CN103305232B - 一种向列相液晶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种向列相液晶组合物，由两种组分构成。其中，第一组分包含至少一种结构式Ⅰ所示的化合物，其重量百分含量为10%～90%；第二组分包含至少一种结构式Ⅱ所示的化合物和至少一种结构式Ⅲ所示的化合物，其重量百分含量为10%～90%。该组合物具有较宽的正介电各向异性范围、较低的光学各向异性、较宽的清亮点范围和较低的旋转粘度，特别适用于制造IPS或者FFS液晶显示器，尤其适合制备车载和TV用IPS或者FFS液晶显示器，具有广阔的市场前景和应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，尤其是指一种用于IPS或者FFS显示模式的向列相液晶组合物。
背景技术
薄膜晶体管液晶显示技术（TFT-LCD），目前已经广泛应用于笔记本电脑、液晶电视等领域，是21世纪最有发展前途的显示技术之一。TFT-LCD是在扭曲向列液晶显示技术（TN-LCD）的基础上引入薄膜晶体管开关而形成的有源矩阵显示，克服了无源矩阵显示中交叉干扰、信息量少、写入速度慢等缺点，大大改善了显示品质，具有信息容量大、响应速度快、清晰度高、全彩色视频显示等优点。
TFT-LCD的最大缺点是视角问题，包括视角各向异性和视角范围小。当使用者在离开显示面板法线的方向观察时，液晶显示的对比度将会明显下降，视角大时还会发生灰度和彩色反转的现象。这是TFT-LCD的工作原理导致的。显示用的液晶分子为棒状分子，不同的分子排列方式对应着不同的光学各向异性。对于同一种液晶分子的排列状态，视角不同，液晶分子的可视形貌也不同，所观察到的透射光的强度也不同，看到的光学效果也随之变化，表现出光学各向异性现象。视角越小，光学各向异性越小；反之，视角越大，光学各向异性越大。因此造成对于同一种液晶分子的排列状态，在不同视角下，有效光程差不同的结果。而液晶盒的最佳光程差是按垂直入射光线设计的，这样视角增大时，最小透过率增加，对比度下降。使用者双眼偏离法线越远，对比度下降越严重，甚至有可能出现暗态的透过率大于亮态透过率的现象，发生灰度和彩色反转的现象。由此可见液晶电视的视角问题主要来源于液晶分子的光学各向异性。
随着TFT-LCD产品尺寸的增加，特别是TFT-LCD在TV领域的广泛应用，视角问题变得愈加严重。因此，具有广视野角特点的平面转换（In-PlaneSwiching，IPS）显示模式应运而生。IPS显示模式最早由美国人R.Soref在1974年论文上发表，并由德国人G.Baur提出把IPS作为广视角技术应用于TFT-LCD中。1995年，日本的日立公司开发出了世界首款13.3寸IPS模式的广视野角TFT-LCD产品。
IPS显示模式是把控制液晶分子偏转的一对电极都安装在同一基板上，利用施加在这一对电极之间的横向电场来控制液晶分子的状态，使液晶分子在平行于基板的平面内旋转，产生扭曲形变。该模式的起偏器和检偏器的方向互相垂直，指向矢的方向与起偏器方向相同。当不施加电压时，液晶分子不旋转，液晶显示器为暗态，显示出比较纯的黑色；当施加电压后，液晶分子旋转，光线在通过扭曲的液晶层时受到调制，电场不同，光的透过率不同。
韩国现代公司在IPS模式的基础上开发了边缘电场切换（Fringe FieldSwitching，FFS）显示模式，通过同一平面内像素间电极产生边缘电场，使电极间以及电极正上方的取向液晶分子都能在（平行于基板）平面方向产生旋转转换，从而在增大视角的同时提高液晶层的透光效率。FFS模式将IPS模式中的不透明金属电极改为透明的ITO电极以增加透光率，同时将正负电极通过绝缘层分离重叠排列，大大缩小了电极宽度和间距。施加电压时，在电场作用下电极间和电极上的液晶分子均在平行于面板的面内旋转，保证在各个方向上光均穿过液晶分子的短轴，没有方向依赖性而扩大视角。FFS技术在实现宽视角的前提下，同时实现了高透光效率、高对比度、高亮度、低色差等优良特性。
为了达到良好的显示效果，用于IPS显示模式和FFS显示模式的液晶材料必须满足以下要求：
（1）高稳定性：包括紫外光稳定性、热稳定性和化学稳定性；
（2）适度的双折射率：Δnd变小可以获得较宽的视角；
（3）低粘度：粘度越低，响应时间越小，响应速度越快；
（4）较大的介电各向异性：介电各向异性Δε越大，液晶的阈值电压越小，但液晶材料中的离子越容易析出，成为自由离子导致电阻率降低；
（5）宽的温度范围：理想的保存温度范围为-40℃～100℃，一般有特殊应用的例如车载显示，该温度可能扩宽到-40℃～110℃。
经过多年的发展，TFT-LCD产品技术已经趋于成熟，并逐渐占据平板显示器的主流地位。但是，由于液晶材料本身的限制，TFT-LCD仍然存在着响应速度偏慢、电压偏高、电荷保持率较低等诸多缺陷。为了获得稳定的、具有广阔视角的液晶组合物，需要设计好液晶分子间的作用力及液晶分子排列的规则性，因此，不断开发新的性能优异的液晶材料具有重要的意义。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种应用于IPS或者FFS显示模式的、具有较宽的正介电各向异性范围、低折射率各向异性和较宽的清亮点范围的向列相液晶组合物。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种向列相液晶组合物，由两种组分构成。其中，第一组分包含至少一种结构式Ⅰ所示的液晶化合物，第二组分包含至少一种结构式Ⅱ所示的液晶化合物和至少一种结构式Ⅲ所示的液晶化合物，
其中，
R1、R2、R3分别是含有1～10个碳原子的烷基、含有1～10个碳原子的烷氧基或含有2～10个碳原子的链烯基中的任一基团；
R4是或
分别是单键或下列基团中的任一基团：
Z1、Z2分别是单键、-CH2CH2-、-COO-、-CF2O-或-CH2O-中的任意一种；
X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8和X9分别是H原子、卤素原子或三氟甲氧基；
a、b、c、d、e、f、g是0、1或2。
所述液晶组合物中，第一组分的重量百分含量为10%～90%，第二组分的重量百分含量为10%～90%，优选10%～70%；且第二组分中结构式Ⅲ所示的化合物占液晶组合物的重量百分含量优选1%～50%。
所述液晶组合物的性能满足下述条件（a）～（g）中的至少一项，
（a）光学各向异性△n为0.08～0.13；
（b）介电常数各向异性△ε为5～15；
（c）清亮点c.p.≥75℃；
（d）旋转粘度γ1≤100mpa·s；
（e）电阻率ρ≥5×1013Ω·cm；
（f）电压保持率VHR≥99.50%；
（g）近晶相到向列相转变温度S→N≤-20℃。
所述结构式Ⅰ所示的液晶化合物优选下列Ⅰ-a～Ⅰ-k所示的化合物：
其中，R1是含有1～5个碳原子的烷基中的任一基团，R2是含有1～5个碳原子的烷基或含有1～5个碳原子的烷氧基中的任一基团。
所述结构式Ⅱ所示的液晶化合物优选下列Ⅱ-a～Ⅱ-j所示的化合物：
其中，R3是含有1～5个碳原子的烷基或含有2～6个碳原子的链烯基中的任一基团。
所述结构式Ⅲ所示的液晶化合物优选下列Ⅲ-a～Ⅲ-e所示的化合物：
由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：
本发明公开了一种向列相液晶组合物，该组合物具有较宽的正介电各向异性范围、较低的光学各向异性、较宽的清亮点范围和较低的旋转粘度，而且还具有较快的响应时间和较宽的视角范围；同时，该组合物还大大拓宽了液晶的使用温度，在高温区域能够维持高电荷保持率，在低温区域能够维持快的响应时间，特别适用于制造IPS或者FFS液晶显示器，尤其适合制备车载和TV用IPS或者FFS液晶显示器，具有广阔的市场前景和应用价值。
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：
c.p.表示液晶清亮点(℃)，DSC定量法测试；
S→N表示近晶相到向列相转变温度(℃)，DSC定量法测试；
Δn表示光学各向异性，Δn=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：25±2℃，589nm，阿贝折射仪测试；
Δε表示介电各向异性，Δε=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±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
γ1表示旋转粘度（mPa·s），测试条件：25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
ρ表示电阻率（Ω·cm），测试条件：25±2℃，TOYOSR6517高阻仪和LE-21液体电极测试。
VHR表示电压保持率，测试条件：20±2℃，电压为±5V，脉冲宽度为10ms，电压保持时间16.7ms，TOYOModel6254液晶性能综合测试仪测试。
本发明提供的是一种向列相液晶组合物，由两种组分构成。其中，第一组分包含至少一种结构式Ⅰ所示的液晶化合物，第二组分包含至少一种结构式Ⅱ所示的液晶化合物和至少一种结构式Ⅲ所示的液晶化合物，
其中，
R1、R2、R3分别是含有1～10个碳原子的烷基、含有1～10个碳原子的烷氧基或含有2～10个碳原子的链烯基中的任一基团；
R4是或
分别是单键或下列基团中的任一基团：
Z1、Z2分别是单键、-CH2CH2-、-COO-、-CF2O-或-CH2O-中的任意一种；
X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8和X9分别是H原子、卤素原子或三氟甲氧基；
a、b、c、d、e、f、g是0、1或2。
所述液晶组合物中，第一组分的重量百分含量为10%～90%，第二组分的重量百分含量为10%～90%，优选10%～70%；且第二组分中结构式Ⅲ所示的化合物占液晶组合物的重量百分含量优选1%～50%。
所述液晶组合物的性能满足下述条件（a）～（g）中的至少一项，
（a）光学各向异性△n为0.08～0.13；
（b）介电常数各向异性△ε为5～15；
（c）清亮点c.p.≥75℃；
（d）旋转粘度γ1≤100mpa·s；
（e）电阻率ρ≥5×1013Ω·cm；
（f）电压保持率VHR≥99.50%；
（g）近晶相到向列相转变温度S→N≤-20℃。
本发明中作为第一组分的结构式Ⅰ所示的液晶化合物优选Ⅰ-a～Ⅰ-k所示的化合物：
其中，R1是含有1～5个碳原子的烷基中的任一基团，R2是含有1～5个碳原子的烷基或含有1～5个碳原子的烷氧基中的任一基团。
本发明的第二组分中结构式Ⅱ所示的液晶化合物优选Ⅱ-a～Ⅱ-j所示的化合物：
其中，R3是含有1～5个碳原子的烷基或含有2～6个碳原子的链烯基中的任一基团。
本发明的第二组分中结构式Ⅲ所示的液晶化合物优选Ⅲ-a～Ⅲ-e所示的化合物：
下面的实施例1～9分别按比例称取结构式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所示的液晶化合物，混合制备得液晶组合物。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。液晶组合物的制备方法采取常规方法，例如在高温下将各种组分的液晶单体溶解在溶剂中进行混合，然后在减压条件下蒸除溶剂，得到液晶组合物；或采取加热、超声波、悬浮等方法将液晶单体按比例混合制得。将所得的液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。液晶组合物中的单体结构、用量（重量百分含量）、以及其性能参数测试结果均列于表中。表1～9对应实施例1～9。
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
由实施例1～9所示的液晶组合物的性能参数可知，本发明的向列相液晶组合物具有较宽的正介电各向异性范围、较低的光学各向异性、较宽的清亮点范围、很好的低温稳定性、较高的电阻率和较高的电压保持率，非常适用于低电压驱动的车载和较高压驱动的TV等IPS和FFS显示的制备，具有广阔的市场前景和应用价值。
本发明虽然仅仅列举了上述9个实施例的液晶化合物及其配比用量（重量百分含量），并进行了性能测试，但是本发明的液晶组合物可以在上述实施例的基础上，利用本发明所涉及的结构式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所示的液晶化合物、以及结构式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的优选的液晶化合物进行进一步拓展和修改，并对其配比用量进行适当调整，均能达到本发明的目的。
Claims (1)
1.一种向列相液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物由
占所述液晶组合物总重量29％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量19％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
组成；或者所述液晶组合物由
占所述液晶组合物总重量20％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量19％的化合物
组成；或者液晶组合物由
占所述液晶组合物总重量25％的化合物
占所述液晶组合物总重量12％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量18％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
组成；或者所述液晶组合物由
占所述液晶组合物总重量49％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量9％的化合物
组成；或者所述液晶组合物由
占所述液晶组合物总重量40％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量18％的化合物
组成；或者所述液晶组合物由
占所述液晶组合物总重量28％的化合物
占所述液晶组合物总重量13％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量9％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量20％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
组成；或者所述液晶组合物由
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量15％的化合物
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量15％的化合物
占所述液晶组合物总重量15％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
组成；或者所述液晶组合物由
占所述液晶组合物总重量30％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
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占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量21％的化合物
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占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
组成；或者所述液晶组合物由
占所述液晶组合物总重量15％的化合物
占所述液晶组合物总重量13％的化合物
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
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占所述液晶组合物总重量8％的化合物
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量12％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量15％的化合物
组成；
所述液晶组合物的性能满足下述条件(a)～(g)中的所有项，
(a)光学各向异性△n为0.08～0.13；
(b)介电常数各向异性△ε为5～15；
(c)清亮点c.p.≥75℃；
(d)旋转粘度γ1≤100mpa·s；
(e)电阻率ρ≥5×1013Ω·cm；
(f)电压保持率VHR≥99.50％；
(g)近晶相到向列相转变温度S→N≤-20℃。
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