CN113845927A - 一种液晶组合物和液晶显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶组合物和液晶显示器件。所述液晶组合物包含至少一种通式I的化合物和至少一种通式II的可聚合化合物。与现有技术相比,本发明的液晶组合物具有较快的成角速度、较好的预倾斜角稳定性、较高的穿透率和较短的响应时间,使得包含其的液晶显示器件具有较快的响应速度和较好的透过率,能够有效加快PSA型液晶显示器的生产进程,加快生产效率。同时改善现有PSA型液晶显示器中存在的“图像粘滞”、显示不均的问题,具有较高的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及液晶技术领域,尤其涉及一种液晶组合物和液晶显示器件。
背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)因其体积小、重量轻、功耗低且显示质量优异而获得了飞速发展,特别是在便携式电子信息产品中获得广泛的应用。根据显示模式的类型,可以将液晶显示器分为PC(phase change,相变)、TN(twist nematic,扭曲向列)、STN(super twisted nematic,超扭曲向列)、ECB(electrically controlledbirefringence,电控双折射)、OCB(optically compensated bend,光学补偿弯曲)、IPS(in-plane switching,共面转变)、FFS(fringe field switching,边缘场切换)、VA(vertical alignment,垂直配向)和PSA(polymer stable alignment,聚合物稳定配向)等类型。
PSA型液晶显示元件被不断开发,被用在各种传统的液晶显示器中,诸如已知的PSA-VA、PSA-OCB、PSA-IPS、PSA-FFS和PSA-TN型液晶显示器。在PSA型液晶显示器中,含有可聚合化合物的液晶组合物位于两个基板之间,各基板均配备有电极结构,或者两个电极结构仅置于基板之一上。此外,两个基板中的任意一者或两者可以含有设置于基板或电极结构(若存在)上的配向层,以诱发液晶组合物的初始配向。如常规的液晶显示器一样,PSA型液晶显示器能作为有源矩阵或无源矩阵显示器来操作。就有源矩阵显示器的情况而言,各个像素通过集成的非线性有源元件(如晶体管)来进行寻址,而就无源矩阵显示器的情况而言,各个像素通常根据现有技术中已知的多路传输方法来进行寻址。
将液晶组合物填充至显示器件中之后,液晶组合物中含有的可聚合化合物通常通过UV光聚合进行原位聚合或交联,其中UV光聚合通过将液晶组合物暴露于UV辐射下而实现,并且优选同时向电极结构施加电压。作为UV暴露的结果,经聚合或经交联的可聚合化合物与液晶组合物中的其他化合物出现相分离,并且在基板表面上形成聚合物层,在此处它们引起液晶分子相对于基板的预倾斜角。对于PSA-VA、PSA-OCB、PSA-FFS和PSA-TN型液晶显示器,可聚合化合物的聚合优选在施加电压的情况下进行;对于PSA-IPS显示器,施加或不施加电压皆可,优选不施加电压。
通常,PSA型液晶显示器的生产方法中的UV光聚合是通过两个步骤实现的。在第一步骤(以下称为“UV1步骤”)中,将液晶组合物暴露于由辐射源(以下称为“光源”)发射的UV辐射,同时向电极结构施加电压,以产生预倾斜角;在第二步骤(以下称为“UV2步骤”)中,将液晶组合物暴露于UV照射,而不向电极结构施加电压,以确保在UV1步骤中未发生聚合的任何残余的可聚合化合物的能够彻底聚合。此外,重要的是确保UV2步骤中的聚合在可接受的时间内完成,以使节拍时间显著地短于2h。相较于UV1步骤,应当减小UV2步骤中的UV辐射强度,以避免或减小负面效应(如降低的可靠性或图像粘滞)。
在PSA型液晶显示器的操作中观察到的另一个问题是显示不均(mura)。在PSA型液晶显示器的制造过程中,需要光、热、应力等外界条件的作用,UV曝光尤其是其中必不可少的部分。由上文介绍可知,UV光聚合需要经过UV1和UV2两个步骤,而UV2步骤会对已形成的预倾斜角产生影响,预倾斜角变化越大,PSA型液晶显示器越易受UV制程的不均匀性(光、热、应力等外界条件不均)的影响而产生相应的显示不均。因此,期望获得两次UV光照射后预倾斜角变化较小的可聚合化合物,从而更有利于获得较宽的制程裕度及较佳的显示均匀性。
然而,在现有技术的运用中发现,并非所有的液晶组合物均可与可聚合化合物实现完美互溶,液晶组合物与可聚合化合物互溶性较差会使含有可聚合化合物的液晶组合物在运输存储过程中特别是温度较低时存在析出的风险。另外在UV1和UV2处理中,会出现预倾斜角成角速度慢的问题、残余的可聚合化合物含量较高等问题,需要更长的UV1和UV2时间,大大拖慢了PSA型显示器的生产进程。同时,有些液晶组合物与可聚合性化合物的搭配会使可聚合化合物聚合后形成的聚合物网络刚性差,使得PSA型液晶显示元件长时间连续显示同一图案时,聚合物网络的结构有可能发生变化,继而导致液晶分子的预倾斜角发生变化,出现显示不良的情况。
因而,为了保证显示质量与显示品质,除了不断改造、优化面板制造工艺外,对液晶材料的不断开发也是解决的手段之一,尤其是对PSA型液晶显示器来说,液晶组合物与可聚合化合物的选择搭配是研究的热点。
专利申请US20190185752A1中公开了一种具有较少聚合物残留的包含可聚合化合物的液晶组合物,所述液晶组合物包含如下结构的化合物,
然而,虽然该组合物实现了液晶组分与可聚合化合物的良好互溶,但存在响应速度不够快、透过率不够高、成角速度不够快、预倾斜角稳定性不够好的问题。
因此,期待开发一种可以同时满足上述要求或至少满足上述要求中的一项的液晶组合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液晶组合物,所述液晶组合物具有较快的成角速度、较好的预倾斜角稳定性、较高的穿透率和较短的响应时间。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种液晶组合物,该液晶组合物包含:
至少一种通式I的化合物
至少一种通式II的可聚合化合物
其中,
R1表示-H、卤素、含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、中的一个或不相邻的两个以上的-CH2-可分别独立地被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代,并且前述基团中一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代;此处的“前述基团”包括本段中所提及的所述含有-H的基团,即包括含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、以及被替代的含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、 -F或-Cl取代的位置可以是任意位置,本发明对此不做具体限定,下文中的“前述基团”同理,均代表所在段落提及的所有基团,不一一赘述;
Rx表示-H、含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基,所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基中的一个或不相邻的两个以上的-CH2-可分别独立地被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代,一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代,所述Rx与环中任意碳原子相连接;
R表示-H、卤素、-CN、-Sp2-P2、或含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、 其中所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、中的一个或不相邻的两个以上的-CH2-可以分别独立地被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代,一个或至少两个-H可以分别独立地被-F或-Cl取代;
P1和P2各自独立地表示可聚合基团;
Sp1和Sp2各自独立地表示间隔基团或单键;
环和环各自独立地表示 其中,中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代,并且一个或至少两个环中单键可被双键替代,其中, 中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl、-CN、-CH3或-OCH3取代,并且一个或至少两个环中-CH=可被-N=替代;“一个或至少两个环中的-CH=可被-N=替代”中“一个或至少两个”指的是被-N=替代的-CH=的数量,本发明涉及到相同的表达方式,均具有同样的意义;
环和环各自独立地表示 其中,中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代,并且一个或至少两个环中单键可被双键替代,其中,中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl、-CN、-Sp2-P2、-CH3或-OCH3取代,并且一个或至少两个环中-CH=可被-N=替代;
X1和X3各自独立地表示-O-、-S-、-CO-、-CF2-、-NH-或-NF-;
Y1和Y2各自独立地表示-H、卤素、含有1-3个碳原子的卤代或未卤代的烷基、含有1-3个碳原子的卤代或未卤代的烷氧基;
Z表示-(CH2)aO-或-(CH2)aS-,其中a表示0至7的整数,例如1、2、3、4、5等;
Z1和Z2各自独立地表示单键、-O-、-S-、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-(CH2)4-、-CF2O-或-OCF2-;
Z3和Z4各自独立地表示-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2S-、-SCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-(CH2)n-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-(CF2)n-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-C≡C-、-CH=CH-CO-O-、-O-CO-CH=CH-、-CH2CH2-CO-O-、-O-CO-CH2CH2-、-CR1R2-或单键,其中,R1和R2各自独立地表示-H或含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基,并且n表示1-4的整数;
本发明中,“可分别独立地被……替代”指的是可以被替代,也可以不被替代,即,替代或不被替代,均属于本发明的保护范围之内,“可分别独立地被……取代”同理,且“替代”和“取代”的位置可以是任意的。
本发明中,含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基的碳个数包括但不限于2个、4个、6个、8个、10个等。
本发明中,卤素包括但不限于氟、氯、溴或碘等。
本发明中,直线划过环结构的表示方法代表基团的接入键在环结构的任意可成键位置。
在本发明的一些实施方案中,X1表示-O-、-S-或-CO-。
在本发明的一些实施方案中,Y1和Y2各自独立地表示-H、-F、-Cl、-CN、-CH3、-OCH3、-CF3或-OCF3;进一步优选地,Y1和Y2各自独立地表示-H、-F或-Cl;再进一步优选地,Y1和Y2均表示-F。
在本发明的一些实施方案中,Z1和Z2各自独立地表示单键、-O-、-S-、-CH2O-、-OCH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-CF2O-或-OCF2-。
在本发明的一些实施方案中,n1和n2各自独立地表示0或1;进一步优选地,n1表示0,n2表示0或1;再进一步优选地,n1和n2均表示0。
在本发明的一些实施方案中,a表示0至3的整数;进一步优选地,a表示1或2。
本发明的通式I的化合物中,环为氧杂五元环或硫杂五元环的结构,相对于环为五元碳环的现有技术来说,与本发明通式II的可聚合化合物搭配使用时,具有较快的成角速度、较好的预倾斜角稳定性、较高的穿透率和较短的响应时间。
在本发明的一些实施方案中,相对于环表示的技术方案,当环表示时,通式I的化合物体现出来的整体共轭作用更强,分子内部基团协同作用后,能够进一步提高液晶组合物的成角速度、预倾斜角稳定性、穿透率,缩短响应时间,从而进一步提高液晶显示器件的响应速度和透过率。
在本发明的一些实施方案中,R1优选为含有1-10个碳原子的直链或支链的烷基、含有1-9个碳原子的直链或支链的烷氧基、含有1-9个碳原子的直链或支链的烷硫基、或含有2-10个碳原子的直链或支链的烯基;R1进一步优选为含有1-8个碳原子的直链或支链的烷基、含有1-7个碳原子的直链或支链的烷氧基、含有1-7个碳原子的直链或支链的烷硫基、或含有2-8个碳原子的直链或支链的烯基;R1再进一步优选为含有1-5个碳原子的直链或支链的烷基、含有1-4个碳原子的直链或支链的烷氧基、含有1-4个碳原子的直链或支链的烷硫基、或含有2-5个碳原子的直链或支链的烯基。
在本发明的一些实施方案中,Rx表示-H或含有1-6个碳原子的直链烷基。
在本发明的一些实施方案中,通式I的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.1%-40%,例如1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%、28%、30%、32%、34%、36%、38%等;优选地,通式I的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.5%-30%。
在本发明的一些实施方案中,R表示-Sp2-P2。
在本发明的一些实施方案中,通式II的可聚合化合物选自如下化合物中的任意一种或至少两种组合:
其中,
0<a1+a2≤2。
在本发明的一些实施方案中,Z3和Z4中至少一个表示单键;进一步优选地,Z3和Z4均表示单键。
在本发明的一些实施方案中,通式II的可聚合化合物包含至少一种通式II-1的化合物。
在本发明的一些实施方案中,a1和a2各自独立地表示0或1。
在本发明的一些实施方案中,K1-K12各自独立地表示-H、-F、-Cl、-Sp2-P2、或含有1-3个碳原子的直链的烷基或烷氧基;进一步优选地,K1-K12各自独立地表示-H、-F、-Cl、-CH3、-OCH3、
在本发明的一些实施方案中,通式II的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.001%~5%,例如0.005%、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%等;优选地,通式II的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.01%~2%;进一步优选地,通式II的化合物占所述液晶组合物的重量百分比为0.25%~0.35%。
本发明所涉及的可聚合基团是适用于聚合反应(例如,自由基或离子键聚合、加聚或缩聚)的基团,或者适用于聚合物主链上加成或缩合的基团。对于链式聚合,特别优选包含-C=C-或-C≡C-的可聚合基团,对于开环聚合,特别优选例如氧杂环丁烷或环氧基。
如本文所使用的,术语“间隔基团”是本领域技术人员已知的,并且描述于文献(例如,Pure Appl.Chem.2001,73(5),888和C.Tschierske,G.Pelzl,S.Diele,Angew.Chem.2004,116,6340-6368)中。如本文所使用的,术语“间隔基团”表示在可聚合化合物中连接介晶基团和可聚合基团的柔性基团。典型的间隔基团例如为-(CH2)p1-、-(CH2CH2O)q1-CH2CH2-、-(CH2CH2S)q1-CH2CH2-、-(CH2CH2NH)q1-CH2CH2-、-CR0R00-(CH2)p1-或-(SiR0R00-O)p1-,其中,p1表示1-12的整数,例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11等,q1表示1-3的整数,例如2,R0和R00各自独立地表示-H或含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、 特别优选的间隔基团为-(CH2)p1-、-(CH2)p1-O-、-(CH2)p1-O-CO-、-(CH2)p1-CO-O-、-(CH2)p1-O-CO-O-或-CR0R00-(CH2)p1-。
在本发明的一些实施方案中,所述液晶组合物包含至少一种通式M的化合物:
其中,
RM1和RM2各自独立地表示含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、 所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基中一个或不相邻的两个以上的-CH2-可分别独立地被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代;
ZM1和ZM2各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-C≡C-、-CH=CH-、-CH2CH2-或-(CH2)4-;并且
本发明中的烯基优选地选自式(V1)至式(V9)中的任一者所表示的基团,特别优选为式(V1)、式(V2)、式(V8)或(V9)。式(V1)至式(V9)所表示的基团如下所示:
其中,*表示所键结的环结构中的碳原子。
本发明中的烯氧基优选地选自式(OV1)至式(OV9)中的任一者所表示的基团,特别优选为式(OV1)、式(OV2)、式(OV8)或(OV9)。式(OV1)至式(OV9)所表示的基团如下所示:
其中,*表示所键结的环结构中的碳原子。
在本发明的一些实施方案中,通式M的化合物选自如下化合物中的任意一种或至少两种组合:
在本发明的一些实施方案中,通式M的化合物的含量必须视低温下的溶解性、转变温度、电可靠性、双折射率、工艺适应性、滴下痕迹、烧屏、介电各向异性等所需的性能而适当进行调整。
在本发明的一些实施方案中,RM1和RM2优选各自独立地为含有1-10个碳原子的直链的烷基、含有1-9个碳原子的直链的烷氧基、或含有2-10个碳原子的直链的烯基;RM1和RM2进一步优选各自独立地为含有1-8个碳原子的直链的烷基、含有1-7个碳原子的直链的烷氧基、或含有2-8个碳原子的直链的烯基;RM1和RM2再进一步优选各自独立地为含有1-5个碳原子的直链的烷基、含有1-4个碳原子的直链的烷氧基、或含有2-5个碳原子的直链的烯基。
在本发明的一些实施方案中,RM1和RM2优选各自独立地为含有2-8个碳原子的直链的烯基;进一步优选各自独立地为含有2-5个碳原子的直链的烯基。
在本发明的一些实施方案中,RM1和RM2中的任一者为含有2-5个碳原子的直链的烯基,而另一者为含有1-5个碳原子的直链的烷基。
在本发明的一些实施方案中,RM1和RM2优选各自独立地为含有1-8个碳原子的直链的烷基、或含有1-7个碳原子的直链的烷氧基;进一步优选各自独立地为含有1-5个碳原子的直链的烷基、或含有1-4个碳原子的直链的烷氧基。
在本发明的一些实施方案中,RM1和RM2中的任一者为含有1-5个碳原子的直链的烷基,而另一者为含有1-5个碳原子的直链的烷基、或含有1-4个碳原子的直链的烷氧基;进一步优选地,RM1和RM2两者均各自独立地为含有1-5个碳原子的直链的烷基。
在本发明的一些实施方案中,在重视可靠性时,优选RM1和RM2均为烷基;在重视降低化合物的挥发性的情形时,优选RM1和RM2均为烷氧基;在重视粘度降低的情形时,优选RM1和RM2中至少一者为烯基。
在本发明的一些实施方案中,通式M的化合物占液晶组合物的重量百分比为1%-80%,例如1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%、28%、30%、32%、34%、36%、38%、40%、42%、44%、46%、48%、50%、52%、54%、56%、58%、60%、62%、64%、66%、68%、70%、72%、74%、76%、78%等;优选地,通式M的化合物占液晶组合物的重量百分比为5%-75%。
关于通式M的化合物的含量,在需要保持本发明的液晶组合物的粘度较低、且响应时间较短时,优选其下限值较高、且上限值较高;进一步在需要保持本发明的液晶组合物的清亮点较高、且温度稳定性良好时,优选其下限值较高、且上限值较高;在为了将驱动电压保持为较低、且使介电各向异性的绝对值变大时,优选其下限值变低、且上限值变低。
在本发明的一些实施方案中,所述液晶组合物包含至少一种通式N的化合物:
其中,
RN1和RN2各自独立地表示含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、 所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基中的一个或不相邻的两个以上的-CH2-可分别独立地被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代;
环和环各自独立地表示其中中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代,一个或至少两个环中单键可被双键替代,其中中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl或-CN取代,一个或至少两个环中-CH=可被-N=替代;
ZN1和ZN2各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-(CH2)4-、-CF2O-或-OCF2-;
LN1和LN2各自独立地表示-H、含有1-3个碳原子的烷基或卤素;并且
在本发明的一些实施方案中,通式N的化合物选自如下化合物中的任意一种或至少两种组合:
在本发明的一些实施方案中,优选地,所述通式N的化合物包含至少一种通式N-3和/或通式N-6的化合物。
在本发明的一些实施方案中,优选地,所述通式N的化合物包含至少一种通式N-10和/或通式N-11的化合物。
在本发明的一些实施方案中,通式N的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.1%-60%,例如1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%、28%、30%、32%、34%、36%、38%、40%、42%、44%、46%、48%、50%、52%、54%、56%、58%等;优选地,通式N的化合物占液晶组合物的重量百分比为5%-60%。
在本发明的一些实施方案中,在需要保持本发明的液晶组合物粘度较低、且响应时间较短时,优选通式N的化合物的含量的下限值较低、且上限值较低;进一步地,在需要保持本发明的液晶组合物的清亮点较高、且温度稳定性良好时,优选通式N的化合物的含量的下限值较低、且上限值较低;另外,在为了将驱动电压保持为较低、而使介电各向异性的绝对值变大时,优选使通式N的化合物的含量的下限值变高、且上限值变高。
在本发明的一些实施方案中,RN1和RN2优选各自独立地为含有1-10个碳原子的直链或支链的烷基、含有1~9个碳原子的直链或支链的烷氧基、或含有2-10个碳原子的直链或支链的烯基;RN1和RN2进一步优选各自独立地为含有1-8个碳原子的直链或支链的烷基、含有1~7个碳原子的直链或支链的烷氧基、或含有2-8个碳原子的直链或支链的烯基;RN1和RN2再进一步优选各自独立地为含有1-5个碳原子的直链或支链的烷基、含有1~4个碳原子的直链或支链的烷氧基、或含有2-5个碳原子的直链或支链的烯基。
在本发明的一些实施方案中,RN1更进一步优选为含有1-5个碳原子的直链或支链的烷基、或含有2-5个碳原子的直链或支链的烯基;RN1再进一步优选为含有2-5个碳原子的直链或支链的烷基、或含有2-3个碳原子的直链或支链的烯基;RN2更进一步优选为含有1-5个碳原子的直链或支链的烷氧基。
在本发明的一些实施方案中,所述液晶组合物包含至少一种通式A-1和/或至少一种通式A-2的化合物:
其中,
RA1和RA2各自独立地表示含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、 所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基中的一个或不相邻的两个以上的-CH2-可分别独立地被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代,并且所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代;
环环环和环各自独立地表示其中 中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代,一个或至少两个环中单键可被双键替代,其中中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl或-CN取代,一个或至少两个环中-CH=可被-N=替代;
ZA11、ZA21和ZA22各自独立地表示单键、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH2O-或-OCH2-;
LA11、LA12、LA13、LA21和LA22各自独立地表示-H、含有1-3个碳原子的烷基或卤素;
XA1和XA2各自独立地表示卤素、含有1-5个碳原子的卤代烷基或卤代烷氧基、含有2-5个碳原子的卤代烯基或卤代烯氧基;
在本发明的一些实施方案中,通式A-1的化合物选自如下化合物中的任意一种或至少两种组合:
其中,
RA1表示含有1-8个碳原子的直链或支链的烷基、所述含有1-8个碳原子的直链或支链的烷基中的一个或不相邻的两个以上的-CH2-可分别独立地被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代,并且存在于这些基团中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代;
Rv和Rw各自独立地表示-CH2-或-O-;
LA11、LA12、LA11’、LA12’、LA14、LA15和LA16各自独立地表示-H或-F;
LA13和LA13’各自独立地表示-H或-CH3;
XA1表示-F、-CF3或-OCF3;并且
v和w各自独立地表示0或1。
在本发明的一些实施方案中,通式A-1的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.1%-50%,例如1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%、28%、30%、32%、34%、36%、38%、40%、42%、44%、46%、48%等。
关于通式A-1的化合物的优选含量,在将本发明的液晶组合物的粘度保持为较低、且响应速度较快的情况下,优选使其下限值略低、且使上限值略低;进一步地,在将本发明的液晶组合物的清亮点保持为较高、且温度稳定性良好的情况下,优选使其下限值略低、且使其上限值略低;此外,为了将驱动电压保持为较低、而欲增大介电各向异性绝对值时,优选使其下限值略高、且使上限值略高。
在本发明的一些实施方案中,通式A-2的化合物选自如下化合物中的任意一种或至少两种组合:
其中,
RA2表示含有1-8个碳原子的直链或支链的烷基,所述含有1-8个碳原子的直链或支链的烷基中的一个或不相邻的两个以上的-CH2-可分别独立地被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代,并且存在于这些基团中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代;
LA21、LA22、LA23、LA24和LA25各自独立地表示-H或-F;并且
XA2表示-Cl、-F、-CF3、-OCF3或-CH2CH2CH=CF2。
在本发明的一些实施方案中,通式A-2的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.1%-60%,例如1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%、28%、30%、32%、34%、36%、38%、40%、42%、44%、46%、48%、50%、52%、54%、56%、58%等。
关于通式A-2的化合物的优选含量,在将本发明的液晶组合物的粘度保持为较低、且响应速度快的情况下,优选使其下限值略低、且使上限值略低;进一步地,在将本发明的液晶组合物的清亮点保持为较高、且温度稳定性良好的情况下,优选使其下限值略低、且使上限值略低;此外,为了将驱动电压保持为较低、而欲增大介电各向异性的绝对值时,优选使其下限值略高、且使其上限值略高。
除上述化合物以外,本发明的液晶组合物也可含有通常的向列型液晶、近晶型液晶、胆固醇型液晶、掺杂剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、红外线吸收剂、聚合性单体或光稳定剂等。
如下显示优选加入到根据本发明的液晶组合物中的可能的掺杂剂。
其中,*代表手性碳原子的位置。
在本发明的一些实施方案中,掺杂剂占液晶组合物的重量百分比为0%-5%;优选地,掺杂剂占液晶组合物的重量百分比为0.01%-1%。
另外,本发明的液晶组合物中所使用的抗氧化剂、光稳定剂等添加剂优选以下物质:
其中,n表示1-12的正整数,例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11等。
优选地,光稳定剂选自如下所示的光稳定剂:
在本发明的一些实施方案中,光稳定剂占液晶组合物的总重量百分比为0%-5%;优选地,光稳定剂占液晶组合物的总重量百分比为0.01%-1%;更优选地,光稳定剂占液晶组合物的总重量百分比为0.01%-0.1%。
即使在不存在聚合引发剂的情况下,本发明的含有可聚合化合物的液晶组合物也可以进行聚合,但为了促进聚合,其中还可以含有聚合引发剂。对于聚合引发剂,可以列举苯偶姻醚类、二苯甲酮类、苯乙酮类、苯偶酰缩酮类、酰基氧化膦类等。
本发明的液晶组合物可以用于通过液晶组合物中的可聚合化合物的聚合而被赋予液晶取向能力,并且利用液晶组合物中的双折射而控制液晶显示器件中的透射光量。
对于可聚合化合物的聚合方法,由于期望聚合快速进行,因此优选通过照射紫外线或电子束等活性能量线来进行聚合的方法。在使用紫外线时,可以使用偏振光源,也可以使用非偏振光源。另外,在将液晶组合物夹持在两片基板之间的状态下进行聚合时,至少照射面侧的基板相对于活性能量线必须具有适当的透明性。另外,也可以在光照射时采用掩模,仅使特定部分聚合,随后,通过改变电场、磁场或者温度等条件,使未聚合部分的取向状态产生变化,并且进一步照射活性能量线进行聚合。特别是在进行紫外线曝光时,优选在对液晶组合物施加电压的同时进行紫外线曝光。
紫外线或电子束等活性能量线照射时的温度优选为保持本发明液晶组合物的液晶状态的温度范围。优选在接近室温的温度(即,15-35℃)下进行聚合。对于产生紫外线的灯,可以使用金属卤化物灯、高压水银灯、超高压水银灯等。此外,对于所照射的紫外线的波长,优选照射波长在液晶组合物的吸收波长区域之外的紫外线,优选根据需要阻断紫外线而使用。所照射的紫外线的强度优选为0.1mW/cm2-50 mW/cm2。在照射紫外线时,可以改变其强度,并且根据所照射的紫外线的强度适当选择照射紫外线的时间,优选10s-600s。
如本文中使用的,术语“倾斜”和“倾斜角”将理解为液晶分子相对于液晶显示器件(优选PSA型液晶显示器件)中液晶盒表面的倾斜配向。倾斜角表示液晶分子的纵向分子轴(液晶指向失)与液晶盒的外部板的表面之间形成的平均角度(<90°)。低值的倾斜角(即,大的偏离90°的角)对应于大的倾斜。
第二方面,本发明提供包一种包含本发明的通式I和通式II的化合物的液晶显示器件。
优选地,所述液晶显示器件为PSA型液晶显示器件,更优选地为PS-VA、PS-OCB、PS-IPS、PS-FFS或PS-TN型液晶显示器件。
第三方面,本发明提供一种包含第一方面所述的液晶组合物的液晶显示器件。
优选地,所述液晶显示器件为PSA型液晶显示器件,更优选地为PS-VA、PS-OCB、PS-IPS、PS-FFS或PS-TN型液晶显示器件。
相较于现有技术,本发明具有如下有益效果:
与现有技术相比,通过通式I的化合物与通式II的化合物的配合,使得本发明的液晶组合物具有较快的成角速度、较好的预倾斜角稳定性、较高的穿透率和较短的响应时间,使得包含其的液晶显示器件具有较快的响应速度和较好的透过率,能够有效加快PSA型液晶显示器的生产进程,加快生产效率。同时改善现有PSA型液晶显示器中存在的“图像粘滞”、显示不均的问题,具有较高的实际应用价值。
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,液晶化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,G代表2-氟-1,4-亚苯基,F代表氟取代基。
以下实施例中测试项目的简写代号如下:
Cp 清亮点(向列相-各向同性相的转变温度,℃)
Δn 光学各向异性(589nm,25℃)
Δε 介电各向异性(1KHz,25℃)
ε⊥ 垂直介电
τoff 撤电时,从90%透过率降至10%透过率所需的时间(ms,25℃)
K11 展曲弹性常数
K33 弯曲弹性常数
Tr 穿透率(%)
PTA 预倾斜角(°)
ΔPTA 预倾斜角的稳定性(施加电压固定的时间后,预倾斜角变化,°)
其中,
清亮点Cp:通过熔点仪测试获得。
Δn:在25℃使用阿贝折光仪在钠光灯(波长589nm)为光源测试获得。
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:25℃、1KHz和VA型测试盒(盒厚6μm)。
K11和K33:使用LCR仪和反平行摩擦盒测试液晶材料的C-V曲线,并且进行计算获得,测试条件:7μm反平行摩擦盒,V=0.1~20V。
Tr是使用DMS 505光电综合测试仪测试调光器件的V-T曲线,取V-T曲线上透过率的最大值,作为液晶的穿透率,测试盒为VA型,盒厚3.5μm,预倾角为88.5°。
τoff:使用DMS 505光电综合测试仪测试,电压:V90,测试盒为VA型,盒厚3.5um,预倾角为88.5°。
预倾斜角PTA:使用晶体旋转法,将液晶灌注于VA型测试盒,盒厚3.5μm,施加电压(16V,60Hz),同时使用紫外光UV1进行照射,使得可聚合化合物发生聚合形成预倾斜角PTA1,然后向已形成预倾斜角PTA1的液晶组合物继续照射紫外光UV2,以消除PTA1状态下残留的可聚合物化合物,此时可聚合化合物形成的预倾斜角为PTA2。本发明通过比较UV1照射相同时间时形成的预倾斜角的大小(预倾斜角越小,聚合速度越快)或者比较形成相同预倾斜角所需时间(所需时间越段,聚合速度越快)来考察可聚合化合物的聚合速度。
预倾斜角的稳定性ΔPTA:将预倾斜角PTA的测试中使用的测试盒经过UV1步骤和UV2步骤形成88±0.2°的预倾斜角后,向测试盒施加60Hz的SW波、20V的AC电压和2V的DC电压,在40℃且存在背光的环境下,经过固定的时间段后,测试测试盒的预倾斜角,ΔPTA(168h)=PTA(初始)-PTA(168h),ΔPTA(168h)越小,表示预倾斜角的稳定性越好。
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,所得到的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。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、悬浮等方式按照比例混合制得。
表2可聚合化合物的结构及代码
对照LC-1
按表3中所列的各化合物及其重量百分数配制成对照LC-1的液晶组合物,并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表3液晶组合物的配方及性能参数测试结果
LC-1
按表4中所列的各化合物及其重量百分数配制成LC-1的液晶组合物,并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表4液晶组合物的配方及性能参数测试结果
LC-2
按表5中所列的各化合物及其重量百分数配制成LC-2的液晶组合物,并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表5液晶组合物的配方及性能参数测试结果
LC-3
按表6中所列的各化合物及其重量百分数配制成LC-3的液晶组合物,并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表6液晶组合物的配方及性能参数测试结果
LC-4
按表7中所列的各化合物及其重量百分数配制成LC-4的液晶组合物,并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表7液晶组合物的配方及性能参数测试结果
对照LC-2
按表8中所列的各化合物及其重量百分数配制成对照LC-2的液晶组合物,并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表8液晶组合物的配方及性能参数测试结果
LC-5
按表9中所列的各化合物及其重量百分数配制成LC-5的液晶组合物,并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表9液晶组合物的配方及性能参数测试结果
LC-6
按表10中所列的各化合物及其重量百分数配制成LC-6的液晶组合物,并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表10液晶组合物的配方及性能参数测试结果
LC-7
按表11中所列的各化合物及其重量百分数配制成LC-7的液晶组合物,并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表11液晶组合物的配方及性能参数测试结果
LC-8
按表12中所列的各化合物及其重量百分数配制成LC-8的液晶组合物,并且将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试。
表12液晶组合物的配方及性能参数测试结果
对比例1、实施例1-4
分别将0.3重量份的化合物RM-1加入100重量份的液晶组合物对照LC-1、LC-1、LC-2、LC-3和LC-4中,分别作为对比例1、实施例1、实施例2、实施例3和实施例4,相关性能测试结果如下表13所示:
表13对比例1与实施例1-4性能参数测试结果
由对比例1与实施例1-4的对比可知,添加了通式I化合物的液晶组合物在施加不同时间的UV1后形成较小的PTA1,具有较快的成角速度;在产生预倾斜角后,预倾斜角受电压驱动而产生的变化更小,具有更好的预倾斜角稳定性;另外,本发明的液晶组合物具有更高的透过率及更短的响应时间。
对比例2、实施例5-8
分别将0.3重量份的化合物RM-2加入100重量份数的液晶组合物对照LC-2、LC-5、LC-6、LC-7和LC-8中,分别作为对比例2、实施例5、实施例6、实施例7和实施例8,可聚合化合物的具体重量份数及相关性能测试结果如下表14所示:
表14对比例2与实施例5-8性能参数测试结果
由对比例2与实施例5-8的对比可知,添加了通式I化合物的液晶组合物在施加不同时间的UV1后形成较小的PTA1,具有较快的成角速度;在产生预倾斜角后,预倾斜角受电压驱动而产生的变化更小,具有更好的预倾斜角稳定性;另外,本发明的液晶组合物具有更高的透过率及更短的响应时间。
对比例3、实施例9-12
分别将0.3重量份的化合物RM-3加入100重量份数的液晶组合物对照LC-1、LC-1、LC-2、LC-3和LC-4中,分别作为对比例3、实施例9、实施例10、实施例11和实施例12,可聚合化合物的具体重量份数及相关性能测试结果如下表15所示:
表15对比例3与实施例9-12性能参数测试结果
由对比例3与实施例9-12的对比可知,添加了通式I化合物的液晶组合物在施加不同时间的UV1后形成较小的PTA1,具有较快的成角速度;在产生预倾斜角后,预倾斜角受电压驱动而产生的变化更小,具有更好的预倾斜角稳定性;另外,本发明的液晶组合物具有更高的透过率及更短的响应时间。
对比例4、实施例13-16
分别将0.3重量份的化合物RM-4加入100重量份数的液晶组合物对照LC-2、LC-5、LC-6、LC-7和LC-8中,分别作为对比例4、实施例13、实施例14、实施例15和实施例16,可聚合化合物的具体重量份数及相关性能测试结果如下表16所示:
表16对比例4与实施例13-16性能参数测试结果
由对比例4与实施例13-16的对比可知,本发明添加了通式I化合物的液晶组合物在施加不同时间的UV1后形成较小的PTA1,具有较快的成角速度;在产生预倾斜角后,预倾斜角受电压驱动而产生的变化更小,具有更好的预倾斜角稳定性;另外,本发明的液晶组合物具有更高的透过率及更短的响应时间。
综上,本发明的液晶组合物具有较快的成角速度、较好的预倾斜角稳定性、较高的穿透率和较短的响应时间,使得包含其的液晶显示器件具有较快的响应速度和较好的透过率,能够有效加快PSA型液晶显示器的生产进程,加快生产效率。同时改善现有PSA型液晶显示器中存在的“图像粘滞”、显示不均的问题,具有较高的实际应用价值。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施,并不能以此限制本发明的保护范围,凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法,但本发明并不局限于上述详细方法,即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种液晶组合物,所述液晶组合物包含:
至少一种通式I的化合物
至少一种通式II的可聚合化合物
其中,
R1表示-H、卤素、含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、 所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、中的一个或不相邻的两个以上的-CH2-可分别独立地被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代,并且前述基团中一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代;
Rx表示-H、含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基,所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基中的一个或不相邻的两个以上的-CH2-可分别独立地被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代,一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代,所述Rx与环中任意碳原子相连接;
R表示-H、卤素、-CN、-Sp2-P2、或含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、其中所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、中的一个或不相邻的两个以上的-CH2-可以分别独立地被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代,一个或至少两个-H可以分别独立地被-F或-Cl取代;
P1和P2各自独立地表示可聚合基团;
Sp1和Sp2各自独立地表示间隔基团或单键;
环和环各自独立地表示 其中,中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代,并且一个或至少两个环中单键可被双键替代,其中,中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl、-CN、-CH3或-OCH3取代,并且一个或至少两个环中-CH=可被-N=替代;
环和环各自独立地表示 其中,中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代,并且一个或至少两个环中单键可被双键替代,其中, 中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl、-CN、-Sp2-P2、-CH3或-OCH3取代,并且一个或至少两个环中-CH=可被-N=替代;
X1和X3各自独立地表示-O-、-S-、-CO-、-CF2-、-NH-或-NF-;
Y1和Y2各自独立地表示-H、卤素、含有1-3个碳原子的卤代或未卤代的烷基、含有1-3个碳原子的卤代或未卤代的烷氧基;
Z表示-(CH2)aO-或-(CH2)aS-,其中a表示0至7的整数;
Z1和Z2各自独立地表示单键、-O-、-S-、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-(CH2)4-、-CF2O-或-OCF2-;
Z3和Z4各自独立地表示-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2S-、-SCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-(CH2)n-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-(CF2)n-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-C≡C-、-CH=CH-CO-O-、-O-CO-CH=CH-、-CH2CH2-CO-O-、-O-CO-CH2CH2-、-CR1R2-或单键,其中,R1和R2各自独立地表示-H或含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基,并且n表示1-4的整数;
2.根据权利要求1所述的液晶组合物,其特征在于,X1表示-O-、-S-或-CO-;
优选地,Y1和Y2均表示-F。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物,其特征在于,n1表示0,n2表示0或1。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的液晶组合物,其特征在于,Z3和Z4中至少一个表示单键;进一步优选地,Z3和Z4均表示单键;
优选地,a1和a2各自独立地表示0或1。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的液晶组合物,其特征在于,通式I的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.1%-40%;
优选地,通式II的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.001%~5%。
8.根据权利要求1-7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至少一种通式M的化合物:
其中,
RM1和RM2各自独立地表示含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、 所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基中一个或不相邻的两个以上的-CH2-可分别独立地被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代;
ZM1和ZM2各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-C≡C-、-CH=CH-、-CH2CH2-或-(CH2)4-;并且
优选地,通式M的化合物选自如下化合物中的任意一种或至少两种组合:
优选地,通式M的化合物占液晶组合物的重量百分比为1%-80%。
9.根据权利要求1-8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至少一种通式N的化合物:
其中,
RN1和RN2各自独立地表示含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基、 所述含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基中的一个或不相邻的两个以上的-CH2-可分别独立地被-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代;
环和环各自独立地表示其中中的一个或至少两个-CH2-可被-O-替代,一个或至少两个环中单键可被双键替代,其中中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl或-CN取代,一个或至少两个环中-CH=可被-N=替代;
ZN1和ZN2各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-(CH2)4-、-CF2O-或-OCF2-;
LN1和LN2各自独立地表示-H、含有1-3个碳原子的烷基或卤素;并且
优选地,通式N的化合物选自如下化合物中的任意一种或至少两种组合:
优选地,通式N的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.1%-60%;
优选地,所述通式N的化合物包含至少一种通式N-3和/或通式N-6的化合物;
优选地,所述通式N的化合物包含至少一种通式N-10和/或通式N-11的化合物。
10.一种包含权利要求1-9任一项所述的液晶组合物的液晶显示器件。
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- 2020-06-28 CN CN202010597147.9A patent/CN113845927A/zh active Pending
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