含有环丙基的负介电各向异性液晶介质及其应用的制作方法

本发明属于液晶材料领域，涉及一种含有环丙基的负介电各向异性的极性化合物的液晶介质及其在显示器中的应用。

背景技术：

薄膜晶体管液晶显示器(tft-lcd)经历了漫长的基础研究阶段，在实现大生产、商业化之后，以其轻薄、环保、高性能等优点已经成为lcd应用中的主流产品：无论是小尺寸的手机屏、还是大尺寸的笔记本电脑(notebookpc)或监视器(monitor)，以及大型化的液晶电视(lcd-tv)，到处可见tft-lcd的应用。

早期商用的tft-lcd产品基本采用了tn显示模式，其最大问题是视角窄。随着产品尺寸的增加，特别是在tv领域的应用，具有广视野角特点的ips显示模式、va显示模式依次被开发出来并加以应用，尤其是基于va显示模式的改进，分别先后在各大公司得到了突破性的发展，这主要取决于va模式本身所具有的宽视野角、高对比度和无需摩擦配向等优势，再有就是，va模式显示的对比度对液晶的光学各向异性(△n)、液晶盒的厚度(d)和入射光的波长(λ)依赖度较小，必将使得va这种模式成为极具前景的显示技术。

但是，va模式等的有源矩阵寻址方式的显示元件所用的液晶介质，本身并不完美，例如残像水平要明显差于正介电各向异性的显示元件，响应时间比较慢，驱动电压比较高等缺点，此时，一些新型的va显示技术悄然而生：像psva技术即实现了mva/pva类似的广视野角显示模式，也简化了cf工艺，从而降低cf成本的同时，提高了开口率，还可以获得更高的亮度，进而获得更高的对比度，此外，由于整面的液晶都有预倾角，没有多米诺延迟现象，在保持同样的驱动电压下还可以获得更快的响应时间，残像水平也不会受到影响，但是由于像素中fineslit密集分布电极，故如果电极宽度不能均匀分布，很容易出现显示不均的问题。像uv²a技术，在保持psva技术优势的基础上，由于在tft侧没有slit结构，出现像素电极宽度不均引起的显示不均问题还得到了改进。虽然显示器件在不断的发展，但是另一方面人们还要一直致力于研究新的液晶化合物，得以使液晶介质及其应用于显示器件的性能不断的向前发展。

前期我司发明了末端基团含有(环丁基)或(环戊基)取代基的2，3-二氟苯基团的负性液晶化合物，虽然性能上具有负介电各向异性绝对值大、低黏度、大k值和高清亮点等优点，当与烷基类末端基团的化合物结合开发液晶介质时互溶性会提升，但单独使用此类化合物时相对烷基类末端基团的化合物互溶性会差一些，而一直以来，人们都不看好端基为环丙基的基团，很多文献等也写到环丙基的稳定性差，容易开环，出现游离基，但是发明人开发打破常规，做了大胆尝试，发现端位取代基为环丙基的化合物，不仅具有良好的稳定性，其互溶性也是很理想的，且低温下表现尤其突出。故本发明提供了一种含有环丙基的2，3-二氟苯基团的负性液晶化合物的液晶介质。

技术实现要素：

针对现有末端基团烷基类的2，3-二氟苯基团的负性液晶化合物存在专利的问题及含有(环丁基)或(环戊基)取代基的2，3-二氟苯基团的负性液晶化合物互溶性差的技术问题，本发明意在提供一种含有环丙基的2，3-二氟苯基团的负性液晶化合物的液晶介质。该液晶介质的光学各向异性在0.080～0.150范围内，并且具有良好的互溶性，还具有良好的稳定性，尤其在低温下比含有环戊基取代基的2，3-二氟苯基团的互溶性要优越，同时还具有低的旋转粘度、较快的响应时间和大的负介电各向异性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供了一种液晶介质，所述液晶介质包含一第一成分、一第二成分以及一第三成分，且该液晶介质的介电各向异性为负，其中该第一成分选自负介电各向异性的通式ⅰ所示的化合物族群中的至少一种化合物，该第二成分选自负介电各向异性的通式ⅱ所示的化合物族群中的至少一种化合物，该第三成分选自介电各向异性中性的通式ⅲ所示的化合物族群中的至少一种化合物

其中，

o表示0、1、2或3，b和p各自独立地表示1、2或3，a和n各自独立地表示0、1或2，且a+b≤4；

环a和环b各自独立地表示下列基团中的任一基团：

且当p＞1时，环a可以相同或不同，当n＞1时，环b可以相同或不同；

环c表示下列基团中的任一基团：

且当b＞1时，环e可以相同或不同；

l1和l2各自独立地表示氢或卤素；

z、z1和z2各自独立地表示单键、-ch2-、-ch2ch2-、-ch2o-、-coo-或-och2-中任意一种；

r1、r3和r5各自独立地表示碳原子数为1-7的直链烷基或其中这些基团中一个或多个-ch2-可被-o-、-ch＝ch-取代；

r2表示碳原子数为1-7的直链烷基、碳原子数为2-5的直链烯基；

r4表示碳原子数为1-7的直链烷基、碳原子数为2-5的直链烯基，其中这些基团中的末端基团-ch3可被取代。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：

本发明公开了一种负介电各向异性液晶介质，该液晶介质性能优异，光学各向异性在0.080～0.150范围内，并且具有低的旋转粘度、较快的响应时间、适当的负介电各向异性、高的清亮点和良好的低温可靠性，非常适用于制造va模式的液晶显示元件，尤其适合于有源矩阵显示元件，如使用ffs或ips、mva、pva、psva、uv²a效应的有源矩阵显示器。

本发明提供的通式ⅰ所示化合物，由于引入了(环丙基)取代基，不仅增大了具有极性负性的通式ⅰ所示液晶化合物在液晶介质中的互溶性，也同时提高了其清亮点和k33数值；因而使得包含有通式ⅰ所示液晶化合物的液晶介质也具有很高的清亮点、大的介电各向异性和大的k33值。正是因为通式ⅰ所示液晶化合物具有此类优点，未来将成为有源矩阵显示元件用液晶介质的所需液晶化合物。

本发明提供的通式ⅱ所示的介电负性的化合物，末端为直链烷基基团的化合物可以来降低液晶的预倾角，以改善液晶的黑态，提高对比度；末端为直链烯基基团的化合物由于其具有大的k值，在撤电后，由于本身弹性常数作用，可以间接提升其响应时间的下降时间。

本发明提供的通式ⅲ所示的介电中性的化合物，一般具有较小的黏度和良好的互溶性。根据实际需要，可以加入适量的通式ⅲ化合物来对液晶介质的各项特性进行调整。

作为优选方案：

本发明所提供的液晶介质，所述r1、r3和r5各自独立地表示碳原子数为1-7的直链烷基或烷氧基；r4表示碳原子数为1-7的直链烷基或碳原子数为2-5的直链烯基。

本发明所提供的液晶介质，所述环a和环b各自独立地表示下列基团中的任一基团：z和z1各自独立地表示单键、-ch2ch2-或-ch2o-中任意一种,z2表示单键、-coo-、-ch2ch2-或-ch2o-中任意一种；l1和l2各自独立地表示氢或氟。

作为更优选方案：

本发明所提供的液晶介质，所述通式ⅰ所示的化合物选自式ⅰ-1至ⅰ-18所示的介电负性化合物中的一种或几种；

所述通式ⅱ所示的化合物选自式ⅱ-1至ⅱ-16所示的介电负性化合物中的一种或几种；

所述通式ⅲ所示的化合物选自式ⅲ-1至ⅲ-16所示的介电中性化合物中的一种或几种；

进一步对所提供液晶介质进行百分含量的优选方案：

本发明所提供的液晶介质，所述的液晶介质包含重量百分含量1～50％的通式ⅰ所示的介电负性化合物、重量百分含量1～75％的通式ⅱ所示的介电负性化合物和重量百分含量10～60％的通式ⅲ所示的介电中性化合物。

更进一步优选百分含量的方案：

本发明所提供的液晶介质包含重量百分含量1％～45％的通式ⅰ所示的介电负性化合物、重量百分含量1～50％的通式ⅱ所示的介电负性化合物和重量百分含量20～55％的通式ⅲ所示的介电中性化合物。

以上液晶介质的光学各向异性均可以在0.080～0.150范围内。

通过上述各化合物进行选择，并对其重量百分含量进行适当调整，液晶介质可以获得不同的介电各向异性、清亮点和双折射特性，便于在不同液晶盒厚和不同驱动电压下使用，适用范围非常广。

本发明所提供的液晶介质，所述液晶介质还可以包含一种或多种通式ⅳ所示的可聚合化合物，所述一种或多种通式ⅳ所示的可聚合化合物的总重量百分含量大于0％且小于或等于5％；

其中，

环f和环e各自独立地选自苯基、甲基代的亚苯基、二甲基代的亚苯基、氟代的亚苯基和/或二氟代的亚苯基中的至少一种；

l和m各自独立地表示1或2。

作为优选方案：

本发明所提供的液晶介质中所包含的通式ⅳ优选为式ⅳ-1至式ⅳ-8所示的可聚合化合物；

本发明所提供的液晶介质，另外还可以包含组分浓度在0.01％-0.5％之间以下一种或几种添加剂：uv稳定剂、抗氧化剂、手征向掺杂剂、聚合起始剂。

本发明还公开了以上液晶介质在有源矩阵显示元件中应用，如ffs或ips、mva、pva、psva、uv²a等基于va效应的有源矩阵显示器中的应用。

通过使用本发明中的通式ⅰ的介电负性化合物，加之优化组合和优化配比，并另外采用其它几种甚至十几种具有特点的液晶化合物混合从而达到显示器所要求的性能参数，具有负介电各向异性绝对值大、低黏度和适当清亮点的特点，从而开发出新的性能优异的va模式显示用液晶材料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

下述实施例中所涉及的份数均为重量百分含量，温度单位为℃，其他符号的具体意义及测试条件如下：

s-n表示液晶的晶态到向列相的熔点(℃)；

c.p.表示液晶的清亮点(℃)，测试仪器：mettler-toledo-fpsystem显微热分析仪；

γ1为旋转粘度(mpa·s)，测试条件为：25℃、instec:alct-ir1、18微米垂直盒；

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；

△ε表示介电各向异性，△ε＝ε∥-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，△n＝no-ne，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℃；

下面的实施例1～11分别按比例称取液晶化合物，制备得液晶介质。所使用的各种液晶单体均可以通过公知的方法进行合成，或通过商业途径获得。

制备液晶介质所用的设备和仪器为：

(1)电子精密天平(精确度0.1mg)

(2)不锈钢烧杯：用于称量液晶

(3)勺子：用于加入单体

(4)磁力转子：用于搅拌

(5)控温电磁搅拌器

液晶介质的制备方法包括以下步骤：

(1)将所用单体按顺序摆放整齐；

(2)把不锈钢烧杯放置在天平上，用小勺将单体盛入不锈钢烧杯中；

(3)依次按所需重量添加单体液晶；

(4)把加好料的不锈钢烧杯放置在磁力搅拌仪器上加热融化；

(5)待不锈钢烧杯中混合物大部份融化后，往不锈钢烧杯中加入一颗磁力转子，将液晶混合物搅拌均匀，冷却到室温后即得液晶介质。

将所得的液晶介质填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。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均列于表中。表1～11对应实施例1～11。

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

表9实施例9的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表10实施例10的液晶组合物的组分配比及其性能参数

表11实施例11的液晶组合物的组分配比及其性能参数

对于环戊基、环丁基与环丙基的互溶性，我们也进行了一些的简单的实验：我们先配制一个简单的母体，再分别向母体中添加这三类单体，考察这些单体在母体中的溶解性，添加至对比的环丁基或环戊基样品出现常温晶析为止，即可判断其互溶性。

母体混合物vamt的组分配比如下：

互溶性实验：