专利名称：液晶显示器和具有垂面取向的液晶介质的制作方法
液晶显示器和具有垂面取向的液晶介质本发明涉及具有负或正介电各向异性的液晶介质(FK-介质)，其包含在液晶显示器(FK-显示器)表面或者盒壁上实现液晶介质的垂面(垂直的)取向的自取向介晶(SAM，英语“self-aligning mesogenes”)。因此,本发明还包含具有液晶介质(FK-介质)的垂面取向并且不含常规酰亚胺取向层的液晶显示器。液晶介质可辅以可聚合或者聚合的组分，其用于稳定取向、调节倾斜角和/或作为钝化层。电控双折 射、ECB效应或还有DAP (排列相畸变)效应的原理首次描述于1971年(M.F.Schieckel 和 K.Fahrenschon，"Deformation of nematic liquid crystals withvertical orientation in electrical fields'Appl.Phys.Lett.19 (1971)，3912)。接着还有 J.F.Kahn (Appl.Phys.Lett.20 (1972)，1193)以及 G.Labrunie 和 J.Robert (J.App1.Phys.44 (1973)，4869)的著作。J.Robert 和 F.Clerc (SID80Digest Techn.Papers (1980)，30)、J.Duchene (Displays7(1986)，3)和 H.Schad (SID82Digest Techn.Papers(1982), 244)的著作已表明，液晶相必须具有高数值的弹性常数比K3/K1、高数值的光学各向异性An和A e <_0.5的介电各向异性值，以能够用于基于ECB效应的高信息显示元件。基于ECB效应的电光学显示元件具有垂面的边缘取向(VA技术=垂直取向)。利用ECB效应的显示器，作为所谓的VAN(垂直取向向列型)显示器，例如在MVA(多域垂直取向，例如:Yoshide, H.等，报告 3.1:〃MVA LCD for Notebook or MobilePCs...〃，SID2004International Symposium, Digest of Technical Papers,XXXV，第I 辑，第 6-9 页，和 Liu, C.T.等，报告 15.l:"A46_inch TFT-LCD HDTV Technology. 〃，SID2004International Symposium, Digest of Technical Papers，XXXV，第 II 辑，750-753 页)，PVA(图案垂直取向，例如:Kim，Sang Sooj 报告 15.4: "Super PVA SetsNew State-of-the-Art for LCD_TV〃，SID2004InternationaI Symposium,Digestof Technical Papers, XXXV,第 II 辑，第 760-763 页)，ASV(高级超视角，例如:Shigeta, Mitzuhiro and Fukuoka，Hirofumi，J艮告 15.2: "Development of High QualityLCDTV〃，SID2004International Symposium, Digest of Technical Papers，XXXV，第 II辑，第754-757页)模式，已经本身被确定为除了 IPS(面内切换)显示器(例如:Yeo，S.D.，论文 15.3:LC Display for the TV Application^, SID2004InternationalSymposium, Digest of Technical Papers，XXXV，第 II 辑，第 758 和 759 页)和长久已知的TN(扭曲向列型)显示器之外，当前最重要的三种更新类型的液晶显示器之一，特别是对于电视应用而言。例如在 Souk，Jun，SID Seminar2004, Seminar M_6:〃Recent Advancesin LCD Technology"，Seminar Lecture Notes，M-6/1 至 M-6/26，和 Miller，Ian，SIDSeminar2004，Seminar M_7:〃LCD_Television〃，Seminar Lecture Notes，M-7/1 至 M-7/32中将这些技术以通常形式进行了比较。尽管现代ECB显示器的响应时间已经通过超速驱动(overdrive)的寻址方法获得显著改善，例如:Kim，Hyeon Kyeong等，报告9.l:〃A57_in.Wide UXGA TFT-LCD for HDTV Application"，SID2004International Symposium, Digestof Technical Papers，XXXV，第I辑，第106 — 109页，但是获得适合视频的响应时间，特别是在灰阶的切换中，仍然是一个没有令人满意地解决的问题。生产具有两个或更多个不同优先方向的畴的VA显示器关系到耗费显著的成本。本发明的目的是简化生产工艺和显示设备自身而不放弃VA技术的优点，如相对短的响应时间和良好的视角依赖性。包含具有正介电各向异性的液晶介质的VA显不器描述于S.H.Lee等人的Appl.Phys.Lett.(1997) ,71,2851-2853中。这些显示器使用设置在基板表面上的交叉指形电极(具有梳形结构的面内寻址电极结构)，如尤其是在市售IPS (面内切换)显示器中使用的那些(例如在DE40 00 451和EPO 588 568中公开的)，并且具有液晶介质的垂面排布，其在施加电场时转变为平面排布。上述显示器的进一步发展可以例如在K.S.Hun等人的J.Appl.Phys.(2008), 104, 084515 (DSIPS: 1 double-side in-plane switching' fiirVerbesserung von Treiberspannung und Trasmission)、M.Jiao 等人的 App.Phys.Lett (2008), 92, 111101 (DFFS: 1 dual fringe field switching 1 fiir verbesserteSchaltzeiten 和 Y.T.Kim 等人的 Jap.J.App.Phys.(2009), 48, 110205 (VAS: ' viewingangle switchable' LCD)中找到。此夕卜，VA-1PS显示器也被称为正-VA和HT-VA。在所有此类显示器中(以下一般称为VA-1PS显示器)，取向层被施加到两个基板表面上用于液晶介质的垂面取向；该层的生产迄今涉及相当显著的成本。本发明的目的是简化生产工艺本身而不放弃VA-1PS技术的优点，如相对短的响应时间、良好的视角依赖性和高对比度。对于这些效果在电光显示元件中的工业应用，需要必须满足多种要求的液晶相。这里特别重要的是对水分、空气、基板表面内的材料的化学耐受性以及物理影响如热，红夕卜、可见光和紫外光区域的辐射以及直流和交流电场。此外，要求工业上可用的液晶相具有在合适的温度范围和低粘度下的液晶的介晶相(Mesophase)0VA和VA-1PS显示器通常应具有非常高的电阻率，同时有大的工作温度范围、短的响应时间和低阈值电压，在其帮助下可以产生各种灰阶。在通常的VA和VA-1PS显示器中，在基板表面上的聚酰亚胺层确保液晶的垂面取向。在显示器中产生合适的取向层要求相当大的成本。此外，取向层与液晶介质的相互作用可能使显示器的电阻变差。由于此类可能的相互作用，合适的液晶组分的数目显著减少。因此，期望在没有聚酰亚胺的情况下实现液晶介质的垂面取向。经常使用的有源矩阵TN显示器的缺点基于它们相对低的对比度、相对高的视角依赖性以及在这些显示器中难于产生灰阶。VA显示器具有显著更好的视角依赖性，并因此主要用于电视机和显示器。进一步的发展是所谓的PS或者PSA (“聚合物稳定”或者“聚合物稳定配向”)的显示器，为此也偶尔使用术语“聚合物稳定的(Eolymer Stabilized)”。PSA显示器的特征在于缩短了响应时间而对其它参数 没有明显的不利影响，如特别是有利的对比度的视角依赖性。在这些显示器中，将少量(例如0.3重量％，典型地〈I重量％)的一种或多种可聚合化合物加入液晶介质，并在引入到液晶盒之后，在于电极之间施加或不施加电压的情况下使其通常通过UV光聚合而原位聚合或交联。将可聚合的介晶或液晶化合物，也已知为“反应性介晶”或“RM”，加入到液晶混合物已证实是特别适宜的。PSA技术迄今主要用于具有负介电各向异性的液晶介质。除非另有说明，下面使用术语“PSA”表示PS显示器和PSA显示器。同时，PSA原理正用于各种传统的液晶显示器中。因此，例如已知PSA-VA、PSA-OCB、PSA-1PS、PSA-FFS 和 PSA-TN 显示器。在 PSA-VA 和 PSA-OCB 显示器的情况下，可聚合化合物的聚合优选在施加电压情况下进行，而在PSA-1PS显示器的情况下施加或不施加电压。如在测试盒中可以验证的那样，PS(A)方法导致在盒中‘预倾斜’。在PSA-OCB显示器的情况下，例如弯曲结构可以被稳定化，从而使得可以不需要或者可以降低补偿电压。在PSA-VA显示器的情况下，该‘预倾斜’对响应时间有积极的作用。对于PSA-VA显示器，可使用标准的MVA或PVA像素和电极布局。然而，另外例如也可以采用仅一个结构化的电极侧而没有‘凸起’，这显著简化了生产并同时产生良好的对比度，同时有着良好的透光性。PSA-VA 显示器描述在例如 JP10-036847A、EPl 170 626A2、US6, 861，107、US7, 169，449、US2004/0191428A1、US2006/0066793A1 和 US2006/0103804A1 中。PSA-OCB 显示器例如描述在 T.-J-Chen 等，Jpn.J.Appl.Phys.45，2006，2702-2704 和S.H.Kim, L.-C-Chien, Jpn.J.Appl.Phys.43，2004，7643-7647 中。PSA-1PS 显示器描述在例如 US6, 177，972 和 Appl.Phys.Lett.1999，75(21)，3264 中。PSA-TN 显示器描述在例如Optics Express2004, 12 (7)，1221 中。PSA-VA-1PS 显示器例如公开于 W02010/089092A1 中。如上述常规液晶显示器那样，PSA显示器可以作为有源矩阵或无源矩阵显示器来操作。在有源矩阵型显示器中，单个像素通常通过集成的非线性有源元件例如晶体管(例如薄膜晶体管或“TFT”)来进行寻址，而在无源矩阵型显示器中通常通过多路传输(Multiplex)方法来进行，这两种方法从现有技术都是已知的。特别是对于监测器以及特别是TV应用，仍然一如既往寻求响应时间以及液晶显示器的对比度和亮度(即也是透光性)的优化。PSA方法在此可以提供关键的优点。特别是在PSA-VA显示器的情况下，与在测试盒中可测量的‘预倾斜’相关的响应时间的缩短可以在对其它参数没有明显不利影响的情况下实现。在现有技术中，将下式的可聚合化合物例如用于PSA-VA:
权利要求
1.包含低分子量液晶组分以及一种或多种有机化合物的液晶介质，其中所述有机化合物的特征在于其含有至少一个极性锚固基团和至少一个环基团。
2.根据权利要求1的液晶介质，特征在于，它另外包含可聚合或者经聚合的组分，其中所述经聚合的组分通过可聚合组分的聚合得到。
3.根据权利要求1或2的液晶介质，特征在于，所述有机化合物具有大于lOOg/mol的相对摩尔质量。
4.根据权利要求1至3的一项或多项的液晶介质，特征在于，所述有机化合物的极性锚固基团表示式R2的基团，其中 R2表示具有I至25个C原子的直链、支化或环状的烷基，其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以被-NR°-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-, -0-C0-, -0-C0-0-以 N、0 和 / 或 S 原子彼此不直接键接的方式代替，并且其中一个或多个叔碳原子(CH基团)也可以被N代替，并且其中一个或多个H原子也可以被F或者Cl代替， 条件是基团R2含有一个或多个选自N、S和/或0的杂原子。
5.根据权利要求1至4的 一项或多项的液晶介质，特征在于，所述有机化合物的极性锚固基团含有至少一个OH结构或者在伯、仲或叔氨基中的N原子。
6.根据权利要求1至5的一项或多项的液晶介质，特征在于，所述有机化合物包含式MES-R2的化合物，其中 MES表示含有至少一个环体系的介晶基团，并且 R2表示极性锚固基团。
7.根据权利要求1至6的一项或多项的液晶介质，特征在于，所述有机化合物包含下式I的化合物:R1-A1-(Z2-A2)ml-R2 (1) 其中 A1和A2各自彼此独立地表示芳族、杂芳族、环脂族或者杂环基团，其还可以含有稠环，并且其还可以被基团L单或者多取代， L 在每种情况下彼此独立地表示-OH、-(CH2)nl-0H、F、Cl、Br、1、_CN、-NO2, -NCO, -NCS,-OCN、-SCN、-C (=0) N (R0) 2、-C (=0) R0、-N (R0) 2、- (CH2) n「N (R0) 2，任选取代的甲硅烷基，具有 6至20个C原子的任选取代的芳基或环烷基，或者具有I至25个C原子的直链或支链的烷基、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰氧基或烷氧基羰基氧基，其中一个或多个H原子也可以被F或Cl代替， Z2 在每种情况下彼此独立地表不 _0~、-S-、-CO-、-C0-0-、-0C0-、-0-C0-0-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-' -CH2S-' -CF2O-' -OCF2-' -CF2S-' -SCF2-' - (CH2) nl-、-CF2CH2-' -CH2CF2-' - (CF2) nl-、-CH=CH-, -CF=CF-, -C = C-、-CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, CR0R00 或者单键， R0和R°°各自彼此独立地表示H或者具有I至12个C原子的烷基， R1 > R2彼此独立地表示H，卤素，具有I至25个C原子的直链、支链或者环状烷基，其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以被-NR°-、-O-、-S-、-CO-、-C0-0-、-0-C0-、-0-C0-0-以N、0和/或S原子彼此不直接键接的方式代替，并且其中一个或多个叔碳原子(CH基团)也可以被N代替，并且其中一个或多个H原子也可以被F或者Cl代替， 条件是至少基团R2含有一个或多个选自N、S和/或0的杂原子，ml表示0、1、2、3、4或5，并且 nl表示1、2、3或4。
8.根据权利要求1至7的一项或多项的液晶介质，特征在于，对于式I的化合物，Z2表示单键。
9.根据权利要求1至8的一项或多项的液晶介质，特征在于，所述基团R2包含子式(Al)的基团-Sp-[X2-Z3-] ,X1 (Al) 其中 Sp表示间隔基团或者单键， X1 表示基团-NH2、-NHR11、-NR112、-OR11、-OH、-(CO)OH 或者下式的基团
10.根据权利要求1至9的一项或多项的液晶介质，特征在于，其包含浓度小于10wt%的式I的化合物。
11.根据权利要求1至10的一项或多项的液晶介质，特征在于，其包含一种或多种式M的可聚合化合物或者经聚合的组分，其中所述经聚合的组分包含一种或多种以聚合形式的式M的化合物: Pa- (Spa) Sl-A2- (Z1-A1) n- (Spb) s2-Pb M 其中各个基团具有下列含义: Pa、Pb各自彼此独立地表示可聚合基团， Sp\ Spb每次出现时相同或不同地表示间隔基团， s1、s2各自彼此独立地表示0或I, A^A2各自彼此独立地选自下列基团: a)反式-1，4-亚环己基、1，4-亚环己烯基和4，4’-亚二环己基，其中一个或多个不相邻的CH2基团也可以被-0-和/或-S-代替，并且其中一个或多个H原子也可以被F代替， b)1,4-亚苯基和1,3-亚苯基，其中一个或两个CH基团也可以被N代替，并且其中一个或多个H原子也可以被L代替， c)四氧卩比喃-2，5_二基、I,3_二B,惡烧_2，5_二基、四氧咲喃-2，5-二基、环丁烧-1，3-二基、哌啶-1，4- 二基、噻吩-2，5- 二基和硒吩-2，5- 二基，其还可以被L单或多取代，d)饱和、部分不饱和或者完全不饱和并且任选取代的具有5至20个环C原子的多环基团，其中一个或多个C原子也可以被杂原子代替，优选选自双环[1.1.1]戊烷-1，3- 二基、双环-[2.2.2]辛烷-1，4- 二基、螺[3.3]庚烷-2，6- 二基，
12. 根据权利要求1至11的一项或多项的液晶介质，特征在于，所述式I的化合物含有一种或多种可聚合基团。
13. 包含具有两个基板和至少两个电极以及位于所述基板之间的根据权利要求1至12的一项或多项的液晶介质的层的液晶盒的液晶显示器，其中至少一个基板对光是透明的并且至少一个基板具有一个或两个电极， 其中所述有机化合物或者式I的化合物适合于导致液晶介质相对于所述基板表面的垂面取向。
14.根据权利要求13的液晶显示器，特征在于，所述基板没有用于垂面取向的取向层。
15.根据权利要求13的液晶显示器，特征在于，所述基板在一侧或两侧上具有未经摩擦的取向层。
16.根据权利要求13至15的一项或多项的液晶显示器，特征在于，其为VA显示器，所述VA显示器含有具有负介电各向异性的液晶介质和设置在对置的基板上的电极。
17.根据权利要求13至16的一项或多项的液晶显示器，特征在于，其为VA-1PS显示器，所述VA-1PS显不器含有具有正介电各向异性的液晶介质和至少设置在一个基板上的交叉指形电极。
18.制备液晶介质的方法，特征在于，将一种或多种具有至少一个锚固基团和至少一个环基团的有机化合物或者一种或多种式I的化合物与低分子量液晶组分混合，并任选加入一种或多种可聚合化合物和/或添加剂。
19.式I的化合物 R1-A1-(Z2-A2)ml-R2 (I) 其中: R2表示式(Al)的基团 -Sp-[X2-Z3-] ,X1 (Al) 其中 Sp表示间隔基团或者单键， X1 表示基团-NH2、-NHR11、-NR112、-OR11、-OH、-(CO)OH 或者下式的基团 —N NR % -( NR % —f N 或者—N 0,
20.根据权利要求19的化合物，特征在于， ml表示1、2或3,并且 A1和A2独立地表示1，4-亚苯基或者环己烷-1，4- 二基。
21.根据前述 权利要求的一项或多项的含有至少一个锚固基团和至少一个环基团的有机化合物或者根据前述权利要求的一项或多项的式I的化合物的用途，作为液晶介质的添加剂用于导致相对于限定液晶介质的表面的垂面取向。
22.生产包含具有两个基板和至少两个电极的液晶盒的液晶显示器的方法，其中至少一个基板对光是透明的并且至少一个基板具有一个或两个电极，该方法包含如下方法步骤: -用包含低分子量液晶组分的液晶介质、可聚合组分和根据权利要求1至13的一项或多项的具有至少一个极性锚固基团的有机化合物填充盒，所述有机化合物适合于导致液晶介质相对于基板表面的垂面(垂直)取向，并且任选地 -聚合所述可聚合组分，任选地在向所述盒施加电压或者在电场的作用的情况下。
全文摘要
本发明涉及具有负或正介电各向异性的液晶介质(FK-介质)，其包含在液晶显示器(FK-显示器)的表面或者盒壁上实现液晶介质的垂面(垂直)取向的自取向介晶(SAM)。因此，本发明还包含具有液晶介质(FK-介质)的垂面取向并且不含常规酰亚胺取向层的液晶显示器。液晶介质可辅以可聚合或者经聚合的组分，其用于稳定取向、调节倾斜角和/或作为钝化层。
文档编号C09K19/54GK103119128SQ201180045589
公开日2013年5月22日 申请日期2011年8月29日 优先权日2010年9月25日
发明者G·阿尔凯蒂, A·陶格贝克 申请人:默克专利股份有限公司