显示用胆甾相液晶材料发展现状

第１８卷第５期　２００３年１０月　液晶与显示　

Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　ａｎｄ　Ｄｉｓｐｌａｙｓ　ＶｏＩ．１８，ＮＯ．５　

ｏＣｔ．．２００３　

文章编号：１ＯＯ７—２７８Ｏ（２ＯＯ３）Ｏ５一Ｏ３１７一Ｏ８　显示用胆甾相液晶材料发展现状　

张智勇，陈元模，张宏伟，梁　珊，姚乃燕　（石家庄实力克液晶材料有限公司，河北石家庄０５００６１，Ｅ－ｍａｉｌ；ｚｈａｎｇ＠ｓｌｉｃｈｅｍ．ｅｏｍ）　

摘要：介绍了胆甾相液晶显示性能和对液晶材料的要求，分析了近几年高双折射率液晶化合　物和手性掺加剂及其胆甾相液晶材料的应用与发展情况，初步阐明了分子结构与液晶性能及　其手性掺加剂的ＨＴＰ值之间的依存关系，为开发新型液晶化合物、手性化合物和胆甾相液晶　材料提供了线索。　

关键词：液晶显示；胆甾相液晶；手性掺加剂；双折射率　中图分类号：ＴＮ１０４．３；０７５３．２　文献标识码：Ａ　

１　引　言　自１９９２年发现胆甾相液晶具有零场下多稳　定相态织构现象【１］以来，反射式胆甾相液晶显示　（Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ　ｌｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｄｉｓｐｌａｙ，简称：Ｃｈ．　ＬＣＤ）已发展成为一种新型显示模式。最突出的　优点是具有零场记忆特性［２］，在零电场时，能长期　保持显示内容，其能耗只有ＴＦＴ．ＬＣＤ的１／８左　右。由于不需要偏振片和背光源，具有高反射能　力和宽视角，能够实现类似纸般的阅读效果，特别　适用于电子书籍阅读器、商业广告等领域。美国、　日本、欧洲和中国等国家投入了大量人力、物力从　事这方面的基础研究和应用开发工作，发展很快。　２０００年开发出黄绿模式胆甾相液晶电子书籍［　，　２００１年开发出黑白模式　］。电子书籍２００３年已　发展到全彩色模式ｅ－ｂｏｏｋ，成为近几年液晶显示　领域的一个热点。　显示用胆甾相液晶材料是由宽温向列相液晶　组合物（Ｎｅｍａｔｉｃ　ｌｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）和手　性组合物（Ｃｈｉｒａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）配制而成，具有平　面织构（Ｐｌａｎａｒ　Ｔｅｘｔｕｒｅ）、焦锥织构（Ｆｏｃａｌ　Ｃｏｎｉｃ　Ｔｅｘｔｕｒｅ）等多种稳定相态的液晶材料［５］。与其他　液晶材料相比，胆甾相液晶材料的螺距较短、双折　射率大、手性组分含量高［　。　２　胆甾相液晶材料的性能要求　胆甾相液晶材料独特的螺旋结构决定了它特　殊的光学特性［７］。对于反射式液晶显示，其液晶　材料必须满足Ｂｒａｇｇ方程（１），即中心反射波长　（　）与液晶材料的螺矩（ｐ）及其平均折射率（　）成　正比［　：　。一　（１）　由于液晶材料具有介电各向异性、折射率，ｚ。和　，ｚ。，平均折射率（元）为（，ｚ　＋２ｎ。）／３。例如，若一液　晶的，ｌ。一１．７０，，ｌ。一１．５０，为了反射出波长　一　５５０ｎｍ的可见光，其螺矩应约为３５０ｎｍ。　另一方面，液晶显示的反射光谱波带（　）是　与液晶材料的螺矩（ｐ）及双折射率（Ａｎ一，ｚ。一，ｚ。）　成正比［１０，１１］：　一ｐａｎ　（２）　从公式（２）中可见，当　值一定时，在满足Ｂｒａｇｇ　反射（即　值一定）的前提下，提高胆甾相液晶　材料的Ａｎ，有利于改善液晶反射效果。　液晶材料的螺距Ｐ和手性掺加剂的螺旋扭　曲力常数（Ｈｅｌｉｃａｌ　Ｔｗｉｓｔｉｎｇ　Ｐｏｗｅｒ，简称ＨＴＰ　值）及其在液晶组合物中的含量Ｘｃ关系　是：　Ｐ＝［（ＨＴＰ）Ｘｃ］　（３）　胆甾相液晶材料的ＨＴＰ值是由手性分子自身性　质决定。当Ｐ值一定时，手性分子的ＨＴＰ值越　

收疆日期：２００３－０３－１７，修订日期：２００３－０４—１６　基金项目：国家高技术研究发展计划（。８６３”计划）资助项目（７１５—００７。０７４０），　国家计委高技术产业化示范工程项目（计高［２００２］１８８２号）　

维普资讯 http://www.cqvip.com ３１８　液　晶　与　显　示　第１８卷　大，在其液晶材料中的含量（Ｘｃ）相对越少，越有　利于胆甾相液晶的性能改善。由于不同Ｃｈ—ＬＣＤ　模式具有不同的螺矩，只有通过调节不同ＨＴＰ　值的手性组分及其在液晶材料中的含量来改变螺　矩和反射波长（或显示屏颜色）。　在胆甾相液晶材料中，其Ａｎ、介电各向异性　（Ａｅ）是由向列相液晶组合物性能决定，其粘度是　由向列相液晶组合物和手性组合物共同决定。要　改善胆甾相液晶显示性能，降低工作电压、增加亮　度、提高响应速度和工作温度范围、实现黑白或全　色彩的高对比度显示，除了改进显示方法外，必须　在提高液晶材料的双折射率、扩大介电各向异性、　降低粘度、减少手性组分含量等方面解决问题。　因此，设计与合成新型高ＨＴＰ值的手性化合物　分子，开发低粘度、高Ａｎ值、高△ｅ值液晶分子已　成为近几年的重要新课题。本文主要讨论高Ａｎ　值液晶化合物和高ＨＴＰ值的手性化合物的近期　发展情况。　３　胆甾相液晶材料研究进展情况　近几年国内外有关胆甾相液晶显示理论研究　与显示材料及其合成方面的报道不断增加　卜　，　尤其在手性掺加剂和高双折射率液晶化合物方面　的报道较多，但在胆甾相液晶材料配方研制方面　的专利文献相对较少。　３．１手性掺加剂　目前，常用的手性掺加剂有ＣＮ、ＣＢ１５、￥８１１　和ＲｌＯｌ１等，但ｃＮ、ＣＢ１５、￥８１１的ＨＴＰ值较小，　而且它们大都是没有液晶相态的酯类化合物，其　分子的极性较小、△ｅ值低、粘度大，在多稳态液晶　材料中手性化合物含量高于１０　９／６，导致液晶材料　的体积粘度和旋转粘度大幅度增加，清亮点下降，　工作温度范围变窄，响应速度变慢等负面影响。　只有高ＨＴＰ值的手性物质才有利于减少所需要　手性添加剂的量，以达到降低粘度、扩大工作温度　范围、提高响应速度的目的。因此，近几年高　ＨＴＰ值的手性掺加剂发展较快，德国Ｍｅｒｃｋ公　司［１２’　引，日本Ｍｉｎｏｌｔａ　Ｃａｍｅｒａ［　，Ｓｈａｒｐ［　引，Ｆｕｉｉ　Ｐｈｏｔｏ［１６］，Ｔｏｓｈｉｂａ［＂　分别以山梨醇［１２，１４　和联萘　二酚Ｌ１钉为手性中心研制出高ＨＴＰ值手性掺加　剂，其ＨＴＰ值达到５０　ｍ　以上，并发展到含一　个［１妇或两个手性中心［１ｎ趵　的手性液晶化合物。　它们的结构与性能见表１所示。将这些高ＨＴＰ　值应用在胆甾相液晶材料中，有利于降低手性物　质含量、降低液晶旋转粘度、改善液晶响应速度和　显示性能，促进Ｃｈ－ＬＣＤ技术的发展。　

表１手性掺加剂的结构与性能情况　Ｔａｂｌｅ　１　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｃｈｉｒａｌ　ｄｏｐａｎｔｓ　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期　张智勇，等：显示用胆甾相液晶材料发展现状　３１９　（表１续）　

３．２具有大双折射率液晶化合物　由于分子线性共轭性强造成液晶分子具有高　折射率和低粘度，近几年来多芳环类、炔类和多炔　

类液晶化合物相继开发出来。这些液晶化合物都　

维普资讯 http://www.cqvip.com ３２０　液　晶　与　显　示　第１８卷　具有高Ａｎ值、低粘度、宽液晶相态、高清亮点。　上。例如：　（１）多芳环类液晶化合物，△，ｌ值在０．２０以　

Ｒ　Ｒ－＜＝　．　ｎ—ｃ，ｎ·　◎卜　，　

Ｈ　＞＜＝＞．ｃ：Ｈ　Ｆ　（２）－－苯乙炔类液晶化合物，二芳环共轭体系　的△，ｌ值在０．２０以上，三芳环共轭体系的△，ｌ值　

（Ａｎ≥Ｏ．２５）　（Ａｎ≈０．１９）　（Ｋ　２１１　Ｓ　２３９　Ｉ，Ａｎ一０．２２）［　］　（Ｋ　１２７　Ｎ　２１８　Ｉ，Ａｎ一０．２１７）［　］　在０．３０以上，四芳环大共轭体系的Ａｎ值在０．４５　以上。例如：　

ｃ　（　ｃ三ｃ　Ｆ　（Ｋ　１５５　Ｎ　３ｏ０　Ｉ，　△　－ｏ．３３７）乜　

ｃ　ｃ＿＜　

ｎ－ｃ）Ｈ，　Ｃ：三ｃ－ＣＩ－ＩＦ　

ｎ－Ｃ，Ｈ　（Ｋ　１１０　Ｎ　２４３　Ｉ，Ａｎ一０．３９）［　。］　（Ｋ　８７（５２）Ｎ　１６４　Ｉ，Ａｎ－－－０．２２２）［　。］　（△￡一＋１３．７（２０℃）　

（Ｋ　１０２　ＳＡ　２０８　Ｎ　２５９．８　Ｉ，Ａｎ－－－０．４９７）［３０］　（△￡一＋１７．８（２０℃））　

（Ｋ　１３３　Ｎ　２０９　Ｉ，　Ａｎ一０．５３）［。　］　

（Ｒ一，ｌ——ａｌｋｙｌ，　——ａｌｋｏｘｙ；　△，ｌ＞／ｏ．４８）［。　］　一ｃ　ｃｏｚ—　卜ｃｏ２Ｃ　Ｈ２ｃＦ】（ｃ　１１６４　ＳＡ　２０８．８　Ｎ　２１６．９Ｉ）［３３］　由于这些化合物大都是极性端基，使它们的　△￡值较大，有利于降低工作电压嘲；而且分子的　共轭线性强，Ａｎ值大，熔点和清亮点高，但高熔点　不利于液晶低温互熔性和低温显示性能。　

Ｒ—◎＿ｃ　—◎卜－Ｈｃ　—　·　／Ｃ，　

（３）多炔类液晶化合物Ａｎ值在０．４０以上。　由于这类分子的共轭性很强，熔点很高，人们通过　引入侧基降低这些化合物的熔点和粘度。这类化　合物近几年发展较快，报道较多。例如：　

（Ｒ—Ｃ３Ｈ７，Ｒ　一ＧＨ５；　Ｋ　１１５．３　Ｎ　１９０．０　Ｉ；△，ｌ＞／ｏ．４５）　。　（Ｒ—Ｃ６Ｈ１３一，ｌ，Ｒ　＝ＣＮ；Ｋ　１０１．０　Ｎ　２１５．０　Ｉ；△，ｌ＞／ｏ．５３）　。　

ｃ　ｃ　ＣＨ　ｘ　

（Ｘ＝ＣＮ；Ｋ　１０７　Ｎ　２７０　Ｉ；Ａｎ一０．５８）［３６］　

（Ｘ—ＯＣ５　Ｈｌ１一，ｌ；Ｋ　１１０　Ｎ　２３３　Ｉ；Ａｎ一０．４９）　（Ｘ—ＯＣＦ３；　Ｋ　１０８　ＳＡ　１９４　Ｎ　２２４　Ｉ；　Ａｎ一０．４５）　

维普资讯 http://www.cqvip.com