用於高分子取向工序的液晶混合物以及液晶顯示裝置的製作方法

2023-05-13 12:51:21

專利名稱：用於高分子取向工序的液晶混合物以及液晶顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明提供一種應用於高分子聚合取向(polymer stability alignment，PSA)工序的液晶混合物，尤指一種包含具有雙鍵官能團的液晶分子與具有甲基丙烯酸基的反應型單體的液晶混合物。

背景技術：
由於液晶顯示器具有輕薄短小等優點，已被廣範地應用在各式電子產品，如手機、個人數字助理(PDA)及筆記本型計算機(notebook)等，而且隨著大尺寸液晶顯示面板技術的快速發展，液晶顯示器已逐漸成為顯示器市場的主流產品。然而，由於液晶顯示器通常有視角窄小的缺點而成為發展上的限制條件，因此業界遂研發出一種多區域垂直取向(multi-domain verticalalignment，MVA)液晶顯示面板，因其具有廣視角與低響應時間(response time)等特性，因而成為目前大尺寸平面顯示面板的主流產品。
MVA液晶顯示面板是在上下玻璃基板的內面設置複數個突起結構，以使液晶分子產生一預傾角(pre-tilt angle)，因此必須利用薄膜沉積、黃光以及蝕刻等工序來形成突起結構，增加了工序的複雜度並使成本增加。此外，突起結構另有遮光、減少像素開口率(aperture ratio)以及降低液晶顯示面板亮度等缺點。
因此，業界另研發出一種高分子聚合取向工序，或稱為相分離取向(phaseseparation alignment，PSA)工序，利用高分子聚合物來取代MVA液晶顯示面板中的突起結構，以使液晶分子在顯示面板中具有預傾角。高分子聚合取向工序是在液晶混合物中加入反應型單體，再通過照光或加熱使反應型單體發生聚合反應以使液晶分子產生預傾角。然而，目前以高分子聚合取向工序製作的液晶顯示面板普遍存在了液晶材料的旋轉黏性(rotational viscosity)較大的問題，其會導致響應時間較長等缺點，進而影響液晶顯示面板的質量。
由上述可知，如何能以較簡單低廉的工序成本製作出兼顧廣視角和響應時間短等需求的液晶顯示面板，仍為本領域的重要課題。


發明內容
本發明的主要目的即在於提供具有特定液晶材料與反應型單體的組成配方的液晶混合物，以改善現有技術的PSA液晶顯示面板因旋轉黏性較大而影響響應時間的缺點。
本發明提供一種用於PSA工序的液晶混合物，其包含至少一種不具有雙鍵的第一液晶化合物、至少一種具有雙鍵官能團的第二液晶化合物以及至少一種具有甲基丙烯酸基(methacrylate)的反應型單體(reactive monomer)。其中，第二液晶化合物的濃度為液晶混合物中所有液晶材料的0.1至20重量百分比(w％)。
由於本發明所提供的液晶混合物包含具有雙鍵官能團的第二液晶化合物，因此可以降低液晶混合物的旋轉黏性以提高液晶材料的響應時間，此外，通過搭配特定濃度的第二液晶化合物和具有甲基丙烯酸基的反應型單體，能使本發明液晶混合物在PSA 工序中，提供良好的液晶取向功能，進而改善液晶顯示面板的整體工序成本以及顯示質量。



圖1至圖3為本發明液晶顯示面板的工序示意圖。
圖4與圖5為本發明液晶顯示面板與現有技術的液晶顯示面板的響應時間相對於驅動電壓的曲線圖。
其中，附圖標記說明如下 10液晶顯示面板 12下基板 14上基板 16框膠 18導電層 20導電層 22取向膜 24液晶混合物 26第一液晶化合物 28第二液晶化合物 30反應型單體 32聚合引發劑 34能量光 36高分子聚合物
具體實施例方式 請參考圖1至圖3，圖1至圖3為本發明液晶混合物應用於一液晶顯示面板10的工序示意圖。如圖1所示，首先提供二透明基板分別做為液晶顯示面板10的下基板12與上基板14(示於圖2)，其中下基板12的上表面可包含薄膜電晶體、驅動晶片及掃描線、訊號線等電子組件(未圖示)，而上基板14的下表面可包含彩色濾光片(未圖示)。將上基板14與下基板12洗淨後，可分別印刷取向膜22於其下表面與上表面，然後利用液晶滴下式(one drop fill，ODF)方法將本發明液晶混合物24填充於上、下基板14、12之間並加以組合(assembly)，然而本發明液晶顯示面板10也可利用傳統的液晶注入工序(liquid crystal injection process)而將液晶混合物24填充於上基板14與下基板12之間。ODF方法系先於下基板12的上表面塗布一框膠16，然後將本發明液晶混合物24滴至下基板12上表面，被框膠16所圍繞，再將上基板14對準覆蓋於下基板12上，並進行照光或烘烤工序以固化框膠16，完成液晶顯示面板10的組合。組合後的液晶顯示面板10可經由切割，並配合如軟性印刷電路板或外框等組件，作為一液晶顯示裝置使用。
請參考圖2，圖2顯示組合後的液晶顯示面板10的部分剖面示意圖，上基板14與下基板12表面各包含一導電層18、20，可分別當作共享電極與像素電極。此外，本發明的液晶混合物24包含至少一種不具有雙鍵的第一液晶化合物26、至少一種具有雙鍵官能團的第二液晶化合物28、至少一種具有甲基丙烯酸基(methacrylate)的反應型單體30以及至少一種聚合引發劑(initiator)32，其中反應型單體30為一熱聚合或光聚合反應型單體，而聚合引發劑32具有一重量百分比濃度X，優選為0％≤X≤0.002％。根據本發明，為改善前述現有技術的PSA液晶顯示面板響應時間較長的缺點，本發明液晶混合物24中特別包含了具有雙鍵官能團的烯類第二液晶化合物28，其具有降低混合物黏度的功能，因此可以有效降低液晶混合物24的旋轉黏性，改善液晶材料的響應時間。此種可以當作降黏度劑使用的第二液晶混合物28的化學結構將在本說明書後文中詳細介紹。
請參考圖3，在將液晶顯示面板10組裝完畢之後，進行一PSA工序首先可反覆地施加電壓於上、下基板14、12的導電層18、20以提供電場給液晶混合物24，使得如第一液晶化合物26與第二液晶化合物28的液晶分子偏轉至一預定角度後，在該電壓下利用一能量光34照射液晶顯示面板10，使得液晶混合物24內的反應型單體30沿著液晶分子的排列方向聚合且相分離而形成如圖3所示的高分子聚合物36。由於高分子聚合物36是沿液晶分子的排列方向形成於上、下基板14、12的取向膜22上，所以可以取代現有技術的MVA面板中的突起結構，使液晶分子產生一預傾角，便完成本發明液晶顯示面板10的製作。
如前所述，為了能使本發明液晶顯示面板10具有較短的響應時間，本發明的液晶混合物24包含了具有雙鍵官能團的第二液晶化合物28，其優選包含至少一如下式(1)的化合物
其中，R5為具有2至8個碳原子的烯基(alkenyl)； R6為具有1至12個碳原子的烷基(alkyl)，且R6中的1或2個不相鄰的CH2基團可另外被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-或-COO-所置換，其中氧(O)原子不直接彼此鍵合；d為0或1；以及
為經滷素取代或未經取代的苯基，例如為
或
更具體而言，第二液晶化合物28優選選自如下式(1-1)或(1-2)的化合物

其中R7為具有2至8個碳原子的烯基，而R8為具有1至8個碳原子的烷基。
另一方面，第一液晶化合物26可包含一至多個如下式(2)、 (3)、(4)的化合物


其中R1、R2、R3、R4獨立為具有1至12個碳原子的烷基，且R1、R2、R3、R4中的1或2個不相鄰的CH2基團可另外被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-或-COO-所置換，且O原子不直接彼此鍵合；

為

或

以及

與

獨立為



或
值得注意的是，由於在液晶混合物24中添加了具有雙鍵官能團的第二液晶混合物28，因此影響了液晶混合物24內其它材料的種類與含量等搭配性問題，為解決包含第二液晶混合物28的液晶混合物24所產生聚合反應不佳或對準失效等疑慮，本發明液晶混合物24的配方提供了特定液晶材料及其濃度和反應型單體30。在本發明的優選實施例中，第二液晶化合物26的濃度優選為液晶混合物24中所有液晶材料的0.1至20重量百分比(w％)。舉例而言，本發明液晶混合物24的液晶化合物組成可包含約30至70重量百分比的式(2)化合物、約10至50重量百分比的式(3)化合物、約20至60重量百分比的化合物(4)化合物以及約0.1至20重量百分比的第二液晶化合物28，其中該重量百分比濃度的表示是以該液晶混合物的液晶材料總重量為基準。
另一方面，本發明反應型單體30優選包含至少一選自如下式(5)、(6)、(7)、(8)及(9)的化合物




其中R為氫(H)、氟(F)、氯(Cl)、氰(CN)、SCN、-SF5H、NO2、具有1至12個碳原子的直鏈或支鏈烷基、或-X2-Sp2-P2；X1與X2獨立為-O-、-S-、-OCH2-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CO-N0R-、-N0R-CO-、-SCH2-、-CH2S-、-CH＝CH-COO-、-OOC-CH＝CH-或一單鍵；P1及P2獨立為一可聚合基團，且P1或P2優選為一甲基丙烯酸基，或者P1或P2兩者皆為甲基丙烯酸基；Sp1及Sp2獨立為一間隔基團(spacer group)或一單一基團，優選為後述的Q1、Q2所表示的基團；Lm獨立為氟、氯、氰或具有1至7個碳原子的烷基、烷羰基(alkylcarbonyl)、烷氧羰基(alkoxycarbonyl)或烷羰氧基(alkylcarbonyloxy)；m≥1；n≥1；以及Q1、Q2獨立為-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCH2-、-SCH2-、-CH2S-、-CH＝CH-COO-、-OOC-CH＝CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-C2H4-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-或一單鍵。此外，當R為具有1至12個碳原子的直鏈或支鏈烷基時，其中一至二個不相鄰的CH2基團可另外由-O-、-S-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、 -COO-、-S-CO-、-CO-S-或-C≡C-(alkyne)所置換，且O及/或S原子不直接彼此鍵合，以及當L為具有1至7個碳原子的烷基、烷羰基、烷氧羰基或烷羰氧基時，其一或多個H原子可另外被F或Cl所置換。更具體而言，在本發明的優選實施例中，反應型單體30可包含下式(10)的化合物
由於本發明液晶混合物24包含如上式(5)、 (6)、 (7)、 (8)、(9)的反應型單體30以及具有特定濃度的第二液晶化合物28，因此使得液晶混合物24的旋轉黏性有效降低，進而改善液晶顯示面板10的響應時間，且能改善液晶材料的對準情形。本發明液晶顯示面板10與現有技術的液晶顯示面板的響應時間與驅動電壓曲線圖可參考圖4與圖5。首先請參考圖4，圖4顯示出對液晶顯示面板施加特定電壓，以使液晶分子躺下平行於上下基板所需的響應時間(Ton)，根據圖4所示的曲線圖表，本發明液晶顯示面板10的響應時間通常較短於現有技術的液晶顯示面板，僅在6至7伏特的驅動電壓下，本發明液晶顯示面板10的響應時間會稍大於現有技術的液晶顯示面板。再參考圖5，圖5顯示出停止供應驅動電壓以使液晶分子彈回原預傾角度的響應時間(Toff)的曲線圖表，由圖5可清楚發現本發明液晶顯示面板10的響應時間明顯比現有技術的液晶顯示面板減少很多，約減少3至4毫秒，其原因在於本發明液晶混合物包含了具有降黏度劑功能的第二液晶化合物28以及反應型單體30，因此可以有效減少液晶混合物24的旋轉黏性並減少響應時間Toff。
相較於現有技術，由於本發明所提供的液晶顯示裝置或其所包含液晶混合物包含具有雙鍵官能團的第二液晶混合物，並配合第二液晶混合物的特定濃度以及具甲基丙烯酸基的反應型單體等特殊配方，可以有效降低液晶混合物的旋轉黏性，以達到改善液晶顯示裝置的整體響應時間的功能，同時兼顧在PSA工序後液晶分子的對準功能，以提供工序簡單、成本低廉、具有廣視角和響應時間小等優點的液晶顯示裝置。
以上所述僅為本發明的優選實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種用於高分子取向工序的液晶混合物，其包含
至少一種不具有雙鍵的第一液晶化合物；
至少一種具有雙鍵官能團的第二液晶化合物，其濃度為該液晶混合物中所有液晶材料的0.1～20重量％；以及
至少一種具有甲基丙烯酸基的反應型單體。
2.如權利要求1所述的液晶混合物，其中，所述第二液晶化合物包含至少一種用下式(1)表示的化合物
其中，R5為具有2至8個碳原子的烯基；
R6為具有1至12個碳原子的烷基；
d為0或1；以及
為經滷素取代或未經取代的苯基。
3.如權利要求2所述的液晶混合物，其中，
為
或
4.如權利要求2所述的液晶混合物，其中，R6中的一個或兩個不相鄰的CH2基團可被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-或-COO-所置換，且氧原子不直接彼此鍵合。
5.如權利要求2所述的液晶混合物，其中，所述第二液晶化合物選自用下式(1-1)或(1-2)表示的化合物
其中R7為具有2至8個碳原子的烯基，而R8為具有1至8個碳原子的烷基。
6.如權利要求1所述的液晶混合物，其中，所述第一液晶化合物包含至少一個用下式(2)、(3)、(4)表示的化合物
其中R1、R2、R3、R4獨立為具有1至12個碳原子的烷基；
為
或
以及
與
獨立為
或
7.如權利要求6所述的液晶混合物，其中，R1、R2、R3、R4中的一個或兩個不相鄰的CH2基團可被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-或-COO-所置換，且O原子不直接彼此鍵合。
8.如權利要求6所述的液晶混合物，其中，液晶化合物的組成包含
30至70重量百分比的式(2)化合物；
10至50重量百分比的式(3)化合物；
20至60重量百分比的化合物(4)化合物；以及
0.1至20重量百分比的所述第二液晶化合物；
其中，該重量百分比濃度以該液晶混合物的液晶材料總重量為基準。
9.如權利要求1所述的液晶混合物，其中，所述反應型單體選自用下式(5)、(6)、(7)、(8)及(9)表示的化合物
其中R為H、F、Cl、CN、SCN、-SF5H、NO2、具有1至12個碳原子的直鏈或支鏈烷基、或-X2-Sp2-P2；
X1與X2獨立為-O-、-S-、-OCH2-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CO-N0R-、-N0R-CO-、-SCH2-、-CH2S-、-CH＝CH-COO-、-OOC-CH＝CH-或一單鍵；
P1及P2獨立為可聚合基團；
Sp1及Sp2獨立為間隔基團或單一基團；
Lm獨立為氟、氯、氰或具有1至7個碳原子的烷基、烷羰基、烷氧羰基或烷羰氧基；
m≥1；
n≥1；以及
Q1、Q2獨立為-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCH2-、-SCH2-、-CH2S-、-CH＝CH-COO-、-OOC-CH＝CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-C2H4-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-或一單鍵。
10.如權利要求9所述的液晶混合物，其中，當R為具有1至12個碳原子的直鏈或支鏈烷基時，其中一至二個不相鄰的CH2基團可由-O-、-S-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-S-CO-、-CO-S-或-C≡C-所置換，且O及/或S原子不直接彼此鍵合。
11.如權利要求9所述的液晶混合物，其中，P1或P2為甲基丙烯酸基。
12.如權利要求11所述的液晶混合物，其中，P1及P2均為甲基丙烯酸基。
13.如權利要求9所述的液晶混合物，其中，當L為具有1至7個碳原子的烷基、烷羰基、烷氧羰基或烷羰氧基時，其一或多個H原子可被F或Cl所置換。
14.如權利要求1所述的液晶混合物，其中，所述反應型單體為熱聚合或光聚合反應型單體。
15.如權利要求1所述的液晶混合物，進一步包含聚合引發劑，其重量百分比濃度為X，且0％≤X≤0.002％。
16.一種液晶顯示裝置，其用於高分子取向工序，該裝置包含
一上基板與一下基板；以及
一液晶混合物，設置於該上基板與該下基板之間，其包含
至少一種不具有雙鍵的第一液晶化合物；
至少一種具有雙鍵官能團的第二液晶化合物，其濃度為該液晶混合物中所有液晶材料的0.1～20重量％；以及
至少一種具有甲基丙烯酸基的反應型單體。
全文摘要
本發明提供一種用於高分子聚合取向工序的液晶混合物，包含至少一種不具有雙鍵的第一液晶化合物、至少一種具有雙鍵官能團的第二液晶化合物以及至少一種具有甲基丙烯酸基的反應型單體，其中第二液晶化合物的濃度為液晶混合物中的所有液晶材料的0.1～20重量％。
文檔編號G02F1/13GK101144944SQ20071016694
公開日2008年3月19日 申請日期2007年11月8日 優先權日2007年11月8日
發明者謝忠憬, 白家瑄, 鄭德勝 申請人:友達光電股份有限公司