[发明专利]一类低温低粘度液晶组合物的制备与用途

说明书

发明领域

本发明属于有机化合物领域，具体涉及一类低温低粘度液晶组合物的制备与用途。

背景技术

薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)已经成为平板显示的发展主流，2006年市场上的TFT-LCD响应速度已发展到5毫秒(25℃)。但在视屏显示中仍存在动画残影、拖尾和低温显示速度很慢等现象，使其在户外应用受到了限制。同样的问题，在普通TN(扭曲向列相)显示模式、HTN(高扭曲向列相)显示模式、STN(超扭曲向列相)模式、PDLC(聚合物分散液晶)模式、DS(动态散射)模式、GH(宾主)模式、ECB(电控双折射)模式、DAP模式以及DSTN(反射式双稳态)模式等液晶显示器(LCD)中都普遍存在，甚至低温无法显示。而这些液晶显示器都已用于钟表、计算器、文字处理、掌上电脑、移动通讯、各种仪器仪表、便携式电脑、信息处理终端显示、高清晰电视机等平板显示器件中。

在造成动画残影、拖尾和低温响应速度很慢现象的主要原因是现有液晶材料粘度大，尤其是低温粘度及其低温响应速度对温度依赖性大的问题一直没有解决，成为液晶显示技术与应用发展的瓶颈(Angew.Chem.Int.Ed.，2000，39：4216～4235；J.Mater.Chem.，2004，14，1219～1227)。

响应时间是液晶显示特有的性能指标(Phys.Lett.39A，69(1972))，液晶显示是由于液晶在分子长轴与垂直短轴方向上具有不同的折射率，在电场作用下液晶分子通过扭曲、弯曲和倾斜等物理形变导致不同的光线通过来实现显示。造成液晶分子物理形变过程的速度就叫液晶“响应速度”，或说液晶显示由全亮变成全暗，再由全暗变成全亮的反应速度。LCD的响应速度主要与液晶粘度(Viscosity，r₁)、液晶介电各向异性(Dielectric anisotropy，Δε)、盒厚(Cell gap，d)及操作电压(Threshold Voltage，Vth)有关。从关系式(丁清华，许千树；“液晶材料的发展趋势”，《化工技术(台湾)》，2002，10(11)：126)：

响应时间(RT)：RT(τon+off)∝r₁·d²/(Δε·Vth²)

可见，液晶盒盒厚愈薄、操作电压愈大、粘度愈低、介电各向异性愈大，则响应时间愈短，响应速度越快。要提高响应速度主要从盒厚、操作电压和液晶材料特性三个方面来改善。盒厚和工作电压主要决定于显示器件，而粘度和介电各向异性决定于液晶材料特性。

就LCD器件而言，改变液晶显示模式，提高了响应速度，已经从普通TN模式发展到IPS(in-plane switching)-TFT模式、VA(vertical alignment)-TFT模式、OCB(opticallycompensated birefringence)-TFT模式和ECB(电控双折射)模式等，这些显示模式减小了液晶盒厚度，提高了工作电压，使TFT-LCD的室温响应速度不断提高。但就显示器件技术而言，以改变显示模式，缩小盒厚或增加操作电压来解决响应速度问题，而室温下5毫秒几乎达到LCD响应速度的极限。因为减少盒厚会影响LCD制作良品率，提高操作电 压会增加LCD能耗。响应速度5毫秒仍不能解决动画拖影现象和低温响应慢问题，只能依靠改善液晶材料特性(Appl.Phys.Let.，2009，94：071112)，才能从根本上提高低温响应速度，消除动画拖尾现象。

就液晶材料而言，近几年含氟液晶材料得到了迅速的发展，几乎所有向列相液晶化合物的开发都是以含氟液晶化合物为主体，其混合液晶开发大都是以含氟液晶化合物为主要组分。这些液晶材料由于碳-氟键能大，键长相对较短，使这些液晶分子的长宽比发生变化，其粘度、清亮点和熔点相对较低，对显示性能的影响显著，已成为TFT-LCD、STN-LCD、TN-LCD和Ch-LCD等显示用液晶材料的主要组分。

根据显示器件使用要求，液晶材料应具有适宜的光学各向异性(Δn)、介电各向异性(Δε)、粘度(η)、液晶相态温度范围、弹性常数比值(K₃₃/K₁₁，K₃₃——弯曲弹性常数，K₁₁——扭曲弹性常数)、较高电阻率(ρ)的液晶化合物组成。各液晶化合物组分在低温下的互溶性、低温粘度(η)及其光电性能对温度的依赖性决定了混合液晶材料的低温显示性能和显示质量。