专利名称：液晶组合物和使用其的液晶显示器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶组合物，且特别是涉及对于液晶混合物的方法、系统和装置，其显 示蓝相且用于高分子稳定组合物，且液晶显示器亦包括液晶组合物。
背景技术：
液晶显示器装置广泛使用于光学数据处理领域。模式包括扭曲向列(twister nematic)、超扭曲向列(super twisted nematic, STN)、平面转换(in-plane switching) > 垂直对齐、多区域垂直排列(multi-domain vertical alignment，MVA)、光学补偿弯曲 (optically compensated bend, OCB)以及其它技术。全部的这些模式在施加电压且改变 传送光的偏振方向和偏振状态时，造成液晶分子方向已经被控制。这些改变在偏振板之类 的转换成光和暗反差以作为显示。
为了控制液晶分子方向，这些传统液晶显示器模式皆需要表面方向处理。除了 多区域垂直排列之外，都需要配向处理。配向处理为使用布或类似的物品来对配向薄膜 (alignment film)做配向的处理方法。配向薄膜被涂布于基板表面且接触液晶，结果因为 微尘和微放电造成的高静电电压使得成本增加。
灰尘在超微像素电极和薄膜晶体管形成的程序中会造成一些问题，此程序中薄膜 沉积、曝光和蚀刻一再重复。区域放电将损害配向薄膜，或造成薄膜晶体管和透明电极例如 氧化铟锡中的讯号中断或是静电放电损害。微尘粒子或微放电的存在将造成良率下降以及 较差的显示质量。此外，所有上述的模式使用向列型液晶(nematic liquid crystal)，且其 反应时间最短大约数毫秒，因此限制电视上的动态图像显示的应用。发明内容
本发明的主要目标为提供用于液晶组合物以及液晶显示器的操作温度范围广的 高分子稳定蓝相。
本发明的第二目标为提供表现高分子稳定蓝相的液晶组合物，以及也表现高分子 稳定蓝相且具有低临界和操作电压的液晶显示器。
本发明的第三目标为提供用于具有可变化的低驱动电压的蓝相液晶显示器装置 的新的方法、系统和装置。
本发明的第四目标为提供用于具有高光效率的低驱动电压的蓝相液晶显示器装 置的新方法、系统和装置。
本发明制造高分子稳定蓝相液晶。通过适当使用本发明，高分子液晶组合物表现 的清亮点温度增加至100°C或更高。利用高光学和高介电各向异性液晶，已得到非常高的光 学和介电各向异性的组合物。具有如此高的光学和介电各向异性，使得减少显示器的光电 单元的厚度以及比本发明之前的普通液晶材料得到更低的临界和操作电压的情形成为可 能。
在本发明的一实施例中，提供蓝相液晶组合物，其包含一液晶组分，该液晶组分包含一核心基团、至少一个末端基团、一侧基，其中之一连接至核心基团。其中核心基团具有 第一端和第二端，且形成中心轴，核心基团选自环状基团，环状基团由苯基、环己基和杂环 基中的至少一种组成。末端基团连接至核心基团的第一端和第二端且选自非极性基团和 极性基团，非极性基团由烷基、烷氧基和烯基中的至少一种组成，极性基团选自氟(F)、氯 (Cl)、氰基(CN)、异硫氰酸酯(NCS)、烷氧基氟烷基(OCF2)和三氟甲基(CF3)中的至少一 种，通过沿着主分子轴拉长η-电子共轭而增加光学各向异性。侧基设置于核心基团的第 一端和第二端之间，且选自非极性基团和极性基团，非极性基团由烷基、烷氧基和烯基中的 至少一种组成，极性基团选自氟(F)、氯(Cl)、氰基(CN)、异硫氰酸酯(NCQ、烷氧基氟烷基 (OCF2)和三氟甲基(CF3)中的至少一种，以增加该液晶组合物的熔点温度。合成的液晶组 合物在大约-40°C至大约106°C的操作温度下具有高光学和介电各向异性，液晶组合物在 液晶显示器应用中具有低临界和操作电压以及较佳发光效率。
在本发明的一实施例中，提供用在液晶组合物中的液晶组分，该液晶组分选自化 学式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选自氢原子、具有1到10个碳原子的取代 和未取代的烷基、具有1到10个碳原子的取代和未取代的烯基、卤素原子、氰基(CN)、异硫 氰酸酯基(NCS)、烷氧基氟烷基(OCF2)和三氟甲基(CF3),其中一个或更多个CH2基团可被-0-、-S-、-coo-、-co-、-0C0-或-0-C00-替代；
Al、A2和A3相同或不同，且Al、A2和A3选自1，4_亚环己基(1， 4-cyclohexylene)、1,4_ 亚环己烯基(1,4-cyclohexenylene)、1,4_ 亚苯基(1， 4-phenylene) >2,6-^ (2,6-naphthalene) >2,6- IZIIM1^ (2,6-tetrahydronaphtalene)、2， 6- 二氢萘(2，6-dihydronaphthalene)、4，4，-亚联苯基(4，4，-biphenylene)、2_ 氟-1，4-亚苯基(2-fluoro-1,4-phenylene)、3-氟-1,4-亚苯基(3-f luoro-1,4-phenylene)、或 2,3- 二氟-1，4-亚苯基 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-联苯 基(4， -[2，，6，，3，5-tetrafluoro]-4-biphenyl)、4， -[2，，3，5-三氟]-4-联苯 基(4，-[2，，3，5-trifluoro]-4-biphenyl)、4，-[3，5_ 二 氟]_4_ 联苯基(4，-[3，5-difluoro]-4-biphenyl)和 4，-[3_ 二氟]-4-联苯基(4' -[3-difluoro]-4-biphenyl)；
Zl 和 Z2 相同或不同，且 Zl 和 Z2 选自单键、-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选自O、1或2，其中m、η和ρ中的至少一个等于或大于1。
在一些实施例中，液晶组合物可进一步包含高极性液晶组分，其选自
权利要求
1.-种液晶组合物，其包含一液晶组分，其中该液晶组分选自化学式(I)Rl-[Al]m-Zl-(CyOBO)-[A2] ~12~[A3] -R2⑴其中，Rl和R2相同或不同，且Rl和R2选自氢原子、具有1到10个碳原子的取代和未 取代的烷基、具有1到10个碳原子的取代和未取代的烯基、卤素原子、氰基(CN)、异硫氰酸 酯基(NCS)、烷氧基氟烷基(OCF2)和三氟甲基(CF3)，其中一个或更多个CH2基团可被-0-、-S-、-coo-、-co-、-0C0-或-0-C00-替代；A1、A2和A3相同或不同，且A1、A2和A3选自1，4-亚环己基、1，4-亚环己烯基、1，4-亚 苯基、2，6_萘、2，6_四氢萘、2，6_ 二氢萘、4，4，-亚联苯基、2-氟-1，4-亚苯基、3-氟-1， 4-亚苯基、2，3- 二氟-1,4-亚苯基、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-联苯基、4，-[2，，3，5-三氟]-4-联苯基、4，_[3，5- 二氟]-4-联苯基和 4’ -[3-二氟]-4-联苯基；Zl 和 Z2 相同或不同，且 Zl 和 Z2 选自单键、-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选自0、1或2，其中m、η和ρ中的至少一个等于或大 于1。
2.权利要求1所述的液晶组合物，还包含一高极性液晶组分，该高极性液晶组分选自
3.权利要求2所述的液晶组合物，其中该高极性液晶组分进一步选自
4.权利要求1所述的液晶组合物，其中该液晶组分更进一步选自化学式(II)
5.权利要求1所述的液晶组合物，还包含一高共轭液晶组分，该高共轭液晶组分选自
6.权利要求5所述的液晶组合物，其中该高共轭液晶组分进一步选自
7.权利要求1所述的液晶组合物，还包含对手性掺杂物，用以诱导该液晶组合物中的蓝相，其中该对手性掺杂物的量占该液晶 组合物总重量的大约4重量％至35重量％。
8.权利要求1所述的液晶组合物，其中该液晶组分的使用量占该液晶组合物总重量的 大约5重量％ 70重量％，该液晶组合物用于薄膜晶体管液晶显示器中。
9.权利要求1所述的液晶组合物，其中该液晶组分的结构为
10.权利要求1所述的液晶组合物，其中在大约-40°C至大约106°C的操作温度下，该液 晶组合物具有高光学和介电各向异性。
11.权利要求1所述的液晶组合物，还包含一液晶组分，该液晶组分包含一核心基团、 至少一个末端基团、一侧基，其中之一连接至该核心基团，其中该核心基团具有第一端和第二端，且形成一中心轴，该核心基团选自环状基团，该环状 基团由苯基、环己基和杂环基中的至少一种组成；该末端基团连接至该核心基团的第一端和第二端且选自非极性基团和极性基团，该非 极性基团由烷基、烷氧基和烯基中的至少一种组成，该极性基团选自氟(F)、氯(Cl)、氰基 (CN)、异硫氰酸酯(NCS)、烷氧基氟烷基(oog和三氟甲基(CF3)中的至少其中一种组成， 通过沿着主分子轴拉长H-电子共轭而增加光学各向异性；该侧基设置于该核心基团的第一端和第二端之间，且选自非极性基团和极性基团，该 非极性基团由烷基、烷氧基和烯基中的至少一种组成，该极性基团选自氟(F)、氯(Cl)、氰 基(CN)、异硫氰酸酯(NCS)、烷氧基氟烷基(OCF2)和三氟甲基(CF3)中的至少一种组成，以 增加该液晶组合物的熔点温度；以及合成的该液晶组合物在大约-40°C至大约106°C的操作温度下具有高光学和介电各向 异性，该液晶组合物在液晶显示器应用中具有低临界和操作电压和较佳发光效率。
12.液晶显示器装置，包括 第一透明基板；第二透明基板；液晶单元，包括蓝相液晶层，该蓝相液晶层被夹置于该第一透明基板和该第二透明基 板之间；第一线性偏光板，其设置于该蓝相液晶层的观看者侧的后方； 第二线性偏光板，其设置于该蓝相液晶层的观看者侧上；至少一个光学延迟补偿膜，其设置于该第一线性偏光板和该第二线性偏光板之间；以及多个像素，其具有多个图案化驱动电极，所述图案化驱动电极形成于相同的该第一透 明基板和该第二透明基板其中之一上，所述各像素包括第一图案化像素电极，其剖面为梯形和T型中的一种，以作为驱动像素电极；以及 第二电极，其剖面为梯形和T型中的一种，以作为共同电极；其中，形成于该第一透明基板或该第二透明基板的表面上的该第一图案化像素电极与 该第二电极各具有实质上超过0.5微米的电极高度，产生自该第一图案化像素电极与该第 二电极的实质的电场穿过至该蓝相液晶层中，且这些电场会诱导光的双折射，以获得相位 延迟而产生不同的灰阶。
13.权利要求12所述的液晶显示器装置，其中该电极高度为大约2微米到大约4微米。
14.权利要求12所述的液晶显示器装置，其中形成于该第一和该第二透明基板之间的该蓝相液晶层的一单元间隔为大约2微米到大约20微米。
15.权利要求12所述的液晶显示器装置，其中所述各像素电极形成一梯形形状，该梯 形形状的底部宽度为大约2微米到大约10微米，该梯形形状的顶部宽度为大约1微米到大 约5微米，且该梯形形状的垂直高度为大约0. 5微米到大约5微米。
16.权利要求12所述的液晶显示器装置，其中所述各像素电极和所述各共同电极形成 一 T型，该T型的底部宽度为大约2微米到大约10微米，该T型的顶部宽度为大约1微米 到大约5微米，该T型的第一高度为大约0. 5微米到大约3微米，且该T型的第二高度为大 约0.5微米到大约3微米。
17.权利要求12所述的液晶显示器装置，其中这些像素电极和这些共同电极皆形成于 该第一透明基板或该第二透明基板上。
18.权利要求12所述的液晶显示器装置，其中这些像素电极和这些共同电极形成于相 对的该第一透明基板和该第二透明基板上。
19.权利要求12所述的液晶显示器装置，其中这些像素电极和这些共同电极的形状选 自纵向条状、V型、锯齿形和梳形。
20.权利要求12所述的液晶显示器装置，其中这些像素电极和这些共同电极形成于该 第一透明基板和该第二透明基板两者上。
21.权利要求12所述的液晶显示器装置，其中该第一线性偏光板和该第二线性偏光板 由透射轴互相垂直的二向色性高分子膜组成。
22.权利要求21所述的液晶显示器装置，其中该第一线性偏光板和该第二线性偏光板 由透射轴互相垂直的基于聚乙烯醇的薄膜组成。
23.权利要求12所述的液晶显示器装置，其中该光学延迟补偿膜为双轴薄膜，该双轴 薄膜Nz (Nz= (nx-nz)/(nx-ny))系数大约为0. 5，且平面相延迟Rtl = dX (nx-ny)为250纳米 到300纳米。
24.权利要求12所述的液晶显示器装置，其中该液晶层包括多个液晶分子，其中这些 液晶分子中的至少一种选自化学式(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选自氢原子、具有1到10个碳原子的取代和未 取代的烷基、具有1到10个碳原子的取代和未取代的烯基、卤素原子、氰基(CN)、异硫氰酸 酯基(NCS)、烷氧基氟烷基(OCF2)和三氟甲基(CF3)，其中一个或更多个CH2基团可被-0-、-S-、-coo-、-co-、-0C0-或-0-C00-替代；A1、A2和A3相同或不同，且A1、A2和A3选自1，4-亚环己基、1，4-亚环己烯基、1，4-亚 苯基、2，6_萘、2，6_四氢萘、2，6_ 二氢萘、4，4，-亚联苯基、2-氟-1，4-亚苯基、3-氟-1， 4-亚苯基、2，3- 二氟-1,4-亚苯基、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-联苯基、4，-[2，，3，5-三氟]-4-联苯基、4，_[3，5- 二氟]-4-联苯基和 4’ -[3-二氟]-4-联苯基；Zl 和 Z2 相同或不同，且 Zl 和 Z2 选自单键、-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选自0、1或2，其中m、η和ρ中的至少一个等于或大 于1。
25.权利要求12所述的液晶显示器装置，其中该液晶层包括多个液晶分子，其中这些 液晶分子中的至少一种选自化学式(II)其中，R3选自氢原子、具有1到10个碳原子的取代和未取代的烷基、具有1到10个碳原 子的取代和未取代的烯基、卤素原子、氰基(CN)、异硫氰酸酯基(NCQ、烷氧基氟烷基
26.液晶显示器装置，包括 第一透明基板；第二透明基板；液晶单元，其包括蓝相液晶层，该蓝相液晶层被夹置于该第一和该第二透明基板之间；第一线性偏光板，其设置于该液晶层的观看者侧的后方； 第二线性偏光板，其设置于该液晶层的观看者侧上； 至少一光学延迟补偿膜，其设置于该第一和该第二线性偏光板之间；以及 多个像素，其具有多个图案化驱动电极，所述图案化驱动电极形成于该第一透明和该 第二透明基板两者上，还包括第一图案化像素电极，其剖面的形状为梯形和T型中的一种，以于该第一透明基板上 作为第一驱动像素电极；第二电极，其剖面的形状为梯形和T型中的一种，以于该第一透明基板上作为第一共 同电极；第三图案化像素电极，其剖面的形状为梯形和T型中的一种，以于该第二透明基板上 作为第二驱动像素电极；以及第四电极，其剖面的形状为梯形和T型中的一种，以于该第二透明基板上作为第二共 同电极；其中，形成于该第一透明基板或第二透明基板的表面上的该第一图案化像素电极、该 第二电极、该第三图案化像素电极与该第四电极各自具有实质上超过0.5微米的电极高 度，产生自该第一图案化像素电极、该第二电极、该第三图案化像素电极与该第四电极的实 质的电场穿过至该蓝相液晶层中，且这些电场会诱导光的双折射，以获得相位延迟产生不 同的灰阶。
27.液晶显示器装置，包括 第一透明基板；第二透明基板；液晶单元，其包括蓝相液晶层，所述蓝相液晶层被夹置于该第一和该第二透明基板之间；第一线性偏光板，其设置于该蓝相液晶层的观看者侧的后方；第二线性偏光板，其设置于该蓝相液晶层的观看者侧上；以及 多个像素，其设置于该第一透明基板和该第二透明基板之间，所述各像素包括 透射区域，其包括第一电极对与第二电极对，该第一电极对设置于该第一透明基板上， 该第二电极对设置于该第二透明基板上；和反射区域，其包括第三电极对，其设置于该第二透明基板之上，该第一电极对、该第二 电极对与该第三电极对各自包括一像素电极与一共同电极。
全文摘要
本发明涉及液晶组合物和使用其的液晶显示器装置，更具体而言，涉及蓝相液晶组合物以及使用该蓝相液晶组合物的液晶显示器。所述液晶组合物包括第一类和第二类，其中第一类包含高极性组分，第二类包含高共轭液晶成分。所述蓝相液晶显示器装置包括第一基板和第二基板，所述各基板具有一偏光板位于其外部表面上，且所述蓝相液晶组合物夹置于所述第一基板和第二基板之间，且图案化电极位于其中一个基板或两者之上。所述图案化电极可为T型、V形线条或V型、薄梳形之类的形状，且还可为平坦状或梯形状。所述装置由电性控制诱导蓝相液晶材料的双折射以输出不同的光传输，使蓝相液晶显示器装置可具有低驱动电压和高透射率的特性。
文档编号C09K19/20GK102031121SQ20101050592
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者吴诗聪, 塞巴斯蒂安·加萨, 姜俊宏, 徐旭宽, 葛志兵, 覃昭龙, 饶玲晖 申请人:中佛罗里达大学研究基金会, 奇美电子股份有限公司