液晶組合物和使用其的液晶顯示器裝置的製作方法

2023-06-19 16:25:56 2

專利名稱：液晶組合物和使用其的液晶顯示器裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及液晶組合物，且特別是涉及對於液晶混合物的方法、系統和裝置，其顯 示藍相且用於高分子穩定組合物，且液晶顯示器亦包括液晶組合物。
背景技術：
液晶顯示器裝置廣泛使用於光學數據處理領域。模式包括扭曲向列(twister nematic)、超扭曲向列(super twisted nematic, STN)、平面轉換(in-plane switching) > 垂直對齊、多區域垂直排列(multi-domain vertical alignment，MVA)、光學補償彎曲 (optically compensated bend, OCB)以及其它技術。全部的這些模式在施加電壓且改變 傳送光的偏振方向和偏振狀態時，造成液晶分子方向已經被控制。這些改變在偏振板之類 的轉換成光和暗反差以作為顯示。
為了控制液晶分子方向，這些傳統液晶顯示器模式皆需要表面方向處理。除了 多區域垂直排列之外，都需要配向處理。配向處理為使用布或類似的物品來對配向薄膜 (alignment film)做配向的處理方法。配向薄膜被塗布於基板表面且接觸液晶，結果因為 微塵和微放電造成的高靜電電壓使得成本增加。
灰塵在超微像素電極和薄膜電晶體形成的程序中會造成一些問題，此程序中薄膜 沉積、曝光和蝕刻一再重複。區域放電將損害配向薄膜，或造成薄膜電晶體和透明電極例如 氧化銦錫中的訊號中斷或是靜電放電損害。微塵粒子或微放電的存在將造成良率下降以及 較差的顯示質量。此外，所有上述的模式使用向列型液晶(nematic liquid crystal)，且其 反應時間最短大約數毫秒，因此限制電視上的動態圖像顯示的應用。發明內容
本發明的主要目標為提供用於液晶組合物以及液晶顯示器的操作溫度範圍廣的 高分子穩定藍相。
本發明的第二目標為提供表現高分子穩定藍相的液晶組合物，以及也表現高分子 穩定藍相且具有低臨界和操作電壓的液晶顯示器。
本發明的第三目標為提供用於具有可變化的低驅動電壓的藍相液晶顯示器裝置 的新的方法、系統和裝置。
本發明的第四目標為提供用於具有高光效率的低驅動電壓的藍相液晶顯示器裝 置的新方法、系統和裝置。
本發明製造高分子穩定藍相液晶。通過適當使用本發明，高分子液晶組合物表現 的清亮點溫度增加至100°C或更高。利用高光學和高介電各向異性液晶，已得到非常高的光 學和介電各向異性的組合物。具有如此高的光學和介電各向異性，使得減少顯示器的光電 單元的厚度以及比本發明之前的普通液晶材料得到更低的臨界和操作電壓的情形成為可 能。
在本發明的一實施例中，提供藍相液晶組合物，其包含一液晶組分，該液晶組分包含一核心基團、至少一個末端基團、一側基，其中之一連接至核心基團。其中核心基團具有 第一端和第二端，且形成中心軸，核心基團選自環狀基團，環狀基團由苯基、環己基和雜環 基中的至少一種組成。末端基團連接至核心基團的第一端和第二端且選自非極性基團和 極性基團，非極性基團由烷基、烷氧基和烯基中的至少一種組成，極性基團選自氟(F)、氯 (Cl)、氰基(CN)、異硫氰酸酯(NCS)、烷氧基氟烷基(OCF2)和三氟甲基(CF3)中的至少一 種，通過沿著主分子軸拉長η-電子共軛而增加光學各向異性。側基設置於核心基團的第 一端和第二端之間，且選自非極性基團和極性基團，非極性基團由烷基、烷氧基和烯基中的 至少一種組成，極性基團選自氟(F)、氯(Cl)、氰基(CN)、異硫氰酸酯(NCQ、烷氧基氟烷基 (OCF2)和三氟甲基(CF3)中的至少一種，以增加該液晶組合物的熔點溫度。合成的液晶組 合物在大約-40°C至大約106°C的操作溫度下具有高光學和介電各向異性，液晶組合物在 液晶顯示器應用中具有低臨界和操作電壓以及較佳發光效率。
在本發明的一實施例中，提供用在液晶組合物中的液晶組分，該液晶組分選自化 學式⑴
Rl-[Al] m-Zl_ (CyOBO)-[A2]n-Z2_ [A3] p_R2 (I)
其中，Rl和R2相同或不同，且Rl和R2選自氫原子、具有1到10個碳原子的取代 和未取代的烷基、具有1到10個碳原子的取代和未取代的烯基、滷素原子、氰基(CN)、異硫 氰酸酯基(NCS)、烷氧基氟烷基(OCF2)和三氟甲基(CF3),其中一個或更多個CH2基團可被-0-、-S-、-coo-、-co-、-0C0-或-0-C00-替代；
Al、A2和A3相同或不同，且Al、A2和A3選自1，4_亞環己基(1， 4-cyclohexylene)、1,4_ 亞環己烯基(1,4-cyclohexenylene)、1,4_ 亞苯基(1， 4-phenylene) >2,6-^ (2,6-naphthalene) >2,6- IZIIM1^ (2,6-tetrahydronaphtalene)、2， 6- 二氫萘(2，6-dihydronaphthalene)、4，4，-亞聯苯基(4，4，-biphenylene)、2_ 氟-1，4-亞苯基(2-fluoro-1,4-phenylene)、3-氟-1,4-亞苯基(3-f luoro-1,4-phenylene)、或 2,3- 二氟-1，4-亞苯基 Q，3-difluo-l，4-phenylene)、7_ 氟萘(7-fluoronaphthalene)、 8~ M ^ (8-fluoronaphthalene)>7,8- 二氣蔡(7,8-difluoronaphthalene)或 1， 7,8- H 氟萘(l，7，8-trifluoronaphthalene)、4，-[2，，6，，3，5-四氟]-4-聯苯 基(4， -[2，，6，，3，5-tetrafluoro]-4-biphenyl)、4， -[2，，3，5-三氟]-4-聯苯 基(4，-[2，，3，5-trifluoro]-4-biphenyl)、4，-[3，5_ 二 氟]_4_ 聯苯基(4，-[3，5-difluoro]-4-biphenyl)和 4，-[3_ 二氟]-4-聯苯基(4' -[3-difluoro]-4-biphenyl)；
Zl 和 Z2 相同或不同，且 Zl 和 Z2 選自單鍵、-CH2CH2-、-CH = CH-,-C = C-、-C00_、 -co-、-OCO-和-0-C00-；以及
m、n和ρ相同或不同，且m、n和ρ選自O、1或2，其中m、η和ρ中的至少一個等於或大於1。
在一些實施例中，液晶組合物可進一步包含高極性液晶組分，其選自
權利要求
1.-種液晶組合物，其包含一液晶組分，其中該液晶組分選自化學式(I)Rl-[Al]m-Zl-(CyOBO)-[A2] ~12~[A3] -R2⑴其中，Rl和R2相同或不同，且Rl和R2選自氫原子、具有1到10個碳原子的取代和未 取代的烷基、具有1到10個碳原子的取代和未取代的烯基、滷素原子、氰基(CN)、異硫氰酸 酯基(NCS)、烷氧基氟烷基(OCF2)和三氟甲基(CF3)，其中一個或更多個CH2基團可被-0-、-S-、-coo-、-co-、-0C0-或-0-C00-替代；A1、A2和A3相同或不同，且A1、A2和A3選自1，4-亞環己基、1，4-亞環己烯基、1，4-亞 苯基、2，6_萘、2，6_四氫萘、2，6_ 二氫萘、4，4，-亞聯苯基、2-氟-1，4-亞苯基、3-氟-1， 4-亞苯基、2，3- 二氟-1,4-亞苯基、7-氟萘、8-氟萘、7，8- 二氟萘、1，7，8-三氟萘、4，-[2，， 6，，3，5-四氟]-4-聯苯基、4，-[2，，3，5-三氟]-4-聯苯基、4，_[3，5- 二氟]-4-聯苯基和 4』 -[3-二氟]-4-聯苯基；Zl 和 Z2 相同或不同，且 Zl 和 Z2 選自單鍵、-CH2CH2-、-CH = CH-,-C = C-、-C00-、-C0_ ,-0C0-和-0-C00-；以及m、n和ρ相同或不同，且m、n和ρ選自0、1或2，其中m、η和ρ中的至少一個等於或大 於1。
2.權利要求1所述的液晶組合物，還包含一高極性液晶組分，該高極性液晶組分選自
3.權利要求2所述的液晶組合物，其中該高極性液晶組分進一步選自
4.權利要求1所述的液晶組合物，其中該液晶組分更進一步選自化學式(II)
5.權利要求1所述的液晶組合物，還包含一高共軛液晶組分，該高共軛液晶組分選自
6.權利要求5所述的液晶組合物，其中該高共軛液晶組分進一步選自
7.權利要求1所述的液晶組合物，還包含對手性摻雜物，用以誘導該液晶組合物中的藍相，其中該對手性摻雜物的量佔該液晶 組合物總重量的大約4重量％至35重量％。
8.權利要求1所述的液晶組合物，其中該液晶組分的使用量佔該液晶組合物總重量的 大約5重量％ 70重量％，該液晶組合物用於薄膜電晶體液晶顯示器中。
9.權利要求1所述的液晶組合物，其中該液晶組分的結構為
10.權利要求1所述的液晶組合物，其中在大約-40°C至大約106°C的操作溫度下，該液 晶組合物具有高光學和介電各向異性。
11.權利要求1所述的液晶組合物，還包含一液晶組分，該液晶組分包含一核心基團、 至少一個末端基團、一側基，其中之一連接至該核心基團，其中該核心基團具有第一端和第二端，且形成一中心軸，該核心基團選自環狀基團，該環狀 基團由苯基、環己基和雜環基中的至少一種組成；該末端基團連接至該核心基團的第一端和第二端且選自非極性基團和極性基團，該非 極性基團由烷基、烷氧基和烯基中的至少一種組成，該極性基團選自氟(F)、氯(Cl)、氰基 (CN)、異硫氰酸酯(NCS)、烷氧基氟烷基(oog和三氟甲基(CF3)中的至少其中一種組成， 通過沿著主分子軸拉長H-電子共軛而增加光學各向異性；該側基設置於該核心基團的第一端和第二端之間，且選自非極性基團和極性基團，該 非極性基團由烷基、烷氧基和烯基中的至少一種組成，該極性基團選自氟(F)、氯(Cl)、氰 基(CN)、異硫氰酸酯(NCS)、烷氧基氟烷基(OCF2)和三氟甲基(CF3)中的至少一種組成，以 增加該液晶組合物的熔點溫度；以及合成的該液晶組合物在大約-40°C至大約106°C的操作溫度下具有高光學和介電各向 異性，該液晶組合物在液晶顯示器應用中具有低臨界和操作電壓和較佳發光效率。
12.液晶顯示器裝置，包括 第一透明基板；第二透明基板；液晶單元，包括藍相液晶層，該藍相液晶層被夾置於該第一透明基板和該第二透明基 板之間；第一線性偏光板，其設置於該藍相液晶層的觀看者側的後方； 第二線性偏光板，其設置於該藍相液晶層的觀看者側上；至少一個光學延遲補償膜，其設置於該第一線性偏光板和該第二線性偏光板之間；以及多個像素，其具有多個圖案化驅動電極，所述圖案化驅動電極形成於相同的該第一透 明基板和該第二透明基板其中之一上，所述各像素包括第一圖案化像素電極，其剖面為梯形和T型中的一種，以作為驅動像素電極；以及 第二電極，其剖面為梯形和T型中的一種，以作為共同電極；其中，形成於該第一透明基板或該第二透明基板的表面上的該第一圖案化像素電極與 該第二電極各具有實質上超過0.5微米的電極高度，產生自該第一圖案化像素電極與該第 二電極的實質的電場穿過至該藍相液晶層中，且這些電場會誘導光的雙折射，以獲得相位 延遲而產生不同的灰階。
13.權利要求12所述的液晶顯示器裝置，其中該電極高度為大約2微米到大約4微米。
14.權利要求12所述的液晶顯示器裝置，其中形成於該第一和該第二透明基板之間的該藍相液晶層的一單元間隔為大約2微米到大約20微米。
15.權利要求12所述的液晶顯示器裝置，其中所述各像素電極形成一梯形形狀，該梯 形形狀的底部寬度為大約2微米到大約10微米，該梯形形狀的頂部寬度為大約1微米到大 約5微米，且該梯形形狀的垂直高度為大約0. 5微米到大約5微米。
16.權利要求12所述的液晶顯示器裝置，其中所述各像素電極和所述各共同電極形成 一 T型，該T型的底部寬度為大約2微米到大約10微米，該T型的頂部寬度為大約1微米 到大約5微米，該T型的第一高度為大約0. 5微米到大約3微米，且該T型的第二高度為大 約0.5微米到大約3微米。
17.權利要求12所述的液晶顯示器裝置，其中這些像素電極和這些共同電極皆形成於 該第一透明基板或該第二透明基板上。
18.權利要求12所述的液晶顯示器裝置，其中這些像素電極和這些共同電極形成於相 對的該第一透明基板和該第二透明基板上。
19.權利要求12所述的液晶顯示器裝置，其中這些像素電極和這些共同電極的形狀選 自縱向條狀、V型、鋸齒形和梳形。
20.權利要求12所述的液晶顯示器裝置，其中這些像素電極和這些共同電極形成於該 第一透明基板和該第二透明基板兩者上。
21.權利要求12所述的液晶顯示器裝置，其中該第一線性偏光板和該第二線性偏光板 由透射軸互相垂直的二向色性高分子膜組成。
22.權利要求21所述的液晶顯示器裝置，其中該第一線性偏光板和該第二線性偏光板 由透射軸互相垂直的基於聚乙烯醇的薄膜組成。
23.權利要求12所述的液晶顯示器裝置，其中該光學延遲補償膜為雙軸薄膜，該雙軸 薄膜Nz (Nz= (nx-nz)/(nx-ny))係數大約為0. 5，且平面相延遲Rtl = dX (nx-ny)為250納米 到300納米。
24.權利要求12所述的液晶顯示器裝置，其中該液晶層包括多個液晶分子，其中這些 液晶分子中的至少一種選自化學式(I)Rl- [Al]m-Zl- (CyOBO) - [A2] ~12~ [A3]p-R2 (I)其中，Rl和R2相同或不同，且Rl和R2選自氫原子、具有1到10個碳原子的取代和未 取代的烷基、具有1到10個碳原子的取代和未取代的烯基、滷素原子、氰基(CN)、異硫氰酸 酯基(NCS)、烷氧基氟烷基(OCF2)和三氟甲基(CF3)，其中一個或更多個CH2基團可被-0-、-S-、-coo-、-co-、-0C0-或-0-C00-替代；A1、A2和A3相同或不同，且A1、A2和A3選自1，4-亞環己基、1，4-亞環己烯基、1，4-亞 苯基、2，6_萘、2，6_四氫萘、2，6_ 二氫萘、4，4，-亞聯苯基、2-氟-1，4-亞苯基、3-氟-1， 4-亞苯基、2，3- 二氟-1,4-亞苯基、7-氟萘、8-氟萘、7，8- 二氟萘、1，7，8-三氟萘、4，-[2，， 6，，3，5-四氟]-4-聯苯基、4，-[2，，3，5-三氟]-4-聯苯基、4，_[3，5- 二氟]-4-聯苯基和 4』 -[3-二氟]-4-聯苯基；Zl 和 Z2 相同或不同，且 Zl 和 Z2 選自單鍵、-CH2CH2-、-CH = CH-,-C = C-、-C00-、-C0_ ,-0C0-和-0-C00-；以及m、n和ρ相同或不同，且m、n和ρ選自0、1或2，其中m、η和ρ中的至少一個等於或大 於1。
25.權利要求12所述的液晶顯示器裝置，其中該液晶層包括多個液晶分子，其中這些 液晶分子中的至少一種選自化學式(II)其中，R3選自氫原子、具有1到10個碳原子的取代和未取代的烷基、具有1到10個碳原 子的取代和未取代的烯基、滷素原子、氰基(CN)、異硫氰酸酯基(NCQ、烷氧基氟烷基
26.液晶顯示器裝置，包括 第一透明基板；第二透明基板；液晶單元，其包括藍相液晶層，該藍相液晶層被夾置於該第一和該第二透明基板之間；第一線性偏光板，其設置於該液晶層的觀看者側的後方； 第二線性偏光板，其設置於該液晶層的觀看者側上； 至少一光學延遲補償膜，其設置於該第一和該第二線性偏光板之間；以及 多個像素，其具有多個圖案化驅動電極，所述圖案化驅動電極形成於該第一透明和該 第二透明基板兩者上，還包括第一圖案化像素電極，其剖面的形狀為梯形和T型中的一種，以於該第一透明基板上 作為第一驅動像素電極；第二電極，其剖面的形狀為梯形和T型中的一種，以於該第一透明基板上作為第一共 同電極；第三圖案化像素電極，其剖面的形狀為梯形和T型中的一種，以於該第二透明基板上 作為第二驅動像素電極；以及第四電極，其剖面的形狀為梯形和T型中的一種，以於該第二透明基板上作為第二共 同電極；其中，形成於該第一透明基板或第二透明基板的表面上的該第一圖案化像素電極、該 第二電極、該第三圖案化像素電極與該第四電極各自具有實質上超過0.5微米的電極高 度，產生自該第一圖案化像素電極、該第二電極、該第三圖案化像素電極與該第四電極的實 質的電場穿過至該藍相液晶層中，且這些電場會誘導光的雙折射，以獲得相位延遲產生不 同的灰階。
27.液晶顯示器裝置，包括 第一透明基板；第二透明基板；液晶單元，其包括藍相液晶層，所述藍相液晶層被夾置於該第一和該第二透明基板之間；第一線性偏光板，其設置於該藍相液晶層的觀看者側的後方；第二線性偏光板，其設置於該藍相液晶層的觀看者側上；以及 多個像素，其設置於該第一透明基板和該第二透明基板之間，所述各像素包括 透射區域，其包括第一電極對與第二電極對，該第一電極對設置於該第一透明基板上， 該第二電極對設置於該第二透明基板上；和反射區域，其包括第三電極對，其設置於該第二透明基板之上，該第一電極對、該第二 電極對與該第三電極對各自包括一像素電極與一共同電極。
全文摘要
本發明涉及液晶組合物和使用其的液晶顯示器裝置，更具體而言，涉及藍相液晶組合物以及使用該藍相液晶組合物的液晶顯示器。所述液晶組合物包括第一類和第二類，其中第一類包含高極性組分，第二類包含高共軛液晶成分。所述藍相液晶顯示器裝置包括第一基板和第二基板，所述各基板具有一偏光板位於其外部表面上，且所述藍相液晶組合物夾置於所述第一基板和第二基板之間，且圖案化電極位於其中一個基板或兩者之上。所述圖案化電極可為T型、V形線條或V型、薄梳形之類的形狀，且還可為平坦狀或梯形狀。所述裝置由電性控制誘導藍相液晶材料的雙折射以輸出不同的光傳輸，使藍相液晶顯示器裝置可具有低驅動電壓和高透射率的特性。
文檔編號C09K19/20GK102031121SQ20101050592
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月29日 優先權日2009年9月29日
發明者吳詩聰, 塞巴斯蒂安·加薩, 姜俊宏, 徐旭寬, 葛志兵, 覃昭龍, 饒玲暉 申請人:中佛羅裡達大學研究基金會, 奇美電子股份有限公司