阅读说明：本技术 负介电各向异性液晶组合物、液晶显示元件及液晶显示器 (negative dielectric anisotropy liquid crystal composition, liquid crystal display element and liquid crystal display ) 是由 邢文晓 李佳明 梁瑞祥 孙轩非 黄亚鹏 高红茹 于 2018-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及负介电各向异性液晶组合物、液晶显示元件及液晶显示器。本发明的负介电各向异性液晶组合物包括一种或多种式Ⅰ所示化合物组成的第一组分,以及一种或多种可聚合化合物组成的第二组分：<Image he="191" wi="700" file="DDA0001692097480000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>本发明公开的负性介电各向异性液晶组合物具有旋转粘度低、响应速度快、以及良好的稳定性,非常适用于制造液晶显示元件,尤其适合于PS(聚合物稳定)或PSA(聚合物稳定配向)型的液晶显示器。(the invention relates to a negative dielectric anisotropy liquid crystal composition, a liquid crystal display element and a liquid crystal display. The liquid crystal composition with negative dielectric anisotropy comprises a first component consisting of one or more compounds shown as a formula I and a second component consisting of one or more polymerizable compounds: The negative dielectric anisotropic liquid crystal composition disclosed by the invention has the advantages of low rotational viscosity, high response speed and good stabilityIt is very suitable for the manufacture of liquid crystal display elements, especially for liquid crystal displays of the PS (polymer stabilized) or PSA (polymer sustained alignment) type.)

负介电各向异性液晶组合物、液晶显示元件及液晶显示器

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域。更具体地，涉及一种负介电各向异性液晶组合物、液晶显示元件及液晶显示器。

背景技术

薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)经历了漫长的基础研究阶段，在实现大生产、商业化之后，以其轻薄、环保、高性能等优点已经成为LCD应用中的主流产品：无论是小尺寸的手机屏、还是大尺寸的笔记本电脑(Notebook PC)或监视器(Monitor)，以及大型化的液晶电视(LCD-TV)，到处可见TFT-LCD的应用。

早期商用的TFT-LCD产品基本采用了TN显示模式，其最大问题是视角窄。随着产品尺寸的增加，特别是在TV领域的应用，具有广视野角特点的IPS显示模式、VA显示模式依次被开发出来并加以应用，尤其是基于VA显示模式的改进，分别先后在各大公司得到了突破性的发展，这主要取决于VA模式本身所具有的宽视野角、高对比度和无需摩擦配向等优势。此外，VA模式显示的对比度对液晶的光学各向异性(△n)、液晶盒的厚度(d)和入射光的波长(λ)依赖度较小，必将使得VA这种模式成为极具前景的显示技术。

但是，VA模式等的有源矩阵寻址方式的显示元件所用的液晶介质本身并不完美，例如，残像水平要明显差于正介电各向异性的显示元件，响应时间比较慢，驱动电压比较高等缺点。此时，一些新型的VA显示技术悄然而生：例如PSVA技术即实现了MVA/PVA类似的广视野角显示模式，也简化了CF工艺，从而降低CF成本的同时，提高了开口率，还可以获得更高的亮度，进而获得更高的对比度。此外，由于整面的液晶都有预倾角，没有多米诺延迟现象，在保持同样的驱动电压下还可以获得更快的响应时间，残像水平也不会受到影响，但是由于像素中Fine Slit密集分布电极，故如果电极宽度不能均匀分布，很容易出现显示不均的问题。例如UVVA技术，在保持PSVA技术优势的基础上，由于在TFT侧没有Slit结构，出现像素电极宽度不均引起的显示不均问题还得到了改进。虽然显示器件在不断的发展，但是人们还要一直致力于研究新的液晶组合物，得以使液晶组合物及其应用于显示器件的性能尤其是响应速度和对各种显示不良的改善不断的向前发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负介电各向异性液晶组合物，以及包括该液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器，旨在解决负介电各向异性液晶组合物响应时间慢的问题，其利用一种或多种式Ⅰ所示化合物组成的第一组分，以及一种或多种可聚合化合物组成的第二组分，实现降低负介电各向异性液晶组合物旋转粘度，提高响应速度。

为解决上述技术问题，本发明的第一方面为：

一种负介电各向异性液晶组合物，所述负介电各向异性液晶组合物包括一种或多种式Ⅰ所示化合物组成的第一组分，以及一种或多种可聚合化合物组成的第二组分：

其中，R₁表示碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、或者、碳原子数为3-8的链烯氧基，且R₁中任一个或多个CH₂任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；

R₂表示-(CH₂)_p-CH＝CH-C_qH_2q+1，p、q各自独立地表示0、1、2或3；

L₁、L₂各自独立的表示H、F或Cl；

各自独立地表示J₁、J₂各自独立地表示H、F或Cl。

前述可聚合化合物可以列举出例如，丙烯酸酯、丙烯酸酯衍生物、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯衍生物、苯乙烯、苯乙烯衍生物及环氧树脂中的一种或多种的组合。可聚合化合物可以单独地加到液晶组合物中，也可以使用两种或两种以上的可聚合化合物的混合物。

可选的，前述的负介电各向异性液晶组合物中，前述第一组分与前述第二组分的配比可以为，例如，以质量比计，前述第一组分配比为99-99.9％，前述第二组分配比为0.1-1％。

可选的，前述可聚合化合物为式Ⅱ所示化合物；

其中，R₃、R₄各自独立地表示W-Sp-、H、Cl、F、碳原子数为1-12的烷基；前述的碳原子数为1-12的烷基中一个或两个不相邻的CH₂基团任选被-O-、-CH₂＝CH₂-、-CO-、-OCO-或-COO-替代；其中R₃、R₄中至少一者表示W-Sp-；

各自独立的表示亚苯基、任选被W-Sp-、Cl、F、碳原子数为1-12的烷基、碳原子数为1-12的烷氧基取代的亚苯基、或茚满基，其中所述的碳原子数为1-12的烷基、碳原子数为1-12的烷氧基中一个或两个不相邻的CH₂基团任选被-O-、-CH₂＝CH₂-、-CO-、-OCO-或-COO-替代，且与R₃在的任意位置键合，与R₄在的任意位置键合；

n表示0、1或2；

W表示甲基丙烯酸酯基或丙烯酸酯基；

V、Sp各自独立地表示单键、-COO-、-CH₂O-或-CH₂CH₂-。

可选的，前述通式Ⅰ所示化合物选自式Ⅰ1-Ⅰ6所示的化合物组成的组，

其中，R₁表示碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、或者、碳原子数为3-8的链烯氧基；且R₁中任一个或多个CH₂任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；

R₂表示-(CH₂)_p-CH＝CH-C_qH_2q+1，p表示0、1、2或3，q表示0、1、2或3；

所述式Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ1-Ⅱ4所示化合物组成的组，

其中，R₄、K各自独立地表示W₁-Sq-、H、Cl、F、碳原子数为1-12的烷基，其中碳原子数为1-12的烷基中一个或两个不相邻的CH₂基团任选被-O-、-CH₂＝CH₂-、-CO-、-OCO-或-COO-替代，

W、W₁各自独立地表示甲基丙烯酸酯基或丙烯酸酯基；

V、Sp、Sq各自独立地表示单键、-COO-、-CH₂O-或-CH₂CH₂-；

I各自独立地表示0、1、2、3或4。

可选的，式Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ5-Ⅱ12所示化合物组成的组：

可选的，前述负介电各向异性液晶组合物还包含一种或多种式Ⅲ所示的化合物，

其中，R₅、R₆各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基，且R₅、R₆中任一个或多个CH₂任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；

各自独立地表示

r表示1或2。

可选的，前述一种或多种式Ⅲ所示化合物选自Ⅲ1-Ⅲ5所示的化合物组成的组，

其中，R₅、R₆各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基或碳原子数为1-10的烷氧基，且R₅、R₆中任一个或多个CH₂任选被环戊基、环丁基或环丙基替代。

式Ⅲ所示的化合物具有旋转粘度低的特性，使用在液晶组合物中，能够降低液晶组合物的旋转粘度，提高响应速度。

可选的，前述负介电各向异性液晶组合物还包含一种或多种式Ⅳ所示的化合物，

其中，R₇、R₈各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基或氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基，且R₇、R₈中任一个CH₂任选被环戊基、环丁基或环丙基替代；

Z₁、Z₂各自独立地表示单键、-COO-、-CH₂O-或者-CH₂CH₂-；

各自独立地表示 或者、

x表示1、2或3；y表示0或1。

可选的，前述一种或多种式Ⅳ所示的化合物选自Ⅳ1-Ⅳ13所示的化合物组成的组，

其中，R₇、R₈各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基或氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基，且R₇、R₈中任一个CH₂任选被环戊基、环丁基或环丙基替代。

式Ⅳ所示的化合物具有较大的负介电各向异性，使用在液晶组合物，能够有效降低液晶组合物的驱动电压。

可选的，前述负介电各向异性液晶组合物还包含一种或多种式Ⅴ所示的化合物。

其中，R₉、R₁₀各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基、氟取代的碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为1-10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1-10的烷氧基、碳原子数为2-10的链烯基、氟取代的碳原子数为2-10的链烯基、碳原子数为3-8的链烯氧基或氟取代的碳原子数为3-8的链烯氧基，且R₉、R₁₀中任一个CH₂任选被环戊基、环丁基或环丙基替代，Q₁表示-O-、-S-、-CH₂O-或-CH₂S-。

式Ⅴ所示的化合物具有相对于式Ⅳ更大的负介电各向异性，使用在液晶组合物中，能够使用更少含量的式Ⅴ所示极性化合物保持液晶组合物具有相同驱动电压，从而增加液晶组合物中性化合物的含量，起到降低液晶组合物粘度的作用。

可选的，前述负介电各向异性液晶组合物中，式Ⅰ所示化合物的质量百分比含量为1-50％，式Ⅱ所示化合物的质量百分比含量为0.1-1％，式Ⅲ所示化合物的质量百分比含量为10-50％，式Ⅳ所示化合物的质量百分比含量为1-60％，式Ⅴ所示化合物的质量百分比含量为1-50％；其中，液晶组合物中各液晶化合物的含量是以液晶组合物中式I、式III、式IV和式V所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

可选的，前述负介电各向异性液晶组合物中，式Ⅰ所示化合物的质量百分比含量为1-50％，式Ⅱ所示化合物的质量百分比含量为0.1-1％，式Ⅲ所示化合物的质量百分比含量为10-70％，其中，液晶组合物中各液晶化合物的含量是以液晶组合物中式I和式III所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

可选的，前述负介电各向异性液晶组合物中，式Ⅰ所示化合物的质量百分比含量为1-50％，式Ⅱ所示化合物的质量百分比含量为0.1-1％，式IV所示化合物的质量百分比含量为10-60％，其中，液晶组合物中各液晶化合物的含量是以液晶组合物中式I和式IV所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

可选的，前述负介电各向异性液晶组合物中，式Ⅰ所示化合物的质量百分比含量为1-50％，式Ⅱ所示化合物的质量百分比含量为0.1-1％，式V所示化合物的质量百分比含量为10-60％，其中，液晶组合物中各液晶化合物的含量是以液晶组合物中式I和式V所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

可选的，前述负介电各向异性液晶组合物中，式Ⅰ所示化合物的质量百分比含量为1-50％，式Ⅱ所示化合物的质量百分比含量为0.1-1％，式Ⅲ所示化合物的质量百分比含量为10-50％，式IV所示化合物的质量百分比含量为10-60％，其中，液晶组合物中各液晶化合物的含量是以液晶组合物中式I、式Ⅲ和式IV所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

可选的，前述负介电各向异性液晶组合物中，式Ⅰ所示化合物的质量百分比含量为1-50％，式Ⅱ所示化合物的质量百分比含量为0.1-1％，式Ⅲ所示化合物的质量百分比含量为10-50％，式V所示化合物的质量百分比含量为10-60％，其中，液晶组合物中各液晶化合物的含量是以液晶组合物中式I、式Ⅲ和式V所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

本发明另一方面提供一种液晶显示元件或液晶显示器，所述液晶显示元件或液晶显示器包含前述任一项所述的负介电各向异性液晶组合物，所述显示元件或显示器为PSA-VA、PSA-OCB、PS-IPS、PS-FFS、PS-TN或SA-VA显示元件或显示器。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：(1)本发明的负介电各向异性液晶组合物通过利用一种或多种式Ⅰ所示化合物组成的第一组分，以及一种或多种可聚合化合物组成的第二组分，使得负介电各向异性液晶组合物旋转粘度降低，响应速度提高。(2)本发明的液晶显示元件或液晶显示器，具有响应速度快的特点。

具体实施方式

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(℃)，DSC定量法测试；

S-N表示液晶的晶态到向列相的熔点(℃)；

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；

γ1表示旋转粘度(mPa·s),测试条件为25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；

ρ表示电阻率(Ω·cm)，测试条件为25±2℃，测试仪器为TOYO SR6517高阻仪和LE-21液体电极；

VHR表示电压保持率(％)，测试条件为20±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；

τ表示响应时间(ms)，的测试仪器为DMS-501，测试条件为25±0.5℃，测试盒为3.3微米IPS测试盒，电极间距和电极宽度均为10微米，摩擦方向与电极夹角为10°。

制备液晶介质所用的设备和仪器为：

(1)电子精密天平(精确度0.1mg)

(2)不锈钢烧杯：用于称量液晶

(3)勺子：用于加入单体

(4)磁力转子：用于搅拌

(5)控温电磁搅拌器。

液晶介质的制备方法包括以下步骤：

(1)将所用单体按顺序摆放整齐；

(2)把不锈钢烧杯放置在天平上，用小勺将单体盛入不锈钢烧杯中；

(3)依次按所需重量添加单体液晶；

(4)把加好料的不锈钢烧杯放置在磁力搅拌仪器上加热融化；

(5)待不锈钢烧杯中混合物大部份融化后，往不锈钢烧杯中加入一颗磁力转子，将液晶混合物搅拌均匀，冷却到室温后即得液晶介质。

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：

其代码为CC-Cp-V1；

其代码为PGP-Cpr1-2。

实施例1

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1液晶组合物的配方及相应的性能

实施例1中各液晶化合物的含量是以实施例1的液晶组合物中式I、式III、式IV、式V所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

实施例2

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2液晶组合物的配方及相应的性能

实施例2中各液晶化合物的含量是以实施例2的液晶组合物中式I、式III所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

实施例3

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3液晶组合物的配方及相应的性能

实施例3中各液晶化合物的含量是以实施例3的液晶组合物中式I、式IV所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

实施例4

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4液晶组合物的配方及相应的性能

实施例4中各液晶化合物的含量是以实施例4的液晶组合物中式I、式V所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

实施例5

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5液晶组合物的配方及相应的性能

实施例5中各液晶化合物的含量是以实施例5的液晶组合物中式I、式III、式V所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

实施例6

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6液晶组合物的配方及相应的性能

实施例6中各液晶化合物的含量是以实施例6的液晶组合物中式I、式IV、式V所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

实施例7

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7液晶组合物的配方及相应的性能

实施例7中各液晶化合物的含量是以实施例7的液晶组合物中式I、式III、式IV所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

实施例8

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8液晶组合物的配方及相应的性能

实施例8中各液晶化合物的含量是以实施例8的液晶组合物中式I、式III、式IV、式V所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

对比例1

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1液晶组合物的配方及相应的性能

对比例1中各液晶化合物的含量是以对比例1的液晶组合物中式III、式IV、式V及其他类别所示的化合物的总含量为100％作为基准来计算得到的。

由实施例8与对比例1的对比可以看出，实施例8提供的液晶组合物具有更大的Δn，更高的清亮点，且旋转粘度更低，因此液晶组合物具有更快的响应速度。由于式Ⅰ所示的化合物具有的烯基，而与苯环连接的烯基刚性相对于烷基更强。在液晶分子发生转动时，链段之间会相互缠绕，与苯环连接的烷基相对于与苯环连接烯基缠绕更为强烈，会影响液晶分子的转动，从而使得液晶分子的旋转粘度更大。因此式Ⅰ所示的具有与苯环连接的烯基化合物的旋转粘度更小，更有利于降低液晶组合物的旋转粘度，提高响应速度。将该液晶组合物应用于液晶显示元件或液晶显示器时，可以有效地提高液晶显示元件或液晶显示器的响应速度。