CN104419428B

CN104419428B - 可聚合液晶组合物及其液晶显示器件

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Publication number: CN104419428B
Application number: CN201310375748.5A
Authority: CN
Inventors: 韩文明; 宋晓龙; 陈昭远
Original assignee: Jiangsu Hecheng Display Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Hecheng Display Technology Co Ltd
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2033-08-26
Also published as: CN104419428A

Abstract

本发明提供一种液晶组合物，该液晶组合物包含：一种或多种通式I的化合物；一种或多种通式Ⅱ的化合物；以及一种或多种通式Ш的化合物，并且其中所述一种通式Ш的化合物或者所述多种通式Ш的化合物中的至少一种为通式Ш‑1的化合物。本发明的液晶组合物具有合适的折射率、合适的介电各向异性和向列相范围，适用于PS‑IPS或PS‑FFS型显示器。本发明还提供包含所述液晶组合物的PS型显示器以及其在液晶显示器中的用途。

Description

可聚合液晶组合物及其液晶显示器件

技术领域

本发明涉及一种可聚合液晶组合物和含有该类型液晶组合物的PS（聚合物稳定）型显示器。

背景技术

目前使用的液晶显示器（也称为LC显示器，简称为“显示器”或“LCD”）通常是TN（扭曲向列）型的那些。然而，这些具有强烈的对比度视角依赖性的缺陷。

另外，已知所谓的VA（垂直配向）显示器，其具有更宽的视角。VA显示器的液晶盒在两个透明电极之间含有液晶介质层，其中该液晶介质通常具有负的介电（DC）各向异性（Δε）值。在切断状态下，液晶层的分子垂直于电极表面（垂面地）配向或者具有倾斜垂面的配向。当将电压施加到电极上时，发生液晶分子平行于电极表面的重配向。

另外，已知OCB（光学补偿弯曲）显示器，其基于双折射效应且有着所谓的“弯曲”配向和通常正的（DC）各向异性的液晶层。当施加电压是，发生液晶分子垂直于电极表面的重配向。通常含有一个或多个双折射光学延迟膜，以防止在暗状态下弯曲盒的不期望的对光透明性。OCB显示器与TN显示器相比具有更宽的视角和更短的响应时间。

特别地，已知有IPS（面内切换）显示器，其含有在两个基板之间的液晶层，其中仅有一个基板具有电极层，通常具有梳形的结构。由此当施加电压时，产生具有平行于液晶层的显著分量的电场。这导致液晶分子在层面内的重配向。

另外，已经提出了所谓的FFS（边缘场切换）显示器（尤其参见S.H.Jung等，Jpn.J.Appl.Phys.,第43卷，No.3,2004,1028），其同样在相同基板上含有两个电极，但与IPS显示器相反，它们其中仅一个是结构化（梳形）的电极的形式，且另一电极是非结构化的。由此产生强的所谓的垂直分量和强的水平分量。IPS显示器以及FFS显示器二者具有低的对比度视角依赖性。

上述提及的显示器的类型的另一种发展是所谓的“PS”（“聚合物稳定化的”）显示器，其也已知为术语“PSA”（“聚合物稳定配向”）。其中，将少量（例如0.3%，典型地在≥0.1%至≤5%，优选达≤3%的范围内）可聚合化合物加入液晶介质，并在引入液晶和之后用施加的电压，通常通过UV光聚合而在电极之间使其原位地聚合或交联。这些混合物也可以任选地包含引发剂，例如US6784665中描述的。优选以0-1%的量向包含可聚合化合物的混合物中加入引发剂，例如来自Ciba的1076。将可聚合性的介晶或液晶化合物，也称为“反应性介晶”（RM），加入液晶混合物已证实是特别适宜的。同时，PSA原理正用于各种传统的液晶显示器。例如已知PSA-VA、PSA-OCB、PSA-IPS/FFS和PS-TN显示器。如在测试盒中可以验证的那样，PSA方法导致在盒中液晶的最初配向的稳定化。在PSA-OCB显示器中，因此可能实现弯曲结构的稳定化，从而使得偏置电压降低或者甚至完全省去。在PSA-VA显示器的情况下，从垂直于显示器表面测量的“预倾角”降低，这对其中的响应时间有积极的作用。在PSA显示器的情况下，特意在液晶混合物中发生反应性介晶的聚合。其先决条件是液晶混合物本身不包含任何可聚合组分。

此外，已经证明所谓的正性VA显示器是特别有利的实施方案。在这些显示器中，使用介电正性液晶介质。这里在无电压初始状态下液晶的起始配向是垂面的，即基本上垂直于基板。向交叉指型电极施加电压，其产生基本上平行于液晶介质层的场，这导致将液晶转化为基本上平行于基板的配向。还通常将该类型的交叉指型电极用于IPS显示器。相应的聚合物稳定化（PSA）也证实了在这些正性VA显示器中是成功的。还可以实现响应时间的显著降低。

特别是对于监测器以及特别是TV应用，而且对于移动式应用（移动TV）和“笔记本”TV（NBTV），仍然要求响应时间以及液晶显示器的对比度和亮度（即也是投射性）的优化u.PSA方法在此处可以提供关键的优点。特别是PSA-IPS、PSA-FFS和PSA-正性VA的情况下，可以实现缩短响应时间，而对其它参数没有明显不利影响，例如，特别地，这些显示器的对比度有利的视角依赖性。

在例如WO2009/156118A1公开了包含液晶混合物的显示器，其具有正性介电各向异性。

然而，已经发现在用于PSA显示器中时，从现有技术中已知的液晶混合物和RM仍具有各种缺陷。应优选借助于UV光而不加入光引发剂进行聚合，这对某些应用可能是有利的。此外，选择的包含液晶混合物（以下也称为“液晶主体混合物”或也简称为“主体混合物”）和可聚合组分的“材料体系”应当具有最低可能的旋转粘度和最佳可能的电学性能。这里应当强调所谓的“电压保持比”（简称VHR或HR）。尤其对于PSA显示器，用UV光照射后的高VHR是重中之重，因为UV曝光通常是显示器制备过程中的必要部分，但是当然也作为“正常”曝光而出现在完成的显示器中。

然而，出现的问题是，到目前为止并非所有的液晶混合物和可聚合组分的组合都适合于PSA显示器，因为例如，VHR经常不足以用于TFT显示器，或者因为液晶混合物的配向的稳定化不能令人满意。

特别地，期望具有对于PSA显示器可利用的新型材料，其对于实际应用具有显著较少的缺点。

因此，继续存在对PSA显示器、特别是IPS和FFS型的，和用于该类显示器的液晶介质和可聚合化合物的巨大需求，它们不显示出上述的缺陷或者仅仅很小程度显示出这些缺陷，且具有改进的性能。特别地，存在对于PSA显示器和用于PSA显示器的材料的巨大需求，其促进高的比电阻同时有大的工作温度范围，短的响应时间（甚至是在低温下），和低阈值电压，大量灰度，高对比度和宽视角，以及还具有高电压保持比值（特别是还在UV曝光后），且特别地具有改进的响应时间。

对于通常的一些显示器和特别在PSA-IPS和PSA-FFS显示器的情况下，具有改进性能的新型液晶介质是必要的。特别地，对于许多应用类型而言必须改进寻址时间。因此，具有相对低的粘度、尤其具有相对低的旋转粘度的液晶介质是必要的。

因此，对具有适用于实际应用的性质的液晶介质存在巨大需求，该性质例如宽向列相范围、对应于使用的显示器类型的合适的光学各向异性（Δn）、合适的高Δε和尤其是用于特别短的响应时间的低粘度。

发明内容

本发明的目的是提供一种液晶组合物，其具备具有合适的Δn、合适高的Δε和向列相范围的液晶介质，其不具有现有技术材料的缺点，或者至少仅仅在显著减少的程度上具有这些缺点。

本发明的一个方面涉及一种液晶组合物，包含：

一种或多种通式I的化合物

一种或多种通式II的化合物

以及

一种或多种通式III的化合物

其中，

R_l、R₂和R₃相同或不同，各自独立地表示H、碳原子数为1-7的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基；

P₁和P₂相同或不同，各自独立地表示或

Sp_l和Sp₂相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-6的间隔基团或单键;

X₁和X₂相同或不同，各自独立地表示-O-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-或单键；

和相同或不同，各自独立地表示环上一个或多个氢可以被氟或甲基替代的1，4-亚苯基;

表示或

Z₁表示单键、-CH＝CH-或-CH₂CH₂-;

L_l表示H或Ｆ；

a和b相同或不同，各自独立地表示0或1；并且

其中所述一种通式Ш的化合物或者所述多种通式Ш的化合物中的至少一种为通式Ш-1的化合物

其中，

R₄表示碳原子数为1-7的烷基或碳原子数为2-7的烯基;

L_２表示H或F。

在本发明的实施方案中，优选所述通式I的化合物占所述液晶组合物总重量的0.01-5.0%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的40-85%；以及所述通式Ш的化合物占所述液晶组合物总重量的10-55%，并且其中所述通式Ш-1的化合物占所述液晶组合物总重量的2-25%。

本发明所述液晶组合物还包含：

符合通式Ⅳ的化合物中的一种或更多种化合物：

其中，

R₅表示碳原子数为1-7的烷基或碳原子数为2-7的烯基;

和相同或不同，各自独立地表示或其中中一个或多个氢可以被氟替代;

c表示0或1。

在本发明的一些实施方案中，特别优选所述通式I的化合物占所述液晶组合物总重量的0.05-1.0%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的40-70%；所述通式Ш的化合物占所述液晶组合物总重量的15-40%；以及所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总重量的1-30%，并且其中所述通式Ш-1的化合物占所述液晶组合物总重量的5-20%。

在本发明的一些实施方案中，所述通式I的化合物选自化合物I-1至I-5组成的组中一种或更多种化合物：

以及

在本发明的一些实施方案中，所述通式Ⅱ的化合物选自化合物Ⅱ-1至Ⅱ-18组成的组中一种或更多种化合物：

以及

在本发明的一些实施方案中，所述通式Ш的化合物选自化合物Ш-2至Ш-7组成的组中一种或更多种化合物：

以及

在本发明的一些实施方案中，所述通式III-1的化合物选自化合物III-1-1至III-1-3组成的组中一种或更多种化合物：

以及

在本发明的一些实施方案中，所述通式IV的化合物选自化合物IV-l至IV-l1组成的组中一种或更多种化合物:

以及

本发明另一方面涉及一种液晶显示器，其包含：

两片基板；以及

液晶取向层；

其中，所述两片基板，在显示区域内，其中一片基板上不存在电极；所述液晶取向层包含本发明所述的液晶组合物。

本发明涉及包含本发明的液晶组合物的液晶显示器，特别是PS显示器，优选PS-IPS或PS-FFS型显示器，尤其优选PS-FFS型显示器。

本发明的再一方面是涉及根据本发明的液晶组合物在液晶显示器中的用途，特别是在含有液晶组合物的PS型显示器中的用途。

本发明通过对上述化合物进行组合实验，通过与对照的比较，确定了包括上述液晶组合物的液晶介质，具有合适的折射率各向异性、合适高的介电各向异性、合适的向列相温度范围以及较快的响应速度等特性。

在本发明中如无特殊说明，所述的比例均为重量比，所有温度均为摄氏度温度，所述的响应时间数据的测试选用FFS测试盒，电极宽为4μm，电极间距为6μm，盒厚为4μm。

具体实施方式

以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。

为便于表达，以下各实施例中，液晶组合物的基团结构用表1所列的代码表示：

表1液晶化合物的基团结构代码

以如下结构式的化合物为例：

该结构式如用表1所列代码表示，则可表达为：nCCGF，代码中的n表示左端烷基的C原子数，例如n为“3”，即表示该烷基为-C₃H₇；代码中的C代表环己烷基。

以下实施例中测试项目的简写代号如下：

Cp（℃）：清亮点（向列-各向同性相转变温度）

Δn：光学各向异性（589nm，20℃）

Δε：介电各向异性（1KHz，25℃）

γ1：扭转粘度（mPa*s，在20℃下）

τoff：直至达到透过率10%切断时的时间（ms）

其中，折射率各向异性使用阿贝折光仪在钠光灯（589nm）光源下、20℃测试得；介电测试盒为TN90型，盒厚7μm。

在以下的实施例中所采用的各成分，均可以通过公知的方法进行合成，或者通过商业途径获得。这些合成技术是常规的，所得到各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。

按照以下实施例规定的各液晶组合物的配比，制备液晶组合物。所述液晶组合物的制备是按照本领域的常规方法进行的，如采取加热、超声波、悬浮等方式按照规定比例混合制得。

制备并研究下列实施例中给出的液晶组合物。下面显示了各液晶组合物的组成和其性能参数测试结果。

对比例1

按表2中所列的各化合物及重量百分数配制成对比例1的液晶组合物LC-1，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：

表2液晶组合物配方及其测试性能

在液晶组合物LC-1中，加入占所述液晶组合物LC-1总重量0.2%的如下所示可聚合化合物I-1，并在365nm UV光条件下进行聚合，形成可聚合液晶组合物M1，所得混合物的τoff为34.6ms。

实施例1

按表3中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例1的液晶组合物LC-2，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：

表3液晶组合物配方及其测试性能

在液晶组合物LC-2中，加入如下所示可聚合化合物I-1，所述可聚合化合物I-1与所述液晶组合物LC-2的重量比为0.2:100，并在365nm UV光条件下进行聚合，形成可聚合液晶组合物M2，所得混合物的τoff为25.3ms：

该可聚合性液晶组合物适用于PS-FFS型液晶显示器。

实施例2

按表4中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例2的液晶组合物LC-3，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：

表4液晶组合物配方及其测试性能

在液晶组合物LC-3中，加入如下所示可聚合化合物I-1，所述可聚合化合物I-1与所述液晶组合物LC-3的重量比为0.4:100，并在365nm UV光条件下进行聚合，形成可聚合液晶组合物M3，所得混合物的τoff为25.6ms：

该可聚合性液晶组合物适用于PS-FFS型液晶显示器。

实施例3

按表5中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例3的液晶组合物LC-4，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：

表5液晶组合物配方及其测试性能

在液晶组合物LC-4中，加入如下所示可聚合化合物I-1，所述可聚合化合物I-1与所述液晶组合物LC-4的重量比为0.2:100，并在365nm UV光条件下进行聚合，形成可聚合液晶组合物M4，所得混合物的τoff为24.8ms：

该可聚合性液晶组合物适用于PS-FFS型液晶显示器。

实施例4

按表6中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例4的液晶组合物LC-5，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：

表6液晶组合物配方及其测试性能

在液晶组合物LC-5中，加入如下所示可聚合化合物I-4，所述可聚合化合物I-4与所述液晶组合物LC-5的重量比为0.2:100，并在365nm UV光条件下进行聚合，形成可聚合液晶组合物M5，所得混合物的τoff为25.3ms：

该可聚合性液晶组合物适用于PS-FFS型液晶显示器。

通过上述对比例1、实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的测试数据可知，本发明的液晶组合物具有合适的介电各向异性、合适的折射率各向异性以及较小的粘度。因此，采用含有本发明所述液晶组合物的显示器响应速度更快，可适用于PS显示器，尤其是PS-IPS和PS-FFS显示器中。

Claims

1.一种液晶组合物，包含：

一种或多种通式I的化合物

一种或多种通式Ⅱ的化合物

以及

一种或多种通式Ш的化合物

其中，

R₁、R₂和R₃相同或不同，各自独立地表示H、碳原子数为1-7的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基；

P₁和P₂相同或不同，各自独立地表示

Sp₁和Sp₂相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-6的间隔基团或单键；

相同或不同，各自独立地表示环上一个或多个氢可以被氟或甲基替代的1,4-亚苯基；

表示

Z₁表示单键、-CH＝CH-或-CH₂CH₂-；

L₁表示H或F；

a和b相同或不同，各自独立地表示0或1；并且

其中，

R₄表示碳原子数为1-7的烷基或碳原子数为2-7的烯基；

L₂表示H或F；

其中所述一种或多种通式II的化合物包括至少一种Z₁为-CH＝CH-的通式II的化合物。

2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式I的化合物占所述液晶组合物总重量的0.01-5.0％；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的40-85％；以及所述通式Ш的化合物占所述液晶组合物总重量的10-55％，并且其中所述通式Ш-1的化合物占所述液晶组合物总重量的2-25％。

3.根据权利要求2的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含符合通式Ⅳ的化合物中的一种或更多种化合物：

其中，

R₅表示碳原子数为1-7的烷基或碳原子数为2-7的烯基；

相同或不同，各自独立地表示其中中一个或多个氢可以被氟替代；

c表示0或1。

4.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式I的化合物占所述液晶组合物总重量的0.05-1.0％；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的40-70％；所述通式Ш的化合物占所述液晶组合物总重量的15-40％；以及所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总重量的1-30％，并且其中所述通式Ш-1的化合物占所述液晶组合物总重量的5-20％。

5.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式I的化合物选自化合物I-1至I-5组成的组中一种或更多种化合物：

以及

6.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅱ的化合物选自化合物Ⅱ-1至Ⅱ-18组成的组中一种或更多种化合物：

以及

7.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ш的化合物选自化合物Ш-2至Ш-7组成的组中一种或更多种化合物：

以及

8.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ш-1的化合物选自化合物Ш-1-1至Ш-1-3组成的组中一种或更多种化合物：

以及

9.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅳ的化合物选自化合物Ⅳ-1至Ⅳ-11组成的组中一种或更多种化合物：

以及

10.根据权利要求1至9中任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含：

1)重量比为0.2:100的化合物I-1和以下所述的液晶混合物LC-2：

23％(重量)的式Ⅱ-1的化合物；

10％(重量)的式Ⅱ-2的化合物；

10％(重量)的式Ⅱ-4的化合物；

7％(重量)的式Ⅱ-11的化合物；

3％(重量)的式Ⅱ-14的化合物；

3％(重量)的式Ⅱ-15的化合物；

5％(重量)的式Ⅱ-16的化合物；

5％(重量)的式Ⅱ-18的化合物；

8％(重量)的式Ⅳ-5的化合物；

4％(重量)的式Ш-2的化合物；

4％(重量)的式Ш-3的化合物；

4％(重量)的式Ш-1-2的化合物；

4％(重量)的式Ш-1-3的化合物；

4％(重量)的式Ш-5的化合物；

3％(重量)的式Ш-6的化合物；以及

3％(重量)的式Ш-7的化合物，

或者，所述液晶组合物包含：

2)重量比为0.4:100的化合物I-1和以下所述的液晶混合物LC-3：

28％(重量)的式Ⅱ-1的化合物；

4％(重量)的式Ⅱ-2的化合物；

4％(重量)的式Ⅱ-4的化合物；

5％(重量)的式Ⅱ-12)的化合物；

3％(重量)的式Ⅱ-15的化合物；

5％(重量)的式Ⅱ-16的化合物；

3％(重量)的式Ⅱ-17的化合物；

5％(重量)的式Ⅱ-18的化合物；

13％(重量)的式Ⅳ-5的化合物；

10％(重量)的式Ⅳ-2的化合物；

5％(重量)的式Ш-1-2的化合物；

5％(重量)的式Ш-1-3的化合物；

4％(重量)的式Ш-5的化合物；

3％(重量)的式Ш-6的化合物；以及

3％(重量)的式Ш-7的化合物，

或者，所述液晶组合物包含：

3)重量比为0.2:100的化合物I-1和以下所述的液晶混合物LC-4：

5％(重量)的式Ⅱ-10的化合物；

5％(重量)的式Ⅱ-8的化合物；

10％(重量)的式Ⅱ-4的化合物；

10％(重量)的式Ⅱ-12的化合物；

24％(重量)的式Ⅱ-11的化合物；

5％(重量)的式Ⅱ-16的化合物；

3％(重量)的式Ⅱ-17的化合物；

5％(重量)的式Ⅱ-18的化合物；

2％(重量)的式Ⅳ-5的化合物；

4％(重量)的式Ш-2的化合物；

4％(重量)的式Ш-3的化合物；

4％(重量)的式Ш-1-2的化合物；

4％(重量)的式Ш-1-3的化合物；

5％(重量)的式Ш-5的化合物；

5％(重量)的式Ш-6的化合物；以及

5％(重量)的式Ш-7的化合物，

或者，所述液晶组合物包含：

4)重量比为0.2:100的化合物I-4和以下所述的液晶混合物LC-5：

25％(重量)的式Ⅱ-1的化合物；

5％(重量)的式Ⅱ-4的化合物；

5％(重量)的式Ⅱ-12的化合物；

5％(重量)的式Ⅱ-11的化合物；

6％(重量)的式Ⅱ-15的化合物；

5％(重量)的式Ⅱ-16的化合物；

3％(重量)的式Ⅱ-17的化合物；

3％(重量)的式Ⅱ-18的化合物；

6％(重量)的式Ⅳ-7的化合物；

6％(重量)的式Ⅳ-8的化合物；

6％(重量)的式Ⅳ-9的化合物；

4％(重量)的式Ⅳ-10的化合物；

5％(重量)的式Ш-1-1的化合物；

5％(重量)的式Ш-1-2的化合物；

5％(重量)的式Ш-1-3的化合物；以及

6％(重量)的式Ш-5的化合物。

11.一种液晶显示器，其特征在于，其包含：

两片基板；以及

液晶取向层；

其中，所述两片基板，在显示区域内，其中一片基板上不存在电极；所述液晶取向层包含如权利要求1至10之一所述的液晶组合物。

12.根据权利要求11所述的液晶显示器，其特征在于，所述液晶显示器为PS-IPS或PS-FFS型显示器。

13.根据权利要求1至10中任一项所述的液晶组合物在液晶显示器中的用途。