一种液晶组合物及其应用的制作方法

文档序号:14479659阅读:254来源:国知局
本发明涉及一种液晶组合物,具体地说是一种向列相液晶组合物,确切地说本发明所提供的液晶组合物具有大的介电各向异性及优异的品质特性,更确切地说本发明所提供的液晶组合物具有非常优异的残像性能。
背景技术
:目前,液晶在信息显示领域得到了广泛应用,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.reflectiveliquidcrystaldisplays.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,向列型液晶化合物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friedrichreinitzer发现了第一种液晶材料安息香酸胆固醇(cholesterylbenzoate)。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degennes论述为统计性起伏。g.w.oseen和h.zocher在1933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(supertwisrednematic:stn)模式以及p.brody在1972年提出的有源矩阵(activematrix: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。液晶显示器具有显示效果好、成本低的优点,因此,液晶显示器成为显示行业的主流。随着人们对显示器质量要求越来越高,液晶显示器的残像问题越来越受到关注。残像即影像残留(imagesticking),是在屏幕上长时间保持一幅静止的画面,由于液晶分子收到长期极化或离子富集,造成液晶分子不能再信号电压控制下正常偏转。画面切换后任然可以看到上一幅静止的画像痕迹。液晶组合物中含有的离子在直流电场作用下发生移动,形成离子电场,造成液晶分子感受电场发生变化,液晶显示器透过率变化,产生残像问题;随着画面变化,显示器内部电场切换,离子通过再平衡后残像消失。本发明提供一种液晶组合物,具有大的介电各向异性,以此降低液晶显示器的驱动电压,另一方面,通过对配方设计优化,降低液晶组合物的离子含量以及加速离子再平衡速度,改善残像问题以及加快残像消失时间。技术实现要素:本发明提供一种具有良好残像性能的液晶组合物,其特点在于至少包含一种通式i所代表的化合物:其中,r1代表c1~c12的直链烷基或c2~c12的直链烯基;以及至少一种通式ii的化合物:其中,r2代表c1~c12的直链烷基,r3代表h、c1~c12的直链烷基;以及至少包含一种通式iii的化合物:r4代表c1~c12的直链烷基,其中一个或多个不相邻的ch2可以被o、s或ch=ch所取代;n代表0或1;l1为h或f;a代表:以及至少包含一种通式iv所代表的化合物:r5代表c1~c12的直链烷基或c2~c12的直链烯基,r6代表f、cf3、ocf3、c1~c12的直链烷基,b表示或本发明所提供的通式i所代表的化合物含有2-甲基-3,4,5-三氟苯结构与二氟甲氧基桥键的四环结构,该类化合物对于改善液晶显示器残像恢复具有很大的贡献。具体地,通式i的化合物选自式i1~i5所代表的化合物:优选地,本发明所提供的通式i的化合物选自i2~i5;更优选地,通式i所代表的化合物为i2或i3;最优选i3。本发明所述通式i所代表的的化合物在所述液晶组合物中的合适加入量为1-20%,优选为4-15%,更优选为8-13%。本发明提供的通式ii所代表的化合物双环己基烯类化合物,该结构具有低的旋转粘度,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。优选的,通式ii所代表的化合物选自式iia1~式iib4所代表的化合物的一种或几种:更优选地,本发明所提供的通式ii所代表的化合物优选iia2、iia4、iib1、iib2、iib4中的一种或多种。特别优选地,本发明所提供的通式ii所代表的化合物选自iia2或iib2中的一种或两种。本发明所述通式ii所代表的的化合物在所述液晶组合物中的合适加入量为20-50%,优选为35-50%,更优选为40-45%。本发明提供的通式iii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iii所代表的化合物选自式iiia~式iiid所代表的化合物的一种或几种:其中,r4代表c1~c7的直链烷基。优选的,通式iii所代表的化合物选自式iiia1~式iiid4所代表的化合物的一种或几种:更优选地,本发明所提供的通式i所代表的化合物选自iiia1、iiia2、iiib1、iiib2、iiic1、iiic2、iiid2、iiid3中的一种或多种。特别优选地,本发明所提供的通式iii所代表的化合物选自iiia2、iiib2、iiic1、iiic2、iiid3中的一种或多种。本发明所述通式iii所代表的的化合物在所述液晶组合物中的合适加入量为10-40%,优选为18-35%,更优选为23-30%。本发明所述通式iv所代表的化合物选自式iva~式ivd所代表的化合物的一种或多种:其中,r5代表c2~c7的直链烷基或直链烯基;r6代表c1~c7的直链烷基。优选地,通式iv所代表化合物选自式iva1~式ivd4结构中的一种或多种:更优选地,通式iv所代表的化合物选自式iva1、iva2、iva8、iva12、iva16、ivb3、ivb12、ivb16、ivc1、ivc2、ivc4、ivd1、ivd2中的一种或多种。特别优选地,通式iv所代表的化合物选自式iva1、iva8、ivb12、ivb16、ivc2、ivd1中的一种或多种。本发明所述通式iv所代表的的化合物在所述液晶组合物中的合适加入量为1-40%,优选为10-30%,更优选为15-25%,或25-20%。本发明所述的液晶组合物还包含一种或多种通式v所代表的化合物:其中,r7、r8各自独立地代表c1~c12的直链烷基,l2代表h或f。通式v所代表的化合物为四环中性化合物,具有非常高的清亮点和较大的光学各向异性。具体地,本发明所述通式v所代表的化合物选自以下化合物中的一种或多种:其中,r7、r8各自独立地代表c1~c7的直链烷基。优选地,所述通式v所代表的化合物选自式va1~vb16中的一种或多种:更优选地,本发明所述通式v的化合物选自va5或vb6中的一种或两种。本发明所述通式v所代表的的化合物位可选组分,其在所述液晶组合物中的合适加入量为0-15%,当其加入量不为0时,合适的加入量优选为3-8%。具体的而言,为了使液晶组合物满足不同的需求,本发明所提供的液晶组合物包含以下质量百分比的组分:(1)、1~20%的通式i所代表的化合物;(2)、20~50%的通式ii所代表的化合物;(3)、10~40%的通式iii所代表的化合物;(4)、1~40%的通式iv所代表的化合物;(5)、0~15%的通式v所代表的化合物。优选地,本发明所提供的液晶组合物包含以下质量百分比的组分:(1)、3~15%的通式i所代表的化合物;(2)、30~50%的通式ii所代表的化合物;(3)、15~35%的通式iii所代表的化合物;(4)、5~35%的通式iv所代表的化合物;(5)、0~10%的通式v所代表的化合物。更优选地,本发明所提供的液晶组合物包含以下质量百分比的组分:(1)、4~13%的通式i所代表的化合物;(2)、35~45%的通式ii所代表的化合物;(3)、18~29%的通式iii所代表的化合物;(4)、10~29%的通式iv所代表的化合物;(5)、0~5%的通式v所代表的化合物。特别优选地,本发明所提供的液晶组合物包含以下质量百分比的组分:(1)、4~13%的通式i所代表的化合物;(2)、35~45%的通式ii所代表的化合物;(3)、23~29%的通式iii所代表的化合物;(4)、10~23%的通式iv所代表的化合物;(5)、5%的通式v所代表的化合物。或(1)、8%的通式i所代表的化合物;(2)、43~45%的通式ii所代表的化合物;(3)、18~29%的通式iii所代表的化合物;(4)、20~29%的通式iv所代表的化合物。作为更理想的技术方案本发明所提供的液晶组合物包含以下质量百分比的组分:本发明所提供的通式i所代表的化合物具有较强的极性、低的离子性以及非常优异的离子抑制能力,能够非常有效地改善液晶显示器残像恢复的能力;通式ii所代表的化合物为双环己基烯类结构,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;通式iv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v所代表的化合物为四环结构,该类化合物具有非常高的清亮点和较大的光学各向异性。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优异的残像恢复能力,可有效改善液晶显示器残像问题,适用于多种显示模式的液晶显示,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;尤其适用于ips、ffs液晶显示器。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∥和ε⊥分别代表平行和垂直介电常数(25℃,1000hz);△ε代表介电各向异性(25℃,1000hz);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℃)。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实施例10表11:液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数实施例11表12:液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数实施例12表13: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14:液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数将实施例4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15。表15:液晶组合物的性能参数比较△n△εcpγ1k11k22k33实施例40.100+8.6968713.66.817.5对比例10.100+8.61008813.86.916.7通过对实施例与对比例1所制成的液晶面板同时进行残像测试,其测试结果如表16所示:表16:液晶面板残像评测比较对比对比例1,实施例4所提供的液晶组合物参数一致,具有相同的残像等级,但其具有非常快的残像消失时间。由以上实施例可知,本发明所提供的液晶组合物具有低粘度、大的弹性常数、高电阻率、适合的光学各向异性、良好的低温互溶性以及优异的光稳定性和热稳定性,可降低液晶显示器的残像消失时间,从而解决液晶显示器残像问题。因此,本发明所提供的液晶组合物适用于快响应的tn、ips及ffs型tft液晶显示装置,尤其适用于ips及ffs型液晶显示装置。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。当前第1页12
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