CN102464985B - 液晶组合物及包含其的液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶组合物及包含其的液晶显示器。该液晶组合物包括：100重量份的至少一种向列型液晶；1-20重量份的至少一种光反应型手性化合物；以及，1-20重量份的至少一种非光反应型手性化合物。
Description
技术领域
本发明是涉及一种液晶组合物及包含其的液晶显示器，且特别是有关于一种高色域及低温度依存性的液晶组合物及包含其的液晶显示器。
背景技术
近年来，软性显示器(例如电子纸、电子书、电子卷标、智能卡等产品)正蓬勃发展，所使用的显示介质包括液晶显示器、电泳显示器、电致变色显色器与电解析出显示器。在电子纸的应用上，将胆甾型液晶与其它显示介质加以比较，在亮度与对比度上均有较佳的评比，同时胆甾型液晶具有可被动驱动与容易生产的优点。
胆甾型液晶显示器具有不需背光源及偏光片即可反射外界光源的特色，因而较一般显示器模式更具有能够节省能量，自发的反射光线特性可针对不同波长光线反射，因此不需彩色滤光片可达成彩色显示器的需求。
胆甾型液晶显示器是使用一胆甾型液晶(cholesteric liquid crystal)组合物，而传统胆甾型液晶组合物是由一向列型液晶与一手性添加剂(chiral dopant)所组成。制作光写入型胆甾型液晶显示器需要使用具有高螺旋扭转力的光反应型手性添加剂，使其在向列型液晶中可因照光产生分子的构形改变，进而产生螺旋扭转力(HTP)改变，使胆甾型液晶的螺距(p)改变，达到改变不同反射光颜色。
然而，目前使用已知传统胆甾型液晶组合物的软性胆甾型液晶显示器仍有反射率和彩色化不足等问题，尤其当面板尺寸增大时，驱动所需时间会大幅增加。因此，开发出一种新颖的胆甾型液晶组合物，以达到增加胆甾型型液晶显示器的色彩表现及降低胆甾型型液晶显示器的驱动电压的功效，为目前液晶材料研究的重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以增加胆甾型型液晶显示器的色彩表现及降低胆甾型型液晶显示器的驱动电压的胆甾型液晶组合物。
本发明提供一种液晶组合物，包括：100重量份的至少一种向列型液晶；1-20重量份的至少一种光反应型手性化合物；以及，1-20重量份的至少一种非光反应型手性化合物。其中该光反应型手性化合物具有如式(I)或式(II)所示的结构：
其中R1、R2各自独立，是择自氢、羟基、卤素、氨基、硝基、腈基、C1-10烷基、C1-10烷氧基、芳香基、杂芳香基、环烷基、或杂环基；该非光反应型手性化合物具有如式(III)所示的结构：
其中R3、R4各自独立，是择C1-10烷基、或C1-10烷氧基。
本发明更提供一种液晶显示器，包括：一第一基板；一第二基板，与该第一基板对向设置；以及，一胆甾型液晶层，设置于该第一基板与该第二基板之间，其中该胆甾型液晶层包含上述的液晶组合物。
本发明的液晶组合物具有可大幅提升胆甾型液晶的色域(NTSC％)以及降低温度依存性的影响(dλ/dT)等特色。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1显示本发明一实施方式所述的液晶显示器剖面示意图；
图2及3是显示液晶组合物(A)-(D)的照光轨迹图；
图4是显示液晶组合物(B)-(D)经照光后的波长位移及照光时间的关系图；
图5及6是显示液晶组合物(A)-(D)的反射波长与温度的关系图；
其中，主要组件符号说明：
10～第一基板； 20～第二基板；
30～胆甾型液晶层； 100～胆甾型液晶显示器。
具体实施方式
本发明提供一液晶组合物，除了包含至少一种的向列型液晶外，该液晶组合物更包含至少一种具有光反应型(photosensitivity)官能基的异甘露醇(isomannide)及异山梨醇(isosorbide)手性衍生物，并依特定比例添加至少一种非光反应型官能基(non-photosensitivity)的手性化合物组成的液晶化合物。本发明所述的液晶组合物具有可大幅提升胆甾型液晶的色域(NTSC％)以及降低温度依存性的影响(dλ/dT)等特色。
本发明所述的液晶组合物，包含：100重量份的至少一种向列型液晶；1-20重量份的至少一种光反应型手性化合物；以及，1-20重量份的至少一种非光反应型手性化合物。
本发明所述的光反应型手性化合物具有可照光进行反应的官能基，该光反应型手性化合物具有如式(I)或式(II)所示的结构：
其中R1、R2各自独立，是择自氢、羟基、卤素、氨基、硝基、腈基、C1-10烷基、C1-10烷氧基、芳香基、杂芳香基、环烷基、或杂环基。其中C1-10烷基、C1-10烷氧基可为直链或具有支链者。在一实施方式中，R1、R2各自独立，是择自氢、C1-10烷基、或C1-10烷氧基。在另一实施方式中，R1、R2皆为烷氧基。
在上述中，”芳香基(aryl)”代表一单环或多环系统的碳氢芳香环，例如：苯基，甲苯基，萘基，四氢化萘基(tetrahydronaphthyl)，联苯基(biphenyl)，菲基(phenanthryl)、蒽基(anthracyl)等。
“杂芳香基(heteroaryl)”代表结构中含有一或多个杂原子(如氮、氧、硫)取代的芳香基，例如吡啶基(pyridyl)，呋喃基(furyl)，噻吩基(thienyl)，咪唑基(imidazolyl)等。
“环烷基(cycloalkyl)”代表一非芳香族的碳氢单环或多环，可含有3～12个碳原子，例如环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环辛基、二环[2.2.1]辛基等。
“杂环基(heterocyclic)”代表结构中含有一或多个杂原子(如氮、氧、硫)取代的环烷基，例如1，3-二氧戊环(1，3-dioxolane)、吡咯烷基(pyrrolidinyl)、吡唑啉基(pyrazolinyl)、哌啶基(piperidinyl)、哌嗪基(piperazinyl)、四氢呋喃基(tetrahydrofuryl)等。
此外，上述的芳香基、杂芳香基、环烷基、或杂环基上的一或多个氢原子可进一步被卤素、羟基、氨基或其它官能基取代。
由式(I)、(II)可知，该光反应型手性化合物为不对称的异甘露醇/异山梨醇(isomannide/isosorbide)手性化合物，且仅具有一个光反应官能基。相较于已知具有两个光反应官能基的化合物(如US 6589445所揭示者)，此单一光反应基的手性化合物可提升胆甾型液晶的色纯度。此外，该光反应型手性化合物通常具有大于30μm-1的高螺旋扭转力(HTP)，在其它实施例中，螺旋扭转力(HTP)可达60μm-1。因此，应用在液晶组合物中只需要添加少量的手性化合物，可避免添加量过高对液晶组合物的液晶相行为与光电特性产生不良的影响。
该非光反应型手性化合物具有如式(III)所示的结构：
其中R3、R4各自独立，是择C1-10烷基、或C1-10烷氧基。由式(III)可知，非光反应型手性化合物为对称的手性化合物，且不具有可光反应的官能基，因此不会进一步与向列性液晶进行交联。由于添加该非光反应型手性化合物，可使本发明所述的液晶组合物的色彩表现更优良，且温度依存性也将更稳定，更适合应用于胆甾型液晶显示器上。
本发明对所使用的向列型液晶并无限定，可含有或不含有可聚合官能基(polymerizable group)。此外，本发明的液晶组合物亦可视需要加入可聚合单体、聚合引发剂、粘结树脂(binder resin)、溶剂、表面活性剂、增粘剂、紫外光吸收剂、或其它的手性添加剂。有关于向列型液晶与其它成份的具体实例可参考US 6589445。根据本发明某些实施例，该向列型液晶可具有氰基、或氟等官能基，举例来说，该向列型液晶可具有下述结构
其中m为1或2；n为0或1；R5、R6及R7各自独立，可择C1-10烷基、或C1-10烷氧基。在本发明一实施方式中，是同时使用具有氰基的向列型液晶及具有氟基的向列型液晶，其中具有氰基的向列型液晶的重量份可为20-100，而该具有氰基的向列型液晶的重量份可为1-60。
本发明的液晶组合物亦可与高分子单体形成混合溶液，利用热或照光的方式使高分子单体聚合，随聚合过程中单体与液晶间溶解度降低而产生相分离，使液晶以微滴形态均匀分散在高分子中，成为高分子分散型胆甾型液晶(polymer dispersed cholesteric liquid crystal，PDChLC)。
本发明所述的液晶组合物，由于添加有具有高螺旋扭转力的光反应型手性化合物(例如具有上述式(I)及式(II)的结构)，使其在液晶中可因照光产生分子的构形改变，进而产生HTP(Helical Twisting Power)改变，使胆甾型液晶的螺距(pitch)改变，可在可见光(380nm-800nm)的范围呈现包含红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)等特定反射波长。此外，值得注意的是，本发明所述的液晶组合物同时添加有特定比例的非光反应型手性化合物，如此一来可使得色彩表现更优良(增加色域(NTSC％))，且温度依存性也将更稳定(可使dλ/dT的绝对值小于0.5)，更适合应用于胆甾型液晶显示器上。
藉由本发明的所述的液晶组合物，可制得一高色纯度、显示品质稳定的光写入型胆甾型液晶显示器。请参照图1，该胆甾型液晶显示器100可具有一第一基板10；及一第二基板20，与该第一基板10对向设置；以及一胆甾型液晶层30，设置于该第一基板10与该第二基板20之间，其中该胆甾型液晶层包含本发明所述的液晶组合物。本发明所述的液晶显示器，可作各种广泛应用，例如电子卷标、电子书、智能卡、平面显示器、大型广告看板，以及手写计算机等。本发明的液晶组合物亦可用于制作其它类型的显示装置，例如扭转向列型(TN)显示器、超扭转向列型(STN)显示器、彩色超扭转向列型(CSTN)显示器及薄膜晶体管型(TFT)显示器。除此之外，本发明的液晶组合物尚可用于制作反射式偏光板、胆甾型型反射式偏光板、反射板、光学补偿膜、延迟膜、彩色滤光、光致变色涂料或液晶染料等。
以下藉由下列实施例、比较实施例、及图示来说明本发明所述的液晶组合物的制备及性质测量，用以进一步阐明本发明的技术特征。
【液晶组合物的制备】
实施例1
将0.5克光反应型手性化合物(具有以下的化学结构：白色固体，HTP为45μm-1)与0.1克非光反应型手性化合物(具有以下的化学结构：
配置于9.4克向列型液晶主体JM-1460-051(由以下多种液晶单体所调配：
、双折射率为0.15)中。充分混合后，得到液晶组合物(A)。
实施例2
将0.4克光反应型手性化合物(具有以下的化学结构：
白色固体，HTP为60μm-1)与0.1克非光反应型手性化合物(具有以下的化学结构：配置于9.5克向列型液晶主体JM-1460-051(双折射率为0.15)中。充分混合后，得到液晶组合物(B)。
比较例1
将0.6克光反应型手性化合物(具有以下的化学结构：
白色固体，HTP为45μm-1)配置于9.4克向列型液晶主体JM-1460-051(双折射率为0.15)中。充分混合后，得到液晶组合物(C)。
比较例2
将0.5克光反应型手性化合物(具有以下的化学结构：
白色固体，HTP为60μm-1)配置于9.5克向列型液晶主体JM-1460-051(双折射率为0.15)中。充分混合后，得到液晶组合物(D)。
【色域范围评估】
分别将液晶组合物(A)-(D)，以UV灯照射，可得到液晶组合物(A)-(D)的照光轨迹图。将实施例1所得的液晶组合物(A)与比较例1所得液晶组合物(C)进行比对(两者的差别在于是否添加该非光反应型手性化合物)，请参照图2；接着，将实施例2所得的液晶组合物(B)与比较例2所得液晶组合物(D)进行比对(两者的差别在于是否添加该非光反应型手性化合物)，请参照图3。请参照图2及3所示的照光轨迹图可看出，本发明所述的同时添加光反应型手性化合物及非光反应型手性化合物的液晶组合物可涵盖较大的色域(NTSC％)范围(波长位移可达210nm以上)。
【可控制性评估】
分别将液晶组合物(B)、(C)及(D)以UV灯照射，并记录波长位移及照光时间的关系，结果如图4所示。由该图可知，未添加非光反应型手性化合物的液晶组合物(比较例1及2所述的液晶物成物)较本发明所述的液晶化合物具有较高的照光时间vs.波长位移斜率。这表示本发明所述的液晶化合物由于照光时间vs.波长位移的斜率较小，可较易控制照光时间，可提升调控彩色化波长的精确度，因此更适用于胆甾型液晶显示器上。
【温度依存性分析】
分别将液晶组合物(A)-(D)于0℃～50℃下测量其反射波长，得到如图5与图6所示的关系图(图5是将实施例1所得的液晶组合物(A)与比较例1所得液晶组合物(C)进行比对(两者的差别在于是否添加该非光反应型手性化合物)；图6是将实施例2所得的液晶组合物(B)与比较例2所得液晶组合物(D)进行比对(两者的差别在于是否添加该非光反应型手性化合物))，并进行线性回归，得到斜率(dλ/dT)。由图可知，实施例1所得的液晶组合物(A)的dλ/dT绝对值为0.35，小于比较例1所得的液晶组合物(C)的dλ/dT绝对值(0.51)；实施例2所得的液晶组合物(B)的dλ/dT绝对值为0.01，小于比较例2所得的液晶组合物(D)的dλ/dT绝对值(0.46)。由上述可知，本发明所述的同时添加光反应型手性化合物及非光反应型手性化合物的液晶组合物，反射波长受波度的影响较小，更适用于胆甾型液晶显示器上。
虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种液晶组合物，包括：
100重量份的至少一种向列型液晶；
1-20重量份的至少一种光反应型手性化合物；以及
1-20重量份的至少一种非光反应型手性化合物；
其中该光反应型手性化合物具有如式(I)或式(II)所示的结构：
其中R1、R2各自独立，是择自氢、羟基、卤素、氨基、硝基、腈基、C1-10烷基、C1-10烷氧基、芳香基、杂芳香基、环烷基、或杂环基；其中，所述杂芳香基为结构中含有一或多个杂原子取代的芳香基，杂环基为结构中含有一或多个杂原子取代的环烷基；
其中该非光反应型手性化合物具有如式(III)所示的结构：
其中R3、R4各自独立，是择C1-10烷基、或C1-10烷氧基。
2.如权利要求1所述的液晶组合物，其中该光反应型手性化合物具有一螺旋扭转力大于30μm-1。
3.如权利要求1所述的液晶组合物，其中R1、R2各自独立，是择自氢、C1-10烷基、或C1-10烷氧基。
4.如权利要求1所述的液晶组合物，其中该光反应型手性化合物具有下列结构式：
5.如权利要求1所述的液晶组合物，其中该光反应型手性化合物具有下列结构式：
6.如权利要求1所述的液晶组合物，其反射波长的温度依存性dλ/dT的绝对值小于0.5。
7.如权利要求1所述的液晶组合物，其反射波长介于380-800nm之间。
8.一种液晶显示器，包括：
一第一基板；
一第二基板，与该第一基板对向设置；以及
一胆甾型液晶层，设置于该第一基板与该第二基板之间，其中该胆甾型液晶层包含权利要求1所述的液晶组合物。
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