CN102890354A - 电场方向平行于液晶层的光学器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电场方向平行于液晶层的光学器件。所述电场方向平行于液晶层的光学器件包括：上基板、下基板，所述下基板在所述上基板下方；以及液晶层，所述液晶层在所述上基板和所述下基板之间，其中所述液晶层包括一种正性或负性液晶介质，所述液晶介质包括至少一种光学活性成分。本发明使用较低的驱动电压就能够使得在电场内的液晶分子获得较大的动力，迅速扭转90°，能满足显示器对低的驱动电压的使用要求，且使上基板、下基板之间液晶组合物具有较低的粘度和较高的清亮点。

Description

电场方向平行于液晶层的光学器件
技术领域
本发明涉及了液晶显示领域，特别涉及电场方向平行于液晶层的光学器件。同时涉及了应用于IPS模式的液晶组合物，特别涉及了应用于IPS模式的添加手性剂的液晶介质。
背景技术
近年来科研人员开发出了不同的液晶显示模式。其中，最重要的液晶显示模式是TN（扭曲向列）模式、STN（超扭曲向列）模式、IPS（面内转换）模式、OCB（光控双折射）模式和PDLC（聚合分散式液晶）模式等。所有的这些模式都使用电场，其中，TN（扭曲向列）、STN（超扭曲向列）和OCB（光控双折射）电场基本上垂直于基板，或者是垂直于液晶层，除这些模式外，也存在采用基本上平行于基板，或者是液晶层的电场的电光学模式，如IPS（面内转换）模式。
传统的液晶分子是以垂直和水平角度切换作为背光通过的方式，IPS（面内转换）模式则将液晶分子改为水平旋转切换作为背光通过的方式。不需要额外加补偿膜，显示视觉上对比度也很高。
IPS（面内转换）模式的最大特点就是它的电极都在同一平面上，而不像其他液晶模式的电极是在上下两面。因为只有这样，才能营造一个平面电场以驱使液晶分子横向运动。这种电极结构对显示效果有负面影响，当把电压加到电极上后，靠近电极的液晶分子获得较大的动力，迅速扭转90°是没有问题的。但是远离电极的上层液晶分子就无法获得一样的动力，运动较慢。只有增加驱动电压才能让远离电极的液晶分子也获得不小的动力。因此，IPS的驱动电压较高，并且响应速度慢。
因此，在液晶显示领域，急需要解决IPS模式驱动电压较高，响应速度慢的问题。
从而，提供一种电场方向平行于液晶层的光学器件来解决上述问题。
发明内容
为了解决IPS模式驱动电压较高，响应速度慢的问题。本发明提供了一种电场方向平行于液晶层的光学器件，其中，所述电场方向平行于液晶层的光学器件包括：上基板；下基板，所述下基板在所述上基板下方；以及液晶层，所述液晶层在所述上基板和所述下基板之间，其中所述液晶层包括一种正性或负性液晶介质，所述液晶介质包括至少一种光学活性成分。
所述液晶介质至少包括一种通式Ⅰ的光学活性物质。
Figure BDA00002251932200021
其中，
R1和R2彼此独立的是F、Cl、Br、CN、SCN、SF5、1-30个碳原子的手性或非手性基团，其中，所述1-30个碳原子的手性或非手性基团可以是未经取代或被F、Cl、Br或CN单取代或多取代，所述1-30个碳原子的手性或非手性基团中的一个或多个不相邻的-CH2-可以独立地被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-CH=CH-或-C≡C-取代，其前提是氧原子不直接相连，所述1-30个碳原子的手性或非手性基团可以是含有一个或多个芳香环或脂肪环的手性基团，所述含有一个或多个芳香环或脂肪环的手性基团可以包括稠环或螺环，并且可以含有一个或多个杂原子或可聚合的手性基团；
Z1、Z2彼此独立的是-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-、-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-CO-N(R3)-、-N(R3)-CO-、-CH2-、-OCH2-、-SCH2-、-CH2S-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH–或单键，其中，R3是H或1-4个碳原子的烷基；
X是-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-O-、-CH2-、-CO-、-CF=CF-或单键；
环环
Figure BDA00002251932200023
和环
Figure BDA00002251932200024
相同或不同，各自独立地表示
Figure BDA00002251932200025
Figure BDA00002251932200026
1,3-二氧六环-4,5-二基、1,4-二环-（2,2,2）-辛基、六氢吡啶-1,4-二基、氢茚-2,5-二基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基和1,2,3,4-四氢萘-2,6-二基中的基团，其中所述的
Figure BDA00002251932200027
上任意的H可以被CN或卤素取代，所述中的一个或两个不相邻的-CH2-可以被-O-或-S-替代，所述
Figure BDA00002251932200029
上任意的H可以各自独立地被F取代，所述
Figure BDA000022519322000210
中的一个或两个不相邻的-CH-可以被N替代，所述
Figure BDA000022519322000211
中任意的H可以各自独立地被F取代，所述
Figure BDA000022519322000212
中的一个或两个不相邻的-CH2-可以被O替代，所述
Figure BDA000022519322000213
上任意的H可以各自独立地被F取代；
其中，所述环环
Figure BDA000022519322000215
和环
Figure BDA000022519322000216
的一个或多个H可以被-D、-F、-Cl、-CN、-CF3、-OCF3、-CH2F、-OCH2F、-OCH3或-CH3取代，所述环
Figure BDA000022519322000217
环
Figure BDA000022519322000218
和环
Figure BDA000022519322000219
中的1~2个-CH2-可以被-S-、-CF2-、-SiH2-或-CO-替代，前提是-O-、-S-或-CO-不直接彼此连接，所述环
Figure BDA000022519322000220
环
Figure BDA000022519322000221
和环中的1~2个-CH=可以被-N=替代；
n为1、2、3、4或5；
其中，Z1、Z2和X中至少一个是-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CF2CH2-、-CF=CF-、-CF=CH-、-CF=CF-、-C≡C-或单键，且R1和R2中至少一个是手性基团。
在一些实施方式中，所述通式（Ⅰ）的化合物选自由如下化合物组成的组中的一种或多种化合物：
Figure BDA00002251932200031
Figure BDA00002251932200041
其中，
R1和R2彼此独立的是F、CN、4-15个碳原子的手性或非手性基团，其中，所述4-15个碳原子的手性或非手性基团可以是未经取代或被F或CN单取代或多取代，所述4-15个碳原子的手性或非手性基团中的一个或多个不相邻的-CH2-独立地被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-CH=CH-或-C≡C-取代，其前提是氧原子不直接相连，所述4-15个碳原子的手性或非手性基团可以是含有一个或多个芳香环或脂肪环的手性基团，所述含有一个或多个芳香环或脂肪环的手性基团可以包括稠环或螺环并且可以含有一个或多个杂原子或可聚合的手性基团；Z1、Z2彼此独立的是-CF2O-、-O CF2-、-CH2CH2-、-CF=CF-、-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CH2-、-OCH2-、-CH=CH-、-CF=CF-或-C≡C-。
在本发明的实施方案中，所述光学活性物质在所述液晶介质中的含量为0.01%-7%，优选为0.05%-5%。
所述液晶介质的手性螺距P(Pitch)为20μm≤P≤1200μm。
所述液晶介质的手性螺距P(Pitch)优选为50μm≤P≤1000μm。
所述上基板和所述下基板之间的间隙G和所述液晶介质的手性螺距P(Pitch)的比值G/P为0.004≤G/P≤0.15,；优选为0.01≤G/P≤0.12。
与已有技术相比，本发明的优点体现在于：本发明上基板、下基板之间设的液晶组合物含有具有光学活性的液晶分子，使用较低的驱动电压就能够使得在电场内的液晶分子获得较大的动力，迅速扭转90°，能满足显示器对低的驱动电压的使用要求，且所述液晶组合物具有较低的粘度和较高的清亮点；
本发明通过对通式（Ⅰ）的化合物进行组合实验，通过与对照的比较，确定了包含通式（Ⅰ）的化合物的液晶介质，应用于IPS显示模式时，可以使IPS模式具有驱动电压低、响应速度快的优点。
在本发明中如无特殊说明，所述的比例均为重量比，所有温度均为摄氏度温度，所述的响应时间数据的测试选用的盒厚为7μm。
附图说明
图1为本发明的液晶显示器的结构示意图。
主要组件符号说明：
1    液晶显示器    4    电场线
2    上基板        5    下基板
3    液晶介质      6    液晶层
7    正电极        8    负电极
具体实施方式
以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
以下各实施方案所采用的液晶显示器均为TN-TFT液晶显示设备，盒厚d=7μm，由偏振器（偏光片）、基板等部分构成。该显示设备为常白模式，即没有电压差施加于行和列电极之间时，观察者观察到白色的像素颜色。基板上的上下偏振片轴彼此成90度角。在两基片之间的空间充满光学性液晶材料。
如图1所示，液晶显示器（1）包括：上基板（2）、下基板（5）以及液晶层（6）；其中，下基板在上基板下方，液晶层在上基板和下基板之间；其中，液晶层中具有液晶介质（3），正电极（7）和负电极（8）均设置在所述下基板上。
为便于表达，以下各实施例中，液晶化合物的基团结构用表1所列的代码表示：
表1液晶化合物的基团结构代码
Figure BDA00002251932200051
Figure BDA00002251932200061
以如下结构为例：
Figure BDA00002251932200062
该结构用表1中的代码表示：则可表示为3PTG1（2F）OP3，又如：
则可表示为nCPTPOm，代码中的n表示左端烷基的C原子数，例如n为“3”，即表示该烷基为-C3H7；代码中的C代表环己烷基；代码中的O代表氧原子；代码中的P代表亚苯基；代码中的m表示右端烷基的C原子数，例如m为“1”，即表示右端的烷基为-CH3。
实施例中各测试项目的简写代号分别表示为：
在以下的实施例中所采用的各成分，均可以通过公知的方法进行合成，或者通过商业途径获得。这些合成技术是常规的，所得到各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。
对照例
按表2中所列的各化合物及重量百分数配制成对照例的液晶组合物M-1，将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表2液晶组合物M-1的配方及其测试性能
Figure BDA00002251932200071
此混合物具有有利低的Δn数值，适度高的Δε数值和适度低的旋转粘度。因此它适用于采用IPS显示模式操作的显示器中。
实施例1
按表3中所列的重量百分数向液晶组合物M-1中加入本发明所涉及的光学活性物质，将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表3液晶组合物配方及其测试性能
此组合物具有有利低的Δn数值，适度高的Δε数值，非常低的旋转粘度和极低的驱动电压，可以有效解决IPS显示模式驱动电压高的缺点。因此它非常适合用于采用IPS显示模式操作的显示器中。

Claims (9)

1.一种电场方向平行于液晶层的光学器件，其中，所述电场方向平行于液晶层的光学器件包括：
上基板；
下基板，所述下基板在所述上基板下方；以及
液晶层，所述液晶层在所述上基板和所述下基板之间，其中所述液晶层包括一种正性或负性液晶介质，所述液晶介质包括至少一种光学活性成分。
2.根据权利要求1所述的电场方向平行于液晶层的光学器件，其中，所述液晶介质至少包括一种通式Ⅰ的光学活性物质，
其中，
R1和R2彼此独立的是F、Cl、Br、CN、SCN、SF5、1-30个碳原子的手性或非手性基团，其中，所述1-30个碳原子的手性或非手性基团可以是未经取代或被F、Cl、Br或CN单取代或多取代，所述1-30个碳原子的手性或非手性基团中的一个或多个不相邻的-CH2-可以独立地被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-CH=CH-或-C≡C-取代，其前提是氧原子不直接相连，所述1-30个碳原子的手性或非手性基团可以是含有一个或多个芳香环或脂肪环的手性基团，所述含有一个或多个芳香环或脂肪环的手性基团可以包括稠环或螺环，并且可以含有一个或多个杂原子或可聚合的手性基团；
Z1、Z2彼此独立的是-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-、-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-CO-N(R3)-、-N(R3)-CO-、-CH2-、-OCH2-、-SCH2-、-CH2S-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH–或单键，其中，R3是H或1-4个碳原子的烷基；
X是-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-O-、-CH2-、-CO-、-CF=CF-或单键；
环
Figure FDA00002251932100012
环
Figure FDA00002251932100013
和环
Figure FDA00002251932100014
相同或不同，各自独立地表示
Figure FDA00002251932100015
1,3-二氧六环-4,5-二基、1,4-二环-（2,2,2）-辛基、六氢吡啶-1,4-二基、氢茚-2,5-二基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基和1,2,3,4-四氢萘-2,6-二基中的基团，其中所述的
Figure FDA00002251932100017
上任意的H可以被CN或卤素取代，所述中的一个或两个不相邻的-CH2-可以被-O-或-S-替代，所述
Figure FDA00002251932100019
上任意的H可以各自独立地被F取代，所述
Figure FDA000022519321000110
中的一个或两个不相邻的-CH-可以被N替代，所述
Figure FDA000022519321000111
中任意的H可以各自独立地被F取代，所述
Figure FDA000022519321000112
中的一个或两个不相邻的-CH2-可以被O替代，所述
Figure FDA00002251932100021
上任意的H可以各自独立地被F取代；
其中，所述环
Figure FDA00002251932100022
环
Figure FDA00002251932100023
和环
Figure FDA00002251932100024
的一个或多个H可以被-D、-F、-Cl、-CN、-CF3、-OCF3、-CH2F、-OCH2F、-OCH3或-CH3取代，所述环
Figure FDA00002251932100025
环
Figure FDA00002251932100026
和环
Figure FDA00002251932100027
中的1~2个-CH2-可以被-S-、-CF2-、-SiH2-或-CO-替代，前提是-O-、-S-或-CO-不直接彼此连接，所述环
Figure FDA00002251932100028
环和环
Figure FDA000022519321000210
中的1~2个-CH=可以被-N=替代；
n为1、2、3、4或5；
其中，Z1、Z2和X中至少一个是-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CF2CH2-、-CF=CF-、-CF=CH-、-CF=CF-、-C≡C-或单键，且R1和R2中至少一个是手性基团。
3.根据权利要求2所述的电场方向平行于液晶层的光学器件，其中，所述通式（Ⅰ）的化合物选自由如下化合物组成的组中的一种或多种化合物：
Figure FDA00002251932100031
其中，
R1和R2彼此独立的是F、CN、4-15个碳原子的手性或非手性基团，其中，所述4-15个碳原子的手性或非手性基团可以是未经取代或被F或CN单取代或多取代，所述4-15个碳原子的手性或非手性基团中的一个或多个不相邻的-CH2-独立地被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-CH=CH-或-C≡C-取代，其前提是氧原子不直接相连，所述4-15个碳原子的手性或非手性基团可以是含有一个或多个芳香环或脂肪环的手性基团，所述含有一个或多个芳香环或脂肪环的手性基团可以包括稠环或螺环并且可以含有一个或多个杂原子或可聚合的手性基团；
Z1、Z2彼此独立的是-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-CF=CF-、-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CH2-、-OCH2-、-CH=CH-、-CF=CF-或-C≡C-。
4.根据权利要求2、3所述的电场方向平行于液晶层的光学器件，其中，所述光学活性物质在所述液晶介质中的含量为0.01-7%。
5.根据权利要求4所述的电场方向平行于液晶层的光学器件，其中，所述光学活性物质在所述液晶介质中的含量为0.05-5%。
6.根据权利要求1所述的电场方向平行于液晶层的光学器件，其中，所述液晶介质的手性螺距P(Pitch)为20μm≤P≤1200μm。
7.根据权利要求6所述的电场方向平行于液晶层的光学器件，其中，所述液晶介质的手性螺距P(Pitch)为50μm≤P≤1000μm。
8.根据权利要求1-3、5-7所述的电场方向平行于液晶层的光学器件，其中，所述上基板和所述下基板之间的间隙G和所述液晶介质的手性螺距P(Pitch)的比值G/P为0.004≤G/P≤0.15。
9.根据权利要求8所述的电场方向平行于液晶层的光学器件，其中，所述上基板和所述下基板之间的间隙G和所述液晶介质的手性螺距P(Pitch)的比值G/P为0.01≤G/P≤0.12。
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