CN102433132B - 一种向列型液晶组合物 - Google Patents

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CN102433132B CN 201110252801 CN201110252801A CN102433132B CN 102433132 B CN102433132 B CN 102433132B CN 201110252801 CN201110252801 CN 201110252801 CN 201110252801 A CN201110252801 A CN 201110252801A CN 102433132 B CN102433132 B CN 102433132B
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Abstract

本发明涉及一种向列型液晶组合物,其含有:(1)1~30%重量的一种或多种I类化合物;(2)1~30%重量的一种或多种II类化合物;(3)1~40%重量的一种或多种III类化合物;(4)1~50%重量的一种或多种IV类化合物;(5)1~20%重量的一种或多种V类化合物;(6)0~20%重量的一种或多种VI类化合物;(7)0~20%重量的一种或多种VII类化合物;(8)0.05~0.5%重量的旋光性组分。本发明的向列型液晶组合物性能优异,其低粘度、具有较低的电压、高的电阻率及电压保持率,并且具有不同阈值电压和Δn特性。其尤其适用于TFT液晶显示。

Description

一种向列型液晶组合物
技术领域
本发明涉及液晶材料领域。具体地说,涉及一种低粘度、较大的Δn数值、高电荷保持率、低阈值电压、快速响应的向列型液晶组合物,其适用于TFT液晶显示。
背景技术
目前,液晶在信息显示领域得到广泛应用,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.Reflective Liquid CrystalDisplays.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。为此,已经提出许多不同的结构,特别是在向列型液晶领域,向列型液晶化合物迄今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Friedrich Reinitzer发现了第一种液晶材料安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)。1917年Manguin发明了摩擦定向法,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De Gennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher1933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发明了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(Super Twisred Nematic:STN)模式以及P.Brody在1972年提出的有源矩阵(Active matrix: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,TFT-LCD产品技术已经成熟,成功地解决了视角、分辨率、色饱和度和亮度等技术难题,其显示性能已经接近或超过CRT显示器。大尺寸和中小尺寸TFT-LCD显示器在各自的领域已逐渐占据平板显示器的主流地位。但是因受液晶材料本身的限制,TFT-LCD仍然存在着响应不够快,电压不够低,电荷保持率不够高等诸多缺陷。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种向列型液晶组合物。
本发明的向列型液晶组合物含有:(1)1~30%重量的一种或多种I类化合物;
(2)1~30%重量的一种或多种II类化合物;
(3)1~40%重量的一种或多种III类化合物;
(4)1~50%重量的一种或多种IV类化合物;
(5)1~20%重量的一种或多种V类化合物;
(6)0~20%重量的一种或多种VI类化合物;
(7)0~20%重量的一种或多种VII类化合物;
(8)占所述(1)~(7)化合物总量的0.05~0.5%重量的旋光性组分;
其中,所述I类化合物如式I所示:
Figure BDA0000087499290000031
式I中,R1表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;Y为-H或-F;
L表示-F或-Cl;A为反式1,4-环己基或1,4-亚苯基;
所述II类化合物如式II所示:
Figure BDA0000087499290000032
式II中,R2、R3独立表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;
所述III类化合物如式III所示:
Figure BDA0000087499290000033
式III中,R4表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;Y为-H或-F;L表示-F或-Cl。
所述IV类化合物如式IV所示:
Figure BDA0000087499290000041
式IV中,R5表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;Y为-H或-F;L表示-F或-Cl。
所述V类化合物如式V所示:
Figure BDA0000087499290000042
式V中,R6表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;Y为-H或-F;A为反式1,4-环己基或1,4-亚苯基;
所述VI类化合物如式VI所示:
Figure BDA0000087499290000043
式VI中,R7表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;X为-(CH2)2-或单键;
所述VII类化合物如式VII所示:
Figure BDA0000087499290000044
式VII中,R8表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;Y为-H或-F;
另外,所述的液晶组合物,包括:
所述I类化合物的含量为20~30%重量;
所述II类化合物的含量为5~20%重量;
所述III类化合物的含量为10~30%重量;
所述IV类化合物的含量为20~25%重量;
所述V类化合物的含量为5~20%重量;
所述VI类化合物的含量为0~15%重量,且式VI所示的任意一个单一组分不超过15%重量;
所述VII类化合物的含量为0~15%重量,且式VII所示的任意一个单一组分不超过15%重量;
所述旋光组分的含量为0.07~0.2%。
另外,所述的R1~R8均为碳原子数为2~5的烷基。
另外,所述旋光性组分选自下列化合物中的一种或几种:
Figure BDA0000087499290000051
所述各旋光组分中标记*的碳原子为手性碳,所述旋光分子可为左旋体或右旋体中的任一种,但不能为消旋体。
另外,本发明提供一种所述的液晶组合物在制造快速响应薄膜晶体管液晶显示器件中的应用。
在本发明中,式I~V所示的化合物为必要组分。其中,式I所示的化合物具有较低的粘度,较小的Δn数值,可以有效降低液晶组合物的响应时间,调节液晶组合物的Δn值。式II所示的化合物具有大的Δn数值和高的清亮点。式III和IV所示的化合物具有较高的清亮点,较大的Δε值,可以有效降低液晶组合物阈值电压的同时提高清亮点,与此同时,此类化合物对于改善液晶组合物的低温互溶性起到重要的作用。式V代表的化合物具有大的Δε,可以有效的降低液晶组合物的阈值电压,同时降低响应时间。式VI~VII所示的液晶化合物用于调节液晶组合物的Δn、清亮点、阈值电压等性能参数。
另外,本发明所述的旋光性组分无特殊限制,也可使用来源于北京八亿时空液晶材料科技有限公司的材料。
对于本发明所述的液晶混合物若用于TN-TFT模式液晶显示中加入旋光性组分的作用是使液晶化合物在液晶盒中扭曲90°,不至发生欠扭而影响显示效果,其含量为0.05-0.5%,优选0.07-0.2%。
本发明所述的向列型液晶组合物,还可以含有通常的向列液晶、碟状液晶、胆甾醇型液晶等的一种或多种作为本发明中的一个组分(非添加剂)。
本发明的液晶组合物可采用常规方法制备,例如可以例举将多种组分在高温下混合并彼此溶解的方法制备;或者将其中含量较小的组分在较高的温度下溶解在含量较大的主要组分中,或将各组分分别在有机溶剂中溶解,然后将溶液混合后去除溶剂后得到。其中,所用溶剂可以是丙酮、氯仿或甲醇等常用有机溶剂。
本发明的向列型液晶组合物性能优异,其低粘度、具有较低的电压,高的电阻率及电压保持率。通过对各组分含量的调整,本发明所述的向列型液晶组合物可以具有不同阈值电压和Δn特性。另外,可以做成客户通常所用的四瓶或六瓶体系,便于在不同盒厚和不同驱动电压下使用。本发明的液晶组合物所具有的双折射的Δn在0.100~0.130之间,其尤其适用于TFT液晶显示。以本发明的液晶化合物为原料制作液晶显示器,尤其在TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)中得到应用,所制造的显示器件具有驱动电压低、快速响应等优点。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
在本申请和下述实施例中,液晶化合物各组分的结构通过下述首字母缩写词来表示:
Figure BDA0000087499290000071
Figure BDA0000087499290000081
除非另有说明,上下文中,百分比为重量百分比,所有的温度以摄氏度给出。本发明中使用下述缩写:m.p=熔点,c.p=清亮点,此外C=晶态,N=相列相,S=近晶相,I=各向同性相,其中在这些符号之间的数据表示转变温度。Δn为光学各向异性,n0为折射率(589nm,20℃)。η(mm2/s,20℃)为体积粘度。Δε为介电常数各向异性(20℃,1000Hz)。V10阈值电压=在相对10%对比度时的特征电压(V,20℃,),V90饱和电压=在相对90%对比度时的特征电压(V,20℃,)。Ton为直至达到最大对比度90%时接通时的时间,toff直至达到最大对比度10%时切断时的时间,τ为ton+toff(响应时间)(ms)。除非另有说明,所有光学数据均在20℃下测量。
本发明中实施例所涉及的混合液晶制备方法如下:
均匀液晶的制备采用业内普遍使用的热溶解方法,首先用天平按重量百分比称量液晶化合物,其中称量加入顺序无特定要求,通常以液晶化合物熔点由高到低的顺序依次称量混合,在60-100℃下加热搅拌使得各组分熔解均匀,再经过滤、旋蒸,最后封装即得目标样品。除此之外,也可用专利CN101502767A所涉及方法进行均匀液晶的制备。
另外,本发明中所用的旋光性组分均来自于北京八亿时空液晶材料科技有限公司,所述旋光组分:
所述旋光性组分为:
Figure BDA0000087499290000091
实施例1
取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物,具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表1.1及1.2:
表1.1液晶组合物中各组分的重量百分比(%)
  组分化合物   类别   重量百分比(%)
  5CP-F   I   10
  3PP-F.F   I   10
  2PP-FP3   II   2
  2PP-FP5   II   2
  3PP-FP5   II   2
  2PP-C2H4-P-F   VI   8
  5PP-C2H4-P-F   VI   8
  3CPP-F.F   III   9
  5CPP-F.F   III   9
  2CCP-F.F   IV   10
  3CCP-F.F   IV   6
  4CCP-F.F   IV   6
  3CCP-OCF3   V   3
  5CCP-OCF3   V   3
  3CCPP-F.F   VII   7
  2CCP-F.OCF3   V   5
  S2011   旋光组分   0.1
表1.2液晶组合物的性质
  性质参数   参数值
  V10[V,20℃]   2.10
  η[mm2/s,20℃]   18.2
  Cp[℃]   78.8
  Δn[20℃,589nm]   0.125
  τ[ms]   42
实施例2
取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物,具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表2.1及2.2:
表2.1液晶组合物中各组分的重量百分比(%)
  组分化合物   类别   重量百分比(%)
  5CP-F   I   9
  5CP-Cl   I   4
  3PP-F.F   I   12
  2PP-FP3   II   2
  2PP-FP5   II   3
  3PP-FP5   II   3
  2PP-C2H4-P-F   VI   7
  5PP-C2H4-P-F   VI   7
  3CPP-F.F   III   8
  5CPP-F.F   III   8
  2CCP-F.F   IV   10
  3CCP-F.F   IV   6
  4CCP-F.F   IV   8
  3CCPP-F.F   VII   7
  3CCP-F.OCF3   V   6
  S811   旋光组分   0.1
表2.2液晶组合物的性质
  性质参数   参数值
  V10[V,20℃]   2.02
  η[mm2/s,20℃]   18.1
  Cp[℃]   72.0
  Δn[20℃,589nm]   0.124
  τ[ms]   41
实施例3
取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物,具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表3.1及3.2:
表3.1液晶组合物中各组分的重量百分比(%)
  组分化合物   类别   重量百分比(%)
  5CP-F   I   5
  5CP-Cl   I   4
  3PP-F.F   I   15
  2PP-FP3   II   2
  2PP-FP5   II   3
  3PP-FP5   II   3
  2PP-C2H4-P-F   VI   6
  5PP-C2H4-P-F   VI   7
  3CPP-F.F   III   8
  5CPP-F.F   III   9
  2CCP-F.F   IV   10
  3CCP-F.F   IV   6
  4CCP-F.F   IV   9
  3CCPP-F.F   VII   7
  3CCP-F.OCF3   V   6
  R2011   旋光组分   0.1
表3.2液晶组合物的性质
  性质参数   参数值
  V10[V,20℃]   1.94
  η[mm2/s,20℃]   19.2
  Cp[℃]   71.5
  Δn[20℃,589nm]   0.125
  τ[ms]   42.5
实施例4
取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物,具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表4.1及4.2:
表4.1液晶组合物中各组分的重量百分比(%)
  组分化合物   类别   重量百分比(%)
  5CP-F   I   6
  5CP-Cl   I   4
  3PP-F.F   I   14
  2PP-FP3   II   2
  2PP-FP5   II   2
  3PP-FP5   II   2
  2PP-C2H4-P-F   VI   6
  5PP-C2H4-P-F   VI   7
  3CPP-F.F   III   8
  5CPP-F.F   III   10
  2CCP-F.F   IV   10
  3CCP-F.F   IV   6
  4CCP-F.F   IV   9
  3CCPP-F.F   VII   7
  3CCP-F.OCF3   V   7
  R811   旋光组分   0.1
表4.2液晶组合物的性质
  性质参数   参数值
  V10[V,20℃]   1.92
  η[mm2/s,20℃]   18.7
  Cp[℃]   71.0
  Δn[20℃,589nm]   0.122
  τ[ms]   43
实施例5
取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物,具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表5.1及5.2:
表5.1液晶组合物中各组分的重量百分比(%)
  组分化合物   类别   重量百分比(%)
  5CP-F   I   10
  5CP-Cl   I   7
  3PP-F.F   I   9
  2PP-FP3   II   5
  2PP-FP5   II   5
  3PP-FP5   II   5
  3CPP-F.F   III   5
  5CPP-F.F   III   5
  2CCP-F.F   IV   10
  3CCP-F.F   IV   2
  4CCP-F.F   IV   6
  5CCP-F.F   IV   3
  3CCPP-F.F   VII   8
  2CCP-F.OCF3   V   10
  3CCP-F.OCF3   V   10
  S1011   旋光组分   0.1
表5.2液晶组合物的性质
  性质参数   参数值
  V10[V,20℃]   1.89
  η[mm2/s,20℃]   18.0
  Cp[℃]   76.4
  Δn[20℃,589nm]   0.108
  τ[ms]   42
实施例6
取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物,具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表6.1及6.2:
表6.1液晶组合物中各组分的重量百分比(%)
  组分化合物   类别   重量百分比(%)
  5CP-F   I   10
  3PP-F.F   I   10
  2PP-FP3   II   7
  2PP-FP5   II   7
  3PP-FP5   II   7
  3CPP-F.F   III   8
  5CPP-F.F   III   8
  2CCP-F.F   IV   10
  3CCP-F.F   IV   6
  4CCP-F.F   IV   6
  3CCP-OCF3   V   8
  5CCP-OCF3   V   8
  2CCP-F.OCF3   V   5
  S2011   旋光组分   0.1
表6.2液晶组合物的性质
  性质参数   参数值
  V10[V,20℃]   2.20
  η[mm2/s,20℃]   21.8
  Cp[℃]   80.9
  Δn[20℃,589nm]   0.126
  τ[ms]   46
实施例7
取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物,具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表7.1及7.2:
表7.1液晶组合物中各组分的重量百分比(%)
  组分化合物   类别   重量百分比(%)
  5CP-F   I   10
  3PP-F.F   I   10
  2PP-FP3   II   2
  2PP-FP5   II   2
  3PP-FP5   II   2
  2PP-C2H4-P-F   VI   7
  5PP-C2H4-P-F   VI   8
  3CPP-F.F   III   8
  5CPP-F.F   III   8
  2CCP-F.F   IV   10
  3CCP-F.F   IV   6
  4CCP-F.F   IV   6
  3CCP-OCF3   V   8
  5CCP-OCF3   V   8
  2CCP-F.OCF3   V   5
  R1011   旋光组分   0.1
表7.2液晶组合物的性质
  性质参数   参数值
  V10[V,20℃]   2.03
  η[mm2/s,20℃]   16.8
  Cp[℃]   70.6
  Δn[20℃,589nm]   0.116
  τ[ms]   40
实施例8
取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物,具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表8.1及8.2:
表8.1液晶组合物中各组分的重量百分比(%)
  组分化合物   类别   重量百分比(%)
  5CP-F   I   8
  3PP-F.F   I   12
  2PP-FP3   II   2
  2PP-FP5   II   2
  3PP-FP5   II   3
  2PP-C2H4-P-F   VI   7
  5PP-C2H4-P-F   VI   8
  3CPP-F.F   III   9
  5CPP-F.F   III   9
  2CCP-F.F   IV   10
  3CCP-F.F   IV   6
  4CCP-F.F   IV   8
  3CCP-OCF3   V   8
  5CCP-OCF3   V   8
  S2011   旋光组分   0.1
表8.2液晶组合物的性质
  性质参数   参数值
  V10[V,20℃]   2.06
  η[mm2/s,20℃]   17.2
  Cp[℃]   71.4
  Δn[20℃,589nm]   0.121
  τ[ms]   40
实施例9
取以下重量百分比的液晶化合物并以本发明中所述方法配制液晶组合物,具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表9.1及9.2:
表9.1液晶组合物中各组分的重量百分比(%)
  组分化合物   类别   重量百分比(%)
  5CP-F   I   6
  5CP-Cl   I   4
  3PP-F.F   I   15
  2PP-FP5   II   7
  3PP-FP5   II   7
  3CPP-F.F   III   10
  5CPP-F.F   III   10
  2CCP-F.F   IV   10
  3CCP-F.F   IV   6
  4CCP-F.F   IV   9
  5CCP-OCF3   V   7
  3CPP-OCF3   V   9
  S2011   旋光组分   0.1
表9.2液晶组合物的性质
  性质参数   参数值
  V10[V,20℃]   1.8
  η[mm2/s,20℃]   17.5
  Cp[℃]   70.0
  Δn[20℃,589nm]   0.118
  τ[ms]   41

Claims (4)

1.一种向列型液晶组合物,其特征在于,由如下组分的原料制备而成:
(1)20~30%重量的一种或多种Ⅰ类化合物;
(2)5~20%重量的一种或多种Ⅱ类化合物;
(3)10~30%重量的一种或多种Ⅲ类化合物;
(4)20~25%重量的一种或多种Ⅳ类化合物;
(5)5~20%重量的一种或多种Ⅴ类化合物;
(6)0~15%重量的一种或多种Ⅵ类化合物;且式Ⅵ所示的任意一个单一组分不超过15%重量;
(7)0~15%重量的一种或多种Ⅶ类化合物;且式Ⅶ所示的任意一个单一组分不超过15%重量;
(8)占所述(1)~(7)化合物总量的0.07~0.2%重量的旋光性组分;
其中,所述Ⅰ类化合物如式Ⅰ所示:
Figure FDA00003208693200011
式Ⅰ中,R1表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;Y为-H或-F;
L表示-F;A为反式1,4-环己基或1,4-亚苯基;
所述Ⅱ类化合物如式Ⅱ所示:
Figure FDA00003208693200012
式Ⅱ中,R2、R3独立表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;
所述Ⅲ类化合物如式Ⅲ所示:
Figure FDA00003208693200013
式Ⅲ中,R4表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;Y为-H或-F;L表示-F或-Cl;
所述Ⅳ类化合物如式Ⅳ所示:
Figure FDA00003208693200024
式Ⅳ中,R5表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;Y为-H或-F;L表示-F或-Cl;
所述Ⅴ类化合物如式Ⅴ所示:
式Ⅴ中,R6表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;Y为-H或-F;A为反式1,4-环己基或1,4-亚苯基;
所述Ⅵ类化合物如式Ⅵ所示:
Figure FDA00003208693200022
式Ⅵ中,R7表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;X为-(CH2)2-或单键;
所述Ⅶ类化合物如式Ⅶ所示:
Figure FDA00003208693200023
式Ⅶ中,R8表示1~12个碳原子的烷基或烷氧基;Y为-H或-F。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物,其特征在于,所述的R1~R8均为碳原子数为2~5的烷基。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物,其特征在于,所述旋光性组分选自下列化合物中的一种或几种:
Figure FDA00003208693200031
Figure FDA00003208693200032
Figure FDA00003208693200033
其中,标记*的碳原子为手性碳,所述旋光分子为左旋体或右旋体中的任一种,但不能为消旋体。
4.权利要求1所述的液晶组合物在制造快速响应薄膜晶体管液晶显示器件中的应用。
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