一种向列型液晶组合物 【技术领域】
本发明涉及一种液晶材料技术领域，具体的说涉及一种粘度小，相变温度范围宽，电阻率和电压保持率高，驱动电压低的向列型液晶组合物。
背景技术
液晶显示(LCD)作为液晶这一特殊材料的一项重要应用，一直得到人们的广泛关注。近几十年，特别是近十几年来信息技术的飞速发展以及人们对信息显示方式的不断追求，液晶显示得到了最迅猛的发展。今天，液晶显示正以多姿多彩的形态展示在人们面前，它的许多产品由于其优异的特性使其成为时尚的追求，以及商场里炙手可得的商品。
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Friedrich Reinitzer发现了第一种液晶材料--安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)。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De Gennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher1933年创立连续体理论，并得到F.C.Frank的完善(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)。1968年美国Heilmeir等人还提出了宾主效应(GH)模式。1969年Xerox公司提出Ch-N相变存储模式。1971年M.F.Schiekel提出电控双折射(ECB)模式，T.L.Fergason等提出扭曲向列相(Twisted Nematic：TN)模式，1980年N.Clark等提出铁电液晶模式(FLC)，1983～1985年T.Scheffer等人先后提出超扭曲向列相(Super Twisred Nematic：STN)模式以及P.Brody在1972年提出的有源矩阵(Active matrix：AM)方式被重新采用。1986年Nagata提出用双层盒(DSTN)实现黑白显示技术；之后又有用拉伸高分子膜实现黑白显示的技术(FSTN)。1996年以后，又提出采用单个偏光片的反射式TN(RTN)及反射式STN(RSTN)模式。
目前，有源矩阵(active matrix)液晶显示器由于其高分辨率、高对比度，薄型和量轻的特点越来越受到人们的青睐。目前的主流LCD是属于有源矩阵类型的TFT(薄膜晶体管)液晶显示器。
与无源TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵不同，有源矩阵在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管(TFT)，可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。
TFT-LCD的应用从小型消费电子产品起步，进而在PC行业找到其发展机遇，尤其是笔记本电脑的普及，推动了中小尺寸面板的需求。目前TFT-LCD显示技术拥有笔记本电脑市场全部的市场份额，并开始大比例渗透到台式电脑显示器市场。同时，TFT-LCD电视市场已启动并迅速发展，并形成产业规模。
在TFT-LCD领域，大尺寸面板和中小尺寸面板的分工相对比较明确。大尺寸TFT-LCD面板的应用领域比较集中，主要是显示器和液晶电视，中小尺寸TFT-LCD面板，应用领域相对于大尺寸比较广泛，主要应用于通信、消费电子、移动办公等领域。通信领域主要是手机，包括小灵通(PHS)、智能手机等。消费电子类应用很多，并且还将不断丰富，主要有全球定位系统(GPS)，MP3、MP4、便携式媒体播放器(PMP)、移动DVD、数码相机、摄像机、数字相框、个人数字助理(PDA)、游戏机、打印机等，可谓琳琅满目。移动办公主要是超可携个人电脑(UMPC)和定位在学生市场的OLPC(one lap per child)。另外，车载显示器和医疗、工业仪表对中小尺寸TFT-LCD面板的需求也在迅速增加。
目前，TFT-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TFT-LCD显示器在各自的领域已逐渐占据平板显示器的主流地位。
但由于受液晶材料本身的限制，TFT-LCD仍然存在着响应不够快，电压不够低，电荷保持率不够高等诸多缺陷。
因此，本发明提出一种粘度小，相变温度范围宽，电阻率和电压保持率高，驱动电压低、可用于制造快速响应的TFT用TN-LCD的向列型液晶组合物。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种向列型液晶组合物，其粘度小，相变温度范围宽，电阻率和电压保持率高，驱动电压低、可用于制造快速响应的TFT用TN-LCD的向列型液晶组合物。
本发明所述的向列型液晶组合物，包括以下重量百分比的各组分：
(1)5-50％的I类化合物；
(2)1-60％的II类化合物；
(3)0-30％的III类化合物；
(4)5-40％的IV类化合物；
(5)0-50％的V类化合物；
(6)0-30％的VI类化合物。
(7)0.05-0.5％的旋光性组分。
所述I类化合物的化学式如下所示：
其中，R1为0-12个碳原子的烷基，一个或两个不相邻的基团可以被-CH＝CH-取代，L1、L2和L3彼此独立的为H或F。
化学式I代表的化合物具有大的Δε，和小的旋转粘度，并具有低的熔点，可以有效的降低混合液晶地阈值电压，同时降低响应时间和改善混合液晶的低温互溶性。
本发明的I类化合物优选如下结构的化合物中的一种或多种：
其中R2为2-5个碳原子的烷基，其中一个或两个不相邻的基团可以被-CH＝CH-取代。
本发明所述的液晶组合物中，I类化合物的IA，IB，IC，ID类化合物的含量分别为0-20％，特别优选的含量为3-15％。
本发明的I类化合物特别优选下述结构的化合物中的一种或多种：
最优选I A-2，I A-3，I A-4，I B-2，I B-3，I D-2，I D-4等化合物中的一种或多种。
所述II类化合物以下述化学式表示：
其中，R1为0-12个碳原子的烷基，一个或两个不相邻的基团可以被-CH＝CH-取代，L1、L2和L3彼此独立的为H或F或Cl。
该类化合物具有小的折射率各向异性，低粘度等特点，并具有适中的Δε和清亮点，可有效调整阈值电压和拓宽向列相温度范围。
本发明的II类化合物优选如下结构的化合物中的一种或多种：
其中R2为2-5个碳原子的烷基，一个或两个不相邻的基团可以被-CH＝CH-取代。
本发明中的II类化合物的含量优选5-45％。
本发明所述液晶组合物中，II A类化合物含量为0-20％；II B类化合物的含量为0-20％；II C类化合物的含量为0-30％；II D类化合物的含量为0-40％。
本发明的II类化合物特别优选下述化合物中的一种或多种：
本发明所述的III类化合物以下述化学式表示：
其中，R1为0-12个碳原子的烷基，一个或两个不相邻的基团可以被-CH＝CH-取代，L1为H或F，W1为-OCF2H或-OCF3。
该类化合物具有大的Δε，较高的清凉点和适中的粘度，可有效降低混合液晶的阈值电压。
本发明的III类化合物优选如下结构的化合物中的一种或多种：
其中R2为2-5个碳原子的烷基，一个或两个不相邻的基团可以被-CH＝CH-取代。
本发明中的III类化合物的含量优选为0-20％；
本发明所述的液晶组合物中，III A类化合物含量为0-15％；IIIB类化合物的含量为0-15％；IIIC类化合物的含量为0-15％；IIID类化合物的含量为0-15％；IIIE类化合物的含量为0-15％。
本发明的III类化合物特别优选以下所示的化合物中的一种或多种：
本发明所述的IV类化合物如下所示：
其中，R1，R2彼此独立的为0-12个碳原子的烷基，一个或两个不相邻的基团可以被-CH＝CH-或-O-取代，其中，为或
该类化合物有极低的粘度，可有效降低混合物配方的总体粘度，从而加快响应时间。
本发明中IV类化合物的含量优选为5-35％；
本发明液晶组合物中IV类化合物中的任何一种化合物的含量不超过20％。
本发明的IV类化合物优选以下所示的化合物中的一种或多种：
本发明所述的V类化合物如下式所示：
其中，R1，R2彼此独立的为0-12个碳原子的烷基，一个或两个不相邻的基团可以被-CH＝CH-或-O-取代。
该类化合物具有较低的粘度和较大的K33/K11，具有适中的清亮点和Δn，可作为混合液晶主体成分的一部分来调整综合性能。
本发明的V类化合物优选以下所示的化合物中的一种或多种：
本发明液晶组合物中V类化合物中的任何一种化合物的含量不超过20％。为调整混合液晶的综合性能，本发明所述V类化合物特别优选V-1、V-3和V-5。
本发明所述的VI类化合物如下式所示：
其中，R1为0-12个碳原子的烷基，一个或两个不相邻的基团可以被-CH＝CH-取代；L1和L2彼此独立的为F或H。
该类化合物具有较高的清亮点，用来拓宽混合液晶的向列相温度上限，从而拓宽LCD的工作温度范围。
本发明所述的VI类化合物优选下列化合物中的一种或多种：
其中R2为2-5个碳原子的烷基，一个或两个不相邻的基团可以被-CH＝CH-取代。
本发明特别优选但不限于下述化合物中的一种或多种：
本发明中VI类化合物的含量为0-30％，更优选的含量为1-20％。
本发明的液晶组合物中，VI类化合物的任何一种化合物的含量为不超过8％。
另外本发明所述的旋光性组分，如S811，R811等，其含量为0.05-0.5％，特别优选的为0.07-0.15％。
特别优选的，本发明的所述液晶组合物包含以下重量百分比的组分：
(1)5-50％的I类化合物；
(2)5-45％的II类化合物；
(3)0-20％的III类化合物；
(4)5-35％的IV类化合物；
(5)0-30％的V类化合物，其中特别优选V-1、V-3和V-5，
(6)1-20％的VI类化合物。
(7)0.07-0.2％的旋光性组分。
本发明所述的向列型液晶组合物，还可以含有通常的向列液晶单体、碟状液晶单体、胆甾醇型液晶单体等的一种或多种作为本发明中的一个组分(非添加剂)。
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港式制备方法制备，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，或见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。
通过本发明得到的向列型液晶组合物性能优异，具有非常低的总响应时间(ttot＝ton+toff)，具有较低的电压，高的电阻率及电压保持率。通过对各组分含量的调整，本发明所述的向列型液晶组合物可以具有不同阈值电压和Δn特性，可以做成客户通常所用的四瓶或六瓶体系，便于在不同盒厚和不同驱动电压下使用。
上述向列液晶组合物适用于TN-LCD，特别适用于制造快速响应的TNTFT-LCD。
【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。
在实施例中需要测定的参数特性采用如下缩写：
Cp 清亮点(向列相-各向同性相转变温度)
S→N 近晶-向列相转变温度
η 体积粘度(mm2/s，20℃)
Δε 介电常数各向异性(20℃，1000Hz)
Δn 光学各向异性(20℃，589nm)
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℃，)
S 电致畸变曲线陡度＝V90/V10
τ ton+toff(响应时间)(ms)
ton 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
另外，在以下的实施例的组合物中，所有的温度均以℃给出，“％”意味着“质量％”。所用测试盒的扭曲角度均为90°。
对比例
按表1所示的配比制备一种不含有I类化合物的液晶组合物，并按上述方法测定其性能参数，性能参数也见表1所示：
表1对比例的液晶组合物的配比和性能参数
显然，与实施例1的液晶组合物比较，其阈值电压较高，响应时间较长。
实施例1
取以下重量百分比的组合物I、II、IV、V，以及旋光化合物S811，配置液晶组合物，具体的配比如表2所示，所得的液晶组合物的性质也见表2：
表2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组合物I、II、III、IV，VI，以及旋光化合物S2011，配置液晶组合物，具体的配比如表3所示，所得的液晶组合物的性质也见表3：
表3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组合物I、II、III、IV、V，VI，以及旋光化合物R811，配置液晶组合物，具体的配比如表4所示，所得的液晶组合物的性质也见表4：
表4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组合物I、II、III、IV、V，VI，以及旋光化合物R1011，配置液晶组合物，具体的配比如表5所示，所得的液晶组合物的性质也见表5：
表5实施例4的液晶组合物的配比和性能参数
显然，实施例1-4中的液晶组合物的阈值电压大大降低，响应时间大大加快；与对比例的液晶组合物相比，具有显著的进步。
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。