CN101359144B - 垂直配向型液晶显示面板及其液晶材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直配向型液晶显示面板及其液晶材料。本发明的垂直配向型液晶显示面板，包括下基板、上基板以及填充于两者之间液晶层。液晶层包含配向聚合体与多个液晶分子，该多个液晶分子包括多个中性液晶分子以及多个负型液晶分子，负型液晶分子大约占液晶层总重量的51％至85％之间。

Description

垂直配向型液晶显示面板及其液晶材料

【技术领域】

本发明涉及一种液晶显示面板及其液晶材料，且特别涉及一种垂直配向型液晶显示面板及其液晶材料。

【背景技术】

液晶显示面板(Liquid Crystal Display Panel)具备轻薄、省电、低辐射的特性，在商业及消费性电子产品上应用广泛，逐步取代传统阴极射线管屏幕成为热门的光电产品。目前液晶显示面板在耗电量、全面辉度及明室对比效果上已经优于传统阴极射线管屏幕，然而在显示质量上仍略为逊色。

衡量液晶显示面板质量的两大重点，分别是动态影像质量与显示不均匀(Mura)程度。动态影像质量方面考量液晶显示面板呈现快速移动的影像时，因液晶分子的驱动反应较慢，所产生的影像模糊现象，或是当液晶显示面板长时间显示同一影像之后切换至另一影像显示时，前面的影像会长时间残留并重迭于后续影像上的影像残留问题(image sticking)。Mura侦测则在检验液晶显示面板呈现低亮度(灰阶92、灰阶128)的静态画面时，会呈现部份亮度不均匀的区块。

液晶显示面板的动态影像质量与静态画质究竟应该如何改善，是业界亟欲解决的问题，然而其成因众说纷纭莫衷一是。就Mura程度来看，有些人认为是组装过程有瑕疵所致，也有些人认为是面板间隙(cell gap)不一致所致，从而衍生出各类的应对之道，例如：采用条件严苛且繁复的制程条件或是额外增加步骤来调整面板间隙。但是，这些作法在应用于大尺寸面板或是大量生产时仍然可能遭遇困难。没有方向地严格控制每一道工艺条件，是非常耗时、耗成本的作法。在面板尺寸越来越大的情况下，面板间隙均匀度势必增大，届时想要藉由调整面板间隙来提升显示质量将会越来越难达成。

【发明内容】

本发明涉及一种垂直配向型液晶显示面板及其液晶材料，其中中性液晶与负型液晶分子依照特定比例混合，藉此改善亮度不均匀的问题。

根据本发明的目的，提出一种垂直配向型液晶显示面板，其包括下基板、上基板以及填充于两者间的液晶层。液晶层包含多个液晶分子与配向聚合体，多个液晶分子包括多个中性液晶分子以及多个负型液晶分子，负型液晶分子大约占液晶层总重量的51％至85％之间。其中该多个负型液晶分子选自化合物I或化合物II中至少一个；

该化合物I以化学式表示如下：

该化合物II以化学式表示如下：

“R¹”、“R²”独立地为具有1至12个碳原子的烷基(alkyl)，其不相邻的一或二个-CH₂-基由氧原子、亚乙烯基、羰基或羧基所取代；

“R⁷”具有1至12个碳原子的烷基；

为1，4-亚环己基或1，4-亚苯基；以及

该多个中性液晶分子选自化合物IIIB或化合物IVB中至少一个；

该化合物IIIB以化学式表示如下：

该化合物IVB以化学式表示如下：

其中，d＝0或1；

“R³”、“R⁴”及“R⁶”独立地为具有1至12个碳原子的烷基(alkyl)；

“R⁵”为具有1至8个碳原子的烷基或具有2至8个碳原子的链烯基；“W”为氧原子、硫原子、甲氧基、羰基、羧基、胺甲酰基、甲硫基、乙烯羰基、羰乙烯基或单键；

及

独立地为1，4-亚环己基或1，4-亚苯基。

根据本发明的目的，另提出一种液晶材料，其应用于垂直配向型液晶显示面板。液晶材料包括多个可聚合单体以及多个液晶分子。多个液晶分子包括多个中性液晶分子以及多个负型液晶分子，负型液晶分子大约占液晶材料总重量的51％至85％之间。其中该多个负型液晶分子以及该多个中性液晶分子选自前述的化合物。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施方案，并配合所附图式，作详细说明如下：

【附图说明】

图1绘示依照本发明较佳实施方案的垂直配向型液晶显示面板的侧视图。

图2为本发明较佳实施方案的垂直配向型液晶显示面板的液晶层的内容物及其比例。

图3为在相同工艺条件下液晶材料内负型液晶分子比例与产生mura机率高低的比较。

主要组件符号说明

100：垂直配向型液晶显示面板

110：上基板

120：下基板

130：液晶层

135：液晶分子

145：配向聚合体

【实施方式】

液晶分子依其介电各向异性(dielectric anisotropy)数值分为正型液晶分子、中性液晶分子与及负型液晶分子。正型液晶分子泛指介电各向异性为正值的液晶分子，当外加大于某一程度的电压时，液晶分子长轴会与电场方向平行排列。中性液晶分子泛指介电各向异性接近零的液晶分子，当外加大于某一程度的电压时，液晶分子长轴转动程度小。负型液晶泛指介电各向异性为负值的液晶分子，当外加大于某一程度的电压时，液晶分子长轴会与电场方向垂直。

垂直配向型液晶显示面板泛指在自然状态下(不施加电压时)，液晶分子长轴垂直于基板，会产生黑色画面的液晶显示面板。然而，申请人发现垂直配向型液晶显示面板的液晶层并非全部都由负型液晶分子组成会有最佳的显示质量。因此，本发明提出一种垂直配向型液晶显示面板的液晶层/液晶材料的搭配准则：负型液晶分子大约占液晶材料总重量的51％至85％之间，可以提升液晶显示面板的显示质量。

本发明主要提出一种垂直配向型液晶显示面板，其液晶层内中性液晶分子与负型液晶分子依照特定比例混合而成，藉此改善液晶显示面板亮度不均匀或影像残留等问题。

请参照图1，其绘示依照本发明较佳实施方案的垂直配向型液晶显示面板的侧视图。本发明较佳实施方案的垂直配向型液晶显示面板100包括下基板120、上基板110以及填充于两者之间的液晶层130。液晶层包含多个液晶分子135与配向聚合体145。配向聚合体145由多个可聚合单体，通过聚合高分子辅助配向技术(Polymer-Stabilizing Alignment，PSA)形成于上基板110或下基板120表面，用以引导液晶分子135排列及与基板间产生预倾角。多个液晶分子135包括中性液晶分子以及负型液晶分子，负型液晶分子大约占液晶层总重量的51％至85％之间。较佳的是，负型液晶分子大约占液晶层总重量的55％至75％之间。更佳的是，负型液晶分子大约占液晶层总重量的60％至65％之间。

中性液晶分子及负型液晶分子的化学结构如下所示。负型液晶分子选自化合物I、化合物II、化合物IIIA及化合物IVA中的至少一个。中性液晶分子选自化合物IIIB及化合物IVB中的至少一个。化合物III或化合物IV当取代基不同时，分为化合物IIIA、IVA为负型液晶，化合物IIIB、IVB为中性液晶，因此不论是中性液晶分子还是负型液晶分子都可以选自化合物III或化合物IV。负型液晶分子中化合物IIIA及化合物IVA具有负型取代基，例如可以是氟取代基(-F)。

化合物I以化学式表示如下：

化合物II以化学式表示如下：

化合物III以化学式表示如下：

化合物IV以化学式表示如下：

其中，d＝0或1。

“R¹”，、“R²”、“R³”、“R⁴”及“R⁶”独立地为具有1至12个碳原子的烷基(alkyl)，其不相邻的一或二个-CH₂-基为氧原子、亚乙烯基(vinylene，-CH＝CH-)、羰基(carbonyl，C＝O)、或羧基(carboxyl，-COO-，-OCO-)所取代。

“R⁵”为具有1至8个碳原子的烷基(alkyl)或具有2至8个碳原子的链烯基(alkenyl)。

“R⁷”为具有1至12个碳原子的烷基(alkyl)。

“W”为氧原子、硫原子、甲氧基(methyoxy，-OCH2-)、羰基(carbonyl，C＝O)、羧基(carboxyl，-COO-)、胺甲酰基(carbamoyl，-CO-N⁰R-，-N⁰R-CO-)、甲硫基(methylthio，-CH₂S-，-SCH₂-)、乙烯羰基(ethenylcarbonyl，-CH＝CH-COO-)、羰基乙烯基(carbonylethenyl，-COO-CH＝CH-)或单键。

为1，4-亚环己基(1，4-cyclohexyl ene)或1，4-亚苯基(1，4-phenylene)。

及

独立地为

或

为

或

需注意的是，当化合物IV选自化合物IV-a、化合物IV-b、或化合物IV-c中至少一个时，化合物IVA大约至多占液晶层总重量的20％。

化合物IV-a以化学式表示如下：

化合物IV-b以化学式表示如下：

化合物IV-c以化学式表示如下：

其中，“R⁵’”为具有2至8个碳原子的链烯基，“R⁶’”为具有1至8个碳原子的烷基。

除了负型液晶分子大约占液晶层总重量的51％至85％的准则之外，化合物I、化合物II、化合物III及化合物IV等各类化合物之间较佳地也有比例上的限制。化合物I至多占液晶层总重量的50％，化合物II至多占液晶层总重量的50％，化合物IIIA至多占液晶层总重量的20％，化合物IVA至多占液晶层总重量的50％。举例来说，本发明垂直配向型液晶显示面板的液晶层可以包括化合物I-1、化合物II-1、化合物II-2、化合物IV-1、化合物IV-2以及化合物IV-3，其化学式及比例分别详述如下并列表整理于图2中。此外，为简化化学式且便于模拟至特定类别的化合物中，在下述化合物中将以「R」及「R’」独立地表示具有1至12个碳原子的烷基，并以「R”」表示具有1至12个碳原子的烷基或烷氧基。

化合物I-1(以化学式[I-1]表示如下)隶属于化合物I，其中

为1，4-亚环己基，”R¹”为具有1至12个碳原子的烷基(以「R」表示)，”R²”为具有2至12个碳原子的烷基且与苯环连接的第一个-CH₂-基被氧原子所取代(以「OR’」表示)。化合物I-1大约占液晶层总重量的22％至32％之间，符合上述准则：化合物I至多占液晶层总重量的50％。

化合物II-1(以化学式[II-1]表示如下)隶属于化合物II，其中

为1，4-亚环己基，”R¹”为具有1至12个碳原子的烷基(以「R」表示)，”R⁷”为具有2至12个碳原子的烷基且与苯环连接的第一个-CH₂-基被氧原子所取代(以「OR’」表示)。化合物II-1大约占液晶层总重量的8％至18％之间。

化合物II-2(以化学式[II-2]表示如下)也隶属于化合物II，其中

为

”R¹”为具有1至12个碳原子的烷基(以「R」表示)，”R⁷”为具有2至12个碳原子的烷基且与苯环连接的第一个-CH₂-基被氧原子所取代(以「OR’」表示)。化合物II-2大约占液晶层总重量的16％至26％之间。

此外，化合物II-1与II-2两者同属于化合物II，其之和较佳地占液晶层总重量的24％至44％之间，符合上述准则：化合物II至多占液晶层总重量的50％。

化合物IV-1(以化学式[IV-1]表示如下)隶属于化合物IV，其中d＝0，

为1，4-亚环己基，”W”为单键，”R⁵”为具有1至12个碳原子的烷基(以「R」表示)，”R⁶”为具有1至12个碳原子的烷基或烷氧基(以「R”」表示)。化合物IV-1大约占液晶层总重量的23％至33％之间。

化合物IV-2(以化学式[IV-2]表示如下)隶属于化合物IV，其中d＝1，

为

”W”为单键，

为1，4-亚环己基，”W”为单键，”R⁵”为具有1至12个碳原子的烷基(以「R」表示)，”R⁶”为具有1至12个碳原子的烷基或烷氧基(以「R”」表示)。化合物IV-2大约占液晶层总重量的5％至15％之间。

化合物IV-3(以化学式[IV-3]表示如下)隶属于化合物IV，其中d＝1，

为

”W”为甲氧基，

为1，4-亚环己基，”R⁵”为具有1至12个碳原子的烷基(以「R」表示)，”R⁶”为具有1至12个碳原子的烷基或烷氧基(以「R”」表示)。化合物IV-3至多占液晶层总重量的7％。

由于化合物IVA至多占液晶层总重量的50％，化合物IV-1、IV-2与IV-3三者同属于化合物IV，其总和较佳地占液晶层总重量的24％至50％之间。

中性液晶分子的化学结构可为化合物IIIB及化合物IVB其中至少一者。化合物III或化合物IV当取代基不同时，分为化合物IIIA、IVA为负型液晶，化合物IIIB、IVB为中性液晶。当化合物IIIB、IVB介电各向异性接近零时，即为中性液晶分子。当化合物III及化合物IV具有负型取代基，例如可以是氟取代基(-F)(未绘示)，分为化合物IIIA、IVA，即为负型液晶分子。

化合物IIIB以化学式表示如下：

化合物IVB以化学式表示如下：

其中，d＝0或1，其它部分官能团类似于化合物III与IV，其中

“R³”、“R⁴”及“R⁶”独立地为具有1至12个碳原子的烷基(alkyl)，其不相邻的一或二个-CH₂-基为氧原子、亚乙烯基(vinylene，-CH＝CH-)、羰基(carbonyl，C＝O)、或羧基(carboxyl，-COO-，-OCO-)所取代。

“R⁵”为具有1至8个碳原子的烷基(alkyl)或具有2至8个碳原子的链烯基(alkenyl)。

“W”为氧原子、硫原子、甲氧基(methyoxy，-OCH₂-)、羰基(carbonyl，C＝O)、羧基(carboxyl，-COO-)、胺甲酰基(carbamoyl，-CO-N⁰R-，-N⁰R-CO-)、甲硫基(methylthio，-CH₂S-，-SCH2-)、乙烯羰基(ethenylcarbonyl，-CH＝CH-COO-)、羰基乙烯基(carbonylethenyl，-COO-CH＝CH-)或单键。

为1，4-亚环己基(1，4-cyclohexylene)或1，4-亚苯基(1，4-phenylene)。

及

独立地为

为

化合物IIIA以化学式表示如下：

化合物IVA以化学式表示如下：

其中，化合物IIIA及化合物IVA具有氟取代基(-F)，d＝0或1，其它部分官能团类似于化合物III与IV。

值得一提的是，上述材料中化合物I-1、II-1与II-2皆属于负型液晶，化合物IV-1、IV-2与IV-3皆属于中性液晶。请参照图2，在本例的液晶层材料中，负型液晶占液晶层总重量的61±15％。

在本发明实施方案中，可聚合单体包括但不限于，例如丙烯酸酯类树脂(acrylate resin)单体分子，甲基丙烯酸酯类树脂(methacrylate resin)单体分子、乙烯基树脂(vinyl resin)单体分子、乙烯氧基树脂(vinyloxyresin)单体分子、环氧树脂(epoxy resin)单体分子，以及上述的组合。

根据本发明的目的，另提出一种液晶材料，其包括多个可聚合单体以及多个液晶分子，多个液晶分子包括中性液晶分子以及负型液晶分子，其中负型液晶分子大约占液晶材料总重量的51％至85％之间。将上述液晶材料填充于上下基板之间，结合聚合高分子辅助配向技术，使多个可聚合单体形成配向聚合体，即成为本发明较佳实施方案的垂直配向型液晶显示面板的液晶层。除了配向聚合体与可聚合单体的差异之外，本实施方案液晶材料与上述液晶层的内容大致相似，并已揭露如上，于此不再赘述。

以下举出几组实验，测试不同比例的负型液晶分子与显示效果的关系。在测试组别中，负型液晶分子分别占有液晶材料总重量的41％、56.5％、58.9％、59.3％、60.5％、75％、81.3％与85.5％，采用相同的制程条件制成多个垂直配向型液晶显示面板之后，经过测试并计算成品含有mura的机率，其结果列表整理于图3。

请参照图3，其为在相同制程条件下液晶材料中负型液晶分子的比例与产生mura机率高低的比较。负型液晶分子比例为41.3％，液晶显示面板产生mura的机率最高，容易产生亮度对比不均匀的不良品。当负型液晶分子比例逐渐增加之后，产生mura的机率逐渐变小，直到负型液晶分子比例为85.5％，产生mura的机率才又重新拉高。因此，负型液晶分子较佳的是占液晶层总重量的51％至85％之间，应用于垂直配向型液晶显示面板时可以避免色度不均匀或是影像残留等问题。较佳的是，负型液晶分子占液晶层总重量的55％至75％之间，产生mura的机率都很低，比较不容易产生色度不均匀的问题。就算采用略为宽松的制程条件，也不易制造出不良品。换句话说，当负型液晶分子占液晶层总重量的55％至75％之间时，液晶显示面板的制造过程可以采用较为宽松的制程条件，例如是在液晶滴入后省略抽气步骤或是缩短干燥时间，也可以获得显示质量合格的产品。

本发明上述实施方案所揭露的垂直配向型液晶显示面板及其液晶材料，其液晶层内中性液晶分子与负型液晶分子依照特定比例混合而成，可以改善液晶显示面板亮度不均匀的问题提升显示质量。与传统上采用严苛的制程步骤或是控制面板间隙的作法相比，本实施方案采用调整中性液晶与负型液晶的比例来改善静态画质，制程方法较为简便，且能够轻易地应用于大尺寸面板的制程上。当负型液晶分子大约占液晶层总重量的51％至85％之间，可以改善亮度不均匀的问题。负型液晶分子较佳的是占液晶层总重量的55％至75％之间，更佳的是介于60％至65％之间，其静态画质更为出色，形成mura的较机率也低。特别是，在制造过程中可以采用较为宽松的制程条件，例如是在液晶滴入后省略抽气步骤或是缩短干燥时间，也可以获得显示质量合格的产品。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施方案揭露如上，然其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，本领域技术人员可作出各种变化与润饰。因此，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种垂直配向型液晶显示面板，包括：

下基板以及上基板；以及

填充于该上基板以及该下基板之间的液晶层，其中该液晶层包含配向聚合体与多个液晶分子，该多个液晶分子包括多个中性液晶分子以及多个负型液晶分子，该多个负型液晶分子占该液晶层总重量的51％至85％之间；其中该多个负型液晶分子选自化合物I或化合物II中至少一个；

该化合物I以化学式表示如下：

该化合物II以化学式表示如下：

“R¹”、“R²”独立地为具有1至12个碳原子的烷基(alkyl)，其不相邻的一或二个-CH₂-基由氧原子、亚乙烯基、羰基或羧基所取代；

“R⁷”具有1至12个碳原子的烷基；

为1，4-亚环己基或1，4-亚苯基；以及

该多个中性液晶分子选自化合物IIIB或化合物IVB中至少一个；

该化合物IIIB以化学式表示如下：

该化合物IVB以化学式表示如下：

其中，d＝0或1；

“R³”、“R⁴”及“R⁶”独立地为具有1至12个碳原子的烷基(alkyl)；

“R⁵”为具有1至8个碳原子的烷基或具有2至8个碳原子的链烯基；

“W”为氧原子、硫原子、甲氧基、羰基、羧基、胺甲酰基、甲硫基、乙烯羰基、羰乙烯基或单键；

及

独立地为1，4-亚环己基或1，4-亚苯基。

2.根据权利要求1的液晶显示面板，其中该多个负型液晶分子占该液晶层总重量的55％至75％之间。

3.根据权利要求1的液晶显示面板，其中该多个负型液晶分子占该液晶层总重量的60％至65％之间。

4.根据权利要求1的液晶显示面板，其中该化合物I至多占该液晶层总重量的50％，该化合物II至多占该液晶层总重量的50％。

5.根据权利要求1的液晶显示面板，其中该液晶层包括：

化合物I-1，其隶属于该化合物I，且占该液晶层总重量的22％至32％之间，该化合物I-1以化学式表示如下：

化合物II-1，其隶属于该化合物II，且占该液晶层总重量的8％至18％之间，该化合物II-1以化学式表示如下：

化合物II-2，其隶属于该化合物II，且占该液晶层总重量的16％至26％之间，该化合物II-2以化学式表示如下：

化合物IV-1，其隶属于该化合物IVB，且占该液晶层总重量的23％至33％之间，该化合物IV-1以化学式表示如下：

化合物IV-2，其隶属于该化合物IVB，且占该液晶层总重量的5％至15％之间，该化合物IV-2以化学式表示如下：

以及

化合物IV-3，隶属于该化合物IVB，且系至多占该液晶层总重量的7％，该化合物IV-3以化学式表示如下：

其中，

「R」及「R’」独立地为具有1至12个碳原子的烷基；及

「R”」为具有1至12个碳原子的烷基或烷氧基。

6.根据权利要求1的液晶显示面板，更包括：

引发剂，该引发剂至多占该液晶材料总重量的0.002％。

7.一种液晶材料，其应用于垂直配向型液晶显示面板，该液晶材料包括：

多个可聚合单体；以及

多个液晶分子，其包括多个中性液晶分子以及多个负型液晶分子，该多个负型液晶分子占该液晶材料总重量的51％至85％之间；其中该多个负型液晶分子选自化合物I或化合物II中至少一个；

该化合物I以化学式表示如下：

该化合物II以化学式表示如下：

“R¹”、“R²”独立地为具有1至12个碳原子的烷基(alkyl)，其不相邻的一或二个-CH₂-基由氧原子、亚乙烯基、羰基或羧基所取代；

“R⁷”具有1至12个碳原子的烷基；

为1，4-亚环己基或1，4-亚苯基；以及

该多个中性液晶分子选自化合物IIIB或化合物IVB中至少一个；

该化合物IIIB以化学式表示如下：

该化合物IVB以化学式表示如下：

其中，d＝0或1；

“R³”、“R⁴”及“R⁶”独立地为具有1至12个碳原子的烷基(alkyl)；

“R⁵”为具有1至8个碳原子的烷基或具有2至8个碳原子的链烯基；

“W”为氧原子、硫原子、甲氧基、羰基、羧基、胺甲酰基、甲硫基、乙烯羰基、羰乙烯基或单键；

及独立地为1，4-亚环己基或1，4-亚苯基。

8.根据权利要求7的液晶材料，其中该多个负型液晶分子占该液晶材料总重量的55％至75％之间。

9.根据权利要求7的液晶材料，其中该多个负型液晶分子占该液晶材料总重量的60％至65％之间。

10.根据权利要求7的液晶材料，其中该化合物I至多占该液晶材料总重量的50％，该化合物II至多占该液晶材料总重量的50％。

11.根据权利要求7的液晶材料，更包括：

引发剂，其吸收光能或热能用以触发该多个可聚合单体进行聚合反应，该引发剂至多占该液晶材料总重量的0.002％。

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