CN105652499A - 液晶组合物及液晶显示元件或显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液晶显示元件,包括彩色滤光片玻璃基板、与所述彩色滤光片玻璃基板相对设置的阵列基板、夹设在彩色滤光片玻璃基板与阵列基板之间平行排列的液晶组合物、制作在同一阵列基板上交错排布的公共电极和像素电极,其中,该液晶显示元件的电场与液晶层平行排列,液晶分子指向矢与基板方向平行,且液晶组合物含有一种或多种通式Ⅰ化合物、一种或多种通式Ⅱ化合物、一种或多种通式Ⅲ化合物,扭曲弹性常数(K22)为6pN以上,旋转粘度(γ1)与扭曲弹性常数(K22)的比为25Pa.S/nN以下。
Description
技术领域
本发明属于液晶显示领域,具体涉及一种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。
背景技术
显示是把电信号(数据信息)转变为可视光(视觉信息)的过程,完成显示的设备即人机界面(Man-MachineInterface,MMI),平板显示器(FlatPanelDisplay,FPD)是目前最为流行的一类显示设备。液晶显示器(LiquidCrystalDisplay,LCD)是FPD中最早被开发出来,并被商品化的产品。目前,薄膜晶体管液晶显示器(ThinFilmTransistorLiquidCrystal,TFT-LCD)已经成为LCD应用中的主流产品。
TFT-LCD的发展经历了漫长的基础研究阶段,在实现大生产,商业化之后,TFT-LCD产品以其轻薄、环保、高性能等优点,其尺寸越做越大,应用越来越广。无论是小尺寸的手机屏、还是大尺寸的笔记本电脑(NotebookPC)或监视器(Monitor),以及大型化的液晶电视(LCDTV),到处可见TFT-LCD的应用。TFT-LCD可分为三大类,分别是扭曲向列/超扭曲向列(TN/STN)型、平面转换(IPS)型、及垂直配向(VA)型。早期商用的TFT-LCD产品基本采用了扭曲向列(TwistedNematic,TN)型显示模式,其最大问题是视角不够大。随着TFT-LCD产品尺寸的增加,特别是TFT-LCD在TV领域的应用,具有广视野角特点的面内切换(In-PlaneSwiching,IPS)显示模式被开发出来并加以运用。IPS显示模式最早由美国人R.Soref(索里夫)在1974年论文上发表,并由德国人G.Baur(鲍尔)提出把IPS作为广视角技术应用于TFT-LCD中。1995年,日本的日立公司开发出了世界首款13.3寸IPS模式的广视野角TFT-LCD产品。VA性液晶显示器相对其他种类的液晶显示器具有极高的对比度,是因为在不加电的暗态时,液晶分子垂直于基板表面排列,不产生任何相位差,漏光极低,暗态亮度很小,暗态亮度越低,则对比度越高,在大尺寸显示,如电视等方面具有非常广的应用。
IPS模式可以很好的解决视角问题,但它存在高阈值电压、响应速度慢、液晶层的电压保持率(VHR)低、离子密度(ID)高,出现白斑、取向不均、烧屏等显示不良的问题等问题。TFT-LCD是TFT开关控制下的液晶显示装置,液晶的电学和光学特性直接影响到显示的效果。不同种类的液晶,电学和光学特性不同,显示模式不同。对TFT-LCD所用的液晶材料影响较大的性能参数有:工作温度范围、驱动电压、响应速度、色调、电压保持率(VHR)、离子密度(ID)、等,其中驱动电压受介电常数各向异性(Δε)和弹性系数(K)影响较大,粘度(γ1)和弹性系数(K)影响液晶材料的响应速度,相位差和折射率各向异性则影响液晶显示的色调,以往那些化合物是无法同时都满足这些条件的。
另外,一种液晶分子是无法达到TFT-LCD显示的所有要求,必须要进行多种液晶分子的组合。通过组合多种液晶分子可以实现液晶材料的各种物理特性要求,这些要求主要包括1)高稳定性。2)适度的双折射率。3)低粘度。4)较大的介电各向异性。5)宽的温度范围。理想的保存温度范围为-40℃~100℃,一般有特殊应用如车载显示,该温度可能扩宽到-40℃~110℃。6)高电压保持率。7)低离子密度。8)无白斑、取向不均、烧屏等显示问题。
现如今,LCD产品技术已经很成熟,成功地解决了视角、分辨率、色饱和度和亮度等技术难度,其显示性能已经接近或超过CRT显示器。大尺寸和中小尺寸LCD在各自的领域已逐渐占据平板显示器的主流地位。为了追求更高的性能规格,加快响应速度、降低阈值电压、提高电压保持率、降低离子密度、提高显示良品率已经成为各家器件厂商追求的目标。
具体而言,液晶的响应时间受限于液晶的旋转粘度γ1/弹性常数K,因此从液晶材料方面考虑,需要想尽方法去降低液晶介质的旋转粘度γ1同时提升弹性常数K来达到加快响应时间。而在实际研究中发现,旋转粘度和弹性常数是一对较为矛盾的参数,降低旋转粘度的同时会引起弹性常数的下降,因此γ1/K值需要针对不同的显示模式,研究出最优选使用范围值。而液晶显示器件的显示良品率与电压保持率、离子密度等因素相关,因此,为了达到上述要求,需要开发一系列性能优越的化合物与最佳显示模式搭配,来解决液晶显示器响应时间慢以及显示良品率低的问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种液晶显示元件,所述液晶显示元件通过使用特定电极分布形成的特定的电场驱动特定液晶组合物,从而防止液晶层的电压保持率(VHR)的降低、离子密度(ID)的增加,提高液晶显示元件的响应速度,解决白斑、取向不均、烧屏等显示不良的问题。
为解决上述技术问题,本申请发明人对构成驱动液晶工作的电场分布和构成液晶层的液晶材料的结构的组合进行了深入研究,结果发现,使用特定的液晶材料和使用特定电场分布的驱动电场的液晶显示元件防止液晶层的电压保持率(VHR)的降低、离子密度(ID)的增加,提高液晶显示元件的响应速度,解决白斑、取向不均、烧屏等显示不良的问题,从而完成了本申请发明。
本发明提供了一种液晶显示元件,包括至少一片彩色滤光片玻璃基板、与所述彩色滤光片玻璃基板相对设置的至少一片阵列基板、夹设在所述彩色滤光片玻璃基板与所述阵列基板之间平行排列的液晶组合物、制作在同一所述阵列基板上交错排布的公共电极和像素电极,其特征在于:所述液晶显示元件,由所述公共电极和所述像素电极形成的电场与所述液晶组合物形成的液晶层平行排列,所述液晶组合物的液晶分子指向矢与所述基板方向平行,所述液晶组合物含有一种或多种通式Ⅰ所示化合物、一种或多种通式II所示化合物以及一种或多种通式III所示化合物,所述液晶组合物的扭曲弹性常数(K22)为6pN以上,旋转粘度(γ1)与扭曲弹性常数(K22)的比为25Pa.S/nN以下,
其中,R1、R2、R3各自独立地表示碳原子数为1-5的直链烷基或碳原子数为2-5的烯基;
R4表示乙基或乙烯基;
(O)表示单键或O;
m表示1-5的整数。
如果重视对于热、光的化学稳定性良好,则R1-R4优选为烷基。此外,如果重视制作粘度小且响应速度较快的液晶显示元件,则R1-R4优选为烯基。进而,如果以粘度小且向列-各项同性相转变温度高、响应速度进一步缩短为目的,则优选使用末端不为不饱和键的烯基,特别优选在烯基的相邻处具有烷基作为末端。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述液晶组合物中所述一种或多种通式Ⅰ所示化合物总质量含量为1-20%,所述一种或多种通式II所示化合物总质量含量为1-20%,所示一种或多种通式III所示化合物总质量含量为10-60%。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述液晶组合物中所述一种或多种通式Ⅰ所示化合物为式Ⅰ1-Ⅰ13所示化合物中的一种或多种,所述一种或多种通式II所示化合物为式II1-II5所示化合物中的一种或多种,所述一种或多种通式III化合物为式III1-III2所示化合物中的一种或两种,
其中,R2各自独立地表示碳原子数为1-5的直链烷基或碳原子数为2-5的烯基;R11表示碳原子数为1-5的烷基。
如果重视对于热、光的化学稳定性良好,则R2、R11优选为烷基。此外,如果重视制作粘度小且响应速度较快的液晶显示元件,则R2、R11优选为烯基。进而,如果以粘度小且向列-各项同性相转变温度高、响应速度进一步缩短为目的,则优选使用末端不为不饱和键的烯基,特别优选在烯基的相邻处具有烷基作为末端。
优选地,所述通式Ⅰ所示化合物具体为式Ⅰ1-1~Ⅰ13-5所示化合物,
优选地,所述通式II所示化合物具体为式II1-1~II5-5所示化合物,
本发明技术方案的进一步改进在于:所述液晶组合物还可以包含一种或多种式IVA、式IVB和/或式IVC所示的化合物,
其中,R5A、R5B、R5C各自独立地表示碳原子数为1-5的链烷基或碳原子数为3-5的环烷基,所述碳原子数为1-5的链烷基或碳原子数为3-5的环烷基中一个或多个CH2基团也可被-O-原子以彼此不直接键接的方式代替;
p、q各自独立地表示1或2;
Z1、Z2、Z3各自独立地表示单键、-CH2O-和/或-OCH2-,中的一种或多种;
(O)各自独立地表示单键或O;
n各自独立地表示1-5的整数。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述通式IVA所示化合物为式IVA-1-IVA-4所示化合物,所述通式IVB所示化合物为式IVB-1-IVB-2所示化合物,所述通式IVC所示化合物为式IVC1-IVC2所示化合物,
其中,R5A、R5B、R5C各自独立地表示碳原子数为1-5的链烷基或碳原子数为3-5的环烷基,所述碳原子数为1-5的链烷基或碳原子数为3-5的环烷基中一个或多个CH2基团也可被-O-原子以彼此不直接键接的方式代替;
(O)各自独立地表示单键或O;
n各自独立地表示1-5的整数。
优选地,所述通式IV所示化合物具体为式IVA-1-1~IVC-2-5所示化合物,
本发明技术方案的进一步改进在于:所述液晶组合物还可以包一种或多种式Ⅴ所示化合物,
其中R6、R7各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为1-5的烷氧基或碳原子数为2-5的烯基;
q表示1或2,且q表示2时,环A可相同,也可不同;
环A、B各自独立地表示
所述一种或多种式Ⅴ所示化合物优选为式Ⅴ1-Ⅴ8所示化合物中地一种或多种,
其中R6、R7各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为1-5的烷氧基或碳原子数为2-5的烯基。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述液晶组合物还可以包含1种或2种以上的可聚合性化合物。
本发明技术方案的进一步改进在于:可聚合性化合物优选为通式RM-1所示之化合物:
X5表示H或F。
本发明技术方案的进一步改进在于:将少量的可聚合化合物加入液晶介质中,并在填装入液晶盒之后在于电极之间施加或不施加电压的情况下使其通常通过UV光聚合而原位聚合或交联。导致液晶分子在盒中的预倾斜,该预倾斜对响应时间有积极的作用。此外,本发明中的液晶组合物+通式RM-1的可聚合组分组成的材料体系具有低的旋转粘度和较佳的电性能,特别是:“电压保持比”(VHR或HR)。由于UV曝光是显示器生产过程中的一个必要部分,因此这点至关重要。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明,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。所述原料如无特别说明均能从公开商业途径而得。所述百分比如无特别说明,均为质量百分比。
下述实施例中,
CP表示清亮点,直接使用WRX-1S显微热分析仪测定,设定升温速率为3℃/min。
Δn表示光学各向异性(589nm,20℃),
Δε表示介电各向异性(25℃,1KHz,HP4284A,5.2微米TN左旋盒),
γ1表示20℃时旋转粘度(mpas),VHR(%)代表电荷保持率(5V,60Hz,20℃),ρ(×1013Ω·cm)代表电阻率(20℃),
ID:70℃时的离子密度(pC/cm2)
τ表示响应时间:ton+toff
ton直至达到最大对比度90%时接通时的时间
toff直至达到最大对比度10%时切断时的时间
电压保持率VHR(%)的测试仪与电阻率ρ(×1013Ω·cm)均为TOY006254和TOY06517型液晶物性评价系统(测试温度20℃,时间16ms,测试盒为7.0微米)。
烧屏:
液晶显示元件的烧屏评价,是在显示区域内使规定的固定图案显示1000小时后,通过目测对进行全画面均匀显示时的固有图案的残影水平进行以下的4阶段评价。
◎无残影
○有极少量的残影,为可以容许的水平
△有残影,为不能允许的水平
×有残影,相当差
此外,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:
表示为3CCV1,
表示为1DFDBF-02
以下列表为对比液晶和6种液晶组成物配方及基本光学参数:
对比液晶组合物:
液晶组合物1
液晶组合物2
液晶组合物3
液晶组合物4
液晶组合物5
液晶组合物6
在彩色滤光片玻璃基板和阵列基板各自的相对侧形成水平取向性取向膜后进行弱摩擦处理,制成IPS(平面转换技术)单元,在两基板之间夹持以下所示的对比液晶组合物以及液晶组合物1-6,其特点是液晶分子在两基板间呈现水平转换分子排列,对获得的液晶显示元件的VHR、ID以及响应时间进行测定。此外,进行获得的液晶显示元件的烧屏评价。
下表为IPS液晶显示器与7款液晶的性能评价测量数据:
另外,在彩色滤光片玻璃基板和阵列基板内表面特定区域涂布垂直配向剂或在液晶中加入一类辅助配向剂的物质,制成VA(垂直配向技术)单元,使对比液晶组合物以及液晶组合物1-6中的液晶分子在液晶显示装置的基板表面垂直排列,对获得的液晶显示元件的VHR、ID以及响应时间进行测定。此外,进行获得的液晶显示元件的烧屏评价。
下表为VA液晶显示器与7款液晶的性能评价测量数据:
由以上两个表格可以明显看出:本发明IPS(平面转换技术)显示模式与7款液晶组合物搭配使用,比VA(垂直配向技术)显示模式与7款液晶组合物搭配使用的VHR更高、ID更小、τ更短,在烧屏评价中性能更优异。
且本发明使用IPS(平面转换技术)显示模式与液晶组合物1-6搭配使用,比IPS(平面转换技术)显示模式与对比液晶组合物搭配使用的VHR更高、ID更小、τ更短,在烧屏评价中性能更优异。
Claims (10)
1.一种液晶显示元件,包括至少一片彩色滤光片玻璃基板、与所述彩色滤光片玻璃基板相对设置的至少一片阵列基板、夹设在所述彩色滤光片玻璃基板与所述阵列基板之间平行排列的液晶组合物、制作在同一所述阵列基板上交错排布的公共电极和像素电极,其特征在于:所述液晶显示元件,由所述公共电极和所述像素电极形成的电场与所述液晶组合物形成的液晶层平行排列,所述液晶组合物的液晶分子指向矢与所述基板方向平行,所述液晶组合物含有一种或多种通式Ⅰ所示化合物、一种或多种通式Ⅱ所示化合物以及一种或多种通式Ⅲ所示化合物,所述液晶组合物的扭曲弹性常数(K22)为6pN以上,旋转粘度(γ1)与扭曲弹性常数(K22)的比为25Pa.S/nN以下,
其中,R1、R2、R3各自独立地表示碳原子数为1-5的直链烷基或碳原子数为2-5的烯基;
R4表示乙基或乙烯基;
(O)表示单键或O;
m表示1-5的整数。
2.根据权利要求1所述的液晶显示元件,其特征在于:所述液晶组合物中所述一种或多种通式Ⅰ所示化合物总质量含量为1-20%,所述一种或多种通式Ⅱ所示化合物总质量含量为1-20%,所示一种或多种通式Ⅲ所示化合物总质量含量为10-60%。
3.根据权利要求1所述的液晶显示元件,其特征在于:所述液晶组合物中所述一种或多种通式Ⅰ所示化合物为式Ⅰ1-Ⅰ13所示化合物中的一种或多种,所述一种或多种通式Ⅱ所示化合物为式Ⅱ1-Ⅱ5所示化合物中的一种或多种,所述一种或多种通式Ⅲ化合物为式Ⅲ1-Ⅲ2所示化合物中的一种或两种,
其中,R2各自独立地表示碳原子数为1-5的直链烷基或碳原子数为2-5的烯基;R11表示碳原子数为1-5的烷基。
4.根据权利要求1-3中任一所述的液晶显示元件,其特征在于:所述液晶组合物还包含一种或多种式ⅣA、式ⅣB和/或式ⅣC所示的化合物,
其中,R5A、R5B、R5C各自独立地表示碳原子数为1-5的链烷基或碳原子数为3-5的环烷基,所述碳原子数为1-5的链烷基或碳原子数为3-5的环烷基中一个或多个CH2基团也可被-O-原子以彼此不直接键接的方式代替;
p、q各自独立地表示1或2;
Z1、Z2、Z3各自独立地表示单键、-CH2O-和/或-OCH2-,中的一种或多种;
(O)各自独立地表示单键或O;
n各自独立地表示1-5的整数。
5.根据权利要求4所述的液晶显示元件,其特征在于:所述通式ⅣA所示化合物为式ⅣA-1-ⅣA-4所示化合物,所述通式ⅣB所示化合物为式ⅣB-1-ⅣB-2所示化合物,所述通式ⅣC所示化合物为式ⅣC1-ⅣC2所示化合物,
其中,R5A、R5B、R5C各自独立地表示碳原子数为1-5的链烷基或碳原子数为3-5的环烷基,所述碳原子数为1-5的链烷基或碳原子数为3-5的环烷基中一个或多个CH2基团也可被-O-原子以彼此不直接键接的方式代替;
(O)各自独立地表示单键或O;
n各自独立地表示1-5的整数。
6.根据权利要求5所述的液晶显示元件,其特征在于:所述液晶组合物还包一种或多种式Ⅴ所示化合物,
其中R6、R7各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为1-5的烷氧基或碳原子数为2-5的烯基;
q表示1或2,且q表示2时,环A可相同,也可不同;
环A、B各自独立地表示
7.根据权利要求6所述的液晶显示元件,其特征在于:所述一种或多种式Ⅴ所示化合物为式Ⅴ1-Ⅴ8所示化合物中地一种或多种,
其中R6、R7各自独立地表示碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为1-5的烷氧基或碳原子数为2-5的烯基。
8.根据权利要求1-7中任一所述的液晶显示元件,其特征在于:所述液晶组合物还包含1种或多种可聚合性化合物。
9.根据权利要求8所述的液晶显示元件,其特征在于:所述可聚合性化合物为通式RM-1所示化合物,
其中,X5表示H或F。
10.包含权利要求1-9中任一项所述的液晶显示元件,其特征在于:所述液晶显示元件为有源矩阵显示元件或显示器。
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