聚合性液晶组合物及液晶显示器件
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物及其应用,特别涉及一种包含可聚合化合物的聚合性液晶组合物及包含所述聚合性液晶组合物的液晶显示器。
背景技术
近年来,液晶显示器已经取代了传统的阴极射线管显示,成为当今信息显示领域的主流产品,广泛用于仪表、电脑、电视等各种显示器中。根据液晶显示方式的不同,液晶显示元件可以分为扭曲向列相(TN)模式、超扭曲向列相(STN)模式、共面(IPS)模式、垂直配向(VA)模式等多种模式。
薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display,TFT-LCD),是21世纪最有发展前途的显示技术之一,在笔记本电脑、液晶电视等领域均有广泛应用。TFT-LCD是在扭曲向列相液晶显示的基础上引入薄膜晶体管开关而形成的有源矩阵显示,克服了无源矩阵显示中交叉干扰、信息量少、写入速度慢等特点,大大改善了显示品质,因此得到了迅猛发展。
TFT-LCD的优点可总结为下列五点:(1)使用特性好:低压应用,低驱动电压;平板化,又轻薄,节省了大量原材料和使用空间;低功耗;显示质量从最简单的单色字符图形到高分辨率、高彩色保真度、高亮度、高对比度、高响应速度的各种规格型号的视频显示器;其显示方式有直视型、投影型、透视式和反射式等多种显示方式。(2)环保特性好:TFT-LCD无辐射、无闪烁,对使用者的健康无损害,特别是TFT-LCD电子书刊的出现,将把人类带入无纸办公、无纸印刷时代,引发人类学习、传播和记载文明方式的革命。(3)适用范围宽:TFT-LCD在-20℃~50℃范围内都可以正常使用,经过温度加固处理的TFT-LCD低温工作温度可达到-80℃。TFT-LCD不仅可以作为移动终端显示、台式终端显示,也可用作大屏幕投影电视,是性能优良的全尺寸视频显示终端。(4)制造技术的自动化程度高。(5)TFT-LCD易于集成化和更新换代。
液晶材料作为液晶显示器重要的光电子材料之一,对改善液晶显示器的性能发挥重要的作用。用于显示用的液晶材料均需要满足以下性能:(1)良好的化学、物理及热稳定性,对电场和电磁辐射的稳定性;(2)粘度(γ1)低;(3)具有合适的介电各向异性Δε;(4)合适的光学各向异性Δn;(5)与其他液晶化合物的相容性好。而作为TFT-LCD用液晶材料,具有比普通液晶材料更高的要求,除了上述特性外,还应具有较宽的向列相温度范围、非常高的电阻率、良好的抗紫外线性能、高电荷保持率、低蒸气压、低离子浓度、低功耗、低旋转粘度等性能。
但是,由于液晶材料本身的限制,TFT-LCD仍然存在响应速度偏慢、电压偏高、抗紫外线性能较差等诸多缺陷。因此,不断开发新的性能优异的液晶材料对液晶显示发展具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚合性液晶组合物,其具有合适的光学各向异性、合适的介电各向异性、较宽的向列相温度范围、较高的清亮点、较快的响应速度以及良好的UV稳定性,可适用于液晶显示器中,能够满足液晶显示器的快响应以及在UV条件下能够很好的显示的需求。
本发明所采取的技术方案是:
提供一种聚合性液晶组合物,所述聚合性液晶组合物包含:
一种或更多种选自由通式I-1、通式I-2及其组合组成的组的化合物
一种或更多种选自由通式Ⅱ-1、通式Ⅱ-2、通式Ⅱ-3、通式Ⅱ-4及其组合组成的组的化合物
一种或更多种选自由通式Ⅲ的化合物
其中,
R1和R2相同或不同,各自独立地表示碳原子数为2至5的烷基;
R3表示H或碳原子数为1至5的烷基;
R4、R5、R6和R7相同或不同,各自独立地表示碳原子数为1至5的烷基;
L1、L2、L3、L4、L5、L6和X相同或不同,各自独立地表示H或F;
Y表示F、-OCF2CF=CF2或-O(CF2)kF,其中,k表示2、3或4;
Z1和Z2相同或不同,各自独立地表示单键或碳原子数为1至5的直链烷基;
l、m和n相同或不同,各自独立地表示0或1。
在一些实施方案中,L1表示H。
在一些实施方案中,L2表示H。
在一些实施方案中,L4表示F。
在一些实施方案中,L5表示F。
在一些实施方案中,Y表示F或-OCF2CF=CF2。
在本发明的实施方案中,优选所述Z1和Z2相同或不同,各自独立地表示单键或碳原子数为1至3的烷基。
在一些实施方案中,Z1表示单键。
在本发明的实施方案中,优选选自由所述通式I-1、通式I-2、通式I-3及其组合组成的组的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的10-80%;选自由所述通式Ⅱ-1、通式Ⅱ-2、通式Ⅱ-3、通式Ⅱ-4及其组合组成的组的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的15-85%;以及所述通式Ⅲ的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的0.1-5%。
在一些实施方案中,所述通式I-1的化合物选自由如下化合物组成的组:
作为特别优选方案,所述通式I-1的化合物选自以下化合物组成的组:
在一些实施方案中,所述通式I-2的化合物选自由如下化合物组成的组:
作为特别优选方案,所述通式I-2的化合物选自以下化合物组成的组:
在一些实施方案中,所述通式I-3的化合物选自由如下化合物组成的组:
作为特别优选方案,所述通式I-3的化合物选自以下化合物组成的组:
在一些实施方案中,所述通式Ⅱ-1的化合物选自由如下化合物组成的组:
作为特别优选方案,所述通式Ⅱ-1的化合物选自以下化合物组成的组:
在一些实施方案中,所述通式Ⅱ-2的化合物选自由如下化合物组成的组:
作为特别优选方案,所述通式Ⅱ-2的化合物选自以下化合物组成的组:
在一些实施方案中,所述通式Ⅱ-3的化合物选自由如下化合物组成的组:
作为特别优选方案,所述通式Ⅱ-3的化合物选自以下化合物组成的组:
在一些实施方案中,所述通式Ⅱ-4的化合物选自由如下化合物组成的组:
在一些实施方案中,所述通式Ⅲ的化合物选自由如下化合物组成的组:
作为特别优选方案,所述通式Ⅲ的化合物选自以下化合物组成的组:
在本发明的实施方案中,所述聚合性液晶组合物还包含:
其中,
R8和R9相同或不同,各自独立地表示碳原子数为1至5的烷基;或碳原子数为2至5的烯基。
在一些实施方案中,R8表示碳原子数为1至5的烷基。
在一些实施方案中,R9表示碳原子数为2至5的烯基。
在一些实施方案中,所述通式Ⅳ的化合物选自由如下化合物组成的组:
在本发明的实施方案中,优选所述通式Ⅳ的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的15-40%。
作为特别优选方案,所述通式Ⅳ的化合物选自以下化合物组成的组:
在本发明的实施方案中,优选所述通式I-1、通式I-2、通式I-3及其组合组成的组的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的10-50%;所述通式Ⅱ-1、通式Ⅱ-2、通式Ⅱ-3、通式Ⅱ-4及其组合组成的组的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的15-65%;所述通式Ⅲ的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的0.1-2%;所述通式Ⅳ的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的19-40%。
在本发明的实施方案中,所述液晶组合物还包含:
一种或更多种选自由通式Ⅴ的化合物
其中,
R10表示碳原子数为1至5的烷基。
在一些实施方案中,所述通式Ⅴ的化合物选自由如下化合物组成的组:
在本发明的实施方案中,所述聚合性液晶组合物还包含:
一种或更多种选自由通式Ⅵ的化合物
其中,
R11表示碳原子数为1至5的烷基;
R12表示F或碳原子数为1至5的烷基;
L7表示H或F;
p表示0、1或2。
在一些实施方案中,p表示0或2。
在一些实施方案中,所述通式Ⅵ的化合物选自由如下化合物组成的组:
更优地,所述通式I-1、通式I-2、通式I-3及其组合组成的组的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的14-35%;所述通式Ⅱ-1、通式Ⅱ-2、通式Ⅱ-3、通式Ⅱ-4及其组合组成的组的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的18-60%;所述通式Ⅲ的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的0.2-1%;所述通式Ⅳ的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的19-35%;所述通式Ⅴ的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的0-15%;以及所述通式Ⅵ的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的0-8%。
作为特别优选方案,所述通式I-1、通式I-2、通式I-3及其组合组成的组的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的14-29%;所述通式Ⅱ-1、通式Ⅱ-2、通式Ⅱ-3、通式Ⅱ-4及其组合组成的组的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的19-59%;所述通式Ⅲ的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的0.3-0.5%;所述通式Ⅳ的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的19-32%;所述通式Ⅴ的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的0-12%;以及所述通式Ⅵ的化合物占所述聚合性液晶组合物总重量的0-7%。
本发明还提供一种液晶显示器件,所述液晶显示器件包含本发明所提供的聚合性液晶组合物。
本发明采用上述技术方案,和现有技术相比所取得的技术进步有:
本发明所提供的聚合性液晶组合物具有合适的光学各向异性、合适的介电各向异性、较宽的向列相温度范围、较高的清亮点、较快的响应速度以及良好的UV稳定性,可适用于液晶显示器中,能够满足液晶显示器的快响应以及在UV条件下能够很好的显示的需求,取得了明显的技术进步。
在本发明中如无特殊说明,所述的比例均为重量比,所有温度均为摄氏度温度,所述的响应时间数据的测试选用的盒厚为7μm。
具体实施方式
以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是,下面的实施例为本发明的示例,仅用来说明本发明,而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下,可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
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
以如下结构式的化合物为例:
该结构式如用表1所列代码表示,则可表达为:V(1)EPPE(1)V,代码中的V(1)E表示甲基丙酰酸甲酯基;代码中的P代表1,4-亚苯基。
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:旋转粘度(mPa*s,在20℃下)
VHR(初始):电压保持率(%)
VHR(UV,6000mJ):6000mJ下,UV光照射后的电压保持率(%)
其中,折射率各向异性使用阿贝折光仪在钠光灯(589nm)光源下、25℃测试得到;介电测试盒为TN90型,盒厚7μm。
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、测试盒为TN90型,盒厚7μm。
VHR(初始)是使用TOYO6254型液晶物性评价系统测试得到的;测试温度为60℃,测试电压为5V,测试时间为166.7ms;VHR(UV,6000mJ)是将液晶在6000mJ UV光照射后使用TOYO6254型液晶物性评价系统测试得到的;测试温度为60℃,测试电压为5V,测试时间为166.7ms。
在以下的实施例中所采用的各成分,均可以通过公知的方法进行合成,或者通过商业途径获得。这些合成技术是常规的,所得到各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。
按照以下实施例规定的各液晶组合物的配比,制备液晶组合物。所述液晶组合物的制备是按照本领域的常规方法进行的,如采取加热、超声波、悬浮等方式按照规定比例混合制得。
对照例1
配制以下示出的液晶组合物LC-1,具体测试数据如下表所示:
表2液晶组合物配方及其测试性能
在99.5%的上述液晶组合物LC-1中添加0.5%的由下式Ⅲ-1表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-1,所得LCM-1的物性值和添加之前几乎没有变化。
VHR(初始):96.11%;
VHR(UV 6000mJ):97.90%。
对照例2
配制以下示出的液晶组合物LC-2,具体测试数据如下表所示:
表3液晶组合物配方及其测试性能
在99.6%的上述液晶组合物LC-2中分别添加0.2%的由下式Ⅲ-2表示的化合物和0.2%的由下式Ⅲ-4表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-2,所得LCM-2的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR值,具体如下:
VHR(初始):96.13%;
VHR(UV 6000mJ):97.26%。
对照例3
配制以下示出的液晶组合物LC-3,具体测试数据如下表所示:
表4液晶组合物配方及其测试性能
在99.7%的上述液晶组合物LC-3中添加0.3%的由下式Ⅲ-5表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-3,所得LCM-3的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR值,具体如下:
VHR(初始):96.99%;
VHR(UV 6000mJ):97.54%。
实施例1
按表5中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例1的液晶组合物LC-4,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5液晶组合物配方及其测试性能
在99.5%的上述液晶组合物LC-4中添加0.5%的由下式Ⅲ-1表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-4,所得LCM-4的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR值,具体如下:
VHR(初始):96.38%;
VHR(UV 6000mJ):98.66%。
实施例2
在99.6%的上述液晶组合物LC-4中添加0.2%的由下式Ⅲ-2表示的化合物和0.2%的由下式Ⅲ-4表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-5,所得LCM-5的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR值,具体如下:
VHR(初始):96.41%;
VHR(UV 6000mJ):98.53%。
实施例3
在99.7%的上述液晶组合物LC-4中添加0.3%的由下式Ⅲ-5表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-6,所得LCM-6的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR值,具体如下:
VHR(初始):96.4%;
VHR(UV 6000mJ):98.82%。
实施例4
按表6中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例4的液晶组合物LC-5,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6液晶组合物配方及其测试性能
在99.5%的上述液晶组合物LC-5中添加0.5%的由下式Ⅲ-1表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-7,所得LCM-7的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR值,具体如下:
VHR(初始):96.23%;
VHR(UV 6000mJ):98.81%。
实施例5
在99.6%的上述液晶组合物LC-5中添加0.2%的由下式Ⅲ-2表示的化合物和0.2%的由下式Ⅲ-4表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-8,所得LCM-8的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR值,具体如下:
VHR(初始):96.42%;
VHR(UV 6000mJ):98.64%。
实施例6
在99.7%的上述液晶组合物LC-5中添加0.3%的由下式Ⅲ-5表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-9,所得LCM-9的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR值,具体如下:
VHR(初始):96.34%;
VHR(UV 6000mJ):98.22%。
实施例7
按表7中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例7的液晶组合物LC-6,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7液晶组合物配方及其测试性能
在99.5%的上述液晶组合物LC-6中添加0.5%的由下式Ⅲ-1表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-10,所得LCM-10的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR值,具体如下:
VHR(初始):96.15%;
VHR(UV 6000mJ):98.58%。
实施例8
在99.6%的上述液晶组合物LC-6中添加0.2%的由下式Ⅲ-2表示的化合物和0.2%的由下式Ⅲ-4表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-11,所得LCM-11的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR值,具体如下:
VHR(初始):96.52%;
VHR(UV 6000mJ):98.37%。
实施例9
在99.7%的上述液晶组合物LC-6中添加0.3%的由下式Ⅲ-5表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-12,所得LCM-12的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR,具体如下:
VHR(初始):96.55%;
VHR(UV 6000mJ):98.65%。
实施例10
按表8中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例8的液晶组合物LC-7,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8液晶组合物配方及其测试性能
在99.5%的上述液晶组合物LC-7中添加0.5%的由下式Ⅲ-1表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-13,所得LCM-13的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR值,具体如下:
VHR(初始):96.26%;
VHR(UV 6000mJ):98.49%。
实施例11
在99.6%的上述液晶组合物LC-7中添加0.2%的由下式Ⅲ-2表示的化合物和0.2%的由下式Ⅲ-4表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-14,所得LCM-14的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR值,具体如下:
VHR(初始):96.71%;
VHR(UV 6000mJ):98.58%。
实施例12
在99.7%的上述液晶组合物LC-7中添加0.3%的由下式Ⅲ-5表示的化合物,配制成聚合性液晶组合物LCM-15,所得LCM-15的物性值和添加之前几乎没有变化。
测试聚合性液晶组合物的VHR,具体如下:
VHR(初始):96.33%;
VHR(UV 6000mJ):98.79%。
通过以上对照例1、对照例2、对照例3、实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7、实施例8、实施例9、实施例10、实施例11和实施例12可以看出,本发明所提供的聚合性液晶组合物具有合适的光学各向异性、合适的介电各向异性、较宽的向列相温度范围、较高的清亮点、较快的响应速度以及良好的UV稳定性,可适用于液晶显示器中。并且与对照例1、2和3相比,在光学各向异性值、介电各向异性值和清亮点相近时,本发明所提供的聚合性液晶组合物具有更短的响应时间和更好的UV稳定性,能够满足液晶显示器的快响应以及在UV条件下能够很好的显示的需求,取得了明显的技术进步。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施,并不能以此限制本发明的保护范围,凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。