CN110244493A - 液晶显示装置、其制造方法及相位差层用单体材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种即便相位差层是通过反应性单体的聚合而形成时,相位差层的热稳定性也优异且由散射所致的对比度降低得到抑制的液晶显示装置。液晶显示装置具备一对基板及夹持于所述一对基板间的液晶层,所述一对基板的至少一者具有由至少一种单体的聚合物构成的相位差层,所述至少一种单体包含既定的化学式所表示的光取向性单体。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶显示装置、液晶显示装置的制造方法及相位差层用单体材料。
背景技术
近年来,正研究在液晶显示装置内形成相位差层的技术,例如,已知通过使经取向层取向的状态的反应性单体聚合而形成相位差层的方法(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]日本专利特开2016-196666号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
本发明人正推进研究为了能在亮处(例如外界光下)也清晰辨识显示图像,而在液晶显示装置内形成相位差层的技术。
图4是表示通过使用取向层的方法形成了相位差层的现有的液晶显示装置的一例的截面示意图。如图4所示,液晶显示装置101从观察面侧朝向背面侧依次具有第一线性偏光板110、彩色滤光片基板120、取向膜140a、液晶层130、取向膜140b、薄膜晶体管阵列基板150及第二线性偏光板160。
彩色滤光片基板120从观察面侧朝向背面侧依次具有支撑基材121、彩色滤光片/黑色矩阵122、取向层190及相位差层123。
相位差层123例如是通过图5所示那样的方法而形成。图5是用于对使用取向层来形成相位差层的方法进行说明的截面示意图。
首先,如图5(a)所示,在彩色滤光片/黑色矩阵122的表面上形成取向层190后,对取向层190实施摩擦处理、光取向处理等取向处理。此外,取向层190例如是由聚酰亚胺(聚酰胺酸)等所构成。接着,将含有反应性单体的单体材料(溶液)涂布于取向层190的表面上,如图5(b)所示,形成含有反应性单体的膜123a。然后,将膜123a加热而使反应性单体聚合,由此膜123a硬化,形成图5(c)所示那样的相位差层123。
但是,本发明者人进行研究的结果得知,当使用取向层190来形成相位差层123时,下述(A)~(D)的问题令人担忧。(A)现有的反应性单体沿着对取向层190实施的取向处理的方向而取向,自身无法诱发取向。
(B)取向层190仅形成于膜123a(相位差层123)的其中一侧,其取向限制力不充分,因而当膜123a的厚度大(例如为约1μm)时,反应性单体的取向性降低,随机性提高。
(C)若反应性单体的取向性降低而随机性提高,则热稳定性降低。即,对于反应性单体来说,因热而欲使取向随机的能量超过欲使取向稳定的能量,因而反应性单体的取向性进一步降低。因此,使反应性单体聚合所得的相位差层123的相位差(延迟)因形成取向膜140a时的烧制而降低,或因长期间的使用而容易变化(降低)。
(D)反应性单体的取向性降低导致相位差层123中容易产生散射,结果液晶显示装置的对比度降低。
另外,当对取向层190实施摩擦处理时,对反应性单体最少也会赋予1°左右的预倾角,因而有时相位差层123的相位差未充分表现,或产生相位差的视角相依性。
另一方面,当对取向层190实施光取向处理时,对相位差层123的取向限制力弱,相位差层123的相位差随时间经过而降低,因而有时在长期间使用时,相位差层123的功能变得不充分。
本发明是鉴于所述现状而成,其目的在于提供一种即便相位差层是通过反应性单体的聚合而形成时,相位差层的热稳定性也优异且由散射所致的对比度降低得到抑制的液晶显示装置、适于制造所述液晶显示装置的液晶显示装置的制造方法、及适于形成所述相位差层的相位差层用单体材料。
解决问题的方案
本发明人对在液晶显示装置内形成相位差层的技术进行了各种研究,结果发现,若利用通过偏振光照射而显示取向性的光取向性单体来作为形成相位差层时所用的反应性单体,则可获得高取向性。由此想到能完美地解决所述技术问题,从而达成了本发明。
即,本发明的一形态可为一种液晶显示装置,其具备一对基板及夹持于所述一对基板间的液晶层,所述一对基板的至少一者具有由至少一种单体的聚合物构成的相位差层,所述至少一种单体包含下述化学式(1)所表示的光取向性单体。
[化1]
所述化学式(1)中,P1及P2相同或不同地表示丙烯酸基或甲基丙烯酸基。Sp1及Sp2相同或不同地表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。A1及A2相同或不同地表示碳数1~12的直链状或分支状或环状的饱和亚烷基、碳数1~12的直链状或分支状或环状的不饱和亚烷基、或直接键合。Z1表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。
本发明的另一形态可为一种液晶显示装置的制造方法,其是具备具有相位差层的基板及液晶层的液晶显示装置的制造方法,其特征在于含有如下步骤:形成含有包含下述化学式(1)所表示的光取向性单体的至少一种单体的膜;及对所述膜进行偏振光照射,使所述光取向性单体一边取向一边聚合,形成所述相位差层。
[化2]
所述化学式(1)中,P1及P2相同或不同地表示丙烯酸基或甲基丙烯酸基。Sp1及Sp2相同或不同地表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。A1及A2相同或不同地表示碳数1~12的直链状或分支状或环状的饱和亚烷基、碳数1~12的直链状或分支状或环状的不饱和亚烷基、或直接键合。Z1表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。
本发明的又一形态可为一种相位差层用单体材料,含有包含下述化学式(1)所表示的光取向性单体的至少一种单体。
[化3]
所述化学式(1)中,P1及P2相同或不同地表示丙烯酸基或甲基丙烯酸基。Sp1及Sp2相同或不同地表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。A1及A2相同或不同地表示碳数1~12的直链状或分支状或环状的饱和亚烷基、碳数1~12的直链状或分支状或环状的不饱和亚烷基、或直接键合。Z1表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。
发明效果
根据本发明,能提供一种即便相位差层是通过反应性单体的聚合而形成时,相位差层的热稳定性也优异且由散射所致的对比度降低得到抑制的液晶显示装置、适于制造所述液晶显示装置的液晶显示装置的制造方法、及适于形成所述相位差层的相位差层用单体材料。
附图说明
图1是表示实施形态1的液晶显示装置的截面示意图。
图2是用于对使用光取向性单体来形成相位差层的方法进行说明的截面示意图。
图3是表示实施形态2的液晶显示装置的截面示意图。
图4是表示通过使用取向层的方法形成了相位差层的现有的液晶显示装置的一例的截面示意图。
图5是用于对使用取向层来形成相位差层的方法进行说明的截面示意图。
具体实施方式
以下,揭示实施形态参照图式对本发明进行更详细说明,但本发明并非仅限定于这些实施形态。另外,各实施形态的结构可在不偏离本发明的主旨的范围内适当组合或变更。
本说明书中,“X~Y”是指“X以上、Y以下”。
[实施形态1]
图1是表示实施形态1的液晶显示装置的截面示意图。如图1所示,液晶显示装置1a从观察面侧朝向背面侧依次具有第一线性偏光板10、彩色滤光片基板20、液晶层30、取向膜40、薄膜晶体管阵列基板50及第二线性偏光板60。
本说明书中,所谓“观察面侧”是指相对于液晶显示装置的画面(显示面)而更靠近的一侧,例如图1中是指液晶显示装置1a的上侧(第一线性偏光板10侧)。另外,所谓“背面侧”是指相对于液晶显示装置的画面(显示面)而更远离的一侧,例如图1中是指液晶显示装置1a的下侧(第二线性偏光板60侧)。
<第一线性偏光板及第二线性偏光板>
作为第一线性偏光板10及第二线性偏光板60,例如可举出:使碘络合物(或染料)等各向异性材料对聚乙烯醇膜进行染色及吸附后,进行延伸取向所得的偏振光元件(吸收型偏光板)等。此外,一般而言为了确保机械强度及耐湿热性,以在聚乙烯醇膜的两侧积层了三乙酰纤维素膜等保护膜的状态而供实用。
第一线性偏光板10的透过轴与第二线性偏光板60的透过轴优选正交。由此,将第一线性偏光板10及第二线性偏光板60配置成正交尼科尔棱镜,因而在未对液晶层30施加电压时有效实现黑色显示,在对液晶层30施加电压时有效实现灰阶显示(中间色调显示、白色显示等)。本说明书中所谓两个轴正交,是指两者所成的角度为87°~93°,优选89°~91°,更优选89.5°~90.5°,特别优选90°(完全正交)。
<彩色滤光片基板>
彩色滤光片基板20从观察面侧朝向背面侧依次具有支撑基材21、彩色滤光片/黑色矩阵22及相位差层23。
作为支撑基材21,例如可举出玻璃基板、塑料基板等透明基板。
彩色滤光片/黑色矩阵22具有将红色的彩色滤光片、绿色的彩色滤光片及蓝色的彩色滤光片在面内排列,且各彩色滤光片经黑色矩阵分隔的结构。彩色滤光片/黑色矩阵22也可由作为平坦化层发挥功能的外涂层(透明树脂)覆盖。
作为红色的彩色滤光片、绿色的彩色滤光片、蓝色的彩色滤光片及黑色矩阵的材料,例如可举出含有颜料的树脂(彩色抗蚀剂)等。彩色滤光片的颜色的组合不限定于红色、绿色及蓝色的组合,例如也可为红色、绿色、蓝色及黄色的组合。
相位差层23是由至少一种单体的聚合物构成。相位差层23配置于较支撑基材21更靠液晶层30侧(支撑基材21与液晶层30之间),因而也被称为内嵌式相位差层。
本说明书中,所谓“相位差层”是指至少对波长550nm的光赋予10nm以上的面内相位差的相位差层。另外,所谓“相位差(延迟)”只要无特别说明,则是指对波长550nm的光的面内相位差。附带而言,波长550nm的光是人类的视觉灵敏度最高的波长的光。相位差层的面内相位差Re是由Re=(ns-nf)×d定义。此处,当将相位差层的面内方向的主折射率设为nx及ny时,ns表示nx及ny中的较大者,nf表示nx及ny中的较小者,d表示相位差层的厚度。主折射率只要无特别说明,则是指对波长550nm的光的值。另外,相位差层中,面内慢轴是指与ns对应的方向的轴,面内快轴是指与nf对应的方向的轴。此外,相位差层23的相位差是由构成相位差层23的聚合物的双折射率Δn与相位差层23的厚度d之积Δn×d定义。
构成相位差层23中的聚合物的至少一种单体包含下述化学式(1)所表示的光取向性单体。
[化4]
所述化学式(1)中,P1及P2相同或不同地表示丙烯酸基或甲基丙烯酸基。Sp1及Sp2相同或不同地表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。A1及A2相同或不同地表示碳数1~12的直链状或分支状或环状的饱和亚烷基、碳数1~12的直链状或分支状或环状的不饱和亚烷基、或直接键合。Z1表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。
所述化学式(1)所表示的光取向性单体(以下,有时也简称为“光取向性单体”)是分子内含有液晶基元部位的反应性单体、所谓反应性液晶基元单体的一种,但为通过偏振光照射而显示取向性的单体。具体而言,光取向性单体含有作为光官能基的香豆素基,自身能诱发取向。香豆素基例如通过吸收偏振光紫外线而表现取向性,因而无需另设置用于使光取向性单体取向的取向层。这种光取向性单体根据所照射的偏振光的方向而取向,因而不取决于相位差层23的厚度,能在相位差层23的厚度方向上均匀地取向。因此,若利用光取向性单体,则与仅在相位差层的一侧设置取向层来控制反应性单体的取向的现有情况相比较,能提高相位差层23的整个层内的取向性。由此,相位差层23的相位差即便长期间使用也不易变化(降低),热稳定性也提高。另外,相位差层23中的液晶基元部位的取向性提高,因而由散射所致的对比度降低也得到抑制。进而,光取向性单体中,如所述化学式(1)所示,除了作为光官能基发挥功能的刚直的香豆素基以外,导入有显示液晶性的柔软的4,4’-亚乙基二苯胺基,因而光取向性单体的取向性充分稳定,结果相位差层23的热稳定性大幅提高。
作为光取向性单体的具体例,优选下述化学式(2-1)、(2-2)、(2-3)、(2-4)、(2-5)、(2-6)、(2-7)、(2-8)、(2-9)、(2-10)、(2-11)或(2-12)所表示的单体。
[化5]
[化6]
所述化学式(2-3)、(2-4)、(2-5)、(2-6)、(2-9)、(2-10)、(2-11)及(2-12)中,n表示1~12的整数。
作为所述化学式(2-1)、(2-2)、(2-3)、(2-4)、(2-5)、(2-6)、(2-7)、(2-8)、(2-9)、(2-10)、(2-11)或(2-12)所表示的光取向性单体的具体例,优选下述化学式(3-1)、(3-2)、(3-3)、(3-4)、(3-5)、(3-6)、(3-7)、(3-8)、(3-9)、(3-10)、(3-11)或(3-12)所表示的单体。
[化7]
[化8]
所述化学式(3-3)、(3-4)、(3-5)、(3-6)、(3-9)、(3-10)、(3-11)及(3-12)中,n表示1~12的整数。
如所述化学式(2-2)、(2-3)、(2-5)、(2-6)、(2-8)、(2-9)、(2-11)及(2-12)(所述化学式(3-2)、(3-3)、(3-5)、(3-6)、(3-8)、(3-9)、(3-11)及(3-12))所示,若光取向性单体含有氨基及酰胺基,则在分子间诱发氢键,因而相位差层23的热稳定性提高。在光取向性单体的分子间诱发的氢键的一例是由下述式(H)所表示。
[化9]
相位差层23优选至少对波长550nm的光赋予1/4波长的面内相位差的λ/4相位差层,具体而言,优选赋予100nm~176nm的面内相位差的λ/4相位差层。另外,当相位差层23为λ/4相位差层时,相位差层23的面内慢轴与第一线性偏光板10的透过轴优选成45°的角度。此时,相位差层23及第一线性偏光板10的组合作为圆偏光板发挥功能。由此,利用圆偏光板的抗反射效果来抑制液晶显示装置1a的内部反射,因而亮处(例如外界光下)的显示图像的视认性大幅提高。本说明书中所谓两个轴(方向)成45°的角度,是指两者所成的角度为42°~48°,优选44°~46°,更优选44.5°~45.5°,特别优选45°。
相位差层23也可通过图2所示那样的方法而形成。图2是用于对使用光取向性单体来形成相位差层的方法进行说明的截面示意图。
首先,将含有光取向性单体的相位差层用单体材料(溶液)涂布于彩色滤光片/黑色矩阵22的表面上,如图2(a)所示,形成含有光取向性单体的膜23a。
作为制备相位差层用单体材料时所用的溶剂,例如可举出:丙二醇单甲醚乙酸酯、甲苯、乙苯、乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、丙二醇甲醚、二丁醚、丙酮、甲基乙基酮、乙醇、丙醇、环己烷、环戊酮、甲基环己烷、四氢呋喃、二恶烷、环己酮、正己烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲氧基丁基乙酸酯、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺等。这些溶剂可仅单独使用一种,也可并用两种以上。
接着,如图2(a)所示,对膜23a以经加热至光取向性单体的向列相-各向同相转变温度以上的状态进行偏振光照射(例如偏振光紫外线照射),由此使光取向性单体一边取向一边聚合。其结果,膜23a硬化,形成图2(b)所示那样的相位差层23。
使膜23a硬化时,也可在照射偏振光后进行为了完成光取向性单体的聚合、或除去溶剂的烧制(加热处理)。
也可对相位差层23的表面实施摩擦处理。由此,能表现出对液晶层30中的液晶分子的取向限制力。相位差层23中,光取向性单体并非仅在表面而是在整个层内一致地取向,因而即便对相位差层23的表面实施摩擦处理,也不会产生由光取向性单体的取向混乱所致的相位差降低。此外,对相位差层23的摩擦处理优选朝相对于相位差层23的面内慢轴而成45°的角度的方向实施。
<薄膜晶体管阵列基板>
作为薄膜晶体管阵列基板50,例如可使用液晶显示装置的领域中通常所用的有源矩阵基板。当液晶显示装置1a的显示模式为FFS(Fringe Field Switching,边缘场切换)模式时,薄膜晶体管阵列基板50例如具有支撑基材、配置于支撑基材的液晶层30侧的表面上的共通电极(面状电极)、覆盖共通电极的绝缘膜、及配置于绝缘膜的液晶层30侧的表面上的像素电极(狭缝电极)。此时,通过在共通电极与像素电极之间施加电压(施加电压时),而在液晶层30中产生横向电场(边缘场),控制液晶层30中的液晶分子的取向。另外,当液晶显示装置1a的显示模式为IPS(In-Plane Switching,面内切换)模式时,通过对配置于薄膜晶体管阵列基板50的一对梳齿电极间施加电压(施加电压时),而在液晶层30中产生横向电场,控制液晶层30中的液晶分子的取向。
<取向膜>
作为取向膜40,例如可使用液晶显示装置的领域中通常所用的水平取向膜。水平取向膜具有使液晶层30中的液晶分子相对于表面平行地取向的功能。本说明书中,所谓液晶分子相对于水平取向膜的表面平行地取向(水平取向),是指液晶分子的预倾角相对于水平取向膜的表面而为0~5°,优选0~2°,更优选0~1°。液晶分子的预倾角是指未对液晶层30施加电压时,液晶分子的长轴相对于水平取向膜的表面倾斜的角度。也可对取向膜40实施摩擦处理、光取向处理等取向处理。即,取向膜40既可为摩擦用取向膜,也可为光取向膜。
<液晶层>
液晶层30所含有的液晶材料可为具有正的介电常数各向异性的正型液晶材料,也可为具有负的介电常数各向异性的负型液晶材料。当液晶显示装置1a为FFS模式、IPS模式等横向电场模式时,若对相位差层23的表面实施摩擦处理,且取向膜40为水平取向膜,则液晶层30中的液晶分子在未对液晶层30施加电压时,因相位差层23及取向膜40的取向限制力而朝既定的方位水平取向。另外,液晶层30中的液晶分子在对液晶层30施加电压时,根据液晶层30中产生的横向电场而在面内方向上旋转。
液晶显示装置1a也可在第一线性偏光板10的观察面侧(与彩色滤光片基板20为相反侧)还具有抗反射膜。由此,抑制液晶显示装置1a的表面反射。作为抗反射膜,优选表面具有蛾眼结构(蛾的眼睛状的结构)的光学膜。
液晶显示装置1a也可在第二线性偏光板60的背面侧(与薄膜晶体管阵列基板50为相反侧)还具有背光。此时,液晶显示装置1a成为透过式液晶显示装置。
液晶显示装置1a也可除了所述构件以外,还具有液晶显示装置的领域中通常所用的构件,例如可适当具有载带封装(TCP)、印刷电路基板(PCB)等外部电路;边框(框架)等。
[实施形态2]
图3是表示实施形态2的液晶显示装置的截面示意图。如图3所示,液晶显示装置1b从观察面侧朝向背面侧依次具有第一线性偏光板10、彩色滤光片基板20、光取向膜70、液晶层30、取向膜40、薄膜晶体管阵列基板50及第二线性偏光板60。液晶显示装置1b中,关于光取向膜70以外的结构构件,如上文所述,因而省略说明。
<光取向膜>
光取向膜70是由显示光取向性的材料所构成,通过光照射而可表现出对液晶层30中的液晶分子的取向限制力,即,可控制液晶分子的取向。液晶显示装置1b中,光取向膜70配置于相位差层23的液晶层30侧,因而液晶层30中的液晶分子的取向性提高,结果液晶显示装置1b的对比度提高。光取向膜70也可作为水平取向膜(水平光取向膜)发挥功能。
本说明书中,所谓“显示光取向性的材料”,是通过照射紫外线、可见光线等光而发生结构变化的材料,且包括表现出对存在于其附近的液晶分子的取向进行控制的性质(取向限制力)的材料、取向限制力的大小及/或方向变化的材料等的所有材料。
作为显示光取向性的材料,例如可举出:含有通过光照射而发生光二聚化、光异构化、光弗里斯重排、光分解等反应的光官能基(光反应部位)的材料。作为可进行光二聚化及光异构化的光官能基,例如可举出肉桂酸酯基、查尔酮基、香豆素基、二乙烯基苯基等。作为可进行光异构化的光官能基,例如可举出偶氮苯基等。作为可进行光弗里斯重排的光官能基,例如可举出苯酚酯基等。作为可进行光分解的光官能基,例如可举出环丁烷环等。
作为与相位差层23组合配置的光取向膜70,优选含有具有肉桂酸酯基的高分子的光取向膜、或含有具有源自环丁烷环的结构的高分子的光取向膜。特别是光取向膜70含有具有肉桂酸酯基的高分子时,在光取向膜70的肉桂酸酯骨架部分与相位差层23的香豆素骨架部分之间形成激基复合物(exciplex),光取向膜70与相位差层23之间的热稳定性提高。
含有具有肉桂酸酯基的高分子的光取向膜也可通过下述方法而形成。首先,使用含有具有肉桂酸酯基的高分子的取向膜材料(显示光取向性的材料),在相位差层23的表面上形成含有具有肉桂酸酯基的高分子的高分子膜。然后,对该高分子膜进行偏振光照射(例如偏振光紫外线照射),表现出对液晶层30中的液晶分子的取向限制力。
含有具有源自环丁烷环的结构的高分子的光取向膜也可通过下述方法而形成。首先,使用含有具有环丁烷环的高分子的取向膜材料(显示光取向性的材料),在相位差层23的表面上形成含有具有环丁烷环的高分子的高分子膜。然后,对该高分子膜进行偏振光照射(例如偏振光紫外线照射),表现出对液晶层30中的液晶分子的取向限制力。
实施形态1、2中,相位差层23仅设于彩色滤光片基板20,但相位差层23也可仅设于薄膜晶体管阵列基板50,或设于彩色滤光片基板20及薄膜晶体管阵列基板50两者。
[实施例及比较例]
以下,举出实施例及比较例对本发明进行更详细说明,但本发明不受这些示例的限定。此外,以下提及相位差层的形成时,为方便起见,有时将支撑基材及彩色滤光片/黑色矩阵的积层体也称为彩色滤光片基板。
<实施例1>
作为实施例1的液晶显示装置,通过以下的方法来制造实施形态1的液晶显示装置。
首先,制备使下述化学式(3-1)所表示的光取向性单体M1以8重量%溶解于作为溶剂的丙二醇单甲醚乙酸酯中而成的相位差层用单体材料。
[化10]
接下来,使用旋涂机将相位差层用单体材料涂布于彩色滤光片基板(彩色滤光片/黑色矩阵)的表面上,形成含有光取向性单体M1的膜。
接着,将形成了含有光取向性单体M1的膜的彩色滤光片基板在140℃的加热板上载置1分钟进行暂时烧制后,对含有光取向性单体M1的膜照射偏振光紫外线(中心波长:365nm,照射量:5J/cm2),由此使光取向性单体M1一边取向一边聚合。然后,在180℃下进行30分钟的正式烧制,由此完成光取向性单体M1的聚合,将溶剂完全除去。其结果,含有光取向性单体M1的膜完全硬化,形成了相位差层。相位差层的厚度为1μm,相位差为135nm。
然后,准备具有像素电极及共通电极的FFS模式用薄膜晶体管阵列基板、和具有所述相位差层且不具有电极的彩色滤光片基板。接着,在薄膜晶体管阵列基板的表面上形成聚酰亚胺系的摩擦用取向膜材料的膜,对表面实施摩擦处理。其结果,在薄膜晶体管阵列基板的表面上形成摩擦用取向膜。另一方面,针对彩色滤光片基板的相位差层的表面,以与薄膜晶体管阵列基板侧的摩擦用取向膜成为反平行取向(antiparallel orientation)的方式实施摩擦处理。对相位差层的摩擦处理是朝相对于相位差层的面内慢轴成45°的角度的方向实施。
然后,在薄膜晶体管阵列基板的表面上描画密封材料。作为密封材料,使用通过紫外线及热两者而硬化的紫外线、热硬化型的密封材料。接着,在薄膜晶体管阵列基板的表面上(由密封材料包围的区域内)滴注正型的液晶材料(向列相-各向同相转变温度:90℃),与具有相位差层的彩色滤光片基板贴合。其结果,在俯视由密封材料包围的区域内形成了液晶层。然后,将液晶层的温度设为100℃(液晶材料的向列相-各向同相转变温度以上),由此进行再取向处理。其结果,在内部具有相位差层的实施例1的液晶显示装置(FFS模式的液晶显示装置)完成。
<实施例2>
除了使用下述化学式(3-2)所表示的光取向性单体M2代替光取向性单体M1以外,与实施例1的液晶显示装置同样地制造实施例2的液晶显示装置。
[化11]
<实施例3>
除了使用下述化学式(3-3-1)所表示的光取向性单体M3代替光取向性单体M1以外,与实施例1的液晶显示装置同样地制造实施例3的液晶显示装置。
[化12]
<比较例1>
通过以下的方法来制造比较例1的液晶显示装置。
首先,制备使下述化学式(4)所表示的光取向性单体N1以5重量%溶解于作为溶剂的丙二醇单甲醚乙酸酯中而成的相位差层用单体材料。
[化13]
接下来,使用旋涂机将相位差层用单体材料涂布于彩色滤光片基板(彩色滤光片/黑色矩阵)的表面上,形成含有光取向性单体N1的膜。
接着,将形成了含有光取向性单体N1的膜的彩色滤光片基板在140℃的加热板上载置1分钟而进行暂时烧制后,对含有光取向性单体N1的膜照射偏振光紫外线(中心波长:365nm,照射量:5J/cm2),由此使光取向性单体N1一边取向一边聚合。然后,在180℃下进行30分钟的正式烧制,由此完成光取向性单体N1的聚合,将溶剂完全除去。其结果,含有光取向性单体N1的膜完全硬化,形成了相位差层。相位差层的厚度为2μm,相位差为135nm。
以后,除了使用具有通过所述方法所得的相位差层的彩色滤光片基板以外,与实施例1的液晶显示装置同样地制造比较例1的液晶显示装置。
<评价1>
对实施例1~3及比较例1的液晶显示装置进行以下的评价。将结果示于表1。
(相位差层的热稳定性)
在将液晶显示装置在200℃的加热板上载置30分钟的烧制前后,利用椭偏法来测定相位差层的相位差。
(对比度)
使用拓普康(Topcon Technohouse)公司制造的亮度计“Topcon BM5”,在暗室内测定液晶显示装置的对比度。
(室外视认性)
将液晶显示装置的显示区域九等分为“0灰阶显示的区域”、“32灰阶显示的区域”、“64灰阶显示的区域”、“96灰阶显示的区域”、“128灰阶显示的区域”、“160灰阶显示的区域”、“192灰阶显示的区域”、“224灰阶显示的区域”及“255灰阶显示的区域”(可为上下方向及左右方向的任一者)并排列显示,在该状态下在室外的太阳光下进行观察,判定能否识别各灰阶显示的差异。判定基准如下述。
良:能识别各灰阶显示的差异。
差:无法识别各灰阶显示的差异。
[表1]
实施例1~3中,烧制前后的相位差层的相位差的降低程度小,相位差层的热稳定性优异。可认为实施例1~3中所用的光取向性单体M1、M2、M3除了作为自身可取向诱发的光官能基的香豆素基以外,还含有显示液晶性的柔软的4,4’-亚乙基二苯胺基,因而在相位差层的整个层内(特别是厚度方向)实现均匀的取向状态,结果由热所致的相位差降低得到抑制。进而可认为,实施例2、3中所用的光取向性单体M2、M3含有氨基及酰胺基,因而在分子间诱发大量的氢键,相位差层的热稳定性进一步提高。
实施例1~3中,由相位差层的散射所致的对比度降低得到抑制,室外视认性也良好。
比较例1中,烧制前后的相位差层的相位差的降低程度大,相位差层的热稳定性低。可认为比较例1中所用的光取向性单体N1虽然含有香豆素基,但与光取向性单体M1、M2、M3相比较而刚直,对溶剂的溶解性低,因而无法获得热稳定性优异的相位差层。
<实施例4>
作为实施例4的液晶显示装置,通过以下的方法来制造实施形态2的液晶显示装置。
首先,制备使下述化学式(3-4-1)所表示的光取向性单体M4以10重量%溶解于作为溶剂的丙二醇单甲醚乙酸酯中而成的相位差层用单体材料。
[化14]
接下来,使用旋涂机将相位差层用单体材料涂布于彩色滤光片基板(彩色滤光片/黑色矩阵)的表面上,形成含有光取向性单体M4的膜。
接着,将形成了含有光取向性单体M4的膜的彩色滤光片基板在140℃的加热板上载置1分钟而进行暂时烧制后,对含有光取向性单体M4的膜照射偏振光紫外线(中心波长:365nm,照射量:5J/cm2),由此使光取向性单体M4一边取向一边聚合。然后,在180℃下进行30分钟的正式烧制,由此完成光取向性单体M4的聚合,将溶剂完全除去。其结果,含有光取向性单体M4的膜完全硬化,形成了相位差层。相位差层的厚度为1μm,相位差为135nm。
然后,准备具有像素电极及共通电极的FFS模式用薄膜晶体管阵列基板、和具有所述相位差层且不具有电极的彩色滤光片基板。接着,在两基板的表面上形成含有下述化学式(5)所表示的具有肉桂酸酯基的高分子的高分子膜。然后,对两基板侧的高分子膜以彼此成为反平行取向(antiparallel orientation)的方式实施光取向处理,由此在两基板的表面上形成含有具有肉桂酸酯基的高分子的光取向膜。对各高分子膜的光取向处理是通过使用截止滤波器照射波长280nm~330nm的偏振光紫外线而进行。另外,对彩色滤光片基板侧的高分子膜的光取向处理是朝相对于相位差层的面内慢轴成45°的角度的方向实施。
[化15]
所述化学式(5)中,p表示聚合度。
然后,在薄膜晶体管阵列基板的表面上描画密封材料。作为密封材料,使用通过紫外线及热两者而硬化的紫外线、热硬化型的密封材料。接着,在薄膜晶体管阵列基板的表面上(由密封材料包围的区域内)滴注正型的液晶材料(向列相-各向同相转变温度:90℃),与具有相位差层的彩色滤光片基板贴合。其结果,在俯视由密封材料包围的区域内形成了液晶层。然后,将液晶层的温度设为100℃(液晶材料的向列相-各向同相转变温度以上),由此进行再取向处理。其结果,在内部具有相位差层的实施例4的液晶显示装置(FFS模式的液晶显示装置)完成。
<实施例5>
除了形成聚酰亚胺系的摩擦用取向膜代替光取向膜以外,与实施例4的液晶显示装置同样地制造实施例5的液晶显示装置。
<比较例2>
除了不在彩色滤光片基板上形成相位差层以外,与实施例4的液晶显示装置同样地制造比较例2的液晶显示装置。
<评价2>
对实施例4、5及比较例2的液晶显示装置进行与所述评价1同样的评价。将结果示于表2。
[表2]
实施例4、5中,烧制前后的相位差层的相位差的降低程度小,相位差层的热稳定性优异。可认为实施例4、5中所用的光取向性单体M4除了作为自身可诱发取向的光官能基的香豆素基以外,还含有显示液晶性的柔软的4,4’-亚乙基二苯胺基,因而在相位差层的整个层内(特别是厚度方向)实现均匀的取向状态,结果由热所致的相位差降低得到抑制。进而可认为,实施例4中,在光取向膜的肉桂酸酯骨架部分与相位差层的香豆素骨架部分之间形成激基复合物,因而相位差层的热稳定性进一步提高。
实施例4、5中,由相位差层的散射所致的对比度降低得到抑制,室外视认性也良好。特别是使用光取向膜的实施例4中,与使用摩擦用取向膜的实施例5相比较,对比度更高,室外视认性也更良好。作为实施例4中可获得高对比度的原因,可认为相位差层的散射得到抑制,使用光取向膜,及在光取向膜的肉桂酸酯骨架部分与相位差层的香豆素骨架部分之间形成激基复合物,相位差层的热稳定性提高。
比较例2中,不具有相位差层,因而室外视认性差。
<实施例6>
作为实施例6的液晶显示装置,通过以下的方法来制造实施形态2的液晶显示装置。
首先,制备使下述化学式(3-9-1)所表示的光取向性单体M5以10重量%溶解于作为溶剂的丙二醇单甲醚乙酸酯中而成的相位差层用单体材料。
[化16]
接下来,使用旋涂机将相位差层用单体材料涂布于彩色滤光片基板(彩色滤光片/黑色矩阵)的表面上,形成含有光取向性单体M5的膜。
接着,将形成了含有光取向性单体M5的膜的彩色滤光片基板在140℃的加热板上载置1分钟而进行暂时烧制后,对含有光取向性单体M5的膜照射偏振光紫外线(中心波长:365nm,照射量:5J/cm2),由此使光取向性单体M5一边取向一边聚合。然后,在180℃下进行30分钟正式烧制,由此完成光取向性单体M5的聚合,将溶剂完全除去。其结果,含有光取向性单体M5的膜完全硬化,形成了相位差层。相位差层的厚度为1μm,相位差为135nm。
然后,准备具有像素电极及共通电极的FFS模式用薄膜晶体管阵列基板、和具有所述相位差层且不具有电极的彩色滤光片基板。接着,在两基板的表面上,形成含有下述化学式(6)所表示的具有环丁烷环的高分子的高分子膜。然后,对两基板侧的高分子膜以彼此成为反平行取向(antiparallel orientation)的方式实施光取向处理,由此在两基板的表面上形成含有具有源自环丁烷环的结构的高分子的光取向膜。对各高分子膜的光取向处理是通过使用截止滤波器照射波长300nm以下的偏振光紫外线而进行。另外,对彩色滤光片基板侧的高分子膜的光取向处理是朝相对于相位差层的面内慢轴成45°的角度的方向实施。
[化17]
所述化学式(6)中,p表示聚合度。
然后,在薄膜晶体管阵列基板的表面上描画密封材料。作为密封材料,使用通过紫外线及热两者而硬化的紫外线、热硬化型的密封材料。接着,在薄膜晶体管阵列基板的表面上(由密封材料包围的区域内)滴注负型的液晶材料(向列相-各向同相转变温度:80℃),与具有相位差层的彩色滤光片基板贴合。其结果,在俯视由密封材料所包围的区域内形成了液晶层。然后,将液晶层的温度设为100℃(液晶材料的向列相-各向同相转变温度以上),由此进行再取向处理。其结果,在内部具有相位差层的实施例6的液晶显示装置(FFS模式的液晶显示装置)完成。
<比较例3>
除了不在彩色滤光片基板上形成相位差层以外,与实施例6的液晶显示装置同样地制造比较例3的液晶显示装置。
<评价3>
对实施例6及比较例3的液晶显示装置进行与所述评价1同样的评价。将结果示于表3。
[表3]
实施例6中,烧制前后的相位差层的相位差的降低程度小,相位差层的热稳定性优异。可认为实施例6中所用的光取向性单体M5除了作为自身可诱发取向的光官能基的香豆素基以外,还含有显示液晶性的柔软的4,4’-亚乙基二苯胺基,因而在相位差层的整个层内(特别是厚度方向)实现均匀的取向状态,结果由热导致的相位差降低得到抑制。进而可认为,实施例6中所用的光取向性单体M5含有氨基及酰胺基,因而在分子间诱发大量的氢键,相位差层的热稳定性进一步提高。
实施例6中,由相位差层的散射所致的对比度降低得到抑制,室外视认性也良好。作为可获得高对比度的原因,可认为相位差层的散射得到抑制,使用光取向膜,及由负型的液晶材料导致透过率提升。
比较例3中,不具有相位差层,因而室外视认性差。
[附记]
本发明的一形态可为一种液晶显示装置,其具备一对基板及夹持于所述一对基板间的液晶层,所述一对基板的至少一者具有由至少一种单体的聚合物构成的相位差层,所述至少一种单体包含下述化学式(1)所表示的光取向性单体。根据本形态,实现所述相位差层的热稳定性优异且由散射所致的对比度降低得到抑制的液晶显示装置。
[化18]
所述化学式(1)中,P1及P2相同或不同地表示丙烯酸基或甲基丙烯酸基。Sp1及Sp2相同或不同地表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。A1及A2相同或不同地表示碳数1~12的直链状或分支状或环状的饱和亚烷基、碳数1~12的直链状或分支状或环状的不饱和亚烷基、或直接键合。Z1表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。
本发明的一形态中,所述光取向性单体可为下述化学式(2-1)、(2-2)、(2-3)、(2-4)、(2-5)、(2-6)、(2-7)、(2-8)、(2-9)、(2-10)、(2-11)或(2-12)所表示的单体。其中,所述光取向性单体可为下述化学式(3-1)、(3-2)、(3-3)、(3-4)、(3-5)、(3-6)、(3-7)、(3-8)、(3-9)、(3-10)、(3-11)或(3-12)所表示的单体。由此,所述光取向性单体在所述相位差层中有效地发挥功能。
[化19]
[化20]
所述化学式(2-3)、(2-4)、(2-5)、(2-6)、(2-9)、(2-10)、(2-11)及(2-12)中,n表示1~12的整数。
[化21]
[化22]
所述化学式(3-3)、(3-4)、(3-5)、(3-6)、(3-9)、(3-10)、(3-11)及(3-12)中,n表示1~12的整数。
本发明的一形态中,可在所述一对基板的至少一者与所述液晶层之间,还配置着控制所述液晶层中的液晶分子的取向的取向膜。所述取向膜可为使所述液晶层中的液晶分子相对于表面平行地取向的水平取向膜。由此,能使所述液晶层中的液晶分子朝既定的方位水平取向。
本发明的一形态中,所述取向膜可为光取向膜。所述光取向膜可含有具有肉桂酸酯基的高分子,也可含有具有源自环丁烷环的结构的高分子。由此,所述液晶层中的液晶分子的取向性提高,结果所述液晶显示装置的对比度提高。特别是所述光取向膜含有具有肉桂酸酯基的高分子时,在所述光取向膜的肉桂酸酯骨架部分与所述相位差层的香豆素骨架部分之间形成激基复合物,所述光取向膜与所述相位差层之间的热稳定性提高。
本发明的另一形态可为一种液晶显示装置的制造方法,其是具备具有相位差层的基板及液晶层的液晶显示装置的制造方法,且包含如下步骤:形成含有包含下述化学式(1)所表示的光取向性单体的至少一种单体的膜;及对所述膜进行偏振光照射,使所述光取向性单体一边取向一边聚合,形成所述相位差层。根据本形态,实现所述相位差层的热稳定性优异且由散射所致的对比度降低得到抑制的液晶显示装置的制造方法。
[化23]
所述化学式(1)中,P1及P2相同或不同地表示丙烯酸基或甲基丙烯酸基。Sp1及Sp2相同或不同地表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。A1及A2相同或不同地表示碳数1~12的直链状或分支状或环状的饱和亚烷基、碳数1~12的直链状或分支状或环状的不饱和亚烷基、或直接键合。Z1表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。
本发明的另一形态中,所述液晶显示装置的制造方法可还包含如下步骤:对所述相位差层的表面实施摩擦处理,表现出对所述液晶层中的液晶分子的取向限制力。由此,不会产生由所述光取向性单体的取向混乱所致的相位差降低,能诱发所述液晶层中的液晶分子的取向。
本发明的另一形态中,所述液晶显示装置的制造方法可还包含如下步骤:在所述相位差层的表面上形成含有具有肉桂酸酯基的高分子的高分子膜;及对所述高分子膜进行偏振光照射,表现出对所述液晶层中的液晶分子的取向限制力。由此,在所述相位差层的所述液晶层侧,形成含有具有肉桂酸酯基的高分子的光取向膜,因而所述液晶层中的液晶分子的取向性提高,结果所述液晶显示装置的对比度提高。另外,在所述光取向膜的肉桂酸酯骨架部分与所述相位差层的香豆素骨架部分之间形成激基复合物,所述光取向膜与所述相位差层之间的热稳定性提高。
本发明的另一形态中,所述液晶显示装置的制造方法可还包含如下步骤:在所述相位差层的表面上形成含有具有环丁烷环的高分子的高分子膜;及对所述高分子膜进行偏振光照射,表现出对所述液晶层中的液晶分子的取向限制力。由此,在所述相位差层的所述液晶层侧,形成含有具有源自环丁烷环的结构的高分子的光取向膜,因而所述液晶层中的液晶分子的取向性提高,结果所述液晶显示装置的对比度提高。
本发明的又一形态可为一种相位差层用单体材料,其含有包含下述化学式(1)所表示的光取向性单体的至少一种单体。根据本形态,实现适于形成热稳定性优异的相位差层的相位差层用单体材料。
[化24]
所述化学式(1)中,P1及P2相同或不同地表示丙烯酸基或甲基丙烯酸基。Sp1及Sp2相同或不同地表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。A1及A2相同或不同地表示碳数1~12的直链状或分支状或环状的饱和亚烷基、碳数1~12的直链状或分支状或环状的不饱和亚烷基、或直接键合。Z1表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。
符号说明
1a、1b、101:液晶显示装置
10、110:第一线性偏光板
20、120:彩色滤光片基板
21、121:支撑基材
22、122:彩色滤光片/黑色矩阵
23、123:相位差层
23a:含有光取向性单体的膜
30、130:液晶层
40、140a、140b:取向膜
50、150:薄膜晶体管阵列基板
60、160:第二线性偏光板
70:光取向膜
123a:含有反应性单体的膜
190:取向层
Claims (13)
1.一种液晶显示装置,其特征在于具备:
一对基板;及
夹持于所述一对基板间的液晶层;
所述一对基板的至少一者具有由至少一种单体的聚合物构成的相位差层,
所述至少一种单体包含下述化学式(1)所表示的光取向性单体
所述化学式(1)中,P1及P2相同或不同地表示丙烯酸基或甲基丙烯酸基,Sp1及Sp2相同或不同地表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合,A1及A2相同或不同地表示碳数1~12的直链状或分支状或环状的饱和亚烷基、碳数1~12的直链状或分支状或环状的不饱和亚烷基、或直接键合,Z1表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置,其特征在于:所述光取向性单体是由下述化学式(2-1)、(2-2)、(2-3)、(2-4)、(2-5)、(2-6)、(2-7)、(2-8)、(2-9)、(2-10)、(2-11)或(2-12)所表示,
所述化学式(2-3)、(2-4)、(2-5)、(2-6)、(2-9)、(2-10)、(2-11)及(2-12)中,n表示1~12的整数。
3.根据权利要求2所述的液晶显示装置,其特征在于:所述光取向性单体是由下述化学式(3-1)、(3-2)、(3-3)、(3-4)、(3-5)、(3-6)、(3-7)、(3-8)、(3-9)、(3-10)、(3-11)或(3-12)所表示,
所述化学式(3-3)、(3-4)、(3-5)、(3-6)、(3-9)、(3-10)、(3-11)及(3-12)中,n表示1~12的整数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的液晶显示装置,其特征在于:在所述一对基板的至少一者与所述液晶层之间,还配置着控制所述液晶层中的液晶分子的取向的取向膜。
5.根据权利要求4所述的液晶显示装置,其特征在于:所述取向膜是使所述液晶层中的液晶分子相对于表面平行地取向的水平取向膜。
6.根据权利要求4或5所述的液晶显示装置,其特征在于:所述取向膜是光取向膜。
7.根据权利要求6所述的液晶显示装置,其特征在于:所述光取向膜含有具有肉桂酸酯基的高分子。
8.根据权利要求6所述的液晶显示装置,其特征在于:所述光取向膜含有具有源自环丁烷环的结构的高分子。
9.一种液晶显示装置的制造方法,其是具备具有相位差层的基板及液晶层的液晶显示装置的制造方法,其特征在于包含如下步骤:
形成含有包含下述化学式(1)所表示的光取向性单体的至少一种单体的膜;及
对所述膜进行偏振光照射,使所述光取向性单体一边取向一边聚合,形成所述相位差层,
所述化学式(1)中,P1及P2相同或不同地表示丙烯酸基或甲基丙烯酸基,Sp1及Sp2相同或不同地表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合,A1及A2相同或不同地表示碳数1~12的直链状或分支状或环状的饱和亚烷基、碳数1~12的直链状或分支状或环状的不饱和亚烷基、或直接键合,Z1表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。
10.根据权利要求9所述的液晶显示装置的制造方法,其特征在于还包含如下步骤:对所述相位差层的表面实施摩擦处理,表现出对所述液晶层中的液晶分子的取向限制力。
11.根据权利要求9所述的液晶显示装置的制造方法,其特征在于还包含如下步骤:
在所述相位差层的表面上形成含有具有肉桂酸酯基的高分子的高分子膜;及
对所述高分子膜进行偏振光照射,表现出对所述液晶层中的液晶分子的取向限制力。
12.根据权利要求9所述的液晶显示装置的制造方法,其特征在于还包含如下步骤:
在所述相位差层的表面上形成含有具有环丁烷环的高分子的高分子膜;及
对所述高分子膜进行偏振光照射,表现出对所述液晶层中的液晶分子的取向限制力。
13.一种相位差层用单体材料,其特征在于:含有包含下述化学式(1)所表示的光取向性单体的至少一种单体,
所述化学式(1)中,P1及P2相同或不同地表示丙烯酸基或甲基丙烯酸基,Sp1及Sp2相同或不同地表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合,A1及A2相同或不同地表示碳数1~12的直链状或分支状或环状的饱和亚烷基、碳数1~12的直链状或分支状或环状的不饱和亚烷基、或直接键合,Z1表示-O-、-S-、-NH-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NHCS-、-CSNH-或直接键合。
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