CN110928056B - 液晶显示器件及其制备方法和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶显示器件及其制备方法和电子设备。该液晶显示器件的制备方法包括如下步骤：取液晶盒，向其中填充液晶混合物，液晶混合物包括硅烷和主体液晶；将填充后的液晶盒加热。本方法将取向的硅烷材料与液晶直接混合填充到液晶盒内，整个反应在无水条件下进行，硅烷的硅氧烷键直接与基板表面反应实现修饰。在无水条件下，硅氧烷键之间不会发生缩合反应，易于实现单分子层的修饰，同时也不会因为硅氧烷键之间的缩合而导致聚合物的横向交联问题。相比于现有技术中的方法，可以节省大量的步骤。

Description

液晶显示器件及其制备方法和电子设备
技术领域
本发明涉及液晶显示领域，尤其是涉及一种液晶显示器件及其制备方法和电子设备。
背景技术
21世纪，液晶显示器(LCD)是一项重大显示技术突破。LCD自推出以来，凭借其本身耗能低、重量轻、环境友好及色彩真实等一系列优势迅速占领市场，在各种电子产品的显示面板中被广泛使用。LCD的构造大体上是在两块平行的玻璃基板形成的液晶盒中填充液晶，在此过程中，为了能使LCD达到较高的显示效果，填充液晶时必须具有一个良好的初始排列(也即具有特定的取向)。
通常情况下，为使填充的液晶能够在基板表面获取一定的取向，需要在基板表面制备一层取向层。取向层大致可以分为垂直取向层和水平取向层，其中，具备垂直取向层的液晶器件因其响应速度快、对比度高等特点得到了广泛应用。目前，最常用的垂直取向层材料是带有烷基侧链的聚酰亚胺。以聚酰亚胺制备取向层时，首先要采用旋涂或丝网印刷方法将其附着在基板上，再通过高温加热的方式形成垂直取向层。由于其成膜温度较高，导致了其成本增加，也不易于应用到柔性基板上。
针对设有聚酰亚胺取向层的液晶显示器件的上述问题，研究人员尝试将硅烷类的试剂应用到取向层的制备上，具体是将液晶盒的基板置入硅烷试剂的水溶液中于特定温度下恒温静置使其反应，利用硅烷末端的碳链来诱导液晶分子取向。然而在操作过程中发现，使用的硅烷材料无法实现预期的自组装，容易失效而形成沉淀。因此，有必要提供一种不易失效沉淀的液晶显示器件的制备方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种液晶显示器件的制备方法，能够有效避免硅烷取向层的沉淀问题；以及根据该制备方法制得的液晶显示器件和电子设备。
本发明所采取的技术方案是：
本发明的第一方面，提供一种液晶显示器件的制备方法，包括以下步骤：
取液晶盒，向其中填充液晶混合物，液晶混合物包括硅烷和主体液晶；
将填充后的液晶盒加热，以使主体液晶取向；
硅烷选自：
Figure BDA0002285110890000021
中的至少一种；
其中，X为氯、甲氧基、乙氧基中的任一种，Y为氯或溴，R为C2-C30直链烷基中的任一种。
液晶盒包括相对设置的上基板和下基板，上下基板之间形成调节区，在调节区内填充液晶混合物，液晶混合物包括硅烷和主体液晶，由硅烷形成取向层，主体液晶是指在液晶显示器件中起主要显示作用的液晶组分。
根据本发明的一些实施例，基于液晶混合物的总重量，硅烷的重量为0.03-0.5％。硅烷的重量比的范围可以是0.03％～0.4％、0.03％～0.2％、0.03％～0.1％。例如，可以是0.03％、0.05％、0.1％、0.2％、0.4％。
采用上述重量比例范围内的硅烷组分即可完成较好的取向作用，相比于现有的制作工艺，可以在保证性能的基础上节省硅烷的使用量。
根据本发明的一些实施例，硅烷选自：十八烷基三甲氧基硅烷、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十四烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十六烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、3-(三甲氧基硅烷基)丙基二甲基十二烷基氯化铵中的至少一种。
上述几种硅烷组分具有较长的末端长碳链，相对其它硅烷对液晶的锚定作用更强。同时原料更易获得。
根据本发明的一些实施例，主体液晶为负性液晶。
根据本发明的一些实施例，负性液晶为HNG30400-200。
根据本发明的一些实施例，液晶盒包括相对设置的基板，基板选自玻璃、ITO玻璃、PET-ITO膜、聚合物导电薄膜中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，加热时间为30～90min，加热的温度为80～120℃。当采用此条件加热时，可以使得液晶盒内液晶混合物的硅烷更快速地形成单分子取向层。
本发明的第二方面，提供一种液晶显示器件，该液晶显示器件根据上述任一种制备方法制得。
本发明的第三方面，提供一种电子设备，该电子设备包括将上述液晶显示器件作为成像或显示部件使用的液晶显示屏。该电子设备可以是需要进行显示的可携带式电子设备或者是固定式电子设备，例如，可以是数位板、电子阅读器、电子白板、会议平板或其他一些需要具有液晶显示屏的电子设备。
本发明实施例的有益效果是：
发明人发现，现有的取向层制备过程中，首先将液晶盒置于硅烷水溶液中恒温静置以形成取向层，在此过程中，包括三步反应，具体如下：(1)硅烷水溶液中的硅烷组分首先发生水解反应生成活性醇，(2)生成的活性醇发生缩合反应齐聚形成聚合物，(3)当液晶盒的基板浸入硅烷水溶液后，聚合物与基板发生反应从而形成取向层。但在第(2)步反应中，由于硅烷末端有不止一个甲氧基，硅烷之间可能会发生横向交联，从而生成不规则的多分子层，从而导致硅烷失效形成沉淀。
本方法不再单独制备取向层，而是将取向的硅烷材料与液晶直接混合填充到液晶盒内，整个反应在无水条件下进行，硅烷的硅氧烷键直接与基板表面反应实现修饰。在无水条件下，硅氧烷键之间不会发生缩合反应，易于实现单分子层的修饰，同时也不会因为硅氧烷键之间的缩合而导致聚合物的横向交联问题。相比于现有技术中的方法，可以节省大量的步骤。
以二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵(DMOAP)为例，现有技术中的具体反应过程如下：
Figure BDA0002285110890000031
Figure BDA0002285110890000041
但在第(2)步里，实际可能会发生的反应(以三个活性醇为例)：
Figure BDA0002285110890000042
本发明在液晶盒中填充硅烷时实际发生的反应：
Figure BDA0002285110890000043
附图说明
图1为填入液晶混合物的盒体示意图。
图2为硅烷在基板表面自组装示意图。
图3为硅烷末端烷基链诱导液晶分子垂直取向示意图。
图4为十八烷基三甲氧基硅烷诱导液晶分子垂直取向示意图。
图5为偏光显微镜下十八烷基三甲氧基硅烷诱导液晶分子垂直取向效果。
图6为锥光显微镜下十八烷基三甲氧基硅烷诱导液晶分子垂直取向效果。
图7为本发明的另一实施例的取向示意图。
图8为偏光显微镜下二甲基十四烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵溶液诱导液晶分子垂直取向效果。
图9为锥光显微镜下二甲基十四烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵溶液诱导液晶分子垂直取向效果。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种液晶显示器件的制备方法，该制备方法具体包括如下步骤：
1)制备盒体：取上透光基板和下透光基板，将上透光基板和下透光基板相对设置形成调节区，调节区内设有用于控制上透光基板和下透光基板间距的间隙子，制备得到盒体。
2)配制液晶混合物：称取0.05质量份的十八烷基三甲氧基硅烷和99.95质量份的负性液晶HNG30400-200均匀得到液晶混合物。
3)液晶混合物的填充与取向：在室温下将液晶混合物通过毛细力填充到盒体中，然后逐渐升温加热台至80℃，并在80℃加热台上保温30min，使得液晶混合物能够很好的取向。
本实施例具体采用普通玻璃作为透光基板，普通玻璃透光基板边缘设置10μm的间隔子。在室温下将液晶混合物填入盒体中，效果如图1所示。图1为填入液晶混合物的盒体示意图。在上透光基板110和下透光基板120之间有液晶300和硅烷200，硅烷200包括头端220和末端210。图2为硅烷与基板表面自组装示意图。图3为硅烷末端烷基链诱导液晶分子垂直取向示意图。图4为十八烷基三甲氧基硅烷诱导液晶分子垂直取向示意图。参考图2～图4，将热台逐渐升温至80℃，硅烷200的头端220自组装在下透光基板120和上透光基板110上，硅烷200的末端210伸展出来诱导液晶分子300垂直取向(图4中仅示出了一层液晶，实际的液晶盒的液晶混合物中液晶重量占大多数，可以形成多层液晶)。图5为偏光显微镜下十八烷基三甲氧基硅烷诱导液晶分子垂直取向效果。图6为锥光显微镜下十八烷基三甲氧基硅烷诱导液晶分子垂直取向效果。参考图5，将制备的带有液晶混合物的液晶盒放置于正交偏光显微镜下观察，旋转液晶盒，视场始终为暗态；参考图6，在锥光偏光显微镜下观察到马耳它十字线，说明通过该方法可以直接诱导液晶分子垂直取向。
实施例2
本实施例提供一种垂直取向层制备方法，包括如下步骤：
1)制备盒体：取上透光基板和设于上透光基板表面的透明ITO电极层、下透光基板和设于下透光基板表面的透明ITO电极层，将附有ITO电极层的上透光基板和附有ITO电极层的下透光基板相对设置，形成调节区，调节区内设有用于控制上透光基板和下透光基板间距的间隙子，制备得到盒体。
2)配制液晶混合物：称取0.1质量份的二甲基十四烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵溶液和99.9质量份的负性液晶HNG30400-200均匀得到液晶混合物。
3)液晶混合物的填充与取向：在室温下将液晶混合物通过毛细力填充到盒体中，然后逐渐升温加热台至100℃，并在100℃加热台上保温30min，使得液晶混合物能够很好的取向。
图7为本发明的另一实施例的取向示意图，参考图7，上透光基板110上设有第一ITO电极层111，下透光基板120上设有第二ITO电极层121，硅烷的头端220自组装在下透光基板120的第二ITO电极层121和上透光基板110的第一ITO电极层111上，硅烷的末端210伸展出来诱导液晶分子300垂直取向。上透光基板110和下透光基板120边缘设置的10μm的间隔子未在图中示出。图8为偏光显微镜下二甲基十四烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵溶液诱导液晶分子垂直取向效果。图9为锥光显微镜下二甲基十四烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵溶液诱导液晶分子垂直取向效果。参考图8和图9，将制备的带有液晶混合物的盒体放置于正交偏光显微镜下观察，旋转液晶盒，视场始终为暗态；在锥光偏光显微镜下观察到马耳它十字线，说明通过该方法可以直接诱导液晶分子垂直取向。
实施例3
一种液晶显示器件的制备方法，与实施例1的区别在于，液晶混合物中的硅烷选择十八烷基三氯硅烷。
实施例4
一种液晶显示器件的制备方法，与实施例1的区别在于，液晶混合物中的硅烷选择二甲基十六烷基[3-(三乙氧基硅基)丙基]氯化铵。
实施例5
一种LCD投影仪，包括作为成像部件的液晶板，液晶板采用上述任一实施例的液晶显示器件。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种液晶显示器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取液晶盒，向其中填充液晶混合物，所述液晶混合物包括硅烷和主体液晶；
将填充后的所述液晶盒加热；
所述硅烷选自：
Figure FDA0003627011200000011
中的至少一种；
其中，X为甲氧基、乙氧基中的任一种，Y为氯或溴，R为C2-C30直链烷基中的任一种。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器件的制备方法，其特征在于，基于所述液晶混合物的总重量，所述硅烷的重量为0.03-0.5％。
3.根据权利要求1所述的液晶显示器件的制备方法，其特征在于，所述硅烷选自：十八烷基三甲氧基硅烷、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十四烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十六烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、3-(三甲氧基硅烷基)丙基二甲基十二烷基氯化铵中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的液晶显示器件的制备方法，其特征在于，所述主体液晶为负性液晶。
5.根据权利要求4所述的液晶显示器件的制备方法，其特征在于，所述负性液晶为HNG30400-200。
6.根据权利要求1至5任一项所述的液晶显示器件的制备方法，其特征在于，所述液晶盒包括相对设置的基板，所述基板选自玻璃、ITO玻璃、PET-ITO膜、聚合物导电薄膜中的至少一种。
7.根据权利要求1至5任一项所述的液晶显示器件的制备方法，其特征在于，所述加热时间为30～90min，所述加热的温度为80～120℃。
8.一种液晶显示器件，其特征在于，根据权利要求1至7任一项所述的液晶显示器件的制备方法制得。
9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求8所述的液晶显示器件。
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