CN111748356A

CN111748356A - 液晶组合材料及显示面板

Info

Publication number: CN111748356A
Application number: CN202010721108.5A
Authority: CN
Inventors: 王龙; 贾南方; 彭依丹
Original assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Priority date: 2020-07-24
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2040-07-24
Also published as: CN111748356B

Abstract

本公开提供了一种液晶组合材料及显示面板，属于液晶显示技术领域，所述液晶组合材料包括液晶材料和添加剂，所述添加剂包括单体和引发剂，所述单体包括多官能团单体和单官能团单体，所述多官能团单体和所述单官能团单体均含有烯键，所述多官能团单体和所述单官能团单体能够发生聚合反应。本公开提供的液晶组合材料，由于单体包括单官能团单体，在发生聚合反应形成高分子链过程中，当该高分子链连接上单官能团单体时，由于单官能团单体无活性基团使得聚合反应终止，从而使得高分子链的长度得到调整，在一定程度上，可以改变形成的高分子网络结构的疏密程度，改变高分子网络中每个液晶小室的厚度，提升液晶显示器件的响应速度。

Description

液晶组合材料及显示面板

技术领域

本公开涉及液晶显示技术领域，尤其涉及液晶组合材料及显示面板。

背景技术

随着技术的发展，透明显示逐渐步入人们的生活，如透明冰箱、透明橱窗、交通指示牌、透明手表、透明车载显示等。

基于聚合物稳定液晶(PSLC)的波导透明显示器，在透明度、响应速度、彩色显示等方面优势明显。该种显示器具有如下特点：液晶形成的结构层本身既可以做导光板，也可以进行显示，且可以通过场序式技术实现彩色显示，该类显示器要求液晶的响应速度越快越好。目前，现有基于聚合物稳定液晶(PSLC)的显示器的液晶响应速度还有待进一步提高。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种液晶组合材料及显示面板，以改善液晶显示器件的响应速度。

为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的第一个方面，提供一种液晶组合材料，包括液晶材料和添加剂，所述添加剂包括单体和引发剂，所述单体包括多官能团单体和单官能团单体，所述多官能团单体和所述单官能团单体均含有烯键，所述多官能团单体和所述单官能团单体能够发生聚合反应。

可选地，本公开中多官能团单体指含有两个或两个以上官能团的单体，可以包括双官能团单体、三官能团单体、四官能团单体等中的一种或多种，举例而言，本公开的多官能团单体可以是双官能团单体一种，也可以是双官能团单体和三官能团单体的组合。

根据本公开的第二个方面，提供一种显示面板，包括相对设置的第一电极和第二电极，以及设置于第一电极和第二电极之间的光散射层，所述光散射层包括第一方面所述的液晶组合材料。

本公开提供的液晶组合材料，添加剂中含有的多官能团单体和单官能团单体聚合形成高分子网络，其中，多官能团单体和单官能团单体均为含有烯键的烯类单体，在引发剂的作用下，可以发生链式加成聚合反应，形成高分子网络。由于单体包括单官能团单体，在发生聚合反应形成高分子链过程中，当该高分子链连接上单官能团单体时，由于单官能团单体无活性基团使得聚合反应终止，从而使得高分子链的长度得到调整，在一定程度上，可以改变形成的高分子网络结构的疏密程度，改变高分子网络中每个液晶小室的厚度，提升液晶显示器件的响应速度。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本公开一种实施方式的显示面板的结构示意图；

图2是本公开一种实施方式的场序式彩色驱动示意图。

图中主要元件附图标记说明如下：

第一电极100、第二电极200、光散射层300、侧光源400、第一配向层500、第二配向层600。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。

在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的主要技术创意。

相关技术中，形成的聚合物稳定液晶体系中的单体只含有双官能团单体，用其制成的液晶显示器件响应时间长，响应速度慢。

本公开提供一种液晶组合材料，包括液晶材料和添加剂，所述添加剂包括单体和引发剂，所述单体包括多官能团单体和单官能团单体，所述多官能团单体和所述单官能团单体均含有烯键，所述多官能团单体和所述单官能团单体能够发生聚合反应。

本公开中多官能团单体指含有两个或两个以上官能团的单体，可以包括双官能团单体、三官能团单体、四官能团单体等中的一种或多种，举例而言，本公开的多官能团单体可以是双官能团单体一种，也可以是双官能团单体和三官能团单体的组合。

可选地，本公开中的多官能团单体可以是含有两个烯键的双官能团单体，或含有三个烯键的三官能团单体，或这两者的组合。

可选地，以质量百分比计，所述液晶组合材料包括添加剂3-10％，所述液晶材料与所述添加剂的质量百分比之和为100％。

举例而言，以质量百分比计，本公开液晶组合材料中可包括添加剂的质量百分比为3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％，相对应的液晶材料的质量百分比为97％、96.5％、96％、95.5％、95％、94.5％、94％、93.5％、93％、92.5％、92％、91.5％、91％、90.5％或90％，在此需说明的是，该比例范围只为举例而言，具体不限于此。

优选地，以质量百分比计，所述液晶组合材料包括添加剂5-8％，所述液晶材料与所述添加剂的质量百分比之和为100％。

本公开中，液晶材料可选用近晶相液晶、向列相液晶和胆甾相液晶；其中近晶相液晶可选用近晶A相液晶、近晶B相液晶和近晶C相液晶等。在聚合物稳定液晶(PSLC)体系中常用的液晶材料包括向列相液晶和胆甾相液晶，形成聚合物稳定向列相液晶和聚合物稳定胆甾相液晶。

可选地，以质量百分比计，所述添加剂包含引发剂5-15％，所述添加剂中所述引发剂和所述单体的质量百分比之和为100％。

举例而言，本公开中添加剂中包含引发剂的质量百分比为5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％或15％，相应的添加剂中单体的质量百分比为95％、94.5％、94％、93.5％、93％、92.5％、92％、91.5％、91％、90.5％、90％、89.5％、89％、88.5％、88％、87.5％、87％、86.5％、86％、85.5％或85％。在此需说明的是，该比例范围只为举例而言，具体不限于此。

优选地，以质量百分比计，所述添加剂包含引发剂8-12％，所述添加剂中所述引发剂和所述单体的质量百分比之和为100％。

在本公开中，引发剂引发单体发生链式聚合反应。通常，引发剂会产生一个活性中R·，该活性种可以是自由基、阴离子等。它进攻单体的烯键，使双键打开，形成新的活性中心，这一过程多次地重复进行，单体分子逐一加成，使活性链连续增长。在一定情况下，由适当的反应使活性中心消灭，从而高分子链停止增长。

可选地，本公开引发剂可选用自由基聚合的光引发剂或阳离子聚合的光引发剂。

可选地，本公开引发剂选自安息香甲基醚、安息香二甲醚、二苯基乙酮和酰基磷氧化物中的一种或多种。

可选地，所述多官能团单体和所述单官能团单体的质量比为40:1-8:1。

举例而言，多官能团单体和单官能团单体的质量比可以为40:1、39:1、38:1、38.5:1、37:1、36:1、35:1、30:1、29:1、28:1、27:1、26:1、25:1、24:1、23.5:1、22:1、21:1、20:1、19:1、18:1、17:1、16:1、15:1、14:1、13:1、12:1、11:1、10:1、9:1、8.5:1或8:1。在此需说明的是，该比例范围只为举例而言，具体不限于此。

在本公开中，当多官能团单体为双官能团单体和三官能团单体的混合物，或其他多官能团单体的混合物时，多官能团单体与单官能团单体的质量比为双官能团单体和三官能团单体的混合物整体与单官能团单体的比例，例如，当多官能团单体包含双官能团单体和三官能团单体时，则双官能团单体加三官能团单体的总质量与单官能团单体的质量之比为40:1-8:1。

在本公开中，多官能团单体与单官能团单体在40:1-8:1的范围内，其单体聚合形成的高分子链的长度在一定的范围内变动，使得单体聚合形成的高分子网络的疏密程度在适当的范围内改变，从而导致高分子网络中液晶小室的厚度以及高分子网络对液晶的束缚能力都在合适的范围内改变，这种改变为降低器件的响应时间，提高器件的响应速度提供了基础。

优选地，多官能团单体与单官能团单体的质量比为30:1-10:1。

可选地，所述多官能团单体和所述单官能团单体中所含的官能团为取代或未取代的丙烯酸酯基团。

本公开中，取代的丙烯酸酯基团包括被碳原子数为1-6的烷基等取代的丙烯酸酯基团，如甲基取代的丙烯酸酯基团、乙基取代的丙烯酸酯基团、丙基取代的丙烯酸酯基团、甲基和乙基取代的丙烯酸酯基团等。

可选地，所述多官能团单体为双官能团单体，所述双官能团单体为双丙烯酸酯官能团单体，所述单官能团单体为单丙烯酸酯官能团单体。

本公开中，在PSLC体系中，通常使用丙烯酸酯类液晶性可聚合单体作为本公开添加剂中的单体。

可选地，所述多官能团单体的结构如式(I)所示，A-(B)_n1-C(I)；

所述单官能团单体的结构如式(II)所示，D-(E)_n2-F(II)；

其中，A、C、D各自独立地选自化学式i-1所示基团

B、E各自独立地选自化学式i-2至i-4所示基团组成的组

F为不能与A、C发生聚合反应的基团；

优选地，F选自氢、碳原子数为1-6的烷基、碳原子数为1-6的烷氧基、碳原子数为6-18的芳基；

其中，

表示化学键；

X选自单键或O；

L选自单键、羰基、酰氧基、醚基、羧酸酯基、碳原子数为1-6的亚烷基、碳原子数为6-18的亚芳基；

R₁、R₂、R₃各自独立地选自氢或碳原子数为1-6的烷基；

n1为B基团的个数，n1选自1-5的任意整数，当n1大于1时，任意两个B基团相同或不同；

举例而言，n1的取值可以为1、2、3、4或5；

n2为E基团的个数，n2选自0-5的任意整数，当n2大于1时，任意两个E基团相同或不同；

举例而言，n2的取值可以为0、1、2、3、4或5；

n3选自0-10的任意整数，当n3选自0时，X不为单键；

举例而言，n3的取值可以为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。

本公开中，羰基结构为

酰氧基结构为

醚基结构为-O-。

本公开中，碳原子数为1-6的烷基包括甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基和己基，但不限于此。

本公开中烷基优选碳原子数为1-3的烷基，包括甲基、乙基、丙基。

本公开中，亚烷基指的是去掉烷基中一个氢后所得的基团，包括-CH₂-、-CH₂-CH₂-、

等。

本公开中，亚烷基优选碳原子数为1-3的亚烷基。

本公开中，芳基指的是衍生自芳香烃环的任选官能团或取代基。芳基可以是单环芳基或多环芳基，换言之，芳基可以是单环芳基、稠环芳基、通过碳碳键共轭连接的两个或者多个单环芳基、通过碳碳键共轭连接的单环芳基和稠环芳基、通过碳碳键共轭连接的两个或者多个稠环芳基。即，通过碳碳键共轭连接的两个或者多个芳香基团也可以视为本公开的芳基。其中，芳基中不含有B、N、O、S或P等杂原子。芳基的解释适用于本公开中的亚芳基。

举例而言，在本公开中，芳基包括苯基、联苯基、三联苯基等，亚芳基包括亚苯基、亚联苯基、亚三联苯基等。

本公开中，芳基优选碳原子数为6-12的芳基，亚芳基优选碳原子数为6-12的亚芳基。

可选地，L选自单键、亚甲基、亚苯基、亚联苯基、酰氧基。

可选地，R₁、R₂、R₃各自独立地选自氢、甲基、乙基或丙基。

可选地，A、C、D各自独立地选自如下基团所组成的组：

其中，n3选自3-6的任意整数。

优选地，A、C、D各自结构中n3的取值彼此相同，或A、C、D三者的结构相同。

可选地，B、E各自独立地选自如下基团所组成的组：

优选地，B、E结构相同。

优选地，F选自氢、甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基、苯基、联苯基或三联苯基。

可选地，所述双官能团单体选自如下单体所组成的组：

可选地，所述单官能团单体选自如下单体所组成的组：

本公开还提供一种显示面板，包括相对设置的第一电极和第二电极，以及设置于第一电极和第二电极之间的光散射层，所述光散射层包括本公开所述的液晶组合材料。

如图1所示，在本公开一实施方式中，显示面板包括第一电极100、第二电极200，以及设置于第一电极100和第二电极200之间的光散射层300。第一电极100和第二电极200的厚度为50-200nm，具体可以为50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm。

此外，显示面板还包括侧光源400，侧光源400设置于对应光散射层300的至少一侧。

第一电极100和第二电极200包含导电材料，金属如镍、铂、钒、铬、铜、锌和金或它们的合金；金属氧化物如氧化锌、氧化铟、氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)；组合的金属和氧化物如ZnO:Al或SnO₂:Sb；或导电聚合物如聚(3-甲基噻吩)、聚[3,4-(亚乙基-1,2-二氧基)噻吩](PEDT)、聚吡咯和聚苯胺，优选高透明的导电材料，如氧化铟锡(铟锡氧化物，indiumtin oxide)(ITO)。

光散射层300由本公开的液晶组合材料制备而成。光散射层300在电场电极的作用下能在透明状态和光散射态之间转换。当不需要显示时，光散射层呈现透明状态，如同玻璃一样(透明度80-90％)，不需要电能；当需要显示时，对指定区域施加电压，光散射层300中的液晶分子进行偏转，受到单体形成的高分子网络的影响，配向混乱，散射出光，从而实现显示。

可选地，在第一电极100和光散射层300之间还设置有第一配向层500，在第二电极200和光散射层300之间还设置有第二配向层600，第一配向层500和第二配向层600包含配向材料，如聚苯乙烯(PS)及其衍生物、聚乙烯醇(PVA)、聚酯(PE)、环氧树脂(ER)、聚氨酯、聚硅烷及聚酰亚胺(PI)等。优选耐高温、易成膜的聚酰亚胺(PI)。

本公开提供的显示面板，可用于VR/AR装置、汽车挡风玻璃及仪表盘、博物馆展览橱窗、电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数目相框、导航仪等具有显示功能的产品或部件。

以下，通过实施例对本公开进一步详细说明。但是，下述实施例仅是本公开的示例，而并非限定本公开。

显示面板的制备

在上玻璃基板上沉积透明电极材料氧化铟锡(ITO)，形成第一电极，在下玻璃基板上沉积电极材料氧化铟锡(ITO)，形成第二电极；

在上玻璃基板和下玻璃基板任一者上制作柱状隔垫物；

在第一电极上旋涂配向材料聚酰亚胺(PI)形成第一配向层，在第二电极上旋涂配向材料聚酰亚胺(PI)形成第二配向层，并通过摩擦或光配向技术完成配向，使入射光的方向与液晶材料配向的方向垂直；

将上玻璃基板和下玻璃基板对位压合，上玻璃基板与下玻璃基板之间形成空盒，将本公开液晶组合材料灌入空盒内，并进行紫外光照射或热聚合，形成聚合物稳定液晶体系，制成光散射层。

显示面板制备完成后，测定响应时间，测试结果如表1和表2所示。

其中，以质量百分比计，液晶组合材料包括95％的液晶材料和5％的添加剂，添加剂中包含10％的引发剂和90％的单体，单体包括双官能团单体和单官能团单体，双官能团和单官能团的质量比在40:1-8:1范围内调整。

双官能团单体的结构为：

单官能团单体的结构为：

表1单官能团单体浓度对性能的影响

双官能团单体：单官能团单体	响应时间(ms)	对比度
			1:0	＞2.5	20±2：1
40:1–8:1	2.0±0.2	20±2：1

由表1可知，在不添加单官能团单体时，器件的响应时间大于2.5ms，添加单官能团单体后，在相同的测试条件下，器件的响应时间降低至2.0ms左右，同时显示亮度和对比度基本不变。调节双官能团单体和单官能团单体的比例，在40:1–8:1范围内，器件的响应时间会有所变化，但总体而言，在该比例范围内，器件的响应时间明显低于未加单官能团单体时器件的响应时间。推测其原因是，由于引入了单官能团单体，在发生聚合反应形成高分子链过程中，当该高分子链连接上单官能团单体时，由于单官能团单体无活性基团使得聚合反应终止，使得单体聚合形成的高分子链的长度适中，从而使得高分子网络变得更密，高分子网络中的液晶小室厚度更小，致使响应时间更短，响应速度更快。

此外，在试验过程中，当单官能团单体的比例过高时，器件的响应时间会增长，在一些情况下会超过3ms。推测其原因可能是，当单官能团单体的含量过高时，单体聚合形成的高分子链的长度过短，形成的高分子网络对液晶束缚能力减弱，从而响应时间增长，响应速度变慢。

另外，测定了不同紫外光照条件下，制备的器件的响应时间，UV强度从UV1到UV3逐渐减弱，分别为12mW/cm²、10mW/cm²、8mW/cm²，测定结果如表2所示。

表2不同UV强度下添加单官能团单体的影响

由表2可知，在不同的UV强度下，添加单官能团单体制备的器件的响应时间相比不添加单官能团单体制备的器件的响应时间减少幅度都在19％以上。

此外，如图2所示，当器件响应速度提升后，在通过场序式技术进行彩色显示时，每帧彩色画面会分成红绿蓝三个子帧，每个子帧又分为T1和T2两个时间段，T1时间驱动IC打开写入驱动信息、液晶翻转，T2时间点灯。一方面，器件响应速度提升，可辅助T1时间缩短，从而增加T2，有助于亮度提升。另一方面，如果T1和T2时间均维持原状，响应速度提升后，会减弱因为液晶响应速度不够导致的不同颜色之间的串扰问题，从而有助于提升显示器件的色域。