專利名稱：液晶顯示器和具有垂面取向的液晶介質(zhì)的制作方法
液晶顯示器和具有垂面取向的液晶介質(zhì)本發(fā)明涉及具有負(fù)或正介電各向異性的液晶介質(zhì)(FK-介質(zhì))，其包含在液晶顯示器(FK-顯示器)表面或者盒壁上實現(xiàn)液晶介質(zhì)的垂面(垂直的)取向的自取向介晶(SAM，英語“self-aligning mesogenes”)。因此,本發(fā)明還包含具有液晶介質(zhì)(FK-介質(zhì))的垂面取向并且不含常規(guī)酰亞胺取向?qū)拥囊壕э@示器。液晶介質(zhì)可輔以可聚合或者聚合的組分，其用于穩(wěn)定取向、調(diào)節(jié)傾斜角和/或作為鈍化層。電控雙折 射、ECB效應(yīng)或還有DAP (排列相畸變)效應(yīng)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)。接著還有 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，液晶相必須具有高數(shù)值的彈性常數(shù)比K3/K1、高數(shù)值的光學(xué)各向異性An和A e <_0.5的介電各向異性值，以能夠用于基于ECB效應(yīng)的高信息顯示元件?；贓CB效應(yīng)的電光學(xué)顯示元件具有垂面的邊緣取向(VA技術(shù)=垂直取向)。利用ECB效應(yīng)的顯示器，作為所謂的VAN(垂直取向向列型)顯示器，例如在MVA(多域垂直取向，例如:Yoshide, H.等，報告 3.1:〃MVA LCD for Notebook or MobilePCs...〃，SID2004International Symposium, Digest of Technical Papers,XXXV，第I 輯，第 6-9 頁，和 Liu, C.T.等，報告 15.l:"A46_inch TFT-LCD HDTV Technology. 〃，SID2004International Symposium, Digest of Technical Papers，XXXV，第 II 輯，750-753 頁)，PVA(圖案垂直取向，例如:Kim，Sang Sooj 報告 15.4: "Super PVA SetsNew State-of-the-Art for LCD_TV〃，SID2004InternationaI Symposium,Digestof Technical Papers, XXXV,第 II 輯，第 760-763 頁)，ASV(高級超視角，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輯，第754-757頁)模式，已經(jīng)本身被確定為除了 IPS(面內(nèi)切換)顯示器(例如:Yeo，S.D.，論文 15.3:LC Display for the TV Application^, SID2004InternationalSymposium, Digest of Technical Papers，XXXV，第 II 輯，第 758 和 759 頁)和長久已知的TN(扭曲向列型)顯示器之外，當(dāng)前最重要的三種更新類型的液晶顯示器之一，特別是對于電視應(yīng)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中將這些技術(shù)以通常形式進(jìn)行了比較。盡管現(xiàn)代ECB顯示器的響應(yīng)時間已經(jīng)通過超速驅(qū)動(overdrive)的尋址方法獲得顯著改善，例如:Kim，Hyeon Kyeong等，報告9.l:〃A57_in.Wide UXGA TFT-LCD for HDTV Application"，SID2004International Symposium, Digestof Technical Papers，XXXV，第I輯，第106 — 109頁，但是獲得適合視頻的響應(yīng)時間，特別是在灰階的切換中，仍然是一個沒有令人滿意地解決的問題。生產(chǎn)具有兩個或更多個不同優(yōu)先方向的疇的VA顯示器關(guān)系到耗費顯著的成本。本發(fā)明的目的是簡化生產(chǎn)工藝和顯示設(shè)備自身而不放棄VA技術(shù)的優(yōu)點，如相對短的響應(yīng)時間和良好的視角依賴性。包含具有正介電各向異性的液晶介質(zhì)的VA顯不器描述于S.H.Lee等人的Appl.Phys.Lett.(1997) ,71,2851-2853中。這些顯示器使用設(shè)置在基板表面上的交叉指形電極(具有梳形結(jié)構(gòu)的面內(nèi)尋址電極結(jié)構(gòu))，如尤其是在市售IPS (面內(nèi)切換)顯示器中使用的那些(例如在DE40 00 451和EPO 588 568中公開的)，并且具有液晶介質(zhì)的垂面排布，其在施加電場時轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫媾挪?。上述顯示器的進(jìn)一步發(fā)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顯示器也被稱為正-VA和HT-VA。在所有此類顯示器中(以下一般稱為VA-1PS顯示器)，取向?qū)颖皇┘拥絻蓚€基板表面上用于液晶介質(zhì)的垂面取向；該層的生產(chǎn)迄今涉及相當(dāng)顯著的成本。本發(fā)明的目的是簡化生產(chǎn)工藝本身而不放棄VA-1PS技術(shù)的優(yōu)點，如相對短的響應(yīng)時間、良好的視角依賴性和高對比度。對于這些效果在電光顯示元件中的工業(yè)應(yīng)用，需要必須滿足多種要求的液晶相。這里特別重要的是對水分、空氣、基板表面內(nèi)的材料的化學(xué)耐受性以及物理影響如熱，紅夕卜、可見光和紫外光區(qū)域的輻射以及直流和交流電場。此外，要求工業(yè)上可用的液晶相具有在合適的溫度范圍和低粘度下的液晶的介晶相(Mesophase)0VA和VA-1PS顯示器通常應(yīng)具有非常高的電阻率，同時有大的工作溫度范圍、短的響應(yīng)時間和低閾值電壓，在其幫助下可以產(chǎn)生各種灰階。在通常的VA和VA-1PS顯示器中，在基板表面上的聚酰亞胺層確保液晶的垂面取向。在顯示器中產(chǎn)生合適的取向?qū)右笙喈?dāng)大的成本。此外，取向?qū)优c液晶介質(zhì)的相互作用可能使顯示器的電阻變差。由于此類可能的相互作用，合適的液晶組分的數(shù)目顯著減少。因此，期望在沒有聚酰亞胺的情況下實現(xiàn)液晶介質(zhì)的垂面取向。經(jīng)常使用的有源矩陣TN顯示器的缺點基于它們相對低的對比度、相對高的視角依賴性以及在這些顯示器中難于產(chǎn)生灰階。VA顯示器具有顯著更好的視角依賴性，并因此主要用于電視機和顯示器。進(jìn)一步的發(fā)展是所謂的PS或者PSA (“聚合物穩(wěn)定”或者“聚合物穩(wěn)定配向”)的顯示器，為此也偶爾使用術(shù)語“聚合物穩(wěn)定的(Eolymer Stabilized)”。PSA顯示器的特征在于縮短了響應(yīng)時間而對其它參數(shù) 沒有明顯的不利影響，如特別是有利的對比度的視角依賴性。在這些顯示器中，將少量(例如0.3重量％，典型地〈I重量％)的一種或多種可聚合化合物加入液晶介質(zhì)，并在引入到液晶盒之后，在于電極之間施加或不施加電壓的情況下使其通常通過UV光聚合而原位聚合或交聯(lián)。將可聚合的介晶或液晶化合物，也已知為“反應(yīng)性介晶”或“RM”，加入到液晶混合物已證實是特別適宜的。PSA技術(shù)迄今主要用于具有負(fù)介電各向異性的液晶介質(zhì)。除非另有說明，下面使用術(shù)語“PSA”表示PS顯示器和PSA顯示器。同時，PSA原理正用于各種傳統(tǒng)的液晶顯示器中。因此，例如已知PSA-VA、PSA-OCB、PSA-1PS、PSA-FFS 和 PSA-TN 顯示器。在 PSA-VA 和 PSA-OCB 顯示器的情況下，可聚合化合物的聚合優(yōu)選在施加電壓情況下進(jìn)行，而在PSA-1PS顯示器的情況下施加或不施加電壓。如在測試盒中可以驗證的那樣，PS(A)方法導(dǎo)致在盒中‘預(yù)傾斜’。在PSA-OCB顯示器的情況下，例如彎曲結(jié)構(gòu)可以被穩(wěn)定化，從而使得可以不需要或者可以降低補償電壓。在PSA-VA顯示器的情況下，該‘預(yù)傾斜’對響應(yīng)時間有積極的作用。對于PSA-VA顯示器，可使用標(biāo)準(zhǔn)的MVA或PVA像素和電極布局。然而，另外例如也可以采用僅一個結(jié)構(gòu)化的電極側(cè)而沒有‘凸起’，這顯著簡化了生產(chǎn)并同時產(chǎn)生良好的對比度，同時有著良好的透光性。PSA-VA 顯示器描述在例如 JP10-036847A、EPl 170 626A2、US6, 861，107、US7, 169，449、US2004/0191428A1、US2006/0066793A1 和 US2006/0103804A1 中。PSA-OCB 顯示器例如描述在 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 顯示器描述在例如 US6, 177，972 和 Appl.Phys.Lett.1999，75(21)，3264 中。PSA-TN 顯示器描述在例如Optics Express2004, 12 (7)，1221 中。PSA-VA-1PS 顯示器例如公開于 W02010/089092A1 中。如上述常規(guī)液晶顯示器那樣，PSA顯示器可以作為有源矩陣或無源矩陣顯示器來操作。在有源矩陣型顯示器中，單個像素通常通過集成的非線性有源元件例如晶體管(例如薄膜晶體管或“TFT”)來進(jìn)行尋址，而在無源矩陣型顯示器中通常通過多路傳輸(Multiplex)方法來進(jìn)行，這兩種方法從現(xiàn)有技術(shù)都是已知的。特別是對于監(jiān)測器以及特別是TV應(yīng)用，仍然一如既往尋求響應(yīng)時間以及液晶顯示器的對比度和亮度(即也是透光性)的優(yōu)化。PSA方法在此可以提供關(guān)鍵的優(yōu)點。特別是在PSA-VA顯示器的情況下，與在測試盒中可測量的‘預(yù)傾斜’相關(guān)的響應(yīng)時間的縮短可以在對其它參數(shù)沒有明顯不利影響的情況下實現(xiàn)。在現(xiàn)有技術(shù)中，將下式的可聚合化合物例如用于PSA-VA:
權(quán)利要求
1.包含低分子量液晶組分以及一種或多種有機化合物的液晶介質(zhì)，其中所述有機化合物的特征在于其含有至少一個極性錨固基團和至少一個環(huán)基團。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶介質(zhì)，特征在于，它另外包含可聚合或者經(jīng)聚合的組分，其中所述經(jīng)聚合的組分通過可聚合組分的聚合得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的液晶介質(zhì)，特征在于，所述有機化合物具有大于lOOg/mol的相對摩爾質(zhì)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的一項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于，所述有機化合物的極性錨固基團表示式R2的基團，其中 R2表示具有I至25個C原子的直鏈、支化或環(huán)狀的烷基，其中一個或多個不相鄰的CH2基團也可以被-NR°-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-, -0-C0-, -0-C0-0-以 N、0 和 / 或 S 原子彼此不直接鍵接的方式代替，并且其中一個或多個叔碳原子(CH基團)也可以被N代替，并且其中一個或多個H原子也可以被F或者Cl代替， 條件是基團R2含有一個或多個選自N、S和/或0的雜原子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的 一項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于，所述有機化合物的極性錨固基團含有至少一個OH結(jié)構(gòu)或者在伯、仲或叔氨基中的N原子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的一項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于，所述有機化合物包含式MES-R2的化合物，其中 MES表示含有至少一個環(huán)體系的介晶基團，并且 R2表示極性錨固基團。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的一項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于，所述有機化合物包含下式I的化合物:R1-A1-(Z2-A2)ml-R2 (1) 其中 A1和A2各自彼此獨立地表示芳族、雜芳族、環(huán)脂族或者雜環(huán)基團，其還可以含有稠環(huán)，并且其還可以被基團L單或者多取代， L 在每種情況下彼此獨立地表示-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，任選取代的甲硅烷基，具有 6至20個C原子的任選取代的芳基或環(huán)烷基，或者具有I至25個C原子的直鏈或支鏈的烷基、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，其中一個或多個H原子也可以被F或Cl代替， Z2 在每種情況下彼此獨立地表不 _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 或者單鍵， R0和R°°各自彼此獨立地表示H或者具有I至12個C原子的烷基， R1 > R2彼此獨立地表示H，鹵素，具有I至25個C原子的直鏈、支鏈或者環(huán)狀烷基，其中一個或多個不相鄰的CH2基團也可以被-NR°-、-O-、-S-、-CO-、-C0-0-、-0-C0-、-0-C0-0-以N、0和/或S原子彼此不直接鍵接的方式代替，并且其中一個或多個叔碳原子(CH基團)也可以被N代替，并且其中一個或多個H原子也可以被F或者Cl代替， 條件是至少基團R2含有一個或多個選自N、S和/或0的雜原子，ml表示0、1、2、3、4或5，并且 nl表示1、2、3或4。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的一項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于，對于式I的化合物，Z2表示單鍵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8的一項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于，所述基團R2包含子式(Al)的基團-Sp-[X2-Z3-] ,X1 (Al) 其中 Sp表示間隔基團或者單鍵， X1 表示基團-NH2、-NHR11、-NR112、-OR11、-OH、-(CO)OH 或者下式的基團
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9的一項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于，其包含濃度小于10wt%的式I的化合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10的一項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于，其包含一種或多種式M的可聚合化合物或者經(jīng)聚合的組分，其中所述經(jīng)聚合的組分包含一種或多種以聚合形式的式M的化合物: Pa- (Spa) Sl-A2- (Z1-A1) n- (Spb) s2-Pb M 其中各個基團具有下列含義: Pa、Pb各自彼此獨立地表示可聚合基團， Sp\ Spb每次出現(xiàn)時相同或不同地表示間隔基團， s1、s2各自彼此獨立地表示0或I, A^A2各自彼此獨立地選自下列基團: a)反式-1，4-亞環(huán)己基、1，4-亞環(huán)己烯基和4，4’-亞二環(huán)己基，其中一個或多個不相鄰的CH2基團也可以被-0-和/或-S-代替，并且其中一個或多個H原子也可以被F代替， b)1,4-亞苯基和1,3-亞苯基，其中一個或兩個CH基團也可以被N代替，并且其中一個或多個H原子也可以被L代替， c)四氧卩比喃-2，5_二基、I,3_二B,惡燒_2，5_二基、四氧咲喃-2，5-二基、環(huán)丁燒-1，3-二基、哌啶-1，4- 二基、噻吩-2，5- 二基和硒吩-2，5- 二基，其還可以被L單或多取代，d)飽和、部分不飽和或者完全不飽和并且任選取代的具有5至20個環(huán)C原子的多環(huán)基團，其中一個或多個C原子也可以被雜原子代替，優(yōu)選選自雙環(huán)[1.1.1]戊烷-1，3- 二基、雙環(huán)-[2.2.2]辛烷-1，4- 二基、螺[3.3]庚烷-2，6- 二基，
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11的一項或多項的液晶介質(zhì)，特征在于，所述式I的化合物含有一種或多種可聚合基團。
13. 包含具有兩個基板和至少兩個電極以及位于所述基板之間的根據(jù)權(quán)利要求1至12的一項或多項的液晶介質(zhì)的層的液晶盒的液晶顯示器，其中至少一個基板對光是透明的并且至少一個基板具有一個或兩個電極， 其中所述有機化合物或者式I的化合物適合于導(dǎo)致液晶介質(zhì)相對于所述基板表面的垂面取向。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的液晶顯示器，特征在于，所述基板沒有用于垂面取向的取向?qū)印?br> 15.根據(jù)權(quán)利要求13的液晶顯示器，特征在于，所述基板在一側(cè)或兩側(cè)上具有未經(jīng)摩擦的取向?qū)印?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求13至15的一項或多項的液晶顯示器，特征在于，其為VA顯示器，所述VA顯示器含有具有負(fù)介電各向異性的液晶介質(zhì)和設(shè)置在對置的基板上的電極。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16的一項或多項的液晶顯示器，特征在于，其為VA-1PS顯示器，所述VA-1PS顯不器含有具有正介電各向異性的液晶介質(zhì)和至少設(shè)置在一個基板上的交叉指形電極。
18.制備液晶介質(zhì)的方法，特征在于，將一種或多種具有至少一個錨固基團和至少一個環(huán)基團的有機化合物或者一種或多種式I的化合物與低分子量液晶組分混合，并任選加入一種或多種可聚合化合物和/或添加劑。
19.式I的化合物 R1-A1-(Z2-A2)ml-R2 (I) 其中: R2表示式(Al)的基團 -Sp-[X2-Z3-] ,X1 (Al) 其中 Sp表示間隔基團或者單鍵， X1 表示基團-NH2、-NHR11、-NR112、-OR11、-OH、-(CO)OH 或者下式的基團 —N NR % -( NR % —f N 或者—N 0,
20.根據(jù)權(quán)利要求19的化合物，特征在于， ml表示1、2或3,并且 A1和A2獨立地表示1，4-亞苯基或者環(huán)己烷-1，4- 二基。
21.根據(jù)前述 權(quán)利要求的一項或多項的含有至少一個錨固基團和至少一個環(huán)基團的有機化合物或者根據(jù)前述權(quán)利要求的一項或多項的式I的化合物的用途，作為液晶介質(zhì)的添加劑用于導(dǎo)致相對于限定液晶介質(zhì)的表面的垂面取向。
22.生產(chǎn)包含具有兩個基板和至少兩個電極的液晶盒的液晶顯示器的方法，其中至少一個基板對光是透明的并且至少一個基板具有一個或兩個電極，該方法包含如下方法步驟: -用包含低分子量液晶組分的液晶介質(zhì)、可聚合組分和根據(jù)權(quán)利要求1至13的一項或多項的具有至少一個極性錨固基團的有機化合物填充盒，所述有機化合物適合于導(dǎo)致液晶介質(zhì)相對于基板表面的垂面(垂直)取向，并且任選地 -聚合所述可聚合組分，任選地在向所述盒施加電壓或者在電場的作用的情況下。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有負(fù)或正介電各向異性的液晶介質(zhì)(FK-介質(zhì))，其包含在液晶顯示器(FK-顯示器)的表面或者盒壁上實現(xiàn)液晶介質(zhì)的垂面(垂直)取向的自取向介晶(SAM)。因此，本發(fā)明還包含具有液晶介質(zhì)(FK-介質(zhì))的垂面取向并且不含常規(guī)酰亞胺取向?qū)拥囊壕э@示器。液晶介質(zhì)可輔以可聚合或者經(jīng)聚合的組分，其用于穩(wěn)定取向、調(diào)節(jié)傾斜角和/或作為鈍化層。
文檔編號C09K19/54GK103119128SQ201180045589
公開日2013年5月22日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者G·阿爾凱蒂, A·陶格貝克 申請人:默克專利股份有限公司