CN102220141A - 高分子液晶配向添加物及液晶显示装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种高分子液晶配向添加物及具有高分子液晶配向添加物的液晶显示装置的制造方法，该高分子液晶配向添加物中至少包含一聚合单体，利用能量光照射后聚合形成一高分子液晶配向聚合层于配向层上，且与液晶材料分相。借此，该高分子液晶配向聚合层得以协助该配向层于无突起结构的基板上使液晶材料具有一预倾角。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子液晶配向添加物及具有高分子液晶配向添加物的液晶显示装置的制造方法，尤其涉及一种在无突起结构的基板上协同配向层使液晶材料产生一预倾角的高分子液晶配向添加物及利用其制造液晶显示装置的方法。
背景技术
液晶显示器具有轻薄化以及节能等特性，遂取代了传统阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)显示器，随着不同尺寸制造上的发展，已广泛为市场所接受并应用于各式电子产品，包括移动通讯装置、笔记本电脑、以及家庭影音播放装置等。然而，相较于前述阴极射线管显示器，液晶显示器仍具有可视角上的限制以及反应时间延迟等问题。
为能克服前述液晶显示器的问题，一种多重垂直配向型液晶显示装置(Multi-domain Vertically Aligned Liquid Crystal Display，MVA-LCD)已被开发出来，如中国台湾第I308660号专利案、第I299057号专利案、第I275883号专利案、第I249061号等。该种多重垂直配向型液晶显示装置为利用容置液晶材料的两个基板表面，增设多个突起结构(protrusion)，使液晶材料于未受电压驱动下即可产生一预倾角(pretilt angle)。如此，当施加电压时，各个液晶单体依据电场而产生相应偏转，借由不同偏转方向的液晶单体相 互补强，来增加视角，避免传统液晶屏幕因为仅具有单一偏转方向使观赏者由不同角度观看产生亮度差而限制视角的问题。
一般多重垂直配向型液晶显示装置须依赖基板上设置多个突起结构使液晶单体产生预倾角，因此，于制造上往往通过薄膜沉积、黄光工艺或蚀刻等方式来形成突起结构。如此一来，势必增加工业制造上的复杂度以及加工成本。另外，设置于基板上的突起结构亦会导致光线穿透上的障碍，降低液晶显示器画面亮度的均匀。
发明内容
本发明的主要目的，在于去除多重垂直配向型液晶显示装置中基板上的突起结构，并且避免因去除突起结构后影响多重垂直配向能力的表现所造成的视角狭小的问题。为实现上述目的，本发明提供了一种高分子液晶配向添加物，其特征在于，包括：
如式(I)的聚合单体：
式(I)
其中，R为氢基或甲烷基，X为氢基、甲烷基或氟基，n、m为相同或相异≥0的整数，m+n＞0；或者
如式(II)的聚合单体：
式(II)
其中，R为氢基或甲烷基，n、m为相同或相异≥0的整数，m+n＞0，但m+n不等于2。
该式(I)或式(II)的聚合单体利用能量光照射而进行聚合反应，该能量光为可见光或紫外光，且该能量光的照射波长介于280nm至380nm之间，而其照射强度≥0.1mj/cm2。此外，若欲加速聚合速度并减少能量光照射时间，本发明所述的高分子液晶配向添加物还包含一硬化起始剂。
此外，本发明还提供一种液晶显示装置的制造方法，其特征在于，包括步骤：
a)提供一第一基板以及一第二基板，该第一基板以及该第二基板分别具有相互对应且平行的第一表面以及第二表面，该第一表面与该第二表面分别具有一配向层；
b)于该第一基板与该第二基板之间注入一液晶组合物，该液晶组合物包含一液晶材料以及一高分子液晶配向添加物，该高分子液晶配向添加物中包含如前述式(I)或式(II)的聚合单体；
c)将该式(I)或式(II)的聚合单体聚合于该配向层上以形成一高分子液晶配向聚合层。
其中，于步骤b)中，该液晶组合物以灌注法(Injection)或液晶滴下法(One Drop Fill，ODF)注入该第一基板与该第二基板之间。
另外，在于该第一基板与该第二基板之间注入一液晶组合物后，还具有一施加电压于该液晶组合物的步骤，使该液晶材料、式(I)或式(II)的聚合单体均偏转至一预定方向，再经过步骤c)聚合形成垂直配向，来增强锚定力(anchoring force)。
再者，为了能使该式(I)或式(II)的聚合单体反应完全，避免剩余聚合单体而造成残影，在将该式(I)或式(II)的聚合单体聚合于该配向层上以形成一高分子液晶配向聚合层后还具有一加热固化该式(I)或式(II)的聚合单体的步骤，其中，该加热固化步骤中的温度介于90℃至160℃之间。
由以上可知，本发明的高分子液晶配向添加物及具有高分子液晶配向添加物的液晶显示装置的制造方法相较于现有技术达到的有益效果在于：
一、通过本发明所公开的高分子液晶配向添加物，多重垂直配向型液晶显示装置(MVA-LCD)无须于基板上设置多个突起结构，减少了工艺上于基板上形成突起结构的工序以及成本。
二、由式(I)或式(II)的聚合单体聚合反应产生的高分子液晶配向聚合层足以取代传统多重垂直配向型液晶显示装置基板上的突起结构，使液晶材料于未受电压驱动下即可产生一预倾角(pre-tilt angle)。
三、由于面板上无突起结构的设置，有效增加了光线穿透基板的能力，且由式(I)或式(II)的聚合单体聚合反应产生的高分子液晶配向聚合层设置于配向层上，使得液晶显示器于暗态时更暗，以增加液晶面板颜色显示的对比程度。
附图说明
图1-1至图1-4为本发明的液晶显示装置的制造方法的优选实施例的制造流程示意图。
标号说明
11.第一基板 111.第一表面
12.第二基板 121.第二表面
13.导电层 14.配向层
20.液晶材料 30.聚合单体
31.高分子液晶配向聚合层 40.能量光
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合附图说明如下：
本发明的高分子液晶配向添加物，其优选的样态，包括：
如式(I)的聚合单体：
式(I)
其中，R为氢基或甲烷基，X为氢基、甲烷基或氟基，n、m为相同或相异≥0的整数，m+n＞0；或者
如式(II)的聚合单体：
式(II)
其中，R为氢基或甲烷基，n、m为相同或相异≥0的整数，m+n＞0，但m+n不等于2。
前述式(I)或式(II)的聚合单体经能量光照射后可相互聚合，该能量光选择性使用可见光或紫外光，而该能量光的照射波长介于280nm至380nm之间，而其照射强度则≥0.1mj/cm2。此外，若欲加速该聚合单体的反应时间，或者减少能量光的照射时间，该高分子液晶配向添加物中还可具有一硬化起始剂。
另外一方面，本发明公开了一种使用前述高分子液晶配向添加物的液晶显示装置的制造方法，包括步骤：
a)提供一第一基板以及一第二基板，该第一基板以及该第二基板分别具有相互对应且平行的第一表面以及第二表面，该第一表面与该第二表面分别具有一配向层；
b)于该第一基板与该第二基板之间注入一液晶组合物，该液晶组合物包含一液晶材料以及一高分子液晶配向添加物，该高分子液晶配向添加物中包含如式(I)或式(II)的聚合单体；以及
c)将该式(I)或式(II)的聚合单体聚合于该配向层上以形成一高分子液晶配向聚合层。
请参阅图1-1至图1-4所示，为本发明的液晶显示装置的制造方法的优选实施例的制造流程示意图。首先，以制造多重垂直配向型液晶显示装置为例，如图1-1所示，将一第一基板11与一第二基板12相应置放，该第一基板11与该第二基板12各具有一相互平行的第一表面111以及第二表面121。该第一基板11与该第二基板12可选为玻璃、石英或软性塑胶(如PET)等透明材料。该第一基板11与该第二基板12的第一表面111与第二表面121分别设有一导电层13，该导电层13电性连接至一薄膜晶体管(图中未示)，该导电层13可选用氧化铟锡或氧化铟锌等透明导电材料。并于该第一表面111与该第二表面121上的导电层13增设有配向层14(alignment layers)，用来诱导后续注入的液晶分子的定向排列。该配向层14所使用的材料可为聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚酯、环氧树脂、聚胺酯、聚硅烷等；其中，较佳选择为聚酰亚胺(polyimide)。
再请参阅图1-2所示，于该第一基板11与该第二基板12之间注入一液晶组合物，该液晶组合物包含一液晶材料20以及一高分子液晶配向添加物，该高分子液晶配向添加物中包含如式(I)或式(II)的聚合单体30。该液晶组合物可以灌注法(Injection)或液晶滴下法(One Drop Fill，ODF)注入于该第一基板11与该第二基板12。其中，该式(I)或式(II)的聚合单体30相对于该液晶材料20的重量百分比为0.1％-2％。
若欲提升液晶显示器的对比能力，可选择性于注入该液晶组合物至该第一基板11与该第二基板12之间后施加一电压，该电压是由薄膜晶体管驱动该导电层13所产生，该液晶组合物内的液晶材料20以及该式(I)或式(II)的聚合单体30依据电场方向相应偏转至一预定方向，如图1-3所示。于此步骤中所施加的电压介于1-10伏特之间。
当液晶组合物完成注入于第一基板11与第二基板12之间，可直接或者如前述先施加一电压后，才进行该式(I)或式(II)的聚合单体30的聚合反应。由于本发明的该式(I)或式(II)的聚合单体30属于具有双酚的压克力单体，可利用能量光40照射进行聚合反应，该能量光40可选择性使用可见光或紫外光，该能量光40的照射强度≥0.1mj/cm2。若欲增加该聚合单体30反应的速度，或者减少该能量光40的照射时间，该高分子液晶配向添加物还具有一硬化起始剂，如一种紫外光硬化起始剂(ultraviolet curing agent)。聚合后的该式(I)或式(II)的聚合单体30于该第一基板11与该第二基板12的配向层14上形成一高分子液晶配向聚合层31，如图1-4所示。为避免于此步骤中反应不完全而剩余未反应的该式(I)或式(II)的聚合单体30，造成液晶显示器产生残影(image sticking)的问题，本发明可选择性于聚合该式(I)或式(II)的聚合单体于该配向层14上以形成一高分子液晶配向聚合层31后加热固化该式(I)或式(II)的聚合单体30，所施加的温度介于90℃至160℃之间。
综上所述，本发明主要提供一种如前述式(I)或式(II)的聚合单体相互聚合后形成高分子液晶配向聚合层，该高分子液晶配向聚合层使液晶材料产生预倾角，而达到多重垂直配向的效果，足以取代传统基板所设置的突起结构。相较于现有技术，本发明可省去突起结构形成于基板的工艺，减少加工工序以及制造成本；且因无突起结构，有效提升了面板穿透度。由于基板上除了配向层外还增设一高分子液晶配向聚合层，使得面板暗态更暗，并提升画面的对比程度。
以上已将本发明做一详细说明，惟以上所述者，仅为本发明的一优选实施例而已，当不能限定本发明实施的范围。即凡依本发明 申请范围所作的均等变化与修饰等，皆应仍属于本发明的专利涵盖范围内。
Claims (20)
1.一种高分子液晶配向添加物，其特征在于，包括：
如式(I)的聚合单体：
其中，R为氢基或甲烷基，X为氢基、甲烷基或氟基，n、m为相同或相异≥0的整数，m+n＞0；或者
如式(II)的聚合单体：
其中，R为氢基或甲烷基，n、m为相同或相异≥0的整数，m+n＞0，但m+n不等于2。
2.根据权利要求1所述的高分子液晶配向添加物，其特征在于，
还包含一硬化起始剂。
3.根据权利要求1或2所述的高分子液晶配向添加物，其特征在于，所述式(I)或式(II)的聚合单体利用能量光照射进行聚合反应。
4.根据权利要求3所述的高分子液晶配向添加物，其特征在于，
所述能量光为可见光或紫外光。
5.根据权利要求4所述的高分子液晶配向添加物，其特征在于，
所述能量光的照射强度≥0.1mj/cm2。
6.根据权利要求4所述的高分子液晶配向添加物，其特征在于，
所述能量光的波长范围介于280nm至380nm之间。
7.一种液晶显示装置的制造方法，其特征在于，包括步骤：
提供一第一基板(11)以及一第二基板(12)，所述第一基板(11)以及所述第二基板(12)分别具有相互对应且平行的第一表面(111)以及第二表面(121)，所述第一表面(111)与所述第二表面(121)分别具有一配向层(14)；
于所述第一基板(11)与所述第二基板(12)之间注入一液晶组合物，所述液晶组合物包含一液晶材料(20)以及一高分子液晶配向添加物，所述高分子液晶配向添加物中包含：
如式(I)的聚合单体(30)：
其中，R为氢基或甲烷基，X为氢基、甲烷基或氟基，n、m为相同或相异≥0的整数，m+n＞0；或者
如式(II)的聚合单体(30)：
其中，R为氢基或甲烷基，n、m为相同或相异≥0的整数，m+n＞0，但m+n不等于2；以及
将所述式(I)或式(II)的聚合单体(30)聚合于所述配向层(14)上以形成一高分子液晶配向聚合层(31)。
8.根据权利要求7所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述高分子液晶配向添加物还具有一硬化起始剂。
9.根据权利要求7或8所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述式(I)或式(II)的聚合单体(30)利用能量光(40)照射进行聚合反应。
10.根据权利要求9所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述能量光(40)为可见光或紫外光。
11.根据权利要求10所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述能量光(40)的照射强度≥0.1mj/cm2。
12.根据权利要求10所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述能量光(40)的波长范围介于280nm至380nm之间。
13.根据权利要求7所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述式(I)或式(II)的聚合单体(30)相对于所述液晶材料(20)的重量百分比为0.1％-2％。
14.根据权利要求7所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述配向层(14)包含聚酰亚胺。
15.根据权利要求7所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述液晶组合物以灌注法注入所述第一基板(11)与所述第二基板(12)之间。
16.根据权利要求7所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述液晶组合物以液晶滴下法注入所述第一基板(11)与所述第二基板(12)之间。
17.根据权利要求7所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，将所述式(I)或式(II)的聚合单体(30)聚合于该配向层(14)上以形成一高分子液晶配向聚合层(31)后还具有一加热固化所述式(I)或式(II)的聚合单体的步骤。
18.根据权利要求17所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述加热固化步骤中的温度介于90℃至160℃之间。
19.根据权利要求7所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，于所述第一基板(11)与所述第二基板(12)之间注入一液晶组合物后，还具有一施加电压于所述液晶组合物的步骤。
20.根据权利要求19所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，施加电压于所述液晶组合物的步骤中所施加的电压介于1-10伏特之间。
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