[发明专利]非对称三联苯类液晶化合物

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，特别涉及非对称三联苯类化合物。

背景技术

液晶材料是由多种小分子有机化合物组成的，这些小分子的主要结构特征是棒状分子结构。向列型液晶显示器的发展主要经历了三个阶段：即第一代扭曲向列相液晶显示(TN-LCD)，代表结构为联苯腈类化合物；第二代超扭曲向列相液晶显示(STN-LCD)，代表结构为二苯乙炔类、乙基桥键类、链烯基类化合物；第三代薄膜晶体管阵列驱动液晶显示(TFT-LCD)，代表结构为含氟类化合物。目前，在液晶显示材料中，TN-LCD已逐步迈入衰退期，市场需求逐渐萎缩，而且生产能力过剩，价格竞争激烈，已不具备投资价值。STN-LCD将逐渐进入成熟期，市场需求稳步上升，生产技术完全成熟。而TFT-LCD在全球范围内正进入新一轮快速增长期，市场需求急剧增长，有望成为21世纪最有发展前途的显示材料之一。

TFT-LCD虽然利用TN型电光效应原理，但是TFT-LCD用液晶材料与传统液晶材料有所不同。除了要求具备良好的物化稳定性、较宽的工作温度范围之外，TFT-LCD用液晶材料还需具备以下特性：

(1)低粘度，20℃时粘度应小于35mPa·s，以满足快速响应的需要；

(2)高电压保持率(V.H.R)，这意味液晶材料必须具备较高的电阻率，一般要求至少大于1012Ω·cm；

(3)较低的阈值电压(Vth)，以达到低电压驱动，降低功耗的目的；

(4)与TFT-LCD相匹配的光学各向异性(Δn)，以消除彩虹效应，获得较大的对比度和广角视野。Δn值范围应在0.07～0.11之间。

在TN、STN液晶显示中广泛使用端基为氰基的液晶材料，如含氰基的联苯类、苯基环己烷类液晶，尽管其具有较高的介电各向异性(Δε)以及良好的电光性能，但研究表明，含端氰基的化合物易于引入离子性杂质，电压保持率低；其粘度与具有相同分子结构的含氟液晶相比仍较高，这些不利因素限制了该类化合物在TFT-LCD中的应用。酯类液晶具有合成方法简单、种类繁多的特点，而且相变区间较宽，但其较高的粘度导致在TFT-LCD配方中用量大为减少。而含氟类液晶具有黏度低、电阻率高、响应速度较快、介电常数较高等优点，非常适合薄膜场效应晶体管驱动的液晶显示。由于氟原子具有电子效应、模拟效应、阻碍效应和渗透效应等特殊的性质，因此在液晶材料中引入氟原子会使液晶许多性质发生改变。另外，氟的脂溶性使末端及侧链含氟的化合物在混合液晶配方中能明显增加其他液晶成分的溶解性，特别适用于混合液晶的配方。由于这些优良特点，含氟液晶具有广阔的应用前景。因此，开发满足上述要求的新型含氟液晶化合物成为液晶化学研究工作的重点。

根据含氟基团的位置和种类，目前含氟液晶可分为以下几类：(1)液晶分子末端含氟原子或含氟基团。如-F、-CF₃、-OCF₃，通常这类液晶的介电各向异性为正，黏度很低。(2)氟原子或含氟基团作为苯环的侧向取代基。其中包括①苯环侧向单氟取代；②苯环侧向二氟取 代；③苯环侧向全氟取代。这样的液晶往往有较大的各向异性，黏度很低，向列相温区加宽，分子偶极矩以及Δε增大，阈值电压降低。(3)氟原子或含氟基团位于中心桥键。在桥键上引入氟原子使分子发生一定程度的扭转，导致液晶熔点下降，可以得到低熔点的液晶材料。

研究表明在TFT-LCD配方中广泛使用的单体液晶的典型分子结构主要有下列几类：其中R为直链烷烃或烷氧基；A为单键、-CH2CH2-、-C-O-、-C≡C-等；X为F、Cl、CF3、OCF3、OCHF2。合成这类化合物的关键步骤是碳-碳键的形成。除了格氏试剂与卤代芳烃的Kumada交叉偶联反应以外，当前构建Ar-Ar键最常用的方法是芳基硼酸与卤代芳烃在过渡金属催化下进行的Suzuki交叉偶联反应。该反应条件温和，底物适用性广，但存在的不足之处在于所用的有机金属试剂价格较昂贵、制备比较繁琐。因此，从反应简捷和原料易得的角度来考虑，利用多氟芳烃经过C-H键活化后，实现与卤代芳烃的偶联无疑是最直接、最有效的方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是获得能够提升液晶材料综合性能，特别是对提高介电各向异性值、降低粘度、拓展显示用向列相温度范围等方面具有积极作用的一系列新型含氟液晶化合物。

(二)技术方案

本发明的结构式为式I化合物：

其中：