CN102279487B - 利用光聚合反应形成液晶配向层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用光聚合反应形成液晶配向层的方法，先将一液晶配向材料与一负型液晶材料注入第一基板与第二基板之间，该液晶配向材料包含一单官能基单体以及一多官能基单体，于该第一基板与该第二基板之间施加一电压，使该液晶配向材料偏转至一预定方向后，再以一波长小于310nm的紫外光照射该液晶配向材料，使该液晶配向材料分别在该第一基板与该第二基板上形成第一配向层与第二配向层。由于该第一配向层与该第二配向层是通过该紫外光诱发该液晶配向材料进行聚合反应得到的，而无须使用磨擦工艺，故不会有杂质污染与静电干扰等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶配向层的形成方法，尤其涉及一种以紫外光诱发聚合反应而形成液晶配向层的方法
背景技术
相较于阴极射线管显示器，液晶显示器的可视角度相对较小，而为改善此问题，目前所发展的技术主要可区分为两大类：垂直配向(Vertical Alignment，简称VA)技术以及平面切换型(In-PlaneSwitching，简称IPS)技术。前者包含了由富士通开发的多象限垂直配向(Multi-domain Vertical Alignment，简称MVA)技术、三星的图像垂直调整技术(Patterned Vertical Alignment，简称PVA)技术、友达的先进多象限垂直配向(Advanced Multi-domain VerticalAlignment，简称AMVA)技术以及夏普的进阶超视觉(AdvanceSuper View，简称ASV)技术；后者的技术则由日立所主导研发。
其中最早发展的为MVA技术，如美国专利第US 5,126,865所揭示，其主要是在基板上的电极形成多个凸出物，当不施加驱动电压时，液晶分子的长轴几乎垂直于上下两基板的平面，然而，其中邻近于该突出物周围的液晶分子因受到该突出物的影响，并非呈现完全的直立状态，而将朝某一特定方向及角度倾斜。一旦施加驱动电压时，该突出物上的不同斜面会将该数个邻近的液晶分别倾倒至不同的方向(如对称或相反的方向)，借以定义出数个不同的显示域，使位于该显示域中不同方向的液晶能构成互补，而增加视角范围。
PVA技术则是承袭自MVA技术的概念所延伸而来，其技术如美国专利第6,285,431号与第6,570,638号所揭示的内容，主要是以铟锡氧化物(Indium tin oxide，简称ITO)透明电极取代MVA技术中的突出物，且于该ITO透明电极上形成狭缝，借由电极图案的设计使得相邻的液晶分子在电场作用下，可朝向同一方向倾斜，使不同区域的液晶分子具有不同的倾斜角度。AMVA技术则与PVA技术类似，同样在ITO透明电极上形成狭缝，如中国台湾专利第I271576号所揭示的内容。而ASV技术则如美国专利第6,995,826号与第7,215,395号所示，该技术利用在电极上形成开孔，而产生具对称性的倾斜电场，液晶分子将以该电场的中心呈放射状排列。
至于IPS技术，则可见于美国专利第US 5,928,733号，其主要具有上下两个平行透明基板，于一透明基板上布有相互交差的闸极线、数据线以及公共线，以形成至少一像素区域。在每一个像素区域内还具有不同极性的画素电极以及公共电极，其中，该画素电极与该公共电极相互交错排列，并于该两者之间产生一横向电场，使液晶分子仅于水平方向进行转动，借此增加液晶显示器的可视角度。
在以上的液晶显示器，均须使用液晶配向技术控制液晶分子的排列方向，例如刷磨(rubbing)法，例如中国台湾专利I314664号与中国台湾专利公开第200742919号，其主要是以聚酰亚胺作为配向材料，将其涂布于基材，经过对该配向材料进行烘烤与摩擦后，使其表面分子因摩擦而产生顺向性，以形成配向层(alignmentlayer)。然而，由于对聚酰亚胺进行摩擦时，容易留下污染物，并于配向层产生静电，因此影响了液晶显示器的显像质量。
发明内容
本发明的主要目的，在于解决现有配向层的形成方法中，因磨擦工艺而导致配向层发生杂质污染与静电作用的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用光聚合反应形成液晶配向层的方法：
提供第一基板与第二基板，该第一基板与该第二基板的表面分别具有第一电极与第二电极，且该第一基板与该第二基板平行设置使得该第一电极与该第二电极为彼此相对；
将一液晶配向材料与一负型液晶材料混合注入该第一基板与该第二基板之间，该液晶配向材料包含单官能基单体以及多官能基单体；
施加一电压于该第一电极与该第二电极，使该第一基板与该第二基板之间产生一电场，而使该液晶配向材料偏转至一预定方向；以及
对该液晶配向材料照射一波长小于310nm的紫外光，使该单官能基单体与该多官能基单体产生聚合而于该第一基板与该第二基板上形成第一配向层与第二配向层。
由以上可知，本发明利用光聚合反应形成液晶配向层的方法相较于现有技术达到的有益效果在于：
一、本发明为利用紫外光诱发该液晶配向材料进行聚合反应而形成该配向层，故不须进行磨擦工艺即可达到配向的目的，因此不会残留污染物，亦不会发生静电，可大幅提升产品优良率。
二、本发明利用光聚合反应形成液晶配向层的方法以照射紫外光取代现有的烘烤工艺，可减少工艺所需时间，而增加产能。
附图说明
图1至图4，为本发明的利用光聚合反应形成液晶配向层的方法的优选实施例制造流程示意图。
符号说明
10.第一基板 11.第一电极
12.偏光板 20.第二基板
21.第二电极 22.偏光板
30.液晶配向材料 31.单官能基单体
32.多官能基单体 33.光起始剂
34.第一配向层 35.第二配向层
40.负型液晶材料 50.灯源
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：
本发明利用光聚合反应形成液晶配向层的方法包括步骤：
提供第一基板与第二基板，该第一基板与该第二基板的表面分别具有第一电极与第二电极，且该第一基板与该第二基板平行设置，使得该第一电极与该第二电极彼此相对；
将一液晶配向材料与一负型液晶材料混合注入该第一基板与该第二基板之间，该液晶配向材料包含单官能基单体(single-functional group monomer)以及多官能基单体(multi-functional group monomer)；
施加一电压于该第一电极与该第二电极，使该第一基板与该第二基板之间产生一电场而使该液晶配向材料偏转至一预定方向；以及
对该液晶配向材料照射一波长小于310nm的紫外光，使该单官能基单体与该多官能基单体产生聚合，而于该第一基板与该第二基板上形成第一配向层与第二配向层。
为方便理解上述本发明利用光聚合反应形成液晶配向层的方法的步骤流程，请参照下述实施例的说明：
请参阅图1至图4，为本发明利用光聚合反应形成液晶配向层的方法的一个实施例的流程示意图，先提供第一基板10与第二基板20，该第一基板10与该第二基板20相互平行，而该第一基板10与该第二基板20相对的表面分别具有第一电极11与第二电极21，此外，该第一基板10与该第二基板20的外侧各设有两偏光板12、22。于本实施例中，该第一基板10与该第二基板20可使用无机玻璃或软性塑胶等透明材料，例如石英玻璃、钠钙玻璃、硅酸硼玻璃、低碱玻璃或无碱玻璃等等；或可为聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，简称PET)、聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)或环氧树酯(Epoxy)的软性塑胶。该第一电极11与该第二电极21则可选择为铟锡氧化物(Indium tin oxide，简称ITO)透明电极。
如图2所示，接着再将一液晶配向材料30与一负型液晶材料40混合注入该第一基板10与该第二基板20之间，其中，该负型液晶材料40为使用具有负介电异向性的液晶分子，而该液晶配向材料30包含单官能基单体31以及多官能基单体32，此外，于本实施例中，该液晶配向材料30亦可包含光起始剂33。而该液晶配向材料30与该负型液晶材料40的注入方式可使用灌注法(Injection)或液晶滴下法(One drop fill，简称ODF)。
本发明中，该单官能基单体31为式(I)的化学式：
其中，R1为氢或甲基，l为≥1的整数。
该多官能基单体32可为式(II)、式(III)或式(IV)的化学式：
其中，A为选自下列基团所组成的群组：
及
m、n分别为≥1的整数，X1则是选自下列基团所组成的群组：
R2为氢或甲基，p为≥1的整数，Y1为氢或羟基。
或者，该多官能基单体32可为(V)、式(VI)或式(VII)的化学式
其中，A为选自下列基团所组成的群组：
及
m、n分别为≥1的整数，X2与X3则分别为下列基团：
R2为氢或甲基，q+r为≥1的整数，Y2为氢或羟基。
此外，该光起始剂33可选用由沐峰产业有限公司所购得的Chemcure-BDK、Chemcure-TPO、Chemcure-481以及I-819；或为奇钛科技股份有限公司所购得的Chivacure 107、Chivacure 169、Chivacure 789、Chivacure 100以及Chivacure 2173；或为Lamberti公司所购得的Esacure KIP 75LT、Esacure KS 300、Esacure EDB、Esacure KIP 150、Esacure KIP 100F；亦可为由双键化工(Double bondchemical IND.，CO.，LTD)购得的PolyQ 9300及PolyQ 9368等商用光起始剂。
在本实施例中，该单官能基单体31相对该负型液晶材料40的重量百分比为介于0.5～5％的范围内；该多官能基单体32相对该负型液晶材料40的重量百分比介于0.1～2％的范围内；而该光起始剂33相对该负型液晶材料40的重量百分比则是介于0.01～0.1％的范围内。
请参阅图3，当该液晶配向材料30与该负型液晶材料40密封于该第一基板10与该第二基板20之间后，即施加一电压于该第一电极11与该第二电极12，该电压介于1至40伏特之间，使该第一基板10与该第二基板20之间得以产生一电场，使该单官能基单体31、该多官能基单体32、该光起始剂33与该负型液晶材料40朝一预定方向进行偏转，待其稳定朝该预定方向排列后，利用一灯源50所发出的一紫外光照射该液晶配向材料30，使得该单官能基单体31、该多官能基单体32与该光起始剂33相互聚合反应，其中，该紫外光的波长小于310nm，且其可为一光线性偏极光或一非光线性偏极光，此外，在本实施例中，该紫外光的波长较佳地为介于250nm至310nm之间，该灯源50的照明亮度须为低于20mW/cm2。如图4所示，当完成聚合反应后，该液晶配向材料30将分别于该第一基板10与该第二基板20上形成第一配向层34与第二配向层35，在本实施例中，该第一配向层34与该第二配向层35为形成于该第一电极11与该第二电极21的表面，借此提供该负型液晶材料40产生一预倾角(Pre-tilt angle)。
综上所述，本发明主要是以紫外光诱发该液晶配向材料进行聚合反应，而直接于该第一基板与该第二基板上形成该第一配向层与该第二配向层。与现有技术相较，减少了形成配向层所需的工序，进一步而言，本发明无须使用磨擦工艺，故可避免于工艺中产生杂质，而污染液晶显示面板，且不会使配向层发生静电，故工艺优良率、产能得以提升，此外，本发明特别适用IPS、MVA、PVA、AVMA或ASV等类型的液晶显示器。
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，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。
Claims (8)
1.一种利用光聚合反应形成液晶配向层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供第一基板(10)与第二基板(20)，所述第一基板(10)与所述第二基板(20)的表面分别具有第一电极(11)与第二电极(12)，且所述第一基板(10)与所述第二基板(20)平行设置，使得所述第一电极(11)与所述第二电极(12)彼此相对；
将一液晶配向材料(30)与一负型液晶材料(40)混合注入所述第一基板(10)与所述第二基板(20)之间，所述液晶配向材料(30)包含单官能基单体(31)以及多官能基单体(32)，
其中所述单官能基单体为式(I)的化学式：
其中，R1为氢或甲基，I为≥1的整数，
其中所述多官能基单体的化学式为选自于式(II)、式(III)与(IV)所组成的群组：
其中，A为选自下列基团所组成的群组：
m、n分别为≥1的整数，X1则是选自下列基团所组成的群组：
R2为氢或甲基，p为≥1的整数，Y1为氢或羟基；
给所述第一电极(11)与所述第二电极(12)施加电压，使所述第一基板(10)与所述第二基板(20)之间产生一电场，从而使所述液晶配向材料(30)偏转至一预定方向；以及
对所述液晶配向材料(30)照射一波长小于310nm的紫外光，使所述单官能基单体(31)与所述多官能基单体(32)产生聚合，而于所述第一基板(10)与所述第二基板(20)上形成第一配向层(34)与第二配向层(35)。
2.根据权利要求1所述的利用光聚合反应形成液晶配向层的方法，其特征在于，所述多官能基单体(32)为选自式(V)、式(VI)与式(VII)所组成的群组：
其中，A为选自下列基团所组成的群组：
m、n分别为≥1的整数，X2与X3则分别为下列基团：
R2为氢或甲基，q+r为≥1的整数，Y2为氢或羟基。
3.根据权利要求1所述的利用光聚合反应形成液晶配向层的方法，其特征在于，所述液晶配向材料(30)与所述负型液晶材料(40)利用灌注法或液晶滴下法密封于所述第一基板(10)与所述第二基板(20)之间。
4.根据权利要求1所述的利用光聚合反应形成液晶配向层的方法，其特征在于，所述电压介于1至40伏特之间。
5.根据权利要求1所述的利用光聚合反应形成液晶配向层的方法，其特征在于，所述紫外光的波长介于250nm至310nm之间。
6.根据权利要求1所述的利用光聚合反应形成液晶配向层的方法，其特征在于，所述紫外光由一照明亮度低于20mW/cm2的灯源(50)产生。
7.根据权利要求1所述的利用光聚合反应形成液晶配向层的方法，其特征在于，所述单官能基单体(31)相对所述负型液晶材料(40)的重量百分比介于0.5～5％的范围内。
8.根据权利要求1所述的利用光聚合反应形成液晶配向层的方法，其特征在于，所述多官能基单体(32)相对所述负型液晶材料(40)的重量百分比介于0.1～2％的范围内。
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