WO2021253627A1 - 液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
一种介电常数各向异性(Δε)显示负值的向列型液晶组合物以及包含液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器。液晶组合物包含式Ⅰ所示化合物以及式Ⅱ所示化合物。液晶组合物具有较低的旋转粘度，较低的γ 1/K 33，良好的信赖性，以及用于PSA-VA显示模式时，可以表现出较小的预倾角。液晶组合物可以用于开发低盒厚、快速响应的液晶显示元件或液晶显示器。
Description
本发明属于液晶显示领域，更具体地，涉及一种负介电各向异性的液晶组合物及包含该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器。
液晶显示元件根据显示方式分为下列模式：扭曲向列相(TN)模式、超扭曲向列相(STN)模式、共面模式(IPS)、垂直配向(VA)模式。无论何种显示模式均需要液晶组合物有以下特性：
(1)化学、物理性质稳定；(2)粘度低；(3)具有合适的介电△ε；(4)合适的折射率△n；(5)与其他液晶化合物的互溶性好。
FFS模式、IPS模式、VA模式等的显示元件所用的液晶介质，本身并不完美，对于显示器件所用的液晶材料，要求具有①快速响应：液晶材料具有较低的旋转粘度γ
1和较低的γ
1/K
33；②高可靠性：高的VHR，优良的耐高温稳定性及对UV光或常规的背光照明来照射的稳定性有严格要求等的特点。
FFS模式、IPS模式为水平取向，PSA模式或PSVA模式为垂直取向，垂直取向方式具有视角宽、透射率高、对比度高、响应速度快等特征，主要用于TV、监视器等大型显示元件中。
PSA型或PSVA型的液晶显示元件的制造如下：将含有可聚合性化合物的液晶组合物注入基板间，在施加电压而使液晶分子取向的状态下照射紫外线，从而使聚合性化合物聚合并将液晶分子的取向固定，液晶分子的预倾角小，需要的曝光时间较短，节约生产成本。因此，上述聚合性化合物的聚合速度非常重要。如果聚合速度快则在较短时间内聚合物的残留量少，出现显示不良的概率低，且生产成本低。
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，该液晶组合物具有较低的旋转粘度，较低的γ
1/K
33，良好的信赖性，可以用于开发低盒厚、快速响应的液晶显示元件或液晶显示器。本发明提供的液晶组合物，还具有较小的预倾角，可以用于PSA-VA显示模式。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种具有负介电各向异性的液晶组合物，其特征在于，包含式Ⅰ所示化合物作为第一组份以及式Ⅱ所示化合物作为第二组份：
为了得到性能更加突出、符合不同使用需求的液晶组合物，本发明所述液晶组合物还可以进一步包括以下式Ⅲ至式Ⅵ所示化合物中的一种或多种组合：
式Ⅲ中，
R
1、R
2各自独立的表示碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为2～8的烯基、碳原子数为1～8的烷氧基或者碳原子数2～8的烯氧基；
式Ⅳ中，
R
3、R
4各自独立的表示碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为2～8的烯基、碳原子数为1～8的烷氧基或者碳原子数2～8的烯氧基；
m表示1、2或3；n表示0或1；
Z
1、Z
2各自独立的表示单键、CH
2CH
2或CH
2O；
且当n表示0，m表示1，且Z
1、Z
2同时表示单键，
表示1,4-亚苯基时，R
3 不表示甲基。
式Ⅴ中，
R
5、R
6各自独立的表示碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为2～8的烯基、碳原子数为1～8的烷氧基或者碳原子数2～8的烯氧基；
且当
表示1,4-亚苯基时，R
6不表示甲基。
式Ⅵ中，
R
7表示碳原子数为1～8的烷基、氟取代的碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为1～8的烷氧基或者氟取代的碳原子数为1～8的烷氧基；R
7所示基团中任意一个或多个互不相连的-CH
2-被任选的亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
R
8表示碳原子数为1～8的烷基、氟取代的碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为1～8的烷氧基或者氟取代的碳原子数为1～8的烷氧基；
X表示O或S。本发明还提供一种液晶显示元件或液晶显示器，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、液晶显示器或者无源矩阵寻址显示元件、液晶显示器。
发明效果
与现有技术相比，该液晶组合物具有较低的旋转粘度，较低的γ
1/K
33，良好的信赖性，可以用于开发高信赖性、快速响应的液晶显示元件或液晶显示器。该液晶组合还具有较小的预倾角，应用于PSA-VA显示元件或液晶显示器时，该液晶显示器具有良好的品质。
一种具有负介电各向异性的液晶组合物，其特征在于，包含式Ⅰ所示化合物作为第一组份以及式Ⅱ所示化合物作为第二组份：
本发明的液晶组合物中，优选地，还包含一种或多种式Ⅲ所示化合物：
式Ⅲ中，
R
1、R
2各自独立的表示碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为2～8的烯基、碳原子数为1～8的烷氧基或者碳原子数2～8的烯氧基；
本发明的液晶组合物中，优选地，前述式Ⅲ所示的化合物选自式Ⅲ-1～Ⅲ-3所示的化合物组成的组：
式Ⅲ-1～Ⅲ-3中，
R
1、R
2各自独立的表示碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为2～8的烯基、碳原子数为1～8的烷氧基或者碳原子数2～8的烯氧基。
本发明的液晶组合物中，优选地，前述式Ⅲ-1～Ⅲ-3所示的化合物选自式Ⅲ-1-1～Ⅲ-3-3所示的化合物组成的组：
本发明的液晶组合物中，优选地，还包含一种或多种式Ⅳ所示化合物：
式Ⅳ中，
R
3、R
4各自独立的表示碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为2～8的烯基、碳原子数为1～8的烷氧基或者碳原子数2～8的烯氧基；
m表示1、2或3，n表示0或1；
Z
1、Z
2各自独立的表示单键、CH
2CH
2或CH
2O；
且当n表示0，m表示1，且Z
1、Z
2同时表示单键，
表示1,4-亚苯基时，R
3不表示甲基。本发明的液晶组合物中，优选地，前述式Ⅳ所示的化合物选自式Ⅳ-1～Ⅳ-8所示的化合物组成的组：
式Ⅳ-1～Ⅳ-8中，
R
3、R
4各自独立的表示碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为2～8的烯基、碳原子数为1～8的烷氧基或者碳原子数2～8的烯氧基。
本发明的液晶组合物中，优选地，前述式Ⅳ-1～Ⅳ-8所示的化合物选自式Ⅳ-1-1～Ⅳ-8-2所示的化合物组成的组：
本发明的液晶组合物中，优选地，还包含一种或多种式Ⅴ所示化合物：
式Ⅴ中，
R
5、R
6各自独立的表示碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为2～8的烯基、碳原子数为1～8的烷氧基或者碳原子数2～8的烯氧基；
且当
表示1,4-亚苯基时，R
6不表示甲基。
本发明的液晶组合物中，优选地，前述式Ⅴ所示的化合物选自式Ⅴ-1～Ⅴ-8所示的化合物组成的组：
本发明的液晶组合物中，优选地，还包含一种多种式Ⅵ所示化合物：
式Ⅵ中，
R
7表示碳原子数为1～8的烷基、氟取代的碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为1～8的 烷氧基、或者、氟取代的碳原子数为1～8的烷氧基；R
7所示基团中任意一个或多个互不相连的-CH
2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
R
8表示碳原子数为1～8的烷基、氟取代的碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为1～8的烷氧基、或者、氟取代的碳原子数为1～8的烷氧基；
X表示O或S。
优选地，前述一种或多种式Ⅵ所示的化合物选自式Ⅵ-1～Ⅵ-12所示的化合物组成的组：
式Ⅵ-1～Ⅵ-12中，
R
71、R
81各自独立地表示碳原子数为1～8的烷基。
本发明的液晶组合物中，优选地，还包含一种或多种可聚合化合物。
本发明的液晶组合物中，优选地，可聚合化合物选自式RM-1至RM-8组成的组：
前述可聚合化合物在其余液晶组合物总质量百分含量为100％的基础上进行额外添加，前述可聚合化合物的添加质量含量为液晶组合物总质量的0.01～1％，优选为0.02～0.2％。
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。
抗氧化剂包括下列所示，
其中，t表示1～10的整数；
紫外线吸收剂包括下列所示，
R
b表示碳原子数为1-10的烷基。
[液晶显示元件或液晶显示器]
本公开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无源矩阵显示元件或显示器。
优选地，所述液晶显示元件或液晶显示器优选有源矩阵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PSVA液晶显示元件或显示器。
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和较快的响应速度。
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(℃)，液晶化合物也成为液晶单体，其他符号的具体意义及测试条件如下：
Cp表示液晶清亮点(℃)，MP90测试；
Δn表示光学各向异性，Δn＝n
e-n
o，其中，n
o为寻常光的折射率，n
e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微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
γ
1表示旋转粘度(mPa·s),测试条件为25±0.5℃，20微米垂直盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
VHR表示电压保持率(％)，测试条件为60±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 Model6254液晶性能综合测试仪；
K
11为展曲弹性常数，K
33为弯曲弹性常数，测试条件为：25±2℃、INSTEC:ALCT-IR1、20微米垂直盒；
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。
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
表2 端基与链接基团的对应代码
举例：
实施例C1
液晶组合物的配方及相应的性能如下表3所示。
表3 实施例C1液晶组合物的配方及相应的性能
实施例C2
液晶组合物的配方及相应的性能如下表4所示。
表4 实施例C2液晶组合物的配方及相应的性能
实施例C3
液晶组合物的配方及相应的性能如下表5所示。
表5 实施例C3液晶组合物的配方及相应的性能
实施例C4
液晶组合物的配方及相应的性能如下表6所示。
表6 实施例C4液晶组合物的配方及相应的性能
实施例C5
液晶组合物的配方及相应的性能如下表7所示。
表7 实施例C5液晶组合物的配方及相应的性能
实施例C6
液晶组合物的配方及相应的性能如下表8所示。
表8 实施例C6液晶组合物的配方及相应的性能
实施例C7
液晶组合物的配方及相应的性能如下表9所示。
表9 实施例C7液晶组合物的配方及相应的性能
实施例C8
液晶组合物的配方及相应的性能如下表10所示。
表10 实施例C8液晶组合物的配方及相应的性能
对比例N1
液晶组合物的配方及相应的性能如下表11所示。
表11 对比例N1液晶组合物的配方及相应的性能
对比例N2
液晶组合物的配方及相应的性能如下表12所示。
表12 对比例N2液晶组合物的配方及相应的性能
对比例N3
液晶组合物的配方及相应的性能如下表13所示。
表13 对比例N3液晶组合物的配方及相应的性能
1.1旋转粘度
表14 显示了液晶组合物C3和N1、N2、N3的旋转粘度γ
1、γ
1/K
33的值；
| 液晶组合物 | 旋转粘度γ 1(mpa·s) | γ 1/K 33 |
| C3 | 87.4 | 5.6 |
| N1 | 92.7 | 6.3 |
| N2 | 92.2 | 6.4 |
| N3 | 92.9 | 6.4 |
本发明的液晶组合物具有更低的旋转粘度和γ
1/K
33，响应更快，尤其适用于FFS模式的液晶显示元件或液晶显示器。
1.2 VHR值
液晶组合物的信赖性通过紫外老化试验并进行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C型荧光UV灯(365nm)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C1-C8和N1、N2、N3的VHR值，结果显示与表19中。
从上述表19可以看出，本发明的实施例的液晶组合物紫外后的VHR下降非常细微，具有更好的抗紫外能力，有利于提高显示产品品质。
通过分别向向列型液晶主体组合物C1-C8以及N1-N3中，添加浓度为0.3重量％的反应性介晶RM-2和浓度为0.005重量％的稳定剂S1，
制备可聚合液晶介质CP1-CP8，NP1-NP3。
1.5预倾角
将可聚合液晶组合物CP1-CP8、NP1-NP3分别灌注到PSVA测试盒中。测试盒包括反平行摩擦的VA-聚酰亚胺配向层(Nissan-5661)。液晶层厚度d约为3.5μm。
在用50mw/cm
2 UV照射100s(5J)后，通过晶体旋转实验确定预倾角，结果显示于表20。
| 液晶组合物 | CP1 | CP2 | CP3 | CP4 | CP5 | CP6 | CP7 | CP8 | NP1 | NP2 | NP3 |
| 预倾角(°) | 1.2 | 1.2 | 1.3 | 1.1 | 1.2 | 1.2 | 1.1 | 1.2 | 1.5 | 1.6 | 1.5 |
因此，本发明的液晶组合物具有更小的更合适的预倾角，适用于PS-VA模式显示器。
Claims (10)
- 一种具有负介电各向异性的液晶组合物，其特征在于，包含式Ⅰ所示化合物作为第一组份以及式Ⅱ所示化合物作为第二组分：
- 根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅲ所示化合物：
式Ⅲ中，R 1、R 2各自独立的表示碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为2～8的烯基、碳原子数为1～8的烷氧基或者碳原子数2～8的烯氧基；各自独立地表示1,4-亚环己基或1,4-亚苯基。
- 根据权利要求2所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅲ所示的化合物选自式Ⅲ-1～Ⅲ-3所示的化合物组成的组：
式Ⅲ-1～Ⅲ-3中，R 1、R 2各自独立的表示碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为2～8的烯基、碳原子数为1～8的烷氧基或者碳原子数2～8的烯氧基。 - 根据权利要求2或3任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅳ所示化合物：
式Ⅳ中，R 3、R 4各自独立的表示碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为2～8的烯基、碳原子数为1～8的烷氧基或者碳原子数2～8的烯氧基；m表示1、2或3；n表示0或1；Z 1、Z 2各自独立的表示单键、CH 2CH 2或CH 2O；表示1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基或1,4-亚苯基；
表示1,4-亚环己基或1,4-亚苯基；
且当n表示0，m表示1，且Z 1、Z 2同时表示单键，表示1,4-亚苯基时，R 3不表示甲基。
- 根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅳ所示的化合物选自式Ⅳ-1～Ⅳ-8所示的化合物组成的组：
式Ⅳ-1～Ⅳ-8中，R 3、R 4各自独立的表示碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为2～8的烯基、碳原子数为1～8的烷氧基或者碳原子数2～8的烯氧基。 - 根据权利要求1～5任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅴ所示化合物：
式Ⅴ中，R 5、R 6各自独立的表示碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为2～8的烯基、碳原子数为1～8的烷氧基或者碳原子数2～8的烯氧基；表示1,4-亚环己基或1,4-亚苯基；
且当表示1,4-亚苯基时，R 6不表示甲基。
- 根据权利要求6的所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅵ所示化合物：
式Ⅵ中，R 7表示碳原子数为1～8的烷基、氟取代的碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为1～8的烷氧基或者氟取代的碳原子数为1～8的烷氧基；R 7所示基团中任意一个或多个互不相连的-CH 2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；R 8表示碳原子数为1～8的烷基、氟取代的碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为1～8的烷氧基或者氟取代的碳原子数为1～8的烷氧基；X表示O或S。 - 根据权利要求1～7的任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种可聚合化合物。
- 一种包含权利要求1～8的任一项所述液晶组合物的液晶显示元件，其特征在于，所述液晶显示元件为有源矩阵寻址显示元件或无源矩阵寻址显示元件。
- 一种包含权利要求1～8的任一项所述液晶组合物的液晶显示器，其特征在于，所 述液晶显示器为有源矩阵寻址显示器或无源矩阵寻址显示器。
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Ref document number: 20941384 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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