液晶介质制造技术

本发明专利技术涉及包括可聚合化合物的液晶(LC)介质、其制备方法、其用于光学、电光及电子目的、尤其用于LC显示器中的用途及包括其的LC显示器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】液晶介质本专利技术涉及包括可聚合化合物的液晶(LC)介质、其制备方法、其用于光学、电光及电子目的、尤其用于挠性LC显示器中的用途及包括其的LC显示器。专利技术背景自由形式LC显示器及挠性LC显示器最近引起广泛关注，其组合了可变形状及稳健性(robustness)的优点。自由形式LC显示器可具有固定形状而非刚性平板显示器的平面形状，例如弯曲形状，或甚至可具有可变形状。第一种类型的最简单形式为曲面TV，其刚研发出来不久且为观看者提供增强的观看体验。因此，可提供不仅在一个尺寸上定型，而且在两个尺寸上定型，且其可用作例如车辆仪表板或广告屏幕的显示器。也已研发出另一种类型的自由形式显示器，即挠性显示器，且已建议利用挠性的优点将其用于例如移动电话或智能手表中。其他潜在应用是可折叠或可卷的移动电话，以及用于显示或家庭娱乐的超大屏幕，其由于其大小而需要可卷或可折叠以便运输或装载。有利地，这样的装置是基于塑料基板，而非如在常规的非挠性LC显示器中所用的刚性玻璃基板。另一显示器概念“不易碎”显示器也是基于塑料基板且是指以针对机械冲击的特定稳健性、耐久性及抗性为特征的显示器设计。使用挠性塑料基板代替玻璃基板可降低损坏风险，尤其对于手持式、高价值装置(如移动电话)而言，例如在意外掉落或在正常使用期间以其他方式损害时。具有弯曲或挠性基板的LC显示器的主要技术难题之一在于，恒定的LC层厚度(也称为“LC盒间隙”或简称为“盒间隙”)对于适当装置操作至关重要。在LC显示器中，界定LC层厚度及LC材料性质的适当组合通常确保像素可在黑色状态与透光状态之间切换。在变化的层厚度的情形下，基板间之间隙距离的不期望干扰可产生可见光学缺陷。由此应确保，LC层厚度不会因挠性塑料基板弯曲或缺乏刚性而改变。挠性塑料基板的另一优点在于，其可提供低于玻璃基板的厚度，由此使得能够制造较薄LC显示器。然而，由于其挠性较高，因此出于上述原因其需要确保恒定盒间隙。在具有刚性玻璃基板的常规的LC显示器中，通常将间隔体颗粒添加至LC层以限定并维持恒定LC层厚度。自由形式显示器的可能的解决方案是通过并入支撑结构来调整此概念，如例如聚合物壁，其既可抵抗压缩也可将两个基板结合在一起。适宜的制造方法可以是预先制造聚合物壁结构，在基板上铺展LC混合物，随后用顶部基板封闭面板。然而，此方法的潜在问题例如在于，支撑结构妨碍LC混合物的铺展，且与顶部基板的结合可能不足。由此强烈需要自由形式或不易碎LC显示器基于挠性基板(例如塑料基板)且即使在偏离平坦形状时也具有恒定盒间隙。用于制造具有恒定LC层厚度的自由形式显示器的替代解决方案系在已组装显示器之后借助图案化光聚合方法产生聚合物壁结构。这示意性图解说明于图1a-c中，该图展示聚合物壁形成方法。图1a展示由LC主体分子(棒)、可聚合单体(点)及光引发剂(未展示)组成的LC混合物。如图1b中所展示，将LC混合物填充至显示器中，或将LC混合物散布于第一基板上且将第二基板施加至其顶部，且经由光掩模施加UV辐射(由箭头指示)。生长聚合物与LC介质相分离，且由此在掩模图案形状的经辐照区域中形成聚合物壁，如图1c中所展示，而像素区中的LC主体分子(棒)的LC相得以恢复。如上文所阐述的聚合物壁技术由此使得能够通过使用特定可聚合LC组合物来制造自由形式的稳健显示器。另外，其使得能够制造组合低厚度及稳健性的优点的挠性LC显示器。通过用于LC显示器应用的此方法形成聚合物壁已阐述于现有技术中且已建议用于各种显示器模式中。同样，在现有技术中，已研发LC混合物来实现具有挠性基板的LC显示器。这些LC混合物含有反应性聚合物前体，该前体容许在显示器中通过如上文所阐述的图案化光聚合方法形成聚合物壁。例如，US6130738及EP2818534A1公开了LC显示器，其包含由LC主体混合物中所含的一种或两种可聚合单体形成的聚合物壁。然而，目前用于具有聚合物壁形成的挠性LC显示器的所用的LC混合物及单体仍有多个缺点且仍可进一步改良。例如，观察到，现有技术中所用的可聚合化合物及LC介质的确通常显示聚合物壁与LC主体混合物的LC分子之间的相分离不足。这一方面导致聚合物壁中不期望的包括LC分子，且另一方面导致溶解或分散于LC主体混合物中的聚合物分子的量增加，该二者均可对显示器性能有负面影响。因此，陷于聚合物壁中的LC分子可导致显示器的透明度及对比度降低，光电响应由于形成切换速度不同的域而劣化，且聚合物壁与基板的粘合降低。另一方面，LC主体混合物中不期望量的聚合物分子可对LC混合物性质造成负面影响。此外，观察到，聚合物壁的厚度通常不是恒定的，而是可变的，这可导致像素大小不均。此外，聚合物壁的确通常一方面不显示针对机械压力的足够的稳定性，且另一方面不显示足够的弹性。同样，聚合物壁通常过厚，这降低了显示器的透明度及对比度。使用迄今所用材料观察到的另一问题在于，其并不总是满足良好相分离的需求，由此产生增加的聚合时间及高交联程度，由此尤其在机械应力下产生较差的壁稳定性。因此可期望获得用于挠性LC显示器的经改良LC混合物及单体，其可克服如上文所述的用于现有技术中的材料的缺点。本专利技术是基于如下目标：提供用于具有聚合物壁的挠性LC显示器中的新颖适宜材料、尤其是包含可聚合单体的LC主体混合物，其不具有上文所指示的缺点或仅以降低程度具有该缺点。具体而言，本专利技术是基于如下目标：提供包含可聚合单体的LC介质，其使得能以时间有效且成本有效的方式形成聚合物壁，且其适于大量生产。所形成的聚合物壁应显示与LC主体混合物明确的相分离，不具有或以降低量具有缺陷或陷于聚合物壁中的LC分子，且不具有或以降低量具有溶解于LC主体混合物中的聚合物分子。聚合物壁也应显示恒定厚度、高弹性、针对机械或热应力的高稳定性及与基板的良好粘合。本专利技术的另一目标是提供用于挠性显示器的经改良LC主体混合物，其应显示高比电阻值、高VHR值、高可靠性、低阈值电压、短响应时间、高双折射率，显示尤其在较长波长下的良好UV吸收，容许其中所含单体的快速且完全的聚合，且减少或预防显示器中图像粘滞的出现。本专利技术的另一目标是提供具有聚合物壁的LC显示器，其显示寻址状态中的高透明度、良好对比度、高切换速度及大的操作温度范围。本专利技术的另一目标是提供改良的技术解决方案，该解决方案使得能够实现基于挠性基板、优选为挠性塑料基板且具有恒定盒间隙、低厚度及高稳定性的自由形式、较薄及不易碎LC显示器的LCD技术。本专利技术的另一目标是提供用于制造具有使得能够同时实现良好相分离及高交联程度的聚合物壁的LC显示器的可聚合LC介质。上述目标已根据本专利技术通过如下文中所阐述并要求保护的材料及方法实现。因此，已令人吃惊地发现，可通过使用包括一种或多种能够通过自由基聚合进行聚合的单体且进一步包括RAFT(可逆加成-断裂链转移)试剂的LC介质来实现至少一些上文所提及的目标。本专利技术的专利技术人现已令人吃惊地发现，通过使用RAFT聚合在RAFT试剂存在下聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液晶(LC)介质，其包括可聚合组分A及液晶组分B，其中组分B包括一种或多种介晶或液晶化合物，且组分A包括/n一种或多种可聚合化合物，其包括具有1至30个C原子的直链或支链烃基团或具有3至24个环原子的单环烃基团或具有4至30个环原子的双环或多环烃基团及连接至其的一个或多个能够进行自由基聚合的可聚合基团，/nRAFT试剂，及/n任选的聚合引发剂。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180206 EP 18155207.61.一种液晶(LC)介质，其包括可聚合组分A及液晶组分B，其中组分B包括一种或多种介晶或液晶化合物，且组分A包括
一种或多种可聚合化合物，其包括具有1至30个C原子的直链或支链烃基团或具有3至24个环原子的单环烃基团或具有4至30个环原子的双环或多环烃基团及连接至其的一个或多个能够进行自由基聚合的可聚合基团，
RAFT试剂，及
任选的聚合引发剂。


2.根据权利要求1的LC介质，其特征在于该RAFT试剂选自式I：



其中各个基团彼此独立地且在每次出现时相同或不同地具有下列含义：
X1为-S-Rb、-O-Rb、-N(RbRc)或具有5至20个环原子的芳基或杂芳基，其任选地经L取代，
Ra为具有1至60个C原子的直链或支链或环状烷基，其任选地经氟化，且其中一个或多个CH2基团任选地由-C(R0)＝C(R00)-、-C≡C-、-N(R0)-、-O-、-S-、-CO-或-CS-或由聚二醇链-(CH2CH2O)n-以O及/或S原子彼此不直接连接的方式代替，且其中一个或多个H原子任选地由F、Cl、Br、I、CN或N3或由任选地经一个或多个基团L取代的具有5至20个环原子的杂环、芳香族或杂芳香族基团代替，或Ra是任选地经一个或多个基团L取代的具有5至20个环原子的芳基或杂芳基、优选为苯基，
Rb、Rc为H或针对Ra所给出的含义之一，或Rb及Rc与其所连接的N原子一起也可形成任选地经L取代的具有5至8个环原子的杂环或杂芳香族基团，
L为F、Cl、-CN、-NO2、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(＝O)N(Rq)2、-C(＝O)Yz、-C(＝O)Rq、-N(Rq)2、任选地经取代的硅烷基、任选地经取代的具有5至20个环原子的芳基或杂芳基或具有1至25个C原子的直链或支链烷基，其中另外，一个或多个不相邻的CH2基团可各自彼此独立地由-C(R0)＝C(R00)-、-C≡C-、-N(R0)-、-O-、-S-、-CO-、-CS-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O及/或S原子彼此不直接连接的方式代替，且其中另外，一个或多个H原子可由F、Cl、-CN代替，
Rq为H、F、Cl、CN或具有1至25个C原子的直链、支链或环状烷基，其中一个或多个不相邻的CH2基团任选地由-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-以O-及/或S原子彼此不直接连接的方式代替，且其中一个或多个H原子各自任选地由F或Cl代替，
R0、R00为H或具有1至20个C原子的烷基，
Yz为卤素、优选为F或Cl，
n为＞1的整数，优选为1至300或1至12。


3.根据权利要求1或2的LC介质，其特征在于该RAFT试剂选自下列子式：






其中各个基团彼此独立地且在每次出现时相同或不同地具有下列含义：
Ra、Rb、Rc具有权利要求2中所给出的含义之一，
Rd为具有2至30个C原子的直链或支链亚烷基，其中一个或多个CH2基团任选地由-O-、-CO-或-(CH2CH2O)n-代替，且其中一个或多个H原子任选地由CN代替，
Re为具有1至20个C原子的直链或支链或环状烷基，其任选地经氟化，且其中一个或多个CH2基团任选地由-C(R0)＝C(R00)-、-C≡C-、-N(R0)-、-O-、-S-、-CO-、-CS-或-(CH2CH2O)n-以O及/或S原子彼此不直接连接的方式代替，且其中一个或多个H原子可由F、Cl、Br、I、CN或N3或由任选地经一个或多个基团L取代的具有5至20个环原子的杂环、芳香族或杂芳香族基团代替，或Rc1是任选地经一个或多个基团L取代的具有5至20个环原子的芳基或杂芳基、优选为苯基，
Ar为具有5至8个环原子的芳基或杂芳基、优选为苯基，其任选地经一个或多个基团L取代
L具有权利要求2中所给出的含义之一，
n为＞1的整数，优选为1至300或1至12。


4.根据权利要求1至3中一项或多项的LC介质，其特征在于该RAFT试剂选自下列子式：









其中各个基团彼此独立地且在每次出现时相同或不同地具有下列含义：
Ra1为H、Rb1、-(CH2CH2O)n-CH3、苯基、五氟苯基或
Ra2为H、Rb1、苯基或CN，
Rb1为具有1至20个C原子的直链或支链烷基，其中一个或多个H原子任选地由OH、CN或N3代替，
Rd1为具有2至20个C原子的亚烷基或-(CH2CH2O)n-，
Y3、Y4为H、CH3、CN或苯基，
L具有权利要求2中所给出的含义之一，
k为0或1，
n为＞1的整数，优选为1至300或1至12，
r为0、1、2、3或4，
s为0、1或2。


5.根据权利要求1至4中一项或多项的LC介质，其特征在于组分A包括一种或多种选自式II的可聚合化合物：
P-Sp-G1II
其中各个基团彼此独立地且在每次出现时相同或不同地具有下列含义：
P为可聚合基团，
Sp为间隔基团或单键，
G1为具有1至20个C原子的直链或支链烷基或具有3至24个C原子的单环烷基，其任选地经单-、多-或全氟化且任选地经一个或多个基团L取代，且其中一个或多个CH2基团任选地由-O-、-CO-、-O-CO-或-CO-O-以O原子彼此不直接相邻的方式代替，
L具有权利要求2中所给出的含义之一。


6.根据权利要求1至5中任一项的LC介质，其特征在于组分A包括一种或多种选自由下列子式组成的组的可聚合化合物：
P-Sp-(CHW11)n2-(CH2)n1-(CHW12)n3-CH3II1
P-Sp-(CH2)n2-(CF2)n1-CFW13W14II2






其中各个基团彼此独立地且在每次出现时相同或不同地具有下列含义：
P、Sp具有权利要求5中所给出的含义之一，
W11、W12为H、F或直链或支链C1-C12-烷基，
W13、W14是H或F，
n1为2至15的整数，
n2、n3为0或1至3的整数。


7.根据权利要求1至6中任一项的LC介质，其特征在于组分A包括一种或多种式IIA的可聚合化合物：
P-Sp-G2IIA
其中P及Sp具有权利要求5中所给出的含义，且G2是具有4至30个环原子、优选为6至25个环原子的双环或多环烃基团、优选为桥接或稠合双环或多环烷基，其任选地经一个或多个权利要求2中所定义的基团L取代。


8.根据权利要求1至7中任一项的LC介质，其特征在于组分A包括一种或多种选自由下列子式组成的组的可聚合化合物：






其中R在每次出现时相同或不同地表示P-Sp-或具有权利要求4中针对Rq所给出的含义之一，且式IIAA-IIAC中的每一者中的一个基团R表示P-Sp-。


9.根据权利要求1至8中任一项的LC介质，其特征在于组分A包括一种或多种选自由下列子式组成的组的可聚合化合物：



其中P及Sp具有权利要求5中所给出的含义，W11、W12及W13彼此独立地是H、F或C1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·格雷因特，M·布雷米尔，P·苏瑟，A·L·哈里茨赫克，R·西格，
申请(专利权)人：默克专利股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE