CN102902096B - 含有光学活性成份的va液晶显示器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有垂直配向的液晶显示器件，包含：上电极基板、下电极基板，以及在所述上电极基板和所述下基板之间的液晶层，其中所述液晶层包含一种负性液晶介质，该液晶介质包含至少一种光学活性成分；本发明上电极基板、下电极基板之间设的液晶介质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，迅速发生旋转，能满足显示器对低的驱动电压的使用要求，且所述液晶介质具有较低的粘度和较高的清亮点。

Description

含有光学活性成份的VA液晶显示器件

技术领域

本发明涉及液晶显示领域，尤其涉及添加手性剂的负性介电常数各向异性的液晶介质应用于VA模式中。

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VA（垂直配向）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）、OCB（光控双折射）和VA（垂直配向）模式的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。

VA（垂直配向）模式采用液晶分子垂直与基板的排列方式，使用负性介电常数各向异性的液晶介质，具有非常好的暗态，对比度高。但是依然存在一些问题需要解决，例如液晶介质的负性介电常数各向异性的绝对值不够大，导致驱动电压不够低；液晶介质的粘度不够低，导致无法应对快速响应的需求。

因此，在液晶显示领域，急需要解决负性介电常数各向异性的液晶介质应用于VA模式所存在的问题。

发明内容

为了解决上述问题。本发明提供了一种液晶显示器件，包含：

一上电极基板；

一下电极基板；

以及一位于所述上电极基板和所述下电极基板之间的液晶层，所述液晶层包含一种介电常数各向异性为负的液晶介质，所述液晶介质包含至少一种光学活性成分；

其中，所述液晶介质中液晶分子的排列方向和所述上电极基板或者所述下电极基板所在平面基本垂直。

所述的基本垂直是指液晶分子的排列方向和所述上电极基板或者所述下电极基板所在平面的方向之间的夹角为：80°≤θ≤90°。在此范围之内，VA液晶显示器件可以得到较好的对比度和较快的响应速度。

所述液晶介质至少包含一种通式（I）表示的光学活性物质：

其中，

R₁选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基和具有2-12个碳原子的链烯基或链烯氧基组成的组，其中，在所述R₁和R₂中的一个或更多个-CH₂-可以各自独立地被-CH=CH-、-O-、-CH=CF-、-CF=CH-、-CF=CF-、-CO-O-或-O-CO-替代，其前提是氧原子不直接彼此连接；

R₂*选自1-20个碳原子的手性基团，所述手性基团可以未经取代或被F、Cl、Br或CN单取代或多取代，其中一个或多个不相邻的-CH₂-可以各自独立地被-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-CH=CH-和-C≡C-替代，其前提是氧原子不直接相连；可选择地，所述手性基团包括一个或更多个芳香环或脂肪环，可选择地，所述芳香环或脂肪环包括稠环或螺环并且包含一个或更多个杂原子；可选择地，所述手性基团是可聚合的手性基团；

Z₁、Z₂彼此独立的选自由-COO-、-OCO-、-CH₂O-、-OCH₂-、-CF₂O-、-OCF₂-、-CH₂CH₂-、-CF₂CF₂-、-CF=CF-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-和单键组成的组；

X 选自由-O-、-CH₂-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CH₂O-、-OCH₂-、-CF₂O-、-OCF₂-、-CH₂CH₂-、-CF₂CF₂-、-CF=CF-、-CH=CH-、-C≡C-和单键组成的组；

环A、环B和环C相同或不同，各自独立地选自由1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚二环[2,2,2]辛基、1,3-二氧六环-4,5-二基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基和四氢萘-2,6-二基中的基团组成的组；其中，可选择地，所述环A、环B和环C中的一个或更多个氢原子被-F、-Cl、-CN、-CF₃、-OCF₃、-CH₂F、-OCH₂F、-OCH₃或-CH₃取代，或所述环A、环B和环C中的一个或两个不相邻的个-CH₂-可以被-O-、-S-、-CF₂-或-CO-替代，前提是-O-、-S-不直接彼此连接，或者，所述环A、环B和环C中的1~2个-CH=可以被-N=替代；

n为0、1、2或3。

在一些实施方式中，所述通式（I）的光学活性物质优选自由通式（I-1）～通式（I-18）组成的组中一种或多种化合物：

式中，

R₁选自具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基、具有2-12个碳原子的链烯基或链烯氧基组成的组，其中，在所述R₁和R₂中的一个或更多个-CH₂-基团可以各自独立地被-CH=CH-、-O-、-CH=CF-、-CF=CH-、-CF=CF-、-CO-O-或-O-CO-替代，其前提是氧原子不直接彼此连接；

R₂*选自1-20个碳原子的手性基团，所述手性基团可以未经取代或被F、Cl、Br或CN单取代或多取代，其中一个或多个不相邻的-CH₂-可以各自独立地被-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-CH=CH-和-C≡C-取代，其前提是氧原子不直接相连；还可以含有一个或多个芳香环或脂肪环，其可以包括稠环或螺环且也可以含有一个或多个杂原子，或可聚合的手性基团；

X 选自-O-、-CH₂-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CH₂O-、-OCH₂-、-CF₂O-、-OCF₂-、-CH₂CH₂-、-CF₂CF₂-、-CF=CF-、-CH=CH-、-C≡C-或单键。

在本发明的实施方案中，所述通式（I）表示的光学活性物质在液晶介质中的含量为0.01%-5%（重量），优选为0.05%-3%（重量）。

在本发明的实施方案中，所述液晶介质的手性螺距P(Pitch)为1μm≤P≤100μm，优选为2μm≤P≤40μm。

在本发明的实施方案中，所述上电极基板和所述下电极基板之间的间隙G和所述液晶介质的手性螺距P(Pitch)的比值G/P为0.005≤G/P≤0.5，优选为0.01≤G/P≤0.25。

与已有技术相比，本发明的优点体现在：本发明上电极基板、下电极基板之间设的液晶介质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，迅速发生旋转，能满足显示器对低的驱动电压的使用要求，且所述液晶介质具有较低的粘度和较高的清亮点。

本发明通过对通式（I）表示的光学活性物质进行组合实验，通过与对照例的比较，确定了包含通式（I）的化合物的液晶介质，应用于VA显示模式时，可以使VA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4μm。

附图说明

图1为本发明的液晶显示器的结构示意图。

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VA-TFT液晶显示设备，盒厚d=4μm，由偏振器（偏光片）、电极基板等部分构成。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各向异性的液晶介质。

为简要说明起见，本发明的液晶显示器件（1）如图1所示，包括：上电极基板（2）、下电极基板（3）以及液晶层（4）；其中，液晶层（4）在上电极基板（2）和下电极基板（3）之间；液晶层包含液晶介质，液晶介质中具有液晶分子（5）。

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

以如下结构为例：

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：

Cp(℃)清亮点（℃，向列-各向同性相转变温度）

η流体粘度        （mPa*s，20℃）

Δn                光学各向异性（589nm，20℃）

Δε               介电各向异性（1KHz，25℃）

V₀：               驱动电压（1KHZ，20℃，VA测试盒）

toff：             关态响应时间（ms，25℃）

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

按照图1构成液晶显示器件。

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介质M-1，将其填充于液晶显示器两基板之间的液晶层（4）进行性能测试，测试数据如下表所示：

表2液晶介质M-1的配方及其测试性能

此混合物具有适当的Δn数值，适度高的Δε数值和适度低的流体粘度。因此它适用于

采用VA显示模式操作的显示器中。

实施例1

同对照例1构成液晶显示器件。

按表3中所列的重量比向对照例1的液晶介质M-1中加入本发明所涉及的光学活性物质，其填充于液晶显示器两基板之间液晶层（4）进行性能测试，测试数据如下表所示：

表3液晶介质配方及其测试性能

通过使用通式（I）表示的光学活性物质，使液晶介质在保持光电参数基本不变的情况下，得到更低的驱动电压，并提升了响应速度，因此非常适合用于采用VA显示模式操作的液晶显示器中。

Claims (9)

1.一种液晶显示器件，其特征在于，所述液晶显示器件包含：

一上电极基板；

一下电极基板；

以及一位于所述上电极基板和所述下电极基板之间的液晶层，所述液晶层包含一种介电常数各向异性为负的液晶介质，所述液晶介质包含至少一种光学活性成分；

其中，所述液晶介质中液晶分子的排列方向和所述上电极基板或者所述下电极基板所在平面基本垂直；

其中，所述光学活性成分选自具有通式I的化合物：

其中，

R₁选自由具有1-12个碳原子的烷基或烷氧基和具有2-12个碳原子的链烯基或链烯氧基组成的组，其中，在所述R₁和R₂中的一个或更多个-CH₂-可以各自独立地被-CH＝CH-、-O-、-CH＝CF-、-CF＝CH-、-CF＝CF-、-CO-O-或-O-CO-替代，其前提是氧原子不直接彼此连接；

R₂*选自1-20个碳原子的手性基团，所述手性基团可以未经取代或被F、Cl、Br或CN单取代或多取代，其中一个或多个不相邻的-CH₂-可以各自独立地被-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-CH＝CH-和-C≡C-替代，其前提是氧原子不直接相连；可选择地，所述手性基团包括一个或更多个芳香环或脂肪环，可选择地，所述芳香环或脂肪环包括稠环或螺环并且包含一个或更多个杂原子；可选择地，所述手性基团是可聚合的手性基团；

Z₁、Z₂彼此独立的选自由-COO-、-OCO-、-CH₂O-、-OCH₂-、-CF₂O-、-OCF₂-、-CH₂CH₂-、-CF₂CF₂-、-CF＝CF-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH＝CH-COO-、-OCO-CH＝CH-和单键组成的组；

X选自由-O-、-CH₂-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CH₂O-、-OCH₂-、-CF₂O-、-OCF₂-、-CH₂CH₂-、-CF₂CF₂-、-CF＝CF-、-CH＝CH-、-C≡C-和单键组成的组；

环A、环B和环C相同或不同，各自独立地选自由1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚二环[2,2,2]辛基、1,3-二氧六环-4,5-二基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基和四氢萘-2,6-二基中的基团组成的组；其中，可选择地，所述环A、环B和环C中的一个或更多个氢原子被-F、-Cl、-CN、-CF₃、-OCF₃、-CH₂F、-OCH₂F、-OCH₃或-CH₃取代，或所述环A、环B和环C中的一个或两个不相邻的个-CH₂-可以被-O-、-S-、-CF₂-或-CO-替代，前提是-O-、-S-不直接彼此连接，或者，所述环A、环B和环C中的1～2个-CH＝可以被-N＝替代；

n为0、1、2或3。

2.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述液晶介质中液晶分子的排列方向和所述上电极基板或者所述下电极基板所在平面之间的夹角θ为：80°≤θ≤90°。

3.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述通式I的化合物选自由通式I-1至通式I-18的化合物组成的组：

4.根据权利要求1-3中任一项所述的液晶显示器件，其特征在于，所述光学活性物质占所述液晶介质总重量的0.01％-5％。

5.根据权利要求4所述的液晶显示器件，其特征在于，所述光学活性物质占所述液晶介质总重量的0.05％-3％。

6.根据权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述液晶介质的手性螺距P为1μm≤P≤100μm。

7.根据权利要求6所述的液晶显示器件，其特征在于，所述液晶介质的手性螺距P为2μm≤P≤40μm。

8.根据权利要求7所述的液晶显示器件，其特征在于，所述上电极基板和所述下电极基板之间的间隙G和所述液晶介质的手性螺距P的比值G/P为0.005≤G/P≤0.5。

9.根据权利要求8所述的液晶显示器件，其特征在于，所述上电极基板和所述下电极基板之间的间隙G和所述液晶介质的手性螺距P的比值G/P为0.01≤G/P≤0.25。