CN103013535A - 一种液晶组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于TFT液晶显示器的液晶组合物，其包含以下质量百分比的各组分：第一组分包含通式Ⅰ所代表的化合物，其含量为1-30%；第二组分包含通式Ⅱ所代表的化合物，其含量为1-60%；第三组分包含通式Ⅲ所代表的化合物，其含量为1-30%；第四组分包含通式Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ所代表的化合物，其含量为0-50%；与上述各组分总含量的质量比例为100：0-0.5的旋光性组分。本发明提出的液晶组合物性能优异，具有较低的电压，较低的粘度、高的电阻率及电压保持率。本发明提出的液晶组合物可应用在TN、IPS或FFS等多种快速响应的TFT型液晶显示器中。
Description
技术领域
本发明涉及碳环化合物，具体涉及一种含卤素的碳环化合物及其应用。
背景技术
液晶基本性质、基本理论方面的基础研究开始较早，而液晶材料用于显示技术则最早在1968年，美国RCA公司普林斯顿研究所的Heilmeier等发明了利用液晶动态散射（Dynamic Scattering，DS）模式的液晶显示器。1971年M.Schadt等发表液晶扭曲向列效应（TwistedNematic，TN）；同年M.Schiekel等和M.Hareng等几乎同时发表电控双折射效应（Electrically Controlled Birefringence，ECB）模式。随后相继发现宾主（Guest Host，GH）效应、相变（Phase Chang，PC）效应、超级扭曲向列（Super TN）等效应。最初商业化的液晶显示器多为TN或STN型，这类显示器在增大尺寸和像素后驱动困难，直到1983年采用P.Brody提出的有源矩阵（Active Matrix，AM）薄膜晶体管（ThinFilm Transistor，TFT）驱动方式液晶显示的前景才逐渐清晰明朗。
20世纪八九十年代是TFT液晶显示的高速发展时期，欧美国家和日本厂商先后进行了相关的开发，直到八十年代末日本厂商才完全掌握主要生产技术并进行大规模生产。TFT-LCD的大量使用从笔记本电脑开始，随着个人电脑需求的不断增加TFT-LCD成为液晶显示的主流。
技术的进一步发展使TFT-LCD生产成本降低，到2004年计算机笨重的阴极射线管（CRT）显示器逐步向轻薄的TFT-LCD转变，并最终超过CRT的市场份额。进入2006年，液晶电视技术的成熟正将TFT-LCD技术带入一个更大的应用领域。
TFT-LCD电视的发展已经进入一个大尺寸、宽视角、快响应的时代，TN+Film、共面转换（In Plane Switching，IPS）和边缘场切换（FringeField Switching，FFS）技术以其接近180°的宽视角一直备受关注，而IPS、FFS新技术有望取代现有的TN+补偿膜的显示技术，为困扰液晶电视发展的视角等问题打开突破口。液晶显示技术的发展更新对液晶材料也提出了更高的要求，寻找更适合IPS和FFS模式的液晶材料，更适合大尺寸TFT-LCD的、具有快速响应、高电荷保持率的液晶及其组合物亦成为液晶材料研发人员的研究重点。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明目的是提供一种用于TN、IPS、FFS等TFT显示模式的液晶组合物。
本发明的另一目的是提出所述液晶化合物的应用。
实现本发明上述目的的具体技术方案为：
一种用于TFT液晶显示器的液晶组合物，包含以下质量百分比的各组分：
（1）第一组分包含通式Ⅰ所代表的化合物，其含量为1-30%；
（2）第二组分包含通式Ⅱ所代表的化合物，其含量为1-60%；
（3）第三组分包含通式Ⅲ所代表的化合物，其含量为1-30%；
（4）第四组分包含通式Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ所代表的化合物，其含量为0-50%；
（5）与上述各组分总含量的质量比例为100：0-0.5的旋光性组分，所述旋光性组分选自S811、R811、S1011、R1011、S2011、R2011、S5011和R5011中的一种。
其中，所述通式Ⅰ为如下结构：
本发明所述的液晶组合物第一组分同时也是首要组分，此类化合物具有很强的综合性能较大的电学各向异性，在混合液晶体系中有良好的降低阈值电压的效果，较高的清亮点，适中的光学各向异性，与此同时在组合物中有很好的互溶性和低温性能，有效改善高低温性能，是一类性能优异的液晶单体。
所述通式II为如下结构：
本发明所述的液晶组合物中第二组分包含的液晶化合物的粘度适中，响应时间和介电各向异性也比较好，不仅降低了显示器的功耗，同时通式Ⅱ适中的光学各向异性，较高的向列相温度范围、综合性能较好，混合液晶中加入此类组分可以提高响应时间，稳定体系的各项性能。
所述通式III为如下结构：
本发明提出的液晶组合物中第三组分包含的液晶化合物含有两个相连的反式1,4-环己烷，可以明显降低组合物的粘度，对于提高组合物的响应时间是不可缺少的组分，其光学各向异性比较适中，混合液晶中加入此类组分可以有效提高响应时间，降低体积粘度。
所述通式IV、V、VI分别为如下结构：
其中，R1–R8彼此独立地表示1-12个碳原子的烷基，其中一个或多个-CH2-基团可被-O-或2-12个碳原子的烯基取代，
彼此独立地表示反式1,4-环己基或1,4-亚苯基，a、b为0，1或2，且a+b为1或2，n表示1或2，L1-L10彼此独立地表示-H或-F。
第四组分通式Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ所示的液晶混合物极性较小，对于液晶组合物某一项参数的微调起着重要作用，同时不会对其它参数造成较大的变动。第四组分通式Ⅳ四环体系主要是改善组合物清亮点温度；通式Ⅴ和Ⅵ类单体主要是改善粘度，提高响应时间。混合体系的作用显著，同时对其它性能起到辅助调节的作用，特别对于参数的微调至关重要，可用于调整体系的清亮点和Δn数值。
优选地，所述的液晶组合物，包含以下质量百分比的各组分：
（1）第一组分包含通式Ⅰ所代表的化合物，其含量为5-20%；
（2）第二组分包含通式Ⅱ所代表的化合物，其含量为20-45%；
（3）第三组分包含通式Ⅲ所代表的化合物，其含量为10-20%；
（4）通式Ⅳ所代表的化合物，其含量为8-33%；
（5）通式Ⅴ所代表的化合物，其含量为4-8%；
（6）通式Ⅵ所代表的化合物，其含量为6-17%，且通式Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ所代表的化合物含量之和不大于45%；
（7）与上述各组分总含量的质量比例为100：005-0.5的旋光性组分，所述旋光性组分选自S811、R811、S1011、R1011、S2011、R2011、S5011和R5011中的一种：
优选地，所述第一组分通式Ⅰ所代表的化合物为下列结构的化合物：
其中，R1表示1-5个碳原子的烷基，其中一个或多个-CH2-基团可被-O-或2-5个碳原子的烯基取代；L1和L2彼此独立地表示-H或-F。
通式Ⅰ所示的液晶化合物中所指的烷基及烯基理想的情况为短烷基或烯基链基团，即少于五个碳原子基团。
优选地，所述第二组分通式Ⅱ所代表的化合物为下述化合物的一种或两种：
其中，R2表示1-8个碳原子的烷基，其中一个或多个-CH2-基团可被-O-或2-8个碳原子的烯基取代；L3、L4、L5彼此独立地表示-H或-F。
其中，所述通式III中，R3和R4至少有一个表示1-5个碳原子的烷基。
其中，所述第四组分中通式Ⅳ中R5表示2-5个碳原子的烯基，R6表示1-5个碳原子的烷基或烷氧基。
其中，所述通式Ⅴ所表示的化合物为以下一种或两种：
其中，R7表示1-5个碳原子的烷基，其中一个或多个-CH2-基团可被-O-或2-5个碳原子的烯基取代。
其中，所述通式Ⅵ表示的化合物其结构为以下一种或几种：
其中，R8表示1-5个碳原子的烷基，其中一个或多个-CH2-基团可被-O-或2-5个碳原子的烯基取代；L8、L9、L10彼此独立地表示-H或-F。
其中，所述旋光组份为下述化合物中右旋R或左旋S的一种，相同编号的R/S旋光组份为同一分子不同构型的旋光异构体。
旋光组份与I-VI各组分总含量的质量比例为0.13：100或0:100。
对于本发明所述的液晶混合物，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。
本发明的液晶组合物可采用常规方法将两种或多种液晶化合物混合进行生产，如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；或者本发明的液晶组合物可按照常规的方式制备，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，然后将溶液混合后去除溶剂后得到。
本发明提出的液晶组合物在制备快速响应薄膜晶体管液晶显示器件中的应用。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的液晶组合物性能优异，具有较低的电压，较低的粘度、高的电阻率及电压保持率。本发明提出的所述液晶组合物在液晶显示装置中的应用，所述液晶显示装置为TN、IPS或FFS等多种快速响应的TFT型液晶显示器中。
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：
除非另有说明，上下文中，百分比为质量百分比，所有的温度以摄氏度给出。使用下述缩写：c.p=清亮点，△n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。
本发明中所用的旋光性组分均购自北京八亿时空液晶材料科技有限公司。
实施例1：
取以下质量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，该液晶组合物用于TN TFT液晶显示器，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表1：
表1实施例1的液晶组合物的配比和性能参数
实施例2
取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，该组合物用于TN TFT液晶显示器，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表2：
表2实施例2的液晶组合物的配比和性能参数
实施例3
取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，该组合物用于IPS TFT/FFS TFT液晶显示器，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表3：
表3实施例3的液晶组合物的配比和性能参数
实施例4
取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，该组合物用于IPS TFT/FFS TFT液晶显示器，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表4：
表4实施例4的液晶组合物的配比和性能参数
实施例5
取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，该组合物用于TN TFT液晶显示器，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表5：
表5实施例5的液晶组合物的配比和性能参数
实施例6
取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，该组合物用于TN TFT液晶显示器，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表6：
表6实施例6的液晶组合物的配比和性能参数
实施例7
取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，该组合物用于IPS TFT/FFS TFT液晶显示器，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表7：
表7实施例7的液晶组合物的配比和性能参数
实施例8
取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，该组合物用于TN TFT液晶显示器，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表8：
表8实施例8的液晶组合物的配比和性能参数
实施例9
取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，该组合物用于TN TFT液晶显示器，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表9：
表9实施例9的液晶组合物的配比和性能参数
实施例10
取以下重量百分比的液晶化合物配制液晶组合物，该实施例用于IPS TFT/FFS TFT液晶显示器，具体的配比及所得的液晶组合物的性质见表10：
表10实施例10的液晶组合物的配比和性能参数
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 (10)
1.一种用于TFT液晶显示器的液晶组合物，其特征在于，包含以下质量百分比的各组分：
（1）第一组分包含通式Ⅰ所代表的化合物，其含量为1-30%；
（2）第二组分包含通式Ⅱ所代表的化合物，其含量为1-60%；
（3）第三组分包含通式Ⅲ所代表的化合物，其含量为1-30%；
（4）第四组分包含通式Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ所代表的化合物，其含量为0-50%；
（5）与上述各组分总含量的质量比例为100：0-0.5的旋光性组分，所述旋光性组分选自S811、R811、S1011、R1011、S2011、R2011、S5011和R5011中的一种；
其中，所述通式Ⅰ为如下结构：
所述通式II为如下结构：
所述通式III为如下结构：
所述通式IV、V、VI分别为如下结构：
其中，R1–R8彼此独立地表示1-12个碳原子的烷基，其中一个或多个-CH2-基团可被-O-或2-12个碳原子的烯基取代，
彼此独立地表示反式1,4-环己基或1,4-亚苯基，a、b为0，1或2，且a+b为1或2，n表示1或2，L1-L10彼此独立地表示-H或-F。
2.如权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，包含以下质量百分比的各组分：
（1）第一组分包含通式Ⅰ所代表的化合物，其含量为5-20%；
（2）第二组分包含通式Ⅱ所代表的化合物，其含量为20-45%；
（3）第三组分包含通式Ⅲ所代表的化合物，其含量为10-20%；
（4）通式Ⅳ所代表的化合物，其含量为8-33%；
（5）通式Ⅴ所代表的化合物，其含量为4-8%；
（6）通式Ⅵ所代表的化合物，其含量为6-17%，且通式Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ化合物含量之和不大于45%；
（7）与上述各组分总含量的质量比例为100：0-0.2的旋光性组分，所述旋光性组分选自S811、R811、S1011、R1011、S2011、R2011、S5011和R5011中的一种：
3.如权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述第一组分通式Ⅰ所代表的化合物为下列结构的化合物：
其中，R1表示1-5个碳原子的烷基，其中一个或多个-CH2-基团可被-O-或2-5个碳原子的烯基取代；L1和L2彼此独立地表示-H或-F。
4.如权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述第二组分通式Ⅱ所代表的化合物为下述化合物的一种或两种：
其中，R2表示1-8个碳原子的烷基，其中一个或多个-CH2-基团可被-O-或2-8个碳原子的烯基取代；L3、L4、L5彼此独立地表示-H或-F。
5.如权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式III中，R3和R4至少有一个表示1-5个碳原子的烷基。
6.如权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述第四组分中通式Ⅳ中R5表示2-5个碳原子的烯基，R6表示1-5个碳原子的烷基或烷氧基。
7.如权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅴ所代表的化合物为以下一种或两种：
其中，R7表示1-5个碳原子的烷基，其中一个或多个-CH2-基团可被-O-或2-5个碳原子的烯基取代。
8.如权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅵ所代表的化合物其结构为以下一种或几种：
其中，R8表示1-5个碳原子的烷基，其中一个或多个-CH2-基团可被-O-或2-5个碳原子的烯基取代；L8、L9、L10彼此独立地表示-H或-F。
9.如权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述旋光组份与I-VI各组分总含量的质量比例为0.13：100或0:100。
10.权利要求1-9任一所述的液晶组合物在制备快速响应薄膜晶体管液晶显示器件中的应用。
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