CN107966755B - 位相差膜、其制备方法及显示装置 - Google Patents

位相差膜、其制备方法及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及显示领域，特别涉及一种位相差膜，由取向层和液晶聚合物构成，液晶聚合物层由取向相互垂直的反应性液晶聚合固化而成。反应性液晶为棒状分子，具有双折射光学特性，在一层膜中的取向相互交叉垂直，在斜视角情况下，呈近似相互垂直的排列，类似+A膜和+C膜的结构，可以对上下偏光片的轴角度进行补偿，使轴角度接近90度，防止漏光现象，起到拓宽视角的作用。本发明的位相差膜厚度与现有2层位相差膜结构来说，膜厚度降低。

Description

位相差膜、其制备方法及显示装置
技术领域
本发明涉及显示领域，特别涉及一种位相差膜、其制备方法及显示装置。
背景技术
在大角度观看的情况下，显示器亮暗对比变差会使画面失真，而在可接受的观测角度范围就称为视角。
液晶显示器的视角是评价其显示效果的重要参数。为了提高液晶显示器的显示对比度，抑制黑色显示状态下的漏光很重要。当在与显示平面垂直的方向观察时，由于上下偏光片的偏光轴角度夹角刚好为90度，因此一般的液晶显示器表现的黑色显示较好，无漏光现象。但是当从与垂直于显示平面的方向倾斜的方向，即斜视角方向观察时，由于双折射以及上下偏光片的偏光轴偏离相互正交的关系(偏光轴夹角大于90度)，液晶显示器往往出现漏光现象，进而造成斜视角的对比度变低，视野受到限制，显示质量降低。
不同的液晶显示模式，所采用的位相差膜也不同。针对斜视角出现漏光问题ADS显示模式的液晶显示器，通常通过在偏光片中增加1到2层位相差膜来实现斜视角的光学补偿。单层位相差膜(例如Z plate)通常是由环状链烯聚合物(COP)树脂制成的薄膜，COP树脂来源于动物系、植物系及矿物系的油类和脂类，对有机溶剂(酒精、IPA等)及其他物理性损伤的抗性弱，一旦经过有机溶剂(酒精、IPA等)擦拭过后，在严苛的信赖性环境中容易发生断裂，造成显示不良；同时单层位相差膜结构，为了实现补偿效果，膜层需要制作非常厚(约150微米)才能实现所需要的位相差。
2层位相差膜结构，以+A膜(正性双曲折单轴A-plate)和+C膜(正性双曲折单轴C-plate)两层膜为例进行说明。+A膜的nx＞ny＝nz，+C膜的nz＞ny＝nx，+A膜的晶体和+C膜的晶体在轴向上相互垂直，对斜视角的上下偏光片的轴角度进行补充减小斜视角下的L0漏光现象，起到拓宽视角的作用。2层位相差膜的结构厚度在30～70微米，在严苛的可信赖环境中容易出现分层，造成显示不良。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可实现斜视角补偿的单层位相差膜及显示装置，所述位相差膜不会出现分层及断裂现象。
本发明公开了一种位相差膜，包括取向层和设置于所述取向层上的液晶聚合物层，所述液晶聚合物层由取向相互垂直的反应性液晶聚合固化而成。
优选的，所述反应性液晶的一部分分子取向与取向层表面平行，另一部分分子取向与取向层表面垂直。
本发明公开了一种位相差膜的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上制备取向层；
在所述取向层上涂覆反应性液晶层；
对反应性液晶进行第一次配向，使反应性液晶的分子取向与取向层表面平行；
对反应性液晶进行第二次配向，使部分区域的反应性液晶的取向与取向层表面垂直；
固定反应性液晶的配向，得到液晶聚合物层；
所述取向层和液晶聚合物层构成位相差膜。
优选的，所述第一次配向包括：采用线偏振态紫外光照射反应性液晶，使反应性液晶的分子取向与取向层表面平行。
优选的，所述第二次配向包括：
对部分区域的反应性液晶施加垂直于取向层的电场，使该区域的反应性液晶的取向与取向层表面垂直分布。
优选的，所述电场采用狭缝电极施加，所述电场的电压大于等于反应性液晶的饱和电压。
优选的，所述电场的强度为4V～7V。
优选的，所述衬底为显示装置的上偏光片或下偏光片。
优选的，所述固定反应性液晶的配向包括：
在恒定温度下对反应性液晶进行紫外线固化。
优选的，所述紫外线固化时的温度为100～130℃。
优选的，所述紫外线固化在氮气中进行。
本发明还公开了一种显示装置，包括：
上偏光片，下偏光片，设置于上下偏光片之间的液晶显示面板以及上述技术方案所述的位相差膜；
所述位相差膜设置于上偏光片与液晶显示面板之间或者设置于液晶显示面板与下偏光片之间。
优选的，若所述位相差膜设置于上偏光片与液晶显示面板之间，所述上偏光片吸收轴方向与液晶面板中的液晶分子取向(aline)垂直，下偏光片吸收轴方向与液晶面板中的液晶分子取向平行；
优选的，若所述位相差膜设置于下偏光片与液晶面板之间，所述上偏光片吸收轴方向与液晶面板中的液晶分子取向平行，下偏光片吸收轴方向与液晶面板中的液晶分子取向垂直。
与现有技术相比，本发明的位相差膜由取向层和液晶聚合物构成，液晶聚合物层由取向相互垂直的反应性液晶聚合固化而成。在本发明中，反应性液晶为棒状分子，具有双折射光学特性，取向相互垂直且位于一层膜中，在斜视角情况下，呈近似相互垂直的排列，类似+A膜和+C膜的结构，可以对上下偏光片的吸收轴角度进行补偿，使吸收轴角度接近90度，防止漏光现象，起到拓宽视角的作用。本发明的位相差膜厚度与现有2层位相差膜结构来说，膜厚度降低。
附图说明
图1表示现有技术具有斜视角补偿结构的显示装置结构示意图；
图2表示+A膜和+C膜的结构示意图；
图3表示图1所示显示装置的视角范围的曲线图；
图4表示另外一种现有技术具有斜视角补偿结构的显示装置结构示意图；
图5表示图4所示显示装置的视角范围的曲线图；
图6表示不添加位相差膜的液晶显示装置结构示意图；
图7表示图6所示显示装置的视角范围的曲线图；
图8表示本发明制备的位相差膜的结构示意图；
图9表示制备位相差膜时，准备调整反应性液晶取向时的位相差膜结构示意图；
图10表示本发明一实施例显示装置的结构示意图；
图11表示本发明另一实施例显示装置的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
以下描述的位相差膜与液晶显示面板共同形成显示装置时，设定液晶显示面板中的液晶分子排列角度为90度的情况，即所述液晶面板内液晶分子的分子长轴与液晶面板表面平行，且与上偏光片吸收轴的方向相垂直。现有技术具有斜视角补偿结构的ADS模式显示装置如图1所示。
1为上偏光片，其吸收轴方向定义为0度，4表示下偏光片，其吸收轴方向定义为90度，上偏光片的吸收轴方向与下偏光片的吸收轴方向相互垂直，21表示+A膜，其中的棒状分子经配向后，与ADS液晶面板内液晶分子的取向一致，均定义为90度；所述液晶显示面板内液晶分子的取向为液晶分子长轴与液晶显示面板表面平行，且与上偏光片吸收轴的方向相垂直。22表示+C膜，其棒状高分子经配向后，在立体面内与+A膜的高分子取向垂直。22与21叠加在一起，斜视角下呈近似相互垂直的排列，对上下偏光片的轴角度进性补偿，使其夹角接近90。
+A膜和+C膜中的棒状高分子相互垂直排列，在立体空间中斜视角观察也近似呈垂直的关系，同时正视角的位相差为0。
图2是+A膜和+C膜的结构示意图，21表示+A膜，221表示棒状高分子材料，经配向后，与ADS液晶显示面板内液晶分子的取向一致；22表示+C膜，222表示棒状高分子材料，经配向后，在立体面内与+A膜的高分子取向垂直。
图3是利用Tech-Wiz软件进行对图1所示显示装置模拟获得的视角范围的曲线图。
现有技术具有斜视角补偿结构的显示装置还可以如图4所示，1为上偏光片，其吸收轴方向为0度，4表示下偏光片，其吸收轴方向为90度，21表示+A膜，22表示+C膜。所述+A膜设置于+C膜和液晶面板3之间。此种情况下，+A膜的棒状高分子材料，经配向后，与液晶显示面板表面平行且与ADS液晶显示面板内液晶分子的取向相互垂直，即+A膜的取向为0度，ADS液晶面板内液晶分子的取向为90度。
图5是利用Tech-Wiz软件进行对图4所示显示装置模拟获得的视角范围的曲线图。
不添加位相差膜的液晶显示装置结构如图6所示，包括依次设置的上偏光片1，液晶面板3和下偏光片4。
图7是利用Tech-Wiz软件进行对图6所示显示装置模拟获得的视角范围的曲线图。由图7可见，不添加位相差膜的显示装置，视角范围小。
由图3、图5和图7可以看出，添加由+A膜和+C膜构成的位相差膜后，液晶显示装置的视野较大，+A膜和+C膜构成的位相差膜能够起到斜视角补偿效果。
本发明的实施例公开了一种位相差膜，包括取向层和设置于所述取向层上的液晶聚合物层，所述液晶聚合物层由取向相互垂直的反应性液晶聚合固化而成。
图8是本发明制备的位相差膜的结构示意图。
本发明的位相差膜由取向层和液晶聚合物层构成。所述取向层主要完成对液晶的初步配向。所述取向层可以选择聚乙烯醇或者聚酰亚胺制成。
所述液晶聚合物层由取向相互垂直的反应性液晶聚合固化而成。优选的，所述反应性液晶的一部分分子取向与取向层表面平行，另一部分分子取向与取向层表面垂直。
所述反应性液晶(reactive mesogens)为含有可聚合基团的、以及棒状或板状液晶基团的液晶化合物。本发明优先选择棒状反应性液晶化合物，其长轴方向即取向的方向。棒状反应性液晶通常包含由彼此直接连接或经由连接基团连接的一个或多个芳族或脂环族基团组成的棒状，即杆或板条形液晶基团，任选包含连接于杆短端的末端基团，和任选包含一个或多个连接于杆长侧的侧基，其中这些端基和侧基通常选自例如二价碳基或烃基，极性基团如卤素、硝基、羟基等、或可聚合基团。
优选的，所述反应性液晶为以下化学式所示的：
其中，n为0～12的整数，R可以为氢、甲基或卤原子。
本发明选用的反应性液晶由默克公司提供。所述反应性液晶经配向后形成取向相互垂直的精确排列状态，然后经过聚合固化，从而固定下来。本发明形成的液晶聚合物层中有竖直方向取向的反应性液晶聚合物，等效于+C膜；也有水平方向取向的反应性液晶聚合物，等效于+A膜。因此，在斜视角下，呈相互垂直取向的反应性液晶聚合物可以起到补偿视角的作用。
本发明的位相差膜的厚度优选为2～5微米，轻便，而且不会出现分层和断裂。
本发明的实施例还公开了一种位相差膜的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上制备取向层；
在所述取向层上涂覆反应性液晶层；
对反应性液晶进行第一次配向，使反应性液晶的分子取向与取向层表面平行；
对反应性液晶进行第二次配向，使部分区域的反应性液晶的取向与取向层表面垂直分布；
固定反应性液晶的配向，得到液晶聚合物层；
所述取向层和液晶聚合物层构成位相差膜。
按照本发明，首先在衬底上制备取向层。所述衬底可以是玻璃、石英，也可以是偏光片的TAC层。所述衬底仅仅其支撑作用，以便于制作取向层和液晶聚合物层，制备完成后还可以剥离。所述取向层的材料可以采用但不限于聚乙烯醇或者聚酰亚胺，优选的采用具有输水基团改性的聚乙烯醇。制备取向层的方法为：凹版涂布法、丝网涂布法、旋涂法(spincoating)或者狭缝涂布法(slit coating)。
制备取向层后，在所述取向层上涂覆反应性液晶层。优选的，将所述反应性液晶溶解于有机溶剂中，通过连续滚涂或者批涂的方式涂覆于取向层上，然后将有机溶剂蒸发掉。所述反应性液晶的质量占有机溶剂质量的20～30％。
涂覆反应性液晶后，对反应性液晶进行第一次配向，使反应性液晶的分子取向与取向层表面平行。优选的，所述第一次配向的方法为：采用线偏振态紫外光照射反应性液晶，使反应性液晶的分子取向与取向层表面平行。所述紫外光的波长优选为300～370nm。
完成第一次配向后，对反应性液晶层进行第二次配向。所述第二次配向的方法为：
对部分区域的反应性液晶施加垂直于取向层的电场，使该区域的反应性液晶的取向与取向层表面垂直分布。
所述选择施加电场的区域间隔排列，优选的施加电场区域与未施加电场区域均匀间隔排列。经过施加垂直于取向层的电场，施加电场区域的反应性液晶的长轴取向与取向层表面在立体面内呈垂直分布，与未施加电场区域的反应性液晶分子也在立体面内呈垂直分布。优选的采用狭缝(slit)电极施加电场，所述电场的电压优选大于等于反应性液晶的饱和电压，从而保证了施加电场区域的反应性液晶分子在立体面内呈竖直方向取向，并且与未施加电场区域的反应性液晶分子的取向在立体面内呈近似垂直的排列。所述电场的强度优选为4v～7v。
图9是制备位相差膜时，准备调整反应性液晶取向时的位相差膜结构示意图。
11为取向层，2为液晶聚合物层，5为施加竖直方向电场的区域，6为施加电场区域的反应性液晶分子，7为未施加电场区域的反应性液晶分子。
完成上述的两次配向后，固定反应性液晶的配向，得到液晶聚合物层。所述固定反应性液晶的配向的方法包括：
在恒定温度下对反应性液晶进行紫外线固化。
所述恒定温度优选为100～130℃。为了避免反应性液晶与空气中的氧气发生反应，优选的，所述紫外线固化在氮气中进行。
在恒定温度、紫外线照射条件下，所述反应性液晶分子之间发生聚合并且固定取向。
当所述衬底为一般玻璃或者石英时。在制备显示装置时，剥离衬底后，所述位相差膜的液晶聚合物层首先与偏光片的靠近液晶面板侧的TAC层进行贴合，再使位相差膜的取向层一侧与LCD贴合。
本发明的实施例还公开了一种显示装置，包括：
上偏光片，下偏光片，设置于上下偏光片之间的液晶显示面板以及上述技术方案所述的位相差膜；
所述位相差膜设置于上偏光片与液晶显示面板之间或者设置于液晶显示面板与下偏光片之间。
若所述位相差膜设置于上偏光片与液晶显示面板之间，所述上偏光片吸收轴方向与液晶面板中的液晶分子取向垂直，下偏光片吸收轴方向与液晶面板中的液晶分子取向平行；若所述位相差膜设置于下偏光片与液晶面板之间，所述上偏光片吸收轴方向与液晶面板中的液晶分子取向平行，下偏光片吸收轴方向与液晶面板中的液晶分子取向垂直。所述液晶面板中的液晶分子取向是指液晶分子的排列方向，对应的英文表述是aline。
图10是本发明一实施例显示装置的结构示意图，包括依次设置的上偏光片1，位相差膜2，液晶面板3和下偏光片4。本发明的显示装置，仅仅包括一层位相差膜，即可达到斜视角光学补偿的效果，而且所述位相差膜比较薄，使整体显示装置达到轻便的效果，在信赖性环境下也不会出现分层现象。
图11是本发明另一实施例显示装置的结构示意图，包括依次设置的上偏光片1，液晶面板3，位相差膜3和下偏光片4。
图9是制备位相差膜时，准备调整反应性液晶取向时的位相差膜结构示意图。
本发明的位相差膜适用于ADS、IPS或FFS模式的显示装置斜视角的补偿。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的位相差膜、其制备方法及显示装置行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
采用凹版涂布法、丝网涂布法、旋涂法(spin coating)或者狭缝涂布法(slitcoating)在衬底上均匀的涂布一层疏水基团改性的聚乙烯醇，经过干燥，得到取向层。
将式I所示的反应性液晶溶解于有机溶剂中，通过连续滚涂或者批涂的方式涂覆于取向层上，然后将有机溶剂蒸发掉，得到反应性液晶层。所述反应性液晶的质量占有机溶剂质量的20～30％。
采用线偏振态紫外光照射反应性液晶，使反应性液晶的分子取向与取向层表面平行。所述紫外光的波长优选为300～370nm。
针对图9中的区域5通过狭缝电极施加竖直方向的电场，使该区域的反应性液晶的取向与取向层表面在立体面内呈垂直分布。之后在维持电场恒定的状态下，使区域5对应的反应性液晶分子在竖直方向达到平衡状态。
在氮气气氛中，100～130℃下进行紫外线照射，使保持竖直取向的反应性液晶分子和保持水平取向的反应性液晶分子发生聚合并固定下来。得到液晶聚合物层。
剥离衬底后，通过卷对卷工艺将制备好的位相差膜的液晶聚合物层与上偏光片的靠近液晶显示面板侧的TAC层进行贴合。然后这样制备的上偏光片与液晶显示面板进行贴合。
液晶面板的另外一侧与下偏光片进行贴合，得到显示装置。所述上偏光片吸收轴方向与液晶显示面板中的液晶分子取向垂直，下偏光片吸收轴方向与液晶面板中的液晶分子取向平行。同时设定液晶显示面板中的液晶分子排列角度为90度。
实施例2
采用凹版涂布法、丝网涂布法、旋涂法(spin coating)或者狭缝涂布法(slitcoating)在衬底上均匀的涂布一层疏水基团改性的聚乙烯醇，经过干燥，得到取向层。
将式I所示的反应性液晶溶解于有机溶剂中，通过连续滚涂或者批涂的方式涂覆于取向层上，然后将有机溶剂蒸发掉，得到反应性液晶层。所述反应性液晶的质量占有机溶剂质量的20～30％。
采用线偏振态紫外光照射反应性液晶，使反应性液晶的分子取向与取向层表面平行。所述紫外光的波长优选为300～370nm。
针对图9中的区域5通过狭缝电极施加竖直方向的电场，使该区域的反应性液晶的取向与取向层表面在立体面内垂直分布。之后在维持电场恒定的状态下，使区域5对应的反应性液晶分子在竖直方向达到平衡状态。
在氮气气氛中，100～130℃下进行紫外线照射，是保持竖直取向的反应性液晶分子和保持水平取向的反应性液晶分子发生聚合并固定下来。得到液晶聚合物层。
剥离衬底后，通过卷对卷工艺将制备好的位相差膜的液晶聚合物层与下偏光片的靠近液晶显示面板侧的TAC层进行贴合。然后这样制备的下偏光片与液晶显示面板进行贴合。
液晶面板的另外一侧与上偏光片进行贴合，得到显示装置。所述上偏光片吸收轴方向与液显示晶面板中的液晶分子取向平行，下偏光片吸收轴方向与液晶显示面板中的液晶分子取向垂直。同时设定液晶显示面板中的液晶分子排列角度为90度。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：
上偏光片，下偏光片，设置于上下偏光片之间的液晶显示面板以及位相差膜；
所述位相差膜设置于上偏光片与液晶显示面板之间或者设置于液晶显示面板与下偏光片之间；
所述位相差膜，包括取向层和设置于所述取向层上的液晶聚合物层，所述液晶聚合物层由分子取向相互垂直的反应性液晶聚合固化而成。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述反应性液晶的一部分分子取向与取向层表面平行，另一部分分子取向与取向层表面垂直。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述位相差膜的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上制备取向层；
在所述取向层上涂覆反应性液晶层；
对反应性液晶进行第一次配向，使反应性液晶的分子取向与取向层表面平行；
对反应性液晶进行第二次配向，使部分区域的反应性液晶的分子取向与取向层表面垂直；
固定反应性液晶的配向，得到液晶聚合物层；
所述取向层和液晶聚合物层构成位相差膜。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述第一次配向包括：采用线偏振态紫外光照射反应性液晶，使反应性液晶的分子取向与取向层表面平行。
5.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述第二次配向包括：
对部分区域的反应性液晶施加垂直于取向层的电场，使该区域的反应性液晶的分子取向与取向层表面垂直。
6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述电场采用狭缝电极施加，所述电场的电压大于等于反应性液晶的饱和电压。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述电场的强度为4V～7V。
8.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述固定反应性液晶的配向包括：
在恒定温度下对反应性液晶进行紫外线固化。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述紫外线固化时的温度为100～130℃。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述紫外线固化在氮气中进行。
11.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述上偏光片吸收轴方向与液晶显示面板中的液晶分子取向垂直，下偏光片吸收轴方向与液晶面板中的液晶分子取向平行。
12.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述上偏光片吸收轴方向与液晶显示面板中的液晶分子取向平行，下偏光片吸收轴方向与液晶面板中的液晶分子取向垂直。
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