CN109943347A - 液晶组合物及液晶显示元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种式Ⅰ所示可聚合化合物与特定液晶组分搭配形成的液晶组合物及包含该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器，尤其适用于显示器或TV应用的PSVA液晶组合物，以及IPS模式的PSA‑IPS液晶组合物，尤其是可聚合化合物具有较快的聚合速度并且所选择的可聚合组分与液晶组分形成的“材料体系”应具有最低的旋转粘度、最好的光电性能，且采用(UV)光辐照后具有高的VHR，避免了最终显示器出现残像等问题。

Description

液晶组合物及液晶显示元件
技术领域
本发明涉及液晶显示领域，具体涉及特定可聚合化合物与特定液晶组分搭配形成的液晶组合物，以及包含有该液晶组合物的显示元件或液晶显示器。
背景技术
薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)经历了漫长的基础研究阶段，在实现大生产、商业化之后，以其轻薄、环保、高性能等优点已经成为LCD应用中的主流产品：无论是小尺寸的手机屏、还是大尺寸的笔记本电脑(Notebook PC)或监视器(Monitor)，以及大型化的液晶电视(LCD-TV)，到处可见TFT-LCD的应用。
早期商用的TFT-LCD产品基本采用了TN显示模式，其最大问题是视角窄。随着产品尺寸的增加，特别是在TV领域的应用，具有广视野角特点的IPS显示模式、VA显示模式依次被开发出来并加以应用，尤其是基于VA显示模式的改进，分别先后在各大公司得到了突破性的发展，这主要取决于VA模式本身所具有的宽视野角、高对比度和无需摩擦配向等优势，再有就是，VA模式显示的对比度对液晶的光学各向异性(△n)、液晶盒的厚度(d)和入射光的波长(λ)依赖度较小，必将使得VA这种模式成为极具前景的显示技术。
但是，VA模式等的有源矩阵寻址方式的显示元件所用的液晶介质，本身并不完美，例如残像水平要明显差于正介电各向异性的显示元件，响应时间比较慢，驱动电压比较高等缺点。此时，一些新型的VA显示技术悄然而生：像PSVA技术即实现了MVA/PVA类似的广视野角显示模式，也简化了CF工艺，从而降低CF成本的同时，提高了开口率，还可以获得更高的亮度，进而获得更高的对比度。此外，由于整面的液晶都有预倾角，没有多米诺延迟现象，在保持同样的驱动电压下还可以获得更快的响应时间，残像水平也不会受到影响，但是由于像素中Fine Slit密集分布电极，故如果电极宽度不能均匀分布，很容易出现显示不均的问题。像UVVA技术，在保持PSVA技术优势的基础上，由于在TFT侧没有Slit结构，出现像素电极宽度不均引起的显示不均问题还得到了改进。虽然显示器件在不断的发展，但是人们还要一直致力于研究新的液晶化合物，得以使液晶介质及其应用于显示器件的性能不断的向前发展。
可聚合介晶单元(RMs)目前是显示行业非常热门且重要的课题，其可能应用的领域包括聚合物稳定配向(PSA)液晶显示，聚合物稳定蓝相(PS-BP)液晶显示以及图形化位相差膜(Pattern RetarderFilm)等。
PSA原理正被应用在不同典型的LC显示器中,例如PSA-VA,PSA-OCB,PS-IPS/FFS和PS-TN等液晶显示器。以目前最为广泛应用的PSA-VA显示器为例，通过PSA方法可以获得液晶盒的预倾角，该预倾角对响应时间具有积极的影响。对于PSA-VA显示器，可以使用标准的MVA或PVA像素和电极设计，但是如果在一侧的电极设计采用特殊图形化的而在另一端不采用突起的设计，可以显著的简化生产，同时使显示器得到非常好的对比度、及很高的光透过率。
现有技术已经发现LC混合物和RMs在PSA显示器中的应用方面仍具有一些缺点。首先，到目前为止并不是每个希望的可溶RM都适合用于PSA显示器；同时，如果希望借助于UV光而不添加光引发剂进行聚合(这可能对某些应用而言是有利的)，则选择变得更小；另外，LC混合物(下面也称为“LC主体混合物”)与所选择的可聚合组分组合形成的“材料体系”应具有最低的旋转粘度和最好的光电性能，用于加大“电压保持率”(VHR)以达到效果。在PSA-VA方面，采用(UV)光辐照后的高VHR是非常重要的，否则会导致最终显示器出现残像等问题。到目前为止，并不是所有的LC混合物与可聚合组分组成的组合都适合于PSA显示器。这主要是由于可聚合单元对于UV敏感性波长过短，或光照后没有倾角出现或出现不足的倾角，或可聚合组分在光照后的均一性较差，或因为UV后VHR对于TFT显示器应用而言是较低等方面的影响。
发明内容
本发明提供一种特定可聚合化合物与特定液晶组分搭配形成的液晶组合物及包含该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器，尤其适用于显示器或TV应用的PSVA液晶组合物，以及IPS模式的PSA-IPS液晶组合物，尤其是可聚合化合物具有较快的聚合速度并且所选择的可聚合组分与液晶组分形成的“材料体系”应具有最低的旋转粘度、最好的光电性能，且采用(UV)光辐照后具有高的VHR，避免了最终显示器出现残像等问题。
为了实现上述有益技术效果，本发明提供了一种液晶组合物，包含一种或多种式Ⅰ所示可聚合化合物作为第一组分、一种或多种式Ⅱ所示化合物作为第二组分以及一种或多种式Ⅲ所示化合物作为第三组分，
其中，
P1、P2、P3各自独立地表示
R1、R2、R3、R4各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基，且R3、R4所示基团中任意一个或多个不相连的CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基取代；
Z1、Z2各自独立地表示单键、-CH2CH2-或-CH2O-；
各自独立地表示
各自独立地表示 和/或中的一种或多种；
m表示1或2；
n表示0、1或2；
o表示0或1；
并且所述式I所示化合物中任意苯环可为卤素或烷基取代苯。
所述一种或多种式Ⅰ所示可聚合化合物优选为式Ⅰ-1至Ⅰ-12所示化合物中的一种或多种化合物；所述一种或多种式Ⅱ所示化合物优选为式Ⅱ-1至Ⅱ-15化合物的一种或多种化合物；所述一种或多种式Ⅲ所示化合物优选为式Ⅲ-1至Ⅲ-12所示化合物中的一种或多种化合物，
其中，R3、R4各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基，且R3、R4所示基团中任意一个或多个不相连的CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基取代。
应用这些液晶组合物的这些显示器中，将式I所示化合物加入到LC介质中，且在引入到LC盒中之后，在电极间施加电压下通过UV光致聚合或交联，可以形成液晶分子的预倾斜。这对于简化LCD制作流程、提高响应速度、降低阈值电压是有利的。
本发明提供的式I所示化合物具有与其他单体互溶性好、紫外线耐受能力好等优点。作为反应性介晶(RM)具有互溶性良好、电荷保持率(VHR)高、聚合活性高(单体残留少)等优点，非常适合于作为RM用于PSA(聚合物支持的配向)、PS(聚合物稳定的)型模式的液晶混合物，尤其是在PSA-VA、PSA-IPS情况下。
式Ⅰ可聚合化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)优选在0.01-1％之间，进一步优选0.03-0.2％之间。
所述式Ⅱ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)优选在15-60％之间，进一步优选20-40％。
所述式Ⅲ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)优选在20-60％之间，进一步优选30-50％。
所述液晶组合物可以为负性液晶组合物，可以包含一种或多种式Ⅳ所示的化合物
其中，R5、R6各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基，且R5、R6所示基团中任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；
W表示O、S或-CH2O-。
式Ⅳ所示的化合物优选为：
R61各自独立地表示碳原子数为2-6烷基。
所述液晶组合物还可以包含一种或多种式Ⅴ所示的化合物
其中，R7、R8各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
各自独立地表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1,4-亚环己烯基。
式Ⅴ所示的化合物优选为：
其中，R71、R81各自独立地表示碳原子数为2-6的烷基或原子数为2-6的烯基；
R82表示碳原子数为1-5的烷氧基；
R71、R81进一步优选为乙烯基、2-丙烯基或3-戊烯基。
所述液晶组合物为负性液晶组合物，还包含一种或多种四环化合物，如式Ⅵ所示
其中，R9、R10各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基；
(F)各自独立地表示H或F。式Ⅵ所示的化合物优选为：
其中，R9、R10各自独立地优选表示碳原子数为2-6的烷基或原子数为2-6的烯基。
本发明所提供的液晶化合物中还可以加入各种功能的掺杂剂，掺杂剂含量优选0.01-1％之间，这些掺杂剂主要是抗氧化剂、紫外线吸收剂、手性剂。
抗氧化剂、紫外线吸收剂优选：
S表示1-10的整数。
本发明还涉及包含上述任意一种液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器；所述显示元件或显示器为有源矩阵显示元件或显示器或无源矩阵显示元件或显示器。
所述液晶显示元件或液晶显示器优选有源矩阵寻址液晶显示元件或液晶显示器。
所述有源矩阵显示元件或显示器具体为PSVA-TFT或IPS-TFT液晶显示元件或显示器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
反应过程一般通过TLC监控反应的进程，反应结束的后处理一般是水洗、提取、合并有机相后干燥、减压下蒸除溶剂，以及重结晶、柱层析，本领域的技术人员都能够按照下面的描述来实现本发明。
本说明书中的百分比为质量百分比，温度为摄氏度(℃)，其他符号的具体意义及测试条件如下：
Cp表示液晶清亮点(℃)，DSC定量法测试；
S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点(℃)；
Δn表示光学各向异性，no为寻常光的折射率，ne为非寻常光的折射率，测试条件为25±2℃，589nm，阿贝折射仪测试；
Δε表示介电各向异性，Δε＝ε∥-ε⊥，其中，ε∥为平行于分子轴的介电常数，ε⊥为垂直于分子轴的介电常数，测试条件为25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
γ1表示旋转粘度(mPa·s),测试条件为25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
ρ表示电阻率(Ω·cm)，测试条件为25±2℃，测试仪器为TOYO SR6517高阻仪和LE-21液体电极。
VHR表示电压保持率(％)，测试条件为20±2℃、电压为±5V、脉冲宽度为10ms、电压保持时间16.7ms。测试设备为TOYO Model6254液晶性能综合测试仪。
τ表示响应时间(ms)，的测试仪器为DMS-501，测试条件为25±0.5℃，测试盒为3.3微米IPS测试盒，电极间距和电极宽度均为10微米，摩擦方向与电极夹角为10°。
T(％)表示透过率，T(％)＝100％*亮态(Vop)亮度/光源亮度，测试设备DMS501，测试条件为25±0.5℃，测试盒为3.3微米IPS测试盒，电极间距和电极宽度均为10微米，摩擦方向与电极夹角为10°。
可聚合化合物紫外光聚合条件为使用313nm波长且照射光强为0.5Mw/cm2的紫外光
本发明申请实施例液晶单体结构用代码表示，液晶环结构、端基、连接基团的代码表示方法见下表(一)、表(二)
表(一)：环结构的对应代码
表(二)：端基与链接基团的对应代码
举例：
对比例1(RM)：
对比例2(RM)：
对比例3(RM)：
对比例4(RM)：
对比例5：
类别 液晶单体代码 含量(％)
Ⅲ CY-C(5)-O4 11
Ⅲ PY-C(5)-O2 9
Ⅲ COY-3-O2 12
Ⅲ CCOY-3-O2 8
Ⅲ CY-5-O2 10
Ⅱ CC-3-V 20
Ⅱ CC-3-2 29.75
RM RM-1 0.25
实施例1：
实施例2
类别 液晶单体代码 含量(％)
Ⅲ CY-C(5)-O4 11
Ⅲ PY-C(5)-O2 9
Ⅲ COY-3-O2 12
Ⅲ CCOY-3-O2 8
Ⅱ PP-5-1 10
Ⅱ CC-3-V1 15
Ⅱ CC-3-2 10
Ⅳ Sa-C(5)1O-O2 5
Ⅴ CCP-3-1 10
Ⅴ CPP-3-2 9
I I-1 1
实施例3
实施例4
类别 液晶单体代码 含量(％)
Ⅲ CCY-3-O2 11
Ⅲ CPY-3-O2 9
Ⅲ PYP-3-O2 12
Ⅲ CLY-5-O2 10
Ⅳ Sb-C(5)1O-O4 8
Ⅱ PP-5-1 10
Ⅱ CC-3-V 25
Ⅱ CC-3-2 5
Ⅴ CCP-3-1 4.8
Ⅵ CPGIP-5-2 5
Ⅰ I-4 0.2
实施例5
实施例6：
类别 液晶单体代码 含量(％)
Ⅲ CY-C(5)-O4 11
Ⅲ PY-C(5)-O2 9
Ⅲ COY-3-O2 12
Ⅲ CCOY-3-O2 8
Ⅲ CY-5-O2 10
Ⅱ CC-3-V 20
Ⅱ CC-3-2 29.75
I I-7 0.25
实施例7
实施例8
类别 液晶单体代码 含量(％)
Ⅲ CCY-C(5)-O4 11
Ⅲ CPY-C(5)-O2 9
Ⅲ CCY-3-O2 12
Ⅳ Sa-C(3)1O-O4 8
Ⅱ PP-1-2V 10
Ⅱ CC-3-V1 25
Ⅱ CP-3-O2 5
Ⅴ CLP-3-1 12
Ⅴ CPP-3-O2 7.8
Ⅰ I-9 0.2
实施例9
类别 液晶单体代码 含量(％)
Ⅲ CCY-3-O2 11
Ⅲ CPY-3-O2 9
Ⅲ PYP-3-O2 12
Ⅲ CLY-5-O2 10
Ⅳ Sb-C(5)1O-O4 8
Ⅱ PP-5-1 10
Ⅱ CC-3-V 25
Ⅱ CC-3-2 5
Ⅴ CCP-3-1 4.8
Ⅵ CPGIP-5-2 5
Ⅰ I-10 0.2
实施例10
1.聚合性化合物的转化率
将聚合性化合物添加于组合物中，所述聚合性化合物因聚合而被消耗来形成聚合物。这一反应的转化率优选为大转化率。这是因为：就图像的残像观点而言，聚合物化合物的残量(未反应的聚合性化合物的量)优选为少。
2.响应时间
将各种可聚合性化合物和液晶化合物而制备的混合物注入至器件中。通过照射紫外线来使聚合物性化合物聚合后，测定器件的响应时间。未添加聚合性化合物与液晶化合物的混合物时，响应时间慢。因此，可得出结论：有本发明涉及的聚合性化合物和液晶化合物的组合在缩短响应时间方面有效。
3.信赖性
将各种可聚合性化合物和液晶化合物而制备的混合物注入至测试盒中。通过照射紫外线来使聚合物性化合物聚合后，再在紫外、高温等条件下测试其电压保持率(VHR),优选高信赖性液晶，即高VHR(16.7ms)。高信赖性的液晶避免了最终显示器出现残像等问题。

Claims (8)

1.一种液晶组合物，其特征在于，包含一种或多种式Ⅰ所示可聚合化合物作为第一组分、一种或多种式Ⅱ所示化合物作为第二组分以及一种或多种式Ⅲ所示化合物作为第三组分，
其中，
P1、P2、P3各自独立地表示
R1、R2、R3、R4各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基，且R3、R4所示基团中任意一个或多个不相连的CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基取代；
Z1、Z2各自独立地表示单键、-CH2CH2-或-CH2O-；
各自独立地表示
各自独立地表示 中的一种或多种；
m表示1或2；
n表示0、1或2；
o表示0或1；
并且所述式I所示化合物中任意苯环可为卤素或烷基取代苯。
2.根据权利要求1中任一所述的液晶组合物，其特征在于所述液晶组合物中所述一种或多种式I所示可聚合化合物的总质量含量为0.01-1％，所述一种或多种式Ⅱ所示化合物的总质量含量为15-60％，所述一种或多种通式Ⅲ所示化合物总质量含量为20-60％。
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述一种或多种式Ⅰ所示可聚合化合物为式Ⅰ-1至Ⅰ-12所示化合物中的一种或多种化合物；所述一种或多种式Ⅱ所示化合物为式Ⅱ-1至Ⅱ-15化合物的一种或多种化合物；所述一种或多种式Ⅲ所示化合物为式Ⅲ-1至Ⅲ-12所示化合物中的一种或多种化合物，
其中，R3、R4各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基，且R3、R4所示基团中任意一个或多个不相连的CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基取代。
4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物为负性液晶组合物，还包含一种或多种式Ⅳ所示的化合物
其中，R5、R6各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基，且R5、R6所示基团中任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；
W表示O、S或-CH2O-。
5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物为负性液晶组合物，还包含一种或多种式Ⅴ所示的化合物
其中，R7、R8各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
各自独立地表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1,4-亚环己烯基。
6.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物为负性液晶组合物，还包含一种或多种式Ⅵ所示化合物
其中，R9、R10各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基；
表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1,4-亚环己烯基；
(F)各自独立地表示H或F。
7.包含权利要求1-6中任一所述液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器；所述显示元件或显示器为有源矩阵显示元件或显示器或无源矩阵显示元件或显示器。
8.根据权利要求7所述的液晶显示元件或液晶显示器，其特征在于：所述有源矩阵显示元件或显示器为PSVA-TFT液晶显示元件或显示器。
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