CN101712874A - 一种大光学各向异性的液晶组合物 - Google Patents

一种大光学各向异性的液晶组合物 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大光学各向异性的液晶组合物。它包括通式I所示的至少一种化合物作为第一组分,通式II所示的至少一种化合物作为第二组分,通式III所示的至少一种化合物作为第三组分,通式IV所示的至少一种化合物作为第四组分,还可以包括手性掺杂剂作为第五组分,第一组分到第五组分的含量分别为组合物的15~99、1~60、10~80、1~50、0-50重量份数。本发明的组合物具有较大的光学各向异性,足够宽的向列相温度范围,较低的粘度和较好的抗紫外性能。同时该组合物与聚合物材料具有良好的互溶性和稳定性,能够满足PDLC显示及多稳态显示等显示器件对液晶材料的要求;具有较好的光电性能。

Description

一种大光学各向异性的液晶组合物
技术领域
本发明涉及一种液晶显示用的液晶组合物。尤其是指一种大光学各向异性的液晶材料组合物,本发明所示的大光学各向异性的液晶材料组合物可用于TN显示、STN显示、PDLC显示及多稳态显示等领域。
背景技术
目前为止,所描述的各种液晶显示方式都工作在透明态-吸收态或透明态-反射态之间,聚合物分散型液晶显示(Polymer Dispersed Liquid Crystal-PDLC)则工作在散射态-透明态之间。形成PDLC的基本方式是将低分子液晶与聚合物粘接剂相混合形成微米级的液晶微滴,然后在一定条件下形成PDLC膜。
在PDLC显示中,为了得到足够大的散射效果,要求液晶的光学各向异性(Δn)大于0.2,其次要求聚合物材料的折射率(np)与液晶材料的折射率(no)相匹配。折射率(np)和非寻常光光学各向异性(ne)的差别越大,散射效果越好。在不加电场时,由于np≠ne,入射光被PDLC膜散射,PDLC膜呈现乳白色。在加电场时,由于np≈no,光透过PDLC膜,膜呈透明态,np与no越接近,膜就越透明。在介电各向异性(Δε)大于0的向列相液晶中,液晶分子随电场取向,因而液晶分子垂直于PDLC膜。
光学各向异性(Δn)是液晶化合物的一项重要物理特性。光学各向异性在很大程度上是受液晶分子中芳香成分和π键末端基团支配的,因此,这个性质实际上是与分子的介电各向异性有关,具有大介电各向异性的分子常常也有大的Δn,但是也有例外的情况存在。在同系列化合物组成的混合物中,Δn常常与组分的浓度成线性关系。因此一般含氰基、酯基、烷氧基、苯环或炔键的液晶都具有较大的光学各向异性。普通的TN、STN显示用混合液晶材料的Δn一般在0.12至0.20之间,TFT显示用液晶材料的Δn一般在0.065至0.135之间,而PDLC及多稳态显示用液晶材料的Δn一般需要大于0.20。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种光学各向异性较大的混合液晶材料,其光学各向异性Δn大于0.20,并具有较宽的向列相温度范围。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:
一种大光学各向异性液晶组合物,该组合物包括
a)选自通式(I)所示的至少一种化合物作为第一组分,所述第一组分的含量为组合物的15~99重量份数;
Figure G2009101752279D0000021
在通式(I)中:
R11是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基,R12是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基;
X1、X2、Y1、Y2为0或1或2的整数,但不能同时为0;A为碳碳单键、-CH2CH2-、-COO-、-OCH2-、-OCF2-、-C≡C-中的一种;
Figure G2009101752279D0000022
中的一种;
L1、L2、L3是H、F、CL、Br、CN中的一种或几种;
b)选自通式(II)所示的至少一种化合物作为第二组分,所述第二组分的含量为组合物的1~60重量份数;
Figure G2009101752279D0000024
在通式(II)中,R21是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基;X3、Y3为0或1或2的整数;L4、L5是H、F、CL、Br、CN中的一种或几种;
Figure G2009101752279D0000031
Figure G2009101752279D0000032
中的一种;
c)选自通式(III)所示的至少一种化合物作为第三组分,所述第三组分的含量为组合物的10~80重量份数;
Figure G2009101752279D0000033
在通式(III)中,R31是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基;X4、Y4为0或1或2的整数;L6、L7、L8、L9是H、F、CL、Br、CN中的一种或几种;
Figure G2009101752279D0000034
中的一种;
d)选自通式(IV)所示的至少一种化合物作为第四组分,所述第四组分的含量为组合物的1~50重量份数;
Figure G2009101752279D0000036
在通式(IV)中,R41是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基,R42是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基;X5、Y5为1或2的整数;
Figure G2009101752279D0000037
Figure G2009101752279D0000038
中的一种。
本发明的一种大光学各向异性液晶组合物还可以包括:
e)手性掺杂剂作为第五组分,所述第五组分的含量为组合物的0-50重量份数。
上述的手性掺杂剂主要包括但不仅限于以下几种物质:
Figure G2009101752279D0000039
本发明的各组分的化合物进一步优选限定如下:
组合物的第一组分主要是通式(Ia)~(Ij)所示的化合物:
Figure G2009101752279D0000042
Figure G2009101752279D0000051
在通式(Ia)~(Ij)中:
R1是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基,R2是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基。
组合物的第二组分主要是通式(IIa)~(IIg)所示的化合物:
Figure G2009101752279D0000052
在通式(IIa)~(IIg)中:
R是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基。
组合物的第三组分主要是通式(IIIa)~(IIIn)所示的化合物:
Figure G2009101752279D0000061
Figure G2009101752279D0000071
在通式(IIIa)~(IIIn)中:
R是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基。
组合物的第四组分主要是通式(IVa)~(IVb)所示的化合物:
Figure G2009101752279D0000072
在通式(IVa)~(IVb)中:
R1是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基,R2是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基。
由于采用了上述技术方案,本发明所取得的技术进步在于:
本发明的混合液晶材料组合物,具有足够宽的向列相温度范围和较大的光学各向异性Δn,其Δn大于0.20,并具有较低的粘度和较好的抗紫外性能。加入手性掺杂剂可以进一步调节本发明液晶材料的螺距,进而实现多稳态显示要求中的布拉格反射。本发明的组合物的各项技术指标在具体实施方式中详细说明。同时该组合物与聚合物材料具有良好的互溶性和稳定性,具有较好的光电性能,能够满足TN显示、STN显示、PDLC显示及多稳态显示等显示器件对液晶材料的要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明内容进行详细的说明,但本发明的范围并不限于这些实施例。实施例中各化合物的含量为重量份数。
实施例1
本实施例的大光学各向异性液晶组合物由如下组分组成:
3份
Figure G2009101752279D0000081
3份
Figure G2009101752279D0000082
10份
Figure G2009101752279D0000083
10份
Figure G2009101752279D0000084
10份
Figure G2009101752279D0000085
10份
Figure G2009101752279D0000086
10份
10份
Figure G2009101752279D0000088
4份
Figure G2009101752279D0000089
5份
Figure G2009101752279D00000810
7份
Figure G2009101752279D00000811
8份
Figure G2009101752279D00000812
5份
Figure G2009101752279D00000813
5份
将本实施例所述的液晶组合物按照本领域常用的方法制备成聚合物分散型液晶显示器件(PDLC)。该液晶组合物性能参数为:
清亮点(向列相到各向同性的转变温度)Cp:120.6℃,20℃时的体积粘度η:61mm2s-1,光学各向异性(589nm,20℃)Δn:0.219,非寻常光光学各向异性(589nm,20℃)ne:1.733,介电各向异性(1KHZ,25℃)Δε:11.2,在相对透光率达到90%时的特征电压即阈值电压(25℃)V90:1.95V,在相对透光率达到10%的特征电压(25℃)V10:2.72V,陡度(V10/V90)P:1.39。阈值电压、饱和电压和介电各向异性测试均采用90度扭曲右旋7.0微米TN型液晶盒。
实施例2
本实施例的大光学各向异性液晶组合物由如下组分组成:
Figure G2009101752279D0000091
10份
Figure G2009101752279D0000092
7份
Figure G2009101752279D0000093
5份
Figure G2009101752279D0000094
3份
Figure G2009101752279D0000095
6份
Figure G2009101752279D0000096
6份
Figure G2009101752279D0000097
6份
Figure G2009101752279D0000098
5份
6份
3份
Figure G2009101752279D00000911
3份
Figure G2009101752279D00000912
5份
Figure G2009101752279D00000913
5份
Figure G2009101752279D00000914
15份
Figure G2009101752279D0000101
9份
Figure G2009101752279D0000102
6份
将本实施例所述的液晶组合物按照本领域常用的方法制备成具有多稳态性质的液晶显示器件。该液晶组合物具有如下性能参数:
Cp:103.3℃,η:241mm2s-1,Δn:0.232,ne:1.740,Δε:1.4,V90:4.61V,V10:6.46V,P:1.40。
实施例3
本实施例的大光学各向异性液晶组合物由如下组分组成:
Figure G2009101752279D0000103
7份
Figure G2009101752279D0000104
8份
8份
6份
Figure G2009101752279D0000107
5份
Figure G2009101752279D0000108
4份
Figure G2009101752279D0000109
8份
Figure G2009101752279D00001010
8份
6份
Figure G2009101752279D0000111
3份
Figure G2009101752279D0000112
5份
4份
Figure G2009101752279D0000114
7份
Figure G2009101752279D0000115
4份
7份
Figure G2009101752279D0000117
5份
Figure G2009101752279D0000118
5份
该液晶组合物具有如下性能参数:
Cp:116.5℃,η:39mm2s-1,Δn:0.247,ne:1.759,Δε:4.9,V90:2.85V,V10:3.94V,P:1.38。
实施例4
本实施例的大光学各向异性液晶组合物由如下组分组成:
Figure G2009101752279D0000119
4份
8份
Figure G2009101752279D00001111
8份
Figure G2009101752279D0000121
4份
Figure G2009101752279D0000122
7份
Figure G2009101752279D0000123
7份
Figure G2009101752279D0000124
6份
Figure G2009101752279D0000125
5份
Figure G2009101752279D0000126
5份
Figure G2009101752279D0000127
6份
Figure G2009101752279D0000128
7份
Figure G2009101752279D0000129
7份
Figure G2009101752279D00001210
6份
Figure G2009101752279D00001211
7份
Figure G2009101752279D00001212
3份
Figure G2009101752279D00001213
3份
Figure G2009101752279D0000131
2份
2份
Figure G2009101752279D0000133
3份
该液晶组合物具有如下性能参数:
Cp:112.6℃,η:49mm2s-1,Δn:0.291,ne:1.812,Δε:6.0,V90:2.50V,V10:3.50V,P:1.40。
实施例5
本实施例的大光学各向异性液晶组合物由如下组分组成:
Figure G2009101752279D0000134
5份
Figure G2009101752279D0000135
6份
4份
Figure G2009101752279D0000137
7份
Figure G2009101752279D0000138
7份
Figure G2009101752279D0000139
8份
Figure G2009101752279D00001310
8份
Figure G2009101752279D0000141
3份
Figure G2009101752279D0000142
6份
Figure G2009101752279D0000143
7份
Figure G2009101752279D0000144
7份
Figure G2009101752279D0000145
6份
Figure G2009101752279D0000146
7份
Figure G2009101752279D0000147
3份
3份
Figure G2009101752279D0000149
2份
Figure G2009101752279D00001410
2份
3份
Figure G2009101752279D00001412
2份
Figure G2009101752279D00001413
4份
该液晶组合物具有如下性能参数:
Cp:117.9℃,η:65mm2s-1,Δn:0.300,ne:1.820,Δε:10.1,V90:2.00V,V10:2.71V,P:1.35。
实施例6
本实施例的大光学各向异性液晶混合物由如下组分组成:
实施例2所述液晶        65份
CB15                   23.1份
R1011                  2.8份
R811                   2.8份
R001                   2.8份
R002                   3.5份
Cp:62.5℃,λ(多稳态液晶主反射波长,5.0μm盒):492nm。
实施例7
本实施例的大光学各向异性液晶混合物由如下组分组成:
实施例2所述液晶        75份
CB15                   16.5份
R1011                  2份
R811                   2份
R001                   2份
R002                   2.5份
Cp:73.2℃,λ(多稳态液晶主反射波长,5.0μm盒):695nm。

Claims (7)

1.一种大光学各向异性的液晶组合物,其特征在于:该组合物包括通式(I)~(IV)所示的化合物
a)选自通式(I)所示的至少一种化合物作为第一组分,所述第一组分的含量为组合物的15~99重量份数;
Figure F2009101752279C0000011
在通式(I)中:R11、R12是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基;X1、X2、Y1、Y2为0或1或2的整数,但不能同时为0;A为碳碳单键、-CH2CH2-、-COO-、-OCH2-、-OCF2-、-C≡C-中的一种;
Figure F2009101752279C0000012
Figure F2009101752279C0000013
中的一种;L1、L2、L3是H、F、CL、Br、CN中的一种或几种;
b)选自通式(II)所示的至少一种化合物作为第二组分,所述第二组分的含量为组合物的1~60重量份数;
Figure F2009101752279C0000014
在通式(II)中,R21是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基;X3、Y3为0或1或2的整数;L4、L5是H、F、CL、Br、CN中的一种或几种;
Figure F2009101752279C0000016
中的一种;
c)选自通式(III)所示的至少一种化合物作为第三组分,所述第三组分的含量为组合物的10~80重量份数;
Figure F2009101752279C0000021
在通式(III)中,R31是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基;X4、Y4为0或1或2的整数;L6、L7、L8、L9是H、F、CL、Br、CN中的一种或几种;
Figure F2009101752279C0000022
中的一种;
d)选自通式(IV)所示的至少一种化合物作为第四组分,所述第四组分的含量为组合物的1~50重量份数;
Figure F2009101752279C0000023
在通式(IV)中,R41、R42是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基;X5、Y5为1或2的整数;中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种大光学各向异性的液晶组合物,其特征在于:还包括
e)手性掺杂剂作为第五组分,所述第五组分的含量为组合物的0-50重量份数。
3.根据权利要求2所述的一种大光学各向异性的液晶组合物,其特征在于所述手性掺杂剂主要包括以下几种物质:
Figure F2009101752279C0000025
Figure F2009101752279C0000031
4.根据权利要求1所述的一种大光学各向异性的液晶组合物,其特征在于所述第一组分主要是通式(Ia)~(Ij)所示的化合物:
Figure F2009101752279C0000032
在通式(Ia)~(Ij)中,R1、R2是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基。
5.根据权利要求1所述的一种大光学各向异性的液晶组合物,其特征在于所述第二组分主要是通式(IIa)~(IIg)所示的化合物:
Figure F2009101752279C0000041
在通式(IIa)~(IIg)中,R是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基。
6.根据权利要求1所述的一种大光学各向异性的液晶组合物,其特征在于所述第三组分主要是通式(IIIa)~(IIIn)所示的化合物:
Figure F2009101752279C0000042
Figure F2009101752279C0000051
在通式(IIIa)~(IIIn)中,R是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基。
7.根据权利要求1所述的一种大光学各向异性的液晶组合物,其特征在于所述第四组分主要是通式(IVa)~(IVb)所示的化合物:
Figure F2009101752279C0000061
在通式(IVa)~(IVb)中,R1、R2是含1~10个碳原子的直链烷基或烷氧基。
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