CN105593755B - 液晶取向膜的制造方法及使用其的液晶显示元件 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种利用简便的程序表现大的锚定能的方法。本发明提供一种液晶取向膜的制造方法,包括下述工序:工序(I),将溶剂及光响应性高分子混合而制备光响应性高分子溶液;工序(II),将上述光响应性高分子溶液涂布于基板上之后,在50~100℃干燥1~3分钟,进一步在120℃~180℃干燥5~75分钟而形成涂膜;以及工序(III),将照射200~350nm的光时的上述涂膜的温度调整为40℃~100℃。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶取向膜的制造方法及使用通过该制造方法获得的液晶取向膜的液晶显示元件。
背景技术
液晶显示元件通过电场等外部刺激使液晶分子的排列的状态发生变化,并将伴随该变化的光学特性的变化用于显示。这样的液晶显示元件是在两块透明基板的间隙填充有液晶分子的状态的结构,通常在与该液晶分子相接的基板的内侧实施用于使上述液晶分子预先排列于特定方向的取向处理。
上述取向处理大致区分而可分为摩擦法和光取向法,该摩擦法是在玻璃等基板表面形成聚酰亚胺等高分子的膜,并利用布等对其进行单向摩擦,该光取向法是对设置于基板上的涂膜照射具有各向异性的光而产生液晶取向能。前者的摩擦法具有以摩擦的方向与接触于基板的液晶分子的长轴(指向矢)方向成为平行的方式排列的特性、以及取向膜的制造装置简便的特性,但存在着在制造工序中,因产生于取向膜表面的损伤或灰尘而发生取向缺陷的问题,或者伴随基板的尺寸大型化,用于获得遍及整个基板且长期均匀的取向的摩擦装置的设计及管理变得困难的问题。
另一方面,后者的光取向法具有如下特性:对具有光的吸收能根据偏光的电向量的方向而异的基团(以下,简称为光取向性基团)的化合物照射光,使光取向性基团排列于一定方向,对与该光取向性基团相接的液晶分子表现液晶取向能。因此,可解决因损伤或灰尘而产生的取向缺陷或获得遍及整个基板且长期均匀的取向的摩擦法的问题。
然而,在光取向法中,为获得实用化水平的液晶取向能,需要相当量的光照射量,尤其是在制造大面积的光取向膜的情况中,必须使用大输出的紫外线灯进行长时间照射。作为用于减少这样的光照射量的技术,如专利文献1所示,公开了一种液晶取向膜的制造方法,其是对涂膜面照射偏光紫外线而使涂膜中的化合物分子与偏光方向相对应的方向取向之后,烧成上述涂膜。
此外,在使用大输出的紫外线灯进行长时间照射的情况中,有因具有光取向性基团的化合物的光分解而产生被照射区域内的液晶取向性的劣化的问题,因此如例如专利文献2所示,公开了如下方法:对感光性薄膜的一部分进行第1放射线照射之后,对整个薄膜表面进行该第1放射线照射,以及放射线的偏光状态、光轴的方向及能量中的至少一者不同的第2放射线照射。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2002-90752号公报
专利文献2:日本特开2005-105204号公报
发明内容
发明所要解决的课题
的确,认为若如上述专利文献1那样,对于基板面涂布化合物而成的涂布膜照射偏光紫外线并进行烧成,则在烧成前的未固化的涂膜中,涂膜构成分子处于易活动的状态,因此即便利用更少的偏光紫外线能量也可使涂膜构成分子在特定方向取向。此外,上述专利文献2的段落“0105”~“0109”中也记载着,在液晶取向膜的形成中,利用第1放射线照射(150~800nm)诱导感光性薄膜前体的一部分,且对整个膜表面,利用第2放射线照射(320~800nm)进行诱导,及根据需要在第2放射线照射后在150℃~200℃进行加热处理。
然而,如该专利文献1及2那样的使分子在特定方向取向后进行烧成或加热处理的方法中,在使化合物分子取向后,经过多个程序。因此,高锚定力的表现变得耗费长的周期时间及成本。因此,本发明的目的在于解决该程序的繁杂化的问题点,提供一种利用简便的程序表现大的锚定能的方法。
解决课题的技术手段
本发明通过如下的液晶取向膜的制造方法而解决上述课题,由此达成本发明的目的,该液晶取向膜的制造方法包括下述工序:工序(I),将溶剂及光响应性高分子混合而制备光响应性高分子溶液;工序(II),将上述光响应性高分子溶液涂布于基板上之后,在50~100℃干燥1~3分钟,进一步在120℃~180℃干燥5~75分钟而形成涂膜;以及工序(III),将照射200~350nm的光时的上述涂膜的温度调整为40℃~100℃。
发明的效果
根据本发明的液晶取向膜的制造方法,实现提高取向限制力的效果。
根据本发明的液晶取向膜的制造方法,实现提高锚定力的效果。
附图说明
图1是本发明的液晶显示元件的剖面图,将具备100~105的基板称为“背板”,将具备200~205的基板称为“前板”;
图2是使用形成于黑矩阵上的柱状间隔件制成用图案作为掩模图案的曝光处理工序的图;
图3是模式性地表示本发明的液晶显示元件的构成的一例的分解立体图;
图4是将图3的形成于基板2上的电极层3的由II线包围的区域放大的平面图;
图5是在图4的III-III线方向将图1所示的液晶显示元件切断的剖面图;
图6是将图3的形成于基板2上的电极层3的由II线包围的区域的另一例放大的平面图;
图7是在图4的III-III线方向将图1所示的液晶显示元件切断的另一实施方式的剖面图;
图8是表示彩色滤光片的液晶显示元件的剖面图;
图9是表示彩色滤光片的另一方式的液晶显示元件的剖面图;
图10是表示本发明的取向膜的制造方法的概念图;
图11表示偏光照射时温度与锚定能的关系。
具体实施方式
本发明的第一点是一种液晶取向膜的制造方法,其特征在于,包括下述工序:工序(I),将溶剂及光响应性高分子混合而制备光响应性高分子溶液;工序(II),将上述光响应性高分子溶液涂布于基板上之后,在50~100℃干燥1~3分钟,进一步在120℃~180℃干燥5~75分钟而形成涂膜;以及工序(III),将照射200~350nm的光时的上述涂膜的温度调整为40℃~100℃。
根据本发明的制造方法,响应于光而促进分子结构的变化,因此认为发挥锚定力提高的效果。以下,对各工序进行说明。
[工序(I)]
本发明的工序(I)是将溶剂及光响应性高分子混合而制备光响应性高分子溶液。
认为由此发挥可制膜出均质膜厚的光响应性高分子膜的效果。
本发明的溶剂只要使光响应性高分子溶解则并无特别限制,可根据所使用的光响应性高分子的性质而适当地选择,例如作为使光响应性高分子溶解的溶剂,可列举:γ-丁内酯等内酯系;环戊酮、环己酮、MEK、MIBK等酮系;丙二醇单甲醚乙酸酯等酯系、NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)。此外,作为用于提高在基板的涂布性的溶剂,也可根据需要在溶剂中添加2-甲氧基乙醇、2-丁氧基乙醇(丁基溶纤素)等醇醚系;甲苯等甲苯系。
本发明的光响应性高分子优选为选自由光响应性分解型高分子、光响应性二聚合型高分子及光响应性异构化型高分子所组成的组中的至少一种。
在本发明中,作为响应于光而通过侧链彼此的二聚合来形成交联结构的光响应性二聚合型高分子,优选具备高的光敏度及大的取向特性。具体而言,用于本发明的光响应性二聚合型高分子优选为以下的通式(I)及/或(II)所表示的化合物。
[化1]
[化2]
[上述通式(I)或(II)中,L表示源自聚合性基团的基团;
Sp为间隔基团,为选自由单键、-(CH2)u-(式中,u表示1~20)、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-及-C≡C-所组成的组中的至少1种二价连结基团,在这些取代基中,非邻接的CH2基中的一个以上可独立地被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-、-NR-、-NR-CO-、-CO-NR-、-NR-CO-O-、-O-CO-NR-、-NR-CO-NR-、-CH=CH-、-C≡C-或-O-CO-O-(式中,R独立地表示氢或碳原子数1至5的烷基)取代;
Q表示直连键、-O-、-CO-O-或-O-CO-;
A表示包含选自由反式-1,4-亚环己基(存在于该基团中的1个亚甲基或互不邻接的2个以上的亚甲基也可被取代为-O-、-NH-或-S-)、1,4-亚苯基(存在于该基团中的1个以上的-CH=也可被取代为-N=)、1,4-亚环己烯基、2,5-亚噻吩基、2,5-亚呋喃基、1,4-双环[2.2.2]亚辛基、萘-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基以及1,2,3,4-四氢萘-2,6-二基所组成的组中的官能团的结构,官能团分别未经取代,或者1个以上的氢原子可被氟原子、氯原子、氰基、甲基或甲氧基取代;
s表示0~4的整数,在s表示2~4的情况中,所存在的多个A及/或Q可相同也可不同;
X及Y分别独立地表示氢原子、氟原子、氯原子、氰基或碳原子数1~20的烷基,存在于烷基中的氢原子也可被氟原子取代,在烷基中存在1个亚甲基或互不邻接的2个以上的亚甲基的情况中,1个亚甲基或互不邻接的2个以上的亚甲基也可被取代为-O-、-CO-O-、-O-CO-或-CH=CH-;
M表示下述通式(IIa)、下述通式(IIb)或下述通式(IIc),
[化3]
(式中,虚线表示向碳原子的键合;
R11及R12分别独立地表示氢原子或碳原子数1~30的烷基,在上述R11及R12中存在1个亚甲基或互不邻接的2个以上的亚甲基的情况中,1个亚甲基或互不邻接的2个以上的亚甲基也可被取代为-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-NCH3-、-CH=CH-、-CF=CF-或-C≡C-,存在于R11及R12中的氢原子也可被碳原子数1~20的烷基、氰基或卤素原子取代;
环C1、环C2及环C3分别相互独立地表示选自由
(a)反式-1,4-亚环己基(存在于该基团中的1个亚甲基或不邻接的2个以上的亚甲基也可被取代为-O-、-NH-或-S-)、
(b)1,4-亚苯基(存在于该基团中的1个或2个以上的-CH=也可被取代为-N=)、以及
(c)1,4-亚环己烯基、2,5-亚噻吩基、2,5-亚呋喃基、1,4-双环(2.2.2)亚辛基、萘-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基及1,2,3,4-四氢萘-2,6-二基
所组成的组中的基团,上述基团(a)、基团(b)及基团(c)分别未经取代,或者一个以上的氢原子也可被氟原子、氯原子、氰基、甲基、甲氧基或乙氧基取代;
Z1a及Z1b分别相互独立地为单键、-(CH2)v-、-O-、-CO-、-CO-O-、-O-OC-、-NR7-、-CO-NR7-、-NR7-CO-、-(CH2)u-O-、-O-(CH2)u-、-(CH2)u-NR7-或-NR7-(CH2)u-;此时R7意思是氢原子或低级烷基;v意思是1~4的整数;u为1~3的整数;
i及j分别相互独立地为0或1)]。
上述Sp更优选为碳原子数6~12个的环氧烷基或-(CH2)m-(m为8~12的整数)。
此外,上述源自聚合性基团的基团为选自由下述通式(III-1)~(III-11)所表示的聚合性基团所组成的组中的任一种源自聚合性基团的基团。
[化4]
(式中,虚线表示向Sp的键合;R30表示氢原子、氟原子、氯原子、碳原子数1~4的烷基、苯基或苯氧基;R31表示氢原子、氯原子、甲基或苯基;R32分别独立地表示氢原子或碳原子数1~5的烷基。)
进一步,上述光响应性二聚合型高分子更优选为下述通式(1)所表示的高分子、其水解物或水解物的缩合物。
[化5]
(上述通式(1)中,Sp表示选自由单键、-(CH2)u-(式中,u表示1~20)、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-及-C≡C-所组成的组中的至少1种二价连结基团,在这些取代基中,非邻接的CH2基中的一个以上可独立地被取代为-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-、-NR-、-NR-CO-、-CO-NR-、-NR-CO-O-、-O-CO-NR-、-NR-CO-NR-、-CH=CH-、-C≡C-或-O-CO-O-(式中,R独立地表示氢或碳原子数1至5的烷基);
A1、A2分别独立地表示选自由
(a)反式-1,4-亚环己基(存在于该基团中的1个亚甲基或不邻接的2个以上的亚甲基也可被取代为-O-、-NH-或-S-)、
(b)1,4-亚苯基(存在于该基团中的1个或2个以上的-CH=也可被取代为-N=)、以及
(c)1,4-亚环己烯基、2,5-亚噻吩基、2,5-亚呋喃基、1,4-双环(2.2.2)亚辛基、萘-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基及1,2,3,4-四氢萘-2,6-二基
所组成的组中的基团,上述基团(a)、基团(b)或基团(c)分别未经取代,或者一个以上的氢原子也可被氟原子、氯原子、氰基、甲基或甲氧基取代;
Z1、Z2及Z3分别独立地表示单键、-(CH2)u-(式中,u表示1~20)、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-或-C≡C-,在这些取代基中,非邻接的CH2基中的一个以上可独立地被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-、-NR-、-NR-CO-、-CO-NR-、-NR-CO-O-、-O-CO-NR-、-NR-CO-NR-、-CH=CH-、-C≡C-或-O-CO-O-(式中,R独立地表示氢或碳原子数1至5的烷基)取代;
X为-O-、-NR-或亚苯基;
Rb为聚合性基团、烷氧基、氰基或碳原子数1~12个的氟化烷基;
m为0、1或2;
Mb及Md分别独立地可相同也可不同,表示以下的通式(U-1)~(U-13)中的任1种单体单位,
[化6]
(上述通式(U-1)~(U-10)中,虚线表示向Sp或一价有机基团的键合;Ra独立地表示氢原子、碳原子数1至5的烷基、苯基、卤素原子,各结构中的任意的氢原子也可被氟原子、氯原子、甲基、苯基、甲氧基取代;
上述通式(U-11)~(U-13)中,虚线表示向Sp的键合;R1表示四价环结构;R2表示三价有机基团;R3表示氢原子、羟基、碳原子数1~15个的烷基、碳原子数1~15个的烷氧基);
y及w表示共聚物的摩尔分数,0<y≦1且0≦w<1;n表示4~100,000;Mb及Md的单体单位各自独立地可为1种也可由2种以上的不同单位构成。)
作为上述一价有机基团,由通式(VII)表示。
[化7]
(式中,虚线表示向Md的键合;
Z4、Z5、Z6及Z7分别独立地表示单键、-(CH2)u-(式中,u表示1~20)、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-或-C≡C-,在这些取代基中,非邻接的CH2基中的一个以上可独立地被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-、-NR-、-NR-CO-、-CO-NR-、-NR-CO-O-、-O-CO-NR-、-NR-CO-NR-、-CH=CH-、-C≡C-或-O-CO-O-(式中,R独立地表示氢或碳原子数1至5的烷基)取代;
A3、A4、A5及A6分别独立地表示选自由
(a)反式-1,4-亚环己基(存在于该基团中的1个亚甲基或不邻接的2个以上的亚甲基也可被取代为-O-、-NH-或-S-)、
(b)1,4-亚苯基(存在于该基团中的1个或2个以上的-CH=也可被取代为-N=)、以及
(c)1,4-亚环己烯基、2,5-亚噻吩基、2,5-亚呋喃基、1,4-双环(2.2.2)亚辛基、萘-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基及1,2,3,4-四氢萘-2,6-二基
所组成的组中的基团,上述基团(a)、基团(b)或基团(c)分别未经取代,或者一个以上的氢原子也可被氟原子、氯原子、氰基、甲基或甲氧基取代;
r1、s1、t1及u1分别独立地表示0或1;
R12表示氢、氟、氯、氰基或碳数1~20的烷基,上述烷基中的氢原子也可被氟原子取代,1个CH2基或2个以上的非邻接CH2基也可被取代为-O-、-CO-O-、-O-CO-及/或-CH=CH-。)
此外,作为上述本发明的通式(1)所表示的光响应性二聚合型高分子的优选的方式,优选为Z2为单键的高分子。
本发明的通式(1)所表示的光响应性二聚合型高分子更优选为由以下的通式(2)表示。
[化8]
(上述通式(2)中,R21~R24分别独立地为氢原子或碳原子数1~5个的烷氧基;
W表示氢原子、氟原子、甲基、甲氧基、乙基或乙氧基,W表示选自由下述通式(W-1)~(W-8)所组成的组中的至少1种;
[化9]
X为6~12的整数,Y为0~2的整数。)
在上述通式(2)中,就利用少的偏光紫外光的照射来确保良好的取向的观点而言,作为W,特别优选为(W-1)所表示的基团。
另外,本发明的烷基及烷氧基优选为均为直链状、环状或支链状,更优选为均为直链状或支链状。进一步,作为本发明的“烷基”的例子,可列举:甲基、乙基、丙基、丁基、异丙基、异丁基、叔丁基、3-戊基、异戊基、新戊基、戊基、己基、庚基、辛基等。另外,在本说明书中,烷基的例子是共通的,可根据各个烷基的碳原子数的数量适当地从上述例示中选择。
本发明的“烷氧基”的例子优选为在上述烷基上直接键合有氧原子的基团,例如更优选为甲氧基、乙氧基、丙氧基(正丙氧基、异丙氧基)、丁氧基、戊氧基、辛氧基。另外,在本说明书中,烷氧基的例子是共通的,可根据各个烷氧基的碳原子数的数量适当地从上述例示中选择。
本发明的液晶取向膜的制造方法的优选的一个方式优选为如下的液晶取向膜的制造方法,其特征在于,包括下述工序:工序(I),将溶剂及响应于光而通过侧链彼此的二聚合来形成交联结构的光响应性二聚合型高分子混合,而制备光响应性二聚合型高分子溶液;工序(II),将上述光响应性二聚合型高分子溶液涂布于基板上之后,在50~100℃干燥1~3分钟,进一步在120℃~180℃干燥5~75分钟而形成涂膜;以及工序(III),将照射200~350nm的偏光时的上述涂膜的温度调整为40℃~100℃。
确认到本发明的制造方法尤其促进高分子的二聚合,因此认为发挥锚定力提高的效果。因此,作为本发明的光响应性高分子,特别优选为光响应性二聚合型高分子。
用于上述光响应性二聚合型高分子中侧链彼此的二聚合的光优选为200~350nm,更优选为250~350nm,进一步优选为250~330nm。
本发明的光响应性分解型高分子优选为通过四羧酸二酐与二胺化合物的缩合制造。
作为上述四羧酸二酐,可列举以下的式(A-1)~式(Α-43):
[化10]
[化11]
[化12]
[化13]
[化14]
[化15]
[化16]
以上那样的化合物中,优选为式(A-14)、式(Α-15)、式(A-16)、式(A-17)、式(A-20)、式(A-21)、式(A-28)、式(Α-29)、式(A-30)或式(Α-31),特别优选为式(A-14)、式(Α-21)。
作为上述二胺化合物,可列举以下的式(III-1)~(VIII-17)。
[化17]
[化18]
[化19]
[化20]
(上述式(VIII-12)中,R1~R10中的两个为伯氨基,其余为氢原子或除伯氨基以外的一价有机基团,分别可相同也可不同。)
[化21]
优选使用以上所列举的化合物。
此外,关于上述式(1)~(5)的具备肉桂酸骨架的二胺化合物,由于也可响应于光而进行二聚合,故而可优选地用作光响应性二聚合型高分子。
将上述光响应性分解型高分子中的分子链切断时所使用的光优选为200~400nm,更优选为200~280nm,进一步优选为240~280nm。
作为本发明的光响应性异构化型高分子,优选为通过四羧酸二酐与二胺化合物的合成而制造,且上述四羧酸二酐化合物与二胺中至少一者具备重氮键。
作为具备重氮键的四羧酸二酐,可列举以下的式(1-8)所表示的化合物。
[化22]
此外,作为具备重氮键的二胺化合物,可列举以下的式(I-1)~(I-7)所表示的化合物。
[化23]
因此,作为本发明的光响应性异构化型高分子的优选的方式,在选择式(I-1)~(I-7)作为具备重氮键的二胺化合物的情况中,作为四羧酸二酐,优选为式(1-8)及式(A-1)~(A-43)所表示的化合物。另一方面,作为本发明的光响应性异构化型高分子的优选的方式,在选择式(1-8)作为具备重氮键的四羧酸二酐的情况中,作为二胺化合物,优选为式(I-1)~(I-7)及式(III-1)~(VIII-11)、(I)及(1)~(5)所表示的化合物。
在使上述光响应性异构化型高分子响应于光而异构化从而相对于偏光轴大致垂直地取向时所使用的光优选为200~500nm,更优选为300~500nm,进一步优选为300~400nm。
本发明的光响应性分解型高分子的重均分子量优选为3000~300000,更优选为5000~100000,进一步优选为10000~50000,特别优选为10000~30000。
本发明的光响应性异构化型高分子的重均分子量优选为10000~800000,更优选为10000~400000,进一步优选为50000~400000,特别优选为50000~300000。
本发明的光响应性二聚合型高分子的重均分子量优选为5000~800000,更优选为5000~400000,进一步优选为100000~400000,特别优选为100000~300000。
该重均分子量(Mw)是由GPC(凝胶渗透层析法,Gel Permeation Chromatography)测定的结果获得。
本发明的光响应性高分子溶液的浓度优选为1~20质量%,更优选为2~10质量%,进一步优选为2~5质量%。
[工序(II)]
本发明的工序(II)是将上述光响应性高分子溶液涂布于基板上之后,在50~100℃干燥1~3分钟,进一步在120℃~180℃干燥5~75分钟而形成涂膜。
由此,发挥可制膜出均质膜厚的光响应性高分子膜的效果。
本发明的涂膜的平均厚度优选为1~1000nm,更优选为5~500nm,进一步优选为10~200nm,进一步更优选为20~90nm。
本发明的涂膜的平均厚度的测定方法是在对光取向膜进行涂布及光照射后进行的使用接触式膜厚测定计的阶差测定。此外,通过本发明的制造方法获得的液晶取向膜的平均膜厚的测定方法也相同。
可在本发明中使用的基板优选为透明基板,就与用于上述光响应性高分子溶液的溶剂的关系而言,只要为不溶解于上述溶剂的材料则并无特别限制,例如可列举玻璃基板、石英基板等。
此外,本发明的涂布方法可列举旋涂法、棒涂法、柔版印刷法、喷墨法等。
本发明的涂膜的干燥方法可列举加热干燥、真空干燥等。
本发明的干燥条件优选为在20~150℃加热0.1~20分钟后,在80℃~250℃加热1~100分钟,优选为在30~120℃加热0.5~10分钟后,在100℃~200℃加热2~90分钟,优选为在50~100℃加热1~3分钟后,在120℃~180℃加热5~75分钟,更优选为在70~90℃加热2~3分钟后,在150℃~180℃干燥5分钟。
本发明的涂膜的干燥次数优选为1次以上且5次以下,更优选为1次以上且3次以下。
[工序(III)]
本发明的工序(III)是将照射200~350nm的光时的上述涂膜的温度调整为40℃~100℃。
根据本发明的制造法,通过控制光的照射时的涂膜的温度而促进分子结构的变化,因此认为发挥锚定力提高的效果。尤其获得如下见解:若使用上述的光响应性二聚合型高分子作为光响应性高分子,则通过将光照射时的涂膜的温度控制于特定范围内而促进二聚合。
此外,也获得如下见解:若在上述工序(II)的干燥工序后进行本工序(III),则与无干燥的制造方法相比,促进二聚合。
在本发明中,作为调整涂膜的温度的方法,优选为采取使用加热板的加热或恒温槽内的偏光照射等维持手段来进行。
在工序(III)中,优选为在将涂膜的温度维持为38℃~110℃的状态下对上述涂膜照射200~350nm的光,更优选为在将涂膜的温度维持为40℃~100℃的状态下对上述涂膜照射230~340nm的偏光,进一步优选为在将涂膜的温度维持为50℃~90℃的状态下对上述涂膜照射250~330nm的偏光,特别优选为在将涂膜的温度维持为65℃~75℃的状态下对上述涂膜照射270~330nm的偏光。
本发明的工序(III)中的光的照射是对涂膜赋予液晶取向能,例如可列举包含150nm~800nm的波长的光的紫外线、可见光线等。这些当中,优选为包含200nm~350nm的波长的光的紫外线。此外,上述照射的光可为偏光,也可为非偏光。进一步,在偏光的情况中,可为直线偏光,也可为部分偏光。另外,在本说明书中,所谓“非偏光”,即使为一部分偏光的光,只要实质上为非偏光,则包含于“非偏光”。
本发明的工序(III)中的对涂膜照射的光优选为直线光,此外,更优选为直线偏光。此外,在直线偏光或部分偏光的情况中,照射可从与基板面垂直的方向进行,也可以为了赋予预倾角而从斜向进行,此外,也可组合这些而进行。在照射非偏光的光的情况中,照射的方向必须为斜向。另外,本说明书中的所谓“预倾角”是指液晶分子从与基板面平行的方向倾斜的角度。
作为在本发明中使用的光源,例如可列举:低压水银灯、高压水银灯、超高压水银灯、氘灯、金属卤化物灯、氩共振灯、氙气灯、准分子激光水银-氙气灯(Hg-Xe灯)等。上述的直线偏光或部分偏光的紫外线优选为通过将上述光源与例如滤光片、衍射光栅等并用的手段等获得。
作为本发明的光的照射量,优选为1mJ/m2~1,000mJ/m2,更优选为5mJ/m2~1,000mJ/m2,进一步优选为10mJ/m2~500mJ/m2,特别优选为10mJ/m2~100mJ/m2。
在通过光取向法对采用以往已知的液晶取向剂形成的涂膜赋予液晶取向能的情况中,需要约1,000mJ/m2以上的光照射量,但若使用本发明的制造方法,则光取向法时的光照射量可减少至约10~100mJ/m2以下,因此不仅可赋予良好的液晶取向能,削减制造成本,也可减少由光照射所引起的取向膜的黄变。
此外,通过本发明的制造方法获得的液晶取向膜优选为使液晶分子在相对于基板大致水平的方向取向。若对下述的FFS模式、IPS模式等横向电场型的液晶显示元件应用由本发明的制造方法获得的液晶取向膜,则即便为具备表面的凹凸多的电极构造的横向电场型液晶显示元件,也可没有不均而均匀地赋予锚定效果,且取向也均匀且无缺陷,可提高对比度。
本发明的工序(III)的特别优选的方式是从相对于本发明的基板大致垂直的方向照射200~350nm的直线光,且为照射量为10~100mJ/cm2的直线偏光。
此外,此处所谓的从大致垂直方向的光照射优选为从相对于基板为70~110度的方向进行照射。
本发明的第二点是一种液晶组合物的取向方法,包括下述工序:工序(1),将溶剂及响应于光而通过侧链彼此的二聚合来形成交联结构的光响应性二聚合型高分子混合,而制备光响应性二聚合型高分子溶液;工序(2),在第1基板及第2基板的表面形成上述光响应性二聚合型高分子溶液的被膜之后,在50~100℃干燥1~3分钟,进一步在120℃~180℃干燥5~75分钟而使上述被膜干燥;工序(3),在将干燥的上述被膜的温度维持为50℃~100℃的状态照射200~350nm的偏光,从而在上述第1基板及第2基板表面形成液晶取向膜;以及工序(4),在一对液晶取向膜之间填充液晶组合物,上述一对液晶取向膜是将形成有上述液晶取向膜的一对基板以上述液晶取向膜彼此相对并隔开的方式贴合而形成。
由此,发挥提高锚定力的效果。
<液晶显示元件>
本发明的第三点是具备本发明的液晶取向膜的液晶显示元件。
作为本发明的液晶显示元件,在ECB-LCD、VA-LCD、VA-IPS-LCD、FFS-LCD、TN(向列液晶显示元件)、STN-LCD(超扭转向列液晶显示元件)、OCB-LCD及IPS-LCD(平面转换液晶显示元件)中有用,在FFS-LCD、IPS-LCD中尤其有用,可用于透过型或反射型的液晶显示元件。
用于上述液晶显示元件的液晶单元的两块基板如上所述,可使用玻璃或如塑料那样的具有柔软性的透明的材料,另一方面,也可为硅等不透明的材料。具有透明电极层的透明基板例如可通过在玻璃板等透明基板上溅射铟锡氧化物(ITO)而获得。
上述彩色滤光片例如可通过颜料分散法、印刷法、电镀法或染色法等制作。以利用颜料分散法的彩色滤光片的制成方法为一个例子进行说明,将彩色滤光片用的固化性着色组合物涂布于该透明基板上,并实施图案化处理,接着通过加热或光照射使之固化。针对红、绿、蓝3色,分别进行该工序,由此可制作彩色滤光片用的像素部。此外,也可在该基板上设置TFT、设有薄膜二极管等有源元件的像素电极。
通过本发明的制造方法而在具有透明电极层的透明基板及/或透明基板表面形成液晶取向膜之后,以透明电极层成为内侧的方式(液晶取向膜彼此相对的方式)使该基板相对。此时,也可隔着间隔件调整基板的间隔。此时,优选以所获得的调光层(液晶层)的厚度成为1~100μm的方式进行调整。进一步优选为1.5至10μm,在使用偏光板的情况中,优选以对比度成为最大的方式调整液晶的折射率各向异性Δn与单元厚度G的乘积。此外,在有两块偏光板的情况中,也可调整各偏光板的偏光轴而将视野角或对比度调整为良好。进一步,也可使用用于放大视野角的相位差膜。作为间隔件,例如可列举由玻璃粒子、塑料粒子、氧化铝粒子、光致抗蚀剂材料等构成的柱状间隔件等。其后,以设置有液晶注入口的形式将环氧系热固化性组合物等密封剂丝网印刷于该基板,并以液晶取向膜相对的方式将该基板彼此贴合,进行加热而使密封剂热固化。
使液晶组合物(根据需要含有聚合性化合物)夹在两块基板间的方法可使用通常的真空注入法或ODF法等。但是,真空注入法虽然不会产生滴痕,但仍有注入痕迹残留的问题。在本申请发明中,可更合适地用于使用ODF法制造的显示组件。在ODF法的液晶显示元件制造工序中,使用分配器在背板或前板中的任一基板上将环氧系光热并用固化性等的密封剂绘制成闭环堤状,并在脱气条件下在其中滴加特定量的液晶组合物之后,将前板与背板接合,由此可制造液晶显示元件。由于可稳定地进行ODF工序中的液晶组合物的滴加,故而可优选地使用本发明的液晶组合物。
使用本发明的液晶组合物的液晶显示元件是兼顾高速响应与抑制显示不良的有用的液晶显示元件,尤其对有源矩阵驱动用液晶显示元件有用,可应用于VA模式、PSVA模式、PSA模式、IPS(平面转换)模式、VA-IPS模式、FFS(边缘场转换)模式或ECB模式用液晶显示元件。
以下,一边参照附图,一边对本发明的液晶显示元件(液晶显示器的一个例子)的优选的实施方式详细地进行说明。
图1是表示具备下述组件的液晶显示元件的剖面图:相互对向的两个基板、设置于上述基板间的密封材料、以及封入至被上述密封材料包围的密封区域的液晶。
具体而言,表示如下液晶显示元件的具体的方式,该液晶显示元件具备:背板,其在第1基板100上设置TFT层102、像素电极103,且自其上设置钝化膜104及第1取向膜105;与上述背板相对的前板,其在第2基板200上设置黑矩阵202、彩色滤光片203、平坦化膜(保护层)201、透明电极204,且自其上设置第2取向膜205;密封材料301,其设置于上述基板间;以及液晶层303,其封入至被上述密封材料包围的密封区域;并且在上述密封材料301接触的基板面设置有突起(柱状间隔件)302、304。
上述第1基板或上述第2基板只要实质上为透明则材质并无特别限定,可使用玻璃、陶瓷、塑料等。作为塑料基板,可使用纤维素、三乙酰纤维素、二乙酰纤维素等纤维素衍生物、聚环烯烃衍生物、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯等聚酯、聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰亚胺酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚砜、聚芳酯,进一步可使用玻璃纤维-环氧树脂、玻璃纤维-丙烯酸树脂等无机-有机复合材料等。
另外,在使用塑料基板时,优选设置阻隔膜。阻隔膜的功能在于使塑料基板具有的透湿性降低,提高液晶显示元件的电特性的可靠性。作为阻隔膜,只要分别为透明性高且水蒸气透过性小则并无特别限定,通常使用利用氧化硅等无机材料通过蒸镀或溅射、化学气相沉积法(CVD法)形成的薄膜。
在本发明中,作为上述第1基板或上述第2基板,可使用相同原材料,也可使用不同原材料,并无特别限定。若使用玻璃基板,则可制作耐热性、尺寸稳定性优异的液晶显示元件,因此优选。此外,若为塑料基板,则适合于利用辊对辊法的制造方法,且适合轻量化或可挠化,因此优选。此外,若以赋予平坦性及耐热性为目的,则若组合塑料基板与玻璃基板,便可获得良好的结果。
另外,在下述实施例中,作为第1基板100或第2基板200的材质,使用基板。
背板中,在第1基板100上设置有TFT层102及像素电极103。这些利用通常的阵列工序制造。在其上设置钝化膜104及第1取向膜105,从而获得背板。
钝化膜104(也称为无机保护膜)是用于保护TFT层的膜,通常通过化学气相沉积(CVD)技术等形成氮化膜(SiNx)、氧化膜(SiOx)等。
此外,第1液晶取向膜105、第2取向膜205是通过本发明的液晶取向膜的制造方法获得的具有使液晶取向的功能的膜。取向膜有可能会阻碍与密封材料的粘接力,因此在密封区域内进行图案涂布。
此外,作为诱导本发明的光取向法的反应机构,可使用具有产生诸如起因于光二色性的魏格特效应(Weigert effect)所引起的分子的取向诱导(异构化反应)(例:偶氮苯基)、二聚合反应(例:肉桂酰基)、或光分解反应(例:聚酰亚胺基)那样的、成为液晶取向能的起源的光反应的基团(以下,简称为光取向性基团),特别优选为通过二聚合反应形成光取向膜的方法。优选为所涂布的取向剂溶液通过暂时干燥使溶剂蒸发之后,控制照射具有任意的偏向的光(偏光)时的涂膜的温度,由此获得在任意的方向具有取向能的取向膜。
另一前板在第2基板200上设置有黑矩阵202、彩色滤光片203、平坦化膜201、透明电极204、第2取向膜205。
黑矩阵202例如利用颜料分散法制作。具体而言,在设置有阻隔膜201的第2基板200上将均匀分散有黑矩阵形成用的黑色着色剂的彩色树脂液进行涂布,形成着色层。接着,烘干着色层而使之固化。在其上涂布光致抗蚀剂,并对其进行预烤。通过掩模图案对光致抗蚀剂进行曝光之后,进行显影而将着色层图案化。其后,剥离光致抗蚀剂层,烘干着色层,而制成黑矩阵202。
或者,也可使用光致抗蚀剂型的颜料分散液。在该情况中,涂布光致抗蚀剂型的颜料分散液并进行预烤后,通过掩模图案进行曝光,其后进行显影,而将着色层图案化。其后,剥离光致抗蚀剂层,烘干着色层,从而制成黑矩阵202。
彩色滤光片203是利用颜料分散法、电镀法、印刷法或染色法等制作。若以颜料分散法为例,将均匀分散有(例如红色的)颜料的彩色树脂液涂布于第2基板200上并烘干固化后,在其上涂布光致抗蚀剂并进行预烤。透过掩模图案对光致抗蚀剂进行曝光之后,进行显影,将其图案化。其后,剥离光致抗蚀剂层,再次进行烘干,由此制成(红色的)彩色滤光片203。所制作的颜色顺序并无特别限定。以相同的方式形成绿彩色滤光片203、蓝彩色滤光片203。
透明电极204设置于上述彩色滤光片203上(根据需要在上述彩色滤光片203上设置用于使表面平坦化的保护层(201))。透明电极204优选透过率高,优选电阻小。透明电极204是通过溅射法等形成ITO等氧化膜。
此外,也有以保护上述透明电极204为目的而在透明电极204上设置钝化膜的情况。
第2取向膜205是与上述的第1取向膜105相同的取向膜。
以上阐述本发明中使用的上述背板及上述前板相关的具体的方式,但在本案中并不限定于该具体的方式,根据所需的液晶显示元件可自由进行方式的变更。
上述柱状间隔件的形状并无特别限定,可将其水平剖面设为圆形、四边形等多边形等各种形状,考虑工序时的误差容限,特别优选为将水平剖面设为圆形或正多边形。此外,该突起形状优选为圆锥台或角锥台。
上述柱状间隔件的材质只要为不溶解于密封材料或用于密封材料的有机溶剂、或者液晶的材质,则并无特别限定,就加工及轻量化的方面而言,优选为合成树脂(固化性树脂)。另一方面,上述突起可通过利用光刻法的方法或液滴吐出法,从而设置于第一基板上的与密封材料接触的面。就这样的理由而言,优选为使用适合于利用光刻法的方法或液滴吐出法的光固化性树脂。
作为例子,对通过光刻法获得上述柱状间隔件的情况进行说明。图2是使用形成于黑矩阵上的柱状间隔件制作用图案作为掩模图案的曝光处理工序的图。
在上述前板的透明电极204上涂布柱状间隔件形成用的(不含着色剂的)树脂液。接着,烘干该树脂层402而使之固化。在其上涂布光致抗蚀剂,并对其进行预烤。透过掩模图案401对光致抗蚀剂进行曝光之后,进行显影,将树脂层图案化。其后,剥离光致抗蚀剂层,并烘干树脂层,制成柱状间隔件(图1的302、304)。
柱状间隔件的形成位置可根据掩模图案而决定为所需的位置。因此,可同时制作液晶显示元件的密封区域内与密封区域外(密封材料涂布部分)这两者。此外,为了不降低密封区域的品质,柱状间隔件优选形成为位于黑矩阵的上方。如此,有将通过光刻法制作的柱状间隔件称为柱间隔件(column spacer)或光间隔件(photospacer)的情况。
上述间隔件的材质使用PVA-芪偶氮(stilbazo)感光性树脂等负型水溶性树脂或多官能丙烯酸系单体、丙烯酸共聚物、三唑系引发剂等的混合物。或者也有使用使着色剂分散于聚酰亚胺树脂而成的彩色树脂的方法。在本发明中,并无特别限定,可根据与所使用的液晶或密封材料的配合性,利用公知的材质获得间隔件。
如此,在前板上的成为密封区域的面设置柱状间隔件之后,在该背板的与密封材料接触的面涂布密封材料(图1中的301)。
上述密封材料的材质并无特别限定,可使用在环氧系或丙烯酸系的光固化性、热固化性、光热并用固化性的树脂中添加有聚合引发剂的固化性树脂组合物。此外,有时为了控制透湿性或弹性模量、粘度等,添加由无机物、有机物构成的填料类。这些填料类的形状并无特别限定,有球形、纤维状、无定形等。进一步,为了良好地控制单元间隙,也可混合具有单分散径的球形、纤维状的间隙材料,或者为了进一步强化与基板的粘接力,也可混合容易与基板上突起缠绕的纤维状物质。此时使用的纤维状物质的直径优选为单元间隙的约1/5~1/10以下,纤维状物质的长度优选为短于密封涂布宽度。
此外,纤维状物质的材质只要可获得特定的形状则并无特别限定,可适当地选择纤维素、聚酰胺、聚酯等合成纤维或玻璃、碳等无机材料。
作为涂布密封材料的方法,有印刷法、点胶法,优选为密封材料的使用量少的点胶法。为了不对密封区域造成不良影响,密封材料的涂布位置通常设为黑矩阵上。为了形成后续工序的液晶滴加区域(以使液晶不泄漏),将密封材料涂布形状设为闭环形状。
在涂布有上述密封材料的前板的闭环形状(密封区域)内滴加液晶。通常使用分配器。为了使滴加的液晶量与液晶单元容积一致,以和柱状间隔件的高度与密封涂布面积相乘而得的体积同量为基本。但是,就单元贴合工序中的液晶泄漏、显示特性的优化而言,有适当地调整所滴加的液晶量的情况,也有使液晶滴加位置分散的情况。
接着,将背板贴合至涂布上述密封材料并滴加液晶的前板。具体而言,使上述前板及上述背板吸附于具有如静电吸盘那样的使基板吸附的机构的平台,前板的第2取向膜与背板的第1取向膜相对,配置于密封材料与另一基板不接触的位置(距离)。在该状态下将系统内减压。减压结束后,一边确认前板与背板的贴合位置,一边调整两基板位置(对准操作)。贴合位置的调整结束后,使基板接近至前板上的密封材料与背板接触的位置。在该状态下,在系统内填充惰性气体,缓慢地解除减压,并且恢复至常压。此时,通过大气压将前板与背板贴合,在柱状间隔件的高度位置形成单元间隙。在该状态下,对密封材料照射紫外线而使密封材料固化,由此形成液晶单元。其后,根据情况增加加热工序,促进密封材料固化。为强化密封材料的粘接力、提高电特性可靠性,多数情况下增加加热工序。
以下,对本发明的进一步优选的液晶显示元件的方式进行说明。
本发明的液晶显示元件的第二个优选的实施方式优选为如下的液晶显示元件,其中,将在表面具有第一取向层及含有薄膜晶体管的电极层的第一基板、与在表面具有第二取向层的第二基板以取向层彼此相对的方式隔开而配置,且在上述第一基板与第二基板之间填充有含有液晶组合物的液晶层,并且上述含有薄膜晶体管的电极层具备配置为网状的多个栅极配线及数据配线、设置于上述栅极配线与上述数据配线的各交叉部的薄膜晶体管、连接于上述薄膜晶体管的像素电极、以及与上述像素电极隔开而设置于第一基板上的共用电极。此外,接近于上述液晶层而设置的第一取向层及第二取向层优选为对液晶组合物诱导水平取向的取向膜。
即,上述液晶显示元件优选为依序层叠有第二偏光板、第二基板、含有薄膜晶体管的电极层(或也称为薄膜晶体管层)、通过本发明的制造方法获得的液晶取向膜、包含液晶组合物的液晶层、取向膜、彩色滤光片、第一基板、以及第一偏光板的构成。
通过将共用电极与像素电极隔开而设置于同一基板(或电极层)上,在上述共用电极与上述像素电极之间所产生的电场(E)可具有平面方向成分。因此,例如若将对液晶组合物诱导水平取向的取向膜用于上述取向层,则可提供如下的元件:在共用电极与像素电极之间施加电压之前,排列于作为取向膜的取向方向的面方向的液晶分子将光遮断,若施加电压,则通过施加于平面方向的电场(E)而使液晶分子水平地旋转,沿着该电场方向排列,由此将光遮断。
此外,作为本发明的液晶显示元件的方式,可为所谓彩色滤光阵列(COA),也可在含有薄膜晶体管的电极层与液晶层之间设置彩色滤光片,或也可在该含有薄膜晶体管的电极层与第二基板之间设置彩色滤光片。
另外,本说明书中的所谓“基板上”,不仅包含与基板直接相接的状态,也包含间接地相接的所谓由基板支持的状态。
本发明的液晶显示元件的第二实施方式的更优选的另一方式(FFS)优选为如下的液晶显示元件,其中,将在表面具有第一取向层及含有薄膜晶体管的电极层的第一基板、与在表面具有第二取向层的第二基板以取向层彼此相对的方式隔开而配置,且在上述第一基板与第二基板之间填充有含有液晶组合物的液晶层,并且优选地,上述含有薄膜晶体管的电极层具备配置为网状的多个栅极配线及数据配线、设置于上述栅极配线与上述数据配线的各交叉部的薄膜晶体管、连接于上述薄膜晶体管的像素电极、以及与上述像素电极隔开而共同并设于第一基板上的共用电极,且接近的上述共用电极与上述像素电极的最短隔开距离d短于上述取向层彼此的最短隔开距离G。
另外,在本说明书中,将共用电极与像素电极的最短隔开距离d长于取向层彼此的最短隔开距离G的条件的液晶显示元件称为IPS方式的液晶显示元件,将接近的共用电极与像素电极的最短隔开距离d短于取向层彼此的最短隔开距离G的条件的元件称为FFS。因此,仅接近的共用电极与像素电极的最短隔开距离d短于取向层彼此的最短隔开距离G的条件为FFS方式的条件,因此该共用电极的表面与像素电极的表面的厚度方向的位置关系并无限制。因此,作为本发明的FSS方式的液晶显示元件,如图3~图9,可将像素电极设置于较共用电极更靠近液晶层侧,也可将像素电极与共用电极设置于同一面上。
若将本发明的光取向膜用于FFS驱动方式(FFS-LCD)的液晶显示元件,则就高速响应、烧屏减少的观点而言优选。
以下,使用图3~图7说明本发明的第二实施方式的更优选实施方式的一个例子。图3是模式性地表示液晶显示元件的一个方式的构造的分解立体图,是所谓FFS方式的液晶显示元件。本发明的液晶显示元件10优选为依序层叠有第二偏光板8、第二基板7、含有薄膜晶体管的电极层(或也称为薄膜晶体管层)3、取向膜4、含有液晶组合物的液晶层5、取向膜4、彩色滤光片6、第一基板2、以及第一偏光板1的构成。此外,如图3所示,上述第二基板7及上述第一基板2也可由一对偏光板1、8夹持。进一步,在图3中,在上述第二基板7与取向膜4之间设置有彩色滤光片6。进一步,也可按照与本发明的液晶层5接近且与构成该液晶层5的液晶组合物直接相接的方式,使一对取向膜4形成于(透明)电极(层)3。
作为本发明的液晶显示元件10的另一优选方式,可为所谓彩色滤光阵列(COA),也可在薄膜晶体管层3与液晶层5之间设置彩色滤光片6,或也可在该薄膜晶体管层3与第一基板2之间设置彩色滤光片6。
FFS方式的液晶显示元件是利用边缘电场,若接近的共用电极与像素电极的最短隔开距离d短于取向层彼此的最短隔开距离G,则在共用电极与像素电极之间形成边缘电场,可有效率地利用液晶分子的水平方向及垂直方向的取向。即,在FFS方式的液晶显示元件的情况中,可利用在相对于像素电极21的形成梳齿形的线垂直的方向上形成的水平方向的电场、与抛物线状的电场。
图4是将图3的形成于基板上的含有薄膜晶体管的电极层3(或也称为薄膜晶体管层3)的II的区域放大的平面图。在栅极配线26与数据配线25相互交叉的交叉部附近,含有源极电极27、漏极电极24与栅极电极28的薄膜晶体管20作为对像素电极21供给显示信号的开关元件而与上述像素电极21连接而设置。在该图4中,作为一例,显示了在梳齿状的像素电极21的背面,平板体状的共用电极22隔着绝缘层(未图示)而形成于一面的构成。此外,在上述像素电极21的正面,也可通过保护绝缘膜及取向膜层被覆。另外,也可在被上述多个栅极配线26与多个数据配线25包围的区域,设置对通过数据配线25供给的显示信号进行保存的存储电容器23。进一步,与栅极配线26并排设置共用线29。为了对共用电极22供给共用信号,该共用线29与共用电极22连接。
图5是在图4的III-III线方向将液晶显示元件切断的剖面图的一例。在表面形成有取向层4及含有薄膜晶体管20(11、12、13、14、15、16、17)的电极层3的第一基板2、与在表面形成有取向层4的第二基板7以特定之间隔G以取向层彼此相对的方式隔开,且在该空间填充有含有液晶组合物的液晶层5。在上述第一基板2的表面的一部分形成栅极绝缘膜12,进一步在该栅极绝缘膜12的表面的一部分形成共用电极22,进一步以覆盖上述共用电极22及薄膜晶体管20的方式形成绝缘膜18。此外,在上述绝缘膜18上设置像素电极21,该像素电极21经由取向层4与液晶层5接触。因此,像素电极与共用电极的最小隔开距离d可作为栅极绝缘膜12的(平均)膜厚进行调整。此外,换言的,在图5的实施方式中,在像素电极与共用电极间的基板,水平方向的距离变为0。像素电极21的梳齿状部分的电极宽度:l、以及像素电极21的梳齿状部分的间隙的宽度:m优选为形成为通过产生的电场可驱动液晶层5内的全部液晶分子的程度的宽度。
如图3~7所示,在接近的共用电极与像素电极的最短隔开距离d短于取向层彼此的最短隔开距离G的条件的FFS方式的液晶显示元件的情况中,若对以长轴方向与取向层的取向方向平行的方式配置的液晶分子施加电压,则在像素电极21与共用电极22之间,抛物线形的电场的等电位线形成于像素电极21与共用电极22的上部,液晶层5内的液晶分子沿着所形成的电场在液晶层5内旋转而发挥作为开关元件的作用。更详细而言,例如若将对液晶组合物诱导水平取向的取向膜用于上述取向层,则在共用电极与像素电极之间施加电压之前,排列于作为取向膜的取向方向的面方向的液晶分子将光遮断,若施加电压,则产生由于共用电极与像素电极在同一基板(或电极层)上隔开设置而引起的平面方向成分的电场、以及因接近的共用电极与像素电极的最短隔开距离d短于取向层彼此的最短隔开距离G而产生的源自这些电极的边缘的垂直方向成分的电场(边缘电场),因此即便为具有低的介电各向导性的液晶分子,也可驱动。因此,液晶组合物本身的特性可极力减少具有高的介电各向导性(Δε)的化合物的量,因此可在液晶组合物本身含有大量低粘度的化合物。
进一步,通过本发明的制造方法获得的取向膜可发挥高的锚定效果,因此可使用的液晶组合物的种类多,因此也可驱动大量可使用的介电常数相对低的液晶组合物。
本发明的液晶显示组成的第二实施方式的更优选的另一方式的构成(FFS)优选为如下的液晶显示元件,其中,将在表面具有第一取向层及含有薄膜晶体管的电极层的第一基板、与在表面具有第二取向层的第二基板以取向层彼此相对的方式隔开而配置,且在上述第一基板与第二基板之间填充有含有液晶组合物的液晶层,并且上述含有薄膜晶体管的电极层具备共用电极、配置为网状的多个栅极配线及数据配线、设置于上述栅极配线与上述数据配线的各交叉部的薄膜晶体管、以及连接于上述薄膜晶体管的像素电极,且上述像素电极较上述共用电极更向第二基板侧突出而设置。此外,接近于上述液晶层而设置的第一取向层及第二取向层优选为对液晶组合物诱导水平取向的取向膜。
图6是将图3的形成于基板上的含有薄膜晶体管的电极层3(或也称为薄膜晶体管层3)的II的区域放大的平面图的另一方式。在栅极配线26与数据配线25相互交叉的交叉部附近,包含源极电极27、漏极电极24与栅极电极28的薄膜晶体管20作为对像素电极21供给显示信号的开关元件而与上述像素电极21连接而设置。此外,像素电极21也可为以至少一个缺口部打穿的构造,该图6表示其一例。上述像素电极21是将四边形的平板体的中央部及两端部以三边形的缺口部打穿,进一步将其余的区域以8个长方形的缺口部打穿的形状,且共用电极22为梳齿体(未图示)。此外,在上述像素电极的表面,也可通过保护绝缘膜及取向膜层被覆。另外,也可在被上述多个栅极配线25与多个数据配线24包围的区域设置对通过数据配线24供给的显示信号进行保存的存储电容器23。另外,上述缺口部的形状、数量等并无特别限制。
图7是在图6中在与图4相同的III-III方向的位置将液晶显示元件切断的剖面图的另一方式的一例。即,与上述图5的液晶显示元件的构造的不同点是图5所示的液晶显示元件的共用电极为平板体,且像素电极为梳齿体。另一方面,如上述所说明,在图7所示的液晶显示元件中,像素电极21是将四边形的平板体的中央部及两端部以三边形的缺口部打穿,进一步将其余的区域以8个长方形的缺口部打穿的形状,且共用电极为梳齿体的构造。因此,像素电极与共用电极的最小隔开距离d成为栅极绝缘膜12的(平均)膜厚以上且小于取向层隔开距离G。此外,在图7中,共用电极为梳齿体的构造,但在该实施方式中,也可将共用电极设为平板体。此外,在任一方式中,本发明的FFS方式的液晶显示元件只要满足接近的共用电极与像素电极的最短隔开距离d短于取向层彼此的最短隔开距离G的条件即可。进一步,在图7所示的液晶显示元件的构成中,像素电极21由保护膜18覆盖,在图5所示的液晶显示元件的构成中,像素电极21由取向层4被覆。在本发明中,像素电极也可由保护膜或取向膜中的任一者被覆。
此外,在图7中,在第一基板2的一个表面形成偏光板,且以覆盖形成于另一表面的一部分的梳齿状的共用电极22的方式形成栅极绝缘膜12,在该栅极绝缘膜12的表面的一部分形成像素电极21,进一步以覆盖上述像素电极21及薄膜晶体管20的方式形成绝缘膜18。此外,在上述绝缘膜18上层叠取向层4、液晶层5、取向层4、彩色滤光片6、第二基板7及偏光板8。因此,像素电极与共用电极的最小隔开距离d可利用两电极位置、像素电极21的梳齿状部分的电极宽度l或像素电极21的梳齿状部分的间隙宽度m进行调整。
如图7那样,若上述像素电极较上述共用电极更向第二基板侧突出,且两者一起并列设置于第一基板上,则在上述共用电极与上述像素电极之间形成平面方向成分的电场,且像素电极的表面与共用电极的表面的厚度方向的高度不同,因此也可同时施加厚度方向成分的电场(E)。
另外,FFS方式的液晶显示元件是利用边缘电场,只要为接近的共用电极与像素电极的最短隔开距离d短于取向层彼此的最短隔开距离G的条件,则并无特别限制,因此例如也可在梳齿状的像素电极的多个齿部及梳齿状的共用电极的多个齿部隔开并啮合的状态下,设置于基板上而构成。在该情况中,只要使共用电极的齿部与像素电极的齿部的隔开距离短于取向层彼此的最短隔开距离G,则可利用边缘电场。
在将通过本发明的液晶取向膜的制造方法获得的取向膜用于FFS方式的液晶显示元件的情况中,可发挥较高的锚定效果,因此可发挥减少烧屏的效果。
本发明的第三实施方式的构成优选为在与形成有含有薄膜晶体管的电极层3的第一基板相同的基板侧形成彩色滤光片6。该方式通常被称为彩色滤光阵列(COA)等。关于具体的构造,以下使用图8及图9进行说明。图8是在图4的III-III线方向将液晶显示元件切断的剖面图的另一方式。该液晶组合物的构成是在表面形成有取向层4、薄膜晶体管20(11、13、15、16、17)、彩色滤光片6及像素电极21的第一基板2与在表面形成有取向层4及共用电极22的第二基板7以上述取向层彼此相对的方式隔开,且在该空间填充有含有液晶组合物的液晶层5。此外,在上述第一基板2的表面的一部分形成薄膜晶体管20、栅极绝缘膜12,进一步以被覆该薄膜晶体管20的方式形成也为平坦膜的缓冲层30,在该缓冲层30上依序层叠彩色滤光片6、像素电极21及取向层4。因此,与图5等不同,在第二基板7上不存在彩色滤光片6。
此外,液晶显示元件具有位于中央部的矩形的显示区域R1、以及位于显示区域周缘部的框状的非显示区域R2,在显示区域R1内形成有红色、绿色或蓝色的彩色滤光片。更详细而言,将彩色滤光片的周缘部重叠配设于信号线(数据配线、栅极配线等)。
在彩色滤光片上设置有由ITO(铟锡氧化物)等的透明导电膜形成的多个像素电极21。各像素电极21隔着绝缘膜18及形成于各着色层的通孔(未图示)而连接于对应的薄膜晶体管。更详细而言,像素电极21隔着上述的接触电极而连接于薄膜晶体管。也可在像素电极21上配设多根柱状间隔件(未图示)等。在彩色滤光片及像素电极21上形成有取向膜4。
图9是表示与图8不同的方式的彩色滤光阵列的图,是将图8中的薄膜晶体管20与基板2的部位放大而表示的图。在该图8中,成为彩色滤光片存在于较薄膜晶体管更靠液晶层侧的构成,在图9的方式中,成为薄膜晶体管存在于较彩色滤光片更靠液晶层侧的构成,上述薄膜晶体管与彩色滤光片隔着缓冲层而接合。
[实施例]
[高分子光取向材料的合成方法]
(合成例1)
[化24]
[式1的化合物的合成]
[化25]
使199g(1.21mol)的8-氯辛醇、158.3g(1.84mol)的甲基丙烯酸甲酯、1.5g的4-甲氧基苯酚、22.8g(0.12mol)的对甲苯磺酸溶解于450ml的环己烷中,并进行6小时加热回流。将反应液冷却至室温,并利用水将溶液清洗3次之后,利用饱和碳酸氢钠水溶液清洗3次,其后利用饱和盐水清洗2次。利用无水硫酸钠使溶液干燥,并蒸馏去除溶剂,由此以无色透明的液体的形式获得258g的式1的化合物。纯度99%(GC)。M+232。
[式2的化合物的合成]
[化26]
使34.6g(0.284mol)的4-羟基苯甲醛、49g(0.341mol)的碳酸钾溶解于500mL的二甲基甲酰胺中,并在氮气气氛下,在室温下添加58g(0.284mol)的甲基丙烯酸8-氯辛酯。将反应液加热至90度,并进行6小时搅拌。利用GC确认反应结束后,将反应液冷却至室温,并进行过滤。添加200ml的乙酸乙酯与200ml的水,再次进行过滤。将有机层与水层分离,在水层添加乙酸乙酯,进行3次萃取。合并全部有机层,利用饱和盐水进行3次清洗。在有机层添加无水硫酸钠,使之干燥,并蒸馏去除溶剂,而获得粗制的式2的化合物。所获得的式2的化合物不进行特别的精制而用于后续的反应。M+318。
[式3的化合物的合成]
[化27]
使50g(约0.14mol)的2、4.43g(0.029mol)磷酸二氢钠、16g的30%过氧化氢溶液溶解于60ml的水及350ml的乙腈中,进行冰浴冷却。接着,将使23g的78%的亚氯酸钠稀释于200ml的水中而得的溶液滴加至反应液中之后,在室温下搅拌反应液一夜。使用HPLC确认反应结束。在反应液中添加10%盐酸直至pH值变为1,对析出的白色固体进行过滤分离。利用水对所获得的固体进行3次清洗。使所获得的粗体3溶解于二氯甲烷中,并在其中添加无水硫酸钠,使之干燥。在溶液中添加庚烷,减压蒸馏去除二氯甲烷,对析出的固体进行过滤分离,获得作为目标的式3的化合物30g。纯度99%(HPLC)。
[式4的化合物的合成]
[化28]
使50g(0.246mol)的4-溴-2-甲氧基苯酚、47.2g(0.369mol)的丙烯酸叔丁酯、50.9g(0.369mol)的碳酸钾溶解于700ml的N-甲基吡咯烷酮中,并对系统进行氮气置换。在反应液中添加0.055g(0.246mmol)的乙酸钯,再次进行氮气置换,并在系统内在130度搅拌6小时。利用HPLC确认反应结束。将反应液冷却至室温,并在其中添加300ml的乙酸乙酯与300ml的5%盐酸。将有机层与水层分离,并在水层中添加乙酸乙酯,进行萃取。合并全部有机层,利用饱和盐水进行3次清洗,利用无水硫酸钠使之干燥。蒸馏去除溶剂,并在其中添加80g的硅胶,制成浆料。将其填充于100g氧化铝/300g硅胶柱中,并利用乙酸乙酯/庚烷混合溶液使之溶出。蒸馏去除溶剂,并利用庚烷使所获得的粗结晶再结晶,以白色固体的形式获得43.2g的式4的化合物。纯度99%(HPLC)。M+250。
[式5的化合物的合成]
[化29]
使22.3g(0.06676mol)的3、16.7g(0.06677mol)的4、1.22g(10mmol)的4-二甲胺基吡啶溶解于400ml的二氯甲烷中,并对系统进行氮气置换之后,进行冰浴冷却。接着,将使12.6g(0.1mol)的N,N'-二异丙基碳二酰亚胺溶解于100ml的二氯甲烷而得的溶液滴加至反应液中之后,在室温下搅拌一夜。过滤反应液,并利用200ml的10%盐酸清洗反应液,接着利用200ml的饱和盐水进行3次清洗,利用无水硫酸镁使之干燥。一定程度上蒸馏去除溶剂,并在其中添加70g的硅胶,制成浆料,填充于100g氧化铝/200g硅胶柱内,并利用二氯甲烷使之溶出。蒸馏去除溶剂,并利用乙酸乙酯/庚烷的混合溶剂再结晶,由此以白色固体的形式获得作为目标的式5的化合物31.8g。纯度99%(HPLC)。M+566。
[式6的化合物的合成]
[化30]
使31.8g(0.0562mol)的5溶解于200ml的二氯甲烷中,并对系统进行氮气置换之后,进行冰浴冷却。在系统内滴加32g(0.280mol)的三氟乙酸之后,在室温下搅拌一夜。利用HPLC确认反应结束。在反应液中添加300ml的庚烷,并蒸馏去除溶剂,由此使固体析出,并将其过滤分离。利用水与庚烷清洗所获得的固体,以无色的结晶的形式获得作为目标的式6的化合物26g。纯度99%(HPLC)。
[式I-1-1的化合物的合成]
[化31]
使22.9g(45mmol)的6、4.9g(0.04mol)的3-羟基丙腈、0.70g(5.6mmol)的4-二甲胺基吡啶溶解于200ml的二氯甲烷中,并对系统进行氮气置换之后,进行冰浴冷却。接着,将使7.87g(64mmol)的N,N'-二异丙基碳二酰亚胺溶解于50ml的二氯甲烷中而得的溶液滴加至反应液中之后,在室温下搅拌一夜。过滤反应液,并利用100ml的10%盐酸清洗反应液,接着利用100ml的饱和盐水进行3次清洗,利用无水硫酸镁使之干燥。使用30g氧化铝/300g硅胶柱与乙酸乙酯/二氯甲烷混合溶剂进行精制。蒸馏去除溶剂,使用甲醇使所获得的固体再结晶,以白色固体的形式获得16.4g的式I-1-1的化合物。纯度99.5%(HPLC)。M+563。
[聚合物P-I-1-1的合成]
[化32]
使16.5g的式I-1-1的化合物、AIBN 92mg溶解于THF 82.5mL中,并在氮气气氛下,在55℃使之反应6小时。在所获得的溶液中添加己烷,由此使目标物沉淀,对该沉淀物进行减压干燥,由此获得目标聚合物P-I-1-111g。该聚合物的重均分子量为198,000。
(合成例2)
将10-溴-1-癸醇34g、甲基丙烯酸22g、4-甲氧基苯酚70mg、对甲苯磺酸一水合物2g、环己烷200mL、二异丙醚40mL混合,并利用油浴加热,使之回流8小时。将反应液放置冷却至30℃之后,在反应液中添加水100mL,萃取有机层。对该有机层,利用5%碳酸氢钠水溶液100mL进行2次清洗,利用饱和盐水100mL进行1次清洗。对清洗后的有机层进行减压浓缩,获得作为无色液体的化合物(a-1-1)50g。在反应容器中,使对羟基苯甲醛23g、碳酸钾46g、化合物(a-1-1)46g悬浮于DMF 300mL,并在90℃搅拌6小时,而结束反应。将反应液冷却至10℃之后,在反应液中滴加水650mL,而使固体析出。过滤取得固体,获得作为褐色粒状固体的化合物(a-1-2)72g。在反应容器中,使化合物(a-1-2)66g溶解于甲醇980mL中,并在其中依序添加磷酸二氢钠水溶液(将磷酸二氢钠二水和物19g溶解于水250mL中而得到)、30%过氧化氢溶液(32mL)。滴加加入亚氯酸钠水溶液(将纯度80%的亚氯酸钠27g溶解于水220mL中而得到)。滴加结束后,在45℃对反应液进行3小时搅拌,结束反应。慢慢地将反应液冷却至20℃之后,在反应液中滴加水,使固体析出。过滤取得固体,利用水对固体进行振荡清洗。将通过这样的方式获得的无色鳞片状结晶的粗产物在减压下干燥8小时,而获得作为无色结晶的化合物(a-1-3)47g。
另一方面,使1-乙基-3-(3-二甲基胺基丙基)碳二酰亚胺盐酸盐54g、4-二甲胺基吡啶0.3g溶解于2-氰基乙醇406mL中。在该溶液中在10℃历时1小时滴加将阿魏酸50g溶解于2-氰基乙醇203mL中而得的溶液,并将滴加后所得的溶液在室温下搅拌4小时。将反应液与15℃的冷水混合,并在混合液中添加甲苯/THF混合溶剂,萃取有机层。利用饱和盐水200mL清洗有机层后进行浓缩,使所获得的黄色固体再结晶,由此获得作为白色固体的化合物(a-1-4)37g。
使化合物(a-1-3)39g、化合物(a-1-4)28g、4-二甲胺基吡啶0.3g悬浮于二氯甲烷140mL,一边将内温保持为10℃以下,一边滴加二异丙基碳二酰亚胺172g,其后在15~25℃搅拌3小时。确认原料消失后,在反应液中添加水,由此使反应失活。过滤分离所获得的析出物,制成二氯甲烷溶液后,利用柱层析法进行精制。从二氯甲烷溶液中减压蒸馏去除二氯甲烷后,添加甲醇,并冷却至0℃,而使结晶析出。过滤分离结晶,并进行减压干燥,而获得甲基丙烯酸酯单体(a-1)51g。
使所获得的甲基丙烯酸酯单体(a-1)16.5g、AIBN 92mg溶解于THF 82.5mL中,在氮气气氛下,在55℃使之反应6小时。在所获得的溶液中添加己烷,由此使目标物沉淀,对该沉淀物进行减压干燥,由此获得目标的聚甲基丙烯酸酯(高分子光取向材料P-I-1-2)11g。该聚甲基丙烯酸酯(高分子光取向材料P-I-1-2)的重均分子量为248,000。
另外,重均分子量是基于以下的测定条件,通过GPC(凝胶渗透层析法,GelPermeation Chromatography)测定。测定装置使用Tosoh公司制造的GPC装置HLC-8220GPC,分析柱使用TSKgel GMHXL×2根、TSKgel G2000XL×1根、TSKgel G1000XL×1根的合计4根串联,检测器使用示差折射率(RI)检测器,用于制成校准曲线的标准试样使用昭和电工制造的聚苯乙烯标准试样STANDARD SM-105(分子量范围1,300~3,800,000)。将所获得的聚合物以成为1μg/mL的浓度的方式溶解于THF中,并将流动相设为THF,将送液速度设为1mL/分钟,将柱温度设为40℃,将试样注入量设为300μL进行测定。
[取向膜的制备方法]
(实施例1)
在将上述合成的高分子光取向材料P-I-1-1溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮(以下,称为NMP)中之后,添加2-丁氧基乙醇,以按重量比计成为NMP:2-丁氧基乙醇:高分子光取向材料1=47.5:47.5:5的方式进行调整,并使用menbrane solutions(迈博瑞)公司制造的MSPTFE syringe filter(针筒过滤器)(5μm、1μm、0.45μm)进行过滤,从而获得光取向膜溶液。使用Mikasa股份有限公司制造的旋转涂布机IH-DX2,将该溶液以成为约90nm的厚度的方式旋转涂布于E.H.C股份有限公司制造的基板SZ-B107MIN(UP/LOW),其后在AS ONE股份有限公司制造的加热板DIGITAL HOT PLATE NINOS ND1上,在80℃干燥3分钟,进一步使用ASONE公司制造的烘箱DO-600FA,在空气气氛下,在180℃干燥5分钟。干燥后缓慢冷却至室温。接着,在上述干燥工序后,使用图10所示的照射装置,在将干燥的膜的温度维持为25℃的状态下,以100mJ/cm2照射313nm的直线偏光5秒钟,从而制备本发明的光取向膜。
(实施例2)
在将上述合成的高分子光取向材料P-I-1-1溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮(以下,称为NMP)中之后,添加2-丁氧基乙醇,以按重量比计成为NMP:2-丁氧基乙醇:高分子光取向材料1=47.5:47.5:5的方式进行调整,并使用menbrane solutions(迈博瑞)公司制造的MSPTFE syringe filter(针筒过滤器)(5μm、1μm、0.45μm)进行过滤,从而获得光取向膜溶液。使用Mikasa股份有限公司制造的旋转涂布机IH-DX2,将该溶液以成为约90nm的厚度的方式旋转涂布于E.H.C股份有限公司制造的基板SZ-B107MIN(UP/LOW),其后在AS ONE股份有限公司制造的加热板DIGITAL HOT PLATE NINOS ND1上,在80℃干燥3分钟,进一步使用ASONE公司制造的烘箱DO-600FA,在空气气氛下,在180℃干燥5分钟。干燥后缓慢冷却至室温。接着,在上述干燥工序后,使用图10所示的照射装置,在将干燥的膜的温度维持为50℃的状态下,以100mJ/cm2照射313nm的直线偏光5秒钟,从而制备本发明的光取向膜。
(实施例3)
在将上述合成的高分子光取向材料P-I-1-1溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮(以下,称为NMP)中之后,添加2-丁氧基乙醇,以按重量比计成为NMP:2-丁氧基乙醇:高分子光取向材料1=47.5:47.5:5的方式进行调整,并使用menbrane solutions(迈博瑞)公司制造的MSPTFE syringe filter(针筒过滤器)(5μm、1μm、0.45μm)进行过滤,从而获得光取向膜溶液。
使用Mikasa股份有限公司制造的旋转涂布机IH-DX2,将该溶液以成为约90nm的厚度的方式旋转涂布于E.H.C股份有限公司制造的基板SZ-B107MIN(UP/LOW),其后在AS ONE股份有限公司制造的加热板DIGITAL HOT PLATE NINOS ND1上,在80℃干燥3分钟,进一步使用AS ONE公司制造的烘箱DO-600FA,在空气气氛下,在180℃干燥5分钟。干燥后缓慢冷却至室温。接着,在上述干燥工序后,使用图10所示的照射装置,在将干燥的膜的温度维持为70℃的状态下,以100mJ/cm2照射313nm的直线偏光5秒钟,从而制备本发明的光取向膜。
(实施例4)
在将上述合成的高分子光取向材料P-I-1-1溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮(以下,称为NMP)中之后,添加2-丁氧基乙醇,以按重量比计成为NMP:2-丁氧基乙醇:高分子光取向材料1=47.5:47.5:5的方式进行调整,并使用menbrane solutions(迈博瑞)公司制造的MSPTFE syringe filter(针筒过滤器)(5μm、1μm、0.45μm)进行过滤,从而获得光取向膜溶液。
使用Mikasa股份有限公司制造的旋转涂布机IH-DX2,将该溶液以成为约90nm的厚度的方式旋转涂布于E.H.C股份有限公司制造的基板SZ-B107MIN(UP/LOW),其后在AS ONE股份有限公司制造的加热板DIGITAL HOT PLATE NINOS ND1上,在80℃干燥3分钟,进一步使用AS ONE公司制造的烘箱DO-600FA,在空气气氛下,在180℃干燥5分钟。干燥后缓慢冷却至室温。接着,在上述干燥工序后,使用图10所示的照射装置,在将干燥的膜的温度维持为100℃的状态下,以100mJ/cm2照射313nm的直线偏光5秒钟,从而制备本发明的光取向膜。
(实施例5)
在将上述合成的高分子光取向材料P-I-1-1溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮(以下,称为NMP)中之后,添加2-丁氧基乙醇,以按重量比计成为NMP:2-丁氧基乙醇:高分子光取向材料1=47.5:47.5:5的方式进行调整,并使用menbrane solutions(迈博瑞)公司制造的MSPTFE syringe filter(针筒过滤器)(5μm、1μm、0.45μm)进行过滤,从而获得光取向膜溶液。
使用Mikasa股份有限公司制造的旋转涂布机IH-DX2,将该溶液以成为约90nm的厚度的方式旋转涂布于E.H.C股份有限公司制造的基板SZ-B107MIN(UP/LOW),其后在AS ONE股份有限公司制造的加热板DIGITAL HOT PLATE NINOS ND1上,在80℃干燥3分钟,进一步使用AS ONE公司制造的烘箱DO-600FA,在空气气氛下,在180℃干燥5分钟。干燥后缓慢冷却至室温。接着,在上述干燥工序后,使用图10所示的照射装置,在将干燥的膜的温度维持为120℃的状态下,以100mJ/cm2照射313nm的直线偏光5秒钟,从而制备本发明的光取向膜。
(实施例6~13)
在将上述合成的高分子光取向材料P-I-1-2溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮(以下,称为NMP)中之后,添加2-丁氧基乙醇,以按重量比计成为NMP:2-丁氧基乙醇:高分子光取向材料1=47.5:47.5:5的方式进行调整,并使用menbrane solutions(迈博瑞)公司制造的MSPTFE syringe filter(针筒过滤器)(5μm、1μm、0.45μm)进行过滤,从而获得6种光取向膜溶液。
使用Mikasa股份有限公司制造的旋转涂布机IH-DX2,将该6种溶液分别以成为约90nm的厚度的方式旋转涂布于E.H.C股份有限公司制造的基板SZ-B107MIN(UP/LOW),其后在AS ONE股份有限公司制造的加热板DIGITAL HOT PLATE NINOS ND1上,在80℃干燥3分钟,进一步使用ASONE公司制造的烘箱DO-600FA,在空气气氛下,在180℃分别干燥5分钟。干燥后缓慢冷却至室温。接着,在上述干燥工序后,使用图10所示的照射装置,在将干燥的膜的温度分别维持为25℃、40℃、55℃、70℃、85℃、100℃的状态下,以100mJ/cm2照射313nm的直线偏光5秒钟,从而分别制备本发明的6种光取向膜。
[光取向膜的评价]
使用实施例1~13中制成的基板夹持DIC股份有限公司制造的液晶PA0500,组装成液晶单元。对该液晶单元的锚定能进行测定,结果确认到根据偏光照射时的温度,锚定能发生变化(参照图11)。
如上所述,确认到根据本发明,即便大幅度地缩短利用现有的光取向材料所必需的长生产节拍时间,也可制备具备大的锚定能的光取向膜。另外,锚定能的测定使用以下方法。
使用上述液晶单元,通过被称为扭矩平衡法的方法(日本液晶学会讨论会讲演预稿集(2001年)的251至252页中报告的方法),对光取向膜的方位角锚定能进行测定。具体而言,在液晶单元中注入参考例7中制备的液晶组合物(A),并在92℃加热2分钟后,冷却至室温。在具备白色光源、起偏器(入射侧偏光板)、检偏器(出射侧偏光板)、检测器的光学测定装置(OMS-DI4RD,中央精机股份有限公司制造)的起偏器-检偏器间配置该液晶单元,并一边使起偏器与检偏器旋转,一边利用检测器检测透过光的光量,求出检测的光量变为最小时的起偏器与检偏器的旋转角,将该角度设为扭转角φ1。
接着,从该液晶单元抽出液晶组合物(A),取而代之注入液晶组合物(B),在2℃加热2分钟后,冷却至室温。使用该液晶单元,以与上述相同的方式,求出起偏器与检偏器的旋转角,将该角度设为扭转角φ2。
方位角锚定能A通过式(1)来求出。其中,K22为液晶的扭转弹性系数,d为单元间隙,p为具有手性的液晶的螺距。
A=2K22(2πd/p-φ2)/d·sin(φ2-φ1) (1)
所获得的方位角锚定能如图11所示。
其结果为,根据图11确认到,任一聚合物在40℃至85℃锚定能均得到改善,更优选为在60℃至70℃由加热所得的效果变得更明显。
符号说明
111:电源;112:紫外线灯;113:无偏光紫外线(全波长);114:干涉滤光器;115:无偏光紫外线(313nm);116:偏光滤光器;117:偏光紫外线(313nm);118:光取向膜;119:玻璃基板;1110:加热板;100:第1基板;102:TFT层;103:像素电极;104:钝化膜;105:第1取向膜;200:第2基板;201:平坦化膜(保护层);202:黑矩阵;203:彩色滤光片;204:透明电极;205:第2取向膜;301:密封材料;302:突起(柱状间隔件);303:液晶层;304:突起(柱状间隔件);401:掩模图案;402:树脂层;L:光;1、8:偏光板;2:第一基板;3:电极层;4:取向膜;5:液晶层;6:彩色滤光片;6G:绿彩色滤光片;6R:红彩色滤光片;7:第二基板;11:栅极电极;12:栅极绝缘膜;13:半导体层;14:绝缘层;15:奥姆接触层;16:漏极电极;17:源极电极;18:绝缘保护层;21:像素电极;22:共用电极;23:存储电容器;25:数据配线;27:源极配线;29:共用线;30:缓冲层。
Claims (6)
1.一种液晶取向膜的制造方法,其特征在于,包括下述工序:
工序(I),将溶剂及通式(2)所表示的光响应性高分子混合而制备光响应性高分子溶液;
工序(II),将所述光响应性高分子溶液涂布于基板上之后,在50~100℃干燥1~3分钟,进一步在120℃~180℃干燥5~75分钟,形成涂膜;以及
工序(III),将对所述涂膜照射250~330nm的光时的所述涂膜的温度调整为50℃~90℃,
上述通式(2)中,R21~R24分别独立地为氢原子或碳原子数1~5个的烷氧基;
W表示氢原子、氟原子、甲基、甲氧基、乙基或乙氧基,W表示选自由下述通式(W-1)~(W-8)所组成的组中的至少1种;
X为6~12的整数,Y为1,n表示重复单元。
2.根据权利要求1所述的液晶取向膜的制造方法,其中,所述250~330nm的光是从相对于所述基板大致垂直的方向照射,且照射量为10~100mJ/cm2的直线光。
3.根据权利要求1所述的液晶取向膜的制造方法,其中,使液晶分子在相对于基板大致水平的方向取向。
4.根据权利要求1所述的液晶取向膜的制造方法,其中,利用所述工序(II)获得的涂膜的平均厚度为10~100nm。
5.一种液晶组合物的取向方法,包括下述工序:
工序(1),将溶剂及通式(2)所表示的光响应性高分子混合而制备光响应性高分子溶液;
工序(2),在第1基板及第2基板的表面形成所述光响应性高分子溶液的被膜之后,在50~100℃干燥1~3分钟,进一步在120℃~180℃干燥5~75分钟从而使所述被膜干燥;
工序(3),在将干燥的所述被膜的温度维持为50℃~90℃的状态下照射250~330nm的光,从而在所述第1基板及第2基板的表面形成液晶取向膜;以及
工序(4),在一对液晶取向膜之间填充液晶组合物,所述一对液晶取向膜是将形成有所述液晶取向膜的一对基板以所述液晶取向膜彼此相对并隔开的方式贴合而形成,
上述通式(2)中,R21~R24分别独立地为氢原子或碳原子数1~5个的烷氧基;
W表示氢原子、氟原子、甲基、甲氧基、乙基或乙氧基,W表示选自由下述通式(W-1)~(W-8)所组成的组中的至少1种;
X为6~12的整数,Y为1,n表示重复单元。
6.一种液晶显示元件,具备通过权利要求1~4中任一项所述的方法获得的液晶取向膜。
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