CN103305234B - 一种快速响应的液晶组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速响应的液晶组合物，包含重量百分含量为10%～55%的结构式Ⅰ所示的液晶化合物、小于25%且不为零的结构式Ⅱ所示的液晶化合物、5%～50%的结构式Ⅲ所示的液晶化合物、1%～20%的结构式Ⅳ所示的液晶化合物、1%～30%的结构式Ⅴ所示的液晶化合物、0～25%的结构式Ⅵ所示的液晶化合物和0～50%的结构式Ⅶ所示的液晶化合物。该液晶组合物具有非常低的粘度、非常快的响应速度、较大的光学各向异性和适当的介电各向异性，特别适用于TN模式或STN模式下的3D光阀显示。

Description

一种快速响应的液晶组合物

技术领域

本发明涉及一种液晶组合物，尤其是指一种适用于3D光阀显示的快速响应的液晶组合物。

背景技术

自从1888年奥地利科学家发现液晶材料以来，液晶材料由于其独特的光学各向异性和电学各向异性，被广泛地应用于显示材料领域。随着薄膜晶体管技术的成熟运用，液晶材料已经不仅仅应用于简单的仪表显示和光阀显示，而且已经广泛地应用于手机屏显示和电视屏显示，与人们的生活联系愈发紧密。因此，人们对不同性能液晶材料的需求也逐渐增高，各种功能性液晶材料不断产生。

目前，常用的液晶材料显示模式有TN模式、STN模式、VA模式、OCB模式等。用作显示材料的液晶材料需要满足下列条件：①合适的电学各向异性和光学各向异性；②较宽的向列相温度范围；③有较好的热稳定性和紫外光稳定性；④较快的响应速度。

近年来，3D显示越来越被人们所熟知和接受。3D显示，是一种通过双目或多目视觉信号、使人们能够感受强烈立体视觉冲击效果的多媒体形式，在航天、军事、医疗、教育、娱乐等领域都有巨大的应用价值，已经逐渐在计算机视觉、图形学、图像视频处理与通信等多个学科领域成为研究热点。依据观看者在观看3D图像时是否需要佩戴助视设备，可将3D显示器分为助视3D显示器和裸视3D显示器。

观看时使用的助视设备一般称为3D光阀眼镜。3D光阀眼镜的显示模式通常采取TN模式、STN模式或OCB模式。其中，TN模式和STN模式因为具有较高的对比度和较快的响应速度，具有更加明显的优势。

佩戴液晶3D光阀眼镜的3D显示***的基本原理是：通过3D液晶显示器（刷新频率在120Hz以上）分时显示左右眼时差图像，光阀眼镜与3D液晶显示器同步驱动，当显示器显示左眼图像时，左眼液晶光阀眼镜打开，右眼液晶光阀眼镜关闭；显示右眼图像时，左眼液晶光阀眼镜关闭，右眼液晶光阀眼镜开启；左右眼看到的不同的图像经过大脑融像合成后，呈现给观看者一种立体的感觉，从而形成3D视觉。

由于3D光阀眼镜是配合3D液晶显示器使用的，因此，3D光阀眼镜必须做到极快的响应速度，才能配合时场显示，获得更优质的3D图像。液晶显示器件的响应速度主要取决于驱动电压、液晶材料的弹性常数、液晶材料的旋转粘度、液晶材料的介电常数和显示器件的盒厚等参数。其中，驱动电压和盒厚在液晶器件设计时就已经确定了，而旋转粘度、弹性常数和介电常数主要取决于液晶材料本身。单一的某种液晶不可能同时满足上述所有性能参数，通常需要几种甚至十几种具有特点的单晶混合而成，从而达到显示器件所要求的性能参数。因此，不断开发新的性能优异的3D光阀显示用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适用于3D光阀显示的、具有良好的光稳定性与热稳定性、非常低的粘度、较大的光学各向异性的快速响应的液晶组合物。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种快速响应的液晶组合物，包含重量百分含量为10%～55%的结构式Ⅰ所示的液晶化合物、小于25%且不为零的结构式Ⅱ所示的液晶化合物、5%～50%的结构式Ⅲ所示的液晶化合物、1%～20%的结构式Ⅳ所示的液晶化合物、1%～30%的结构式Ⅴ所示的液晶化合物、0～25%的结构式Ⅵ所示的液晶化合物和0～50%的结构式Ⅶ所示的液晶化合物，

其中，

R₁、R₃、R₅、R₇、R₉、R₁₀、R₁₂分别是含有1～5个碳原子的烷基、含有1～5个碳原子且双键不与苯环直接相连的链烯基的其中任一基团；

R₂、R₄、R₆、R₈、R₁₁、R₁₃分别是-F、-CN、-CF₃、-OCF₃、含有1～5个碳原子的烷基链、含有1～5个碳原子且双键不与苯环直接相连的链烯基的其中任一基团；

L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆、L₇、L₈、L₉分别是-H或-F；

分别是反-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、1,4-亚苯基中的任意氢原子被氟取代所形成基团中的任一基团；

Z₁、Z₂分别是单键、-C≡C-、-COO-或-CF₂O-中的任意一种；

n是0、1或2。

所述液晶组合物的光学各向异性的数值范围为0.100～0.300。

所述结构式Ⅰ所示的液晶化合物优选Ⅰ-a～Ⅰ-i所示的化合物：

所述结构式Ⅱ所示的液晶化合物优选Ⅱ-a～Ⅱ-j所示的化合物：

所述结构式Ⅲ所示的液晶化合物优选Ⅲ-a～Ⅲ-e所示的化合物：

所述结构式Ⅳ所示的液晶化合物优选Ⅳ-a所示的化合物：

所述结构式Ⅴ所示的液晶化合物优选Ⅴ-a～Ⅴ-c所示的化合物：

所述结构式Ⅵ所示的液晶化合物优选Ⅵ-a～Ⅵ-b所示的化合物：

所述结构式Ⅶ所示的液晶化合物优选Ⅶ-a～Ⅶ-b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：

本发明公开了一种快速响应的液晶组合物，通过使用一系列的不同结构的液晶材料进行混配，使得该液晶组合物具有较大的光学各向异性和较小的粘度，实现了液晶产品的快速响应，适用于TN模式或STN模式下的3D光阀显示。使用该液晶组合物制备的3D光阀眼镜，与3D液晶显示器配合使用，能够显著提高响应速度，缩短响应时间，使观看者获得更好的视觉体检，具有广阔的市场前景和应用价值。

本液晶组合物所使用的液晶组分中，结构式Ⅰ化合物具有较低的旋转粘度，非常好的互溶性；结构式Ⅱ化合物具有较低的旋转粘度、良好的互溶性和较大的Δn；结构式Ⅲ化合物和结构式Ⅵ化合物具有较高的清亮点、非常大的Δn、相对低的旋转粘度以及非常好的互溶性；结构式Ⅳ化合物相对于结构式Ⅱ化合物来说，具有更高的清亮点，加入液晶组合物体系中能够增加液晶分子间的互溶性；结构式Ⅴ化合物具有非常大的Δε和较好的互溶性，加入少量的该化合物就能够极大地降低液晶组合物的阈值电压。因此，使用具有结构式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ的液晶化合物混合，并通过对液晶组合物中各个组分重量百分含量的调整，制备出的液晶组合物，具有明显更快的响应速度和更好的互溶性，非常适宜制备3D光阀眼镜。

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，其他符号的具体意义及测试条件如下：

c.p.表示液晶的清亮点（℃），测试仪器：①梅特勒（Mettler）公司FP-52型熔点仪，升温速度3℃/min；②梅特勒（Mettler）公司差示量热扭扫描仪DSC822e，升温速度1℃/min；

Δn表示光学各向异性，Δn=n_o-n_e，其中，n_o为寻常光的折射率，n_e为非寻常光的折射率，测试仪器：阿贝折射计，测试条件：589nm，25℃；

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，测试仪器：HP4284A，测试条件：25℃，1KHz，5.2微米TN左旋盒；

τ表示响应时间（ms），测试仪器：DMS-501，测试条件：25±0.5℃，5.2微米TN左旋盒；

η表示旋转粘度（mPa·s），测试仪器：E型旋转粘度计，测试条件：20±0.5℃。

本发明提供了一种快速响应的液晶组合物，包含重量百分含量为10%～55%的结构式Ⅰ所示的液晶化合物、小于25%且不为零的结构式Ⅱ所示的液晶化合物、5%～50%的结构式Ⅲ所示的液晶化合物、1%～20%的结构式Ⅳ所示的液晶化合物、1%～30%的结构式Ⅴ所示的液晶化合物、0～25%的结构式Ⅵ所示的液晶化合物和0～50%的结构式Ⅶ所示的液晶化合物，

其中，

R₁、R₃、R₅、R₇、R₉、R₁₀、R₁₂分别是含有1～5个碳原子的烷基、含有1～5个碳原子且双键不与苯环直接相连的链烯基的其中任一基团；

R₂、R₄、R₆、R₈、R₁₁、R₁₃分别是-F、-CN、-CF₃、-OCF₃、含有1～5个碳原子的烷基链、含有1～5个碳原子且双键不与苯环直接相连的链烯基的其中任一基团；

L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆、L₇、L₈、L₉分别是-H或-F；

分别是反-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、1,4-亚苯基中的任意氢原子被氟取代所形成基团中的任一基团；

Z₁、Z₂分别是单键、-C≡C-、-COO-或-CF₂O-中的任意一种；

n是0、1或2。

所述结构式Ⅰ所示的液晶化合物优选Ⅰ-a～Ⅰ-i所示的化合物：

所述结构式Ⅱ所示的液晶化合物优选Ⅱ-a～Ⅱ-j所示的化合物：

所述结构式Ⅲ所示的液晶化合物优选Ⅲ-a～Ⅲ-e所示的化合物：

所述结构式Ⅳ所示的液晶化合物优选Ⅳ-a所示的化合物：

所述结构式Ⅴ所示的液晶化合物优选Ⅴ-a～Ⅴ-c所示的化合物：

所述结构式Ⅵ所示的液晶化合物优选Ⅵ-a～Ⅵ-b所示的化合物：

所述结构式Ⅶ所示的液晶化合物优选Ⅶ-a～Ⅶ-b所示的化合物：

本发明所使用的各种液晶单体化合物均可以通过公知的方法进行合成，或通过商业途径获得。液晶组合物采取常规方法制备，首先分别按比例精确称取结构式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ的化合物，放入同一容器内，通过搅拌、加热或者其他方式将其混合均匀，然后进行吸附或者过滤，最终制备得液晶组合物，并将所得的液晶组合物填充于液晶显示器的两基板中间，进行性能测试。具体化合物的单体结构、用量（重量百分含量）、所得的液晶组合物的性能参数测试结果均列于表中。表1～7对应实施例1～7。

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

由实施例1～7所示的液晶组合物的性能参数可知，本发明的液晶组合物具有非常低的粘度、非常快的响应速度、较大的光学各向异性和适当的介电各向异性，可以在TN液晶显示模式或STN液晶显示模式中获得比其他液晶组合物更快的响应速度，特别适用于制造3D光阀显示眼镜。

本发明虽然仅仅列举了上述7个实施例的具体化合物和配比重量百分含量，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、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ所示的化合物、以及其优选化合物进行进一步拓展和修改，通过对各组分重量百分含量的调整，均能达到本发明的目的。

Claims (8)

1.一种快速响应的液晶组合物，其特征在于：所述液晶组合物由重量百分含量为10％～55％的结构式Ⅰ所示的液晶化合物、小于25％且不为零的结构式Ⅱ所示的液晶化合物、5％～50％的结构式Ⅲ所示的液晶化合物、1％～20％的结构式Ⅳ所示的液晶化合物、1％～30％的结构式Ⅴ所示的液晶化合物、0～25％的结构式Ⅵ所示的液晶化合物和0～50％的结构式Ⅶ所示的液晶化合物组成，

其中，

R₁、R₃、R₅、R₇、R₉、R₁₀、R₁₂分别是含有1～5个碳原子的烷基、含有1～5个碳原子且双键不与苯环直接相连的链烯基的其中任一基团；

R₂、R₄、R₆、R₈、R₁₁、R₁₃分别是-F、-CN、-CF₃、-OCF₃、含有1～5个碳原子的烷基链、含有1～5个碳原子且双键不与苯环直接相连的链烯基的其中任一基团；

L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆、L₇、L₈、L₉分别是-H或-F；

分别是反-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、1,4-亚苯基中的任意氢原子被氟取代所形成基团中的任一基团；

Z₁、Z₂分别是单键、-C≡C-、-COO-或-CF₂O-中的任意一种；

n是0、1或2；

所述液晶组合物的光学各向异性的数值范围为0.100～0.300。

2.根据权利要求1所述的一种快速响应的液晶组合物，其特征在于：所述结构式Ⅰ所示的液晶化合物是Ⅰ-a～Ⅰ-i所示化合物中的一种或几种：

3.根据权利要求1所述的一种快速响应的液晶组合物，其特征在于：所述结构式Ⅱ所示的液晶化合物是Ⅱ-a～Ⅱ-j所示化合物中的一种或几种：

4.根据权利要求1所述的一种快速响应的液晶组合物，其特征在于：所述结构式Ⅲ所示的液晶化合物是Ⅲ-a～Ⅲ-e所示化合物中的一种或几种：

5.根据权利要求1所述的一种快速响应的液晶组合物，其特征在于：所述结构式Ⅳ所示的液晶化合物是Ⅳ-a所示的化合物：

6.根据权利要求1所述的一种快速响应的液晶组合物，其特征在于：所述结构式Ⅴ所示的液晶化合物是Ⅴ-a～Ⅴ-c所示化合物中的一种或几种：

7.根据权利要求1所述的一种快速响应的液晶组合物，其特征在于：所述结构式Ⅵ所示的液晶化合物是Ⅵ-a～Ⅵ-b所示化合物中的一种或几种：

8.根据权利要求1所述的一种快速响应的液晶组合物，其特征在于：所述结构式Ⅶ所示的液晶化合物是Ⅶ-a～Ⅶ-b所示化合物中的一种或几种：