CN102156363A - 液晶混合物与液晶显示面板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液晶显示面板，包括一主动组件数组基板、一彩色滤光基板、一对配向膜以及一液晶层。主动组件数组基板具有一第一平面。彩色滤光基板具有一第二平面。第一平面相对于第二平面。这些配向膜分别配置于第一平面上与第二平面上。液晶层配置于这些配向膜之间，并包括一液晶材料、一光启始材料与一第一单体材料。液晶材料、光启始材料与第一单体材料彼此混合。当一紫外光照射光启始材料时，光启始材料使第一单体材料产生一聚合反应，以形成这些配向膜。本发明的配向膜不必经过毛布摩擦的步骤，以省略使用价格昂贵的高精准度摩擦设备，从而减少液晶显示器的制造成本。

Description

液晶混合物与液晶显示面板

技术领域

本发明是有关于一种显示器的组件，且特别是有关于一种液晶显示面板。

背景技术

现有液晶显示器（Liquid Crystal Display, LCD）技术已发展出一种利用水平电场来驱动液晶分子的显示器，例如边界电场切换型（Fringe Field Switching, FFS）液晶显示器以及共平面切换型（In-Plane Switching, IPS）液晶显示器，其中水平电场的方向实质上平行于主动组件数组基板（active component array substrate）以及彩色滤光基板（color filter substrate）二者的平面。

上述液晶显示器，例如边界电场切换型液晶显示器以及共平面切换型液晶显示器，具有一对配向膜（alignment film），而这些配向膜分别位于主动组件数组基板与彩色滤光基板。在形成配向膜后，通常会利用毛布来摩擦（rubbing）配向膜的表面，以使配向膜具有配向液晶分子的功能。

然而，由于上述液晶显示器是利用水平电场来驱动液晶分子，所以这些配向膜的摩擦方向要一致，即摩擦这二个配向膜的方向之间的夹角要等于或逼近零度，否则容易造成画面亮度偏低。对此，许多制造厂会采用高精准度的摩擦设备来摩擦配向膜，但是这种高精准度的摩擦设备价格昂贵，从而增加液晶显示器的制造成本。

发明内容

本发明提供一种液晶显示面板，其配向膜不必经过毛布摩擦的步骤，以省略使用价格昂贵的高精准度摩擦设备，从而减少液晶显示器的制造成本。

本发明提供一种液晶混合物，其包括用于形成配向膜的单体材料。

本发明提出一种液晶显示面板，包括一主动组件数组基板、一彩色滤光基板、一对配向膜以及一液晶层。主动组件数组基板具有一第一平面。彩色滤光基板具有一第二平面，其中第一平面相对于第二平面。这些配向膜分别配置于第一平面上与第二平面上。液晶层配置于这些配向膜之间，并包括一液晶材料、一光启始材料与一第一单体材料，其中液晶材料、光启始材料与第一单体材料彼此混合。当一紫外光照射光启始材料时，光启始材料使第一单体材料产生一聚合反应，以形成这些配向膜。

在本发明一实施例中，上述第一单体材料的官能度（functionality）在2以上。

在本发明一实施例中，上述第一单体材料为一酯类材料（ester material）。

在本发明一实施例中，上述第一单体材料为三乙二醇双丙烯酸酯（Triethylene Glycol Diacrylate, TEGDA，化学式为C₁₂H₁₈O₆）。

在本发明一实施例中，各个配向膜包括一第一高分子层与一第二高分子层。各个第二高分子层位于其中一第一高分子层与液晶层之间，而这些第二高分子层接触液晶层，并且是透过聚合反应（polymerization）而形成。

在本发明一实施例中，上述紫外光的波长介于254奈米与365奈米之间。

在本发明一实施例中，上述液晶显示面板更包括一第二单体材料。第二单体材料与液晶材料混合，其中液晶材料包括多个液晶分子，而第二单体材料用于使多个液晶分子固定于这些配向膜上。

在本发明一实施例中，上述第一单体材料为一丙烯酸材料（acrylic acid material），而第二单体材料为一酸酐基（acid anhydride material）与芳香环（aromatic ring）的合成物。

本发明另提出一种液晶混合物，其包括一液晶材料、一光启始材料以及一第一单体材料。光启始材料及第一单体材料皆与液晶材料混合，其中光启始材料占液晶混合物的重量百分比在0.1%以上，而第一单体材料占液晶混合物的重量百分比介于0.5%与40 %之间。

在本发明一实施例中，上述光启始材料占液晶混合物的重量百分比介于0.1%至1%之间。

在本发明一实施例中，上述液晶混合物更包括一第二单体材料。第二单体材料与液晶材料混合，且第二单体材料占液晶混合物的重量百分比介于5%与20%之间。

在本发明一实施例中，上述第一单体材料占液晶混合物的重量百分比介于10%与40%之间，而光启始材料占液晶混合物的重量百分比介于0.1%至2%之间。

基于上述，藉由上述光启始材料以及至少一种单体材料（例如第一单体材料），本发明的配向膜不需要经过摩擦，即能具有液晶配向的功能。相较于习知技术，本发明能省略使用高精准度摩擦设备来制造液晶显示面板，从而减少液晶显示器的制造成本。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1A至图1C是本发明第一实施例的液晶显示面板的制程示意图。

图2A至图2D是本发明第二实施例的液晶显示面板的制程示意图。

【主要组件符号说明】

10                                      电压

100、200                                液晶显示面板

110                                     主动组件数组基板

112                                     第一平面

120                                     彩色滤光基板

122                                     第二平面

130、230                                液晶层

130’、230’                            液晶混合物

140、240                                配向膜

142                                     第一高分子层

144                                     第二高分子层

B1                                      键结

L1                                      液晶分子

M11、M21                                第一单体分子

M22                                     第二单体分子

P1                                      光启始分子

U1、U2 紫外光。

具体实施方式

图1A至图1C是本发明第一实施例的液晶显示面板的制程示意图，其中图1A至图1C揭露一种液晶配向制程，而图1C绘示出已完成液晶配向制程的液晶显示面板。请参阅图1C，以下先介绍本实施例的液晶显示面板100的构造。

液晶显示面板100包括一主动组件数组基板110、一彩色滤光基板120、一液晶层130与一对配向膜140，其中这些配向膜140与液晶层130皆配置于主动组件数组基板110与彩色滤光基板120之间，而液晶层130配置于这些配向膜140之间，并接触这些配向膜140。主动组件数组基板110具有一第一平面112，而彩色滤光基板120具有一第二平面122。第一平面112相对于第二平面122，而这些配向膜140分别配置于第一平面112与第二平面122上。

液晶显示面板100可以应用于边界电场切换型液晶显示器以及共平面切换型液晶显示器，所以主动组件数组基板110能产生水平电场，也就是方向平行于第一平面112的电场。此外，主动组件数组基板110具有多个画素电极（未绘示），而彩色滤光基板120可不具有任何能与这些画素电极产生电容耦合效应的共享电极（common electrode）。

液晶层130包括一液晶材料、一光启始材料以及一第一单体材料，其中光启始材料、第一单体材料与液晶材料彼此混合。液晶材料、光启始材料以及第一单体材料分别包括多个液晶分子L1、多个光启始分子P1以及多个第一单体分子M11。此外，第一单体材料可以是一种酯类材料。

在本实施例中，液晶材料的主成分可以是这些液晶分子L1，光启始材料的主成分可以是这些光启始分子P1，而第一单体材料的主成分可以是这些第一单体分子M11。所以，液晶材料基本上可由这些液晶分子L1所组成，光启始材料基本上可由这些光启始分子P1所组成，而第一单体材料基本上可由这些第一单体分子M11所组成。

基于上述，对于本发明技术领域中具有通常知识者而言，图1A至图1C中所示的这些液晶分子L1可以表示液晶材料，这些光启始分子P1可以表示光启始材料，而这些第一单体分子M11可以表示第一单体材料。所以，即使不为液晶材料、光启始材料以及第一单体材料另外标示组件符号，本发明技术领域中具有通常知识者仍可以从图1A至图1C中得知液晶层130所包括的液晶材料、光启始材料以及第一单体材料。

各个配向膜140可为多层结构（multilayer structure）的膜层，而在本实施例中，各个配向膜140可以包括一第一高分子层142与一第二高分子层144，其中各个第二高分子层144位于其中一个第一高分子层142以及液晶层130之间，而这些第二高分子层144皆接触液晶层130。由此可知，液晶层130位于这些第二高分子层144之间。

以上主要介绍液晶显示面板100的构造。以下将配合图1A至图1C来说明液晶显示面板100的制程。

请参阅图1A，在液晶显示面板100制程中，首先，在主动组件数组基板110与彩色滤光基板120之间，注入并密封一液晶混合物130’。在注入并密封液晶混合物130’之后，液晶混合物130’会位于这些第一高分子层142之间。

液晶混合物130’包括上述液晶材料、光启始材料与第一单体材料，而光启始材料与第一单体材料皆与液晶材料混合，所以液晶混合物130’含有多个液晶分子L1、多个光启始分子P1以及多个第一单体分子M11。此外，光启始材料占液晶混合物130’的重量百分比是在0.1%以上，例如是介于0.1%至1%之间，而第一单体材料占液晶混合物130’的重量百分比介于0.5%与40%之间。

请参阅图1B，接着，对主动组件数组基板110施加电压10，以使主动组件数组基板110产生驱动液晶分子L1的水平电场，并且控制电压10的大小来调整液晶分子L1的排列及倾斜角度，以使主动组件数组基板110的光穿透率（light transmittance）为最大值。

请参阅图1B与图1C，之后，仍持续施加电压10，并且对光启始材料照射一紫外光U1，以使光启始材料与第一单体材料二者产生化学反应，其中紫外光U1的波长可以介于254奈米与365奈米之间。当紫外光U1照射光启始材料时，光启始材料能使第一单体材料产生聚合反应，以形成这些配向膜140。

第一单体材料的官能度可以是在2以上，而官能度是指单体分子（例如第一单体分子M11）在聚合反应中所生成的键数，也表示单体分子在聚合反应中可连接的分子的数目。各个第一单体分子M11具有多个不饱和键，例如双键或三键，而第一单体材料可以是三乙二醇双丙烯酸酯（TEGDA），其分子的化学结构如以下化学式（1）所示：

……………（1）

从化学式（1）来看，三乙二醇双丙烯酸酯分子（即第一单体分子M11）的两边皆具有双键。当紫外光U1照射光启始材料时，光启始材料能破坏这些第一单体分子M11的双键，以形成自由基。此外，液晶分子L1与构成第一高分子层142的分子皆具有侧链基，而第一高分子层142的材质例如是聚酰亚胺（Polyimide, PI）。

当光启始材料破坏第一单体分子M11的双键而形成自由基时，第一单体分子M11的两端会分别连接液晶分子L1与第一高分子层142二者的侧链基，以使第一单体分子M11连接液晶分子L1以及第一高分子层142。其次，在照射紫外光U1的期间，这些第一单体分子M11也会同时进行聚合反应，以在第一高分子层142上形成第二高分子层144。

由此可知，配向膜140的材质可以包括第一单体材料，而第二高分子层144是透过聚合反应而形成，而且是由多个第一单体分子M11聚合而成。在形成第二高分子层144之后，停止施加电压10。至此，液晶显示面板100基本上已形成。

由于第一单体分子M11连接液晶分子L1与第一高分子层142，因此藉由第一单体分子M11，液晶分子L1能固定于配向膜140的第二高分子层144上。如此，当电压10未施加于主动组件数组基板110时，这些配向膜140能保持这些液晶分子L1在主动组件数组基板110的光穿透率为最大值时的排列与倾斜角度，从而配向这些液晶分子L1。

值得一提的是，在本实施例中，第一单体材料可以是三乙二醇双丙烯酸酯（TEGDA），其分子具有12个碳原子所形成的碳链，所以第一单体分子M11具有强链性。因此，紫外光U1照射光启始材料的时间不需要太长，即能形成第二高分子层144。

其次，第一单体分子M11所具有的强链性能强化第二高分子层144对液晶分子L1的配向力，以有效地保持液晶分子L1的排列及倾斜角度。此外，第一单体分子M11的强链性越强，第一单体材料占液晶混合物130’的重量百分比越低，则液晶混合物130’对第一单体材料的需求越少。

不过，须说明的是，在其它实施例中，第一单体分子M11的碳链可以是由少于12个碳原子所形成，所以第一单体分子M11也可以具有弱链性。当第一单体分子M11具有弱链性时，则紫外光U1需要长时间照射光启始材料，才能形成第二高分子层144。此外，第一单体分子M11的弱链性越弱，第一单体材料占液晶混合物130’的重量百分比越高，则液晶混合物130’对第一单体材料的需求越多。

图2A至图2D是本发明第二实施例的液晶显示面板的制程示意图。图2A至图2D揭露一种液晶配向制程，而图2D绘示出已完成液晶配向制程的液晶显示面板。请参阅图2D，以下先介绍本实施例的液晶显示面板200的构造。

第二实施例的液晶显示面板200包括一主动组件数组基板110、一彩色滤光基板120、一液晶层230以及一对配向膜240，其中液晶显示面板200、100二者构造相似，例如主动组件数组基板110、彩色滤光基板120、液晶层230以及这些配向膜240彼此之间的相对位置实质上皆与第一实施例相同，故不再重复叙述，惟液晶层230以及配向膜240二者的构造与材料皆不同于第一实施例。

有别于第一实施例，液晶层230包括二种单体材料。详细而言，液晶层230包括一液晶材料、一第一单体材料、一第二单体材料以及一光启始材料，其中第一单体材料、第二单体材料以及光启始材料皆与液晶材料混合，而液晶材料、光启始材料、第一单体材料以及第二单体材料分别包括多个液晶分子L1、多个光启始分子P1、多个第一单体分子M21以及多个第二单体分子M22。

在第二实施例中，液晶材料的主成分可以是这些液晶分子L1，光启始材料的主成分可以是这些光启始分子P1，第一单体材料的主成分可以是这些第一单体分子M21，而第二单体材料的主成分可以是这些第二单体分子M22。所以，液晶材料基本上可由这些液晶分子L1所组成，光启始材料基本上可由这些光启始分子P1所组成，第一单体材料基本上可由这些第一单体分子M21所组成，而第二单体材料基本上可由这些第二单体分子M22所组成。

基于上述，对于本发明技术领域中具有通常知识者而言，图2A至图2D中所示的这些液晶分子L1可以表示液晶材料，这些光启始分子P1可以表示光启始材料，这些第一单体分子M21可以表示第一单体材料，而这些第二单体分子M22可以表示第二单体材料。所以，即使不为液晶材料、光启始材料、第一单体材料以及第二单体材料另外标示组件符号，本发明技术领域中具有通常知识者仍可以从图2A至图2D中得知液晶层230所包括的液晶材料、光启始材料、第一单体材料以及第二单体材料。

配向膜240实质上为单层结构的膜层，且配向膜240的材质包括第一单体材料，其中配向膜240可以是由多个第一单体分子M21经聚合反应而形成。各个配向膜240上形成多个键结B1，而这些键结B1能将多个液晶分子L1固定于配向膜240上。此外，不同于第一实施例中的第一单体材料，本实施例中的第一单体材料可以是丙烯酸材料，而非聚酰亚胺。

以上主要介绍液晶显示面板200的构造。以下将配合图2A至图2D来说明液晶显示面板200的制程。

请参阅图2A，在液晶显示面板200制程中，首先，在主动组件数组基板110与彩色滤光基板120之间，注入并密封一液晶混合物230’。液晶混合物230’包括上述液晶材料、光启始材料、第一单体材料与第二单体材料，而光启始材料、第一单体材料与第二单体材料皆与液晶材料混合所以液晶混合物230’含有多个液晶分子L1、多个光启始分子P1、多个第一单体分子M21与多个第二单体分子M22。

另外，光启始材料占液晶混合物230’的重量百分比介于0.1%至2%之间，第一单体材料占液晶混合物230’的重量百分比介于10%与40%之间，而第二单体材料占液晶混合物230’的重量百分比介于5%与20%之间。

请参阅图2B，接着，对主动组件数组基板110施加电压10，使主动组件数组基板110产生驱动液晶分子L1的水平电场，并控制电压10的大小来调整液晶分子L1的排列及倾斜角度，让主动组件数组基板110的光穿透率为最大值。

之后，仍持续施加电压10，并且对光启始材料照射紫外光U1，以使光启始材料与第一单体材料二者产生化学反应。当紫外光U1照射光启始材料时，光启始材料能使第一单体材料产生聚合反应，以形成这些配向膜240。

各个第一单体分子M21具有多个不饱和键，例如双键或三键，且第一单体材料可以是丙烯酸材料。当第一单体材料为丙烯酸材料时，在紫外光U1照射光启始材料的过程中，这些第一单体分子M21会产生聚合反应，从而在主动组件数组基板110的第一平面112上以及在彩色滤光基板120的第二平面122上形成这些配向膜240。此外，配向膜240可以利用第一单体材料的亲水性（hydrophile）而贴附在第一平面112上与第二平面122上。

请参阅图2C与图2D，接着，仍持续施加电压10，并且对光启始材料照射一紫外光U2。紫外光U2可以与紫外光U1相同，所以紫外光U1、U2二者可以来自同一个雷射光源，而紫外光U2的波长也可以介于254奈米与365奈米之间。换句话说，图2C与图2D所示的照射紫外光U1、U2的步骤可视为以同一雷射光源照射光启始材料二次。

不过，在其它实施例中，紫外光U2可以不同于紫外光U1，即紫外光U2的波长不同于紫外光U1的波长。详细而言，光启始材料不仅可以包括一种光启始分子P1，而且也可以包括其它不同于光启始分子P1的光启始分子。因此，光启始材料实质上可吸收二种波长不同的紫外光U1、U2，所以紫外光U1、U2二者并不一定要相同。

各个第一单体分子M21具有多个连结基，而各个第二单体分子M22具有多个侧链基，其中第二单体材料可以是一种酸酐基与芳香环的合成物，其分子（即第二单体分子M22）的化学结构如以下化学式（2）所示：

…………………………..…………（2）

当紫外光U1照射光启始材料时，光启始材料能使第一单体分子M11的一连结基连接第二单体分子M22的侧链基，并且让第二单体分子M22在这些配向膜240上形成多个键结B1。多个液晶分子L1的侧链基连接这些键结B1，以至于这些液晶分子L1能固定于配向膜240上。

由此可知，第二单体材料能使液晶分子L1固定于这些配向膜240上，而配向膜240是由多个第一单体分子M21经聚合反应而形成。在形成这些键结B1之后，停止施加电压10。至此，液晶显示面板200基本上已形成。

承上述，透过这些键结B1，多个液晶分子L1得以固定于配向膜240上。如此，当电压10未施加于主动组件数组基板110时，这些配向膜240能保持这些液晶分子L1在主动组件数组基板110的光穿透率为最大值时的排列与倾斜角度，从而配向这些液晶分子L1。

值得一提的是，在第二实施例中，第一单体分子M21可以具有强链性或弱链性。当第一单体分子M21具有强链性时，紫外光U1照射光启始材料的时间不需要太长，即能形成这些配向膜240。此外，第一单体分子M21的强链性越强，第一单体材料占液晶混合物230’的重量百分比越低，则液晶混合物230’对第一单体材料的需求越少。

反之，当第一单体分子M21具有弱链性时，紫外光U1需要长时间照射光启始材料，才能形成配向膜240，而且第一单体分子M21的弱链性越弱，第一单体材料占液晶混合物230’的重量百分比越高，则液晶混合物230’对第一单体材料的需求越多。

同理，第二单体分子M22也可以具有强链性或弱链性。当第二单体分子M22具有强链性时，紫外光U2照射光启始材料的时间不需要太长，即能形成这些键结B1。其次，第二单体分子M22所具有的强链性能强化键结B1对液晶分子L1的配向力，以有效地保持液晶分子L1的排列及倾斜角度。此外，第二单体分子M22的强链性越强，第二单体材料占液晶混合物230’的重量百分比越低，则液晶混合物230’对第二单体材料的需求越少。

相反地，当第二单体分子M22具有弱链性时，紫外光U2需要长时间照射光启始材料，才能形成这些键结B1，而且第二单体分子M22的弱链性越弱，第二单体材料占液晶混合物230’的重量百分比越高，则液晶混合物230’对第二单体材料的需求越多。

综上所述，本发明利用光启始材料以及至少一种单体材料（例如第一单体材料），并且搭配紫外光的照射以及电压的施加，在主动组件数组基板与彩色滤光基板上形成具有液晶配向功能的配向膜。相较于习知技术而言，本发明能在不进行摩擦配向膜的步骤下，完成液晶配向制程，因此本发明能省略使用高精准度摩擦设备来制造液晶显示面板，从而减少液晶显示器的制造成本。

虽然本发明以前述实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习相像技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，所作更动与润饰的等效替换，仍为本发明的专利保护范围内。

Claims (16)

1.一种液晶显示面板，其特征在于，包括：

一主动组件数组基板，具有一第一平面；

一彩色滤光基板，具有一第二平面，其中该第一平面相对于该第二平面；

一对配向膜，分别配置于该第一平面上与该第二平面上；

一液晶层，配置于该些配向膜之间，并包括一液晶材料、一光启始材料与一第一单体材料，其中该液晶材料、该光启始材料与该第一单体材料彼此混合，当一紫外光照射该光启始材料时，该光启始材料使该第一单体材料产生一聚合反应，以形成该些配向膜。

2.根据权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于：其中该第一单体材料的官能度在2以上。

3. 根据权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于：其中该第一单体材料为一酯类材料。

4. 根据权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于：其中该第一单体材料为三乙二醇双丙烯酸酯。

5. 根据权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于：其中各该配向膜包括一第一高分子层与一第二高分子层，各该第二高分子层位于其中一该第一高分子层与该液晶层之间，而该些第二高分子层接触该液晶层，并且是透过该聚合反应而形成。

6. 根据权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于：其中该紫外光的波长介于254奈米与365奈米之间。

7. 根据权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于：更包括一第二单体材料，该第二单体材料与该液晶材料混合，其中该液晶材料包括多个液晶分子，而该第二单体材料用于使多个该液晶分子固定于该些配向膜上。

8. 根据权利要求7所述的液晶显示面板，其特征在于：其中该第一单体材料为一丙烯酸材料，而该第二单体材料为一酸酐基与芳香环的合成物。

9. 一种液晶混合物，其特征在于，包括：

一液晶材料；

一光启始材料，与该液晶材料混合，其中该光启始材料占该液晶混合物的重量百分比在0.1%以上；以及

一第一单体材料，与该液晶材料混合，其中该第一单体材料占该液晶混合物的重量百分比介于0.5%与40%之间。

10. 根据权利要求9所述的液晶混合物，其特征在于：其中该光启始材料占该液晶混合物的重量百分比介于0.1%至1%之间。

11. 根据权利要求9所述的液晶混合物，其特征在于：其中该第一单体材料的官能度在2以上。

12. 根据权利要求9所述的液晶混合物，其特征在于：其中该第一单体材料为一酯类材料。

13. 根据权利要求9所述的液晶混合物，其特征在于：其中该第一单体材料为三乙二醇双丙烯酸酯。

14. 根据权利要求9所述的液晶混合物，其特征在于：更包括一第二单体材料，该第二单体材料与该液晶材料混合，且该第二单体材料占该液晶混合物的重量百分比介于5%与20%之间。

15. 根据权利要求14所述的液晶混合物，其特征在于：其中该第一单体材料占该液晶混合物的重量百分比介于10%与40%之间，而该光启始材料占该液晶混合物的重量百分比介于0.1%至2%之间。

16. 根据权利要求14所述的液晶混合物，其特征在于：其中该第一单体材料为一丙烯酸材料，而该第二单体材料为一酸酐基与芳香环的合成物。

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