TWI794367B

TWI794367B - 液晶組合物及液晶顯示元件

Info

Publication number: TWI794367B
Application number: TW107144866A
Authority: TW
Inventors: 王奎; 王明霞; 梁志安; 員國良; 舒克倫; 王國芳; 王會芳
Original assignee: 大陸商石家莊誠志永華顯示材料有限公司
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2023-03-01
Also published as: US20190185752A1; TW201928022A; US11015122B2; CN109943347A

Abstract

本發明提供一種式I所示可聚合化合物與特定液晶組分搭配形成的液晶組合物及包含該液晶組合物的液晶顯示元件，尤其適用於顯示器或TV應用的PSVA液晶組合物，以及IPS模式的PSA-IPS液晶組合物，尤其是可聚合化合物具有較快的聚合速度並且所選擇的可聚合組分與液晶組分形成的“材料體系”應具有最低的旋轉黏度、最好的光電性能，且採用(UV)光輻照後具有高的VHR，避免了最終顯示器出現殘像等問題。

Description

液晶組合物及液晶顯示元件

本發明涉及液晶顯示領域，具體涉及特定可聚合化合物與特定液晶組分搭配形成的液晶組合物，以及包含有該液晶組合物的顯示元件。

薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)經歷了漫長的基礎研究階段，在實現大生產、商業化之後，以其輕薄、環保、高性能等優點已經成為LCD應用中的主流產品：無論是小尺寸的手機螢幕、還是大尺寸的筆記本電腦(Notebook PC)或監視器(Monitor)，以及大型化的液晶電視(LCD-TV)，到處可見TFT-LCD的應用。

早期商用的TFT-LCD產品基本採用了TN顯示模式，其最大問題是視角窄。隨著產品尺寸的增加，特別是在TV領域的應用，具有廣視野角特點的IPS顯示模式、VA顯示模式依次被開發出來並加以應用，尤其是基於VA顯示模式的改進，分別先後在各大公司得到了突破性的發展，這主要取決於VA模式本身所具有的寬視野角、高對比度和無需摩擦配向等優勢，再有就是，VA模式顯示的對比度對液晶的光學各向異性(△n)、液晶盒的厚度(d)和入射光的波長(λ)依賴度較小，必將使得VA這種模式成為極具前景的顯示技術。

但是，VA模式等的主動矩陣尋址方式的顯示元件所用的液晶介質，本身並不完美，例如殘像水平要明顯差於正介電各向異性的顯示元件，反應時間比較慢，驅動電壓比較高等缺點。此時，一些新型的VA顯示技術悄然而生：像PSVA技術即實現了MVA/PVA類似的廣視野角顯示模式，也簡化了CF工藝，從而降低CF成本的同時，提高了開口率，還可以獲得更高的亮度，進而獲得更高的對比度。此外，由於整面的液晶都有預傾角，沒有多米諾延遲現象，在保持同樣的驅動電壓下還可以獲得更快的反應時間，殘像水平也不會受到影響，但是由於像素中Fine Slit密集分佈電極，故如果電極寬度不能均勻分佈，很容易出現顯示不均的問題。像UVVA技術，在保持PSVA技術優勢的基礎上，由於在TFT側沒有Slit結構，出現像素電極寬度不均引起的顯示不均問題還得到了改進。雖然顯示元件在不斷的發展，但是人們還要一直致力於研究新的液晶化合物，得以使液晶介質及其應用於顯示元件的性能不斷的向前發展。

可聚合介晶單元(RMs)目前是顯示行業非常熱門且重要的課題，其可能應用的領域包括聚合物穩定配向(PSA)液晶顯示，聚合物穩定藍相(PS-BP)液晶顯示以及圖形化位相差膜(Pattern Retarder Film)等。

PSA原理正被應用在不同典型的LC顯示器中，例如PSA-VA、PSA-OCB、PS-IPS/FFS和PS-TN等液晶顯示器。以目前最為廣泛應用的PSA-VA顯示器為例，藉由PSA方法可以獲得液晶盒的預傾角，該預傾角對反應時間具有積極的影響。對於PSA-VA顯示器，可以使用標準的MVA或PVA像素和電極設計，但是如果在一側的電極設計採用特殊圖形化的而在另一端不採用突起的設計，可以顯著的簡化生產，同時使顯示器得到非常好的對比度、及很高的光透射率。

現有技術已經發現LC混合物和RMs在PSA顯示器中的應用方面仍具有一些缺點。首先，到目前為止並不是每個希望的可溶RM都適合用於PSA 顯示器；同時，如果希望借助於UV光而不添加光引發劑進行聚合(這可能對某些應用而言是有利的)，則選擇變得更小；另外，LC混合物(下面也稱為“LC主體混合物”)與所選擇的可聚合組分組合形成的“材料體系”應具有最低的旋轉黏度和最好的光電性能，用於加大“電壓保持率”(VHR)以達到效果。在PSA-VA方面，採用(UV)光輻照後的高VHR是非常重要的，否則會導致最終顯示器出現殘像等問題。到目前為止，並不是所有的LC混合物與可聚合組分組成的組合都適合於PSA顯示器。這主要是由於可聚合單元對於UV敏感性波長過短，或光照後沒有傾角出現或出現不足的傾角，或可聚合組分在光照後的均一性較差，或因為UV後VHR對於TFT顯示器應用而言是較低等方面的影響。

本發明提供一種特定可聚合化合物與特定液晶組分搭配形成的液晶組合物及包含該液晶組合物的液晶顯示元件，尤其適用於顯示器或TV應用的PSVA液晶組合物，以及IPS模式的PSA-IPS液晶組合物，尤其是可聚合化合物具有較快的聚合速度並且所選擇的可聚合組分與液晶組分形成的“材料體系”應具有最低的旋轉黏度、最好的光電性能，且採用(UV)光輻照後具有高的VHR，避免了最終顯示器出現殘像等問題。

為了實現上述有益技術效果，本發明提供了一種液晶組合物，包含一種或多種式I所示可聚合化合物作為第一組分、一種或多種式II所示化合物作為第二組分以及一種或多種式III所示化合物作為第三組分，

其中，P₁、P₂、P₃各自獨立地表示

、

或

；R₁、R₂、R₃、R₄各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基，且R₃、R₄所示基團中任意一個或多個不相連的CH₂可以被環戊基、環丁基或環丙基取代；Z₁、Z₂各自獨立地表示單鍵、-CH₂CH₂-或-CH₂O-；

、

各自獨立地表示

或

；

、

各自獨立地表示

、

、

、

、

、

、

和/或

中的一種或多種；m表示1或2；n表示0、1或2；o表示0或1；並且所述式I所示化合物中任意苯環可為鹵素或烷基取代苯。

所述一種或多種式I所示可聚合化合物較佳為式I-1至I-12所示化合物中的一種或多種化合物；所述一種或多種式II所示化合物較佳為式II-1至II- 15化合物的一種或多種化合物；所述一種或多種式III所示化合物較佳為式III-1至III-12所示化合物中的一種或多種化合物，

其中，R₃、R₄各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基，且R₃、R₄所示基團中任意一個或多個不相連的CH₂可以被環戊基、環丁基或環丙基取代。

應用這些液晶組合物的這些顯示器中，將式I所示化合物加入到LC介質中，且在引入到LC盒中之後，在電極間施加電壓下藉由UV光致聚合或交聯，可以形成液晶分子的預傾斜。這對於簡化LCD製作流程、提高反應速度、降低閾值電壓是有利的。

本發明提供的式I所示化合物具有與其他單體互溶性好、紫外線耐受能力好等優點。作為反應性介晶(RM)具有互溶性良好、電荷保持率(VHR)高、聚合活性高(單體殘留少)等優點，非常適合於作為RM用於PSA(聚合物支持的配向)、PS(聚合物穩定的)型模式的液晶混合物，尤其是在PSA-VA、PSA-IPS情況下。

式I可聚合化合物在液晶組合物中的添加量(質量比)較佳在0.01-1%之間，進一步較佳0.03-0.2%之間。

所述式II所示化合物在液晶組合物中的添加量(質量比)較佳在15-60%之間，進一步較佳20-40%。

所述式III所示化合物在液晶組合物中的添加量(質量比)較佳在20-60%之間，進一步較佳30-50%。

所述液晶組合物可以為負性液晶組合物，可以包含一種或多種式IV所示的化合物

其中，R₅、R₆各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基，且R₅、R₆所示基團中任意一個或多個CH₂可以被環戊基、環丁基或環丙基替代；W表示O、S或-CH₂O-。

式IV所示的化合物較佳為：

R₆₁各自獨立地表示碳原子數為2-6烷基。

1所述液晶組合物還可以包含一種或多種式V所示的化合物

其中，R₇、R₈各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；

、

各自獨立地表示1,4-亞苯基、1,4-亞環己基或1,4-亞環己烯基。

式V所示的化合物較佳為：

其中，R₇₁、R₈₁各自獨立地表示碳原子數為2-6的烷基或原子數為2-6的烯基； R₈₂表示碳原子數為1-5的烷氧基；R₇₁、R₈₁進一步較佳為乙烯基、2-丙烯基或3-戊烯基。

所述液晶組合物為負性液晶組合物，還包含一種或多種四環化合物，如式VI所示

其中，R₉、R₁₀各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；

表示1,4-亞苯基、1,4-亞環己基、1,4-亞環己烯基；(F)各自獨立地表示H或F。式VI所示的化合物較佳為：

其中，R₉、R₁₀各自獨立地較佳表示碳原子數為2-6的烷基或原子數為2-6的烯基。

本發明所提供的液晶化合物中還可以加入各種功能的摻雜劑，摻雜劑含量較佳0.01-1%之間，這些摻雜劑主要是抗氧化劑、紫外線吸收劑、手性劑。

抗氧化劑、紫外線吸收劑較佳：

S表示1-10的整數。

本發明還涉及包含上述任意一種液晶組合物的液晶顯示元件為主動矩陣顯示元件或被動矩陣顯示元件。

所述液晶顯示元件較佳為主動矩陣尋址液晶顯示元件。

所述主動矩陣顯示元件具體為PSVA-TFT或IPS-TFT液晶顯示元件。

下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述，但本發明並不限於以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業途徑而得。

反應過程一般藉由TLC監控反應的進程，反應結束的後處理一般是水洗、提取、合併有機相後乾燥、減壓下蒸除溶劑，以及重結晶、柱層析，本領域的技術人員都能夠按照下面的描述來實現本發明。

本說明書中的百分比為質量百分比，溫度為攝氏度(℃)，其他符號的具體意義及測試條件如下：Cp表示液晶清晰點(℃)，DSC定量法測試；S-N表示液晶的晶態到向列相的熔點(℃)；△n表示光學各向異性，n_o為尋常光的折射率，n_e為非尋常光的折射率，測試條件為25±2℃，589nm，阿貝折射儀測試；△ε表示介電各向異性，△ε=ε_∥-ε_⊥，其中，ε_∥為平行于分子軸的介電常數，ε_⊥為垂直于分子軸的介電常數，測試條件為25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC：ALCT-IR1測試；γ1表示旋轉黏度(mPa．s)，測試條件為25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC：ALCT-IR1測試；ρ表示電阻率(Ω．cm)，測試條件為25±2℃，測試儀器為TOYO SR6517高阻儀和LE-21液體電極。

VHR表示電壓保持率(%)，測試條件為20±2℃、電壓為±5V、脈衝寬度為10ms、電壓保持時間16.7ms。測試設備為TOYO Model6254液晶性能綜合測試儀。

τ表示反應時間(ms)，的測試儀器為DMS-501，測試條件為25±0.5℃，測試盒為3.3微米IPS測試盒，電極間距和電極寬度均為10微米，摩擦方向與電極夾角為10°。

T(%)表示透射率，T(%)=100%*亮態(Vop)亮度/光源亮度，測試設備DMS501，測試條件為25±0.5℃，測試盒為3.3微米IPS測試盒，電極間距和電極寬度均為10微米，摩擦方向與電極夾角為10°。

可聚合化合物紫外光聚合條件為使用313nm波長且照射光強為0.5Mw/cm²的紫外光。

本文中所使用的「顯示元件」一詞，其涵蓋的範圍可包含一般所稱之顯示器、顯示裝置等。

本發明申請實施例液晶單體結構用代碼表示，液晶環結構、端基、連接基團的代碼表示方法見下表(一)、表(二)

舉例：

對比例1(RM)：

對比例2(RM)：

對比例3(RM)：

對比例4(RM)：

對比例5：

實施例1：

實施例2

實施例3

實施例4

實施例5

實施例6：

實施例7

實施例8

實施例9

實施例10

1.聚合性化合物的轉化率

將聚合性化合物添加於組合物中，所述聚合性化合物因聚合而被消耗來形成聚合物。這一反應的轉化率較佳為大轉化率。這是因為：就圖像的殘像觀點而言，聚合物化合物的殘量(未反應的聚合性化合物的量)較佳為少。

2.反應時間

將各種可聚合性化合物和液晶化合物而製備的混合物注入至元件中。藉由照射紫外線來使聚合物性化合物聚合後，測定元件的反應時間。未添加聚合性化合物與液晶化合物的混合物時，反應時間慢。因此，可得出結論：有本發明涉及的聚合性化合物和液晶化合物的組合在縮短反應時間方面有效。

3.信賴性

將各種可聚合性化合物和液晶化合物而製備的混合物注入至測試盒中。藉由照射紫外線來使聚合物性化合物聚合後，再在紫外、高溫等條件下測試其電壓保持率(VHR)，較佳高信賴性液晶，即高VHR(16.7ms)。高信賴性的液晶避免了最終顯示器出現殘像等問題。

Claims

一種液晶組合物，其包含一種式I-8至I-11所示可聚合化合物作為第一組分、一種或多種式II所示化合物作為第二組分以及一種或多種式III所示化合物作為第三組分，且第二組份包含式II-4所示化合物，

其中，R₁、R₂、R₃、R₄各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基，且R₃、R₄所示基團中任意一個或多個不相連的CH₂可以被環戊基、環丁基或環丙基取代；Z₁、Z₂各自獨立地表示單鍵、-CH₂CH₂-或-CH₂O-；
、
各自獨立地表示
或
；
、
各自獨立地表示
、
、
、
、
、
、
和/或
中的一種或多種；m表示1或2；n表示0、1或2；其中該一種式I-8至I-11所示可聚合化合物的總質量含量為0.01-1%，該一種或多種式II所示化合物的總質量含量為15-60%，該一種或多種式III所示化合物總質量含量為20-60%。
如請求項1所述的液晶組合物，其中該一種或多種式II所示化合物為式II-1至II-3以及II-5至II-15所示化合物中的一種或多種化合物；該一種或多種式III所示化合物為式III-1至III-12所示化合物中的一種或多種化合物
如請求項1所述的液晶組合物，其中該液晶組合物為負性液晶組合物，進一步包含一種或多種式IV所示的化合物
其中，R₅、R₆各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基，且R₅、R₆所示基團中任意一個或多個CH₂可以被環戊基、環丁基或環丙基替代；W表示O、S或-CH₂O-。
如請求項1所述的液晶組合物，其中該液晶組合物為負性液晶組合物，進一步包含一種或多種式V所示的化合物
其中，R₇、R₈各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；
、
各自獨立地表示1,4-亞苯基、1,4-亞環己基或1,4-亞環己烯基。
如請求項1所述的液晶組合物，其中該液晶組合物為負性液晶組合物，進一步包含一種或多種式VI所示化合物
其中，R₉、R₁₀各自獨立地表示碳原子數為1-10的烷基、氟取代的碳原子數為1-10的烷基、碳原子數為1-10的烷氧基、氟取代的碳原子數為1-10的烷氧基、碳原子數為2-10的鏈烯基、氟取代的碳原子數為2-10的鏈烯基、碳原子數為3-8的鏈烯氧基或氟取代的碳原子數為3-8的鏈烯氧基；
表示1,4-亞苯基、1,4-亞環己基或1,4-亞環己烯基；(F)各自獨立地表示H或F。
一種包含如請求項1-5任一項所述的液晶組合物的液晶顯示元件，其為主動矩陣顯示元件或被動矩陣顯示元件。
如請求項6所述的液晶顯示元件，其中該主動矩陣顯示元件為PSVA-TFT液晶顯示元件。