CN103305236A - 一种液晶面板及其配向膜、配向膜的制作方法 - Google Patents

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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，用于设置在液晶显示面板的基板上，所述配向膜包括多个配向型分子，所述配向型分子是由至少一种单体聚合形成，具有以下结构式e：其中，所述A和/或B中具有三联苯基。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基团优化配向膜材料结构，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。
Figure DDA00003406725200011
结构式e。

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。
早期使用的液晶显示器多采用TN(Twisted nematic)或STN(Super twistednematic)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(Alignment layer，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。当在液晶层上施加一定电压之后，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-domain vertical alignment)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(Patterned vertical alignment)技术，如图1(b)所示。
第三种是PSVA(Polymer stabilized vertical alignment)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，本发明提供一种包含光敏性分子基团的配向膜，通过这种配向膜提高光能利用率，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，用于设置在液晶显示面板的基板上，所述配向膜包括多个配向型分子，所述配向型分子是由至少一种二酸酐类单体和一种二胺类单体聚合形成，具有以下结构式e：
Figure BDA00003406725000031
其中，所述结构单元A和/或B中含有三联苯基。
优选地，所述结构单元A和/或B还具有碳原子数不多于12的烷烃、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，含所述结构单元A和/或B的单体的物质的量占全部单体总物质的量的百分数为5～50％。
优选地，所述配向型分子的分子量为5×103～5×105。
本发明还提供这种配向膜的制作方法，包括如下步骤：
I、将上述的配向型分子与溶剂混合成配向膜溶液；所述溶剂占所述配向膜溶液的质量百分比为80～99％；
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，所述溶剂包含N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N-乙基吡咯烷酮(NEP)、γ-丁内酯(γ-BL)、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。
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。
本发明还提供这种配向膜制作的液晶面板，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，所述配向膜具有所述的配向型分子。
优选地，所述光聚合单体至少具有式1、式2或式3的一种或多种结构：
Figure BDA00003406725000041
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，本发明通过引入光敏性基团优化配向膜材料结构，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(a)至(d)为现有用于液晶体导向的PSVA法步骤示意图。
图3(a)至(d)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，通过在配向膜中引入具有光敏性质的基团形成配向型分子，由配向型分子吸收一定波长范围内紫外光能量，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
这种配向型分子，是由至少一种单体聚合形成，具有以下结构式e结构：
Figure BDA00003406725000051
其中，所述结构单元A和/或B中具有三联苯基。
这种配向型分子通常是由二胺类单体与二酐类单体脱水聚合形成的聚酰亚胺(PI)聚合物。本实施例采用如下结构的一种二酐类单体(见结构式a1)与两种二胺类单体(见结构式t1与b1)进行聚合反应。结构式a1、t1、b1所代表的单体的物质的量之比为5∶2∶3，合成聚酰亚胺配向型分子PI-1。
Figure BDA00003406725000052
    结构式a1
Figure BDA00003406725000053
    结构式t1
Figure BDA00003406725000054
    结构式b1
在本实施例中，含三联苯的单体t1的比例占所有单体的总物质的量为20％。由于结构式t1的单体中含有三联苯基，本领域技术人员可知，聚合反应后获得聚酰亚胺配向型分子PI-1必然含有三联苯基结构。合成的聚酰亚胺配向型分子PI-1的分子量大于5000。
下面介绍采用这种配向型分子制作液晶配向膜的方法。
I、将上述配向型分子PI-1与溶剂混合成配向膜溶液。本实施例中，配向型分子PI-1，溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)；其中NMP占所述配向膜溶液的质量百分比为94％；
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，使配向分子脱水聚合成聚合物，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，使得液晶体的响应时间缩短。
其中，光聚合单体5具有如下通式1的结构：
Figure BDA00003406725000061
    通式1
Figure BDA00003406725000062
    结构式r1
本实施例的光聚合单体5以结构式r1为例，下面介绍结构式r1所形成光聚合物与配向型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(polymer stabilized vertical alignment)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r1)，所述光聚合单体占液晶体的质量百分比为0.5％。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，上述配向型分子含有光敏分子(图中未示出)三联苯基，由于三联苯基结构对波长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液晶体中的光聚合单体5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，三联苯基作为配向型分子的侧链或主链一部分形成的配向膜6，能均匀分布在配向膜6上，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。与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90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，配向型分子由结构式a1、结构式t2和结构式b1的单体所形成聚酰亚胺配向型分子PI-2。
    结构式a1
Figure BDA00003406725000072
    结构式t2
Figure BDA00003406725000073
    结构式b1
本实施例中，结构式a1、t2、b1所代表的单体物质的量之比为5∶1∶4，三联苯基的物质的量在总单体的物质的量为10％，形成聚合物PI-2的分子量在5000～5×105之间。同样地，结构式t2含有三联苯基的结构，形成的配向型分子PI-2中必然含有三联苯基结构。
将配向型分子PI-2的物质溶于NMP与γ-丁内酯(γ-BL)混合溶剂中，然后再加入流平剂异佛尔酮，混合均匀。其中NMP占所述配向膜溶液的质量百分比为95％，γ-BL占所述配向膜溶液的质量百分比为1％，异佛尔酮含量占配向膜溶液质量百分比为0.01％，余下为配向型分子PI-2质量百分比。在200℃下预烘烤60分钟，再在250℃后烘烤150分钟，形成配向膜。
该配向膜与具体有通式2(见下)的光聚合单体形成到液晶面板的结构中，发挥对液晶体的配向作用。该光聚合单体具体为结构式r2所示。
Figure BDA00003406725000081
    通式2
Figure BDA00003406725000082
    结构式r2
控制如结构式r2的光聚合单体占液晶体的质量百分比为0.4％，在同等强度紫外光照射下，仅需60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。
实施例3
本实施例与实施例1相比，不同的是，配向型分子由结构式a2、t2和结构式b2的单体所形成的聚酰亚胺配向型分子PI-3。
本实施例中，结构式a2、t2、b2的单体按照物质的量之比为5∶1.5∶3.5，三联苯基的物质的量在总单体的物质的量为15％，形成配向型分子PI-3分子量范围为5000～1×105。同样地，结构式t2含有三联苯基的结构，形成的配向型分子PI-2中必然含有三联苯基结构。
Figure BDA00003406725000083
    结构式a2
Figure BDA00003406725000091
    结构式t2
Figure BDA00003406725000092
    结构式b2
将PI-3的物质溶于NMP与N-乙基吡咯烷酮(NEP)混合溶剂中，然后再加入流平剂二丙酮醇，混合均匀。其中NMP占所述配向膜溶液的质量百分比为85％，NEP占所述配向膜溶液的质量百分比为10％，二丙酮醇含量占配向膜溶液质量百分比为0.2％，余下为配向型分子PI-3质量百分比。在160℃下预烘烤40分钟，再在240℃后烘烤100分钟，形成配向膜。
该配向膜与具体有通式3(见下)的光聚合单体形成到液晶面板的结构中，发挥对液晶体的配向作用。该光聚合单体具体为结构式r3所示。
Figure BDA00003406725000093
    通式3
Figure BDA00003406725000094
    结构式r3
本实施例作用机理参见实施例1所示。
控制如结构式r3的光聚合单体占液晶体的质量百分比为0.3％，在同等强度紫外光照射下，仅需40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。
除上述例子之外，本发明所采用的二酐类单体还可以是以下结构，但本发明内容不限于以下结构：
    结构式a3
Figure BDA00003406725000102
    结构式a4
Figure BDA00003406725000103
    结构式a5
Figure BDA00003406725000104
    结构式a6    结构式a7
Figure BDA00003406725000106
    结构式t6
Figure BDA00003406725000107
    结构式t7
    结构式t8
本发明所采用的二胺类单体还可以是以下结构，但本发明内容不限于以下结构：
Figure BDA00003406725000112
    结构式t3
Figure BDA00003406725000113
    结构式t4
Figure BDA00003406725000114
    结构式t5
Figure BDA00003406725000115
    结构式b3
Figure BDA00003406725000116
    结构式b4
Figure BDA00003406725000117
    结构式b5
Figure BDA00003406725000121
    结构式b6
Figure BDA00003406725000122
    结构式b7
以上聚合成PI的单体可以在不违背聚合反应规律的情况任意组合，其中，满足二胺类单体和二酐类单体摩尔比相等，带有三联苯基的单体t1～t5任一单体的物质的量占总单体物质的量的5-50％，
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。
Figure BDA00003406725000123
    通式1
Figure BDA00003406725000124
    通式2
Figure BDA00003406725000125
    通式3
P代表具有聚合活性的基团，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；
X代表可用于取代苯环上H原子的基团，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 (12)

1.一种液晶配向膜，用于设置在液晶显示面板的基板上，其特征在于，所述配向膜包括多个配向型分子，所述配向型分子是由至少一种二酸酐类单体和一种二胺类单体聚合形成，具有以下结构式e：
Figure FDA00003406724900011
其中，所述结构单元A和/或B中含有三联苯基。
2.根据权利要求1所述配向膜，其特征在于，所述结构单元A和/或B还包含碳原子数不多于12的烷烃、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。
3.根据权利要求1所述配向膜，其特征在于，含所述结构单元A和/或B的单体的物质的量占全部单体总物质的量的百分数为5～50％。
4.根据权利要求1所述配向膜，其特征在于，所述配向型分子的分子量为5×103～5×105。
5.一种配向膜的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
I、将权利要求1～4任一项所述的配向型分子与溶剂混合成配向膜溶液；所述溶剂占所述配向膜溶液的质量百分比为80～99％；
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。
6.根据权利要求5所述配向膜的制作方法，其特征在于，所述溶剂包含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。
7.根据权利要求5所述配向膜的制作方法，其特征在于，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。
8.一种液晶面板，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1～4任一项所述的配向型分子。
9.根据权利要求8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中的一种或多种结构：
Figure FDA00003406724900021
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。
10.根据权利要求8所述的液晶面板，其特征在于，所述Z基团中的H原子可被-F、-Cl、-Br、-CH3、-CN中的任一种基团取代。
11.根据权利要求8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。
12.根据权利要求8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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