CN103995396A - 一种具有多畴显示的液晶面板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有多畴显示的液晶面板及其制备方法。所述液晶面板由上、下两基板对盒而成，其中至少一个基板包括玻璃基板、涂覆在玻璃基板表面的常规取向层及与常规取向层取向方向不同的聚合物取向层。本发明利用具有近晶(Sm)相-胆甾(N*)相转变的液晶可聚合单体混合物形成近晶相/胆甾相液晶聚合物，并通过对聚合温度、聚合层厚度及近晶相可聚合单体含量的控制，在一个像素上形成多个液晶取向，实现了多畴显示效果。本发明所述具有多畴显示的液晶面板制备方法简单、新颖，成本低廉，易于实现。

Description

一种具有多畴显示的液晶面板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有多畴显示的液晶面板及其制备方法，属于液晶显示技术领域。
背景技术
液晶显示器在现代生活中有着越来越广泛的应用，如手机显示屏、笔记本电脑显示屏、GPS显示屏、液晶电视显示屏等。随着科学技术的进步，传统的单畴液晶显示器由于对比度低、视角不对称、不同角度观看显示画面会出现色偏等缺点，已经不能满足人们对液晶显示器的要求。
多畴显示技术由于可以改善液晶显示器的视角不对称性、增大视角、提高对比度、改善灰阶逆转、有效改善色偏等优点，目前在显示领域中应用十分广泛。为实现液晶显示器的多畴化显示，许多专利文献对其进行了研究。
如将液晶显示器中一个像素划分为四个子像素，然后在四个子像素区域内分别进行摩擦取向使液晶分子形成不同的初始排列，在施加电压过程中形成多畴态，实现多畴显示。或在像素电极下方制作数条凸起物，使特殊形状的像素电极与上玻璃基板的公共电极之间形成斜向电场，液晶分子沿着电场方向排列形成多畴态，实现多畴液晶显示。另外，还可通过构造多畴化的像素电极，实现多畴显示，但所使用的多畴薄膜液晶显示装置的制造工艺复杂，工艺成本高，难度大。而传统的通过摩擦取向在一个像素中形成不同的液晶分子初始排列实现多畴显示的方法，制备过程复杂，成本较高，不易实现。
因此提供一种简单、低成本，且可以在一个像素上形成多个液晶取向实现多畴显示的设计方法具有十分重要意义。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供一种新颖、简单的具有多畴显示的液晶面板，其能够在一个像素内利用近晶相/胆甾相液晶聚合物形成多个液晶取向，从而实现多畴显示。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有多畴显示的液晶面板，包括上、下两基板，其中，至少一个基板包括玻璃基板、涂覆在玻璃基板表面的常规取向层及与常规取向层取向方向不同的聚合物取向层，如图1所示。
所述玻璃基板为ITO导电玻璃。
所述常规取向层包括PI(聚酰亚胺Polyimide，简称PI)取向层、PVA(聚乙烯醇PolyvinylAlcohol，简称PVA)取向层或光取向层(如含有光响应物质的PI取向层)等，通过摩擦、光取向等方法使取向层具有一定取向方向，如图1中5所示。
所述聚合物取向层由包括近晶相液晶可聚合单体、胆甾相液晶可聚合单体、光引发剂混合涂覆于常规取向层，并经掩膜处理、紫外光辐照聚合而形成。
所述近晶相液晶可聚合单体与胆甾相液晶可聚合单体的质量比为20-80:80-20；进一步优选为40-60:40-60。
所述光引发剂为两种单体总质量的4％-6％。
所述近晶相液晶可聚合单体选自2-甲基丁基4’-(4-(6-(丙烯酰氧基)己氧基)苯甲酰氧基)联苯-4-羧酸酯；其结构式如下：
所述胆甾相液晶可聚合单体选自2-甲基-1,4-双(4-(6’-丙烯氧基己氧基)苯甲酰氧基)苯；其结构式如下：
所述光引发剂选自安息香双甲醚；其结构式如下：
所述掩膜处理为液晶领域常规处理工艺。在本发明聚合反应过程中，聚合物取向模块与常规取向层可以以间隔形式存在，宽度可调，但也可以设计成其他组合形式。作为本发明优选的实施方式，所述掩膜处理为在每个像素内将液晶混合物层均分为多组模块，间隔掩膜，从而在单个像素内形成多种液晶分子的初始排列；俯视图如图11所示。
当近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的每个取向模块的宽度为单个像素宽度的一半时，单个像素中有一半液晶分子直接接触常规取向层，另一半液晶分子直接接触近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层，从而形成两种液晶分子的初始排列，即实现双畴液晶显示，如图6(a)所示。当近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的每个取向模块的宽度为单个像素宽度的1/3时，在单个像素内可以形成三种液晶分子的初始排列，从而实现三畴液晶显示，如图6(b)所示。当近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的每个取向模块的宽度为单个像素宽度的1/6时，在单个像素内可以形成6种液晶分子的初始排列，从而实现六畴液晶显示，如图6(c)所示。
本发明中将近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的每个取向模块的宽度设定为单个像素宽度的1/n，且n为2-30的整数，从而在单个像素内形成n种液晶分子的初始排列，进而实现多畴液晶显示，如图6(d)所示。所述n值进一步优选为3-8的整数。每个取向模块的具体尺寸可通过掩膜大小来控制。
在上述聚合反应中，所述紫外光辐照条件：光照强度为3-40mw/cm2；光照时间为5-60min。
在上述聚合反应中，所述聚合温度为近晶相液晶可聚合单体/胆甾相液晶可聚合单体/光引发剂混合物的相变温度T Sm-N*±3℃或在混合物呈现胆甾相的温度范围内。
在本发明中，近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的表面分子排列方向，即其取向方向，可以通过调节近晶相液晶可聚合单体/胆甾相相液晶可聚合单体/光引发剂混合物中近晶相液晶可聚合单体的含量、聚合温度、可聚合单体混合物取向层厚度来调节。
将近晶相(Sm)液晶可聚合单体、胆甾相(N*)液晶可聚合单体和光引发剂混配，可以得到具有Sm-N*相转变的液晶单体混合物。当混合物在Sm-N*相转变温度(TSm-N*)附近时，混合物的螺距将从近晶相的无穷大逐渐减小为胆甾相的某一固定螺距，如图2所示。这样在不同温度聚合时，液晶可聚合单体混合物就会形成不同的螺距。
当聚合温度和混合物取向层厚度一定时，随着近晶相液晶可聚合单体含量的变化，混合物的Sm-N*相转变温度发生变化，螺距发生变化，相应的取向方向发生变化。
当混合物中近晶相液晶可聚合单体含量和取向层厚度一定时，近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的取向方向受聚合温度的影响。当聚合温度小于混合物的Sm-N*相转变温度时，聚合前混合物呈近晶相，液晶分子不发生扭曲排列，所以取向层表面分子的排列方向与底层的相同，即近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的取向方向与常规取向层取向方向相同，不能实现液晶多畴显示，如图3(a)所示。当聚合温度在混合物的Sm-N*相转变温度附近时，由于混合物发生近晶-胆甾相转变，混合物螺距较大，液晶分子发生扭曲排列，使近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层与常规取向层取向方向不同，从而实现液晶多畴显示，如图3(b)所示。当聚合温度大于混合物的Sm-N*相转变温度时，聚合前混合物呈胆甾相，液晶分子发生扭曲排列且螺距较小，使取向层表面分子的排列方向与底层的不同，即近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的取向方向与常规取向层取向方向不同，可以实现液晶多畴显示，如图3(c)所示。
当混合物中近晶相液晶可聚合单体含量和聚合温度一定时，即螺距(P)一定时，随着厚度的变化，近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的取向方向也随之变化。如图4所示，横坐标为聚合物取向层厚度，单位为混合物的螺距；纵坐标为取向层表面分子取向方向与常规取向层取向方向的夹角。近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的取向方向与常规取向层取向方向的夹角，随着取向层厚度的增加逐渐旋转一定的角度，从0度到360度循环变化。
当聚合物取向层厚度d＝(n+0.25)P(n为整数)时，近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的取向方向与常规取向层取向方向成90度夹角，如图5(a)所示。当取向层厚度d＝(n+0.5)P(n为整数)时，近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的取向方向与常规取向层取向方向成180度夹角，如图5(b)所示。当取向层厚度d＝(n+0.75)P(n为整数)时，近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的取向方向与常规取向层取向方向成270度夹角，如图5(c)所示。但当取向层厚度d＝nP(n为整数)时，近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层的取向方向与常规取向层取向方向成360度夹角，即两层取向方向相同，其取向方向示意图如图5(d)所示，液晶显示示意图如图10所示，这种情况下液晶面板不能实现多畴液晶显示。因此，本发明中所述聚合物取向层厚度d为30-2000nm，优选为210-350nm为宜，且不为螺距的整数倍。
本发明还提供一种具有多畴显示液晶面板的制备方法，包括如下步骤：
1)将近晶相液晶可聚合单体、胆甾相液晶可聚合单体、光引发剂混匀，并涂覆到常规取向层表面形成液晶混合物层，利用掩膜处理、紫外光辐照使未被掩膜覆盖的混合物发生聚合反应生成近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层；
2)利用溶剂将未被紫外光辐照(即掩膜覆盖的未反应部分)的聚合单体除去，形成多个聚合物取向模块，从而得到具有多畴显示的液晶面板。如图1所示(图1中3指聚合物取向层的表面取向方向，图1中5指常规取向层的表面取向方向)。
在步骤2)中，所述溶剂为二氯甲烷或丙酮。
本发明利用具有近晶(Sm)相-胆甾(N*)相转变的液晶可聚合单体混合物形成近晶相/胆甾相液晶聚合物，并通过对聚合温度、聚合层厚度及近晶相可聚合单体含量的控制，在一个像素上形成多个液晶取向，实现了多畴显示效果。本发明所述多畴显示的液晶面板制备方法简单、新颖，成本低廉，易于实现。
附图说明
图1为本发明所述液晶面板的结构示意图。
图2为近晶相/胆甾相液晶可聚合单体混合物螺距随温度的变化曲线。
图3为近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层在不同聚合温度下取向方向示意图。
图4为近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层取向方向随取向层厚度的变化曲线。
图5为近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层在不同厚度下的取向方向示意图。
图6为近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层中取向模块为不同尺寸时多畴液晶显示示意图。
图7为对应图5(a)的近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层厚度的多畴液晶显示示意图。
图8为对应图5(b)的近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层厚度的多畴液晶显示示意图。
图9为对应图5(c)的近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层厚度的多畴液晶显示示意图。
图10为对应图5(d)的近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层厚度的多畴液晶显示示意图。
图11为单个像素内多组取向模块的俯视图示例。
图中：1-单个像素，2-近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层，3-近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层取向方向，4-常规取向层，5-常规取向层取向方向，6-近晶相液晶可聚合单体，7-胆甾相液晶可聚合单体，8-光引发剂，9-近晶相/胆甾相液晶聚合物，10-玻璃基板。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1  取向夹角为45°的三畴液晶显示的液晶面板的制备
本实施例所述液晶面板由上下两基板对盒组成，其中TFT基板包括玻璃基板10、常规取向层4及与其取向方向不同的聚合物取向层2，如图1所示。其具体制备方法如下：
1)在玻璃基板上涂覆一层PI取向层，通过摩擦等方法使其具有某一取向方向；
2)将2-甲基丁基4’-(4-(6-(丙烯酰氧基)己氧基)苯甲酰氧基)联苯-4-羧酸酯(近晶相液晶可聚合单体)、2-甲基-1,4-双(4-(6’-丙烯氧基己氧基)苯甲酰氧基)苯(胆甾相液晶可聚合单体)、安息香双甲醚(光引发剂)按照质量比40.0:55.2:4.8混配均匀；
此混合物的Sm-N*相转变温度TSm-N*为58℃，其在56℃时的螺距为1700nm；
3)在PI取向层表面均匀涂覆步骤2)得到的混合物，经掩膜处理、紫外辐照，形成聚合物取向层，其厚度为212.5nm(0.125P)，避光操作；
其中，所述掩膜处理为在每个像素内将液晶混合物层均分为3组取向模块，间隔掩膜，从而在单个像素内形成3种液晶分子的初始排列；
所述紫外辐照具体为紫外光辐照覆有掩膜的基板40min，使被辐照部分的近晶相液晶可聚合单体和胆甾相液晶可聚合单体发生交联反应生成液晶聚合物；其中，紫外光辐照条件：光强为5mw/cm2的紫外光，温度为56℃。
4)通过二氯甲烷将未被紫外光辐照(即未反应)的近晶相液晶可聚合单体和胆甾相液晶可聚合单体溶解除去，从而在PI取向层上形成一层取向方向与其取向方向成45°夹角的液晶聚合物取向层，至此得到具有三畴显示的TFT基板，如图6所示；
5)将步骤4)得到的TFT基板和CF基板真空对盒，并滴有液晶和封框胶，制成三畴显示的液晶面板。
此液晶面板的一个像素内和PI取向层直接接触的液晶分子，按其取向方向初始排列；而直接接触液晶聚合物取向层的液晶分子则按与PI分子取向方向成45°的方向排列，从而在一个像素内形成3个液晶分子的初始排列，实现液晶三畴显示。
实施例2  取向夹角为180°的六畴液晶显示液晶面板的制备
1)在玻璃基板上涂覆一层PVA取向层，通过摩擦等方法使其具有某一取向方向；
2)将2-甲基丁基4’-(4-(6-(丙烯酰氧基)己氧基)苯甲酰氧基)联苯-4-羧酸酯(近晶相液晶可聚合单体)、2-甲基-1,4-双(4-(6’-丙烯氧基己氧基)苯甲酰氧基)苯(胆甾相液晶可聚合单体)、安息香双甲醚(光引发剂)按照质量比40.0:55.2:4.8混配均匀；
此混合物的Sm-N*相转变温度TSm-N*为58℃，其在60℃时的螺距为700nm；
3)在PVA取向层表面均匀涂覆步骤2)得到的混合物，经掩膜处理、紫外辐照，形成聚合物取向层，其厚度为350nm(0.5P)，避光操作；
其中，所述掩膜处理为在每个像素内将液晶混合物层均分为6组取向模块，间隔掩膜，从而在单个像素内形成6种液晶分子的初始排列；
所述紫外辐照具体为紫外光辐照覆有掩膜的基板20min，使被辐照部分的近晶相液晶可聚合单体和胆甾相液晶可聚合单体发生交联反应生成液晶聚合物；其中，紫外光辐照条件：光强为10mw/cm2的紫外光，温度为60℃。
4)通过二氯甲烷将未被紫外光辐照(即未反应)的近晶相液晶可聚合单体和胆甾相液晶可聚合单体溶解除去，从而在PVA取向层上形成一层取向方向与其取向方向成180°夹角的液晶聚合物取向层，至此得到具有六畴显示的TFT基板，如图6所示；
5)将步骤4)得到的TFT基板和CF基板真空对盒，并滴有液晶和封框胶，制成六畴显示的液晶面板。
所得液晶面板的一个像素内和PVA取向层直接接触的液晶分子，按其取向方向初始排列；而直接接触液晶聚合物取向层的液晶分子则按与PVA取向方向成180°的方向排列，从而在一个像素内形成6个液晶分子的初始排列，实现液晶六畴显示。
实施例3  取向夹角为90°的八畴液晶显示液晶面板的制备
1)在玻璃基板上涂覆一层光取向层，通过光取向使其具有某一取向方向；
2)将2-甲基丁基4’-(4-(6-(丙烯酰氧基)己氧基)苯甲酰氧基)联苯-4-羧酸酯(近晶相液晶可聚合单体)、2-甲基-1,4-双(4-(6’-丙烯氧基己氧基)苯甲酰氧基)苯(胆甾相液晶可聚合单体)、安息香双甲醚(光引发剂)按照质量比60.0:35.2:4.8混配均匀；
此混合物的Sm-N*相转变温度为TSm-N*为65℃，其在67℃时的螺距为900nm；
3)在常规取向层表面均匀涂覆步骤2)得到的混合物，经掩膜、紫外辐照，形成聚合物取向层，其厚度为225nm(0.25P)，避光操作；
其中，所述掩膜设计为在每个像素内将液晶混合物层均分为8组取向模块，间隔掩膜，从而在单个像素内形成8种液晶分子的初始排列；
所述紫外辐照具体为紫外光辐照覆有掩膜的基板10min，使被辐照部分的近晶相液晶可聚合单体和胆甾相液晶可聚合单体发生交联反应生成液晶聚合物；其中，紫外光辐照条件：光强为30mw/cm2的紫外光，温度为67℃。
4)通过二氯甲烷将未被紫外光辐照(即未反应)的近晶相液晶可聚合单体和胆甾相液晶可聚合单体溶解除去，从而在常规取向层上形成一层取向方向与其取向方向成90°夹角的液晶聚合物取向层，至此得到具有八畴显示的TFT基板；
5)将步骤4)得到的TFT基板和CF基板真空对盒，并滴有液晶和封框胶，制成八畴显示的液晶面板。
此液晶面板的一个像素内和光取向层直接接触的液晶分子，按其取向方向初始排列；而直接接触液晶聚合物取向层的液晶分子则按与光取向层分子取向方向成90°的方向排列，从而在一个像素内形成多个液晶分子的初始排列，实现液晶八畴显示。
将上述实施例1-3中FTF基板替换为CF基板，采用相同方法也可以制作多畴显示的CF基板。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (13)

1.一种具有多畴显示的液晶面板，包括上、下两基板，其特征在于，至少一个基板包括玻璃基板、涂覆在玻璃基板表面的常规取向层及与常规取向层取向方向不同的聚合物取向层。
2.根据权利要求1所述的液晶面板，其特征在于，所述聚合物取向层由包括近晶相液晶可聚合单体、胆甾相液晶可聚合单体、光引发剂混合涂覆于常规取向层，并经掩膜处理、紫外光辐照聚合而形成。
3.根据权利要求2所述的液晶面板，其特征在于，所述近晶相液晶可聚合单体与胆甾相液晶可聚合单体的质量比为20-80:80-20。
4.根据权利要求2所述的液晶面板，其特征在于，所述光引发剂为两种单体总质量的4％-6％。
5.根据权利要求2所述的液晶面板，其特征在于，所述近晶相液晶可聚合单体为2-甲基丁基4’-(4-(6-(丙烯酰氧基)己氧基)
苯甲酰氧基)联苯-4-羧酸酯。
6.根据权利要求2所述的液晶面板，其特征在于，所述胆甾相液晶可聚合单体为2-甲基-1,4-双(4-(6’-丙烯氧基己氧基)苯甲酰氧基)苯。
7.根据权利要求2所述的液晶面板，其特征在于，所述光引发剂为安息香双甲醚。
8.根据权利要求2所述的液晶面板，其特征在于，所述掩膜处理为在每个像素内将液晶混合物层均分为多组取向模块，间隔掩膜，从而在单个像素内形成多种液晶分子的初始排列。
9.根据权利要求8所述的液晶面板，其特征在于，所述每个取向模块的宽度设定为单个像素宽度的1/n，且n为2-30的整数。
10.根据权利要求2所述的液晶面板，其特征在于，所述紫外光辐照条件：光照强度为3-40mw/cm2；光照时间为5-60min。
11.根据权利要求2所述的液晶面板，其特征在于，所述聚合温度为近晶相液晶可聚合单体/胆甾相液晶可聚合单体/光引发剂混合物的相变温度T Sm-N*±3℃或在混合物呈现胆甾相的温度范围内。
12.根据权利要求1所述的液晶面板，其特征在于，所述聚合物取向层厚度d为30-2000nm。
13.一种具有多畴显示的液晶面板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将近晶相液晶可聚合单体、胆甾相液晶可聚合单体、光引发剂混匀，并涂覆到常规取向层表面形成液晶混合物层，利用掩膜处理、紫外光辐照使未被掩膜覆盖的混合物发生聚合反应生成近晶相/胆甾相液晶聚合物取向层；
2)利用溶剂将未被紫外光辐照的聚合单体除去，形成多个聚合物取向模块，从而得到具有多畴显示的液晶面板。
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