CN118240566A - 液晶组合物及其液晶显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶组合物及其液晶显示器件。本发明的液晶组合物包含至少一种通式P的化合物、至少一种通式C的化合物以及至少一种通式RM的可聚合化合物。本发明的液晶组合物在维持适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(K11、K33)、适当的旋转粘度的情况下，具有较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性，使得包含其的液晶显示器件具有适当的阈值电压、较好的对比度、较好的响应速度、能够有效改善现有PSA型液晶显示器中存在的诸如“图像粘滞”、显示不均、“碎亮点”等问题，具有较高的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及液晶领域，具体涉及液晶组合物和包含所述液晶组合物的液晶显示器件。
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。根据元件的驱动方式，液晶显示元件可以分为PM(passive matrix，被动矩阵)型和AM(active matrix，主动矩阵)型。PM分为静态(static)和多路(multiplex)等类型。AM分为TFT(thin film transistor，薄膜晶体管)、MIM(metal insulator metal，金属-绝缘层-金属)等类型。TFT的类型包含非晶硅(amorphous silicon)和多晶硅(polycrystalsilicon)。后者根据制造工艺分为高温型和低温型。
液晶显示元件含有向列相的液晶组合物，液晶组合物具有适当的特性。借由提高液晶组合物的特性，可以获得具有良好特性的AM元件。将液晶组合物和AM元件的特性中的关联归纳于下表A中。基于市售的AM元件来对液晶组合物的特性进行进一步说明。向列相的温度范围与元件的温度范使用范围相关联。液晶组合物的粘度与元件的响应时间相关联。为了使元件显示动态影像，较佳为元件的响应时间短。
表A液晶组合物的特性与AM元件的特性
| 编号 | 液晶组合物的特性 | AM元件的特性 |
| l | 向列相的温度范围广 | 温度使用范围广 |
| 2 | 粘度小 | 响应时间短 |
| 3 | 光学各向异性大 | 对比度大 |
| 4 | 介电各向异性绝对值大 | 阈值电压低、消耗电力小、对比度大 |
| 5 | 比电阻大 | 电压保持率大、对比度大 |
| 6 | 对紫外线及热稳定 | 寿命长 |
| 7 | 弹性常数大 | 对比度大、响应时间短、响应速度快 |
在液晶显示器件的应用中，对比度对视觉效果的影响非常关键。一般而言，对比度越大，图像越清晰醒目，色彩也越鲜明艳丽；反之，如果对比度小，则整个画面都灰蒙蒙的。高对比度对于图像的清晰度、细节表现、灰度层次表现都有很大的帮助。高对比度产品在黑白反差、清晰度、完整性等方面都具有优势。对比度对于动态视频显示效果影响也较大。由于动态图像中明暗转换比较快，因此对比度越高，人的眼睛越容易分辨出这样的转换过程。
为了提高液晶显示器件的响应速度，需要尽量降低液晶材料的旋转粘度。然而，一般低粘度的液晶材料的清亮点、光学各向异性等较低，因此在调制液晶组合物的配方时，在降低粘度同时需要考虑其他方面的性能要求。
PSA型液晶显示模式是将少量(例如，0.3wt％，较典型地，<1wt％)的一种或更多种可聚合化合物添加到液晶组合物中，能够确保在将液晶组合物填充入液晶盒之后，在电极之间施加电压或不施加电压的情况下，使液晶分子在具有初始取向的状态下原位聚合(通常通过UV光聚合)或交联，从而固定液晶分子的取向。随着PSA型液晶显示元件的不断开发，其被应用于各种传统的液晶显示器件中，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，基板外侧贴附相互正交的偏光片。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)上的配向膜。与常规的液晶显示器一样，PSA型液晶显示器能作为有源矩阵显示器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；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。
在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(优选地，同时向电极结构施加电压)而实现。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发生相分离，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型液晶显示器而言，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显示器而言，施加电压或不施加电压皆可，优选不施加电压。
通常，在PSA型液晶显示器的生产方法中，UV光聚合是通过以下两个步骤实现的：
在第一步骤(以下称为“UV1步骤”)中，使液晶组合物暴露于由辐射源发射的UV辐射(以下称为“UV1辐射”)，同时向电极结构施加电压，从而产生预倾斜角。较优选的可聚合化合物应当在相同的时间内产生较小的预倾斜角或在较短的UV1辐射时间内产生相同的预倾斜角(即，较快的成角速度)，以提高生产效率、缩短批量生产时的节拍时间(tact time)、降低成本；同时，可聚合化合物的成角速度越快，越有利于可聚合化合物实现完全聚合，从而降低聚合物残留。为了提高成角速度，优选使用较短波长的UV1辐射；而为了提高电压保持率(Voltage Holding Ratio，VHR)，优选使用较长波长的UV1辐射。因此，较快的成角速度与较高的电压保持率通常难以同时兼顾。
在第二步骤(以下称为“UV2步骤”)中，在不向电极结构施加电压的情况下使液晶组合物暴露于UV辐射(以下称为“UV2辐射”)，以确保在UV1步骤中未发生聚合的残余的可聚合化合物能够彻底聚合。期待的是，在UV2步骤后，预倾斜角的变化尽可能小，以减小PSA型液晶显示器受UV制程不均匀性(光、热、应力等外界条件不均)的影响而产生显示不均的可能性。同时，应当减小UV2步骤中的UV辐射强度，以避免或减小负面效应(如可靠性降低或图像粘滞)。
在目前的PSA型液晶显示器的生产中，均需要在玻璃基板上涂布一层聚酰亚胺(Polyimide，PI)配向层(简称PI配向层)以实现对液晶分子的垂直配向，但该方式存在明显的不足(如PI涂布工艺流程繁琐、复杂、耗时长)，同时存在诸多其他不良影响，从而大大限制了液晶显示器的品质。PI配向工艺大大降低了生产效率，增加了生产成本；同时，由于PI印刷区域精准控制能力有限，并且PI印刷区域的偏差会影响窄边框类产品的框胶密封性以及边缘的显示效果，因此极大限制了目前主流窄边框产品的发展，并且极大降低了其生产的良品率。现有技术中主要通过向液晶组合物中添加自配向剂以替代PI配向层的使用，但并非所有的液晶组合物都能与可聚合化合物、自配向剂实现完美搭配。例如UV制程中形成预倾角速率太慢，需要更长的UV时间才能形成所需的预倾角，降低了生产效率；聚合物及自配向剂在UV聚合时聚合速率太快且扩散性较差易形成爆聚造成聚合物层粗糙度较大，形成碎亮点影响面板显示效果；在UV1步骤和UV2步骤之后，可能出现可聚合化合物以及自配向剂的残留物较高，造成面板IS(Image Sticking，图像残留)恶化等问题。同时，液晶组合物与可聚合化合物及自配向剂的互溶性不佳，会导致液晶在存储过程中可聚合聚合物及自配向剂析出，引起液晶性能失效的问题，同时可聚合化合物聚合后形成的聚合物网络刚性差，会导致当PSA型液晶显示元件长时间连续显示同一图案时，聚合物网络的结构发生变化，继而使液晶分子的预倾斜角发生变化，出现显示不良的情况。自配向剂的液晶接触角过高，使得液晶在ODF(One Drop Filling，滴下式注入)制程中扩散较慢，造成自配向剂在面板内浓度分布不均，继而形成配向效果不均匀或面板边角区域配向效果较差，形成显示不良。
此外，随着显示技术的发展，液晶显示行业对LCD的显示质量要求更加严格，尤其是在TV行业中，TV尺寸普遍增大，LCD世代线也随之增大，大尺寸LCD面板的制作工艺难度也明显增加。因此，如何保证显示质量是亟待解决的问题。同时，除了不断优化面板制造工艺外，对液晶材料的开发也是解决手段之一，尤其对于PSA型液晶显示器而言，对与可聚合化合物搭配使用的液晶组合物的选择成为研究热点。
因此，本领域的研究重点在于：开发聚合速度快、聚合过程可控、具有良好综合性能的自配向剂以满足PSA型液晶显示元件的需求，以及提供无需PI配向层即可实现对液晶分子的垂直配向的显示技术。
发明内容
发明目的：针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(K11、K33)、适当的旋转粘度、较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性的液晶组合物。
进一步的，本发明的目的还在于提供一种包含上述液晶组合物的液晶显示器件。
技术方案：为了实现以上发明目的，本发明提供一种液晶组合物，包含
至少一种通式P的化合物：
至少一种通式C的化合物：
以及
至少一种通式RM的可聚合化合物：
其中，
Rp1、Rp2和Rc2各自独立地表示含有1-12(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10、或11)个碳原子的直链的烷基、或含有3-12(例如，4、5、6、7、8、9、10、或11)个碳原子的支链的烷基，其中含有1-12个碳原子的直链的烷基、或含有3-12个碳原子的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；
Rc1表示含有3-5个碳原子的环烷基(例如，)，其中含有3-5个碳原子的环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；
R1表示-H、卤素、-CN、-Sp2-P2、含有1-12(例如，可以为2、3、4、5、6、7、8、9、10、或11)个碳原子的直链的烷基、含有3-12(例如，可以为3、4、5、6、7、8、9、10、或11)个碳原子的支链的烷基、其中含有1-12个碳原子的直链的烷基、含有3-12个碳原子的支链的烷基、/>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，并且一个或更多个-H可分别独立地被-F或-C1取代；
环表示/>其中/>中的一个或更多个-CH2-可被-O-替代，并且一个或至多两环中单键可被双键替代；
环和环/>各自独立地表示/>其中中的一个或更多个-CH2-可被-O-替代，并且一个或至多两个环中单键可被双键替代，其中/>中的一个或更多个-H可被-F、-Cl或-CN取代，并且一个或更多个环中-CH＝可被-N＝替代；
环表示/>
环和环/>各自独立地表示/> 其中/>中的一个或更多个-CH2-可被-O-替代，并且一个或至多两个环中单键可被双键替代，其中/>中的一个或更多个-H可分别独立地被-F、-Cl、-CN、-Sp3-P3、含有1-12个碳原子的卤代或未卤代的直链的烷基、含有1-11个碳原子的卤代或未卤代的直链的烷氧基、/> 取代，并且一个或更多个环中-CH＝可被-N＝替代；
环表示/>其中/> 中的一个或更多个-H可分别独立地被-F、-Cl、-CN、-Sp3-P3、含有1-12个碳原子的卤代或未卤代的直链的烷基、含有1-11个碳原子的卤代或未卤代的直链的烷氧基、/>取代，并且一个或更多个环中-CH＝可被-N＝替代；
P1、P2和P3各自独立地表示可聚合基团；
X0和Xc各自独立地表示-O-、-S-或-CO-；
Sp1、Sp2和Sp3各自独立地表示间隔基团或单键；
Lp1和Lp2各自独立地表示卤素；
Zc1和Zc2各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CF2CF2-、-(CH2)nc3-、-(CH2)nc3O-、-O(CH2)nc3-、-(CH2)nc3S-、-CF2O-或-OCF2-，其中nc3表示1-5(例如，2、3或4)的整数；
Z1和Z2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)d-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-(CF2)d-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH＝CF-、-CF＝CH-、-C≡C-、-CH＝CH-CO-O-、-O-CO-CH＝CH-、-CH2CH2-CO-O-、-O-CO-CH2CH2-、-CHR1-、-CR1R2-或单键，其中R1和R2各自独立地表示含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基，并且d表示1-4的整数；
nc1表示0、1、2或3，nc2表示0或1，且0≤nc1+nc2≤3，当nc1＝2或3时，环可以相同或不同，Zc1可以相同或不同，以及
a表示0、1或2，b表示0或1，其中当a表示2时，环可以相同或不同，Z1可以相同或不同。
在本发明的一些实施方案中，通式P的化合物选自由如下化合物组成的组：
在本发明中，为了获得适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(K11、K33)、适当的旋转粘度、较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性，通式P的化合物包含至少一种通式P-1的化合物。
本发明中，优选调整通式P的化合物的含量，使得包含其的液晶组合物具有适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(K11、K33)、适当的旋转粘度、较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性。
在本发明的一些实施方案中，通式P的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.1％-26％(包含该范围之间的任何数值或子范围)，例如，0.1％、1％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、或其中任何两个数值之间的范围。
在本发明的一些实施方案中，通式C的化合物选自由如下化合物组成的组：
在本发明中，为了获得适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(K11、K33)、适当的旋转粘度、较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性，通式C的化合物选自由通式C-2的化合物、通式C-7的化合物、通式C-8的化合物、通式C-22的化合物、通式C-46的化合物组成的组。
在本发明的一些实施方案中，为了获得适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(K11、K33)、适当的旋转粘度、较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性，Rc1表示
本发明中，优选调整通式C的化合物的含量，使得包含其的液晶组合物具有适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(K11、K33)、适当的旋转粘度、较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性。
在本发明的一些实施方案中，通式C的化合物占液晶组合物的重量百分比为0.1％-20％(包含该范围之间的任何数值或子范围)，例如，0.1％、1％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％、或其中任何两个数值之间的范围。
在本发明的一些实施方案中，通式RM的可聚合化合物选自由如下化合物组成的组：
/>
/>
其中，
X1-X10和X12各自独立地表示-F、-Cl、-Sp3-P3、含有1-5个碳原子的直链的烷基或烷氧基、
在本发明的一些实施方案中，X1-X10和X12各自独立地表示-F、-Cl、-Sp3-P3、-CH3、-OCH3、-C2H5、或-OC2H5。
在本发明的一些实施方案中，Sp1和Sp2均表示单键。
在本发明的一些实施方案中，为了获得较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性，通式RM的可聚合化合物选自由通式RM-1的化合物、通式RM-2的化合物、通式RM-19的化合物和通式RM-20的化合物组成的组。
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-CH＝CH-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基或环氧基。
在本发明的一些实施方案中，可聚合基团P1、P2和P3各自独立地表示 或-SH；优选地，可聚合基团P1、P2和P3各自独立地表示/> 或-SH；进一步优选地，可聚合基团P1、P2和P3各自独立地表示/>
在本发明的一些实施方案中，通式RM-1的可聚合化合物选自由如下化合物组成的组：
在本发明的一些实施方案中，通式RM-2的可聚合化合物选自由如下化合物组成的组：
在本发明的一些实施方案中，通式RM-19的可聚合化合物选自由如下化合物组成的组：
在本发明的一些实施方案中，通式RM-20的可聚合化合物选自由如下化合物组成的组：
/>
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(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、或12)的整数，q1表示1-3(例如，1、2、或3)的整数，R0和R00各自独立地表示-H、含有1-12(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、或12)个碳原子的直链或支链的烷基、或含有3-12(例如，3、4、5、6、7、8、9、10、11、或12)个碳原子的环烷基。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，优选调整通式RM的化合物的含量，使得本发明的液晶组合物具有较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性。
在本发明的一些实施方案中，通式RM的可聚合化合物占液晶组合物的重量百分比为0.001％-5％(包含该范围之间的任何数值或子范围)，例如，0.001％、0.002％、0.004％、0.005％、0.006％、0.008％、0.01％、0.02％、0.04％、0.06％、0.08％、0.1％、0.2％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.4％、0.5％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.6％、1.8％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、或其中任何两个数值之间的范围。
在本发明的一些实施方案中，本发明的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(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10、或11)个碳原子的直链的烷基、含有3-12(例如，4、5、6、7、8、9、10、或11)个碳原子的支链的烷基，其中含有1-12个碳原子的直链的烷基、或含有3-12个碳原子的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/>其中中的一个或更多个-CH2-可被-O-替代，并且一个或至多两个环中单键可被双键替代，其中/>中的一个或更多个-H可被-F、-Cl或-CN取代，并且一个或更多个环中-CH＝可被-N＝替代；
LN1和LN2自独立地表示-H、含有1-3(例如，1、2、或3)个碳原子的烷基或卤素；
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-；
nN1表示0、1、2或3，nN2表示0或1，且0≤nN1+nN2≤3，当nN1＝2或3时，环可以相同或不同，ZN1可以相同或不同；并且
当nN1表示1，且环表示/>时，nN2＝0。
在本发明的一些实施方案中，优选地，RN1和RN2各自独立地表示含有1-10个碳原子的直链的烷基、含有3-10个碳原子的支链的烷基、含有1-9个碳原子的直链的烷氧基、含有3-9个碳原子的支链的烷氧基、含有2-10个碳原子的直链的烯基、或含有2-10个碳原子的支链的烯基；进一步优选地，RN1和RN2各自独立地表示含有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。
在本发明的一些实施方案中，通式N的化合物选自由如下化合物组成的组：
/>
/>
在本发明中，为了获得适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(K11、K33)、适当的旋转粘度、较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性，通式N的化合物包含至少一种(例如：两种、三种或四种)选自由通式N-2的化合物、通式N-3的化合物、通式N-7的化合物、通式N-8的化合物、通式N-9的化合物、通式N-12的化合物、通式N-19的化合物、通式N-25的化合物、通式N-26的化合物、通式N-29的化合物组成的组。
在本发明的一些实施方案中，液晶组合物包含至少一种RN1表示含有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的通式N的化合物，以及至少一种RN1表示含有2-8个碳原子的直链的烯基的通式N的化合物。
本发明中，优选调整通式N的化合物的含量，使得包含其的液晶组合物具有适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(K11、K33)、适当的旋转粘度、较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性。
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％-40％(包含该范围之间的任何数值或子范围)，例如，0.1％、1％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％、30％、32％、34％、36％、38％、40％、或其中任何两个数值之间的范围。
在本发明的一些实施方案中，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(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10、或11)个碳原子的直链的烷基、含有3-12(例如，4、5、6、7、8、9、10、或11)个碳原子的支链的烷基、其中含有1-12个碳原子的直链的烷基或含有3-12个碳原子的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；
环环/>和环/>各自独立地表示/> 其中/>中的一个或更多个-CH2-可被-O-替代，一个或至多两个环中单键可被双键替代，/>中的至多一个-H可被卤素取代；
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
nM表示0、1或2，其中当nM＝2时，环可以相同或不同，ZM2可以相同或不同。
在本发明的一些实施方案中，优选地，RM1和RM2各自独立地表示含有1-10个碳原子的直链的烷基、含有3-10个碳原子的支链的烷基、含有1-9个碳原子的直链的烷氧基、含有3-9个碳原子的支链的烷氧基、含有2-10个碳原子的直链的烯基、或含有4-10个碳原子的支链的烯基；进一步优选地，RM1和RM2各自独立地表示含有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。
在本发明的一些实施方案中，RM1和RM2优选各自独立地表示含有2-8个碳原子的直链烯基；RM1和RM2进一步优选各自独立地表示含有2-5个碳原子的直链烯基。
在本发明的一些实施方案中，优选地，RM1和RM2中的一者为含有2-5个碳原子的直链烯基，而另一者为含有1-5个碳原子的直链烷基。
在本发明的一些实施方案中，优选地，RM1和RM2各自独立地表示含有1-8个碳原子的直链烷氧基；进一步优选地，RM1和RM2各自独立地表示含有1-5个碳原子的直链烷氧基。
在本发明的一些实施方案中，优选地，RM1和RM2中的一者为含有1-5个碳原子的直链烷氧基，而另一者为含有1-5个碳原子的直链烷基。
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的化合物选自由如下化合物组成的组：
/>
在本发明中，为了获得适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(Kn、K33)、适当的旋转粘度、较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性，通式M的化合物包含至少一种(例如：两种、三种或四种)选自由通式M-1的化合物、通式M-4的化合物、通式M-6的化合物、通式M-11的化合物、通式M-12的化合物、通式M-13的化合物、通式M-16的化合物、通式M-29的化合物组成的组。
本发明中，优选调整通式M的化合物的含量，使得包含其的液晶组合物具有适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(K11、K33)、适当的旋转粘度、较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性。
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0.1％-60％(包含该范围之间的任何数值或子范围)，例如，0.1％、1％、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％、或其中任何两个数值之间的范围。
在本发明的一些实施方案中，本发明的液晶组合物包含至少一种通式B的化合物：
其中，
RB1和RB2各自独立地表示卤素、含有1-12(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10、或11)个碳原子的卤代或未卤代的直链烷基、或含有3-12(例如，4、5、6、7、8、9、10、或11)个碳原子的卤代或未卤代的支链烷基，其中含有1-12个碳原子的卤代或未卤代的直链烷基、含有3-12个碳原子的卤代或未卤代的支链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-、-CH＝CF-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代；
环和环/>各自独立地表示/> 其中/>中的一个或更多个-CH2-可被-O-替代，并且一个或至多两个环中单键可被双键替代，其中/>中的一个或更多个-H可分别独立地被-CN、-F或-C1取代，并且一个或更多个环中-CH＝可被-N＝替代；
XB表示-O-、-S-或-CO-；
LB1和LB2各自独立地表示-H、-F、-Cl、-CF3或-OCF3；
ZB1和ZB2各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CF2CF2-、-(CH2)nB3-、-(CH2)nB3O-、-O(CH2)nB3-、-(CH2)nB3S-、-CF2O-或-OCF2-，其中nB3表示1-5(例如，2、3或4)的整数；并且
nB1和nB2各自独立地表示0、1或2，其中当nB1表示2时，环可以相同或不同，其中当nB2表示2时，环/>可以相同或不同。
在本发明的一些实施方案，通式B的化合物选自由如下化合物组成的组：
其中，XB1表示-O-或-CH2-。
在本发明的一些实施方案中，通式B-1的化合物选自如下化合物组成的组：
其中，RB2示含有1-8个碳原子的直链烷基；
nB4表示1、2、3或4；并且
nB5表示0、1、2或3。
在本发明的一些实施方案中，通式B化合物占液晶组合物的重量百分比为0.1％-30％(包含该范围之间的任何数值或子范围)，例如，0.1％、1％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％、30％、或其中任何两个数值之间的范围。
如本文所使用的，-CO-和-C(O)-均表示羰基基团。
如本文所使用的，术语“含有1-r个碳原子”(其中r为大于1的整数)可以为含有介于1与r之间的任何整数(包含端值1与r)个碳原子，例如，含有2个碳原子、含有(r-1)个碳原子、或含有r个碳原子。举例而言，“含有1-12个碳原子”可以为含有1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、或12个碳原子。
如本文所使用的，术语“y1-y2的整数”可以为该范围之间的任何整数(包含端值y1和y2)。例如，“0-12的整数”可以为例如0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12。
在本发明的一些实施方案中，液晶组合物还包含至少一种添加剂。
除上述化合物以外，本发明的液晶组合物也可含有常规的向列型液晶、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：
/>
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所使用的抗氧化剂、光稳定剂、紫外线吸收剂等添加剂优选以下物质：
/>
/>
其中，n表示1-12的正整数。
优选地，抗氧化剂选自如下所示的化合物：
在本发明的一些实施方案中，添加剂占液晶组合物的总重量百分比为0％-5％；优选地，添加剂占液晶组合物的总重量百分比为0.01％-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。
在另一方面，本发明还提供一种液晶显示器件，所述液晶显示器件包含上述液晶组合物。
在本发明的一些实施方案中，本发明的液晶组合物特别适用于PSA-VA、PSA-OCB、PSA-IPS、PSA-FFS和PSA-TN型液晶显示器件中。
有益效果：与现有技术相比，本发明的液晶组合物在维持适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(K11、K33)、适当的旋转粘度的情况下，具有较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性，使得包含其的液晶显示器件具有适当的阈值电压、较好的对比度、较好的响应速度、能够有效改善现有PSA型液晶显示器中存在的诸如“图像粘滞”、显示不均、“碎亮点”等问题，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。
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。
为便于表达，以下各实施例中，各化合物的基团结构用表1所列的代码表示：
表1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：nCCPF，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1，4-亚环己基，P代表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，20℃)
Δε 介电各向异性(1KHz，20℃)
K11 展曲弹性常数(20℃)
K33 弯曲弹性常数(20℃)
γ1 旋转粘度(mPa·s，20℃)
Ra 表面粗糙度(nm)
PTA 预倾斜角(°，20℃)
ΔPTA 预倾斜角的稳定性(施加电压固定的时间后，预倾斜角的变化，°)
VHR 施加90minUV2后的电压保持率(％)
其中，
Cp：通过熔点仪测试获得。
Δn：使用阿贝折光仪在钠光灯(589nm)光源下、在20℃测试得到。
Δε：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：20℃、1KHz、盒厚6μm的VA型测试盒。
γ1：使用LCM-2型液晶物性评价***测试得到；测试条件：20℃、160-260V、测试盒厚20μm。
K11和K33：使用LCR仪和VA测试盒测试液晶的C-V曲线并且进行计算所得；测试条件：盒厚6μm，V＝0.1～20V，20℃。
Ra：将含有可聚合化合物的液晶组合物经过UV光照聚合后，冲洗掉液晶分子，然后使用原子力显微镜(AFM)测试聚合后的聚合物层的表面粗糙度。
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(15V，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(所需时间越短，聚合速度越快)来考察可聚合化合物的聚合速度。
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。
残留物的浓度：在施加180s的UV1(5.5mw/cm-2，313nm)和90min的UV2(0.25mw/cm-2，313nm)照射后，通过高效液相色谱(HPLC)对从液晶测试盒中洗脱出来的液晶进行检测，其中的可聚合化合物浓度称为残留物的浓度，单位为ppm。
VHR：在施加90min的UV2(0.25mw/cm-2，313nm)后，使用TOY06254型液晶物性评价***测试，测试条件：60℃、1V、0.6Hz、盒厚9μm的VA型测试盒。
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。
以下各实施例中使用的可聚合化合物的结构如下表2所示。
表2实施例中使用的可聚合化合物
按表3中所列的各化合物及其重量百分数配制成DHost1、DHost2、Host1、Host2、Host3、Host4、和Host5的主体液晶组合物，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主体液晶组合物的配方及性能参数测试结果
/>
对比例1-3和实施例1-9
按表4所述各组分的重量份数配置对比例1-3和实施例1-9的液晶组合物，将所得的液晶组合物分别填充至测试盒中进行性能测试。对比例1-3和实施例1-9的液晶组合物的相关性能测试结果如下表4所示。
由实施例1与对比例1的对比、实施例3与对比例3的对比、实施例5和对比例2的对比可知，本发明的液晶组合物通过对通式P的化合物、通式C的化合物的结构进行优选，与本申请通式RM的可聚合化合物结合使用，使得本发明的液晶组合物在维持适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(K11、K33)、适当的旋转粘度的情况下，具有较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性。
综上，本发明的液晶组合物在维持适当的清亮点、适当的光学各向异性、适当的介电各向异性绝对值、适当的K值(K11、K33)、适当的旋转粘度的情况下，具有较小的粗糙度、较好的预倾斜角稳定性、较小的聚合物残留以及较好的VHR稳定性，使得包含其的液晶显示器件具有适当的阈值电压、较好的对比度、较好的响应速度、能够有效改善现有PSA型液晶显示器中存在的诸如“图像粘滞”、显示不均、“碎亮点”等问题，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。
Claims (10)
1.一种液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含
至少一种通式P的化合物：
至少一种通式C的化合物：
以及
至少一种通式RM的可聚合化合物：
其中，
Rp1、Rp2和Rc2各自独立地表示含有1-12个碳原子的直链的烷基、或含有3-12个碳原子的支链的烷基，其中含有1-12个碳原子的直链的烷基、或含有3-12个碳原子的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；
Rc1表示含有3-5个碳原子的环烷基，其中含有3-5个碳原子的环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；
R1表示-H、卤素、-CN、-Sp2-P2、含有1-12个碳原子的直链的烷基、含有3-12个碳原子的支链的烷基、其中含有1-12个碳原子的直链的烷基、含有3-12个碳原子的支链的烷基、/>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，并且一个或更多个-H可分别独立地被-F或-Cl取代；
环表示/>其中/>中的一个或更多个-CH2-可被-O-替代，并且一个或至多两个环中单键可被双键替代；
环和环/>各自独立地表示/>其中中的一个或更多个-CH2-可被-O-替代，并且一个或至多两个环中单键可被双键替代，其中/>中的一个或更多个-H可被-F、-Cl或-CN取代，并且一个或更多个环中-CH＝可被-N＝替代；
环表示/>
环和环/>各自独立地表示/> 其中/>中的一个或更多个-CH2-可被-O-替代，并且一个或至多两个环中单键可被双键替代，其中/>中的一个或更多个-H可分别独立地被-F、-Cl、-CN、-Sp3-P3、含有1-12个碳原子的卤代或未卤代的直链的烷基、含有1-11个碳原子的卤代或未卤代的直链的烷氧基、/> 取代，并且一个或更多个环中-CH＝可被-N＝替代；
环表示/>其中/> 中的一个或更多个-H可分别独立地被-F、-Cl、-CN、-Sp3-P3、含有1-12个碳原子的卤代或未卤代的直链的烷基、含有1-11个碳原子的卤代或未卤代的直链的烷氧基、/>取代，并且一个或更多个环中-CH＝可被-N＝替代；
P1、P2和P3各自独立地表示可聚合基团；
X0和Xc各自独立地表示-O-、-S-或-CO-；
Sp1、Sp2和Sp3各自独立地表示间隔基团或单键；
Lp1和Lp2各自独立地表示卤素；
Zc1和Zc2各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CF2CF2-、-(CH2)nc3-、-(CH2)nc3O-、-O(CH2)nc3-、-(CH2)nc3S-、-CF2O-或-OCF2-，其中nc3表示1-5的整数；
Z1和Z2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)d-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-(CF2)d-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH＝CF-、-CF＝CH-、-C≡C-、-CH＝CH-CO-O-、-O-CO-CH＝CH-、-CH2CH2-CO-O-、-O-CO-CH2CH2-、-CHR1-、-CR1R2-或单键，其中R1和R2各自独立地表示含有1-12个碳原子的直链或支链的烷基，并且d表示1-4的整数；
nc1表示0、1、2或3，nc2表示0或1，且0≤nc1+nc2≤3，当nc1＝2或3时，环可以相同或不同，Zc1可以相同或不同，以及
a表示0、1或2，b表示0或1，其中当a表示2时，环可以相同或不同，Z1可以相同或不同。
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P的化合物选自由如下化合物组成的组：
以及
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式C的化合物选自由如下化合物组成的组：
以及
4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式RM的可聚合化合物选自由如下化合物组成的组：
以及
其中，
X1-X10和X12各自独立地表示-F、-Cl、-Sp3-P3、含有1-5个碳原子的直链的烷基或烷氧基、
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个碳原子的直链的烷基、含有3-12个碳原子的支链的烷基，其中含有1-12个碳原子的直链的烷基、或含有3-12个碳原子的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/>其中中的一个或更多个-CH2-可被-O-替代，并且一个或至多两环中单键可被双键替代，其中/>中的一个或更多个-H可被-F、-Cl或-CN取代，并且一个或更多个环中-CH＝可被-N＝替代；
LN1和LN2自独立地表示-H、含有1-3个碳原子的烷基或卤素；
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-；
nN1表示0、1、2或3，nN2表示0或1，且0≤nN1+nN2≤3，当nN1＝2或3时，环可以相同或不同，ZN1可以相同或不同；并且
当nN1表示1，且环表示/>时，nN2＝0。
6.根据权利要求5所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式N的化合物选自由如下化合物组成的组：
/>
/>
以及
7.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个碳原子的直链的烷基、含有3-12个碳原子的支链的烷基、其中含有1-12个碳原子的直链的烷基或含有3-12个碳原子的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；
环环/>和环/>各自独立地表示/> 其中/>中的一个或更多个-CH2-可被-O-替代，一个或更至多两环中单键可被双键替代，/>中的至多一个-H可被卤素取代；
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
nM表示0、1或2，其中当nM＝2时，环可以相同或不同，ZM2可以相同或不同。/>
8.根据权利要求7所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式M的化合物选自由如下化合物组成的组：
/>
以及
9.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述Rc1表示
10.一种包含权利要求1-9中任一项所述的液晶组合物的液晶显示器件。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118240566A true CN118240566A (zh) | 2024-06-25 |
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