CN106544040B - 一种具有高可靠性的液晶组合物及其应用 - Google Patents

一种具有高可靠性的液晶组合物及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种具有高可靠性的液晶组合物及其应用，所述液晶组合物按重量份计，包括以下组分：(1)5～40份通式I所代表的化合物；(2)20～70份通式II所代表的化合物；(3)1～40份通式III所代表的化合物；(4)0～30份通式IV所代表的化合物。本发明所提供的液晶组合物具有高的电压保持率、低的离子浓度、优异的光稳定性，适合的光学各向异性、良好的低温互溶性、大的弹性常数以及良好的热稳定性，可有效改善液晶显示器存在的可靠性问题，有效地改善液晶显示器的残像问题，提升液晶显示器的显示质量和使用寿命。因此，本发明所提供的液晶组合物适用于高可靠性的TN、IPS及FFS型TFT液晶显示装置，尤其适用于IPS及FFS液晶显示装置。

Description

一种具有高可靠性的液晶组合物及其应用
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，属于液晶显示材料领域。
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 Crystal Displays.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 TwisredNematic：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，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LCD在各自的领域已逐渐占据平板显示器的主流地位。但是，残像问题依然困扰着液晶显示行业，具体而言，液晶的残像问题主要来源于液晶材料的阻抗特性、电压保持率(VHR)、离子含量(ION)以及受光和热影响导致其阻抗下降、电压保持率降低、离子含量升高等原因。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种液晶组合物，本发明所提供的液晶组合物具有高的电阻率和电压保持率(VHR)、低的离子浓度(ION)以及优异的光和热稳定性。
具体而言，本发明所提共的具有高可靠性的液晶组合物，按重量份计，包括以下组分：
(1)5～40份通式I所代表的化合物；
(2)20～70份通式II所代表的化合物；
(3)1～40份通式III所代表的化合物；
(4)0～30份通式IV所代表的化合物；
R1、R2、R5、R6、R7各自独立地代表C1～C12的直链烷基；
R3各自独立地代表C1～C12的直链烷基、直链烷氧基或C2～C12的直链烷氧烷基、直链烯基；
R4各自独立地代表C1～C12的直链烷基、C2～C12的直链烯基；
L1、L2各自独立地代表H或F；
n和m各自独立地代表0或1；
A1选自以下结构：
A2、A3、A4各自独立地代表反式1,4-环己基、1,4-亚苯基。
本发明提供的通式I所代表的化合物为含有2-甲基-3,4,5-三氟苯结构与二氟甲氧基桥键的极性化合物，该结构具有大的介电各向异性。
具体的，通式I所代表的化合物选自式I-A～式I-F所代表的化合物的一种或几种：
其中，R1代表C1～C7的直链烷基。
优选的，通式I所代表的化合物选自式I-A-1～式I-F-4所代表的化合物的一种或几种：
本发明提供的通式II所代表的化合物为双环结构，具体的，所述通式II所代表的化合物选自如下化合物的一种或多种：
其中，R2代表C1～C7的直链烷基；R3各自独立地代表C1～C7的直链烷基、直链烷氧基或C2～C7的直链烷氧烷基、直链烯基；优选的，通式II所代表的化合物选自式II-A-1～式II-C-25所代表的化合物的一种或几种：
本发明提供的通式III所代表的化合物为三环中性单体，具体的，所述通式III所代表的化合物选自III-A和III-B中的一种或多种：
其中，R4代表C2～C10的直链烷基或直链烯基；R5代表C1～C8的直链烷基。
更优选地，通式III所代表化合物选自式III-A-1～式III-B-22结构中的一种或多种：
本发明提供的通式IV所代表的化合物为四环中性单体，具体的，所述通式IV所代表的化合物选自式IV-A式IV-B中的一种或多种：
其中，R6、R7各自独立地代表C1～C8的直链烷基。
更优选地，通式IV所代表的化合物选自式IV-A-1～式IV-B-16中的一种或多种：
具体的而言，本发明所提供的液晶组合物由以下组分组成：
(1)6～35份通式I所代表的化合物；
(2)35～70份通式II所代表的化合物；
(3)10～40份通式III所代表的化合物；
(4)0～18份通式IV所代表的化合物。
优选地，本发明所提供的液晶组合物由以下化合物组成：
(1)11～30份通式I所代表的化合物；
(2)40～65份通式II所代表的化合物；
(3)14～32份通式III所代表的化合物；
(4)0～15份通式IV所代表的化合物。
更优选地，本发明所提供的液晶组合物由以下化合物组成：
(1)22.5～30份通式I所代表的化合物；
(2)40～45份通式II所代表的化合物；
(3)14～32份通式III所代表的化合物；
(4)2～15份通式IV所代表的化合物。
本发明所提供的液晶组合物中通式I所代表的化合物为含有2-甲基-3,4,5-三氟苯与二氟甲氧基桥键相连的化合物，此类化合物具有强的极性和良好的互溶性特点，第二位引入甲基后可有效改善该类化合物的互溶性特点，令人惊奇的是，本发明所提供的第I类化合物与不含甲基的化合物相比，其互溶性改善的幅度在30％以上，及更有利于改善混合液晶的低温互溶性特点；通式II所代表的化合物为双环结构，具有低的旋转粘度和优良的互溶性特点，是快响应液晶显示必不可少的组分，通式III所代表的化合物为非极性三环化合物，该类单体具有高的清亮点和大的弹性常数，有利于提高液晶组合物的弹性常数；通式IV所代表的化合物为非极性四环化合物，其具有较大的光学各向异性和高的清亮点性能，其对于提升液晶组合物的清亮点性能非常有效。
本发明所述液晶组合物的制备方法无特殊限制，可采用常规方法将两种或多种化合物混合进行生产，如通过在高温下混合不同组分并彼此溶解的方法制备，其中，将液晶组合物溶解在用于该化合物的溶剂中并混合，然后在减压下蒸馏出该溶剂；或者本发明所述液晶组合物可按照常规的方法制备，如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，或将各所属组分在有机溶剂中溶解，如丙酮、氯仿或甲醇等，然后将溶液混合去除溶剂后得到。
本发明同时提供了上述液晶组合物在液晶显示装置中的应用，所述的液晶显示装置为TN、FFS或IPS显示器。本发明所述液晶组合物具有低旋转粘度、大的弹性常数、良好的低温互溶性以及快的响应速度，尤其在于其具有高的电压保持率和低的离子浓度，以及非常优异的光稳定性和热稳定性，其在TN、IPS或FFS模式显示器中的使用能明显改善液晶显示器显示效果，特别是能够改善IPS和FFS模式显示器的残像性能，提升液晶显示器的显示质量和使用寿命。
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。
除非另有说明，本发明中百分比为重量百分比；温度单位为摄氏度；△n代表光学各向异性(25℃)；△ε代表介电各向异性(25℃，1000Hz)；V10代表阈值电压，是在相对透过率改变10％时的特征电压(V，25℃)；γ1代表旋转粘度(mPa.s，25℃)；Cp代表液晶组合物的清亮点(℃)；K11、K22、K33分别代表展曲、扭曲和弯曲弹性常数(pN，25℃)，VHR代表电压保持率(60℃，Holding Time 2s)，ION代表离子浓度(nc/cm3，60℃)，VHR(UV)代表UV后的电压保持率(UV能量：10J/cm2)，ION(UV)代表UV后的离子浓度。
以下各实施例中，液晶化合物中基团结构用表1所示代码表示。
表1：液晶化合物的基团结构代码
以如下化合物结构为例：
表示为：4CDUQKF
表示为：5CCPUF
以下各实施例中，液晶组合物的制备均采用热溶解方法，包括以下步骤：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。
以下各实施例中，液晶组合物中各组分的重量百分比及液晶组合物的性能参数见下述表格。
实施例1
表2：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例2
表3：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例3
表4：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例4
表5：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例5
表6：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例6
表7：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例7
表8：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例8
表9：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
实施例9
表10：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
对比例1
表11：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
将实施例1与对比例1所得液晶组合物的各性能参数值进行汇总比较，参见表12。
表12：液晶组合物的性能参数比较
性能参数 实施例1 对比例1
△ε 0.100 0.099
△n +6.3 +6.2
Cp 91 91
γ1 67 74
K<sub>11</sub> 13.2 12.2
K<sub>22</sub> 6.6 6.1
K<sub>33</sub> 16.2 16.5
VHR 93.8％ 92.2％
ION 43 98.1
VHR(UV) 92.2％ 85.1％
ION(UV) 95.4 272.6
经比较可知：与对比例1相比，实施例1提供的液晶组合物具有高的电压保持率和低的离子浓度，经过UV光照射后更加明显，表明本发明所提供的液晶组合物具有更优异的光稳定性，有效地提升了液晶显示器的可靠性，改善液晶显示器的残像问题。
对比例2
表13：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数
将实施例5与对比例2所得液晶组合物的各性能参数值进行汇总比较，参见表14。
表14：液晶组合物的性能参数比较
性能参数 实施例5 对比例2
△ε 0.100 0.099
△n +7.9 +7.7
Cp 90 93
γ1 74 79
K<sub>11</sub> 13.0 12.8
K<sub>22</sub> 6.5 6.4
K<sub>33</sub> 15.9 15.6
VHR 93.9％ 92.6％
ION 57.9 90.1
VHR(UV) 91.8％ 82.1％
ION(UV) 104.8 330.5
经比较可知：与对比例2相比，实施例5提供的液晶组合物具有高的电压保持率和低的离子浓度，经过UV光照射后更加明显，表明本发明所提供的液晶组合物具有更优异的光稳定性，有效地提升了液晶显示器的可靠性，改善液晶显示器的残像问题。
由以上实施例可知，本发明所提供的液晶组合物具有高的电压保持率、低的离子浓度、优异的光稳定性，适合的光学各向异性、良好的低温互溶性、大的弹性常数以及良好的热稳定性，可有效改善液晶显示器存在的可靠性问题，有效地改善液晶显示器的残像问题，提升液晶显示器的显示质量和使用寿命。因此，本发明所提供的液晶组合物适用于高可靠性的TN、IPS及FFS型TFT液晶显示装置，尤其适用于IPS及FFS液晶显示装置。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种具有高可靠性的液晶组合物，其特征在于：配方如下：
2.一种具有高可靠性的液晶组合物，其特征在于：配方如下：
3.一种具有高可靠性的液晶组合物，其特征在于：配方如下：
4.权利要求1-3任一项所述液晶组合物在液晶显示装置中的应用，其特征在于：所述的液晶显示装置为TN、FFS或IPS显示器。
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