CN114032108A - 一种包含自配向剂的液晶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包含自配向剂的液晶组合物，本发明所提供的液晶组合物具低粘度、合适的弹性常数、适合的光学各向异性、良好的低温互溶性，相对于需要使用双侧PI的液晶组合物，本发明的液晶组合物用一侧无PI的液晶盒制得的液晶元器件具有较高的VHR，良好的成角能力，并且形成的预倾角具有良好的稳定性。因此，本发明所提供的液晶组合物适用于VA/MVA/PVA/PSVA等VA显示模式，尤其适用于MVA、PVA或PSVA等液晶显示装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种包含自配向剂的液晶组合物，属于液晶材料技术领域。
背景技术
液晶材料是在一定温度下，既具有液体的流动性又具备晶体的各向异性的有机棒状小分子化合物的混合物。液晶显示器件利用液晶材料本身所具有的光学各向异性和介电各向异性进行工作，目前已得到广泛的应用。
VA显示器具有显著更好的视角依赖性并因此主要用于电视和监控器。然而，此处仍然需要改进响应时间，特别是关于使用具有大于60Hz的帧率(图像改变频率/重复率)的电视。然而，必须不同时损害性质例如，低温稳定性。
液晶混合物的可靠性是当今液晶行业的主要问题之一。主要方面是液晶分子对于从液晶D的背光单元发射的光的稳定性。液晶材料的光诱导反应可导致称为图像粘滞的显示器缺陷。这大大降低了液晶显示器的使用寿命，并且是液晶行业的主要可靠性标准之一。
在常规的VA显示器中，需要聚酰亚胺(PI)层来诱导液晶的所需垂面取向。除了由于其生产而产生的显著成本之外，PI和液晶之间的不利的相互作用经常导致VA显示器的电阻降低。因此，合适的液晶分子的数量显著减少，这是以显示器的整体切换性能(例如更高的切换时间)为代价的。因此，希望除去PI，同时提供所需的垂面取向。
目前已有添加自配向剂实现在不含PI取向膜的情况下可实现液晶分子的垂直取向的液晶组合物，虽然目前的液晶组合物在热稳定性、化学稳定性等方面效果较好，且能够不降低电压保持率，但是目前的液晶组合物形成的预倾角的稳定性还有待提高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种液晶组合物，本发明的液晶组合物具有非常宽的向列相范围、非常有利的电容阙值、相对较高的保持率值且同时在-20℃及-30℃下的非常良好的低温稳定性以及非常低的旋转粘度及短的响应时间以及稳定的预倾角保持能力。该类液晶混合物高度适用于不含PI的PS(聚合物稳定化)-VA显示器或PSA(聚合物稳定配向型)显示器。液晶分子的配向是由自配向添加剂诱导，且所诱导的预倾角另外可在适于多域切换的条件下通过使可聚合化合物(RM)聚合来调整或稳定。与填充于"经典"的PI涂布的测试盒中的不含任何自配向添加剂的液晶混合物相比，该混合物在光应力(UV固化及背光(BLT)二者)后的可靠性(VHR)得到改善，预倾角稳定性也得到提高。
本发明的第一个目的是提供一种包含自配向剂的液晶组合物，包含至少一种式I所示的化合物：
其中，R1表示碳原子数为1-12的烷基、烷氧基或卤代烷基，其中一个或多个-CH2-可各自独立地以氧原子不直接相连的方式被-O-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CO-O-或-O-CO-替代，-CH2-基团上的氢可被卤素取代；
R2表示H或者1-8个碳原子的烷基；
R3表示H或者1-5个碳原子的烷基；
m表示1或2；
n表示1或2；
Sp表示间隔基团或者单键；
p表示可聚合基团；
以及，至少包含一种式IIA、IIB所示的化合物：
其中，R21、R22、R23、R24各自独立的表示碳原子数为1-12的烷基、烷氧基或卤代烷基，其中一个或多个-CH2-可各自独立地以氧原子不直接相连的方式被-O-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CO-O-或-O-CO-替代，-CH2-基团上的氢可被卤素取代；
L1、L2、L3、L4各自独立的表示H、F、CF3、OCF3；
Z21表示单键、-CH2CH2-、-CH＝CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-CF2CF2-、-C4H8-或-CF＝CF-；
a表示1，或2，b表示0或1。
进一步地，式I所示的化合物占所述液晶组合物总重量的0.1-10％；式IIA和/或式IIB所示的化合物占所述液晶组合物总重量的0.01-50％。
式I所述的化合物占比优选为0.1-5％，更优选为0.1-3％。
进一步地，式I所示的化合物的结构式为：
进一步地，式IIA或IIB所示的化合物的结构式为：
进一步地，所述的液晶组合物中包括至少一种通式III所示的化合物：
其中，R31、R32独立选自C1～C12的直链烷基、直链烷氧基以及C2～C12的直链烯基；
C、D各自独立选自
Z3为单键、-CH2CH2-、-CH＝CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-C2F4-、-C4H9-或-CF＝CF-。
进一步地，通式III所示的化合物的用量为液晶组合物总重量的1-50％。进一步优选为5-45％。
进一步地，所述的液晶组合物中包括至少一种式IV-1～IV-4的化合物：
其中，R41和R42独立选自具有至多12个C原子的直链的烷基或烷氧基。
进一步地，式IV-1～IV-4的化合物的用量为液晶组合物总重量的1-60％。进一步优选为5-50％。
进一步地，所述的液晶组合物中包括至少一种式V-1～V-4所示的化合物：
其中，R51和R52独立选自具有至多12个C原子的直链的烷基或烷氧基。
进一步地，式V-1～V-4所示的化合物的用量为液晶组合物总重量的0.1-10％。进一步优选为0.1-5％。
进一步地，所述的液晶组合物中包括至少一种式VI所示的联苯衍生物：
其中，R61、R62独立选自具有1-6个C原子的烷基基团；
L61、L62独立选自碳卤素、-CF3、-OCF。
进一步地，式VI所示的化合物的用量为液晶组合物总重量的0.1-10％。进一步优选为1-5％。
进一步地，所述的液晶组合物中包括至少一种式VII-1～VII-10所示的可聚合化合物：
进一步地，所述的可聚合化合物的用量为液晶组合物总重量的0.1～3％。
进一步地，所述的液晶组合物中包括至少一种自由基清除剂、惨杂剂、抗氧化剂和稳定剂的添加剂。
进一步地，所述的添加剂的用量为液晶组合物总重量的0～5％。优选0～1％，更优选0.01～0.2％。
进一步地，所述的掺杂剂选自如下化合物中的一种或多种：
进一步地，所述的稳定剂选自如下化合物中的一种或多种：
其中，n表示1-8的整数。
本发明的第二个目的是提供所述的液晶组合物在液晶显示装置中的应用。
进一步地，所述的液晶显示装置为VA类液晶显示装置，所述的VA类液晶显示装置包括VA模式液晶显示器、MVA模式液晶显示器、PVA模式液晶显示器或PSVA模式液晶显示器。
本发明的有益效果是：
本发明所提供的液晶组合物具低粘度、合适的弹性常数、适合的光学各向异性、良好的低温互溶性，相对于需要使用双侧PI的液晶组合物，本发明的液晶组合物用一侧无PI的液晶盒制得的液晶元器件具有较高的VHR，良好的成角能力，形成的预倾角具有良好的稳定性。因此，本发明所提供的液晶组合物适用于VA/MVA/PVA/PSVA等VA显示模式，尤其适用于MVA、PVA或PSVA等液晶显示装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
为便于表达，以下各实施例中，液晶组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
以如下化合物为例：
用表1的代码表示，为3CWO4，3代表环己基，C代表环己烷，W代表2，3-二氟苯，4代表丁基。
以下实施例中测试项目的简写代号如下：
Cp(℃)：清亮点(向列-各向同性相转变温度)；
Δn：折射率各向异性(589nm，25℃)；
Δε：介电各向异性(1KHz，25℃)；
γ1：表示在25℃下测得的旋转粘度[mPa·s]；
K11:展曲弹性常数(pN，25℃)；
K33：弯曲弹性常数(pN，25℃)；
其中，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。
实施例：
M1：
按以下比例配置液晶，得到混合物M1，其填充于液晶器件两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表2向列相液晶M1
M2：
按以下比例配置液晶，得到混合物M2，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表3向列相液晶M2
| 组分 | 含量％ | 性能 | |
| 3CC2 | 4 | Cp | 75.2℃ |
| 3CCV1 | 10 | Dn | 0.109 |
| 3CWO2 | 13 | De | -3.8 |
| 4CC3 | 8 | γ<sub>1</sub> | 98 |
| 3PWO2 | 13 | K11 | 16.4 |
| 5CC3 | 11 | K33 | 16.3 |
| 3CWO4 | 4 | Ts-N | ＜-30℃ |
| 3CPP1 | 6 | ||
| 3CPP2 | 8 | ||
| 3CCWO2 | 12 | ||
| 3CPWO2 | 10 | ||
| 3CGPC3 | 1 |
M3：
按以下比例配置液晶，得到混合物M3，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表4向列相液晶M3
| 组分 | 含量％ | 性能 | |
| 3CC2 | 24 | Cp | 74.9℃ |
| 3PP1 | 10 | Dn | 0.099 |
| 3CPO2 | 2 | De | -3.8 |
| 4CC3 | 8 | γ<sub>1</sub> | 99 |
| 3C1OWO1 | 2 | K11 | 16.2 |
| 3C1OWO2 | 10 | K33 | 15.9 |
| 3CPPO1 | 1 | Ts-N | ＜-30℃ |
| 3CPP2 | 8 | ||
| 2CPWO2 | 7 | ||
| 3CPWO2 | 8 | ||
| 3CPWO3 | 6 | ||
| 3CC1OWO2 | 14 |
M4：
表5向列相液晶M4
M5：
表6向列相液晶M5
| 组分 | 百分比％ | 性能 | |
| 3CCV | 16 | Cp | 75.8℃ |
| 4CC3 | 10 | Dn | 0.105 |
| 3PWO2 | 13 | De | -3.9 |
| 2OPWO2 | 4 | γ1 | 92 |
| 5CC3 | 9 | K33 | 15.8 |
| 3C1OWO2 | 9 | K11 | 15.6 |
| 4OPWO2 | 4 | Ts-N | ＜-30℃ |
| 3CPP1 | 5 | ||
| V2CCP1 | 14 | ||
| 3CCWO2 | 9 | ||
| 3CC1OWO2 | 2 | ||
| 3CPP2V1 | 3 | ||
| 3CPPC1 | 2 |
M6：
表7向列相液晶M6
| 组分 | 含量％ | 性能 | |
| 3CCV1 | 22 | Cp | 85.0℃ |
| 4CC3 | 6 | Dn | 0.109 |
| 5CC3 | 6 | De | -4 |
| 3PPO2 | 9 | γ<sub>1</sub> | 104 |
| 2CC1OWO2 | 9 | K11 | 16.4 |
| 3CC1OWO2 | 8 | K33 | 16.5 |
| 2CPWO2 | 10 | Ts-N | ＜-30℃ |
| 3CPWO2 | 10 | ||
| 3C1OWO2 | 10 | ||
| 3PGPP3 | 4 | ||
| 5PP1 | 6 |
M7：
表8向列相液晶M7
M8：
表9向列相液晶M8
| 组分 | 百分比％ | 性能 | |
| 3C1OWO1 | 5 | Cp | 80 |
| 3C1OW2 | 17 | Dn | 0.100 |
| 2CC1OWO2 | 4 | De | -3.9 |
| 3CC1OWO2 | 8 | γ<sub>1</sub> | 89 |
| 4CC1OWO2 | 8 | Ts-N | ＜-30℃ |
| 2CPWO2 | 8 | ||
| 3CPWO2 | 8 | ||
| 3CC2 | 7 | ||
| 4CC3 | 7 | ||
| 3CCV1 | 16 | ||
| 3CPPC3 | 1 | ||
| 5PP1 | 11 |
M9：
表10向列相液晶M9
| 组分 | 含量％ | 性能 | |
| 3CC2 | 22 | Cp | 74.5℃ |
| 4CC3 | 9 | Dn | 0.095 |
| 5CC3 | 8 | De | -3.8 |
| 3PWO2 | 9 | γ<sub>1</sub> | 99 |
| 2CC1OWO2 | 7 | K11 | 16.5 |
| 3CC1OWO2 | 5 | K33 | 16.7 |
| 2CPWO2 | 10 | Ts-N | ＜-30℃ |
| 3CPWO2 | 10 | ||
| 3C1OWO2 | 6 | ||
| 4CCP3 | 4 | ||
| 5PP1 | 10 |
M10
表11向列相液晶M10
M11
表12向列相液晶M11
| 组分 | 百分比％ | 性能 | |
| 3CWO4 | 4 | Cp | 75 |
| 3CC2 | 5 | Dn | 0.101 |
| 3CCV1 | 10 | De | -4.3 |
| 4CC3 | 8 | γ<sub>1</sub> | 95 |
| 5CC2 | 7 | Ts-N | ＜-30 |
| 3PWO2 | 7 | ||
| 5PWO2 | 3 | ||
| 3C1OWO2 | 6 | ||
| 2CC1OWO2 | 8 | ||
| 3CC1OWO2 | 19 | ||
| 3CPWO2 | 8 | ||
| 3CCP1 | 2 | ||
| 3CCP3 | 3 | ||
| 2PWP3 | 10 |
M12
表13向列相液晶M12
| 组分 | 含量％ | 性能 | |
| 3CC2 | 10 | Cp | 76.5℃ |
| 4CC3 | 10 | Dn | 0.104 |
| 5CC3 | 5 | De | -3.1 |
| 3CPP2 | 8 | γ<sub>1</sub> | 101 |
| 3CPO2 | 10 | K11 | 16.4 |
| 3CWO4 | 15 | K33 | 16.5 |
| 2CPWO2 | 8 | Ts-N | ＜-30℃ |
| 3CPWO2 | 8 | ||
| 3CCWO2 | 6.5 | ||
| 4CCWO2 | 11 | ||
| 3CCWO3 | 9 |
M13
表14向列相液晶M13
M14
表15向列相液晶M14
| 组分 | 含量％ | 性能 | |
| 3CC2 | 24 | Cp | 76.5℃ |
| 3CCV1 | 4 | Dn | 0.108 |
| 2CPP2 | 3 | De | -2.9 |
| 3CPP2 | 4 | γ<sub>1</sub> | 101 |
| 3CPO1 | 4 | K11 | 16.4 |
| 3CWO4 | 2 | K33 | 16.5 |
| 2CPWO2 | 10 | Ts-N | ＜-30℃ |
| 3CPWO2 | 12 | ||
| 3CCWO2 | 9 | ||
| 4CCWO2 | 11 | ||
| 3CCWO3 | 9 | ||
| 2PWP3 | 8 |
M15
表16向列相液晶M15
| 组分 | 百分比％ | 性能 | |
| 3CWO2 | 4 | Cp | 75.5 |
| 4CC3 | 2 | Dn | 0.103 |
| 3CC2 | 14 | De | -3.3 |
| 5CC3 | 5 | γ<sub>1</sub> | 89 |
| 3CPO2 | 12 | Ts-N | ＜-30 |
| 3CCWO2 | 10 | ||
| 4CCWO2 | 13 | ||
| 3CCWO3 | 5 | ||
| 2CPWO2 | 6 | ||
| 3CPWO2 | 9 | ||
| 5CPWO2 | 9 | ||
| 3CCP1 | 5 | ||
| 3CCP3 | 3 | ||
| 3CCPO1 | 3 |
向方案M1-M15中，分别加入300ppm下式稳定剂：
以及按如下表17比例添加可聚合化合物，得到混合物P1-P15。
表17
根据以下表18比例向P1-P15的混合物中按以下比列添加自配向剂，得到自配向液晶混合物PLM1-PLM15：
表18
将配制完成的PSVA混合物P1-P15双侧有PI的3.5umVA测试盒中，PLM1-PLM15充入一侧无PI的3.5um VA液晶测试盒测试VHR,所得结果对比如下表19：
表19
将配制完成的PSVA混合物P1-P5双侧有PI的3.5umVA测试盒中，PLM1-PLM15充入一侧无PI的3.5um VA液晶测试盒，用UV1(313nm，5.5mw/cm2)在施加19V的电压下照射两分钟，然后再用UV2(313nm 2.0mw/cm2)照射90min，分别测试预倾角，测试结果见下表20：
表20
| 对比例 | 预倾角° | 实施例 | 预倾角(°) |
| P1 | 88.7 | PLM1 | 88.5 |
| P 2 | 88.6 | PLM 2 | 88.4 |
| P 3 | 88.8 | PLM 3 | 88.3 |
| P 4 | 88.7 | PLM 4 | 88.3 |
| P 5 | 88.5 | PLM 5 | 88.3 |
| P 6 | 88.6 | PLM 6 | 88.4 |
| P 7 | 88.6 | PLM 7 | 88.5 |
| P 8 | 88.6 | PLM 8 | 88.5 |
| P 9 | 88.7 | PLM 9 | 88.2 |
| P 10 | 88.6 | PLM 10 | 88.6 |
| P 11 | 88.8 | PLM 11 | 88.3 |
| P 12 | 88.8 | PLM 12 | 88.4 |
| P 13 | 88.6 | PLM 13 | 88.3 |
| P 14 | 88.6 | PLM 14 | 88.4 |
| P 15 | 88.7 | PLM 15 | 88.2 |
预倾角稳定性测试：
选取以上测试盒种的几片的，在60℃，背光照射，老化168h，每48h测试一次预倾角，评估预倾角稳定性，所得结果如下表21：
表21
由以上实施例可知，本发明所提供的液晶组合物具低粘度、合适的弹性常数、适合的光学各向异性、良好的低温互溶性，相对于需要使用双侧PI的液晶组合物，本发明的液晶组合物用一侧无PI的液晶盒制得的液晶元器件具有较高的VHR，良好的成角能力，并且形成的预倾角具有良好的稳定性。因此，本发明所提供的液晶组合物适用于VA/MVA/PVA/PSVA等VA显示模式，尤其适用于MVA、PVA或PSVA等液晶显示装置。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种包含自配向剂的液晶组合物，其特征在于，包含至少一种式I所示的化合物：
其中，R1表示碳原子数为1-12的烷基、烷氧基或卤代烷基，其中一个或多个-CH2-可各自独立地以氧原子不直接相连的方式被-O-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CO-O-或-O-CO-替代，-CH2-基团上的氢可被卤素取代；
R2表示H或者1-8个碳原子的烷基；
R3表示H或者1-5个碳原子的烷基；
m表示1或2；
n表示1或2；
Sp表示间隔基团或者单键；
p表示可聚合基团；
以及，至少包含一种式IIA、IIB所示的化合物：
其中，R21、R22、R23、R24各自独立的表示碳原子数为1-12的烷基、烷氧基或卤代烷基，其中一个或多个-CH2-可各自独立地以氧原子不直接相连的方式被-O-、-CH＝CH-、-C≡C-、-CO-O-或-O-CO-替代，-CH2-基团上的氢可被卤素取代；
L1、L2、L3、L4各自独立的表示H、F、CF3、OCF3；
Z21表示单键、-CH2CH2-、-CH＝CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-CF2CF2-、-C4H8-或-CF＝CF-；
a表示1，或2，b表示0或1；
其中，式I所示的化合物占所述液晶组合物总重量的0.1-10％；式IIA和/或式IIB所示的化合物占所述液晶组合物总重量的0.01-50％。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，式I所示的化合物的结构式为：
3.根据权利要求1～2任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述的液晶组合物中包括至少一种通式III所示的化合物：
其中，R31、R32独立选自C1～C12的直链烷基、直链烷氧基以及C2～C12的直链烯基；
C、D各自独立选自
Z3为单键、-CH2CH2-、-CH＝CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、
-OCO-、-C2F4-、-C4H9-或-CF＝CF-。
4.根据权利要求1～2任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述的液晶组合物中包括至少一种式IV-1～IV-4的化合物：
其中，R41和R42独立选自具有至多12个C原子的直链的烷基或烷氧基。
5.根据权利要求1～2任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述的液晶组合物中包括至少一种式V-1～V-4所示的化合物：
其中，R51和R52独立选自具有至多12个C原子的直链的烷基或烷氧基。
6.根据权利要求1～2任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述的液晶组合物中包括至少一种式VI所示的联苯衍生物：
其中，R61、R62独立选自具有1-6个C原子的烷基基团；
L61、L62独立选自碳卤素、-CF3、-OCF。
7.根据权利要求1～2任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述的液晶组合物中包括至少一种式VII-1～VII-10所示的可聚合化合物：
8.根据权利要求1～2任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述的液晶组合物中包括至少一种自由基清除剂、惨杂剂、抗氧化剂和稳定剂的添加剂。
9.根据权利要求8所述的液晶组合物，其特征在于，所述的稳定剂选自如下化合物中的一种或多种：
其中，n表示1-8的整数。
10.一种权利要求1～9任一项所述的液晶组合物在液晶显示装置中的应用。
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