CN104423099B - 取向膜材料以及使用该取向膜材料的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于聚酰胺酸酯和聚酰胺酸的组合会导致多种多样层分离状态的发生，仅仅单纯地组合不能使长残像特性进一步提高。本发明提供一种取向膜材料以及使用该取向膜材料的液晶显示装置。该液晶显示装置具备基板、液晶层以及配置在基板与液晶层之间的取向膜。取向膜含有2种成分以上的聚酰亚胺前体。在聚酰亚胺前体中，以辛醇/水分配系数作为logP，使logP相差最大的2种成分的logP之差(ΔlogP)处于规定的范围内。

Description

取向膜材料以及使用该取向膜材料的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种取向膜材料，例如可以应用于具备光取向膜的液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置的显示是这样进行的：对由一对基板间所夹持的液晶层的液晶分子施加电场从而使液晶分子的取向方向发生变化，通过由此产生的液晶层的光学特性的变化使显示得以进行。液晶显示装置中，在夹持液晶层的一对基板的与该液晶层的界面处，形成有能够赋予液晶取向控制能力的取向控制膜。取向控制膜由聚酰亚胺等有机膜形成，也称为取向膜。
专利文献1中，取向膜是光取向膜和高膜强度取向膜的2层结构。还公开了光取向膜是以聚酰胺酸酯作为前体形成的，上述聚酰胺酸酯含有80％以上的具有环丁烷的聚酰胺酸酯，高膜强度取向膜是以聚酰胺酸作为前体形成的。
专利文献1：日本特开2011－170031号公报
发明内容
聚酰胺酸酯具有光取向性，能够解决由液晶扭矩负荷导致的残像。另一方面，聚酰胺酸具有低电阻性，能够解决由对取向膜的电荷积累导致的残像。本申请发明人发现聚酰胺酸酯和聚酰胺酸的组合会导致多种多样层分离状态的发生，仅仅单纯组合无法使长残像特性进一步提高。
通过本申请的记载以及附图可以明确本申请的其他课题和新特征。
以下，对本发明中的代表性的技术方案的概要进行简要说明。
液晶显示装置具备含有2种成分以上的聚酰亚胺前体的取向膜。在聚酰亚胺前体中，将辛醇/水分配系数设为logP，使logP相差最大的2种成分的logP之差(ΔlogP)处于规定的范围内。
利用上述液晶显示装置，能够改善长残像特性。
附图说明
图1是表示实施例相关的液晶显示装置的显示领域中的结构的剖视图。
图2是表示像素电极的俯视图。
图3是取向膜的截面示意图。
符号说明
10···基板
20···取向膜
21···聚酰胺酸酯
22···聚酰胺酸
100···TFT基板
101···栅电极
102···绝缘膜
103···半导体层
104···源电极
105···漏电极
106···无机钝化膜
107···有机钝化膜
108···对置电极
109···绝缘膜
110···像素电极
111···通孔
112···狭缝
113···取向膜
200···对置基板
201···彩色滤光片
202···黑矩阵
203···保护膜
210···表面导电膜
300···液晶层
301···液晶分子
1131···光取向膜
1132···高膜强度取向膜
具体实施方式
图3是取向膜的截面示意图。将聚酰胺酸酯和聚酰胺酸以混合清漆的方式制成光取向膜材料，并将其印刷至基板10上(实际上形成有配线、电极、绝缘膜等，但在此省略)，分成上下2层，进行光照射、加热酰亚胺化等处理，成膜为光取向膜。需要说明的是，聚酰胺酸与聚酰胺酸酯相比极性较高，容易与ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)或有机钝化膜融合，因此通常聚酰胺酸22成为下层，聚酰胺酸酯21成为上层。需要说明的是，取向膜之上形成有液晶层30。
聚酰胺酸酯和聚酰胺酸的组合会导致多种多样层分离状态的发生，仅仅单纯组合无法提高长残像特性。因此，研究通过提高聚酰胺酸酯的表层转移比例来改善长残像特性。结果发现，通过使聚酰胺酸酯的logP(E)与聚酰胺酸的logP(A)之差，ΔlogP＝logP(E)－logP(A)处于规定的范围内，能够改善长残像特性。此处，logP值(辛醇/水分配系数)是无因次数，为表示化学物质的疏水性或转移性的指标。logP较小时是亲水性的，在基板的表面形成有ITO或SiN(氮化硅)的情况下，由于ITO或SiN是亲水性的，所以聚酰胺酸出现在下层(基板)一侧。logP较大时是疏水性的，聚酰胺酸酯出现在上层(与基板相反)一侧。
聚酰胺酸酯和聚酰胺酸的2种成分材料的logP之差(ΔlogP)处于规定的范围内时，能够成为良好的层分离状态。ΔlogP比规定的范围小时，聚酰胺酸酯和聚酰胺酸这2种成分完全混在一起。ΔlogP比规定的范围大时会产生表面凹凸，不是上下层，而是成为其他的相分离状态。
＜辛醇/水分配系数＞
辛醇/水分配系数(logP值)的测定按照JIS日本工业标准Z7260－107(2000)记载的烧瓶浸透法实施。此外，辛醇/水分配系数(logP值)也可以如JIS日本工业标准Z7260－117(2006)记载所示、按照计算化学的方法进行估算。
本说明书中，使用的logP值是以技术文献1中记载的有机性(i)和无机性(o)为基础、按照技术文献2记载的下式计算的。
logP＝0.011Σo－0.00067Σi
－0.905(Σi/Σo)+0.995
技术文献1：佐藤四郎，静冈县卫生环境中心技术信息，5(3)，1(1987)
技术文献2：“新版有机概念附图基础和应用”三共出版(2008)
将下述化学式(1)的A部分的分配系数设为PA、B部分的分配系数设为PB时，则聚合物的分配系数为PA+PB。
其中，X是氢原子或烷基，Y是2价的有机基团，Z是4价的有机基团。
在Y的结构包含Y1(m1摩尔％)和Y2(m2摩尔％)2种成分、Z的结构包含Z1(n1摩尔％)和Z2(n2摩尔％)2种成分的共聚聚合物中，该聚合物的logP值如下式所示。
logP＝(m1/100)＊PA1+(m2/100)＊PA2
+(n1/100)＊PB1+(n2/100)＊PB2
其中，
m1+m2＝100
n1+n2＝100
PA1：Y的结构是Y1时的logP
PA2：Y的结构是Y2时的logP
PB1：Y的结构是Z1时的logP
PB2：Y的结构是Z2时的logP
在Y的结构包含Yi(mi摩尔％)···的u种成分、Z的结构包含Zi(ni摩尔％)···的v种成分的共聚聚合物中，该聚合物的logP值如下式所示。
其中，
PAi：Y的结构是Yi时的logP
PBi：Y的结构是Zi时的logP
＜聚酰胺酸＞
聚酰胺酸的分子式由下述化学式(2)表示。
其中，X是氢原子(-H)。此外，例如，Y为下述化学式(Y1)(Y2)表示的基团，z为下述化学式(z1)(z2)表示的基团。
计算将上述化学式(2)和上述化学式(Y1)(Y2)以及上述化学式(z1)(z2)组合得到的聚酰胺酸的ΔlogP，其结果如表1所示。
[表l]
聚酰胺酸 Y1 Y2 Z1 Z2 IogP(A)
A-1 80 20 10 90 2.36
A-2 60 40 10 90 1.60
A-3 40 60 10 90 0.85
A-4 20 80 10 90 0.09
A-5 0 100 10 90 -O.66
<聚酰胺酸酯>
聚酰胺酸酯的分子式由上述化学式(2)表示。其中，X是烷基(-CH3)。此外，例如，Y为下述化学式(Y3)(Y4)表示的基团，Z为下述化学式(Z3)(Z4)表示的基团。
计算将上述化学式(2)和上述化学式(Y3)(Y4)以及上述化学式(Z3)(Z4)组合得到的聚酰胺酸的ΔlogP，其结果如表2所示。
[表2]
聚酰胺酸酯 Y3 Y4 Z3 Z4 logp(E)
E-1 100 0 50 50 2.07
E-2 95 5 50 50 2.19
E-3 90 10 50 50 2.32
E-4 85 15 50 50 2.45
E-5 80 20 50 50 2.58
实施方式涉及的液晶显示装置具备基板、液晶层以及配置在基板和液晶层之间的取向膜。取向膜含有2种成分以上的聚酰亚胺前体，在前体中将logP值相差最大的2种成分的logP之差设为ΔlogP时，则满足1.20＜ΔlogP＜2.50的关系式。
优选满足1.30＜ΔlogP＜2.OO的关系式。更优选满足1.40＜ΔlogP＜1.80的关系式。
聚酰亚胺前体优选包含聚酰胺酸酯和聚酰胺酸。优选的是，取向膜通过照射偏振光紫外线从而被付与液晶取向能力。聚酰胺酸酯优选包含环丁烷环。
实施方式涉及的取向膜材料，即取向膜组合物含有包含聚酰胺酸和聚酰胺酸酯的、2种成分以上的聚酰亚胺前体，在前体中将logP相差最大的2种成分的logP之差设为ΔlogP时，则满足1.20＜ΔlogP＜2.50的关系式。
优选满足1.30＜ΔlogP＜2.00的关系式。更优选满足1.40＜ΔlogP＜1.80的关系式。
在实施方式涉及的液晶显示装置和取向膜组合物中，由于聚酰胺酸酯和聚酰胺酸成为良好的层分离状态，所以能够提高长残像特性。
以下，使用附图对实施例进行说明。其中，以下说明中，对同一构成要素标注同一符号并省略重复的说明。需要说明的是，实施例中以IPS方式的液晶显示装置为例进行说明，但不限定于此，也可以是具有取向膜的液晶显示装置。
实施例
图1是表示实施例涉及的液晶显示装置的显示领域中的结构的剖视图。液晶显示装置1是IPS方式的液晶显示装置，其结构是在由整平面形成的对置电极108之上隔着绝缘膜形成有梳齿状的像素电极110。而且，通过在像素电极110和对置电极108之间的电压的作用下使液晶分子301旋转来按像素控制液晶层300的光透过率，由此形成图像。以下对图1的结构进行详细说明。需要说明的是，本实施例中以图1的构成为例进行说明，但也能够适用于图1以外的液晶显示装置。
图1中，在由玻璃形成的TFT基板100上形成有栅电极101。栅电极101由和扫描线同层的金属层形成。栅电极101被由SiN形成的绝缘膜102所覆盖。在绝缘膜102之上，在与栅电极101相对的位置形成有半导体层103。半导体层103形成TFT的沟道部，夹着沟道部在半导体层103之上形成有源电极104和漏电极105。源电极104兼用作视频信号线，漏电极105与像素电极110相连接。源电极104和漏电极105也通过同层的金属层同时形成。
TFT被由SiN形成的无机钝化膜106所覆盖。无机钝化膜106保护TFT的特别是沟道部不受杂质影响。无机钝化膜106之上形成有聚酰亚胺树脂等的有机钝化膜107。有机钝化膜107在保护TFT的同时还具有使表面平坦化的作用，因此形成得较厚。有机钝化膜107之上形成有对置电极108。对置电极108被由SiN形成的绝缘膜109所覆盖。以将绝缘膜109以及通孔111覆盖的方式形成像素电极110。通孔111中，从TFT延伸出来的漏电极105和像素电极110相导通，视频信号被供给至像素电极110。对置电极108和像素电极110由为透明导电膜的ITO所形成。
图2表示像素电极110的1个例子。像素电极110是梳齿状的电极。梳齿和梳齿之间形成有狭缝112。像素电极110的下方形成有平面状的对置电极108。如果对像素电极110施加视频信号，则在通过狭缝112而在与对置电极108之间产生的电场的作用下，液晶分子301旋转。由此，控制通过液晶层300的光从而形成图像。
图1对上述形态的剖视图进行说明。梳齿状电极和梳齿状电极之间是附图1所示的狭缝112。对对置电极108施加固定电压，对像素电极110施加基于视频信号产生的电压。如图1所示，当对像素电极110施加电压时，会产生电力线，从而使液晶分子301沿电力线的方向旋转，控制来自背光源的光的透过。由于按像素控制来自背光源的光的透过，所以能够形成图像。
图1的例子中，在有机钝化膜107之上配置有面状地形成的对置电极108，在绝缘膜极109之上配置有梳齿电极110。与之相反，也可以在有机钝化膜107之上配置面状地形成的像素电极110，在绝缘膜109之上配置梳齿状的对置电极108。
像素电极110之上形成有用于使液晶分子301进行取向的取向膜113。本实施例中，取向膜113是由与液晶层300接触的光取向膜1131、和在光取向膜1131的下层(各基板一侧)形成的高膜强度取向膜1132构成的2层结构。光取向膜1131由聚酰胺酸酯构成，高膜强度取向膜1132由聚酰胺酸构成。需要说明的是，1132所示的低电阻取向膜是不与液晶直接接触的有机膜，与液晶的初始取向没有直接的关系，但本说明书中为了方便而将其称为取向膜。
图1中，夹着液晶层300设置有对置基板200。在对置基板200的内侧形成有彩色滤光片201。彩色滤光片201对于每个像素都形成有红、绿、蓝的彩色滤光片201，从而形成彩色图像。在彩色滤光片201与彩色滤光片201之间形成有黑矩阵202，能够提高图像的对比度。需要说明的是，黑矩阵202也具有作为TFT的遮光膜的作用，防止光电流流向TFT。
覆盖彩色滤光片201和黑矩阵202而形成有保护膜203。由于彩色滤光片201和黑矩阵202的表面凹凸不平，所以通过保护膜203使其表面平整。
在保护膜203之上，形成有用于决定液晶初始取向的取向膜113。对置基板一侧的取向膜113也和TFT基板一侧的取向膜113同样地，是由与液晶层300接触的光取向膜1131和在光取向膜1131的下层形成的高膜强度取向膜1132构成的2层结构。需要说明的是，液晶显示装置1采用的是IPS方式，因此对置电极108在TFT基板100侧形成，而不是在对置基板200侧形成。
如图1所示，在IPS中，在对置基板200的内侧未形成导电膜。这样的话，对置基板200的电位变得不稳定。此外，来自外部的电磁噪声侵入液晶层300，对图像产生影响。为了解决这些问题，在对置基板200的外侧形成有表面导电膜210。
将表1所示的聚酰胺酸和表2所示的聚酰胺酸酯按照50/50的比例进行混合。将聚酰胺酸酯和聚酰胺酸通过有机溶剂以混合清漆的方式制成光取向膜材料，将其印刷、干燥，分成上下2层，进行光照射、加热酰亚胺化而成膜为光取向膜。使用该取向膜制成液晶显示装置，评价长残像特性。
为了定量测定本实施例中液晶显示装置的图像的余像、残像，使用组合了光电二极管的示波器进行评价。首先，在画面上以最大亮度显示荧光屏图案(window pattern)200小时，然后，进行残像最显著的中间色调显示、在此以使亮度成为最大亮度的10％的方式切换整个画面，将直到荧光屏图案的边缘部分的图案消失所需要的时间作为残像消失时间进行评价。其中，此处允许的残像消失时间在5分钟以下。其结果如表3所示。
[表3]
取向膜3，4，8，9，13，14，18，19，23，24中，得到了良好的长残像特性。获得残像消失时间在5分钟以下的长残像特性的取向膜的ΔlogP是1.22～2.48(需要说明的是，在1.2～2.5的范围内也得到基本相同的结果)。此外，获得残像消失时间在3分钟以下的长残像特性的取向膜的ΔlogP是1.35～1.97(需要说明的是，在1.3～2.0的范围内也得到基本相同的结果)。获得残像消失时间在1分钟以下的长残像特性的取向膜的ΔlogP是1.47～1.73(需要说明的是，在1.4～1.8的范围内也得到基本相同的结果)。获得了良好的长残像特性的取向膜，其聚酰胺酸酯和聚酰胺酸的层分离状态良好，聚酰胺酸酯构成光取向膜1131，聚酰胺酸构成低电阻取向膜1132。
需要说明的是，还发现如下内容：向由1种聚酰胺酸和1种聚酰胺酸酯构成的取向膜组成中混合了其他取向膜成分的情况下，此时的长残像特性依赖于混合的3种成分中的logP(A)和logP(E)中相差最大的2种成分的ΔlogP。
例如，如果在取向膜3的取向膜组成(A－3，E－1)中混入第3取向膜成分E－3，则残像消失时间变为1分钟。
本实施例中例示的聚酰胺酸和聚酰胺酸酯的混合比为50/50，但确认了其他混合比(10/90～90/10)也能取得同样的效果。此外，本实施例中，以光取向处理作为取向处理方法，但经确认在将由本申请发明的取向膜材料形成的取向膜进行摩擦取向处理的情况下也能取得同样的效果。
以上，基于实施方式和实施例具体地说明了本申请发明人完成的发明，但本发明并不限定于上述实施方式和实施例，当然能够进行多种变化。

Claims (13)

1.一种液晶显示装置，所述液晶显示装置具备基板、液晶层、以及配置在所述基板与所述液晶层之间的取向膜，其特征在于，
所述取向膜含有2种成分以上的聚酰亚胺前体，
在所述聚酰亚胺前体中，将辛醇/水分配系数设为logP、将所述logP相差最大的2种成分的logP之差设为ΔlogP时，满足1.20＜ΔlogP＜2.50的关系式。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中，
满足1.30＜ΔlogP＜2.00的关系式。
3.如权利要求2所述的液晶显示装置，其中，
满足1.40＜ΔlogP＜1.80的关系式。
4.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中，
所述聚酰亚胺前体包含聚酰胺酸酯和聚酰胺酸。
5.如权利要求4所述的液晶显示装置，其中，
所述取向膜通过照射偏振光紫外线从而被赋予液晶取向能力。
6.如权利要求5所述的液晶显示装置，其中，
所述聚酰胺酸酯含有环丁烷环。
7.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中，具有：
用于向所述液晶层施加电场的电极组；和
与所述电极组连接的多个有源元件。
8.一种取向膜材料，所述取向膜材料含有包含聚酰胺酸和聚酰胺酸酯的、2种成分以上的聚酰亚胺前体，
在所述聚酰亚胺前体中，在将辛醇/水分配系数设为logP，将聚酰胺酸的logP设为logP(A)，将聚酰胺酸酯的logP设为logP(E)的情况下，设定logP(A)与logP(E)之差为ΔlogP时，则满足1.20＜ΔlogP＜2.50的关系式。
9.如权利要求8所述的取向膜材料，其中，
满足1.30＜ΔlogP＜2.00的关系式。
10.如权利要求9所述的取向膜材料，其中，
满足1.40＜ΔlogP＜1.80的关系式。
11.如权利要求8所述的取向膜材料，其中，
所述聚酰胺酸酯含有环丁烷环。
12.如权利要求11所述的取向膜材料，其中，
所述取向膜材料通过照射偏振光紫外线从而被赋予液晶取向能力。
13.如权利要求8所述的取向膜材料，其中，
所述聚酰胺酸和所述聚酰胺酸酯的混合比为10/90～90/10。
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