專利名稱：用于高分子取向工序的液晶混合物以及液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種應(yīng)用于高分子聚合取向(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(tuán)的液晶分子與具有甲基丙烯酸基的反應(yīng)型單體的液晶混合物。

背景技術(shù)：
由于液晶顯示器具有輕薄短小等優(yōu)點(diǎn)，已被廣范地應(yīng)用在各式電子產(chǎn)品，如手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)及筆記本型計(jì)算機(jī)(notebook)等，而且隨著大尺寸液晶顯示面板技術(shù)的快速發(fā)展，液晶顯示器已逐漸成為顯示器市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。然而，由于液晶顯示器通常有視角窄小的缺點(diǎn)而成為發(fā)展上的限制條件，因此業(yè)界遂研發(fā)出一種多區(qū)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(yīng)時(shí)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(chǎn)品。
MVA液晶顯示面板是在上下玻璃基板的內(nèi)面設(shè)置復(fù)數(shù)個(gè)突起結(jié)構(gòu)，以使液晶分子產(chǎn)生一預(yù)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(lái)形成突起結(jié)構(gòu)，增加了工序的復(fù)雜度并使成本增加。此外，突起結(jié)構(gòu)另有遮光、減少像素開(kāi)口率(aperture ratio)以及降低液晶顯示面板亮度等缺點(diǎn)。
因此，業(yè)界另研發(fā)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(lái)取代MVA液晶顯示面板中的突起結(jié)構(gòu)，以使液晶分子在顯示面板中具有預(yù)傾角。高分子聚合取向工序是在液晶混合物中加入反應(yīng)型單體，再通過(guò)照光或加熱使反應(yīng)型單體發(fā)生聚合反應(yīng)以使液晶分子產(chǎn)生預(yù)傾角。然而，目前以高分子聚合取向工序制作的液晶顯示面板普遍存在了液晶材料的旋轉(zhuǎn)黏性(rotational viscosity)較大的問(wèn)題，其會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等缺點(diǎn)，進(jìn)而影響液晶顯示面板的質(zhì)量。
由上述可知，如何能以較簡(jiǎn)單低廉的工序成本制作出兼顧廣視角和響應(yīng)時(shí)間短等需求的液晶顯示面板，仍為本領(lǐng)域的重要課題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的即在于提供具有特定液晶材料與反應(yīng)型單體的組成配方的液晶混合物，以改善現(xiàn)有技術(shù)的PSA液晶顯示面板因旋轉(zhuǎn)黏性較大而影響響應(yīng)時(shí)間的缺點(diǎn)。
本發(fā)明提供一種用于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(tuán)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(yīng)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％)。
由于本發(fā)明所提供的液晶混合物包含具有雙鍵官能團(tuán)的第二液晶化合物，因此可以降低液晶混合物的旋轉(zhuǎn)黏性以提高液晶材料的響應(yīng)時(shí)間，此外，通過(guò)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(yīng)型單體，能使本發(fā)明液晶混合物在PSA 工序中，提供良好的液晶取向功能，進(jìn)而改善液晶顯示面板的整體工序成本以及顯示質(zhì)量。



圖1至圖3為本發(fā)明液晶顯示面板的工序示意圖。
圖4與圖5為本發(fā)明液晶顯示面板與現(xiàn)有技術(shù)的液晶顯示面板的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電壓的曲線圖。
其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下 10液晶顯示面板 12下基板 14上基板 16框膠 18導(dǎo)電層 20導(dǎo)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(yīng)型單體 32聚合引發(fā)劑 34能量光 36高分子聚合物
具體實(shí)施例方式 請(qǐng)參考圖1至圖3，圖1至圖3為本發(fā)明液晶混合物應(yīng)用于一液晶顯示面板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(示于圖2)，其中下基板12的上表面可包含薄膜晶體管、驅(qū)動(dòng)芯片及掃描線、訊號(hào)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洗凈后，可分別印刷取向膜22于其下表面與上表面，然后利用液晶滴下式(one drop fill，ODF)方法將本發(fā)明液晶混合物24填充于上、下基板14、12之間并加以組合(assembly)，然而本發(fā)明液晶顯示面板10也可利用傳統(tǒng)的液晶注入工序(liquid crystal injection process)而將液晶混合物24填充于上基板14與下基板12之間。ODF方法系先于下基板12的上表面涂布一框膠16，然后將本發(fā)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(duì)準(zhǔn)覆蓋于下基板12上，并進(jìn)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。組合后的液晶顯示面板10可經(jīng)由切割，并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(qǐng)參考圖2，圖2顯示組合后的液晶顯示面板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(dǎo)電層18、20，可分別當(dāng)作共享電極與像素電極。此外，本發(fā)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(tuán)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(yīng)型單體30以及至少一種聚合引發(fā)劑(initiator)32，其中反應(yīng)型單體30為一熱聚合或光聚合反應(yīng)型單體，而聚合引發(fā)劑32具有一重量百分比濃度X，優(yōu)選為0％≤X≤0.002％。根據(jù)本發(fā)明，為改善前述現(xiàn)有技術(shù)的PSA液晶顯示面板響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，本發(fā)明液晶混合物24中特別包含了具有雙鍵官能團(tuán)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(zhuǎn)黏性，改善液晶材料的響應(yīng)時(shí)間。此種可以當(dāng)作降黏度劑使用的第二液晶混合物28的化學(xué)結(jié)構(gòu)將在本說(shuō)明書(shū)后文中詳細(xì)介紹。
請(qǐng)參考圖3，在將液晶顯示面板10組裝完畢之后，進(jìn)行一PSA工序首先可反復(fù)地施加電壓于上、下基板14、12的導(dǎo)電層18、20以提供電場(chǎng)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(zhuǎn)至一預(yù)定角度后，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(nèi)的反應(yīng)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。由于高分子聚合物36是沿液晶分子的排列方向形成于上、下基板14、12的取向膜22上，所以可以取代現(xiàn)有技術(shù)的MVA面板中的突起結(jié)構(gòu)，使液晶分子產(chǎn)生一預(yù)傾角，便完成本發(fā)明液晶顯示面板10的制作。
如前所述，為了能使本發(fā)明液晶顯示面板10具有較短的響應(yīng)時(shí)間，本發(fā)明的液晶混合物24包含了具有雙鍵官能團(tuán)的第二液晶化合物28，其優(yōu)選包含至少一如下式(1)的化合物
其中，R5為具有2至8個(gè)碳原子的烯基(alkenyl)； R6為具有1至12個(gè)碳原子的烷基(alkyl)，且R6中的1或2個(gè)不相鄰的CH2基團(tuán)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(jīng)鹵素取代或未經(jīng)取代的苯基，例如為
或
更具體而言，第二液晶化合物28優(yōu)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(gè)碳原子的烯基，而R8為具有1至8個(gè)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(gè)如下式(2)、 (3)、(4)的化合物


其中R1、R2、R3、R4獨(dú)立為具有1至12個(gè)碳原子的烷基，且R1、R2、R3、R4中的1或2個(gè)不相鄰的CH2基團(tuán)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(dú)立為



或
值得注意的是，由于在液晶混合物24中添加了具有雙鍵官能團(tuán)的第二液晶混合物28，因此影響了液晶混合物24內(nèi)其它材料的種類與含量等搭配性問(wèn)題，為解決包含第二液晶混合物28的液晶混合物24所產(chǎn)生聚合反應(yīng)不佳或?qū)?zhǔn)失效等疑慮，本發(fā)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(yīng)型單體30。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，第二液晶化合物26的濃度優(yōu)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(fā)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(zhǔn)。
另一方面，本發(fā)明反應(yīng)型單體30優(yōu)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(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基、或-X2-Sp2-P2；X1與X2獨(dú)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(dú)立為一可聚合基團(tuán)，且P1或P2優(yōu)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(dú)立為一間隔基團(tuán)(spacer group)或一單一基團(tuán)，優(yōu)選為后述的Q1、Q2所表示的基團(tuán)；Lm獨(dú)立為氟、氯、氰或具有1至7個(gè)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(dú)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(dāng)R為具有1至12個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基時(shí)，其中一至二個(gè)不相鄰的CH2基團(tuán)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(dāng)L為具有1至7個(gè)碳原子的烷基、烷羰基、烷氧羰基或烷羰氧基時(shí)，其一或多個(gè)H原子可另外被F或Cl所置換。更具體而言，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，反應(yīng)型單體30可包含下式(10)的化合物
由于本發(fā)明液晶混合物24包含如上式(5)、 (6)、 (7)、 (8)、(9)的反應(yīng)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(zhuǎn)黏性有效降低，進(jìn)而改善液晶顯示面板10的響應(yīng)時(shí)間，且能改善液晶材料的對(duì)準(zhǔn)情形。本發(fā)明液晶顯示面板10與現(xiàn)有技術(shù)的液晶顯示面板的響應(yīng)時(shí)間與驅(qū)動(dòng)電壓曲線圖可參考圖4與圖5。首先請(qǐng)參考圖4，圖4顯示出對(duì)液晶顯示面板施加特定電壓，以使液晶分子躺下平行于上下基板所需的響應(yīng)時(shí)間(Ton)，根據(jù)圖4所示的曲線圖表，本發(fā)明液晶顯示面板10的響應(yīng)時(shí)間通常較短于現(xiàn)有技術(shù)的液晶顯示面板，僅在6至7伏特的驅(qū)動(dòng)電壓下，本發(fā)明液晶顯示面板10的響應(yīng)時(shí)間會(huì)稍大于現(xiàn)有技術(shù)的液晶顯示面板。再參考圖5，圖5顯示出停止供應(yīng)驅(qū)動(dòng)電壓以使液晶分子彈回原預(yù)傾角度的響應(yīng)時(shí)間(Toff)的曲線圖表，由圖5可清楚發(fā)現(xiàn)本發(fā)明液晶顯示面板10的響應(yīng)時(shí)間明顯比現(xiàn)有技術(shù)的液晶顯示面板減少很多，約減少3至4毫秒，其原因在于本發(fā)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(yīng)型單體30，因此可以有效減少液晶混合物24的旋轉(zhuǎn)黏性并減少響應(yīng)時(shí)間Toff。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，由于本發(fā)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(tuán)的第二液晶混合物，并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(yīng)型單體等特殊配方，可以有效降低液晶混合物的旋轉(zhuǎn)黏性，以達(dá)到改善液晶顯示裝置的整體響應(yīng)時(shí)間的功能，同時(shí)兼顧在PSA工序后液晶分子的對(duì)準(zhǔn)功能，以提供工序簡(jiǎn)單、成本低廉、具有廣視角和響應(yīng)時(shí)間小等優(yōu)點(diǎn)的液晶顯示裝置。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于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(tuán)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(yīng)型單體。
2.如權(quán)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(gè)碳原子的烯基；
R6為具有1至12個(gè)碳原子的烷基；
d為0或1；以及
為經(jīng)鹵素取代或未經(jīng)取代的苯基。
3.如權(quán)利要求2所述的液晶混合物，其中，
為
或
4.如權(quán)利要求2所述的液晶混合物，其中，R6中的一個(gè)或兩個(gè)不相鄰的CH2基團(tuán)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(quán)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(gè)碳原子的烯基，而R8為具有1至8個(gè)碳原子的烷基。
6.如權(quán)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(gè)用下式(2)、(3)、(4)表示的化合物
其中R1、R2、R3、R4獨(dú)立為具有1至12個(gè)碳原子的烷基；
為
或
以及
與
獨(dú)立為
或
7.如權(quán)利要求6所述的液晶混合物，其中，R1、R2、R3、R4中的一個(gè)或兩個(gè)不相鄰的CH2基團(tuán)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(quán)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(zhǔn)。
9.如權(quán)利要求1所述的液晶混合物，其中，所述反應(yīng)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(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基、或-X2-Sp2-P2；
X1與X2獨(dú)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(dú)立為可聚合基團(tuán)；
Sp1及Sp2獨(dú)立為間隔基團(tuán)或單一基團(tuán)；
Lm獨(dú)立為氟、氯、氰或具有1至7個(gè)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(dú)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(quán)利要求9所述的液晶混合物，其中，當(dāng)R為具有1至12個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基時(shí)，其中一至二個(gè)不相鄰的CH2基團(tuán)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(quán)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(quán)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(quán)利要求9所述的液晶混合物，其中，當(dāng)L為具有1至7個(gè)碳原子的烷基、烷羰基、烷氧羰基或烷羰氧基時(shí)，其一或多個(gè)H原子可被F或Cl所置換。
14.如權(quán)利要求1所述的液晶混合物，其中，所述反應(yīng)型單體為熱聚合或光聚合反應(yīng)型單體。
15.如權(quán)利要求1所述的液晶混合物，進(jìn)一步包含聚合引發(fā)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，其用于高分子取向工序，該裝置包含
一上基板與一下基板；以及
一液晶混合物，設(shè)置于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(tuán)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(yīng)型單體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于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(tuán)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(yīng)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(hào)G02F1/13GK101144944SQ20071016694
公開(kāi)日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者謝忠憬, 白家瑄, 鄭德勝 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司