CN113004911A - 一种用于大尺寸的液晶显示元件或液晶显示器的液晶组合物 - Google Patents

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CN113004911A CN202011578215.3A CN202011578215A CN113004911A CN 113004911 A CN113004911 A CN 113004911A CN 202011578215 A CN202011578215 A CN 202011578215A CN 113004911 A CN113004911 A CN 113004911A
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Abstract

本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及一种液晶组合物及含有该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器。本发明公开了一种液晶组合物，包含至少两种式Ⅰ所示的化合物、式Ⅱ所示化合物、式Ⅲ所示的化合物、至少两种式Ⅳ所示化合物、至少两种式Ⅴ所示化合物以及式Ⅵ所示可聚合化合物。本发明的液晶组合物具有高介电、高K值、低旋转粘度、高VHR等特性，可以用于开发低功耗、低盒厚、快速响应、高信赖性的液晶显示元件或液晶显示器。本发明的液晶组合物还具有合适的预倾角，尤其适用于大尺寸面板显示器。

Description

一种用于大尺寸的液晶显示元件或液晶显示器的液晶组合物
技术领域
本发明涉及一种用于大尺寸的液晶显示元件或液晶显示器的液晶组合物，属于液晶材料领域。
背景技术
目前市场上有各种不同显示模式，比较具有竞争力的显示模式主要有面内切换(IPS)、边缘场切换(FFS)和垂直排列(VA)等显示模式。在这些显示模式中，面内切换(IPS)和边缘场切换(FFS)都具有宽视角的特点。当正性液晶用于这两类显示模式时，可以获得快速响应，并且具有良好的可靠性，当负性液晶用于这两类显示模式时，可以获得更高的透过率，但是由于负性液晶材料的粘度比较大，所以响应速度较慢。
MVA显示是通过具有突出物的电极引起局部倾斜的方式显示。PSVA显示液晶介质包含液晶相和小剂量可聚合化合物，通过UV聚合使可聚合化合物发生聚合交联，进而通过在电极上施加电压进行显示。与传统的VA显示相比，具有倾斜域的VA显示具有更广的视角，不依赖于对比度和灰阶。这种类型的显示可以更容易实现开态下分子的重排，因此不再需要液晶盒的摩擦，通过对电极的特殊设计可以控制预倾角的取向。目前，TFT-LCD产品技术已经成熟，成功地解决了视角、分辨率、色饱和度和亮度等技术难题，大尺寸和中小尺寸TFT-LCD显示器在各自的领域已经逐渐占据平板显示的主流地位。但是对显示技术的要求一直在不断的提高，要求液晶显示器实现更快的响应，降低驱动电压及降低功耗等方面，也就要求液晶材料具有低电压驱动、快速响应、宽的温度范围和良好的低温稳定性，同时还要兼顾高的VHR。
现有技术中，已合成多种液晶化合物，但是单一的液晶化合物无法满足大的介电各项异性，低的旋转粘度和适合的光学各向异性等各种液晶器件所需的性能参数，因此，作为液晶介质所用的液晶材料都是液晶组合物。由于液晶材料各方面的性能有些是相互制约的，如使用低粘度值的可以实现快速响应，但同时又会降低清亮点；提高介电各项异性则会增加旋转粘度，同时还会降低VHR，提高工作温度又难以兼顾低温性能等。虽然现有技术已有较高负介电各向异性的液晶组合物，但低温互溶性、快速响应、高VHR特性不能同时兼顾。例如：CN10831507中所提出的化合物具有极大的负介电各向异性绝对值，但其响应速度、功耗等方面无法完全满足市场需求。因此，开发同时具有高介电、高K值、低旋转粘度、高VHR等性能的液晶组合物是亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有负介电各向异性的液晶组合物，该液晶组合物具有高介电、高K值、低旋转粘度、高VHR等特性，可以用于开发低功耗、低盒厚、快速响应、高信赖性的液晶显示元件或液晶显示器，在大尺寸面板显示中有明显优势。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包含至少两种式Ⅰ所示化合物、质量百分含量为5-15％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为2-15％的式Ⅲ所示化合物、至少两种式Ⅳ所示化合物、至少两种式Ⅴ所示的化合物，以及式Ⅵ所示可聚合化合物；所述可聚合化合物在其余液晶总质量百分含量为100％的基础上进行添加，所述可聚合化合物的添加质量含量为0.01-1％：
Figure BDA0002863993930000021
其中，R、R＇各自独立的表示碳原子数为1-8的烷基；
n表示0或1。
本发明的第二个目的还提供一种液晶显示元件，其包含本发明的液晶组合物，所述液晶显示元件为有源矩阵寻址显示元件，或者无源矩阵寻址显示元件。
本发明的第三个目的还提供一种液晶显示器，其包含本发明的液晶组合物，所述液晶显示器为有源矩阵寻址显示器，或者无源矩阵寻址显示器。
发明效果
本发明的液晶组合物具有高介电、高K值、低旋转粘度、高VHR等特性，可以用于开发低功耗、低盒厚、快速响应、高信赖性的液晶显示元件或液晶显示器，尤其适用于PSVA型液晶显示元件或液晶显示器。
具体实施方式
一种具有负介电各向异性的液晶组合物，可应用于PSVA显示元件或液晶显示器。
本发明提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包含至少两种式Ⅰ所示化合物、质量百分含量为5-15％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为2-15％的式Ⅲ所示化合物、至少两种式Ⅳ所示化合物、至少两种式Ⅴ所示的化合物，以及式Ⅵ所示可聚合化合物；所述可聚合化合物在其余液晶总质量百分含量为100％的基础上进行添加，所述可聚合化合物的添加质量含量为0.01-1％：
Figure BDA0002863993930000031
其中，R、R＇各自独立的表示碳原子数为1-8的烷基；
n表示0或1。
本发明的液晶组合物，具有高介电尤其适用介电范围-4.1～-4.3、高K值、低旋转粘度、高VHR等特性，可以用于开发低功耗、低盒厚、快速响应、高信赖性的液晶显示元件或液晶显示器。
本发明的液晶组合物适用于55吋、65吋、75吋等大尺寸TV产品的应用，延迟量为330nm，盒厚为3.3μm，预倾角为1.8-2.0°的液晶显示元件或液晶显示器。
本发明的液晶组合物，优选地，前述式Ⅰ所示的化合物选自下述式Ⅰ-1至Ⅰ-4所示化合物组成的组：
Figure BDA0002863993930000041
前述式Ⅳ所示化合物选自下述式Ⅳ-1至Ⅳ-4所示化合物组成的组：
Figure BDA0002863993930000042
前述式Ⅴ所示化合物选自下述式Ⅴ-1至Ⅴ-4所示化合物组成的组：
Figure BDA0002863993930000043
本发明的液晶组合物，优选地，前述式Ⅰ所示化合物质量百分含量为15-35％、式Ⅳ所示化合物质量百分含量为12-35％、式Ⅴ所示化合物质量百分含量为15-40％。
本发明的液晶组合物，优选地，前述液晶组合物包含质量百分含量为18-35％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为5-12％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为2-13％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为12-30％的式Ⅳ所示化合物、质量百分含量为20-40％的式Ⅴ所示的化合物，以及式Ⅵ所示可聚合化合物，可聚合化合物在其余液晶总质量百分含量为100％的基础上进行添加，可聚合化合物的添加质量含量为0.01-0.8％。
本发明的液晶组合物，优选地，前述液晶组合物由质量百分含量为20-33％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为6-10％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为3-10％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为18-28％的式Ⅳ所示化合物、质量百分含量为25-35％的式Ⅴ所示的化合物，以及式Ⅵ所示可聚合化合物组成，可聚合化合物在其余液晶总质量百分含量为100％的基础上进行添加，可聚合化合物的添加质量含量为0.01-0.5％。
本发明的液晶组合物，优选地，前述液晶组合物包含质量百分含量为26-31％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为7-10％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为4-10％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为20-25％的式Ⅳ所示化合物、质量百分含量为30-35％的式Ⅴ所示的化合物，以及式Ⅵ所示可聚合化合物，可聚合化合物在其余液晶总质量百分含量为100％的基础上进行添加，可聚合化合物的添加质量含量为0.01-0.4％。
本发明的液晶组合物，优选地，前述液晶组合物由质量百分含量为26-31％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为7-10％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为4-10％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为20-25％的式Ⅳ所示化合物、质量百分含量为30-35％的式Ⅴ所示的化合物，以及式Ⅵ所示可聚合化合物组成，其中可聚合化合物在其余液晶总质量百分含量为100％的基础上进行添加，可聚合化合物的添加质量含量为0.01-0.4％。
前述液晶组合物包含质量百分含量为26-31％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为7-10％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为4-10％的式Ⅲ所示化合物，可保持此液晶聚合物具有较低的旋转粘度和良好的低温互溶性。
前述可聚合化合物在其余液晶总质量百分含量为100％的基础上进行添加，前述可聚合化合物的添加质量含量为0.01-1％，优选为0.05-0.40％。
所述液晶组合物中，可选的，还可以加入各种功能的掺杂剂，在含有掺杂剂的情况下，掺杂剂的含量优选在液晶组合物中所占的质量百分比为0.01-1.5％，这些掺杂剂可以列举出，例如抗氧化剂、紫外线吸收剂。
抗氧化剂可以列举出，
Figure BDA0002863993930000051
Figure BDA0002863993930000061
其中，t表示1-10的整数；
紫外线吸收剂可以列举出，
Figure BDA0002863993930000062
Rb表示碳原子数为1-10的烷基。
[液晶显示元件或液晶显示器]
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，或者无源矩阵显示元件或显示器。
本发明的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。
优选地，所述有源矩阵显示元件或显示器为VA-TFT、IPS-TFT、FFS-TFT和PS-VA液晶显示元件或显示器。
优选地，包含本发明的液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器具有良好的信赖性、较快的响应速度，不易生成残像，尤其地适用PSVA模式液晶显示元件或显示器。
实施例
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本说明书中，如无特殊说明，百分比均是指质量百分比，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；
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微米垂直盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
K11为展曲弹性常数，K22为扭曲弹性常数，K33为弯曲弹性常数，测试条件为：25℃、INSTEC:ALCT-IR1、20微米垂直盒；
VHR表示电压保持率(％)，测试条件为60±1℃、电压为±5V、脉冲宽度为10ms、电压保持时间1.667ms。测试设备为TOYO Model6254液晶性能综合测试仪；
预倾角(°)，测试条件为25±0.5℃，PSVA测试盒，机台倾斜角度45°，测试设备RETS-1000。
残像，液晶显示器件的残像，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留水平进行以下的4等级评价：
◎无残留
○有极少量残留，为可以容许的水平
△有残留，为不能允许的水平
×有残留，相当差。
液晶组合物的制备方法如下：将各液晶单体按照一定配比称量后放入不锈钢烧杯中，将装有各液晶单体的不锈钢烧杯置于磁力搅拌仪器上加热融化，待不锈钢烧杯中的液晶单体大部份融化后，往不锈钢烧杯中加入磁力转子，将混合物搅拌均匀，冷却到室温后即得液晶组合物。
本发明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1、表2。
表1环结构的对应代码
Figure BDA0002863993930000081
表2端基与链接基团的对应代码
Figure BDA0002863993930000082
举例：
Figure BDA0002863993930000083
其代码为CC-2-3；
Figure BDA0002863993930000084
其代码为CPY-2-O2；
Figure BDA0002863993930000085
其代码为COY-3-O2；
Figure BDA0002863993930000086
其代码为CCOY-3-O2；
Figure BDA0002863993930000091
其代码为Sb-CpO-O4。
LC1
液晶组合物的配方及相应的性能如下表3所示。
表3LC1液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002863993930000092
LC2
液晶组合物的配方及相应的性能如下表4所示。
表4LC2液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002863993930000101
LC3
液晶组合物的配方及相应的性能如下表5所示。
表5LC3液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002863993930000111
D1
液晶组合物的配方及相应的性能如下表6所示。
表6D1液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002863993930000112
Figure BDA0002863993930000121
D2
液晶组合物的配方及相应的性能如下表7所示。
表7D2液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002863993930000131
D3
液晶组合物的配方及相应的性能如下表8所示。
表8D3液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002863993930000141
1.1旋转粘度γ1、弹性常数K33、低温储存
表9LC1-3以及D1-3旋转粘度γ1、弹性常数K33、低温储存情况
液晶组合物 γ<sub>1</sub>(mPa·s) K<sub>33</sub> 低温储存
LC1 95.6 15.2 -30℃cell放置240h无晶体析出
LC2 96.1 15.2 -30℃cell放置240h无晶体析出
LC3 95.8 15.1 -30℃cell放置240h无晶体析出
D1 105.4 14.6 -30℃cell放置240h无晶体析出
D2 106.3 14.2 -30℃cell放置24h有晶体析出
D3 109.6 14.4 -30℃cell放置240h无晶体析出
从表9可以看出，在保持介电各向异性、光学各向异性以及清亮点几乎相同的情况下，本发明的技术方案具有更低的旋转粘度和较大的弹性常数K33，且具有良好的低温性能，因此可以用于开发低驱动电压、快速响应、宽温显示的液晶显示元件或液晶显示器。
1.2预倾角以及预倾角稳定性
Figure BDA0002863993930000151
背光老化条件：AC 19V，DC 2V，高温60℃，背光亮度20000nit
表10实施例1-3以及对比例1-4预倾角及预倾角稳定情况
Figure BDA0002863993930000152
Figure BDA0002863993930000161
与本发明技术方案相比，对比例1、对比例4、对比例5产生的预倾角偏高，且对比例4、对比例5的预倾角稳定性较差，预倾角过高会导致液晶面板暗态漏光，造成对比度偏低，还有可能产生碎亮点，影响面板品质；对比例2、对比例3的预倾角偏低，预倾角过低，响应时间可能会变慢，同时还会增加出现色偏的风险。因此本发明的技术方案具有合适的预倾角，不会出现色偏、漏光等不良，具有较快的响应时间以及较好的对比度。
1.3VHR值
液晶组合物的信赖性通过紫外试验并进行VHR测试来进行，液晶组合物紫外前后的VHR数据变化越小，抗紫外能力越强。因此，通过比较各个实施例、比较例在试验前后的VHR数据的差来判断抗紫外能力。
首先，在进行紫外老化试验之前，测定液晶组合物的VHR数据作为初始VHR数据，然后，对液晶组合物进行紫外老化试验，在试验后再次测定液晶组合物的VHR数据。
紫外老化试验：将液晶组合物放置在波长为365nm的紫外灯下照射5000mJ能量。
在老化试验后VHR数据相对于初始VHR数据变化越小，说明该液晶组合物抗紫外能力越强，从而可以判断该液晶组合物在工作过程中抵抗外界环境破坏的能力越强，因此，该液晶组合物的信赖性就越高。
在60℃下在TN-VHR测试盒中测量使用365nm UV灯在室温下进行的90分钟的UV曝光之前和之后的液晶组合物实施例1-3和对比例1-4的VHR值，结果显示与表11中。
表11实施例1-3和对比例1-4的VHR值
UV曝光之前 UV曝光之后 残像
实施例1 99.5 98.7 ◎
实施例2 99.6 98.9 ◎
实施例3 99.5 98.8 ◎
对比例1 99.4 97.4 ×
对比例2 99.7 98.5 ◎
对比例3 99.7 98.6 ◎
对比例4 99.5 97.4 △
对比例5 99.5 97.3 △
综上，本发明的技术方案具有高介电、高K值、低旋转粘度、高VHR等特性，可以用于开发低功耗、低盒厚、快速响应、高信赖性的液晶显示元件或液晶显示器。在大尺寸面板显示中有明显优势，尤其适用于55吋、65吋、75吋等大尺寸TV产品的应用，延迟量为330nm，盒厚为3.3μm，预倾角为1.8-2.0°的液晶显示元件或者液晶显示器件。

Claims (9)

1.一种液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含至少两种式Ⅰ所示化合物、质量百分含量为5-15％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为2-15％的式Ⅲ所示化合物、至少两种式Ⅳ所示化合物、至少两种式Ⅴ所示的化合物，以及式Ⅵ所示可聚合化合物；所述可聚合化合物在其余液晶总质量百分含量为100％的基础上进行添加，所述可聚合化合物的添加质量含量为0.01-1％：
Figure FDA0002863993920000011
其中，R、R＇各自独立地表示碳原子数为1-8的烷基；n表示0或1。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅰ所示的化合物选自下述式Ⅰ-1至Ⅰ-4所示化合物组成的组：
Figure FDA0002863993920000012
所述式Ⅳ所示化合物选自下述式Ⅳ-1至Ⅳ-4所示化合物组成的组：
Figure FDA0002863993920000013
Figure FDA0002863993920000021
所述式Ⅴ所示化合物选自下述式Ⅴ-1至Ⅴ-4所示化合物组成的组：
Figure FDA0002863993920000022
3.根据权利要求1或2任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅰ所示化合物质量百分含量为15-35％、式Ⅳ所示化合物质量百分含量为12-35％、式Ⅴ所示化合物质量百分含量为15-40％。
4.根据权利要求3所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含质量百分含量为18-35％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为5-12％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为2-13％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为12-30％的式Ⅳ所示化合物、质量百分含量为20-40％的式Ⅴ所示的化合物，以及式Ⅵ所示可聚合化合物；所述可聚合化合物在其余液晶总质量百分含量为100％的基础上进行添加，所述可聚合化合物的添加质量含量为0.01-0.8％。
5.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含质量百分含量为20-33％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为6-10％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为3-10％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为18-28％的式Ⅳ所示化合物、质量百分含量为25-35％的式Ⅴ所示的化合物，以及式Ⅵ所示可聚合化合物；所述可聚合化合物在其余液晶总质量百分含量为100％的基础上进行添加，所述可聚合化合物的添加质量含量为0.01-0.5％。
6.根据权利要求5所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含质量百分含量为26-31％的式Ⅰ所示的化合物、质量百分含量为7-10％的式Ⅱ所示化合物、质量百分含量为4-10％的式Ⅲ所示化合物、质量百分含量为20-25％的式Ⅳ所示化合物、质量百分含量为30-35％的式Ⅴ所示的化合物，以及式Ⅵ所示可聚合化合物；所述可聚合化合物在其余液晶总质量百分含量为100％的基础上进行添加，所述可聚合化合物的添加质量含量为0.01-0.4％。
7.一种液晶显示器，其特征在于，包含权利要求1-6的任一项所述的液晶组合物，所述液晶显示器为有源矩阵寻址显示器，或者无源矩阵寻址显示器。
8.一种液晶显示元件，其特征在于，包含权利要求1-6的任一项所述的液晶组合物，所述液晶显示元件为有源矩阵寻址显示元件，或者无源矩阵寻址显示元件。
9.根据权利要求7或8所述的有源矩阵的液晶显示元件或液晶显示器，其特征在于，其为PSVA显示元件或显示器。
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CN113355106A (zh) * 2021-06-29 2021-09-07 石家庄诚志永华显示材料有限公司 液晶组合物及液晶显示元器件

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