00或者单键；R0和R00各自彼此独立地表示H或者具有1至12个C原子的烷基；RX表示P，P-Sp-，H，卤素，具有1至25个C原子的直链、支链或环状烷基，此外，其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以被-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O和/或S原子彼此不直接连接的方式代替，并且此外，其中一个或多个H原子也可以被F、Cl、P或者P-Sp-代替，具有6至40个C原子的任选取代的芳基或者芳氧基，或者具有2至40个C原子的任选取代的杂芳基或者杂芳氧基；其中m1表示0,1,2,3或者4；n1表示1、2、3或者4；其中，存在的基团RMa、RMb和取代基L中的至少一个，优选一个、两个或三个，特别优选一个或两个，表示基团P或P-Sp-或者含有至少一个基团P或P-Sp-；特别优选的，式M化合物为如下：RMa和RMb各自彼此独立地表示P、P-Sp-、H、F、Cl、Br、I、-CN、-NO2、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、SF5或具有1-25个C原子的直链或支链的烷基，此外，其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以各自彼此独立地被-C(R0)＝C(R00)-、-C≡C-、-N(R00)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O和/或S原子不彼此直接连接的方式代替，并且此外，其中一个或多个H原子也可以被F、Cl、Br、I、CN,P或P-Sp-代替，其中基团RMa和RMb的至少一个表示或者含有基团P或P-Sp-；AM1和AM2各自彼此独立地表示1，4-亚苯基、环己烷-1，4-二基、萘-1，4-二基、萘-2，6-二基、菲-2，7-二基、蒽-2，7-二基、芴-2，7-二基、香豆素、黄酮，其中，在这些基团中一个或多个CH基团可以被N代替，其中，一个或多个不相邻的CH2基团可以被O和/或S代替，1，4-亚环己烯基、双环[l.1.l]戊烷-1，3-二基、双环[2.2.2]辛烷-1，4-二基、螺[3.3]庚烷-2，6-二基、哌啶-1，4-二基、十化氢萘-2，6-二基、1，2，3，4-四氢化萘-2，6-二基、茚满-2，5-二基或八氢-4，7-桥亚甲基茚满-2，5-二基，其中所有这些基团可以未取代或者被L单或多取代；L表示P、P-Sp-、OH、CH2OH、F、Cl、Br、I、-CN、-NO2、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、C(＝O)N(RX)2、-C(＝O)Y1、-C(＝O)RX、-N(RX)2、任选取代的甲硅烷基、任选取代的具有6-20个C原子的芳基，或者具有1-25个C原子的直链或支链的烷基、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或烷氧基羰基氧基，此外，其中一个或多个H原子可以被F、Cl、P或P-Sp-代替；P表示可聚合基团；Y1表示卤素；RX表示P，P-Sp-，H，卤素，具有1-25个C原子的直链、支链或环状烷基，此外，其中一个或多个不相邻的CH2基团可以被-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O和/或S原子不彼此直接连接的方式代替，并且此外，其中一个或多个H原子也可以被F、Cl、P或P-Sp-代替，具有6-40个C原子的任选取代的芳基或芳氧基，或者具有2-40个C原子的任选取代的杂芳基或杂芳氧基；进一步优选的是，其中RMa和RMb的一个或者两者表示P或者P-Sp-的式M的化合物；进一步优选地，通式M所代表的化合物选自式M1～式M41中的一种或多种：其中各基团具有如下含义：P1、P2和P3各自彼此独立地表示可聚合基团，优选地具有上下文对于P所述的含义之一，特别优选丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、氟化丙烯酸酯基、氧杂环丁烷基、乙烯基、乙烯基氧基或环氧基；Sp1、Sp2和Sp3各自彼此独立地表示单键或间隔基团，优选具有上下文对于Sp所述的含义之一，和特别优选表示-(CH2)p1-、-(CH2)p1-O-、-(CH2)p1-CO-O-或-(CH2)p1-O-CO-O-；其中p1为1-12的整数，和其中在后提及的基团中与相邻环的连接通过O原子发生；其中此外，基团P1-Sp1-、P2-Sp2-和P3-Sp3-的一个或多个可表示Raa，条件是所存在的基团P1-Sp1-、P2-Sp2-和P3-Sp3-的至少一个不表示Raa；Raa表示H、F、Cl、CN或具有1-25个C原子的直链或支链烷基，其中此外，一个或多个不相邻的CH2基团可各自彼此独立地被-C(R0)＝C(R00)-、-C≡C-、-N(R0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O和/或S原子不彼此直接连接的方式代替，和其中此外，其中一个或多个H原子也可以被F、Cl、CN或P-Sp-代替，特别优选具有1-12个C原子的直链或支链、任选单或多氟代的烷基、烷氧基、烯基、炔基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或者烷氧基羰基氧基，其中烯基和炔基具有至少两个C原子和支链基团具有至少三个C原子；R0和R00各自彼此独立且每次出现时相同或不同地表示H或具有1-12个C原子的烷基；Ry和Rz各自彼此独立地表示H、F、CH3或CF3；X1、X2和X3各自彼此独立地表示-CO-O-、-O-CO-或单键；Z1表示-O-、-CO-、-C(RyRz)-或-CF2CF2-；Z2和Z3各自彼此独立地表示-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-或-(CH2)n-，其中n为2、3或4；L每次出现时相同或不同地表示F、Cl、CN或具有1-12个C原子的直链或支链、任选单或多氟代的烷基、烷氧基、烯基、炔基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或者烷氧基羰基氧基，优选F；L’和L”各自彼此独立地表示H、F或Cl；r表示0、1、2、3或4；s表示0、1、2或3；t表示0、1或2；x表示0或1；在式Ml-M41的化合物中，优选为其中，L优选为F、Cl、CN、NO2、CH3、C2H5、C(CH3)3、CH(CH3)2、CH2CH(CH3)C2H5、OCH3、OC2H5、COCH3、COC2H5、COOCH3、COOC2H5、CF3、OCF3、OCHF2、OC2F5或P-Sp-；非常优选F、Cl、CN、CH3,C2H5、OCH3、COCH3、OCF3或P-Sp-；更优选F、Cl、CH3、OCH3、COCH3或OCF3，尤其是F或CH3；更进一步优选地，所述通式M化合物选自下列中的一种或多种可聚化合物：5.根据权利要求1-4任一所述的液晶组合物，其特征在于，还包括一种或多种通式III的化合物：其中，R31、R32各自独立地代表C1～C12的直链烷基、直链烷氧基或C2～C12的直链烯基；q代表0或1；A3代表：A4代表：Z1代表单键、-CH2CH2-或-CH2O-；优选地，所述通式III化合物选自下列中的一种或多种通式III-1至通式III-14的化合物：其中，R31代表C1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王杰，邢文丽，陈海光，姜天孟，储士红，未欣，王新颖，田会强，苏学辉，
申请(专利权)人：北京八亿时空液晶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11