CN113403088B - 负介电各向异性液晶组合物及液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及负介电各向异性液晶组合物及液晶显示器件。本发明的液晶组合物包含：至少一种式I所示化合物；至少一种式Ⅱ所示化合物。与现有技术相比，本发明的液晶组合物在维持合适的光学各向异性值、介电各向异性的基础上具有降低的G1/K11或G1/K33值从而具有较快的响应时间，并且在采用UV光辐照后具有高的VHR，从而能够获得功耗降低及稳定性提高的显示优势，有利于避免/减少显示器残像现象的发生。

Description

负介电各向异性液晶组合物及液晶显示器件
技术领域
本发明涉及液晶材料技术领域。更具体地，涉及液晶组合物及液晶显示器件。
背景技术
随着技术的发展和时代的进步，液晶混合物应用的领域逐步延伸至便携电脑和台式机、导航系统和视频应用的显示器。这些应用领域对液晶混合物的性能要求越来越高。
液晶中分子的空间排列对于液晶显示器具有重要的影响。其中，液晶介质的介电常数ε在相对于平行于电容器方向与垂直于电容器方向上的值不同。将分子纵轴垂直于电容器板取向时的介电常数比平行取向时更大的情况称为介电正性。换句话说，如果平行于分子纵轴的介电常数ε||大于垂直于分子纵轴的介电常数ε⊥，则介电各向异性Δε＝ε||-ε⊥大于0。常规显示器中使用的大部分液晶介质为介电正性的介质。与此相对低，Δε＝ε||-ε⊥小于0的液晶介质被称为负介电各向异性的液晶介质。
随着技术发展，发现例如在VA-TFT(“垂直配向”)的显示模式中，通过负性采用负介电各向异性的液晶介质，能够获得视角依赖的改善。因而，负介电各向异性的液晶介质得到了广泛的研究，对于这类液晶介质，期望其具有快速响应时间并且残影少。然而，快速响应时间的提升往往导致液晶介质的残影增加，特别是光暴露之后的残影增加，从而影响其稳定性。因此，如何实现具有快速的响应时间并且光暴露后的残影缺陷改善从而稳定性提高的负介电各向异性液晶组合物是本领域亟待解决的问题之一。
发明内容
对于液晶介质，根据显示模式的不同，液晶介质的响应时间与G1/K11或者G1/K33相关。VA(vertical alignment，垂直取向)或者PS-VA(Polymer stabilized verticalalignment,聚合物稳定垂直取向)模式下，液晶介质的响应时间与G1/K33相关，而在FFS(Fringe Field Switching，边缘场开关)、IPS(In-Plane Switching，平面转换)、PS-FFS(Polymer stabilized Fringe Field Switching，聚合物稳定边缘场开关)、PS-IPS(Polymer stabilized In-Plane Switching，聚合物稳定平面转换)等模式下，液晶介质的响应时间与G1/K11相关。
本发明人等通过深入研究后发现，通过采用含有式I所示化合物与式II所示化合物的组合的负介电各向异性液晶组合物，能够在维持合适的光学各向异性值、介电各向异性的基础上获得降低的G1/K11或G1/K33值从而具有快速的响应时间，并且在采用UV光辐照后具有提高的VHR，从而避免/减少显示器残像现象的发生，能够获得功耗降低及稳定性提高的显示优势。
本发明包含下述技术方案。
一方面，本发明提供一种负介电各向异性液晶组合物，其包含：
至少一种式I所示化合物；以及，
至少一种式Ⅱ所示化合物；
Figure BDA0003120381820000021
其中，式I中，R1、R2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、碳原子数为2～5的烯基、或碳原子数为2～5的烯氧基；并且，R1、R2中任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代；
Z1、Z2各自独立地表示-CH2O-、-CH2S-、-OCH2-、-SCH2-、-CH＝CH-CH2O-、-CH＝CH-CH2S-、-OCH2-CH＝CH、-SCH2-CH＝CH、-CF2O-、-OCF2-、-CH＝CH-CF2O-、或者、-OCF2-CH＝CH，其中任意H或全部H任选被F取代；
Figure BDA0003120381820000022
各自独立地选自下述的基团组成的组：
Figure BDA0003120381820000023
Figure BDA0003120381820000031
X表示O或S；
式II中，
R3、R4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、碳原子数为2～5的烯基、或碳原子数为2～5的烯氧基；并且，R3、R4中任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代；
Figure BDA0003120381820000032
各自独立地选自下述的基团组成的组：
Figure BDA0003120381820000033
p表示0、1或2。
另一方面，本发明提供一种液晶显示器件，其包含本发明的负介电各向异性液晶组合物；所述液晶显示器件为有源矩阵显示器件，或无源矩阵显示器件。
发明效果
与现有技术相比，本发明的负介电各向异性液晶组合物能够在维持合适的光学各向异性值、介电各向异性的基础上获得降低G1/K11或G1/K33的比值从而具有快速的响应时间，并且在采用UV光辐照后具有提高的VHR，从而避免/减少显示器残像现象的发生，能够获得功耗降低及稳定性提高的显示优势。
具体实施方式
[液晶组合物]
本发明的负介电各向异性液晶组合物包含：
至少一种式I所示化合物；以及，
至少一种式Ⅱ所示化合物；
Figure BDA0003120381820000041
其中，式I中，R1、R2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、碳原子数为2～5的烯基、或碳原子数为2～5的烯氧基；并且，R1、R2中任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代；
Z1、Z2各自独立地表示-CH2O-、-CH2S-、-OCH2-、-SCH2-、-CH＝CH-CH2O-、-CH＝CH-CH2S-、-OCH2-CH＝CH、-SCH2-CH＝CH、-CF2O-、-OCF2-、-CH＝CH-CF2O-、或者、-OCF2-CH＝CH，其中任意H或全部H任选被F取代；
Figure BDA0003120381820000042
各自独立地选自下述的基团组成的组：
Figure BDA0003120381820000043
X表示O或S；
式II中，
R3、R4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、碳原子数为2～5的烯基、或碳原子数为2～5的烯氧基；并且，R3、R4中任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代；
Figure BDA0003120381820000051
各自独立地选自下述的基团组成的组：
Figure BDA0003120381820000052
p表示0、1或2。
优选地，前述式I所示化合物选自下述的式I1～I82所示化合物组成的组，其中，取代基R1、R2的定义与前述相同。
Figure BDA0003120381820000053
Figure BDA0003120381820000061
Figure BDA0003120381820000071
Figure BDA0003120381820000081
Figure BDA0003120381820000091
Figure BDA0003120381820000101
Figure BDA0003120381820000111
Figure BDA0003120381820000121
Figure BDA0003120381820000131
作为前述的R1、R2各自独立地表示的“碳原子数为1～5的烷基”，可以为直链烷基、支链烷基或者环状烷基，优选为直链烷基。作为这样的直链烷基，可以列举出例如甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基。进一步优选为甲基、乙基或者丙基。
作为前述的R1、R2各自独立地表示的“碳原子数为1～5的烷氧基”，可以列举出例如甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、正戊氧基、叔戊氧基等。进一步优选为甲氧基、乙氧基或正丙氧基。
作为前述的R1、R2各自独立地表示的“碳原子数为2～5的烯基”，可以列举出例如乙烯基、丙烯基、丁烯基、2-甲基丙烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、2-甲基-1-丁烯基、3-甲基-1-丁烯基、2-甲基-2-丁烯基等。进一步优选为乙烯基或丙烯基。
作为前述的R1、R2各自独立地表示的“碳原子数为2～5的烯氧基”，可以列举出例如乙烯氧基、丙烯氧基、丁烯氧基、2-甲基丙烯氧基、1-戊烯氧基、2-戊烯氧基、2-甲基-1-丁烯氧基、3-甲基-1-丁烯氧基、2-甲基-2-丁烯氧基等。进一步优选为乙烯氧基或丙烯氧基。
本发明的负介电各向异性液晶组合物中，优选地，前述的式Ⅱ所示的化合物选自下述的式Ⅱ-1至Ⅱ-10所示化合物组成的组。其中，R3、R4的定义与前述相同。
Figure BDA0003120381820000141
Figure BDA0003120381820000151
(F)表示F或H。
作为前述的R3、R4各自独立地表示的“碳原子数为1～5的烷基”，可以为直链烷基、支链烷基或者环状烷基，优选为直链烷基。作为这样的直链烷基，可以列举出例如甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基。
作为前述的R3、R4各自独立地表示的“碳原子数为1～5的烷氧基”，可以列举出例如甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、正戊氧基、叔戊氧基等。进一步优选为甲氧基、乙氧基或正丙氧基。
作为前述的R3、R4各自独立地表示的“碳原子数为2～5的烯基”，可以列举出例如乙烯基、丙烯基、丁烯基、2-甲基丙烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、2-甲基-1-丁烯基、3-甲基-1-丁烯基、2-甲基-2-丁烯基等。进一步优选为乙烯基或丙烯基。
作为前述的R3、R4各自独立地表示的“碳原子数为2～5的烯氧基”，可以列举出例如乙烯氧基、丙烯氧基、丁烯氧基、2-甲基丙烯氧基、1-戊烯氧基、2-戊烯氧基、2-甲基-1-丁烯氧基、3-甲基-1-丁烯氧基、2-甲基-2-丁烯氧基等。进一步优选为乙烯氧基或丙烯氧基。
在某些实施方式中，本发明的负介电各向异性液晶组合物中还可以包含一种或多种下述的式Ⅲ所示的化合物。
Figure BDA0003120381820000152
Figure BDA0003120381820000161
式III中，R5、R6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、碳原子数为2～5的烯基、或碳原子数为2～5的烯氧基；并且，R5、R6中任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代；
Z3表示单键或-CH2O-；
q、r各自独立地表示0、1或2；
Figure BDA0003120381820000162
各自独立地选自下述的基团组成的组：
Figure BDA0003120381820000163
优先地，前述的式Ⅲ所示的化合物选自下述的式Ⅲ-1至Ⅲ-17所示化合物组成的组。其中，R5、R6的定义与前述相同。
Figure BDA0003120381820000164
Figure BDA0003120381820000171
Figure BDA0003120381820000181
作为前述的R5、R6各自独立地表示的“碳原子数为1～5的烷基”，可以为直链烷基、支链烷基或者环状烷基，优选为直链烷基。作为这样的直链烷基，可以列举出例如甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基。
作为前述的R5、R6各自独立地表示的“碳原子数为1～5的烷氧基”，可以列举出例如甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、正戊氧基、叔戊氧基等。进一步优选为甲氧基、乙氧基或正丙氧基。
作为前述的R5、R6各自独立地表示的“碳原子数为2～5的烯基”，可以列举出例如乙烯基、丙烯基、丁烯基、2-甲基丙烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、2-甲基-1-丁烯基、3-甲基-1-丁烯基、2-甲基-2-丁烯基等。进一步优选为乙烯基或丙烯基。
作为前述的R5、R6各自独立地表示的“碳原子数为2～5的烯氧基”，可以列举出例如乙烯氧基、丙烯氧基、丁烯氧基、2-甲基丙烯氧基、1-戊烯氧基、2-戊烯氧基、2-甲基-1-丁烯氧基、3-甲基-1-丁烯氧基、2-甲基-2-丁烯氧基等。进一步优选为乙烯氧基或丙烯氧基。
在一些实施方式中，本发明的负介电各向异性液晶组合物还可以包含一种或多种下述的式Ⅳ-1～Ⅳ-8所示的化合物：
Figure BDA0003120381820000182
Figure BDA0003120381820000191
对于本发明的负介电各向异性液晶组合物中各成分的组成，在一些实施方式中，例如可以为下述的比例：相对于100质量份液晶组合物，前述的式I所示的化合物为1～50质量份，前述式Ⅱ所示的化合物为1～60质量份，前述式Ⅲ所示化合物为1～50质量份。
在另一些实施方式中，本发明的液晶组合物中各成分的组成可以为例如，相对于100质量份液晶组合物，前述式I所示化合物为1～50质量份，前述式Ⅱ所示化合物为1～60质量份，前述式Ⅲ所示化合物为1～50质量份，前述式Ⅳ所示化合物为0.01～1.00质量份。
本发明的负介电各向异性液晶组合物中，除了前述列举的液晶化合物之外，本领域技术人员还可以在不破坏其期望的液晶组合物的性能的基础上添加其他液晶化合物。
本发明的负介电各向异性液晶组合物中，可选的，还可以加入各种功能的掺杂剂，这些掺杂剂可以列举出例如抗氧化剂、紫外线吸收剂、手性剂。
[液晶显示器件]
本发明的第二方面提供一种液晶显示器件，其只要包含上述任一项所述的液晶组合物就没有特别的限定。本发明的液晶显示器件可以为有源矩阵显示器件，也可以为无源矩阵显示器件。本领域技术人员能够根据所需的性能选择合适的液晶显示组件、液晶显示器的结构。
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。
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法，所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得，百分比均是指质量百分比，温度为摄氏度(℃)，液晶化合物也为液晶单体。
[负介电各向异性液晶组合物]
实施例1～9及对比例1、2中制备了不同组成的负介电各向异性液晶组合物，其中，各例中所使用的具体化合物的单体结构、用量(质量份)、所得的液晶介质的性能参数测试结果分别如下表1～11所示。
各实施例中所涉温度单位为℃，其他符号的具体意义及测试条件如下：
Gamma1(mPa.s)表示液晶化合物的旋转粘滞系数，测定方法：仪器设备INSTEC:ALCT-IR1、测试盒盒厚18微米垂直盒、温度25℃，简写为“G1”；
K11为扭曲弹性常数，K33为展曲弹性常数，测试条件为：25℃、INSTEC:ALCT-IR1、18微米垂直盒；
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：25℃、INSTEC:ALCT-IR1、18微米垂直盒；
Δn表示光学各向异性，Δn＝ne-no，其中，no为寻常光的折射率，ne为非寻常光的折射率，测试条件：589nm、25±0.2℃。
VHR表示紫外光照射后的电压保持率(％)，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 Model 6254液晶性能综合测试仪。VHR测试用可聚合化合物的紫外光聚合中，使用313nm波长且照射光强为0.5Mw/cm2的紫外光进行光辐照，辐照时间为2分钟。
本发明中，负介电各向异性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。
将所得的液晶组合物填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。
本发明申请实施例中所使用的液晶单体的结构用下述代码表示，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
Figure BDA0003120381820000211
Figure BDA0003120381820000221
表(二)：端基与链接基团的对应代码
Figure BDA0003120381820000222
Figure BDA0003120381820000231
举例：
Figure BDA0003120381820000232
Figure BDA0003120381820000241
利用前述式I、式II等所示的化合物与其他成分配合，获得实施例1～9的液晶组合物，实施例1～9的液晶组合物中各组分的组成及含量如下述的表1～9所示。
表1实施例1的液晶组合物的组分配比及其性能参数
Figure BDA0003120381820000251
表2实施例2的液晶组合物的组分配比及其性能参数
Figure BDA0003120381820000252
表3实施例3的液晶组合物的组分配比及其性能参数
Figure BDA0003120381820000253
Figure BDA0003120381820000261
表4实施例4的液晶介质的组分配比及其性能参数
Figure BDA0003120381820000262
表5实施例5的液晶介质的组分配比及其性能参数
Figure BDA0003120381820000263
Figure BDA0003120381820000271
表6实施例6的液晶介质的组分配比及其性能参数
Figure BDA0003120381820000272
表7实施例7的液晶介质的组分配比及其性能参数
Figure BDA0003120381820000273
Figure BDA0003120381820000281
表8实施例8的液晶介质的组分配比及其性能参数
Figure BDA0003120381820000282
表9实施例9的液晶介质的组分配比及其性能参数
Figure BDA0003120381820000283
Figure BDA0003120381820000291
对比例1和对比例2的配方如下述的表10和表11所示。
表10对比例1的液晶介质的组分配比及其性能参数
Figure BDA0003120381820000292
表11对比例2的液晶介质的组分配比及其性能参数
Figure BDA0003120381820000293
通过实施例与对比例的对比可以发现，与不含有式I、式II的组合的对比例1、2相比较，含有式I、式II组合使用的本发明的液晶组合物的实施例能够在维持合适的光学各向异性值、介电各向异性性能的基础上具有降低的G1/K11或G1/K33值从而具有快速的响应时间，并且还获得了提高的VHR值，从而能够获得功耗降低及稳定性提高的显示优势，有利于避免/减少显示器残像现象的发生。
本发明虽未穷尽要求保护的所有液晶混合物，但是本领域技术人员可以预见的是，在已公开的上述实施例基础上，仅结合自身的专业尝试即能以类似的方法得到其他同类液晶材料而不需要付出创造性劳动。此处由于篇幅有限，仅列举代表性的实施方式。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种负介电各向异性液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含：
选自式I1～I82所示化合物组成的组中的至少一种化合物；以及，
至少一种式Ⅱ所示化合物；
Figure FDA0003903971610000011
式II中，
R3、R4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、碳原子数为2～5的烯基、或碳原子数为2～5的烯氧基；并且，R3、R4中任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代；
Figure FDA0003903971610000012
各自独立地选自下述的基团组成的组：
Figure FDA0003903971610000013
p表示0、1或2，
前述式I1～I82所示化合物为：
Figure FDA0003903971610000014
Figure FDA0003903971610000021
Figure FDA0003903971610000031
Figure FDA0003903971610000041
Figure FDA0003903971610000051
Figure FDA0003903971610000061
Figure FDA0003903971610000071
Figure FDA0003903971610000081
Figure FDA0003903971610000091
Figure FDA0003903971610000101
R1、R2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、碳原子数为2～5的烯基、或碳原子数为2～5的烯氧基；R1、R2中任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代。
2.根据权利要求1所述的负介电各向异性液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅱ所示的化合物选自下述的式Ⅱ-1至Ⅱ-10所示化合物组成的组:
Figure FDA0003903971610000102
Figure FDA0003903971610000111
R3、R4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、碳原子数为2～5的烯基、或碳原子数为2～5的烯氧基；R3、R4中任意碳原子上的氢各自独立地任选被氟取代；
(3)表示F或H。
3.根据权利要求1或2所述的负介电各向异性液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种下述的式Ⅲ所示的化合物：
Figure FDA0003903971610000112
R5、R6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、碳原子数为2～5的烯基、或碳原子数为2～5的烯氧基；并且，R5、R6中任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代；
Z3表示单键或-CH2O-；
q、r各自独立地表示0、1或2；
Figure FDA0003903971610000113
各自独立地选自下述的基团组成的组：
Figure FDA0003903971610000114
4.根据权利要求3所述的负介电各向异性液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅲ所示的化合物选自下述的式Ⅲ-1至Ⅲ-17所示化合物组成的组:
Figure FDA0003903971610000121
Figure FDA0003903971610000131
R5、R6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、碳原子数为2～5的烯基、或碳原子数为2～5的烯氧基，并且R5、R6中任意碳原子上的H各自独立地任选被F取代。
5.根据权利要求1或2所述的负介电各向异性液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种下述的式IV-1～IV-8所示的化合物：
Figure FDA0003903971610000132
Figure FDA0003903971610000141
6.根据权利要求3所述的负介电各向异性液晶组合物，其特征在于，相对于100质量份所述负介电各向异性液晶组合物，所述选自式I1～I82所示化合物组成的组中的至少一种化合物为1～50质量份，所述式Ⅱ所示化合物为1～60质量份，所述式Ⅲ所示化合物为1～50质量份。
7.根据权利要求5所述的负介电各向异性液晶组合物，其特征在于，相对于100质量份所述负介电各向异性液晶组合物，所述选自式I1～I82所示化合物组成的组中的至少一种化合物为1～50质量份，所述式Ⅱ所示化合物为1～60质量份，所述式Ⅲ所示化合物为1～50质量份，所述式IV所示的化合物为0.01～1.00质量份。
8.一种液晶显示器件，其特征在于，所述液晶组合物包含权利要求1～7的任一项所述的液晶组合物；所述液晶显示器件为有源矩阵显示器件，或无源矩阵显示器件。
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