CN102898833B - 取向膜材料、取向膜及其制造方法、液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种取向膜材料、取向膜及其制造方法、液晶显示装置，涉及液晶显示领域，不需要使用光照设备即可制备出垂直取向的取向膜，减小了投资成本。本发明所述取向膜材料为包含表面改性的二氧化硅纳米粒子和聚酰亚胺的混合液，其中，表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％；表面改性的二氧化硅纳米粒子为二氧化硅纳米粒子经过表面改性处理后获得，消除或减少了二氧化硅纳米粒子表面羟基的数量，并且表面改性的二氧化硅纳米粒子的表面上锚定有末端带有氨基的线性链。所述取向膜，由所述的取向膜材料涂覆于基板上经热处理制成。

Description

取向膜材料、取向膜及其制造方法、液晶显示装置

技术领域

本发明涉及液晶显示领域，尤其涉及一种取向膜材料、取向膜及其制造方法、液晶显示装置。

背景技术

近年来，垂直显示模式的液晶显示器由于可视角度宽、响应时间短、对比度高等优点受到广泛的关注。在该种显示模式的液晶显示器中，取向膜是垂直于显示屏，因此在不施加电压的状态下，垂直取向膜的诱导或限制作用会使液晶分子垂直于显示屏排列，此处对于“垂直”的理解，是指在不施加电压的状态下，取向膜诱导或限制液晶分子，使液晶分子长轴方向与显示屏所成角度(预倾角)达到89°以上。

现有技术中，一般通过紫外光照在聚酰亚胺的侧链引入长的烷基链，烷基链上的憎水烷烃基团会诱导液晶分子形成垂直排列。但是，紫外光照设备造价大，投资大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种取向膜材料、取向膜及其制造方法、液晶显示装置，不需要使用光照设备即可制备出垂直取向的取向膜，减小了投资成本。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种取向膜材料，所述取向膜材料为包含表面改性的二氧化硅纳米粒子和聚酰亚胺的混合液，其中，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％；

所述表面改性的二氧化硅纳米粒子为二氧化硅纳米粒子经过表面改性处理后获得，消除或减少了所述二氧化硅纳米粒子表面羟基的数量，并且所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的表面上锚定有线性链，所述线性链的末端带有氨基(-NH₂)。

优选地，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.1wt％。

所述表面改性的二氧化硅纳米粒子中至少5％的粒子表面上锚定有末端带有氨基的所述线性链。

优选地，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的粒径为10nm～200nm。

一种取向膜，由所述的取向膜材料涂覆于基板上经热处理制成，所述取向膜包括：聚酰亚胺，以及表面改性的二氧化硅纳米粒子与聚酰亚胺形成的化合物，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子表面锚定有线性链，所述线性链的末端带有氨基；

所述化合物包含，所述线性链末端氨基(-NH₂)与聚酰亚胺的羧酸基(-COOH)发生反应形成的、垂直基板取向的垂直取向链。

本发明还提供一种液晶显示装置，包括阵列基板、彩膜基板和设置于所述阵列基板与所述彩膜基板之间的液晶层，所述阵列基板和所述彩膜基板上设置有所述的取向膜。

本发明还提供一种取向膜材料的制造方法，包括：

对二氧化硅纳米粒子进行表面改性处理，以消除或减少所述二氧化硅纳米粒子表面羟基的数量，在二氧化硅纳米粒子的表面上接枝末端带有氨基(-NH₂)的线性链，获得表面改性的二氧化硅纳米粒子；

将表面改性的二氧化硅纳米粒子分散到聚酰亚胺溶液中，制成包含所述表面改性的二氧化硅纳米粒子和聚酰亚胺的混合液，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％。

优选地，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.1wt％。

所述表面改性的二氧化硅纳米粒子中至少5％的粒子表面上锚定有末端带有氨基的线性链。

优选地，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的粒径为10nm～200nm。

可选地，所述将表面改性的二氧化硅纳米粒子分散到聚酰亚胺溶液中，具体包括：

制备表面改性的二氧化硅纳米粒子的分散液，所述分散液的溶剂选自水、乙醇、异丙醇、丙二醇、醚醇、酮类、酯类中的一种物质或多种物质的混合物；

将所述表面改性二氧化硅纳米粒子的分散液掺杂到聚酰亚胺溶液中。

可选地，所述对二氧化硅纳米粒子进行表面改性处理，具体为：

在二氧化硅纳米粒子表面接枝偶联剂，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂或锆铝酸酯偶联剂中的一种或多种。

可选地，所述对二氧化硅纳米粒子进行表面改性处理，具体为：

在二氧化硅纳米粒子表面接枝聚合物，所述聚合物选自聚苯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚乙烯醋酸酯、聚乙烯丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸酯中的一种或多种。

本发明还提供一种取向膜的制造方法，包括：

准备取向膜材料，所述取向膜材料为包含表面改性的二氧化硅纳米粒子和聚酰亚胺的混合液，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％；

将所述取向膜材料涂覆于基板上，形成取向层；

对涂覆有所述取向层的基板进行热处理，使所述取向层中表面改性的二氧化硅纳米粒子表面的线性链末端氨基(-NH₂)与聚酰亚胺的羧酸基(-COOH)发生反应，形成垂直基板取向的垂直取向链。

优选地，所述取向膜材料中所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.1wt％。

可选地，所述对涂覆有所述取向层的基板进行热处理，具体包括：

进行第一次热处理的工序，所述第一次热处理的温度范围为60～80℃，时间范围为70～100秒；

进行第二次热处理的工序，所述第二次热处理的温度范围为150～240℃，时间范围为600～1500秒。

本发明实施例中将表面改性的二氧化硅(SiO₂)纳米粒子掺杂到聚酰亚胺溶液中，涂覆于基板上，形成取向层，再通过热处理工序使表面改性的SiO₂纳米粒子与聚酰亚胺发生反应，形成垂直基板取向的垂直取向链，聚合物刚性主链的倾斜取向对于诱导液晶分子的取向起了重要的作用，因此，本发明所述取向膜无需经过摩擦取向工序，即能诱导液晶分子垂直于显示屏排列；另外，由于SiO₂纳米粒子经表面改性处理后，消除或减少了所述二氧化硅纳米粒子表面羟基的数量，可以降低聚酰亚胺膜层表面SiO₂纳米粒子的聚集程度，增加表面取向的均匀性，有助于提高液晶显示装置的显示品质。

综上所述，本发明实施例所述取向膜材料、取向膜及其制造方法、液晶显示装置，不需要使用光照设备，即可制备出垂直取向的取向膜，投资小，成本低，并且取向膜表面的取向均匀性好；另外，具体实施中还证明本发明实施例所述的取向技术还有助于降低液晶显示装置的阈值电压，提高响应速度。

附图说明

图1为本发明实施例一中取向膜材料的制造方法流程图一；

图2为本发明实施例一中表面改性的二氧化硅纳米粒子分散在聚酰亚胺膜层表面的示意图；

图3为本发明实施例一中表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于聚酰亚胺质量百分比0.01wt％～0.2wt％时，液晶显示装置的阈值电压和响应时间的实验效果图；

图4为本发明实施例一中二氧化硅纳米粒子的偶联剂改性机理示意图；

图5为本发明实施例一中取向膜材料的制造方法流程图二；

图6为本发明实施例一中取向膜的制造方法流程图；

图7为本发明实施例一中液晶盒的制造流程图；

图8本发明实施例二中液晶显示装置的结构示意图。

附图标记说明

11-阵列基板，12-彩膜基板，13-液晶层，14-取向膜。

具体实施方式

本发明实施例提供一种取向膜材料、取向膜及其制造方法、液晶显示装置，既能降低成本，又可提高液晶显示装置的显示品质。

本发明的实施例采用如下技术方案：

一种取向膜材料，所述取向膜材料为包含表面改性的二氧化硅纳米粒子和聚酰亚胺的混合液，其中，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％；

所述表面改性的二氧化硅纳米粒子为二氧化硅纳米粒子经过表面改性处理后获得，消除或减少了所述二氧化硅纳米粒子表面羟基的数量，并且所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的表面上锚定有线性链，所述线性链的末端带有氨基(-NH₂)。

所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.1wt％。

所述表面改性的二氧化硅纳米粒子中至少5％的粒子表面上锚定有末端带有氨基的所述线性链。

所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的粒径为10nm～200nm。

一种取向膜，由所述的取向膜材料涂覆于基板上经热处理制成，所述取向膜包括：聚酰亚胺，以及表面改性的二氧化硅纳米粒子与聚酰亚胺形成的化合物，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子表面锚定有线性链，所述线性链的末端带有氨基；

所述化合物包含，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的所述线性链末端氨基(-NH₂)与聚酰亚胺的羧酸基(-COOH)发生反应形成的、垂直基板取向的垂直取向链。

一种液晶显示装置，包括阵列基板、彩膜基板和设置于所述阵列基板与所述彩膜基板之间的液晶层，所述阵列基板和所述彩膜基板上设置有所述的取向膜。

一种取向膜材料的制造方法，包括：

对二氧化硅纳米粒子进行表面改性处理，以消除或减少所述二氧化硅纳米粒子表面羟基的数量，在二氧化硅纳米粒子的表面上接枝末端带有氨基(-NH₂)的线性链，获得表面改性的二氧化硅纳米粒子；

将表面改性的二氧化硅纳米粒子分散到聚酰亚胺溶液中，制成包含所述表面改性的二氧化硅纳米粒子和聚酰亚胺的混合液，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％。

所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.1wt％。

所述表面改性的二氧化硅纳米粒子中至少5％的粒子表面上锚定有末端带有氨基的线性链。

所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的粒径为10nm～200nm。

所述将表面改性的二氧化硅纳米粒子分散到聚酰亚胺溶液中，具体包括：

制备表面改性的二氧化硅纳米粒子的分散液，所述分散液的溶剂选自水、乙醇、异丙醇、丙二醇、醚醇、酮类、酯类中的一种物质或多种物质的混合物；

将所述表面改性二氧化硅纳米粒子的分散液掺杂到聚酰亚胺溶液中。

所述对二氧化硅纳米粒子进行表面改性处理，具体为：

在二氧化硅纳米粒子表面接枝偶联剂，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂或锆铝酸酯偶联剂中的一种或多种。

所述对二氧化硅纳米粒子进行表面改性处理，具体为：

在二氧化硅纳米粒子表面接枝聚合物，所述聚合物选自聚苯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚乙烯醋酸酯、聚乙烯丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸酯中的一种或多种。

一种取向膜的制造方法，包括：

准备取向膜材料，所述取向膜材料为包含表面改性的二氧化硅纳米粒子和聚酰亚胺的混合液，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％；

将所述取向膜材料涂覆于基板上，形成取向层；

对涂覆有所述取向层的基板进行热处理，使所述取向层中表面改性的二氧化硅纳米粒子表面的线性链末端氨基(-NH₂)与聚酰亚胺的羧酸基(-COOH)发生反应，形成垂直基板取向的垂直取向链。

所述取向膜材料中所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.1wt％。

所述对涂覆有所述取向层的基板进行热处理，具体包括：

进行第一次热处理的工序，所述第一次热处理的温度范围为60～80℃，时间范围为70～100秒；

进行第二次热处理的工序，所述第二次热处理的温度范围为150～240℃，时间范围为600～1500秒。

本发明实施例中将表面改性的二氧化硅(SiO₂)纳米粒子掺杂到聚酰亚胺溶液中，涂覆于基板上，形成取向层，再通过热处理工序使表面改性的SiO₂纳米粒子与聚酰亚胺发生反应，形成垂直基板取向的垂直取向链，聚合物刚性主链的倾斜取向对于诱导液晶分子的取向起了重要的作用，因此，本发明所述取向膜无需经过摩擦取向工序，即能诱导液晶分子垂直于显示屏排列；另外，由于SiO₂纳米粒子经表面改性处理后，消除或减少了所述二氧化硅纳米粒子表面羟基的数量，可以降低聚酰亚胺膜层表面SiO₂纳米粒子的聚集程度，增加表面取向的均匀性，有助于提高液晶显示装置的显示品质。

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本发明实施例提供一种取向膜材料的制造方法，如图1所示，该方法包括：

步骤101、对二氧化硅纳米粒子进行表面改性处理，以消除或减少所述二氧化硅纳米粒子表面羟基的数量，在二氧化硅纳米粒子的表面上接枝末端带有氨基(-NH₂)的线性链，获得表面改性的二氧化硅纳米粒子；

步骤102、将表面改性的二氧化硅纳米粒子分散到聚酰亚胺溶液中，制成包含表面改性的二氧化硅纳米粒子和聚酰亚胺的混合液，其中，表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％。

二氧化硅纳米粒子的粒径小，比表面积大，并且表面含有羟基，本身容易团聚形成聚集体颗粒。本实施例步骤101中先将二氧化硅纳米粒子进行表面改性处理，在表面锚定(或接枝)上末端带有氨基(-NH₂)的线性链，同时消除或减少二氧化硅纳米粒子表面的羟基数量，使表面改性后的二氧化硅纳米粒子由亲水性变为疏水性，以达到与聚合物(聚酰亚胺)充分相容的目的；步骤102中再将表面改性的二氧化硅纳米粒子掺入聚酰亚胺溶液制成取向膜材料，其中，表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％。若纳米粒子含量过低(小于0.01wt％)，预倾角不符合设计要求；若纳米粒子含量过高(大于0.2wt％)，则纳米粒子容易发生团聚或凝结现象，影响取向膜取向的均匀性。

另外，为便于将所述取向膜材料涂覆于基板上形成膜层，所述取向膜材料中还可包括一定量的非水有机溶剂，但在取向膜制备的热处理工序中，这些非水有机溶剂蒸发，并不参与化学反应，也不构成取向膜，因此本实施例对此不加限定。

本实施例所述方法制备出的取向膜材料，用于制备取向膜时，先将所述取向膜材料涂覆于基板上形成膜层，如图2所示，聚酰亚胺中的表面改性的二氧化硅纳米粒子均匀分散在基板面上；然后再对上述基板进行热处理，使溶剂蒸发形成取向膜，同时膜层中表面改性的二氧化硅纳米粒子表面的线性链末端氨基(-NH₂)与聚酰亚胺的羧酸基(-COOH)发生反应，形成垂直的取向链结构，使取向膜具有诱导或限制液晶分子垂直于基板排列的功能。

因此，根据本发明实施例所述方法制备出的取向膜材料，不需要使用光照设备，即可制备出垂直取向的取向膜，并且取向膜表面取向的均匀性好，投资小，成本低。

另外，采用所述方法制备出的取向膜材料，用于制成取向膜，还有助于液晶显示装置降低阈值电压，提高响应速度。如图3所示，在其它条件都相同的情况下，取向膜材料中表面改性的二氧化硅纳米粒子的含量在0.01wt％～0.1wt％范围内时，表面改性的二氧化硅纳米粒子的含量越高，预倾角越接近90度，液晶显示装置的阈值电压和响应时间也越小；但取向膜材料中表面改性的二氧化硅纳米粒子的含量过多(图3所示，超过0.1wt％)时，液晶显示装置的阈值电压和响应时间开始变大，而且表面改性的二氧化硅纳米粒子的含量过多还会影响液晶屏的透过率，因此优选地，取向膜材料中表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于聚酰亚胺的质量百分比为0.1wt％。此时，OCB模式的显示器，预倾角90度，液晶显示装置的阈值电压为1.75V，响应时间为4.8ms；VA模式的显示器，预倾角90度，液晶显示装置的阈值电压为3.2V，响应时间为0.8ms。

可选地，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子中至少5％的粒子表面上锚定有末端带有氨基线性链。对二氧化硅纳米粒子进行表面改性处理中，在表面接枝末端带有氨基的线性链，实际上，受实际实验条件限制，不可能(在工业生产也没必要)在所有二氧化硅纳米粒子表面接枝末端带有氨基的线性链，但为达到更好的实施效果，要求表面改性处理后的表面改性的二氧化硅纳米粒子中至少5％的粒子表面上锚定有末端带有氨基的线性链。

其中，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的粒径为10nm～200nm时，在聚酰亚胺中分散均匀，制成的取向膜取向均匀性好，对显示器透过率影响也小，并且材料容易获得，便于加工。

其中，步骤101对二氧化硅纳米粒子进行表面改性处理，以消除或减少二氧化硅纳米粒子表面羟基的数量，在二氧化硅纳米粒子的表面上接枝末端带有氨基的线性链，获得表面改性的二氧化硅纳米粒子，具体实现方式多样，属本领域的公知常识，本实施例对此不加限定，仅举出几种示范性示例。

方法1：在二氧化硅粒子表面接枝偶联剂，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂或锆铝酸酯偶联剂中的一种或多种。

偶联剂一般由两部分组成：一部分是亲无机基团，可与无机物作用；另一部分是亲有机基团，可与合成树脂等有机物作用。通过硅烷偶联剂的桥梁作用，无机组分与有机组分以化学键相连，提高两者的相互作用，增加纳米粒子在聚合物基体中的相容性。

本实施例中选择的偶联剂包含氨基，例如32氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)等，或者，也可以对未包含氨基的偶联剂事先进行改造，使其包含氨基。APTS是一种硅烷偶联剂，APTS修饰的二氧化硅通过表面的活性氨基可以和多种无机离子或无机、有机、生物分子发生反应。

如图4所示，在酸或碱的催化剂的作用下，偶联剂与纳米二氧化硅表面的羟基迅速水解形成硅三醇，生成的硅三醇中的硅羟基可以与其它分子的硅羟基或二氧化硅表面的硅醇基发生脱水缩合形成Si-O-Si键。具体制备方法如下：先将一定质量的纳米二氧化硅加入到装有一定量去离子水的烧杯中，同时搅拌，再向其中加入一定量的无水乙醇溶液，超声波超声30～40分钟，然后将所得的悬浮液加入烧瓶中，在磁力搅拌(转速为300～500转/分钟)的条件下，用恒温水浴锅或油浴锅保温60℃反应一段时间，得到纳米二氧化硅改性溶胶，其中纳米二氧化硅改性溶胶的酸度是通过酸度调节剂来调节的，该调节剂可以是PH值在3.5～4.5的乙酸水溶液，或者配制特定浓度(0.05-0.1mol/L)的氨水作为调节剂。再将上述偶联剂溶液逐滴滴入装有纳米二氧化硅改性溶胶的烧瓶中，反应一段时间后，将产物经离心干燥后醇洗若干次，常温干燥24小时，然后在200℃真空干燥48小时得到粒径范围在10～200nm的表面改性的纳米二氧化硅。

具体以硅烷偶联剂为例，硅烷偶联剂是一种双官能团物质，一端可与有机组分产生物理或化学作用，另一端可与无机组分的前驱体进行水解和缩聚。在二氧化硅纳米粒子表面接枝硅烷偶联剂，是二氧化硅表面羟基与硅烷偶联剂水解产生的≡SiOH基团缩合，硅烷偶联剂以化学键Si-O-Si包覆在二氧化硅纳米粒子的外围，使得二氧化硅纳米粒子表面的有机成分增多，疏水性增强。

方法2：在二氧化硅纳米粒子表面接枝聚合物(简称：接枝聚合物法)，所述聚合物选自聚苯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚乙烯醋酸酯、聚乙烯丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸酯中的一种或多种。

具体地，该方法是将聚合物单体和纳米二氧化硅粒子按照一定比例混合后溶于某种溶剂，经γ射线辐照使纳米二氧化硅粒子表面接枝上聚合物。其机理是将具有活性端基的化合物通过化学键合作用接枝到纳米二氧化硅表面的活性点上，然后高活性聚合物单体在引发剂作用下在粒子表面发生聚合反应，获得接枝有聚合物的纳米粒子。利用自由基聚合反应将高分子链连接到纳米二氧化硅表面高活性点上，接枝聚合物的分子链与基体聚合物分子链的缠结作用显著增强了纳米二氧化硅粒子与基体间的相互作用，既可防止颗粒的团聚，又增加了无机相在有机相中的分散性。

方法3：制备表面改性的二氧化硅纳米粒子也可采用表面活性剂法，主要包括物理吸附和化学反应两种。其中，物理吸附按吸附机理分为离子交换吸附，离子对吸附，氢键吸附，π电子极化吸附，London引力(色散相互作用吸附)吸附；化学反应是指表面活性剂中的反应基团与粒子表面活性基团反应，形成新的化学键，以达到对粒子表面进行修饰和改性的目的。

方法4：制备表面改性二氧化硅纳米粒子的方法还包括溶胶-凝胶法。该方法中纳米二氧化硅制备与表面改性同步，可得到分散良好且表面改性完全的超细二氧化硅纳米粒子。具体制备方法如下：将一定量的正硅酸乙酯、无水乙醇，及一定浓度的盐酸如0.1mol/L，其质量比为1∶2∶0.2，与一定数量的硅烷偶联剂均匀混合后，在50～60℃下恒温水解5～7小时得到均匀透明的溶胶；然后加热蒸发得到凝胶，凝胶在75～85℃恒温下烘干15～20小时后得到白色粉体，破碎、筛分，全部通过一定目数的筛网后密封保存。所得白色粉体即表面改性二氧化硅纳米粒子，要求锚定在其表面上的改性剂含量占总的表面改性二氧化硅纳米粒子总质量的5％-15％之间。

步骤101对二氧化硅纳米粒子进行表面改性处理，并不仅限于以上所述的方式，此处不再一一介绍。不过，需注意：步骤101进行表面改性时所使用的表面改性剂应选择带有氨基的表面改性剂；或者，对表面改性剂进行事先改造，使其带有氨基；或者在对二氧化硅纳米粒子表面改性之后，对表面改性剂进行改造，使其带有氨基，具体实现方式多样，属本领域的公知常识，本实施例对此不加限定。

可选地，如图5所示，步骤102中所述将表面改性的二氧化硅纳米粒子分散到聚酰亚胺溶液中，具体包括：

步骤1021、制备表面改性的二氧化硅纳米粒子的分散液，所述分散液的溶剂选自水、乙醇、异丙醇、丙二醇、醚醇、酮类、酯类中的一种物质或多种物质的混合物；

本步骤制备表面改性二氧化硅纳米粒子的分散液。一种可选的具体实施过程如下：使用粒径范围在10～200nm之间的表面改性的二氧化硅纳米粒子，先将该种二氧化硅纳米粒子经去离子水多次洗涤至中性，用无水乙醇冲洗2～3遍，置换出滤饼中60％～80％的水；然后加入一定量的溶剂作为分散液，此溶剂可以是水，乙醇，异丙醇，丙二醇，醚醇，酮类，酯类等其中的一种、或两种以上的混合物，搅拌升温至60～70℃，达到实验所需温度范围内继续搅拌反应一段时间，直到二氧化硅颗粒充分分散。

步骤1022、将所述表面改性二氧化硅纳米粒子分散液掺杂到聚酰亚胺溶液中。

可选地，在聚酰亚胺制备过程的加热回流40～60分钟后，执行步骤1022，将二氧化硅纳米粒子分散液以一定的比例掺杂到聚酰亚胺溶液中，并继续搅拌30～60分钟，以使表面改性二氧化硅纳米粒子完全分散到聚酰亚胺溶液中。

本发明实施例所述方法制备出的取向膜材料，不需要使用光照设备，即可制备出垂直取向的取向膜，并且取向膜表面取向均匀性好，投资小，成本低；根据本实施例所述方法制备出的取向膜材料用于液晶显示装置，还有助于降低阈值电压，提高响应速度。

本发明实施例提供一种使用上述取向膜材料制造取向膜的方法，如图6所示，该方法包括：

步骤201、准备取向膜材料，所述取向膜材料为包含有表面改性的二氧化硅纳米粒子和聚酰亚胺的混合液，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％；

步骤202、将所述取向膜材料涂覆于基板上，形成取向层；

本步骤将上述所得的表面改性二氧化硅纳米粒子分散液与聚酰亚胺的混合液应用到基板的聚酰亚胺涂覆工艺中，一种可选地具体方式如下：将所需涂覆取向层的基板先后用浓碱液、洗涤剂溶液、水和异丙醇或乙醇中进行超声波清洗，除去表面灰尘颗粒，然后用风刀除去液体并利用深紫外光进行清洁后，基板进入到聚酰亚胺涂覆设备中。

一般工业生产中采用两种方式进行涂覆取向层，一种是利用APR版(取向膜印刷版)贴付的版酮联合均胶辊与喷针共同进行涂覆，具体过程为利用泵将表面改性纳米粒子分散液与聚酰亚胺的混合液(取向膜材料)抽取到喷针处，喷针沿着均胶辊的方向移动并同时以一定的压力将取向膜材料混合液喷到均胶辊上，设备上的刮刀将混合液均匀的刮覆到均胶辊上，均胶辊与版酮贴合在一起并以一定的相对速度转动，转动过程中将混合液均匀的涂覆到版酮上所贴付的APR版上，而APR版上有15-20um的网状小坑排布，并呈一定的倾斜角度(一般为45°)，可使二氧化硅和聚酰亚胺混合液涂覆均匀。然后基板以一定的速度与APR版接触，此时APR版上的二氧化硅纳米粒子与聚酰亚胺混合液转移到基板上相应的位置，APR版的图案化设计是根据基板本身的构造制定的，因此基板上指定区域处会存在二氧化硅和聚酰亚胺混合液，取向层的涂覆过程完成。另一种取向层涂覆工艺为喷墨打印技术，其喷头使用高频电信号驱动振子工作，振子上下振动将二氧化硅纳米粒子与聚酰亚胺混合液从喷头喷出，通过变换电信号频率控制混合液喷出量，混合液喷出后在基板上呈液滴状，液滴在张力的作用下摊开形成取向膜。

步骤203、对涂覆有取向层的基板进行热处理，使取向膜中表面改性的二氧化硅纳米粒子表面的线性链末端氨基(-NH₂)与聚酰亚胺的羧酸基(-COOH)发生反应，形成垂直基板取向的垂直取向链。

对执行完步骤202的涂覆有取向层的基板进行热处理，具体包括：

将涂覆过取向层的基板运送到预固化装置中，进行第一次热处理的工序(预固化工序)，预固化的温度范围为60～80℃，时间范围为70～100秒，此步骤主要目的是将取向层中的部分溶剂蒸发出去。为防止预固化过程容易出现不良缺陷，预固化过程中在基板下方使用支撑针，使基板和加热板之间存在一层空间，这样可使加热缓和均匀，不会出现干燥性不良缺陷；并且所使用的支撑针安装在像素区域外，以降低支撑针与基板接触部位出现的点状缺陷的影响。

预固化结束后，基板被输送到主固化炉中，进行第二次热处理(主固化)的工序，主固化的温度范围为150～240℃，时间范围为600～1500秒。主固化条件下，在去除溶剂的同时，表面改性的二氧化硅纳米粒子的末端氨基与聚酰亚胺上的羧酸基团发生反应，形成垂直基板取向的垂直取向链。待充分反应完全后，将基板取出，在室温下进行冷却，冷却时间在600-1500秒之间。

取向膜制造过程(取向层涂覆及热处理)301结束后，无需进行摩擦工序，直接进行对盒工序302与切割工序303，最后进行模组工序304，则液晶面板生产完成，工艺流程如图7所示。

本发明实施例所述取向膜制备方法，简单易行，不需要使用光照设备，投资小，成本低，并且制备出的取向膜表面取向均匀性好，还有助于降低液晶显示装置的阈值电压，提高反应速度。

实施例二

对应于实施例一中的制造方法，本发明实施例提供一种取向膜材料，该取向膜材料为包含表面改性的二氧化硅纳米粒子和聚酰亚胺的混合液，其中，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％；

其中，所述的表面改性的二氧化硅纳米粒子为二氧化硅纳米粒子经过表面改性处理后获得，消除或减少了所述二氧化硅纳米粒子表面羟基的数量，并且所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的表面上锚定有末端带有氨基(-NH₂)的线性链。

可选地，所述取向膜材料中还可包括一定量的非水有机溶剂。

使用本实施例所述取向膜材料，不需要使用光照设备，即可制备出垂直取向的取向膜，并且取向膜表面取向的均匀性好，投资小，成本低，有助于降低液晶显示装置的阈值电压，提高反应速度。

可选地，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.1wt％。该取向膜材料用于液晶显示装置的取向膜，可使液晶显示装置的阈值电压更低，反应速度更快。

可选地，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子中至少5％的粒子表面上锚定有所述末端带有氨基的线性链。

可选地，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的粒径为10nm～200nm。

使用本实施例所述取向膜材料，不需要使用光照设备，即可制备出垂直取向的取向膜，并且取向膜表面取向均匀性好，投资小，成本低，还有助于液晶显示装置降低阈值电压，提高反应速度。

本发明实施例还提供一种取向膜，由上述的取向膜材料涂覆于基板上经热处理制成，所述取向膜包括：聚酰亚胺，以及表面改性的二氧化硅纳米粒子与聚酰亚胺形成的化合物，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子表面锚定有线性链，所述线性链的末端带有氨基；

所述化合物包含，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的所述线性链末端氨基(-NH₂)与聚酰亚胺的羧酸基(-COOH)发生反应形成的、垂直基板取向的垂直取向链。

本实施例所述取向膜，因垂直取向链的存在，无需经过摩擦取向工序，即能诱导液晶分子垂直于显示屏排列；并且表面取向均匀性好，还有助于液晶显示装置降低阈值电压，提高响应速度。

本实施例还提供一种液晶显示装置，如图8所示，该装置包括阵列基板11、彩膜基板12和设置于阵列基板11与彩膜基板12之间的液晶层13，阵列基板11和彩膜基板12上设置有所述的取向膜14。

本实施例提供的液晶显示装置，较现有液晶显示装置显示品质好，阈值电压低，响应速度快。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种取向膜材料，其特征在于，所述取向膜材料为包含表面改性的二氧化硅纳米粒子和聚酰亚胺的混合液，其中，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％；

所述表面改性的二氧化硅纳米粒子为二氧化硅纳米粒子经过表面改性处理后获得，消除或减少了所述二氧化硅纳米粒子表面羟基的数量，并且所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的表面上接枝有线性链，所述线性链的末端带有氨基；

经热处理后，所述线性链的末端氨基与聚酰亚胺的羧酸基发生反应形成垂直基板取向的垂直取向链。

2.根据权利要求1所述的取向膜材料，其特征在于，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.1wt％。

3.根据权利要求1所述的取向膜材料，其特征在于，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子中至少5％的粒子表面上接枝有末端带有氨基的所述线性链。

4.根据权利要求1-3任一项所述的取向膜材料，其特征在于，

所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的粒径为10nm～200nm。

5.一种取向膜，其特征在于，由权利要求1-4任一项所述的取向膜材料涂覆于基板上经热处理制成，所述取向膜包括：聚酰亚胺，以及表面改性的二氧化硅纳米粒子与聚酰亚胺形成的化合物，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子表面接枝有线性链，所述线性链的末端带有氨基；

所述化合物包含，所述线性链的末端氨基与聚酰亚胺的羧酸基发生反应形成的、垂直基板取向的垂直取向链。

6.一种液晶显示装置，包括阵列基板、彩膜基板和设置于所述阵列基板与所述彩膜基板之间的液晶层，其特征在于，所述阵列基板和所述彩膜基板上设置有权利要求5所述的取向膜。

7.一种取向膜材料的制造方法，其特征在于，包括：

对二氧化硅纳米粒子进行表面改性处理，以消除或减少所述二氧化硅纳米粒子表面羟基的数量，在二氧化硅纳米粒子的表面上接枝末端带有氨基的线性链，获得表面改性的二氧化硅纳米粒子；

将表面改性的二氧化硅纳米粒子分散到聚酰亚胺溶液中，制成包含所述表面改性的二氧化硅纳米粒子和聚酰亚胺的混合液，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％，经热处理后，所述线性链的末端氨基与聚酰亚胺的羧酸基发生反应形成垂直基板取向的垂直取向链。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.1wt％。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子中至少5％的粒子表面上接枝有末端带有氨基的线性链。

10.根据权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的粒径为10nm～200nm。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将表面改性的二氧化硅纳米粒子分散到聚酰亚胺溶液中，具体包括：

制备表面改性的二氧化硅纳米粒子的分散液，所述分散液的溶剂选自水、乙醇、异丙醇、丙二醇、醚醇、酮类、酯类中的一种物质或多种物质的混合物；

将所述表面改性的二氧化硅纳米粒子的分散液掺杂到聚酰亚胺溶液中。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对二氧化硅纳米粒子进行表面改性处理，具体为：

在二氧化硅纳米粒子表面接枝偶联剂，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂或锆铝酸酯偶联剂中的一种或多种。

13.一种取向膜的制造方法，其特征在于，包括：

准备取向膜材料，所述取向膜材料为包含表面改性的二氧化硅纳米粒子和聚酰亚胺的混合液，所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.01wt％～0.2wt％；

将所述取向膜材料涂覆于基板上，形成取向层；

对涂覆有所述取向层的基板进行热处理，使所述取向层中表面改性的二氧化硅纳米粒子表面的线性链末端氨基与聚酰亚胺的羧酸基发生反应，形成垂直基板取向的垂直取向链。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述取向膜材料中所述表面改性的二氧化硅纳米粒子相对于所述聚酰亚胺的质量百分比为0.1wt％。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述对涂覆有所述取向层的基板进行热处理，具体包括：

进行第一次热处理的工序，所述第一次热处理的温度范围为60～80℃，时间范围为70～100秒；

进行第二次热处理的工序，所述第二次热处理的温度范围为150～240℃，时间范围为600～1500秒。