CN103305235B - 一种液晶面板及其配向膜、配向膜的制作方法 - Google Patents

一种液晶面板及其配向膜、配向膜的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及液晶显示技术，尤其是指一种液晶配向膜，设一种液晶配向膜，设置于液晶面板的基板上，所述配向膜至少包括配向分子及光敏分子；所述配向分子包括聚酰胺酸和/或聚酰亚胺，所述光敏分子为三联苯分子和/或带取代基团的三联苯分子；所述配向分子与光敏分子的质量百分比为3～7%：0.0002～0.2%。本发明还提供这种配向膜的制作方法以及采用这种配向膜制作的液晶面板。本发明通过引入光敏性分子优化配向膜材料功能，能调节可聚合单体的反应速率至合适生产的范围，并提高可聚合单体在反应区域内反应的均匀性，有效改善mura情况，提高液晶面板的光学品位。

Description

一种液晶面板及其配向膜、配向膜的制作方法
技术领域
本发明涉及液晶显示技术，尤其是一种新型的液晶体配向技术。
背景技术
近年来随着信息技术的不断发展，手机、电脑，甚至是普通家用电器均逐步向着智能、轻便、可移动的方向发展，人机之间的信息交换效率也因此变得非常关键。为了能够将机器处理后的信息高效、清楚地传达给人，高效率、高质量、大容量、轻便、低成本、低能耗的显示器的作用举足轻重，导致传统CRT显示器在短短几年时间内被轻薄型液晶显示器取代。
早期使用较多的液晶显示器多采用TN(Twistednematic)或STN(Supertwistednematic)模式，它们所用的液晶材料为正型向列型液晶，并添加一定量的手性剂。未通电时，液晶体长轴平行于基板表面排列，基板表面液晶体的排列方向由配向层(Alignmentlayer，材质通常为Polyimide)的摩擦方向(Rubbingdirection)决定，上下基板表面配向方向形成一定夹角，通常为90度，所以从一个基板表面到另一个基板表面，液晶层的分子呈连续扭转排列状态；若扭转角度为90度，则为TN型，若扭转角度为270度，则为STN型。显示器除了上下基板及液晶层外，还有贴附于基板外表面吸收轴方向相互垂直的偏光片，以及背光源等。背光源的光经过偏光片后为线偏振光，经过扭转排列的液晶层，其偏振方向也随之改变，进而顺利通过另一片偏光片，此时显示器呈透光状态。当在液晶层上施加电压之后，液晶体的长轴倾向于沿电场的方向排列，此时液晶层改变偏振光偏振状态的能力消失或下降，显示器为不透光或光透过率较低的状态。TN/STN型液晶显示器是较早商业化的显示器之一，但是由于其可视角小，在大视角下的亮度差异和色差严重等缺点，使其应用受到很大限制。后来，通过补偿膜的方式可以在一定程度上改善TN/STN显示器的视角与色差问题，但同时也提高了其制造成本，且其效果依然不能完全满足人们对高品质显示器的要求。
MVA(Multi-domainverticalalignment)型TFT-LCD很好地解决了TN/STN型液晶显示器视角限制的问题，它采用的为负型液晶与垂直配向膜材料。未施加电压时，液晶体长轴垂直于基板表面，施加电压会使负型液晶体倾斜，液晶体长轴倾向于沿垂直电场方向排列。为了解决视角问题，一个亚像素被分成多个区域，使不同区域中的液晶体朝不同的方向倾倒，让显示器从不同的方向看到的效果趋于一致。
在一个亚像素内使不同区域的液晶体导向不同的方向有多种方法。第一种是通过曝光显影的办法，如图1(a)所示，即在设置有ITO电极3的两基板1的相向面上，制作出凸起物(又称为Bump)2，使凸起物处及其附近的液晶体产生一定的预倾角，引导其它液晶体也朝预先设定的固定方向倾倒。
第二种是在基板1上直接形成具有一定图案的ITO电极3，上下ITO电极3形成一定错位，使产生的电场方向具有一定的倾斜角度，从而控制不同区域的液晶体的倒向，此技术被称为PVA(Patternedverticalalignment)技术，如图1(b)所示。
第三种是PSVA(Polymerstabilizedverticalalignment)技术，如图2(a)～(d)所示。在基板1的一侧形成具有一定图案的ITO电极3(通常为鱼骨型),另一基板则为整面ITO电极3，并在液晶材料中添加遇光激发可聚合的光聚合单体5；通过电场使不同区域的液晶体朝预先设定的方向倾倒，然后在紫外光照射下使液晶材料中的光聚合单体5发生紫外光聚合反应，形成具有引导液晶体倾倒的凸起物2，沉积在基板1表面起到配向的作用。相对其他的MVA技术，PSVA技术具有高穿透率、高对比、快响应等一系列优点，由此而成为目前大尺寸LCD面板的主流技术之一。
但是，PSVA的关键是对可聚合单体5的聚合反应进行控制，包括光催化的反应速率，反应均匀性以及最终可聚合单体5的残留控制等等。只有对上述情况进行很好的控制才能得到高品质的PSVA液晶面板。
发明内容
为了实现对可聚合单体聚合反应的优化控制，本发明提供一种添加光敏性分子的配向膜，通过这种配向膜获得的光能引发可聚合单体聚合，能有效调控可聚合单体的聚合反应。
这种液晶配向膜，设置于液晶面板的基板上，所述配向膜至少包括配向分子及光敏分子；所述配向分子包括聚酰胺酸和/或聚酰亚胺，所述光敏分子为三联苯分子和/或带取代基团的三联苯分子；所述配向分子与光敏分子的质量百分比为3～7％：0.0002～0.2％。
优选地，所述取代基团包括有碳原子数不多于12的烷烃基、烷氧基、酯基；或者杂原子是N、O、F、Si、P、S、Cl、Br或I的一种或多种。
优选地，所述配向分子的分子量为5×103～5×105。
本发明还提供这种配向膜的制备方法，包括如下步骤：
Ⅰ、将所述的配向分子、光敏分子与溶剂混合成配向膜溶液；所述配向分子、光敏分子与溶剂的质量百分比为3～7％：0.0002～0.2％：92.8～96.9998％；
Ⅱ、将配向膜溶液涂覆到基板上；
Ⅲ、在100～200℃下预烘烤20～60分钟，再在180～250℃后烘烤30～150分钟，形成配向膜。
优选地，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、γ-丁内酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、间甲酚、氯仿中的一种或多种。
优选地，所述配向膜溶液中还添加有流平剂，所述流平剂占所述配向膜溶液质量百分比为0.01～2％；所述流平剂选自异佛尔酮、二丙酮醇、芳香烃混合物、二元酸酯混合物。
本发明还提供采用上述配向膜所制备的液晶面板，包括两相对设置的基板，所述两基板之间设置带有光聚合单体的液晶体，所述基板与所述液晶体相邻的一侧还设有配向膜，其特征在于，所述配向膜具有所述的配向分子、光敏分子。
优选地，所述光聚合单体至少具有式1、式2或式3任一种结构：
其中，P代表具聚合活性的基团，包括甲基丙烯酸酯基、丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基、环氧基的任一种或多种；n为连接于同一个芳香环上的P基团个数，n＝1、2或3；
X代表取代基团，包括-F、-Cl、-Br、-CH3、-CN、2～8个碳原子构成的烷基或烷基醚基或烷基巯醚基；m为连接于同一个芳香环上的X基团个数，m＝1、2或3；
Z代表如下基团，包括-O-、-COO-、-OCO-、-CH2O-、-OCH2O-、-O(CH2)2O-、-COCH2-、-CH2-、-C≡C-中的一种或多种。
优选地，所述Z基团中的H原子被-F、-Cl、-Br、-CH3、-CN中的任一种基团取代。
优选地，所述基板与所述配向膜之间还设有电极。
优选地，所述光聚合单体占所述液晶体的质量百分数为0.25～5％。
有益效果，本发明通过在配向膜当中引入光敏性分子优化功能，调节可聚合单体的反应速率至合适生产的范围，并提高可聚合单体在反应区域内反应的均匀性，有效改善mura情况，提高液晶面板的光学品位。
附图说明
图1(a)和(b)分别为用于液晶体导向的曝光显影法和PVA法的步骤示意图。
图2为现有用于液晶体导向的PSVA法步骤示意图。
图3为本发明的PSVA法步骤示意图。
具体实施方式
下面，将结合附图对本发明实施例作详细介绍。
本发明的液晶面板及其配向膜，通过在配向分子与光敏分子混合，形成配向功能的配向膜，并由光敏分子吸收一定波长范围内紫外光能量，为混于配向膜内的光聚合单体提供能量，控制光聚合单体的聚合反应速度，使得光聚合单体所形成的凸起物分布更为均匀。
实施例1
配向分子，由至少一种单体聚合形成的聚酰亚胺(PI)，具有以下结构式e结构：
本实施例采用结构式a、结构式b、结构式c的单体形成具有结构式e的PI配向分子结构，其中，m:n的范围可为1:0.25～4，参见如下反应式(1)：
将获得结构式e配向分子与本实施例的光敏分子：三联苯分子(结构式d)作为形成配向膜的材料。
所述配向膜的具体制作步骤如下：
Ⅰ、将上述配向分子与三联苯分子、溶剂混合成配向膜溶液。本实施例中，PI、三联苯分子、溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)的质量百分比分别为3％、0.01％、96.99％。
Ⅱ、将步骤Ⅰ制备好的配向膜溶液涂覆到基板上；
Ⅲ、在100℃下预烘烤20分钟，再在180℃后烘烤30分钟，使溶剂挥发，PI自身脱水聚合成环，三联苯分子分散在聚合的PI中，形成配向膜。
下面介绍采用这种配向膜所形成的液晶面板，如图3(a)所示，本实施例提供一种液晶面板，包括两相对设置的基板1，所述两基板1之间包括液晶体，该液晶体中包括有液晶体4和光聚合单体5。所述基板1与所述液晶体相邻的一侧还设有电极3。该电极3一般是采用透明材料制作的ITO电极，通常在一侧基板1上布设一整块电极3，另一侧基板1上则制作带鱼骨图案的电极3，通电时液晶体4就沿着各个畴的方向排列起来。在两电极3上均设有配向膜6，用于为液晶体4提供恰当的预置倾角，使得液晶体4的响应时间缩短。
其中，光聚合单体具有如下通式1的结构：
本实施例的光聚合单体以结构式f为例：介绍结构式f所形成光聚合物与配向分子、光敏分子在液晶面板的作用机理：将该实施例设计的配向膜应用于PS-VA(polymerstabilizedverticalalignment)LCD液晶面板的制备中，并控制液晶体中添加光聚合单体(如结构式f)，所述光聚合单体占液晶体的质量百分比为0.3％。如图3(b)～(d)所示，通过电场使不同区域的液晶体4朝预先设定的方向倾倒，然后当紫外光照射下，上述光敏分子(三联苯)具有光敏特性，对波长260nm至380nm范围的紫外光具有较强的吸收作用，并能够将吸收的能量传递给混在液晶体4周围的光聚合单体(结构式f)引发聚合反应。
这样，原来分散在液晶体中的光聚合单体5聚合形成多个分子量较高、体积较大的聚合物重新分布在液晶体4中。该聚合物即为用于引导液晶体4定向排列的凸起物2。另一方面，光敏分子是在配向膜的制作过程中均匀分散在配向分子中，有效地调控液晶体中各个位置的光聚合单体5的反应速率、反应残留量等，使得聚合反应能满足实际生产的需要，形成的凸起物2不会局部浓度过大，最终为液晶体4提供恰当的预置倾角。本发明能有效改善mura情况，提高液晶面板的光学品位。
现有技术同等比例的光聚合单体发生的聚合反应相比，现有的紫外光照射制程需要进行2小时才能使光聚合反应较为完全(现有质量标准要求光聚合单体的残余量小于20ppm)；本实施例引入新配向膜后，仅需80分钟同等强度的紫外光照射制程便能达到现有质量标准。光聚合单体的聚合反应越快，越有利于液晶面板质量的质量提高，能有效改善mura情况同时，提高液晶面板的光学品位。
实施例2
本实施例与实施例1相比，不同的是，光敏分子和光聚合单体分别如结构式g和结构式h所示：
本实施例中，将结构式g光敏分子连同结构式a的配向分子PI溶于溶剂γ-丁内酯(γ-BL)中，然后再加入流平剂异佛尔酮，混合均匀。其中配向分子PI、光敏分子、γ-BL、异佛尔酮所占配向膜溶液的质量百分比分别为7％、0.02％、92.98％、0.01％。在200℃下预烘烤60分钟，再在250℃后烘烤150分钟，形成配向膜。
控制如结构式h的光聚合单体占液晶体的质量百分比为0.5％，在同等强度紫外光照射下，仅需90分钟的光聚合反应，便能使光聚合单体残留量低于20ppm的水平，并且mura状况有所改善。本实施例作用机理参见实施例1所示。
在本发明中，PI类配向膜材料通常由以下结构的二胺类与二酐类单体脱水聚合形成聚酰亚胺键合而成，如结构式e所示，其中二胺类单体中结构A和二酐类中B结构可以进行各种变化设计。通过改变A与B的结构可以获得各种结构不同的聚酰亚胺。
例如，在其他实施例中，还可以在结构式e的苯环上取代碳原子数不多于12的烷烃基(直链或支链均可)、烷氧基一种或多种；或者杂原子是N、O、F、Si、P、S、Cl、Br或I的一种或多种。
光聚合物单体也可以在通式1、通式2或通式3的基础上，对苯环结构进行取代。
具聚合活性的P基团，举例为甲基丙烯酸酯基、丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基、环氧基的任一种或多种；n为连接于同一个芳香环上的P基团个数，n＝1、2或3；
可用于取代苯环上H原子的X基团，举例为-F、-Cl、-Br、-CH3、-CN、2～8个碳原子构成的烷基或烷基醚基或烷基巯醚基；m为连接于同一个芳香环上的X基团个数，m＝1、2或3；
Z基团，还可以举例为-COO-、-OCO-、-CH2O-、-OCH2O-、-O(CH2)2O-、-COCH2-、-CH2-、-C≡C-中的一种或多种。
一般控制光聚合单体占液晶体的质量百分比为0.25～5％均能实现本发明目的，进一步地，获得更佳的效果是质量百分比为0.3～5％。
另外，本发明的配向膜制作方法，对溶剂的选择也没有特别限制，例如还可以是N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲亚砜(DMSO)、间甲酚、氯仿中的一种或多种。
流平剂还可以选自本领域技术人员所知的Solvesso150(芳香烃混合物)、DBE(二元酸酯混合物)。
上述实施方法只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的认识能够了解本发明的内容并据以实施，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均应落在本发明权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种液晶配向膜，设置于液晶面板的基板上，其特征在于，所述配向膜至少包括配向分子及光敏分子；所述配向分子包括聚酰胺酸和/或聚酰亚胺，所述光敏分子为三联苯分子和/或带取代基团的三联苯分子；所述配向分子与光敏分子的质量百分比为3～7％：0.0002～0.2％。
2.根据权利要求1所述配向膜，其特征在于，所述取代基团包括有碳原子数不多于12的烷烃基、烷氧基、酯基；或者用于取代三联苯上H原子的杂原子是F、Cl、Br或I的一种或多种。
3.根据权利要求1所述配向膜，其特征在于，所述配向分子的分子量为5×103～5×105。
4.一种液晶面板，包括两相对设置的基板，所述两基板之间设置带有光聚合单体的液晶体，所述基板与所述液晶体相邻的一侧还设有配向膜，其特征在于，所述配向膜具有如权利要求1～3任一项所述配向膜。
5.根据权利要求4所述的液晶面板，其特征在于，所述光聚合单体至少具有式1、式2或式3任一种结构：
其中，P代表具聚合活性的基团，包括甲基丙烯酸酯基、丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基、环氧基的任一种或多种；n为连接于同一个芳香环上的P基团个数，n＝1、2或3；
X代表取代基团，包括-F、-Cl、-Br、-CH3、-CN、2～8个碳原子构成的烷基或烷基醚基或烷基巯醚基；m为连接于同一个芳香环上的X基团个数，m＝1、2或3；
Z代表如下基团，包括-O-、-COO-、-OCO-、-CH2O-、-OCH2O-、-O(CH2)2O-、-COCH2-、-CH2-、-C≡C-中的一种。
6.根据权利要求5所述的液晶面板，其特征在于，所述Z基团中的H原子被-F、-Cl、-Br、-CH3、-CN中的任一种基团取代。
7.根据权利要求4所述的液晶面板，其特征在于，所述基板与所述配向膜之间还设有电极。
8.根据权利要求4所述的液晶面板，其特征在于，所述光聚合单体占所述液晶体的质量百分数为0.25～5％。
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