液晶介质的制作方法
【专利摘要】本发明涉及液晶(LC)介质，其用于光学、电光学和电子学目的的用途，特别用在LC显示器，尤其是用在PS(“聚合物稳定”)或PSA(“聚合物稳定配向”)类型的LC显示器中的用途，以及包含所述LC介质的LC显示器，尤其是PS或PSA显示器。
【专利说明】液晶介质
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液晶（LC)介质，其用于光学、电光学和电子学目的的用途，特别是用 在LC显示器、尤其是用在PS( "聚合物稳定"）或PSA( "聚合物稳定配向"）类型的LC显 示器中的用途，并涉及包含所述LC介质的LC显示器，尤其是PS或PSA显示器。
【背景技术】
[0002] 目前使用的液晶显示器（LC显示器）通常是TN(扭曲向列）型的那些。但是，这 些具有强烈的对比度视角依赖性的缺陷。
[0003] 此外，已知所谓的VA( "垂直配向"）显示器具有更宽的视角。VA显示器的LC盒 在两个透明电极之间含有LC介质层，其中该LC介质通常具有负的介电（DC)各向异性值。 在断电状态下，LC层的分子垂直于电极表面（垂直地）取向或者具有倾斜的垂直取向。将 电压施加到两个电极上时，会发生LC分子平行于电极表面的再配向。
[0004] 此外，已知〇CB("光学补偿弯曲"）显示器，其基于双折射效应且具有有所谓的"弯 曲"取向和通常正的（DC)各向异性的LC层。施加电压时，发生LC分子垂直于电极表面的 再配向。此外，OCB显示器通常包含一个或多个双折射光学延迟膜，以防止在黑暗状态下弯 曲盒的不期望的光透过性。OCB显示器相对于TN显示器具有更宽的视角和更短的响应时 间。
[0005] 还已知的是所谓的IPS( "面内切换"）显示器，其包含在两个基板之间的LC层，其 中两个电极仅布置在两个基板中的一个上并且优选具有彼此交错的梳形结构。由此向电极 施加电压时，在它们之间产生具有平行于LC层的显著分量的电场。这导致LC分子在层面 内再配向。
[0006] 此外，还提出了所谓的FFS( "边缘场切换"）显示器（尤其参见S.H. Jung等人， Jpn. J. Appl. Phys.，第43卷，第3期，2004,1028)，其同样在相同的基板上包含两个电极，但 是，与IPS显示器不同，其中仅有一个以梳形的方式结构化为电极的形式，并且另一个电极 是非结构化的。由此产生强的所谓的"边缘场"，即紧挨电极边缘处且在整个盒之中的强电 场，该电场产生同时具有强的垂直分量和强的水平分量。IPS显示器以及FFS显示器二者均 具有很小的对比度视角依赖性。
[0007] 在较新近的VA显示器中，LC分子的均一配向局限于LC盒内多个较小的畴上。这 些畴之间可以存在向错，也称为倾斜畴。具有倾斜畴的VA显示器，相对于传统VA显示器， 具有更大的对比度和灰度的视角独立性。另外，这种类型的显示器更容易制备，因为不再需 要用于在接通状态下使分子均一配向的额外电极表面处理（例如通过摩擦）。替换地，通过 电极的特殊设计来控制倾斜角或预倾角的优先指向。
[0008] 在所谓的MVA( "多域垂直配向"）显示器中，这点通常通过使电极具有导致局部预 倾斜的凸起而实现。由此，在施加电压时在不同的、特定的盒区域内在不同方向上使LC分 子平行于电极表面配向。由此实现"受控的"切换，且防止干扰性的向错线的形成。虽然这 种布置改进了显示器的视角，但是它导致其透光性的降低。MVA的进一步改进使用了仅在一 个电极侧上的凸起，而对置的电极具有切口，这改进了透光性。该切口的电极在施加电压时 在LC盒中产生不均匀的电场，意味着仍实现了受控切换。为进一步改进透光性，可以扩大 切口与凸起之间的间距，但是这又导致响应时间的延长。在所谓的PVA( "图案化VA"）显 示器中，不用凸起也完全可行，因为两个电极在对置侧上通过切口来结构化，这导致增高的 对比度和改进的透光性，但是这在技术上是困难的并且使显示器对机械影响（"拍打"等） 更敏感。但是对于许多应用，例如监视器且尤其是TV-屏幕，期望缩短响应时间以及改进显 示器的对比度和亮度（透射率）。
[0009] 另一种发展是所谓的PS或PSA( "聚合物稳定"或"聚合物稳定配向"）显示器，对 其有时也使用术语"聚合物稳定化"。其中，将少量（例如〇. 3重量％、典型地〈1重量％ ) 的一种或多种可聚合化合物添加到LC介质中，并在充入LC盒之后在于电极之间施加电压 或不施加电压的情况下，使其原位聚合或交联（通常通过UV光聚合）。聚合在LC介质显示 出液晶相的温度下进行，通常在室温下进行。已证实将可聚合的介晶或液晶化合物（还称 为反应性介晶或"RM"）添加到LC混合物中是特别适宜的。
[0010] 除非另有说明，以下使用术语"PSA"代表PS显示器和PSA显示器。
[0011] 同时，PS(A)原理正用在各种传统的LC显示器中。因此，例如已知的有PSA-VA、 PSA-OCB、PSA-IPS、PSA-FFS 和 PSA-TN 显示器。在 PSA-VA 和 PSA-OCB 显示器的情况中，可 聚合化合物（一种或多种）的聚合优选在施加电压下进行，并且在PSA-IPS显示器的情况 中，可聚合化合物的聚合在施加或不施加电压，优选在不施加电压的情况下进行。如在测试 盒中可以证实的那样，PS(A)方法导致盒中的预倾斜。在PSA-OCB显示器的情形下，例如弯 曲结构可以被稳定化，从而使得偏置电压是不必要的或者可以将偏置电压降低。就PSA-VA 显示器的情况，该预倾斜对响应时间有积极的作用。对于PSA-VA显示器，可以使用标准MVA 或PVA像素和电极布局。但是另外，例如也可能例如仅使用一个结构化的电极侧且不使用 凸起来操控，这显著地简化了制备，且同时获得了极佳对比度，并且同时还获得了极佳的透 光性。
[0012] 此外，所谓的正性-VA显示器（"正性VA"）已经证明是特别合适的模式。与传统 的VA显示器类似，在正性-VA显示器中在无电压施加时的初始状态下LC分子的初始取向 是垂面的，即基本上垂直于基板。但是，与传统的VA显示器相比，正性-VA显示器中使用了 具有正性介电各向异性的LC介质。类似于在通常使用的IPS显示器中，在正性-VA显示器 中的两个电极仅布置在两块基板中的一个上，并且优选具有相互交错和梳状（交叉指形） 结构。通过向交叉指型电极施加电压，其产生了基本上平行于LC介质层电场，将LC分子转 变为基本上与基板平行的取向。在正性-VA显示器中也已证明聚合物的稳定化（PSA)是有 利的，即将RM添加到LC介质中，它们在盒中聚合，由此可以实现切换时间的显著缩短。
[0013] PSA-VA 显示器例如在 JP 10-036847 A、EP 1 170 626 A2、US 6, 861，107、US 7，169,449、US2004/0191428Al、US2006/0066793 Al和US 2006/0103804 Al 中进行了描述。 PSA-OCB 显示器例如在 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 中进行了描述。PSA-IPS 显示器例如在 US 6, 177, 972 和 Appl. Phys. Lett. 1999, 75 (21)，3264 中进行了描述。PSA-TN 显示器例如 在 Opt ics Express 2004,12 (7)，1221 中进行了描述。
[0014] 如上述的常规液晶显示器一样，PSA显示器能作为有源矩阵或无源矩阵显示器来 操作。就有源矩阵显示器的情况而言，各个像素通常通过集成的非线性有源元件如晶体管 (例如薄膜晶体管（"TFT")）来进行寻址，而就无源矩阵显示器的情况而言，各个像素通常 根据如现有技术中已知的多路传输方法来进行寻址。
[0015] 在特别为了监视器和特别是TV应用中，继续需要响应时间的最优化，以及LC显示 器的对比度和亮度（由此还有透射性）的最优化。PSA方法在这里可以提供至关重要的优 点。特别是在PSA-VA、PSA-IPS、PSA-FFS和PSA-正性-VA显示器中，与测试盒中可测量的 预倾斜相关的响应时间的缩短可以在对其他参数没有明显反作用的情况下获得。
[0016] 现有技术中，例如已经使用了下式的可聚合化合物：
[0017]
【权利要求】
1. LC介质，其包含： -可聚合组分A)，其包含一种或多种可聚合的化合物，优选选自反应性介晶（RM)，和 -液晶组分B)，以下也称为"LC主体混合物"，其包含一种或多种，优选两种或更多种低 分子量（单体和不可聚合）的化合物，其选自介晶或液晶化合物， 其特征在于，组分B包含一种或多种式I的化合物，
R1和R2各自彼此独立地表示具有1-12个C原子的烷基，其中另外，一个或两个不相邻 的CH2基团可以以O原子不彼此直接连接的方式被-〇-、-CH = CH-、-C〇-、-〇C〇-或-COO-代 替，优选具有1-6个C原子的烷基或烷氧基， L1-4各自彼此独立地表示F、Cl、0CF3、CF3、CH 3、CH2F、CHF2，其中L1-4的至少一个不同于 H并且优选表示F, 和组分B不包含其中一个或多个苯环在2-和/或3位上被氟代的联三苯化合物。
2. 根据权利要求1的LC介质，其特征在于式I的化合物选自以下子式：
其中alkyl和alkyl*各自彼此独立地表示具有1-6个C原子的直链烷基，alkenyl表 示具有2-6个C原子的直链烯基，和（O)表示氧原子或单键。alkenyl优选表示CH2 = CH-、 CH2 = CHCH2CH2-, CH3-CH = CH-, CH3-CH2-CH = CH-, CH3-(CH2)2-CH = CH-, CH3-(CH2)3-CH = CH-或 CH3-CH = CH- (CH2) 2_。
3. 根据权利要求1或2的LC介质，其特征在于其包含2、3、4或5种不同的式I化合 物。
4. 根据权利要求1-3的一项或多项的LC介质，其特征在于式I的化合物在整个混合物 中的比例为1-45%，和在每种情况下单种的式I的化合物的含量为1-20%。
5. 根据权利要求1-4的一项或多项的LC介质，其特征在于组分B进一步包含一种或多 种式CY和/或PY的化合物：
R1和R2各自彼此独立地表示具有1至12个C原子的烷基，此外，其中一个或两个不相 邻的CH2基团可以被-0-、-CH = CH-、-CO-、-O-CO-或-CO-O-以O原子不直接相互连接的 方式代替， Zx 表示-CH = CH-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-0-、-CH 2-、-CH2CH2-或单键，优选 单键， L1-4 各自彼此独立地表示 F、Cl、0CF3、CF3、CH3、CH2F、CHF 2。
6. 根据权利要求1-5的一项或多项的LC介质，其特征在于组分B进一步包含一种或多 种下式的化合物：
R3和R4各自彼此独立地表示具有1至12个C原子的烷基，此外，其中一个 或两个不相邻的CH2基团可以以O原子不直接相互连接的方式被-0-、-CH = CH-、-CO-、-O-CO-或-CO-O-代替， Zy 表示-CH2CH2-、-CH = CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-0C0-、-C 2F4-' -CF =CF-或单键。
7.根据权利要求1-6的一项或多项的LC介质，其特征在于组分A包含一种或多种选自 下式的化合物：
其中每个基团具有以下含义： pi、p2和P3各自彼此独立地表示可聚合的基团，优选具有关于P的上下文所述的含义之 一，特别优选为丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、氟丙烯酸酯基、氧杂环丁烷基、乙烯基、乙烯 氧基或环氧基， Sp1、Sp2和Sp3各自彼此独立地表示单键或间隔基团，优选具有关于Sp的上下文所述的 含义之一，并且特别优选表不 _(CH2) pl-、-(CH2) pl-〇-、-(CH2)pl-CO-O-或-(CH2) pl-〇_C〇-〇-， 其中pi是1-12的整数，和其中在最后提及的基团中与邻近环的连接通过氧原子发生， 其中另外，基团P1-Sp1^P1-Sp2-和P 3-Sp3-的一个或多个可以表示Raa，条件是存在的基 团P1-Sp1' P2-Sp2和P3-Sp3-的至少一个不表示R aa， Raa表示H、F、Cl、CN或具有1-25个C原子的直链或支链烷基，其中另外，一个或多个 不相邻的CH2基团可以各自彼此独立地以0和/或S原子彼此不直接连接的方式被-C(R°) =C(R。。）-、-C E c-、-N(R。）-、-0-、-S-、-CO-、-C0-0-、-0-C0-、-0-C0-0-代替，和其中另外 一个或多个H原子可以被F、Cl、CN或P1-Sp1-代替，特别优选直链或支链任选单或多氟代 的具有1-12个C原子的烷基、烷氧基、烯基、炔基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或 烷氧基羰基氧基（其中烯基和炔基基团具有至少两个C原子和支链基团具有至少三个C原 子）， R°，R°°各自彼此独立地并且在每次出现时相同或不同地表示H或具有1-12个C原子的 烧基， Ry和Rz各自彼此独立地表示H、F、CH3或CF3, X1，X2和X3各自彼此独立地表示-C0-0-、-O-CO-或单键， Z1 表示-0-、-CO-、-C (RyRz)-或-CF2CF2-, Z2 和 Z3 各自彼此独立地表示-co-o-、-o-co-、-ch2o-、-och2-、-cf2o-、-ocf 2-或-(CH2)n_，其中n为2、3或4， L每次出现时相同或不同地表示F、Cl、CN或直链或支链任选单或多氟代的具有1-12 个C原子的烷基、烷氧基、烯基、炔基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或烷氧基羰基 氧基，优选F， L'和L"各自彼此独立地表示H、F或Cl， r 表示 0、1、2、3 或 4， s表示0、1、2或3， t表示0、1或2， X表示0或1。
8. 根据权利要求1-7的一项或多项的LC介质，其特征在于整个混合物中组分A的可聚 合化合物的比例为〇. 05-5%。
9. 根据权利要求1-8的一项或多项的LC介质，其中组分A的可聚合化合物是经聚合 的。
10. 根据权利要求1-9的一项或多项的LC介质在PS (聚合物稳定）或PSA(聚合物稳 定配向）类型的LC显示器中的用途。
11. 根据权利要求1-9的一项或多项的LC介质在PS或PSA显示器中的用途，其用于通 过使组分A的化合物在PS或PSA显示器中优选在施加电场或磁场下原位聚合以在所述LC 介质中产生预倾斜角。 12. PS或PSA类型的LC显示器，包含根据权利要求1-9的一项或多项的LC介质。
13. 根据权利要求12的LC显示器，其特征在于其是PSA-VA、PSA-OCB、PSA-IPS、 PS-FFS、PSA-正性-VA 或 PSA-TN 显示器。
14. 根据权利要求12或13的LC显示器，其特征在于它包括具有两个基板、两个电极和 位于基板之间的根据权利要求1-9的一项或多项的LC介质的层的LC盒，其中至少一个基 板是透光的并且至少一个基板具有一个或两个电极，所述LC介质包含聚合组分和低分子 量组分，其中所述聚合组分可通过将在LC盒的基板之间的LC介质的组分A的化合物聚合 获得，优选当向电极施加电压时聚合。
15. 制造根据权利要求12-14的一项或多项的LC显示器的方法，包括以下步骤：将根 据权利要求1-8的一项或多项的LC介质填充到具有两个基板和两个电极的LC盒中，其中 至少一个基板是透光的并且至少一个基板具有一个或两个电极，和聚合LC介质的组分A的 可聚合化合物，优选当向电极施加电压时聚合。
16. 制备根据权利要求1-8的一项或多项的LC介质的方法，包括以下步骤：将一种或 多种低分子量的液晶化合物，其至少一种是如权利要求1或2所定义的式I的化合物，与一 种或多种可聚合的化合物和任选与另外的液晶化合物和/或添加剂混合。
【文档编号】C09K19/12GK104364348SQ201380029070
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2012年6月2日
【发明者】M·恩格尔, M·克拉森-梅米尔, C·马腾, S·德罗 申请人:默克专利股份有限公司