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一种具有端烯结构的负性液晶组合物及其应用

技术摘要:
本发明涉及一种具有端烯结构的负性液晶组合物及其应用。液晶组合物含有通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的液晶化合物。所述负性液晶组合物具有负的介电各向异性、高的陡度、尤其低的粘度和短的响应时间,同时具备较好的稳定性及低温互溶性,较强的抗UV能力,高的VHR及电阻率,可  全部
背景技术:
液晶显示技术已经广泛应用于当今社会各类尺寸显示。小尺寸显示如计算器、手 机、仪表等;中尺寸显示如电脑显示器;大尺寸显示如电视。液晶显示具有高分辨率、高亮度 和平板化显示等优点及重量轻、能耗低甚至柔性显示。因此,液晶将继续在信息技术时代扮 演重要角色。 早期的液晶显示模式为TN显示,人们利用TN电光效应和集成电路相结合,将其做 成液晶显示器件(TN-LCD),为液晶的应用开拓了广阔前景。TN-LCD大规模工业化生产以来 已慢慢发展,STN-LCD及TFT-LCD技术逐渐成熟,显示模式类型逐渐增多,出现具有负介电各 向异性的液晶介质,如ECB、DAP、VAN、MVA、ASV、PVA等。 相比于传统显示模式,一些具有负的介电各向异性液晶介质逐步发展起来,例如 ECB(电控双折射)及其衍生模式DAP(排列相的变形)、VAN(垂直排列向列相)、MVA(多区域垂 直排列)、ASV(先进超视角)、PVA(模式垂直排列)。对于TN型显示十分依赖对比度。另外,VA 显示众所周知具有广视角。VA显示的LC层包含夹在两个透明电极之间的液晶介质,液晶介 质具有负的介电各向异性。关态下LC层分子与电极表面垂直排列,具有预倾角,当在电极上 施加电压,LC分子重新排列与电极表面平行。VA显示较ECB显示具有更广视角不依赖于对比 度。 对于液晶的前期探索响应时间太长,粘度也需要改善。这要受到旋转粘度γ1的影 响,尤其是低温时的值。流动粘度ν20的降低会使得垂直配向边缘排列的液晶(例如ECB和 VAN显示)具有非常短的相应时间。 目前,较为热门的广视角技术主要有TN Wide  Film,VA,包括PVA、MVA、PSVA、IPS、 FFS等。由于垂直取向的液晶显示器有较高的对比度,快速响应等优异性能,因此VA型液晶 面板在目前的显示器产品中应用较为广泛,16.7M色彩和大可视角度是它最为明显的技术 特点。 目前市场上有各种不同的显示模式,比较具有竞争力的显示模式主要有,面内切 换(in-plane  switching ,IPS)边缘场切换(fringe-field  switching ,FFS),和垂直排列 (vertical  alignment,VA)等显示模式。在这些显示模式中,面内切换(IPS)和边缘场切换 (FFS)都具有宽视角的特点。当正性液晶用于IPS/FFS显示模式时可以获得快速响应,并且 有良好的可靠性;而负性液晶用于IPS/FFS显示模式时可以获得更高的透过率,但是由于负 性液晶黏度比较大,所以响应速度较慢。 针对目前的宽视角显示模式IPS面内切换(in-pline  switching ,IPS)、边缘场切 换(fringe-field  switching,FFS)这两种模式中,正性液晶和负性液晶在光透过率上的差 异,主要体现在像素电极间隔中心的液晶的透过率效率上。因为,在像素电极间隔中心,正 性液晶分子转动的弹性力量比负性液晶的要弱。如果正性液晶要获得相同的光利用效率, 8 CN 111575022 A 说 明 书 2/28 页 △nd值要比负性液晶的大。所以针对以上两种模式,之前的解决方案是从液晶角度提高穿 透率可以在正性液晶中添加负性组分。 IPS(in-plane  switching)显示也很流行,其包含两个基板间的LC层,两个电极排 列在其中一个基板上,相互交错,呈梳妆结构。当电极上施加电压时,LC层间产生与其平行 的电场,使得LC分子发生重新排列。 IPS显示技术不是预先给液晶分子定向成为透光模式,而是定向成为不透光的模 式,透光的多少通过与液晶分子定向方向垂直的电极决定,电压越高,扭转的分子就越多, 从而实现光线的精确控制。它只控制IPS液晶面板的一个偏转角度,并且偏转分子的数量能 够与电压接近正比例,从而使面板的层次控制更容易实现。 IPS硬屏在动态清晰度、色彩还原准确、可视角度等方面的显著优势,相对于传统 的软屏液晶,IPS硬屏拥有稳固的液晶分子排列结构,响应速度更快,因而在动态清晰度上 具有超强的表现力,完全消除了软屏液晶显示屏在受到外界压力和摇晃时,出现的模糊及 水纹扩散现象,播放极速画面时更杜绝了残影和拖尾,因此,除了消费、医疗、工控行业外, 对于时刻处在运动状态中的航天、汽车、地铁等行业均采用了IPS硬屏,以获得没有任何损 耗的画质。可以预见的是,IPS显示技术越来越广泛的应用在各个领域。 对于IPS显示技术,需要具有改进性能的新型液晶介质。对于动态显示应用领域, 尤其需要改进相应时间,降低驱动电压,运用于特殊领域的,还需要提高工作温度范围。因 此,需要低的旋转粘度,大的介电各向异性,高的清亮点,大K值。优选的,介电应当高于4,非 常优选的高于5,然后优选不高于12,特别是不高于15,因为这对于合理高的电阻率是不利 的,对液晶材料的品质可靠性有影响。 适合于LCD和尤其适合于IPS显示器的液晶组合物是例如从以下文献中已知的: EP0667555、DE19509410、DE19528106、JP07-181439(A)、WO9623851等。然后这些组合物具有 显著缺点。除其他缺点外,它们大部分导致不利地长的响应时间,具有太低的电阻率值,和/ 或需要太高的工作电压。 后来,FFS(fringe-field  switching)显示被提出,其同样是在同一基板上包含两 个电极,与IPS显示对比,只有一个电极是以梳妆结构排列,另一个电极非结构化。一种强烈 的边缘场因此形成,电场邻近电极边缘,贯穿层结构,其在水平与垂直方向的分场都很强。 IPS与FFS显示的视角对对比度的依赖性都很低。 当前VA显示类型LC分子的排列限制了LC层中很多相当小的领域。这些领域中可能 会产生旋位转移,如倾斜。与传统的VA显示相比,具有倾斜域的VA显示具有更广的视角,不 依赖于对比度和灰阶。这种类型的VA显示可以更容易实现开态下分子的重排,因此不再需 要液晶盒的摩擦,通过对电极的特殊设计可以控制预倾角的取向。 MVA(multidomain  vertical  alignment)显示是通过具有突出物的电极引起局部 倾斜的方式显示。施加电压后LC分子在不同方向不同区域内与电极表面平行排列,阻止了 旋位转移。尽管这种排列改善了显示视角,但减少了光透过。随着MVA的进一步发展,只在一 侧电极上使用突出物,而另一侧电极具有狭缝,有利于光的透过。狭缝电极施加电压后形成 不均匀电场,仍然可以控制开关态。为了进一步增加光的透过率,可以加大分离狭缝与突起 物,但会导致响应时间的延长。PVA显示中电极上的突起物完全多余,电极通过狭缝结构化, 这增加了对比度,改善了光透过率,但这种技术十分困难,这种显示对机械外力影响也更加 9 CN 111575022 A 说 明 书 3/28 页 敏感。对于很多应用领域如显示器、电视屏来说,需要短的响应时间,高的对比度,显示的亮 度。 PSA显示液晶介质包含液晶相和小剂量聚合化合物,其质量占比0.2-0.4%。将液 晶介质灌入显示盒后,通过UV聚合使聚合化合物发生聚合交联,进而通过在电极上施加电 压进行显示。所添加的聚合物单体通常称为活性单体或者“RM”(Reactive  Mesogens)。 PSA模式广泛用于各种各样的传统液晶类型显示。例如:PS-VA (polymer  sustained  vertically  alignment) ,PS-OCB(optically  compensated  bend) ,PS-IPS(in- plane  switching) ,PS-FFS(fringe-field  switching),PS-TN(twisted  nematic),在PSA- VA和PSA-OCB显示中聚合化合物的聚合过程在加电下发生,在PSA-IPS显示不需要加电即发 生聚合过程。PSA模式可以形成预倾角,PSA-OCB显示,弯曲结构很稳定不需加补偿电压。 PSA-VA显示预倾角对响应时间有正向影响。 随着显示技术的发展,人们对显示器件的要求越来越高,提高液晶显示器件的响 应速度是实现这一要求的重要途径,而液晶显示器的响应速度主要受限于液晶介电各向异 性、液晶盒的厚度以及液晶的旋转粘度,因此研发新型液晶产品,降低液晶粘度、提高液晶 负介电各项异性也变得越来越重要。 因此,对于具有实际应用的合适性能的液晶介质存在显著需求,所述合适性能例 如宽的工作范围,合适的光学各向异性,根据显示器模式,高的介电各向异性和尤其低的旋 转粘度。 液晶材料是液晶显示器的关键光电子材料。液晶材料的出现和发展与液晶显示技 术的出现和发展是紧密相联的。任何有机化合物的性质取决于其分子的结构,液晶化合物 也不例外,液晶化合物的特性由液晶化合物的分子结构决定。单体液晶化合物的分子结构 主要由中心基团、末端基团、连接基团及侧向基团组成。通常,人们通过控制引入不同的结 构官能团来改变单体液晶化合物的某项物理性质参数(如:在分子结构的末端引入极性基 团来改变化合物的介电常数,在连接基团中使用具有大的分子长宽比的基团有利于提高相 变温度)。因此,近年来,人们对单体液晶化合物的认识和发展取得了长足的进步。为了满足 显示对液晶材料各项性能参数的要求,需要人们将多种单体液晶化合物混合在一起,以达 到性能最优化。 现有技术中虽然已有极大的负介电各向异性的液晶组合物,但高陡度、低功耗、快 响应的特性不能同时兼顾,例如:CN108315017中所提出的化合物具有极大的负介电各项异 性绝对值,但随着技术不断进步,其陡度、响应速度、功耗等多方面无法完全满足市场需求。
技术实现要素:
针对上述现有技术的不足,本发明提出一种具有端烯结构的负性液晶组合物。负 性液晶组合物该具有较大的负介电各向异性绝对值、较高的陡度、快速响应、良好的低温稳 定性及抗UV能力的液晶组合物,主要应用于VA、MVA、PVA、FFS、PSVA、IPS、TFT等显示模式。 一种具有端烯结构的负性液晶组合物,所述液晶组合物包含以下通式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、 Ⅳ、Ⅴ的液晶化合物: 10 CN 111575022 A 说 明 书 4/28 页 其中,R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10各自独立的选取C1~C15的取代或未被取代 的直链或支链烷基、烷氧基或醚氧基、C2~C15的取代或未被取代的直链或支链烯基或烯氧 基、C3~C5的取代或未被取代的环烷基,其中取代基选自F、Cl、Br、I、O、S、CN、OH、-CH=CH-、 C≡C-; 环A、B、C、D、E、F、G、H各自独立的表示环己基、亚苯基、苯基、含氧六环基、含有取代 基的亚苯基;其中取代基选自F、Cl、Br、I、CN; L1、L2、L3各自独立的代表H、F、S、CN、Cl、Br、I、C1-C3的烷基或烷氧基、CF3、CF3O; m、n、p、q各自独立的表示0或1; Z1、Z2选自-CH2CH2-、-C≡C-、-CH=CH-、-CF=CF-、-COO-、-OCO-、-OOC-、-CF2O-、- CH2O-。 所述通式Ⅰ的化合物占所述负性液晶组合物总质量的1-60%; 通式Ⅱ的化合物占所述负性液晶组合物总质量的1-50%; 通式Ⅲ的化合物占所述负性液晶组合物总质量的1-50%; 通式Ⅳ的化合物占所述负性液晶组合物总质量的1-40%; 通式Ⅴ的化合物占所述负性液晶组合物总质量的1-10%。 优选的,所述通式Ⅰ的化合物选自如下结构式中的至少一种: 11 CN 111575022 A 说 明 书 5/28 页 12 CN 111575022 A 说 明 书 6/28 页 优选的,所述通式Ⅱ的化合物选自如下结构式中的至少一种: 优选的,所述通式Ⅲ的化合物选自如下结构式中的至少一种: 13 CN 111575022 A 说 明 书 7/28 页 优选的,所述通式Ⅳ的化合物选自如下结构式中的至少一种: 优选的,所述通式Ⅳ的化合物选自如下结构式中的至少一种: 14 CN 111575022 A 说 明 书 8/28 页 优选的,所述通式Ⅴ的化合物选自如下结构式中的至少一种: 15 CN 111575022 A 说 明 书 9/28 页 本发明提供一种液晶显示器件,包含上述的具有端烯结构的负性液晶组合物。 本发明提供一种液晶显示器在VA、MVA、PVA、FFS、PSVA、IPS、TFT显示模式中的应 用。 有益效果: 本发明提供的液晶组合物具有适当的阈值电压,较大的负介电各向异性绝对值, 高陡度,良好的稳定性及低温互溶性,较高的清亮点,较宽的向列相温度范围,具有较短的 响应时间,高的VHR及电阻率,抗UV性能好,主要应用于VA、MVA、PSA、IPS、FFS、TFT等显示模 式。 本发明提供的液晶组合物具有向列相温度范围:-40-120℃。低温-40℃、-30℃、- 20℃、0℃下分别储存1个月以上。高温下显示正常,低于清亮点10℃以下无显示不良现象。 本发明提供的液晶组合物在20℃下的流动粘度使用旋转式转子粘度计测量,液晶 组合物的流动粘度在20℃下的ν20≤100mPa·s。 本发明提供的液晶组合物△n在0.07~0.27。 本发明提供的液晶组合物介电各向异性△ε在-3~-16。 本发明提供的液晶组合物20℃下的旋转粘度使用美国INSTEC(中国恒商)的 INSTEC物性测试仪测试,型号ALCT-PP1,γ1≤300mPa·s。 本发明提供的液晶组合物具有较低的阈值电压,在1.2-2.5V。具有高的UV前及UV 后的VHR。
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