TWI745989B

TWI745989B - 一種液晶組合物及其液晶顯示器件

Info

Publication number: TWI745989B
Application number: TW109118324A
Authority: TW
Inventors: 王立威; 徐海彬; 馬文陽; 韓文明; 嚴為剛
Original assignee: 大陸商江蘇和成顯示科技有限公司
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2021-11-11
Also published as: CN112048321B; TW202045687A; CN112048321A

Abstract

本發明涉及一種液晶組合物及其液晶顯示器件，所述液晶組合物包含至少一種通式I的化合物和至少一種通式II的化合物，所述液晶顯示器件中包含所述液晶組合。本發明將具有通式I的化合物與可聚合化合物共同作為液晶組合物的組分，通式I的化合物能夠與可聚合化合物共同發揮作用，可以在保證適當的介電各向異性和光學各向異性的前提下，進一步的提升預傾角成角能力以及預傾角穩定性。

Description

一種液晶組合物及其液晶顯示器件

本發明屬於液晶材料技術領域，涉及一種液晶組合物及其液晶顯示器件。

液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)因其體積小、重量輕、功耗低且顯示質量優異而獲得了飛速發展，特別在可擕式電子資訊產品中獲得廣泛的應用。根據顯示模式的類型分為PC(phase change，相變)、TN(twist nematic，扭曲向列)、STN(super twisted nematic，超扭曲向列)、ECB(electrically controlled birefringence，電控雙折射)、OCB(optically compensated bend，光學補償彎曲)、IPS(in-plane switching，共面轉變)、FFS(fringe field switching，邊緣場切換)、VA(vertical alignment，垂直配向)及PSA(polymer stable alignment，聚合物穩定配向)等類型。

其中，PSA模式是將少量(如0.3wt%，較典型的<1wt%)的一種或多種可聚合化合物添加到液晶組合物中，並在充入液晶盒之後在電極之間施加電壓或不施加電壓的情況下，使其原位聚合或交聯(通常通過UV光聚合)。聚合在液晶組合物顯示出液晶相的溫度下進行，通常在室溫下進行。由於可聚合化合物的聚合對液晶產生錨定作用，從而會形成一定的預傾角，而預傾角的形成可以有效的降低液晶顯示器的驅動電壓，達到快回應的目的。已證實將可聚合的液晶化合物添加到液晶組合物中是特別適宜的。

同時，PSA原理正用在各種傳統的液晶顯示器中，諸如已知的PSA-VA、PSA-OCB、PSA-IPS、PSA-FFS和PSA-TN顯示器。如常規的液晶顯示器一樣，PSA顯示器能作為有源矩陣或無源矩陣顯示器來操作。就有源矩陣顯示器的情況而言，各個圖元通常通過集成的非線性有源元件如電晶體來進行定址，而就無源矩陣顯示器的情況而言，各個圖元通常根據現有技術中已知的多路傳輸方法來進行定址。

對於PSA顯示器來說，比較好的是產生特別小的預傾角，在此，優選的材料在聚合期間應當在相同的曝光時間下能產生比迄今已知的材料更小的預傾角，和/或在較短的曝光時間下也能實現已知的材料所能獲得的預傾角。這樣，顯示器的生產時間就能縮短，成本也就可以降低。另外，預傾角穩定性也是對PSA顯示器的質量判定的一個重要參數，因為液晶顯示器在長時間的電壓驅動下，如果預傾角角度發生偏移且偏移較大，會對帶來各種不良顯示的情況，比如對比度降低、圖像殘留、漏光等，因此改善PSA顯示器中液晶組合物的預傾角穩定性一直是液晶領域追求的目標之一。

然而不是所有含可聚合化合物(reactive mesogenic，RM)的液晶組合物都適用於PSA顯示器，因為例如根本不能建立傾斜或不能建立充分的傾斜。此外，還發現當用於PSA顯示器中時，現有已知的液晶組合物和RM仍有一些缺點，往往不能夠同時兼顧良好的預傾角成角能力、預傾角穩定性和預傾角穩定性。

US7169449B2公開了一種液晶顯示裝置，通過在兩個襯底之間注入含有可聚合單體的液晶組合物，並且在所述襯底的相對透明電極之間施加電壓的同時，聚合所述單體而產生的液晶顯示裝置，其中所述液晶組合物中所含的可聚合單體具有一個或多個環或縮合環結構，以及直接與所述環或縮合環結構結合的官能團，通過存儲封裝在襯底之間的液晶分子的翻轉方向，在施加電壓時，回應延遲的問題得到改善，從而大大減少了所謂的圖像燒錄現象，但是所述液晶組合物的預傾角成角能力較弱，且預傾角穩定性難以提升。

CN109384796A公開了一種可聚合化合物以及包含該化合物的液晶組合物。該發明用於PSA顯示器的新型適合的材料，特別是RM和包含它的液晶介質，具有盡可能快和完全地聚合，能盡可能快地調節低預傾斜角、減少或防止顯示器中出現圖像殘留以及優選能同時實現非常高的比電阻值、低閾值電壓和短回應時間的優點，但是容易存在預傾角不穩定的問題。

因此，本領域亟待開發一種液晶組合物，在保證適當的介電各向異性和光學各向異性的前提下，具備較好的預傾角成角能力及穩定性。

本發明的目的之一在於提供一種液晶組合物，所述液晶組合物在保證適當的介電各向異性和光學各向異性的前提下，具備較好的預傾角成角能力及穩定性。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：本發明提供一種液晶組合物，所述液晶組合物包含至少一種通式I的化合物和至少一種通式II的化合物：

所述R₁表示含有1-10個(例如2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個等)碳原子的烷基、含有1-10個(例如2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個等)碳原子的烷氧基或含有2-10個(例如2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個等)碳原子的烯基；所述X1為含2-10個(例如3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個等)碳原子的烯基；所述環A表示亞苯基或亞環己基； R_p2表示

或

，其中虛線代表基團的接入位點； P₁、P₂和P₂’各自獨立地表示

、

、

、

、

、

或-SH，其中虛線代表基團的接入位點；r₁表示1、2或3；r₂、r₃、r₃'和r₃"各自獨立地表示0-6的正整數；r₄和r₅各自獨立地表示0、1、2、3或4；Z₂表示單鍵、-CH₂CH₂-、-COO-、-OCO-、-CH₂O-、-OCH₂-或-CH=CH-COO-；Z_p1和Z_p2各自獨立地表示單鍵、-O-、-S-、-NH-、-NHCOO-、-OCONH-、-CF₂O-、-OCF₂-、-CF₂S-、-SCF₂-、-CH₂CH₂-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-CF₂CF₂-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-CH₂-、-OCH₂-、-SCH₂-、-CH₂S-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH=CH-COO-和-OCO-CH=CH-中的任意一種或至少兩種連接而成的基團；Y₁和Y₂各自獨立地表示-H、鹵素、碳原子數為1-3的烷基或烷氧基。

本發明將具有通式I的化合物與可聚合化合物(通式II的化合物)共同作為液晶組合物的組分，通式I的化合物能夠與可聚合化合物共同發揮作用，可以在保證適當的介電各向異性和光學各向異性的前提下，進一步的提升預傾角成角能力、預傾角穩定性以及低溫互溶性。

優選地，所述通式I的化合物占所述液晶組合物總質量的1-50%，例如2%、5%、8%、10%、15%、20%、22%、25%、28%、30%、35%、38%、40%、42%、45%、48%等，優選1-30%，進一步優選3-30%。

優選地，所述通式II的化合物占所述液晶組合物總質量的0.001-1%，例如0.002%、0.01%、0.02%、0.05%、0.08%、0.1%、0.15%、0.20%、 0.25%、0.30%、0.35%、0.40%、0.45%、0.50%、0.55%、0.60%、0.65%、0.70%、0.75%、0.80%、0.85%、0.90%、0.95%、0.98%等，進一步優選0.005-0.5%。

優選地，所述通式I的化合物為具有如下結構的化合物中的任意一種或至少兩種的組合：

所述R1具有與前文相同的限定範圍。

優選地，所述通式II的化合物為具有如下結構的化合物中的任意一種或至少兩種的組合：

優選地，所述液晶組合物還包括至少一種通式III的化合物：

所述R2、R3各自獨立地為含有1-10個(例如2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個等)碳原子的烷基、含有1-10個(例如2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個等)碳原子的烷氧基或含有2-10個(例如2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個等)碳原子的烯基中的任意一種；所述環A2、A3、A4各自獨立地表示1,4-環己基、1,4-亞苯基、至少一個-CH₂-被-O-替代的1,4-環己基或至少一個-H被-F替代的1,4-亞苯基；所述Z₃、Z₄各自獨立地表示單鍵、-CH₂CH₂-、-CH₂O-、-OCH₂-、-COO-、-CH=CH-、-C≡C-或-OCO-；所述n1表示0、1或2，當n1為2時，環A3之間相同或不同；所述通式III的化合物不包括通式I的化合物。

本發明中，至少一個-CH₂-被-O-替代的1,4-環己基指的是，用-O- 替代-CH₂-，示例性的，1,4-環己基的結構為

，一個-CH₂-被-O-替代的 1,4-環己基的結構為

或

，至多一個-H被-F替代的1,4-亞苯基同理。

優選地，所述通式III的化合物為具有如下結構的化合物中的任意一種或至少兩種的組合：

優選地，所述通式III的化合物占所述液晶組合物總質量的10-90%，例如12%、15%、18%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、98%等，優選15-80%，進一步優選20-75%。

優選地，所述液晶組合物還包括至少一種通式IV的化合物：

所述R₄、R₅各自獨立地為含有1-10個(例如2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個等)碳原子的烷基、含有1-10個(例如2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個等)碳原子的烷氧基或含有2-10個(例如2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個等)碳原子的烯基；所述A5表示1,4-環己基、1,4-亞苯基、至少一個-CH₂-被-O-替代的1,4-環己基、至少一個-CH₂-CH₂-被-CH=CH-替代的1,4-環己基或至少一個-H被-F替代的1,4-亞苯基；所述Z₅表示單鍵、-CH₂CH₂-、-CH₂O-、-OCH₂-、-COO-或-OCO-；所述n2為0、1、2或3，當n2為2或3時，環A5之間相同或不同。

優選地，所述通式IV的化合物為具有如下結構的化合物中的任意一種或至少兩種的組合：

優選地，所述通式IV的化合物占所述液晶組合物總質量的5-75%，例如6%、10%、12%、15%、18%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%等，優選15-70%，進一步優選20-65%。

本發明的目的之二在於提供一種液晶顯示器件，所述液晶顯示器件中包含目的之一所述的液晶組合物。

相對於現有技術，本發明具有以下有益效果：本發明提供的液晶組合物在保證適當的介電各向異性和光學各向異性的前提下，具備較好的預傾角成角能力及穩定性。

下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。本領域技術人員應該明瞭，所述實施例僅僅是幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。

為了便於表達，在以下實施例中，液晶組合物的基團結構以表1中所列的代碼來表示：

表1中，虛線代表基團的接入位點。

示例性的，對如下結構式的化合物的結構代碼進行說明：

，利用表1中的代碼，該結構為nCPPm，其中，n代表碳原子數為n的烷基，即化合物最左端的烷基，m代表碳原子數為m的烷基，即化合物最右端的烷基，CPP代表從左向右順序連接的環烷基、苯基。

實施例1

本實施例提供一種液晶組合物，具體配方和部分性能測試結果如下表所示：

注：配方中除通式II-1的化合物外，其他組分含量的加和為100%，而通式II-1的化合物的百分含量指的是：以除通式II-1的化合物之外的各組分含量之和為基準，再加入0.3%的通式II-1的化合物，示例性地，當除通式II-1的化合物之外的其他組分含量之和為100g時，通式II-1的化合物的加入量為0.3g。下文實施例和對比例涉及到通式II的化合物的含量時，均具有相同的含義，不一一贅述。

實施例2

實施例3

對比例1

本對比例提供一種液晶組合物，具體配方和部分性能測試結果如下表所示：

實施例4

實施例5

實施例6

實施例7

對比例2

對比例2與實施例4-7相比，不添加通式I的化合物，通過表4-5中的結果顯示，其預傾角成角能力以及預傾角穩定性均變差。

實施例8

實施例9

實施例10

實施例11

實施例12

對比例3

對比例3與實施例8-12相比，不添加通式I的化合物，通過表6-7中的結果顯示，其預傾角成角能力以及預傾角穩定性均變差。

實施例13

實施例14

實施例15

實施例16

實施例17

實施例18

實施例19

實施例20

通過上述實施例和對比例的比較，可以證明本發明提供的液晶組合物中具有通式I的化合物能夠與可聚合化合物共同發揮作用，提升預傾角成角能力及預傾角穩定性。

上述性能測試結果的具體測試方法如下：(1)通過DSC定量法測試清亮點T_N->I(℃)；(2)通過DSC定量法測試低溫相變點T_S->N(℃)；(3)通過阿貝折射儀測試光學各向異性△n，測試條件為25±2℃、589nm，(4)通過LCR儀測試ε_∥及ε_⊥，通過△ε=ε_∥-ε_⊥從而計算得出，其中，ε_∥為平行於分子軸的介電常數，ε_⊥為垂直於分子軸的介電常數，測試條件為25±0.5℃；(5)通過E型黏度計測定流動黏度η(cP)，測試條件為25±0.5℃；(6)通過LCM-2測定旋轉黏度γ1(mPa˙s)，測試條件為25±0.5℃，20微米平行盒；(7)預傾角測試：將制得的液晶組合物填充於盒厚4μm的VA型液晶盒中，分別測試在36mW．cm^-2 @365nm的UV光照下，記錄液晶組合物在不同光照時間下的預傾角，驅動條件：60H_Z，16V；記錄預傾角形成後放置不同時間後預傾角的變化△PTA(°)(放置時無UV照射)，驅動條件：25℃，60H_Z，20V。

本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細方法，但本發明並不局限於上述詳細方法，即不意味著本發明必須依賴上述詳細方法才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明瞭，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護範圍和公開範圍之內。

Claims

一種液晶組合物，其包含至少一種通式I的化合物和至少一種通式II的化合物：

R₁表示含有1-10個碳原子的烷基、含有1-10個碳原子的烷氧基或含有2-10個碳原子的烯基；X1表示含2-10個碳原子的烯基；環A表示亞苯基或亞環己基； R_p2表示
或
，其中虛線代表基團的接入位點； P₁、P₂和P₂’各自獨立地表示
、
、
、
、

、
或-SH，其中虛線代表基團的接入位點；r₁表示1、2或3；r₂、r₃、r₃'和r₃"各自獨立地表示0-6的正整數；r₄和r₅各自獨立地表示0、1、2、3或4；Z₂表示單鍵、-CH₂CH₂-、-COO-、-OCO-、-CH₂O-、-OCH₂-或-CH=CH-COO-；Z_p1和Z_p2各自獨立地表示單鍵、-O-、-S-、-NH-、-NHCOO-、-OCONH-、-CF₂O-、-OCF₂-、-CF₂S-、-SCF₂-、-CH₂CH₂-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-CF₂CF₂-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-CH₂-、-OCH₂-、-SCH₂-、-CH₂S-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH=CH-COO-和-OCO-CH=CH-中的任意一種或至少兩種連接而成的基團；Y₁和Y₂各自獨立地表示-H、鹵素、碳原子數為1-3的烷基或烷氧基；其中，該液晶組合物還包括至少二種通式IV的化合物：
R₄、R₅各自獨立地表示含有1-10個碳原子的烷基、含有1-10個碳原子的烷氧基或含有2-10個碳原子的烯基；環A5表示1,4-環己基、1,4-亞苯基、至少一個-CH₂-被-O-替代的1,4-環己基、至少一個-CH₂-CH₂-被-CH=CH-替代的1,4-環己基或至少一個-H被-F替代的1,4-亞苯基；Z₅表示單鍵、-CH₂CH₂-、-CH₂O-、-OCH₂-、-COO-或-OCO-；n2為0、1、2或3，當n2為2或3時，環A5之間相同或不同；其中，通式IV的化合物為具有如下結構的化合物中的至少兩種的組合：

並且，該液晶組合物必定包含至少兩種屬於IV-4的化合物。
如請求項1所述之液晶組合物，其中，通式I的化合物占該液晶組合物總質量的1-50%。
如請求項1所述之液晶組合物，其中，通式II的化合物占該液晶組合物總質量的0.001-1%。
如請求項1所述之液晶組合物，其中，通式I的化合物為具有如下結構的化合物中的任意一種或至少兩種的組合：

R₁具有與請求項1相同的限定範圍。
如請求項1所述之液晶組合物，其中，通式II的化合物為具有如下結構的化合物中的任意一種或至少兩種的組合：
如請求項1所述之液晶組合物，其中，該液晶組合物還包括至少一種通式III的化合物：
R₂、R₃各自獨立地表示含有1-10個碳原子的烷基、含有1-10個碳原子的烷氧基或含有2-10個碳原子的烯基；環A2、A3、A4各自獨立地表示1,4-環己基、1,4-亞苯基、至少一個-CH₂-被-O-替代的1,4-環己基或至少一個-H被-F替代的1,4-亞苯基；Z₃、Z₄各自獨立地表示單鍵、-CH₂CH₂-、-CH₂O-、-OCH₂-、-COO-、-CH=CH-、-C≡C-或-OCO-； n1表示0、1或2，當n1為2時，環A3之間相同或不同；通式III的化合物不包括通式I的化合物；優選地，通式III的化合物為具有如下結構的化合物中的任意一種或至少兩種的組合：
如請求項6所述之液晶組合物，其中，通式III的化合物占該液晶組合物總質量的10-90%。
如請求項1所述之液晶組合物，其中，通式IV的化合物占該液晶組合物總質量的5-75%。
一種液晶顯示器件，其特徵在於：該液晶顯示器件中包含請求項1-8中任一項所述的液晶組合物。