专利名称：用于高分子取向工序的液晶混合物以及液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明提供一种应用于高分子聚合取向(polymer stability alignment，PSA)工序的液晶混合物，尤指一种包含具有双键官能团的液晶分子与具有甲基丙烯酸基的反应型单体的液晶混合物。
背景技术：
由于液晶显示器具有轻薄短小等优点，已被广范地应用在各式电子产品，如手机、个人数字助理(PDA)及笔记本型计算机(notebook)等，而且随着大尺寸液晶显示面板技术的快速发展，液晶显示器已逐渐成为显示器市场的主流产品。然而，由于液晶显示器通常有视角窄小的缺点而成为发展上的限制条件，因此业界遂研发出一种多区域垂直取向(multi-domain verticalalignment，MVA)液晶显示面板，因其具有广视角与低响应时间(response time)等特性，因而成为目前大尺寸平面显示面板的主流产品。
MVA液晶显示面板是在上下玻璃基板的内面设置复数个突起结构，以使液晶分子产生一预倾角(pre-tilt angle)，因此必须利用薄膜沉积、黄光以及蚀刻等工序来形成突起结构，增加了工序的复杂度并使成本增加。此外，突起结构另有遮光、减少像素开口率(aperture ratio)以及降低液晶显示面板亮度等缺点。
因此，业界另研发出一种高分子聚合取向工序，或称为相分离取向(phaseseparation alignment，PSA)工序，利用高分子聚合物来取代MVA液晶显示面板中的突起结构，以使液晶分子在显示面板中具有预倾角。高分子聚合取向工序是在液晶混合物中加入反应型单体，再通过照光或加热使反应型单体发生聚合反应以使液晶分子产生预倾角。然而，目前以高分子聚合取向工序制作的液晶显示面板普遍存在了液晶材料的旋转黏性(rotational viscosity)较大的问题，其会导致响应时间较长等缺点，进而影响液晶显示面板的质量。
由上述可知，如何能以较简单低廉的工序成本制作出兼顾广视角和响应时间短等需求的液晶显示面板，仍为本领域的重要课题。
发明内容
本发明的主要目的即在于提供具有特定液晶材料与反应型单体的组成配方的液晶混合物，以改善现有技术的PSA液晶显示面板因旋转黏性较大而影响响应时间的缺点。
本发明提供一种用于PSA工序的液晶混合物，其包含至少一种不具有双键的第一液晶化合物、至少一种具有双键官能团的第二液晶化合物以及至少一种具有甲基丙烯酸基(methacrylate)的反应型单体(reactive monomer)。其中，第二液晶化合物的浓度为液晶混合物中所有液晶材料的0.1至20重量百分比(w％)。
由于本发明所提供的液晶混合物包含具有双键官能团的第二液晶化合物，因此可以降低液晶混合物的旋转黏性以提高液晶材料的响应时间，此外，通过搭配特定浓度的第二液晶化合物和具有甲基丙烯酸基的反应型单体，能使本发明液晶混合物在PSA 工序中，提供良好的液晶取向功能，进而改善液晶显示面板的整体工序成本以及显示质量。
图1至图3为本发明液晶显示面板的工序示意图。
图4与图5为本发明液晶显示面板与现有技术的液晶显示面板的响应时间相对于驱动电压的曲线图。
其中，附图标记说明如下 10液晶显示面板 12下基板 14上基板 16框胶 18导电层 20导电层 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反应型单体 32聚合引发剂 34能量光 36高分子聚合物
具体实施例方式 请参考图1至图3，图1至图3为本发明液晶混合物应用于一液晶显示面板10的工序示意图。如图1所示，首先提供二透明基板分别做为液晶显示面板10的下基板12与上基板14(示于图2)，其中下基板12的上表面可包含薄膜晶体管、驱动芯片及扫描线、讯号线等电子组件(未图示)，而上基板14的下表面可包含彩色滤光片(未图示)。将上基板14与下基板12洗净后，可分别印刷取向膜22于其下表面与上表面，然后利用液晶滴下式(one drop fill，ODF)方法将本发明液晶混合物24填充于上、下基板14、12之间并加以组合(assembly)，然而本发明液晶显示面板10也可利用传统的液晶注入工序(liquid crystal injection process)而将液晶混合物24填充于上基板14与下基板12之间。ODF方法系先于下基板12的上表面涂布一框胶16，然后将本发明液晶混合物24滴至下基板12上表面，被框胶16所围绕，再将上基板14对准覆盖于下基板12上，并进行照光或烘烤工序以固化框胶16，完成液晶显示面板10的组合。组合后的液晶显示面板10可经由切割，并配合如软性印刷电路板或外框等组件，作为一液晶显示装置使用。
请参考图2，图2显示组合后的液晶显示面板10的部分剖面示意图，上基板14与下基板12表面各包含一导电层18、20，可分别当作共享电极与像素电极。此外，本发明的液晶混合物24包含至少一种不具有双键的第一液晶化合物26、至少一种具有双键官能团的第二液晶化合物28、至少一种具有甲基丙烯酸基(methacrylate)的反应型单体30以及至少一种聚合引发剂(initiator)32，其中反应型单体30为一热聚合或光聚合反应型单体，而聚合引发剂32具有一重量百分比浓度X，优选为0％≤X≤0.002％。根据本发明，为改善前述现有技术的PSA液晶显示面板响应时间较长的缺点，本发明液晶混合物24中特别包含了具有双键官能团的烯类第二液晶化合物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的旋转黏性，改善液晶材料的响应时间。此种可以当作降黏度剂使用的第二液晶混合物28的化学结构将在本说明书后文中详细介绍。
请参考图3，在将液晶显示面板10组装完毕之后，进行一PSA工序首先可反复地施加电压于上、下基板14、12的导电层18、20以提供电场给液晶混合物24，使得如第一液晶化合物26与第二液晶化合物28的液晶分子偏转至一预定角度后，在该电压下利用一能量光34照射液晶显示面板10，使得液晶混合物24内的反应型单体30沿着液晶分子的排列方向聚合且相分离而形成如图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，所以可以取代现有技术的MVA面板中的突起结构，使液晶分子产生一预倾角，便完成本发明液晶显示面板10的制作。
如前所述，为了能使本发明液晶显示面板10具有较短的响应时间，本发明的液晶混合物24包含了具有双键官能团的第二液晶化合物28，其优选包含至少一如下式(1)的化合物
其中，R5为具有2至8个碳原子的烯基(alkenyl)； R6为具有1至12个碳原子的烷基(alkyl)，且R6中的1或2个不相邻的CH2基团可另外被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-或-COO-所置换，其中氧(O)原子不直接彼此键合；d为0或1；以及
为经卤素取代或未经取代的苯基，例如为
或
更具体而言，第二液晶化合物28优选选自如下式(1-1)或(1-2)的化合物
其中R7为具有2至8个碳原子的烯基，而R8为具有1至8个碳原子的烷基。
另一方面，第一液晶化合物26可包含一至多个如下式(2)、 (3)、(4)的化合物
其中R1、R2、R3、R4独立为具有1至12个碳原子的烷基，且R1、R2、R3、R4中的1或2个不相邻的CH2基团可另外被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-或-COO-所置换，且O原子不直接彼此键合；
为
或
以及
与
独立为
或
值得注意的是，由于在液晶混合物24中添加了具有双键官能团的第二液晶混合物28，因此影响了液晶混合物24内其它材料的种类与含量等搭配性问题，为解决包含第二液晶混合物28的液晶混合物24所产生聚合反应不佳或对准失效等疑虑，本发明液晶混合物24的配方提供了特定液晶材料及其浓度和反应型单体30。在本发明的优选实施例中，第二液晶化合物26的浓度优选为液晶混合物24中所有液晶材料的0.1至20重量百分比(w％)。举例而言，本发明液晶混合物24的液晶化合物组成可包含约30至70重量百分比的式(2)化合物、约10至50重量百分比的式(3)化合物、约20至60重量百分比的化合物(4)化合物以及约0.1至20重量百分比的第二液晶化合物28，其中该重量百分比浓度的表示是以该液晶混合物的液晶材料总重量为基准。
另一方面，本发明反应型单体30优选包含至少一选自如下式(5)、(6)、(7)、(8)及(9)的化合物
其中R为氢(H)、氟(F)、氯(Cl)、氰(CN)、SCN、-SF5H、NO2、具有1至12个碳原子的直链或支链烷基、或-X2-Sp2-P2；X1与X2独立为-O-、-S-、-OCH2-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CO-N0R-、-N0R-CO-、-SCH2-、-CH2S-、-CH＝CH-COO-、-OOC-CH＝CH-或一单键；P1及P2独立为一可聚合基团，且P1或P2优选为一甲基丙烯酸基，或者P1或P2两者皆为甲基丙烯酸基；Sp1及Sp2独立为一间隔基团(spacer group)或一单一基团，优选为后述的Q1、Q2所表示的基团；Lm独立为氟、氯、氰或具有1至7个碳原子的烷基、烷羰基(alkylcarbonyl)、烷氧羰基(alkoxycarbonyl)或烷羰氧基(alkylcarbonyloxy)；m≥1；n≥1；以及Q1、Q2独立为-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-或一单键。此外，当R为具有1至12个碳原子的直链或支链烷基时，其中一至二个不相邻的CH2基团可另外由-O-、-S-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、 -COO-、-S-CO-、-CO-S-或-C≡C-(alkyne)所置换，且O及/或S原子不直接彼此键合，以及当L为具有1至7个碳原子的烷基、烷羰基、烷氧羰基或烷羰氧基时，其一或多个H原子可另外被F或Cl所置换。更具体而言，在本发明的优选实施例中，反应型单体30可包含下式(10)的化合物
由于本发明液晶混合物24包含如上式(5)、 (6)、 (7)、 (8)、(9)的反应型单体30以及具有特定浓度的第二液晶化合物28，因此使得液晶混合物24的旋转黏性有效降低，进而改善液晶显示面板10的响应时间，且能改善液晶材料的对准情形。本发明液晶显示面板10与现有技术的液晶显示面板的响应时间与驱动电压曲线图可参考图4与图5。首先请参考图4，图4显示出对液晶显示面板施加特定电压，以使液晶分子躺下平行于上下基板所需的响应时间(Ton)，根据图4所示的曲线图表，本发明液晶显示面板10的响应时间通常较短于现有技术的液晶显示面板，仅在6至7伏特的驱动电压下，本发明液晶显示面板10的响应时间会稍大于现有技术的液晶显示面板。再参考图5，图5显示出停止供应驱动电压以使液晶分子弹回原预倾角度的响应时间(Toff)的曲线图表，由图5可清楚发现本发明液晶显示面板10的响应时间明显比现有技术的液晶显示面板减少很多，约减少3至4毫秒，其原因在于本发明液晶混合物包含了具有降黏度剂功能的第二液晶化合物28以及反应型单体30，因此可以有效减少液晶混合物24的旋转黏性并减少响应时间Toff。
相较于现有技术，由于本发明所提供的液晶显示装置或其所包含液晶混合物包含具有双键官能团的第二液晶混合物，并配合第二液晶混合物的特定浓度以及具甲基丙烯酸基的反应型单体等特殊配方，可以有效降低液晶混合物的旋转黏性，以达到改善液晶显示装置的整体响应时间的功能，同时兼顾在PSA工序后液晶分子的对准功能，以提供工序简单、成本低廉、具有广视角和响应时间小等优点的液晶显示装置。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种用于高分子取向工序的液晶混合物，其包含
至少一种不具有双键的第一液晶化合物；
至少一种具有双键官能团的第二液晶化合物，其浓度为该液晶混合物中所有液晶材料的0.1～20重量％；以及
至少一种具有甲基丙烯酸基的反应型单体。
2.如权利要求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种用下式(1)表示的化合物
其中，R5为具有2至8个碳原子的烯基；
R6为具有1至12个碳原子的烷基；
d为0或1；以及
为经卤素取代或未经取代的苯基。
3.如权利要求2所述的液晶混合物，其中，
为
或
4.如权利要求2所述的液晶混合物，其中，R6中的一个或两个不相邻的CH2基团可被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-或-COO-所置换，且氧原子不直接彼此键合。
5.如权利要求2所述的液晶混合物，其中，所述第二液晶化合物选自用下式(1-1)或(1-2)表示的化合物
其中R7为具有2至8个碳原子的烯基，而R8为具有1至8个碳原子的烷基。
6.如权利要求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个用下式(2)、(3)、(4)表示的化合物
其中R1、R2、R3、R4独立为具有1至12个碳原子的烷基；
为
或
以及
与
独立为
或
7.如权利要求6所述的液晶混合物，其中，R1、R2、R3、R4中的一个或两个不相邻的CH2基团可被-O-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-或-COO-所置换，且O原子不直接彼此键合。
8.如权利要求6所述的液晶混合物，其中，液晶化合物的组成包含
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，该重量百分比浓度以该液晶混合物的液晶材料总重量为基准。
9.如权利要求1所述的液晶混合物，其中，所述反应型单体选自用下式(5)、(6)、(7)、(8)及(9)表示的化合物
其中R为H、F、Cl、CN、SCN、-SF5H、NO2、具有1至12个碳原子的直链或支链烷基、或-X2-Sp2-P2；
X1与X2独立为-O-、-S-、-OCH2-、-CO-、-COO-、-OCO-、-CO-N0R-、-N0R-CO-、-SCH2-、-CH2S-、-CH＝CH-COO-、-OOC-CH＝CH-或一单键；
P1及P2独立为可聚合基团；
Sp1及Sp2独立为间隔基团或单一基团；
Lm独立为氟、氯、氰或具有1至7个碳原子的烷基、烷羰基、烷氧羰基或烷羰氧基；
m≥1；
n≥1；以及
Q1、Q2独立为-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-或一单键。
10.如权利要求9所述的液晶混合物，其中，当R为具有1至12个碳原子的直链或支链烷基时，其中一至二个不相邻的CH2基团可由-O-、-S-、-CH＝CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-S-CO-、-CO-S-或-C≡C-所置换，且O及/或S原子不直接彼此键合。
11.如权利要求9所述的液晶混合物，其中，P1或P2为甲基丙烯酸基。
12.如权利要求11所述的液晶混合物，其中，P1及P2均为甲基丙烯酸基。
13.如权利要求9所述的液晶混合物，其中，当L为具有1至7个碳原子的烷基、烷羰基、烷氧羰基或烷羰氧基时，其一或多个H原子可被F或Cl所置换。
14.如权利要求1所述的液晶混合物，其中，所述反应型单体为热聚合或光聚合反应型单体。
15.如权利要求1所述的液晶混合物，进一步包含聚合引发剂，其重量百分比浓度为X，且0％≤X≤0.002％。
16.一种液晶显示装置，其用于高分子取向工序，该装置包含
一上基板与一下基板；以及
一液晶混合物，设置于该上基板与该下基板之间，其包含
至少一种不具有双键的第一液晶化合物；
至少一种具有双键官能团的第二液晶化合物，其浓度为该液晶混合物中所有液晶材料的0.1～20重量％；以及
至少一种具有甲基丙烯酸基的反应型单体。
全文摘要
本发明提供一种用于高分子聚合取向工序的液晶混合物，包含至少一种不具有双键的第一液晶化合物、至少一种具有双键官能团的第二液晶化合物以及至少一种具有甲基丙烯酸基的反应型单体，其中第二液晶化合物的浓度为液晶混合物中的所有液晶材料的0.1～20重量％。
文档编号G02F1/13GK101144944SQ20071016694
公开日2008年3月19日 申请日期2007年11月8日 优先权日2007年11月8日
发明者谢忠憬, 白家瑄, 郑德胜 申请人:友达光电股份有限公司