液晶配向化合物、液晶面板以及制造液晶面板的方法与流程

本发明是关于一种液晶配向化合物、液晶面板以及制造液晶面板的方法。

背景技术：

液晶显示设备已经成为显示产业发展的主流。液晶面板作为液晶显示设备的主要组件，是将液晶分子秩序性地限制于两个相对基板间，搭配偏振片，并通过外加电压控制液晶分子转动，而控制光线的穿透程度。

液晶面板常设有配向膜，以秩序性排列液晶分子。配向膜可通过涂布聚酰亚胺(Polyimide；PI)材料，并加以烘烤与摩擦而完成，但聚酰亚胺配向膜的设置可能会造成材料成本的增加、带来额外的污染源以及厚度不均的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种液晶配向化合物、液晶面板以及制造液晶面板的方法。

为实现上述目的，本发明提供一种液晶配向化合物，该液晶配向化合物包含碳链结构、吸附官能基以及第一交联官能基。吸附官能基仅与碳链结构键结，其中吸附官能基包含至少一硅原子、至少一氮原子、至少一氧原子或至少一碳原子。第一交联官能基与碳链结构键结，其中第一交联官能基包含热固型官能基或光固型官能基。

进一步的，吸附官能基选自由硅氧基、醇基、酸基以及氨基所组成的群组。

进一步的，热固型官能基官包含一环氧基，其中该环氧基选自由

以及所组成的群组。

进一步的，吸附官能基一聚硅氧基团，其中该聚硅氧基团具有多个硅原子，且该聚硅氧基团为环状或柱状结构。

为实现上述目的，本发明还提供一种液晶配向化合物，该液晶配向化合物包含碳链结构、吸附官能基以及第一交联官能基。吸附官能基与碳链结构键结，其中吸附官能基为聚硅氧基。第一交联官能基与吸附官能基键结，其中第一交联官能基包含热固型官能基或光固型官能基。

进一步的，吸附官能基选自由以及所组成的群组。

进一步的，第一交联官能基包含一环氧基。进一步的，第一交联官能基包含一聚合性双键，其中该光固型官能基选自由以及所组成的群组。

进一步的，所述的液晶配向化合物还包含第二交联官能基，该第二交联官能基与第一交联官能基键结，其中第二交联官能基包含热固型官能基或光固型官能基。

进一步的，碳链结构包含一五元环或一六元环。

进一步的，碳链结构选自由以及所组成的群组。

进一步的，液晶配向化合物适用于一显示面板，且显示面板的二基板内表面上不存在配向膜。

为实现上述目的，本发明提供一种液晶面板，该液晶面板包含第一基板、相对的第二基板、液晶层以及多个前述的液晶配向化合物。液晶层设置于第一基板与第二基板之间，其中液晶层包含多个液晶分子。多个液晶配向化合物设置于第一基板与第二基板之间，多个液晶配向化合物相对应的多个第一交联官能基皆互相交联，且多个液晶配向化合物使多个液晶分子在第一基板与第二基板之间具有预倾角，其中该第一基板与该第二基板的内表面上不存在配向膜。

进一步的，至少部分多个液晶配向化合物的吸附官能基吸附于第一基板。

为实现上述目的，本发明还提供了一种制造液晶面板的方法，该制造液晶面板的方法包含将多个前述的液晶配向化合物与多个液晶分子混合成混合物；将混合物注入第一基板与相对的第二基板之间，且第一基板与第二基板的内表面上不存在配向膜；以及使多个液晶分子具有一预倾角，且使多个液晶配向化合物的多个第一交联官能基在第一基板与第二基板的内表面产生交联，借此让至少部分多个液晶分子因多个液晶配向化合物而拘束于预倾角。

进一步的，使多个液晶配向化合物的多个第一交联官能基在第一基板与第二基板的内表面产生交联的步骤是通过光照方式、加热方式或上述的组合进行。

进一步的，使多个液晶分子具有预倾角的步骤包含：在多个液晶分子上施加外部电压。

进一步的，制造液晶面板的方法还包含：使多个液晶配向化合物的多个吸附官能基吸附于第一基板与第二基板的内表面上。

进一步的，使多个液晶配向化合物的多个吸附官能基吸附于第一基板与第二基板的内表面上的步骤是通过光照方式、加热方式或上述的组合进行。

本发明的有益效果是：本发明的液晶配向化合物具有对液晶分子配向以及与另一液晶配向化合物交联的能力。设计液晶配向化合物做为配向层，可维持让液晶分子具有垂直配向能力之外，还可以省略聚酰亚胺(Polyimide；PI)配向层的配置，进而防止聚酰亚胺配向层可能造成的问题，例如材料成本的增加、带来额外的污染源以及厚度不均。此外，可以设计液晶配向化合物对于基板具有一定的吸附力，或者可以使液晶配向化合物在交联之前先吸收一定能量而倾向于依靠基板的内表面，而避免过多的液晶配向化合物残留于液晶面板的液晶层中。

附图说明

图1A至图1E为本发明的一实施方式的液晶面板在制造方法的多个阶段的剖面示意图。

其中，附图标记：

100：混合物

110：液晶配向化合物

112：交联键结

120：液晶分子

200：第一基板

202：内表面

300：第二基板

302：内表面

400：液晶面板

X：碳链结构

A：官能基

LC：液晶层

T：预倾角

V：电压

N₀：长轴方向

E1：外加能量

E2：外加能量

具体实施方式

以下将以附图公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些惯用的结构与组件在附图中将以简单示意的方式为之。

图1A至图1E为根据本发明之一实施方式的液晶面板在制造方法的多个阶段的剖面示意图。以下详细说明制造液晶面板(或称为显示面板)的多个阶段。首先，将混合物100注入第一基板200与相对的第二基板300之间。在此，混合物100可以通过混合液晶配向化合物110与多个液晶分子120形成。其中，混合物100可称为液晶混合物或液晶层。

液晶分子120可以是各种适当的液晶分子，例如：其中液晶分子120具有一长轴延伸方向N₀。

液晶配向化合物110可以具有碳链结构X、官能基A以及第一交联官能基(未绘示)，其中碳链结构X可以影响液晶分子120的指向，第一交联官能基可在适当条件下与另一第一交联官能基交联(cross-link)。液晶配向化合物110为一化学分子，其分子式将在后面实施例做详细说明。

在此，混合物100中液晶配向化合物110的官能基A可向第一基板200的内表面202或第二基板300的内表面302提供吸附力，使得液晶配向化合物110可以吸附在第一基板200的内表面202与第二基板300的内表面302，则官能基A可称为吸附官能基A。然而，在部分情况下，仍有部分的液晶配向化合物110未吸附于第一基板200的内表面202与第二基板300的内表面302，可能会造成液晶分子120所受到的配向力不足或因液晶配向化合物110残留造成的残影(image sticking)。

本发明的多个实施方式中，参照图1B，可选择性通过外加能量E1，例如光照方式、加热方式或上述的组合使液晶配向化合物110吸收能量。如此一来，大部分的液晶配向化合物110的官能基A可吸附于第一基板200的内表面202与第二基板300的内表面302上，借此，可以减少位于第一基板200与第二基板300的中央的液晶配向化合物110，然本实施例并不以此为限。

在其他部分实施方式中，官能基A本身的吸附力可能足够高，而能使几乎全部的液晶配向化合物110吸附于第一基板200的内表面202与第二基板300的内表面302。此时，可以省略此通过外加能量增加吸附力的步骤。

再来，参照图1C，施加外部电压V于液晶分子120上，使得邻近第一基板200的内表面202与第二基板300的内表面302的液晶分子120具有一预倾角T(pre-tilt angle)，或称倾角。举例而言，在本实施例中，外部电压V施加于第一基板200的内表面202上的第一导电层(或称为画素电极，未标注)与第二基板300内表面302上的第二导电层(未标注)，以使得邻近内表面202上的第一导电层与内表面302上的第二导电层的液晶分子120会具有预倾角。

在此，所称的“液晶分子具有一预倾角”是指液晶分子的长轴方向N₀并非完全垂直或平行于第一基板200的内表面202与第二基板300的内表面302，此液晶分子的长轴延伸方向N₀与基板的内表面的夹角即称为预倾角T，其中预倾角T的范围为大于0度且小于90度。换言之，可让液晶分子120在未加电压时，液晶分子120仍然在第一基板200的内表面202与第二基板300的内表面302具有夹角即预倾角T。相对地，“液晶分子不具有预倾角”是指液晶分子的长轴延伸方向完全垂直或平行于第一基板200的内表面202与第二基板300的内表面302。换言之，可让液晶分子120在未加电压时，液晶分子120仍然垂直或平行于第一基板200的内表面202与第二基板300的内表面302。

在此，分别讨论施加电压对于位于混合物100中央的液晶分子120以及邻近内表面202与内表面302的液晶分子120所构成的影响。位于混合物100中央的液晶分子120由于不受到基板边界条件的限制，因此受到电场影响而具有较大的转动幅度。相较之下，邻近内表面202与内表面302的液晶分子120受到基板边界条件以及液晶配向化合物110的限制，虽然受到电场影响但仅具有较小的转动幅度。换句话说，靠近基板表面的液晶分子120受到电场的影响小于第一基板与第二基板中央液晶分子120受到的电场。

虽然在此液晶配向化合物110贴附于内表面202与内表面302，但实质上仍尚未产生交联(cross-link)、固化或聚合。因此，此时液晶配向化合物110仍能受到液晶分子120的带动。

接着，参照图1D，通过外加能量E2，例如光照方式、加热方式或上述的组合使液晶配向化合物110吸收能量，使任两个液晶配向化合物110的第一交联官能基(未绘示)在第一基板200的内表面202与第二基板300的内表面302形成至少一个交联键结112。如此一来，即使移除了外加的电压，仍让至少部分的液晶分子120因交联键结112而拘束于上述的预倾角T。在此，液晶配向化合物110可具有单一或多个第一交联官能基(未绘示)可与另一液晶配向化合物110的第一交联官能基(未绘示)产生交联键结112。在此，交联键结112仅以虚框示意性地表示多个液晶配向化合物110互相交联而固定的状态，应了解到交联键结112可以视为由各个液晶配向化合物110的单一或多个第一交联官能基(未绘示)所构成的聚合物网络。

在本发明的多个实施方式中，使液晶配向化合物110在外加电压V下在第一基板200内表面202与第二基板300的内表面302形成预倾角，并通过液晶配向化合物相互交联而限制液晶分子120的转动位置，使得液晶分子的预倾角固定。

借此，参考图1E，可以得到液晶面板400，液晶面板400包含第一基板200、相对的第二基板300、液晶层LC以及前述的液晶配向化合物110。液晶层LC设置在第一基板200与第二基板300之间，其中液晶层LC包含多个液晶分子120。液晶配向化合物110设置在液晶层LC与第一基板200之间与液晶层LC与第二基板300之间，液晶配向化合物110相对应的第一交联官能基皆互相交联，且液晶配向化合物110使液晶分子120在第一基板200与第二基板300之间具有预倾角T。

据此，本发明的多个实施方式中，液晶配向化合物110具有对液晶分子120配向以及与另一液晶配向化合物110交联的能力。设计出液晶配向化合物110具有类似配向层的效果，可以维持液晶分子120具有预倾角，还可以省略聚酰亚胺(Polyimide；PI)配向层的配置，进而防止聚酰亚胺配向层可能造成的多个问题，例如材料成本的增加、带来额外的污染源以及厚度不均。此外，可以设计液晶配向化合物110的官能基A对于基板具有吸附力，或者可以使液晶配向化合物110在交联之前先吸收一定能量而倾向于依靠基板的内表面，而避免太多的液晶配向化合物110残留。

以下介绍了液晶配向化合物110的第一实施方式。液晶配向化合物110可以包含碳链结构X、官能基A以及第一交联官能基Y。在本实施方式中，官能基A仅与碳链结构X键结，即官能基A不与第一交联官能基Y键结，第一交联官能基Y与碳链结构X键结，即第一交联官能基Y不与官能基A键结。换言之，碳链结构X分别与官能基A以及第一交联官能基Y键结，即官能基A经由碳链结构X与第一交联官能基Y键结。具体而言，液晶配向化合物110的分子结构可以配置如下：

官能基A包含至少一硅原子、至少一氮原子、至少一氧原子或至少一碳原子。官能基A可以是选自由硅氧基、醇基、酸基以及氨基所组成的群组。举例而言，官能基A选自于由Si(OH)₃、Si(Cl)₃、Si(OCH₃)₃、Si(OC₂H₅)₃、CO₂H、NH₂以及NH所组成的群组。在部分实施方式中，官能基A为聚硅氧基团，其中聚硅氧基团具有多个硅原子，且聚硅氧基团为环状或柱状结构。举例而言，聚硅氧基团选自于由以及所组成的群组。如前所述，官能基A可向基板200/300的表面提供吸附力，使得液晶配向化合物110可以吸附在基板的表面，则官能基A可被称为吸附官能基A。

第一交联官能基Y包含热固型官能基或光固型官能基。在部分实施方式中，热固型官能基官包含环氧基，其中环氧基选自由以及所组成的群组。在部分实施方式中，光固型官能基包含聚合性双键，光固型官能基选自由以及所组成的群组。

在部分实施方式中，碳链结构X包含一五元环或一六元环。举例而言，碳链结构X选自由以及所组成的群组。

在本发明的部分实施方式中，当官能基A为硅氧烷基时，可以设计液晶配向化合物110如下：

在此，官能基A与第一交联官能基Y可以分别键结于碳链结构X的同一碳原子上，例如：SO-I。或者，官能基A与第一交联官能基Y可以分别键结于碳链结构X的不同碳原子上，例如：SO-II、SO-III、SO-V与SO-VI。此外，由于SO-III第一交联官能基Y是与碳链结构X链接，因此官能基A具有较SO-IV多的硅氧基与基板吸附，其吸附能力较佳。

另一方面，在本发明的部分实施方式中，当官能基A为胺基时，可以设计液晶配向化合物110如下：

在此，官能基A与第一交联官能基Y可以分别键结于碳链结构X的同一碳原子上，例如：NP-I。或者，官能基A与第一交联官能基Y可以分别键结于碳链结构X的不同碳原子上，例如：NP-II、NP-III、NP-IV、NP-V与NP-VI。

在部分实施方式中，液晶配向化合物110可还包含第二交联官能基Z，第二交联官能基Z包含热固型官能基或光固型官能基，其中第二交联官能基Z与第一交联官能基Y种类可以相同或不同，相较于单一分子上只具有一个交联官能基，单一分子上具有多个交联官能基可以让液晶配向化合物110的预倾角更稳定。在部分实施方式中，第二交联官能基Z与第一交联官能基Y键结，而使第二交联官能基Z不直接键结碳链结构X，但并不以此为限。具体而言，其结构如下：

在部分实施方式中，第一交联官能基Y包含光固型官能基，第二交联官能基Z包含热固型官能基。举例而言，液晶配向化合物110可以是：

以及

在其他部分实施方式中，第一交联官能基Y包含热固型官能基，第二交联官能基Z包含光固型官能基。

应了解到，实际应用上可以设计第二交联官能基Z与碳链结构X或官能基A键结，不应以在此所公开的第二交联官能基Z与第一交联官能基Y键结而限制本发明的范围。

以上公开了官能基A与第一交联官能基Y不互相键结，而是通过碳链结构X连接两者而维持结构的液晶配向化合物110。实际应用上不应以此限制本发明的范围。

以下介绍液晶配向化合物110的第二实施方式。详细而言，液晶配向化合物110包含碳链结构X、官能基A以及第一交联官能基Y。官能基A与碳链结构X键结，即碳链结构X不与第一交联官能基Y键结，第一交联官能基Y与官能基A键结，即第一交联官能基Y不与碳链结构X键结。换言之，官能基A分别与碳链结构X以及第一交联官能基Y键结，即第一交联官能基Y经由官能基A与碳链结构X键结。具体而言，液晶配向化合物110的结构可以配置如下：

在此，官能基A为聚硅氧基，官能基A可选自由以及所组成的群组。如前所述，官能基A可向基板200/300的表面提供吸附力，使得液晶配向化合物110可以吸附在基板的表面，则官能基A可被称为吸附官能基A。

如前所述，第一交联官能基Y包含热固型官能基或光固型官能基。在部分实施方式中，第一交联官能基Y包含环氧基。或者，在部分实施方式中，第一交联官能基Y包含聚合性双键，其中光固型官能基选自由以及所组成的群组。

在部分实施方式中，碳链结构X包含一五元环或一六元环。在部分实施方式中，碳链结构X选自由以及所组成的群组。

举例而言，可以设计液晶配向化合物110如下：

碳链结构X与第一交联官能基Y可分别键结于官能基A的不同原子上。举例而言，在此，碳链结构X倾向于与硅原子键结，第一交联官能基Y倾向于与氧原子键结。

在部分实施方式中，液晶配向化合物110还包含第二交联官能基Z，第二交联官能基Z包含热固型官能基或光固型官能基，较佳为第二交联官能基Z与第一交联官能基Y种类不同，借以让液晶配向化合物110同时有感光和感热官能基存在，进而使预倾角更稳定，但并不以此为限。在部分实施方式中，第二交联官能基Z与第一交联官能基Y键结，而不直接键结官能基A。举例而言，液晶配向化合物110的结构如下：

在一实施方式中，第一交联官能基包含热固型官能基，第二交联官能基包含光固型官能基。在另一实施方式中，第一交联官能基包含光固型官能基，第二交联官能基包含热固型官能基。

实际应用上，不应以此限制本发明的范围，第二交联官能基Z与第一交联官能基Y皆可以与官能基A键结，且第二交联官能基Z与第一交联官能基Y种类可以相同或不同。或者，第二交联官能基Z、第一交联官能基Y、碳链结构X以及官能基A可以以其他种方式组合。

据此，液晶配向化合物110的碳链结构X提供了配向的能力，通过外加电压使可液晶分子120产生预倾角，液晶配向化合物110的第一交联官能基Y提供了交联的能力而使液晶分子120拘束于预倾角。液晶配向化合物110的官能基A的吸附能力可影响残留于液晶面板的液晶层中的液晶配向化合物110的量。

为完整说明本发明的多个实施方式可行的方法，以下介绍多种液晶配向化合物110的合成方法。应了解到，在此所列举的方法或材料并不限制本发明的范围，该技术领域普通技术人员可适当变化其中的溶剂、催化剂或材料等。

以列举的第一个化合物SO-I为例。

首先，在干燥容器中依序加入化合物1以及二氯甲烷和甲醇混合溶剂(MeOH-CH₂Cl₂)。搅拌溶解化合物1后，再于室温下加入酸来催化反应的进行，上述的酸例如可为对甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid；p-TSA)。室温反应后，加入碳酸氢钠饱和水溶液来中止反应，经过萃取、浓缩、层析过滤、纯化，就可以得到化合物2。

在另一个干燥容器中，依序加入化合物2、碱以及甲苯和甲醇的混合溶剂(MeOH-toluene)，上述的碱例如可为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钙、碳酸钠和碳酸钾等。搅拌溶解化合物2和碱之后，再加入化合物3。接着，让反应物混合在适当温度下反应一段时间，例如摄氏70度下反应8小时后，回温，再加入氯化铵饱和水溶液来中止反应。然后经过萃取、浓缩、层析过滤和纯化等步骤，就可以得到化合物4。

在本发明的另一实施方式中，以化合物NP-I为例，介绍液晶配向化合物110的合成方法。

首先，在干燥容器中依序加入化合物5以及二氯甲烷和甲醇混合溶剂。搅拌溶解化合物5后，再加入碱，例如氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钙、碳酸钠和碳酸钾等。接着，让反应物混合在室温下反应一定时间(例如18小时)后，加入氯化铵饱和水溶液中止反应，经过萃取、浓缩、层析过滤、纯化等步骤，即可以得到化合物6。

在另一干燥容器中，依序加入化合物6、碱以及甲苯和甲醇的混合溶剂(MeOH-toluene)，上述的碱例如可为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钙、碳酸钠和碳酸钾等。搅拌溶解化合物6和碱之后，再加入化合物3。接着，让反应物混合在适当温度下反应一段时间，例如摄氏70度下反应15小时后，回温，加入氯化铵饱和水溶液中止反应，经过萃取、浓缩、层析过滤、纯化等步骤，就可以得到化合物7。

再来，在一个内含磁石并架上回流装置的双颈瓶中，在安定环境(例如氮气)下加入化合物7、氯化亚锡以及乙醇。让反应物混合在回流的状态下反应一定时间(例如18小时)后，回温，加入碳酸氢钙水溶液中止反应，经过萃取、浓缩、层析过滤、纯化等步骤，可以得到最终化合物8，即前述的化合物NP-I。

在本发明之再一实施方式中，以化合物PS-I为例，介绍液晶配向化合物110的合成方法。

在干燥容器中加入化合物9以及二氯甲烷，搅拌溶解化合物9后，再先后加入碱与溶剂二氯甲烷(CH₂Cl₂)，上述的碱可为例如氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钙、碳酸钠和碳酸钾等。接着，在室温下均匀地搅拌上述化合物后，在室温下加入三甲基氯硅烷(Trimethylsilyl chloride；TMSCL)，让反应物混合在室温下反应一定时间(例如12小时)后，加入氢氯酸水溶液中止反应，经过萃取、浓缩、层析过滤、纯化等步骤，就可以得到化合物10。

再来，在一个内含磁石并架上回流装置的双颈瓶中，先真空干燥后，在安定环境(例如氮气)下，加入化合物10、长碳链的化合物11、钯金属催化剂、碳酸氢钠以及加入溶剂甲苯，先让此混合物均匀搅拌后，再加入催化剂，例如三异丁基磷化合物(P(t-Bu)₃)。让反应物混合在回流的状态下反应一定时间(例如8小时)后，回温，加入氯化铵水溶液中止反应，经过萃取、浓缩、层析过滤、纯化等步骤，可以得到化合物12。

再来，在另一干燥容器中，加入化合物12、二氯甲烷和甲醇混合溶剂，搅拌溶解化合物12之后，再于室温下加入酸来催化反应的进行，上述的酸例如可为对甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid；p-TSA)。室温反应后，加入碳酸氢钠饱和水溶液中止反应，经过萃取、浓缩、层析过滤、纯化，可以得到化合物13。

在再一个干燥容器，加入化合物13、碱以及甲苯和甲醇混合溶剂，上述的碱例如可为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钙、碳酸钠和碳酸钾等。搅拌溶解化合物2和碱之后，再加入化合物3。接着，让反应物混合在适当温度下反应一段时间，例如摄氏70度下反应12小时后，回温，加入氯化铵饱和水溶液中止反应，经过萃取、浓缩、层析过滤、纯化，可以得到最终化合物14，即前述的化合物PS-I。

据此，本发明的多个实施方式中，设计液晶配向化合物110具有碳链结构、吸附官能基以及交联官能基，液晶配向化合物110可作为配向层可以维持液晶分子120具有适当预倾角，且具有省略成本并避免液晶配向化合物110残留的功效。此外，可以省略使用聚酰亚胺(Polyimide；PI)达到降低成本。由于，液晶配向化合物取代聚酰亚胺(Polyimide；PI)进一步可达到窄边框甚至是无边框的液晶面板。

公开当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。