CN103820130A - 液晶取向剂、液晶取向层及其制备方法、液晶显示面板 - Google Patents

液晶取向剂、液晶取向层及其制备方法、液晶显示面板 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种液晶取向剂、液晶取向层及其制备方法、液晶显示面板，属于液晶显示领域，以防止液晶分子发生极化。所述液晶取向剂包括聚酰亚胺前驱液、阳离子交换树脂和溶剂。本发明可用于液晶显示面板的制造中。

Description

液晶取向剂、液晶取向层及其制备方法、液晶显示面板
技术领域
本发明涉及液晶显示领域，尤其涉及一种液晶取向剂、液晶取向层及其制备方法、液晶显示面板。
背景技术
液晶显示器（Liquid Crystal Display，简称LCD）是显示领域内最具发展活力的电子产品。它具有驱动电压低、功耗低、重量轻、不含有害射线等显著优点。LCD显示依赖于基板表面膜各向异性处理后的不同液晶分子的排列。其中，液晶分子层是改变光线偏光状态最重要的部分。
在LCD的生产中，由于诸多外界因素不可避免地会在液晶分子层中引入少量的金属离子，使得液晶分子层中的极性端极易被金属离子吸附。当液晶分子的极性端被金属离子吸附后，液晶分子两端的极性差异会随之减小。当施加电场后，液晶分子层会因两端极性相似而失去偏转，从而使液晶分子发生极化，导致液晶面板出现残像。
为了防止液晶分子发生极化，目前采用的方法多是从电路的角度出发，通过在液晶面板的驱动电路中增加特殊的功能电路，来控制液晶分子层中金属离子避免朝向同一方向聚集。但在实现上述方法时，发明人发现，由于电路设计只能对金属离子的偏转进行诱导，不能从根本上改善液晶分子两端极性的差异性，当电路中一旦出现了不正常的电源供应或是不正常的控制信号输出时，就会对金属离子的偏转产生干扰，不可避免地造成液晶分子发生极化。
发明内容
本发明实施例提供了一种液晶取向剂、液晶取向层及其制备方法、液晶显示面板，以防止液晶分子发生极化。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种液晶取向剂，所述液晶取向剂包括聚酰亚胺前驱液、阳离子交换树脂和溶剂。
可选的，所述阳离子交换树脂具有结构通式（Ⅰ）：
Figure BDA0000459925400000021
其中，R基团为酸性基团。
可选的，所述R基团选自-SO3H、-COOH或-COSH中的一种。
可选的，所述阳离子交换树脂的密度小于所述聚酰亚胺前驱液的密度。
可选的，所述聚酰亚胺前驱液、阳离子交换树脂和溶剂的重量份分别为，
聚酰亚胺前驱液：20-40份；
阳离子交换树脂：1-3份；
溶剂：160-200份。
所述溶剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃和丁氧基乙醇中的一种或几种。
一种液晶取向层，所述液晶取向层由本发明实施例提供的液晶取向剂形成。
一种液晶显示面板，所述液晶显示面板包括本发明实施例提供的液晶取向层。
一种由本发明实施例提供的液晶取向剂的制备方法，所述方法包括：
S1：称取适量的聚酰亚胺前驱液；
S2：加入足量的溶剂，搅拌，使聚酰亚胺前驱液完全溶解；
S3：再加入阳离子交换树脂，使其均匀分布在所述聚酰亚胺前驱液中，形成液晶取向剂。
一种由本发明实施例提供的液晶取向层的制备方法，所述方法包括：
P1：在基板表面涂覆本发明实施例提供的液晶取向剂；
P2：对液晶取向剂进行固化成层；
P3：对基板上已固化的层进行摩擦取向，形成液晶取向层。
本发明实施例提供了一种液晶取向剂、液晶取向层及其制备方法、液晶显示面板，与现有的液晶取向剂相比不同的是，本发明实施例在液晶取向剂中加入了阳离子交换树脂。当液晶取向剂中的聚酰亚胺前驱液聚合形成长链分子并固化成层，对已固化的层进行摩擦取向形成液晶取向层后，加入在取向层中的阳离子交换树脂一方面可与聚酰亚胺前驱液中残留的离子发成反应，防止在电压偏移时金属离子转移到液晶层中；另一方面还可化学吸附液晶本身所带有的金属离子，使金属离子由液晶层束缚在取向层的树脂中，从而减少液晶分子极化的可能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的液晶取向剂制备方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的液晶取向层制备方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的在电场作用下液晶面板内的金属离子浓度检测图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例提供的一种液晶取向剂、液晶取向层及其制备方法、液晶显示面板进行详细描述。
一种液晶取向剂，所述液晶取向剂包括聚酰亚胺前驱液、阳离子交换树脂和溶剂。
阳离子交换树脂大多由有机合成方法制成，其常用原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，并通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，最后在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性基团)而制成。阳离子交换树脂中含有一种(或几种)化学活性基团，即交换官能团，其在水溶液中能离解出某些阳离子，同时吸附溶液中原来存有的其他阳离子。阳离子交换树脂在类型上主要为苯乙烯系和丙烯酸系两大类，除此以外，还可由其他有机单体聚合制成，如酚醛系、环氧系、乙烯吡啶系、脲醛系等。在本申请中，在聚酰亚胺前驱液中加入了上述阳离子交换树脂。在当聚酰亚胺前驱液聚合并固化成层，并对其进行摩擦取向后，阳离子交换树脂可通过化学作用吸附聚酰亚胺前驱液或液晶层中存在的金属离子，以减少液晶发生极化的可能性。
所述阳离子交换树脂具有结构通式（Ⅰ）：
Figure BDA0000459925400000041
其中，R基团为酸性基团。
具有以上通式的阳离子交换树脂为聚苯乙烯类阳离子交换树脂。
其中，聚苯乙烯类强酸性阳离子树脂含有大量的强酸性基团，容易在液晶层中置换出H+，呈强酸性。当树脂离解后，本体所含的负电基团能够较好地吸附溶液中的其他阳离子，如金属离子。
聚苯乙烯类弱酸性阳离子树脂含大量的弱酸性基团，能在液晶层中置换出H+而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，能够与溶液中的其他阳离子吸附结合，如金属离子，但这类树脂的酸性往往较弱。
所述聚苯乙烯类强酸性阳离子树脂例如为-SO3H，聚苯乙烯类弱酸性阳离子树脂例如为-COOH和-COSH。当然上述仅为举例说明，还可以选用其他的阳离子交换树脂。
聚酰亚胺前驱液中主要包含聚酰亚胺类化合物。聚酰亚胺类化合物是由芳香族二元胺和芳香族二酐、芳香族四羧酸或芳香族四羧酸二烷酯反应制得的。具有较强的耐热性、与液晶的亲和性、机械强度以及优良的电学性能，用于大部分的液晶显示面板中，以防止成膜后在进行摩擦时造成的膜剥离或摩擦损伤。
所述溶剂按其功能可分为引发性溶剂和溶解性溶剂，可选自N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃和丁氧基乙醇中的一种或几种。
本发明实施例提供了一种液晶取向剂、液晶取向层及其制备方法、液晶显示面板，与现有的液晶取向剂相比不同的是，本发明实施例在液晶取向剂中加入了阳离子交换树脂。当液晶取向剂中的聚酰亚胺前驱液聚合形成长链分子并固化成层，对已固化的层进行摩擦取向形成液晶取向层后，加入在取向层中的阳离子交换树脂一方面可与聚酰亚胺前驱液中残留的离子发成反应，防止在电压偏移时金属离子转移到液晶层中；另一方面还可化学吸附液晶本身所带有的金属离子，使金属离子由液晶层束缚到取向层的树脂中，从而减少液晶分子极化的可能。
为了使液晶分子的极性端可以得到更好的保护，在前面实施例的基础之上，本发明又提供了另一实施例，所述阳离子交换树脂的密度小于所述聚酰亚胺前驱液的密度。这样阳离子交换树脂可悬浮于液晶取向剂中，并通过其三维网络结构可更好地与聚酰亚胺前驱液聚合形成的长链分子形成稳定的悬浮体系，从而可确保悬浮体系在固化形成液晶取向层后，阳离子交换树脂可更好地化学吸附聚酰亚胺前驱液或液晶层中的金属离子。
在本发明提供的又一实施例中，提供了所述液晶取向剂的配方。其中，所述聚酰亚胺前驱液、阳离子交换树脂和溶剂的重量份分别为，聚酰亚胺前驱液：20-40份；阳离子交换树脂：1-3份；溶剂：160-200份。在这个配比下，可使阳离子交换树脂更好地悬浮于聚酰亚胺前驱液形成的长链分子中，以保证阳离子交换树脂更好地进行反应。其中，需要说明的是，由于阳离子交换树脂本身的化学性质以及物理性质稳定，所以不会对液晶取向剂中发生的任何化学或者物理反应造成干扰。
与本发明实施例提供的液晶取向剂相对应的，本发明实施例还提供了一种液晶取向层，所述液晶取向层由本发明实施例提供的液晶取向剂形成。由于在本发明实施例提供的液晶取向剂中加入了阳离子交换树脂，使得阳离子交换树脂通过其三维网状结构可与聚酰亚胺前驱液聚合固化形成的长链分子形成更稳定的复合结构，从而减少液晶分子极化的可能。由本发明实施例提供的液晶取向剂形成的液晶取向层，可有效地避免液晶分子发生极化，从而提高液晶取向层的性能。
与本发明实施例提供的液晶取向层相对应的，本发明实施例还提供了一种液晶显示面板，所述液晶显示面板包括本发明实施例提供的液晶取向层。由于所述液晶取向层可有效地避免液晶发生极化，将其运用到液晶显示面板中，可避免液晶显示面板的显示画面出现残像，有效地提高液晶显示面板的显示性能。
与本发明实施例提供的液晶取向剂相对应的，本发明实施例还提供了所述液晶取向剂的制备方法，所述方法包括：
S1：称取适量的聚酰亚胺前驱液；
本步骤中，称取的聚酰亚胺前驱液的重量份可为20-40份，优选为25份。
S2：加入足量的溶剂，搅拌，使聚酰亚胺前驱液完全溶解；
本步骤中，选用的引发性溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯，溶解性溶剂为丁氧基乙醇。所称取的N-甲基-2-吡咯烷酮重量份可为20-35份，γ-丁内酯的重量份可为120-140份，丁氧基乙醇的重量份可为20-25份；优选的，称取的N-甲基-2-吡咯烷酮重量份可为24-30份，γ-丁内酯的重量份可为125-135份，丁氧基乙醇的重量份可为22-24份；进一步优选的，称取的N-甲基-2-吡咯烷酮重量份可为27份，γ-丁内酯的重量份可为130份，丁氧基乙醇的重量份可为23份。
S3：再加入阳离子交换树脂，使其均匀分布在所述聚酰亚胺前驱液中，形成液晶取向剂。
本步骤中，称取的阳离子交换树脂的重量份为1-3。进一步优选的，重量份为3。可以理解的是，本领域技术人员可根据液晶层中含有的金属离子的浓度来具体地确定所述阳离子交换树脂在上述含量范围内的使用量。
本发明实施例提供了一种液晶取向剂的制备方法，所述制备方法简单，易操作。且由其制备得到的液晶取向剂还可有效地减少液晶分子发生极化的可能性，避免液晶显示面板的显示画面出现残像，从而提高液晶取向层的性能。
与本发明实施例提供的液晶取向层相对应的，本发明实施例还提供了所述液晶取向层的制备方法，所述方法包括：
P1：在基板表面涂覆本发明实施例提供的液晶取向剂；
P2：对液晶取向剂进行固化成层；
P3：对基板上已固化的层进行摩擦取向，形成液晶取向层。
本发明实施例提供了一种液晶取向层的制备方法，所述方法制备得到的液晶取向层可有效地避免液晶分子层发生液晶极化，并进一步避免了显示画面发生残像。所述方法简便、易操作，可有效地提高液晶显示面板的显示性能。
为了更好说明本发明提供的一种液晶取向剂、液晶取向层及其制备方法、液晶显示面板，下面以具体实施例进行详细说明。
本发明实施例中的阳离子交换树脂以聚苯乙烯类阳离子交换树脂为例进行详细说明，但本发明实施例中的阳离子交换树脂并不限于聚苯乙烯类阳离子交换树脂。离子交换树脂还可由其他有机单体聚合制成，如丙烯酸（酯）类、酚醛类、环氧类、乙烯吡啶类、脲醛类等，只要能起到阳离子交换作用，吸附金属离子，减少液晶发生极化的可能性即可。
实施例1
液晶取向剂1的制备
称取聚酰亚胺前驱液20份；然后加入N-甲基-2-吡咯烷酮20份、γ-丁内酯120份和丁氧基乙醇20份，搅拌，使聚酰亚胺前驱液完全溶解；再加入聚苯乙烯磺酸1份，形成液晶取向剂1。
所述聚苯乙烯磺酸阳离子交换树脂的化学结构式如下：
Figure BDA0000459925400000081
其中，将
Figure BDA0000459925400000082
记为X基团。
聚苯乙烯磺酸阳离子交换树脂的分子量为184*n，其中n为聚合度，n的取值范围为10-50。密度：0.7-0.9g/ml，离子交换当量为0.7～4.2mmol/g。
X-SO3H的酸性较强，可以与液晶分子层中绝大多数的金属离子发生置换反应，相关方程式如下：
2X-SO3H+Ca2+→Ca(X-SO3)2+2H+
X-SO3H+K+→X-SO3K+H+
X-SO3H+Na+→X-SO3Na+H+
2X-SO3H+Cu2+→Cu(X-SO3)2+2H+。
液晶取向层1的制备
在基板表面涂覆本发明实施例提供的液晶取向剂1，对液晶取向剂1进行固化成层，对基板上已固化的液晶取向剂1的膜层进行摩擦取向，形成液晶取向层1。
实施例2
液晶取向剂2的制备
称取聚酰亚胺前驱液30份；然后加入N-甲基-2-吡咯烷酮27份、γ-丁内酯130份和丁氧基乙醇23份，搅拌，使聚酰亚胺前驱液完全溶解；再加入聚苯乙烯羧酸阳离子交换树脂2份，形成液晶取向剂2。
所述聚苯乙烯羧酸阳离子交换树脂的化学结构式如下：
Figure BDA0000459925400000091
其中，将
Figure BDA0000459925400000092
记为X基团。
聚苯乙烯羧酸阳离子交换树脂的分子量为148*n，其中n为聚合度，n的取值范围为10-50。
X-COOH的酸性较弱，只能够与液晶分子层中的弱碱性金属离子发生置换反应，相关方程式如下：
2X-COOH+Ca2+→Ca(X-COO)2+2H+
2X-COOH+Mg 2+→Mg(X-COO)2+2H+
2X-COOH+Cu2+→Cu(X-COO)2+2H+。
液晶取向层2的制备
在基板表面涂覆本发明实施例提供的液晶取向剂2，对液晶取向剂2进行固化成层，对基板上已固化的液晶取向剂2的膜层进行摩擦取向，形成液晶取向层2。
实施例3
液晶取向剂3的制备
称取聚酰亚胺前驱液40份；然后加入N-甲基-2-吡咯烷酮35份、γ-丁内酯140份和丁氧基乙醇25份，搅拌，使聚酰亚胺前驱液完全溶解；再加入聚苯乙烯巯酸阳离子交换树脂3份，形成液晶取向剂3。
所述聚苯乙烯巯酸阳离子交换树脂的化学结构式如下：
其中，将
Figure BDA0000459925400000102
记为X基团。
聚苯乙烯巯酸阳离子交换树脂的分子量为164*n，其中n为聚合度，n的取值范围为10-50。
X-COSH的酸性弱于-SO3H，而稍强于-COOH，除了能够与液晶分子层中的弱碱性金属离子发生置换反应外，还能与碱性稍强的金属离子发生置换反应，相关方程式如下：
2X-COSH+Ca2+→Ca(X-COS)2+2H+
2X-COSH+Mg 2+→Mg(X-COS)2+2H+
2X-COSH+Cu2+→Cu(X-COS)2+2H+
X-COSH+Na +→X-COSNa+H+。
液晶取向层3的制备
在基板表面涂覆本发明实施例提供的液晶取向剂3，对液晶取向剂3进行固化成层，对基板上已固化的液晶取向剂3的膜层进行摩擦取向，形成液晶取向层3。
性能测试
分别准备4块无薄膜晶体管的小型液晶显示面板，所述4块无薄膜晶体管的小型液晶显示面板中的液晶取向层分别由现有技术中未加入阳离子交换树脂的普通液晶取向层以及本实施例提供的液晶取向层1、液晶取向层2和液晶取向层3取向而成。将这4块无薄膜晶体管的小型液晶显示面板分别记为A、B、C和D，利用液晶特性测试系统6254型设备对其依次进行测试，通过对液晶显示面板加载正负电压来测试液晶面板内的电流。设定V-I曲线斜率，计算图3中峰1的面积，以得到相应的金属离子浓度，结果见表1。
表14块无薄膜晶体管的小型液晶显示面板中的金属离子浓度
A B C D
离子浓度(pC) 32 21 22 24
如上图所示，分别对液晶显示面板加载正负电压，在液晶面板内的电流稳定输出后，正负电压两侧保持着对称的电流检测图形。液晶显示面板内的电流在输出后首先保持稳定，一段时间后，有一个明显的下降，下降后的电流继续保持稳定，一段时间后，电流会有一个微小的波动，即峰1所示的斜线区域。通过计算峰1所示区域的面积，得到液晶显示面板内的金属离子浓度，即A、B、C、D的离子浓度分别为32pC、21pC、22pC、24pC。
由表得知，由加入阳离子交换树脂的液晶取向剂固化形成的液晶取向层，进而制造的液晶显示面板内的金属离子浓度明显低于未加入阳离子交换树脂的液晶取向剂固化形成的液晶取向层，进而制造的液晶显示面板内的金属离子浓度。
这是由于本实施例提供的液晶取向剂中添加了阳离子交换树脂。阳离子交换树脂通过其三维网络结构在与聚酰亚胺前驱液聚合形成的长链分子形成稳定的悬浮体系后，能够更好地通过化学作用吸附聚酰亚胺前驱液或液晶层中存在的金属离子，不但可以防止在电压偏移时金属离子转移到液晶层中，还可将液晶层中的金属离子束缚在取向层的树脂中，减少了液晶发生极化的可能性，从而大大地提高了液晶显示面板的显示性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围。

Claims (10)

1.一种液晶取向剂，其特征在于，所述液晶取向剂包括聚酰亚胺前驱液、阳离子交换树脂和溶剂。
2.根据权利要求1所述的液晶取向剂，其特征在于，所述阳离子交换树脂具有结构通式（Ⅰ）：
Figure FDA0000459925390000011
其中，R基团为酸性基团。
3.根据权利要求2所述的液晶取向剂，其特征在于，所述R基团选自-SO3H、-COOH或-COSH中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的液晶取向剂，其特征在于，所述阳离子交换树脂的密度小于所述聚酰亚胺前驱液的密度。
5.根据权利要求1所述的液晶取向剂，其特征在于，所述聚酰亚胺前驱液、阳离子交换树脂和溶剂的重量份分别为，
聚酰亚胺前驱液：20-40份；
阳离子交换树脂：1-3份；
溶剂：160-200份。
6.根据权利要求1所述的液晶取向剂，其特征在于，所述溶剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃和丁氧基乙醇中的一种或几种。
7.一种液晶取向层，其特征在于，所述液晶取向层由权利要求1-6任一项所述的液晶取向剂形成。
8.一种液晶显示面板，其特征在于，所述液晶显示面板包括权利要求7所述的液晶取向层。
9.一种如权利要求1-6任一项所述的液晶取向剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：称取适量的聚酰亚胺前驱液；
S2：加入溶剂，搅拌，使聚酰亚胺前驱液完全溶解；
S3：再加入阳离子交换树脂，使其均匀分布在所述聚酰亚胺前驱液中，形成液晶取向剂。
10.一种如权利要求7所述的液晶取向层的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
P1：在基板表面涂覆如权利要求1-6任一项所述的液晶取向剂；
P2：对液晶取向剂进行固化成层；
P3：对基板上已固化的层进行摩擦取向，形成液晶取向层。
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