CN107805506A - 液晶显示面板及其制作方法、自取向液晶介质混合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自取向液晶介质混合物，其包括液晶材料和自取向材料；其中自取向材料具有如式1所述的结构。本发明通过将自取向材料与液晶材料混合形成自取向液晶介质混合物，其中自取向材料一方面可在使用过程中在基板表面上形成自取向层而对液晶分子实现配向的作用，避免设置现有液晶显示面板中的配向层，从而省去PI段制程，简化工艺，降低成本，减少污染和危害；另一方面还能在高温、高湿的环境下吸收水分或极性高的杂质，可以防止在液晶中残存杂质，提高液晶显示面板的显示品质。本发明还公开了利用上述自取向液晶介质混合物制作液晶显示面板的方法、以及获得的液晶显示面板。

Description

液晶显示面板及其制作方法、自取向液晶介质混合物
技术领域
本发明属于液晶显示技术领域，具体来讲，涉及一种自取向液晶混合物、具有该自取向液晶介质混合物的液晶显示面板、以及该液晶显示面板的制作方法。
背景技术
液晶显示装置(LCD,Liquid Crystal Display)是通过控制具有双折射性的液晶分子的取向而控制光的透过/遮断(显示的打开/关闭)的机器。一般地，液晶显示装置包括相对平行设置的上基板与下基板、以及夹持在二者间的液晶介质混合物；两基板的液晶层侧的表面上还具有一层聚合物层，主要是用来控制液晶分子的取向，此聚合物层一般称为配向层，其常用聚酰亚胺为材料。
在液晶显示器中，使用配向层的优势是能较好的控制液晶分子的取向，在加/断电过程中而实现LCD开/关；但聚酰亚胺材料存在如下几个方面的劣势：第一，聚酰亚胺材料本身就具高吸水性，存储和运送容易造成变质，运输条件要求高导致运输成本高；第二，聚酰亚胺材料价格比较昂贵；第三，聚酰亚胺材料的溶剂一般使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)，此溶剂不环保，易对人体造成危害；第四，在液晶显示装置制作过程中，聚酰亚胺的成膜工艺比较复杂，相关机台价格昂贵；因此，在TFT-LCD制作过程中，如果能省去聚酰亚胺配向层的步骤，不仅能减少对环境和人的危害，而且会大大节约成本。
另外，研究发现，如果将液晶显示装置在高温高湿的环境下使用，水汽会从液晶显示装置的外部侵入，而出现密封材料的成分与水分一并溶出到液晶层中的情况，当这些水分、杂质等存在于液晶层中时，会产生污点、显示不均，进而影响液晶显示装置的信赖性。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种自取向液晶介质混合物，该自取向液晶介质混合物可免于设置液晶显示面板中传统的以聚酰亚胺为材料的配向层，从而有效避免了聚酰亚胺材料所带来的系列问题；同时，该自取向液晶介质混合物还能吸收水汽等高极性杂质，从而提高液晶显示面板的信赖性。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种自取向液晶介质混合物，包括液晶材料和自取向材料；其中，所述自取向材料具有如下式1所述的结构：
其中，在所述式1中，n为1或2；A基团选自芳香环或环烷烃中的至少一种；R基团选自H、C1～C6的直链状烷基、C2～C6的直链状烯基中的任意一种；X基团选自-F、-Cl、-Br、-CN、C1～C8的烷基、所述烷基中的一个-CH2-或至少两个不相邻的-CH2-被-O-、-S-取代后获得的第一基团中的至少一种；m表示连接在A基团上的X基团的个数，m为1～4的整数；Sp基团选自化学键、-(CH2)x-、-(CH2)x-中的至少一个-CH2-被-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-OCH2-、-CH2O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-取代后获得的第二基团中的任意一种，x为1～6的整数；D基团选自-(CH2)y-NH-CO-CH＝CH-、-(CH2)y-CH＝CH-CO-NH-、-(CH2)y-NH-CO-C(CH3)＝CH-、-(CH2)y-CH2-C(＝CH2)-CO-NH-中的任意一种，或选自其中至少一个-CH2-被-O-、-COO-、-O-CO-、-CO-、-CH＝CH-取代和/或其中至少一个H原子被-F、-Cl取代后获得的第三基团中的任意一种，y为0～5的整数；Q基团选自-OH、-COOH、-Si(CH3)3、-Si(OCH3)3、-SiCl3中的任意一种。
进一步地，所述自取向材料与所述液晶材料的质量比不大于3:100。
进一步地，A基团为苯基。
进一步地，当n为1时，R基团与Sp基团、Sp基团与D基团均呈对位；当n为2时，R基团与Sp基团、两个Sp基团以及Sp基团与D基团均呈对位。
进一步地，D基团中的酰胺基临近A基团设置。
进一步地，R基团为丙基或戊基；X基团为乙基；D基团为-(CH2)y-CH2-C(＝CH2)-CO-NH-，y为1或2。
进一步地，所述自取向材料具有如下式2～4任一所述的结构：
本发明的目的在于提供一种液晶显示面板的制作方法，包括下述步骤：
S1、提供一上基板、一下基板以及如上任一所述的自取向液晶介质混合物；
S2、在所述上基板和/或所述下基板上涂布所述液晶介质混合物后，将所述上基板和所述下基板进行对盒，形成液晶盒；
S3、在所述液晶盒的两侧施加电压的同时，对所述液晶盒进行紫外线照射，所述自取向液晶介质混合物中的自取向材料锚定在所述上基板和所述下基板的表面上，在所述上基板的朝向所述下基板的表面上形成上自取向层，在所述下基板的朝向所述上基板的表面上形成下自取向层。
本发明的另一目的还在于提供一种液晶显示面板，包括相对设置的上基板和下基板、以及设置在所述上基板和所述下基板之间的液晶层；其特征在于，所述上基板的朝向所述下基板的表面上设置有上自取向层，所述下基板的朝向所述上基板的表面上设置有下自取向层，所述上自取向层和所述下自取向层的材料均具有如下式1所述的结构：
其中，在所述式1中，n为1或2；A基团选自芳香环或环烷烃中的至少一种；R基团选自H、C1～C6的直链状烷基、C2～C6的直链状烯基中的任意一种；X基团选自-F、-Cl、-Br、-CN、C1～C8的烷基、所述烷基中的一个-CH2-或至少两个不相邻的-CH2-被-O-、-S-取代后获得的第一基团中的至少一种；m表示连接在A基团上的X基团的个数，m为1～4的整数；Sp基团选自化学键、-(CH2)x-、-(CH2)x-中的至少一个-CH2-被-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-OCH2-、-CH2O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-取代后获得的第二基团中的任意一种，x为1～6的整数；D基团选自-(CH2)y-NH-CO-CH＝CH-、-(CH2)y-CH＝CH-CO-NH-、-(CH2)y-NH-CO-C(CH3)＝CH-、-(CH2)y-CH2-C(＝CH2)-CO-NH-中的任意一种，或选自其中至少一个-CH2-被-O-、-COO-、-O-CO-、-CO-、-CH＝CH-取代和/或其中至少一个H原子被-F、-Cl取代后获得的第三基团中的任意一种，y为0～5的整数；Q基团选自-OH、-COOH、-Si(CH3)3、-Si(OCH3)3、-SiCl3中的任意一种。
进一步地，所述自取向层的材料具有如下式2～4任一所述的结构：
本发明通过将自取向材料与液晶材料混合形成自取向液晶介质混合物，并以该自取向液晶介质混合物来制作液晶显示面板，其具有下述有益效果：
(1)省去PI段制程：该自取向液晶介质混合物中的自取向材料在进行紫外线处理时，其中的-OH、酰胺基(-NH-CO-)中的氮原子所键合的氢原子能够与水等具有氢键性的极性分子之间形成氢键，均可与亲水性的基板表面作用，从而锚定在基板的表面，从而形成自取向层；同时该自取向材料中的刚性基团(即式1中的-A-Sp-A-或-A-Sp-A-Sp-A-)和柔性尾链(即式1中的-R)能够对液晶分子实现配向的作用；由此，相对传统的液晶显示面板，可取代其中聚酰亚胺材料的配向层的制作，省去PI段制程，简化工艺，降低成本，减少污染与危害；
(2)提升面板信赖性：该自取向液晶介质混合物中的自取向材料中含有高极性的酰胺基(-NH-CO-)，其与液晶分子等其他极性分子之间会产生非常强的偶极-偶极相互作用；同时，键合在酰亚胺基中的氮原子上的氢原子与水等具有氢键性的极性分子之间形成氢键；由此，该自取向材料能够对极性高的杂质、尤其是具有氢键性的杂质具有较强的相互作用，在高温、高湿的环境下，该自取向材料能够吸收水分或极性高的杂质，从而可以防止在液晶中残存杂质，提高液晶显示面板的显示品质。
具体实施方式
以下，将来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。
本发明提供了一种自取向液晶介质混合物，其包括液晶材料和自取向材料；其中，自取向材料具有如下式1所述的结构：
其中，在式1中，n为1或2；A基团选自芳香环或环烷烃中的至少一种；R基团选自H、C1～C6的直链状烷基、C2～C6的直链状烯基中的任意一种；X基团选自-F、-Cl、-Br、-CN、C1～C8的烷基、所述烷基中的一个-CH2-或至少两个不相邻的-CH2-被-O-、-S-取代后获得的第一基团中的至少一种；m表示连接在A基团上的X基团的个数，m为1～4的整数；Sp基团选自化学键、-(CH2)x-、-(CH2)x-中的至少一个-CH2-被-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-OCH2-、-CH2O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-取代后获得的第二基团中的任意一种，x为1～6的整数；D基团选自-(CH2)y-NH-CO-CH＝CH-(以下简称基团1)、-(CH2)y-CH＝CH-CO-NH-(以下简称基团2)、-(CH2)y-NH-CO-C(CH3)＝CH-(以下简称基团3)、-(CH2)y-CH2-C(＝CH2)-CO-NH-(以下简称基团4)中的任意一种，或选自基团1～基团4中至少一个-CH2-被-O-、-COO-、-O-CO-、-CO-、-CH＝CH-取代和/或基团1～基团4中至少一个H原子被-F、-Cl取代后获得的第三基团中的任意一种，y为0～5的整数；Q基团选自-OH、-COOH、-Si(CH3)3、-Si(OCH3)3、-SiCl3中的任意一种。
换句话说，该自取向材料可以具有如式1-1或1-2任一所述的结构：
其中，除了上述对于A基团、R基团、D基团、X基团以及Q基团的选择以外，当该自取向材料具有如式1-1所述的结构时，其中Sp基团的可选范围如上所述中的任意一种；当该自取向材料具有如式1-2所述的结构时，其中Sp1基团和Sp2基团的可选范围也如上Sp的选择范围所述的任意一种；值得说明的是，此处Sp1基团和Sp2基团可以是上述选择范围中的相同的一种，也可以是上述选择范围中的不同的两种。
具体地，在该自取向液晶介质混合物中，自取向材料的质量占液晶材料的质量的百分比不超过3％；换句话说，即自取向材料与液晶材料的质量比不大于3:100。
优选地，A基团为苯基，Sp基团(包括式1-2中的Sp1基团和Sp2基团)为化学键；由此，即形成了以联苯基或三联苯基为主体结构的物质，其可作为该自取向材料中的刚性基团，从而当其应用于液晶显示面板中时，能够对液晶分子实现配向的作用。
同时，当A基团为苯基时，若n为1，则R基团与Sp基团、Sp基团与D基团均呈对位；若n为2，则R基团与Sp基团、两个Sp基团以及Sp基团与D基团均呈对位；如此使多个基团尽量处于对位，以降低多个基团之间的斥力，以提高该自取向材料的稳定性。
另外，连接在A基团的端部的R基团可作为该自取向材料中的柔性尾链，从而当其应用于液晶显示面板中时，能够进一步对液晶分子实现配向的作用。
优选地，D基团中的酰胺基临近A基团设置。
更为优选地，R基团为丙基或戊基，X基团为乙基，D基团为-(CH2)y-CH2-C(＝CH2)-CO-NH-，y为1或2。
如此，自取向材料优选具有如下式2～4任一所述的结构：
由此，本发明通过提供一种包含液晶材料和上述自取向材料的自取向液晶介质混合物，一方面，该自取向材料可在使用过程中在基板表面上形成自取向层而对液晶分子实现配向的作用，取代现有技术中一般以聚酰亚胺为材料的配向层，从而省去PI段制程，简化工艺，还避免了聚酰亚胺材料所带来的成本高昂、对环境有污染、对人体有害等诸多缺点；另一方面，该自取向材料还可对极性高的杂质、尤其是具有氢键性的杂质具有较强的相互作用，从而在高温、高湿的环境下能够吸收水分或极性高的杂质，可以防止在液晶中残存杂质，提高液晶显示面板的显示品质。
基于上述自取向液晶介质混合物，其可用于制作液晶显示面板；本发明提供一种液晶显示面板的制作方法，其包括下述步骤：
S1、提供一上基板、一下基板以及上述的自取向液晶介质混合物。
S2、在上基板和/或下基板上涂布液晶介质混合物后，将上基板和下基板进行对盒，形成液晶盒。
S3、在所述液晶盒的两侧施加电压的同时，对液晶盒进行紫外线照射，自取向液晶介质混合物中的自取向材料锚定在上基板和下基板的表面上，在上基板的朝向下基板的表面上形成上自取向层，在下基板的朝向上基板的表面上形成下自取向层。
由此，本发明所提供的液晶显示面板包括下述结构：相对设置的上基板和下基板；上基板的朝向下基板的表面上设置有上自取向层，下基板的朝向上基板的表面上设置有下自取向层；上自取向层和下自取向层之间还夹设有液晶层。
具体来讲，上自取向层和下自取向层的材料均为自取向层材料，且该自取向材料即为如上所述的自取向液晶介质混合物中的自取向材料。
以下将结合具体的实施例来说明本发明的自取向液晶介质混合物及其所应用的液晶显示面板；在下述实施例中，Δn表示液晶材料的光学各向异性，Δε表示液晶材料的介电各向异性，Tni表示液晶材料的清亮点温度。
实施例1
本实施例中所使用的自取向液晶介质混合物包括相互混合的液晶材料和自取向材料；其中自取向材料的质量占液晶材料的质量的1.2％。
具体来讲，液晶材料是一种负型液晶材料，其Tni为75.5℃，Δn为0.0955(25℃，589nm)，Δε为-3.3(25℃，1kHz)；自取向材料具有如式2所示的结构。
以下将来详细描述该自取向液晶介质混合物用于制作液晶显示面板的步骤。
步骤A、提供一TFT基板和一CF基板、以及上述自取向液晶介质混合物。
步骤B、将自取向液晶介质混合物用ODF(One Drop Filling，液晶滴下)的方法滴于TFT基板上，与CF基板对盒后在外围涂布密封胶，固化框胶后获得液晶盒。
步骤C、在TFT基板和CF基板的两侧施加19V、4Hz的交流电压，且同时采用UV光源照射液晶盒，使其内部的自取向材料锚定在两块基板相向的表面上，并分别形成上自取向层和下自取向层，获得液晶显示面板。
实施例2
在实施例2的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例2与实施例1的不同之处在于，在实施例2中的自取向液晶介质混合物中，自取向材料的质量占液晶材料的质量的0.5％；并且其中的自取向材料具有如式4所示的结构。
将本实施例的自取向液晶介质混合物采用同实施例1中相同的制作方法即可用于制作液晶显示面板。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种自取向液晶介质混合物，其特征在于，包括液晶材料和自取向材料；其中，所述自取向材料具有如下式1所述的结构：
其中，在所述式1中，n为1或2；A基团选自芳香环或环烷烃中的至少一种；R基团选自H、C1～C6的直链状烷基、C2～C6的直链状烯基中的任意一种；X基团选自-F、-Cl、-Br、-CN、C1～C8的烷基、所述烷基中的一个-CH2-或至少两个不相邻的-CH2-被-O-、-S-取代后获得的第一基团中的至少一种；m表示连接在A基团上的X基团的个数，m为1～4的整数；Sp基团选自化学键、-(CH2)x-、-(CH2)x-中的至少一个-CH2-被-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-OCH2-、-CH2O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-取代后获得的第二基团中的任意一种，x为1～6的整数；D基团选自-(CH2)y-NH-CO-CH＝CH-、-(CH2)y-CH＝CH-CO-NH-、-(CH2)y-NH-CO-C(CH3)＝CH-、-(CH2)y-CH2-C(＝CH2)-CO-NH-中的任意一种，或选自其中至少一个-CH2-被-O-、-COO-、-O-CO-、-CO-、-CH＝CH-取代和/或其中至少一个H原子被-F、-Cl取代后获得的第三基团中的任意一种，y为0～5的整数；Q基团选自-OH、-COOH、-Si(CH3)3、-Si(OCH3)3、-SiCl3中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的自取向液晶介质混合物，其特征在于，所述自取向材料与所述液晶材料的质量比不大于3:100。
3.根据权利要求1或2所述的自取向液晶介质混合物，其特征在于，A基团为苯基。
4.根据权利要求3所述的自取向液晶介质混合物，其特征在于，当n为1时，R基团与Sp基团、Sp基团与D基团均呈对位；当n为2时，R基团与Sp基团、两个Sp基团以及Sp基团与D基团均呈对位。
5.根据权利要求3所述的自取向液晶介质混合物，其特征在于，D基团中的酰胺基邻近A基团设置。
6.根据权利要求5所述的自取向液晶介质混合物，其特征在于，R基团为丙基或戊基；X基团为乙基；D基团为-(CH2)y-CH2-C(＝CH2)-CO-NH-，y为1或2。
7.根据权利要求6所述的自取向液晶介质混合物，其特征在于，所述自取向材料具有如下式2～4任一所述的结构：
8.一种液晶显示面板的制作方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、提供一上基板、一下基板以及如权利要求1-7任一所述的自取向液晶介质混合物；
S2、在所述上基板和/或所述下基板上涂布所述液晶介质混合物后，将所述上基板和所述下基板进行对盒，形成液晶盒；
S3、在所述液晶盒的两侧施加电压的同时，对所述液晶盒进行紫外线照射，所述自取向液晶介质混合物中的自取向材料锚定在所述上基板和所述下基板的表面上，在所述上基板的朝向所述下基板的表面上形成上自取向层，在所述下基板的朝向所述上基板的表面上形成下自取向层。
9.一种液晶显示面板，包括相对设置的上基板和下基板、以及设置在所述上基板和所述下基板之间的液晶层；其特征在于，所述上基板的朝向所述下基板的表面上设置有上自取向层，所述下基板的朝向所述上基板的表面上设置有下自取向层，所述上自取向层和所述下自取向层的材料均具有如下式1所述的结构：
其中，在所述式1中，n为1或2；A基团选自芳香环或环烷烃中的至少一种；R基团选自H、C1～C6的直链状烷基、C2～C6的直链状烯基中的任意一种；X选自-F、-Cl、-Br、-CN、C1～C8的烷基、所述烷基中的一个-CH2-或至少两个不相邻的-CH2-被-O-、-S-取代后获得的第一基团中的至少一种；m表示连接在A基团上的X基团的个数，m为1～4的整数；Sp基团选自化学键、-(CH2)x-、-(CH2)x-中的至少一个-CH2-被-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-OCH2-、-CH2O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-取代后获得的第二基团中的任意一种，x为1～6的整数；D基团选自-(CH2)y-NH-CO-CH＝CH-、-(CH2)y-CH＝CH-CO-NH-、-(CH2)y-NH-CO-C(CH3)＝CH-、-(CH2)y-CH2-C(＝CH2)-CO-NH-中的任意一种，或选自其中至少一个-CH2-被-O-、-COO-、-O-CO-、-CO-、-CH＝CH-取代和/或其中至少一个H原子被-F、-Cl取代后获得的第三基团中的任意一种，y为0～5的整数；Q基团选自-OH、-COOH、-Si(CH3)3、-Si(OCH3)3、-SiCl3中的任意一种。
10.根据权利要求9所述的液晶显示面板，其特征在于，所述自取向层的材料具有如下式2～4任一所述的结构：
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