含氟液晶结构和性能(文献综述)

含氟液晶材料结构和性能的研究

摘要：

氟原子比较小，有很大的电负性、低极化度和强烈的氟．氟原子斥力，氟原子的引入会使高分子物质的许多性质发生改变，比如现代显示器的原材料液晶。含氟类液晶具有黏度低、电阻率高、响应速度较快、介电常数较高等优点，非常适合薄膜场效应晶体管驱动的液晶显示。由于氟原子具有电子效应、模拟效应、阻碍效应和渗透效应等特殊的性质，因此在液晶材料中引入氟原子会使液晶许多性质发生改变。并且氟的脂溶性使末端及侧链含氟的化合物在混合液晶配方中能明显增加其他液晶成分的溶解性，适用于混合液晶的配方，这就为调配各种高性能混合液晶提供了宽阔的选择余地。

Abstract ：As me fluorine has many special natures，such as electronic effect，simulated effect, obstacle effect and penetration effect，the introduction of fluoride in the liquid crystal material Can make many natures of liquid crystal changed．Due to the advantages of fluorinated liquid crystals，such as low viscosity，high resistivity,rapid response，increasing dielectric constant and SO on，Fluorined liquid crystal has broad application prospect．

关键词：氟材料；含氟高分子液晶；含氟液晶结构；合成方法

1.含氟液晶材料的特点

TFT．LCD模式满足了信息量增多和响应时间缩短的要求。为保持LCD较高的对比度，液晶材料的电压保持率一般需要保持高于99％，同时具有适当的△n可以获得优良的对比度和显示性能。液晶材料的粘度正比于响应时间，因此要求其具有较低的粘度，从而提高响应速度。含氟液晶材料的开发和应用，不仅满足了以上TFT．LCD显示模式对液晶材料的要求，同时引领了液晶材料的发展趋势。氟原子的引入因其强电负性，有利于增加介电各向异性值，降低粘度和拓宽向列相温度，有效的缩短了响应时间，使液晶材料具有高电阻率和高电压保持率，同时增强液晶分子的光和热稳定性。

TFT—LCD用液晶材料的合成设计趋势集中于以下几个方面(1)以氟原子或含氟基团作为极性端基取代氰基；(2)在液晶分子侧链、桥键引入氟原子来凋节液晶相变区间、介电各向异性等性能参数；(3)含有环己烷，尤其是双环己烷骨架的液晶分子得到广泛重视；(4)乙撑类柔性基团作桥键的液晶得到广泛应用。

2.含氟液晶的种类

根据含氟基团的位置和种类，含氟液晶可分为以下几类：(1)液晶分子末端含氟原子或含氟基团。如一F、一CB、一OcR，通常这类液晶的介电各向异性为正，黏度很低。(2)氟原子或含氟基团作为苯环的侧向取代基。这样的液晶往往有较大的各向异性，黏度很低，向列相温区加宽，分子偶极矩以及Ae 增大，阈值电压降低。(3)氟原子或含氟基团位于中心桥键。在桥键上引入氟原子使分子发生一定程度的扭转，导致液晶熔点下降，可以得到低

熔点的液晶材料。

2.1端基含氟的液晶化合物

端基含氟的液晶化合物，端取代基一般为含氟的Cl～C4烷基、烷氧基、链烯基、含

杂原子(如s、N、Si)的端氟烷基等，如：

CF3、CHF2、CH2F；OCF3，OCHF2、OCHxCF3，OCH2CH2F、OCF2CF2H；CH=CF2、CH2CH=CF2；COCF3，COCF2H、COCF2CH3、COCF2C3H7；SCF3、SCHF2、SCH2F；S02CF3、S02CHF2、S02CH2F等。端基含氟液晶化合物，与端氰基化合物相比，介电各向异性值较低，相变区间窄，清亮点下降，但是由于其光学各向异性值较低的性质，适合于制备薄膜晶体管(TFT) 液晶显示材料。

2.2侧向氟原子取代的液晶化合物

在液晶母核结构的芳香环侧向引入氟原子，可以在很大程度上扩展向列相的温度范围，降低材料的熔点和改善它的溶解性能等。

(1)侧向单氟取代对液晶相变温度的影响有以下规律：

侧向氟指向分子中心时，近晶相或者被消除，或者被强烈抑制。如联苯类液晶化合物具有宽温度范围、高清亮点，但是这类化合物在液晶温度范围的大部分呈现近晶相。在短轴方向(即苯环的侧向)导入氟原子，可以使分子宽度增加，分子本身的共平面性破坏，分子间作用力下降，使晶体难以形成紧密堆砌，因此近晶相被抑制，向列相增高。在端基的侧位取代，近晶相没有明显降低，有时还会提高。

对大多数液晶化合物而言，侧向单氟取代可以引起清亮点30---40K的降低。在液晶骨架中心位置的侧位取代，在降低向列相清亮点方面比端取代基的侧位取代影响小得多。如果分子的偶极距方向和分子的长轴处于垂直的关系，化合物的介电各向异性是负值。大多数侧向单氟取代的液晶化合物只能产生较弱或中等强度的负介电各向异性，如果要产生足够强的负介电各向异性，就得进行侧向多氟取代。两个氟原子处于同一苯环同一侧的二氟取代液晶，可以形成较大的偶极距，从而获得理想的负介电各向异性。

(2)侧向多氟取代对液晶相变温度的影响有以下规律：

(i)侧向二氟取代的液晶化合物有三种类型：

两个氟原子在不同苯环上；

两个氟原子在同一苯环的同一侧；

两个氟原子在同一苯环的两侧；

Gray研究发现在单氟取代的液晶化合物中再引入一个氟原子，化合物的近晶相大多被消除，并且至少压缩S。相以下的有序近晶相。原因是侧向增加了一个氟原子后，分子的宽度增加，不利于形成有序排列。

(ii)苯环侧向全氟取代对液晶相变温度的影响有以下规律：

四氟苯环的引入降低化合物的热稳定性，压缩了近晶相，却有利于向列相的形成，有利于降低化合物的熔点。端基氟取代和侧向氟取代并不是完全独立的，为了调节液晶的物理性能，在实用液晶中往往需要在端基和苯环侧向同时进行氟取代，这样所得液晶的相行为一般是各个位置相变行为的总和。

2.3中心桥键氟取代的液晶化合物

与侧向氟取代相比，在．CH2．CH2，CH=CH．等桥键中用氟取代氢原子，使分子发生一定的扭转，导致液晶熔点下降，可以得到低熔点的液晶材料。与在苯环上侧向氟取

代相比，中心桥键氟取代对分子的加宽作用降低，在垂直于分子轴向的介电常数的增量

较大，可以对液晶化合物的相态行为产生更大的影响。

研究发现，在常用的液晶材料中，引入四氟亚乙基(．CF2CF2．)或氧二氟亚乙基(-CF20