一种具有高透过率的液晶组合物及其应用的制作方法

文档序号:15684613发布日期:2018-10-16 20:55阅读:150来源:国知局
本发明属于液晶材料及其应用领域,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垂直介电,更确切地说本发明所提供的液晶组合物具有高的透过率。
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。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。液晶属于被动发光显示,也就是说,液晶面板起到的是光开关的作用,光线通过液晶面板后透过率为6%左右,为了提升亮度,需要加强背光亮度,进而需要消耗更多的电能用于提升背光亮度。这大大提升了背光的成本。所以提升液晶面板的透过率成为目前液晶显示的难点。具体而言,对于ips(面内转换)和ffs(边缘场效应)模式显示器,降低液晶组合物的ε||/ε⊥(平行介电与垂直介电的比值)可有效地提升液晶显示器的透过率。本发明所提供的液晶组合物有效地降低了液晶组合物的ε||/ε⊥,起到了良好提升透过率的效果。技术实现要素:本发明的目的是克服现有技术的缺陷,提供一种高透过率液晶组合物。具体而言,所述组合物中包含至少一种通式i所代表的化合物、至少一种通式ii所代表的化合物、至少一种通式iii所代表的化合物以及至少一种通式iv所代表的化合物。所述通式i具体为:所述通式i中,r1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;l1代表h或f;环a1代表:所述通式ii具体为:所述通式ii中,r2、r3各自独立地代表c1~c12的直链烷基、烷氧基或c2~c12的直链烯基;环a2代表反式1,4-环己基或1,4-亚苯基。所述通式iii具体为:所述通式iii中,r4、r5各自独立地代表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;环a3、a4各自独立地代表反式1,4-环己基或1,4-亚苯基。所述通式iv具体为:所述通式iv中,r6代表c1~c12的直链烷基或c2~c12的直链烯基,r7代表c1~c12的直链烷基;环a5代表反式1,4-环己基或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。本发明提供的液晶组合物中,各液晶组分之和为100%。通式i所述化合物在组合物中的含量优选为3~30%,更优选为5~25%,进一步优选为8~17%。优选地,通式i所代表的化合物选自式ia~式ib所代表的化合物的一种或几种:所述式ia~ib中,r1代表c1~c7的直链烷基,优选为c2~c5的直链烷基。作为本发明的优选方案,通式i所代表的化合物选自式ia1~ia4、式ib1~ib4所代表的化合物的一种或几种:更优选地,通式i所代表的化合物选自ia1、ia2、ib1、ib2中的一种或多种。本发明提供的通式ii所代表的化合物含有2,3-二氟苯结构,该结构具有大的垂直介电。本发明提供的液晶组合物中,各液晶组分之和为100%。通式ii所述化合物在组合物中的含量优选为3~30%,更优选为5~25%,进一步优选为10~20%。优选地,所述通式ii所代表的化合物选自iia、iib中的一种或多种:所述iia、iib中,r2代表c1~c7的直链烷基,优选为c2~c5的直链烷基;r3代表c1~c7的直链烷基或直链烷氧基,优选为c1~c3的直链烷基或直链烷氧基。作为本发明的优选方案,通式ii所代表的化合物选自式iia1~iia20、iib1~iib20所代表的化合物的一种或几种:更优选地,通式ii所代表的化合物选自iia10、iia14、iib13、iib14中的一种或多种。本发明提供的通式iii所代表的化合物双环结构,该结构具有低的旋转粘度。本发明提供的液晶组合物中,各液晶组分之和为100%。通式iii所述化合物在组合物中的含量优选为40~70%,更优选为50~65%,进一步优选为60.5~62%。优选地,所述通式iii所代表的化合物选自iiia、iiib、iiic中的一种或多种:所述iiia、iiib、iiic中,r4代表c1~c7的直链烷基,优选为c1~c5的直链烷基;r5代表c1~c7的直链烷基、直链烷氧基或c2~c7的直链烯基,优选为c1~c5的直链烷基、直链烷氧基或c2~c5的直链烯基。作为本发明的优选方案,通式iii所代表的化合物选自式iiia1~iiia30、iiib1~iiib24、iiic1~iiic24所代表的化合物的一种或几种:更优选地,通式iii所代表的化合物选自iiia1、iiia2、iiic4、iiic15中的一种或多种。本发明提供的液晶组合物中,通式iv所述化合物在组合物中的含量优选为3~30%,更优选为5~25%,进一步优选为8~17%。优选地,本发明通式iv所代表的化合物优选自式iva、ivb所代表的化合物的一种或多种:所述iva、ivb中,r6代表c2~c7的直链烷基或直链烯基,优选为c2~c5的直链烷基或直链烯基;r7代表c1~c7的直链烷基,优选为c1~c5的直链烷基。作为本发明的优选方案,通式iv所代表化合物选自式iva1~iva18、ivb1~ivb22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iva1、iva2、ivb12、ivb16中的一种或多种。为了确保各组分之间实现协同作用,提高所述液晶材料的综合效果,本发明进一步对所述液晶材料的中各组分的用量进行优选。具体的而言,本发明所提供的液晶组合物包括以下质量百分比的组分:(1)3~30%的通式i所代表的化合物;(2)3~30%的通式ii所代表的化合物;(3)40~70%的通式iii所代表的化合物;(4)3~30%的通式iv所代表的化合物。优选地,本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分:(1)5~25%的通式i所代表的化合物;(2)5~25%的通式ii所代表的化合物;(3)50~65%的通式iii所代表的化合物;(4)5~25%的通式iv所代表的化合物。更优选地,本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分:(1)8~17%的通式i所代表的化合物;(2)10~20%的通式ii所代表的化合物;(3)60.5~62%的通式iii所代表的化合物;(4)8~17%的通式iv所代表的化合物。进一步优选地,本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分:(1)3~6%的通式ia所代表的化合物;(2)5~7%的通式ib所代表的化合物;(3)12~14%的通式iib所代表的化合物;(4)55%的通式iiia所代表的化合物;(5)5.5~6%的通式iiic所代表的化合物;(6)10%的通式iva所代表的化合物;(7)3~7%的通式ivb所代表的化合物。特别优选地,本发明所提供的液晶化合物包含以下质量百分比的组分:本发明所提供的液晶组合物通过添加第ii类化合物增加液晶组合物的垂直介电,通过i类化合物提升介电各项异性,进而得到具有大的垂直介电的液晶组合物,提升液晶显示器透过率。通过各组分的优化组合,进而得到具有快响应的高透过率的液晶组合物。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大的垂直介电常数,进而具有低的平行介电与垂直介电常数的比值,其在ips或ffs模式显示器中的使用能明显改善液晶显示器的透过率,有效地改善显示效果和降低能耗。附图说明图1为实施例2和对比例1的透过率模拟曲线图。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:5apuqkf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对比例1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14。表14:液晶组合物的性能参数比较△nε⊥△εε∥cpε∥/ε⊥实施例10.0973.6+2.66.2801.722对比例10.0972.6+2.55.1781.962经比较可知:与对比例1相比,实施例2提供的液晶组合物具有低的平行介电与垂直介电的比值,所以具有更高的透过率。对实施例2和对比例1进行透过率模拟得到以下数据表15:表15:实施例2与对比例1透过率比较实施例2对比例1透过率0.289310.27331实施例1相对于对比例1的透过率提升6.0%左右。模拟曲线如图1所示:由以上实施例可知,本发明所提供的液晶组合物具有大的垂直介电,进而具有更低的平行介电与垂直介电的比值,进一步具有更高的透过率。因此,本发明所提供的液晶组合物适用于的ips或ffs型tft液晶显示装置,能够明显提升液晶显示器的透过率,降低背光源的能量损失,特别适用于快响应ffs型tv液晶显示器。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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