TWI790293B - 帶有電極的配向基板及液晶顯示元件 - Google Patents

帶有電極的配向基板及液晶顯示元件 Download PDF

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Abstract

本發明是有關於一種帶有電極的配向基板、及包括所述配向基板的液晶顯示元件，所述帶有電極的配向基板在基板上至少包括電極、以及包含具有弱錨定能力的區域及具有強錨定能力的區域這兩種區域的雙錨定層。通過使用本發明的配向基板，可提供一種在單一液晶顯示元件中包含低驅動電壓性高的區域及電壓斷開時的顯示響應性高的區域這兩種區域的液晶顯示元件。

Description

帶有電極的配向基板及液晶顯示元件
本發明是有關於一種液晶顯示元件、及液晶顯示元件中所使用的帶有電極的配向基板。
液晶顯示元件具有薄型、輕量、低消耗電力等特性，因此在行動電話、電腦及電視的顯示元件等寬廣的領域中用途正在擴大。作為液晶顯示元件的顯示原理，提出了扭轉向列（Twisted Nematic，TN）、共面切換（In-Plane Switching，IPS）、鐵電液晶（Ferroelectric Liquid Crystal）等各種顯示模式，但它們幾乎都需要利用配向基板來預先限制液晶分子的配向方向。
作為對液晶分子的配向方向進行限制的方法，採用的是以下手法：在基板上形成使用包含聚醯亞胺或聚醯亞胺前體的溶液而形成的配向膜後，使將人造絲或棉等的布卷成的輥在將轉速以及輥及基板的距離保持為一定的狀態下旋轉，對配向膜的表面沿一方向進行磨擦的手法（摩擦（rubbing）法）；或照射直線偏光紫外線而使聚醯亞胺的分子配向產生各向異性的手法（光配向法）等。通過這些配向處理，使得液晶分子在帶有配向膜的基板表面受到強力約束而沿一定方向進行配向。以下，將所述液晶分子在帶有配向膜的基板表面受到約束而進行配向的方向表述為「易配向軸」。
近年來，作為用以提高液晶顯示元件的低驅動電壓性的改善策略，提出了在基板的其中一側具有強錨定膜，在另一側具有弱錨定膜的液晶顯示元件（例如，參照專利文獻1）。另外，在本說明書中，將如上述配向膜對液晶分子的配向方向進行限制的膜表述為「強錨定膜」，將進行限制的能力表述為「強錨定能力」。同樣地，將基板表面的配向限制力（錨定）弱，即便在膜附近也可利用電場等使液晶分子的方向變化的膜表述為「弱配向膜」，將即便在膜附近也可利用電場等使液晶分子的方向變化的能力表述為「弱錨定能力」。即，所謂「強錨定膜」是指「具有強錨定能力的膜」。所謂「弱錨定膜」是指「具有弱錨定能力的膜」。另外，將可形成具有強錨定能力的膜的材料表述為「強錨定膜形成用材料」，將可形成具有弱錨定能力的膜的材料表述為「弱錨定膜形成用材料」。
另外，將包含具有弱錨定能力的區域及具有強錨定能力的區域這兩種區域的層表述為「雙錨定層」。再者，通常，液晶顯示元件用「配向膜」是表示上述強錨定膜，但在本說明書中，設為雙錨定層也為「配向膜」的一個形態。
在專利文獻1的實施例中記載了一種液晶顯示元件，其在其中一側包括在基板表面形成有聚合物刷（polymer brush）的弱錨定膜，且在另一側包括作為實施了摩擦處理的聚醯亞胺膜的強錨定膜。弱錨定膜對液晶分子的配向限制力弱，因此，在其中一側包括弱錨定膜、在另一側包括強錨定膜的液晶顯示元件與在兩側包括強錨定膜的液晶顯示元件相比，具有低驅動電壓性高的優點，但同時具有電壓斷開（OFF）時的顯示響應性低的缺點。
在用於信息終端的液晶顯示元件中，存在用以播放動畫等且重視電壓斷開時的顯示響應性的區域；及用以顯示時刻等且電壓斷開時的顯示響應性並不如此重要，但使用時間長而重視省電性的區域。
對於電壓斷開時的顯示響應性高而言，有效的是在兩側包括強錨定膜的液晶顯示元件，對於省電性優異而言，有效的是在其中一側包括強錨定膜，在另一側包括弱錨定膜的液晶顯示元件。
通常，在單一的液晶顯示元件中，當存在分別重視電壓斷開時的顯示響應性及省電性的兩種區域時，電壓斷開時的顯示響應性優先，從而使用的是在兩側包括強錨定膜的液晶顯示元件。因此，雖已知通過包括弱錨定膜而帶來的液晶顯示元件的低驅動電壓性提高的優點，但電壓斷開時的顯示響應性降低成為阻礙，為在具有重視所述電壓斷開時的顯示響應性的區域的液晶顯示元件中無法使用弱錨定膜的狀況。 [現有技術文獻]
[專利文獻] [專利文獻1] 日本專利特開2017-010030
[發明所要解決的問題] 本發明的課題在於提供一種液晶顯示元件、及所述液晶顯示元件中所使用的帶有電極的配向基板，所述液晶顯示元件在單一的液晶顯示元件中存在低驅動電壓性高的區域及電壓斷開時的顯示響應性高的區域這兩種區域。
本發明人為解決上述課題而進行了努力研究，結果發現，可利用包括如下帶有電極的配向基板的液晶顯示元件來達成上述目的，從而完成了本發明，即，所述帶有電極的配向基板在基板上包括電極、以及包含具有弱錨定能力的區域及具有強錨定能力的區域這兩種區域的雙錨定層，電極可生成與所述基板平行的電場，且所述帶有電極的配向基板包括：在生成與基板平行的電場的電極區域上的雙錨定層的面積中，具有弱錨定能力的區域的面積所占的比例為40%～100%的像素。 [解決問題的技術手段]
本發明包含以下構成： [1] 一種帶有電極的配向基板，其在基板上至少包括電極、以及包含具有弱錨定能力的區域及具有強錨定能力的區域這兩種區域的雙錨定層， 所述電極能夠生成與所述基板平行的電場； 所述帶有電極的配向基板包括：在生成與所述基板平行的電場的電極區域上的所述雙錨定層的面積中，所述具有弱錨定能力的區域的面積所占的比例為40%～100%的像素。
[2] 根據[1]項所述的帶有電極的配向基板，其還包括：在所述電極區域上的所述雙錨定層的面積中所述具有弱錨定能力的區域的面積所占的比例為0～20%的像素。
[3] 根據[1]項所述的帶有電極的配向基板，其中在生成與所述基板平行的電場的電極區域上的雙錨定層的面積中具有弱錨定能力的區域的面積所占的比例為40%～100%的像素中，在所述電極區域以外的非電極區域上的所述雙錨定層的面積中所述具有弱錨定能力的區域的面積所占的比例為0～20%。
一種液晶顯示元件，其包括根據[1]至[3]中任一項所述的帶有電極的配向基板、及夾著液晶層與所述帶有電極的配向基板相向的第2配向基板；其中 所述第2配向基板包括強錨定膜。 [發明的效果]
本發明的較佳實施方式的帶有電極的配向基板包含具有弱錨定能力的區域及具有強錨定能力的區域這兩種區域。因此，可製作包含低驅動電壓性優異的區域及電壓斷開時的顯示響應性優異的區域這兩種區域的液晶顯示元件。尤其可有效用作將IPS顯示模式的液晶顯示元件的兩片強錨定膜內的其中一片置換為雙錨定層而成的液晶顯示元件。
＜1.本發明的帶有電極的配向基板＞ 本發明的帶有電極的配向基板是一種具有如下特徵的配向基板：在基板上至少包括電極、以及包含具有弱錨定能力的區域及具有強錨定能力的區域這兩種區域的雙錨定層。
＜1-1.帶有電極的配向基板的構成＞ 所述帶有電極的配向基板中的基板、電極、及雙錨定層的構成為在基板上依序層疊所述電極、所述雙錨定層的構成。
所述電極按照像素進行了分割。再者，在本說明書中，例如在為紅色（R）、綠色（G）、藍色（B）三原色的顯示用途的情況下，將各顏色分別表述為「一個像素」，將R、G、B合併表述為「三個像素」。進而，與由液晶顯示元件顯示的像素對應的帶有電極的配向基板的區域也表述為「像素」。
所述電極較佳為在一個像素中包含多條梳電極。將包含所述梳電極上及梳電極間的可生成與基板平行的電場的區域表述為「電極區域」，將電極區域以外的區域表述為「非電極區域」。即，本發明的帶有電極的配向基板中的像素具有電極區域及非電極區域兩者。
將所述像素、所述電極區域、及所述非電極區域的例子示於圖1（a）及圖1（b）。再者，省略了圖1（a）及圖1（b）中的一部分像素電極。
本發明的帶有電極的配向基板中使用的電極的例子為實施例中所使用的Cr等的金屬電極；以及銦錫氧化物（Indium tin oxide，ITO）、氧化銦鋅（Indium zinc oxide，IZO）、鋁摻雜氧化鋅（aluminum doped zinc oxide，AZO）、鎵摻雜氧化鋅（gallium doped zinc oxide，GZO）、及氧化銻錫（antimony tin oxide，ATO）等的透明電極。與透明電極相比，金屬電極可更廉價地形成電極。通過使用透明電極，與使用金屬電極的情況相比可提高液晶顯示元件的光透過率。
＜1-2.在雙錨定層的面積中具有弱錨定能力的區域的面積所占的比例＞
本發明的帶有電極的配向基板包括：在電極區域上的所述雙錨定層的面積中所述具有弱錨定能力的區域的面積所占的比例（以下表述為「弱錨定面積比例」）為40%～100%的像素。
在電極區域上，弱錨定面積比例大的區域所對應的液晶顯示元件的區域的低驅動電壓性高，弱錨定面積比例小的區域中電壓斷開時的顯示響應性高。
因此，通過使用具有電極區域上的弱錨定面積比例大的像素及電極區域上的弱錨定面積比例小的像素這兩種像素的帶有電極的配向基板，可製作在單一的液晶顯示元件中存在低驅動電壓性高的區域及電壓斷開時的顯示響應性高的區域這兩種區域的液晶顯示元件。
為了製作具有低驅動電壓性高的區域的液晶顯示元件，較佳為包括電極區域上的弱錨定面積比例為40%～100%的像素，為了製作電壓斷開時的顯示響應性高的區域，較佳為包括電極區域上的弱錨定面積比例為0～20%的像素。具有低驅動電壓性高的區域及電壓斷開時的顯示響應性高的區域這兩種區域的液晶顯示元件的較佳例為包括電極區域上的弱錨定面積比例為80%～100%的像素、及電極區域上的弱錨定面積比例為0～20%的像素這兩種像素的液晶顯示元件。
進而，通過在電極區域上的弱錨定面積比例大的像素的周邊部減小非電極區域的弱錨定面積比例，可製作具有低驅動電壓性及電壓斷開時的顯示響應性的平衡性良好的區域的液晶顯示元件。
較佳為電極區域上的弱錨定面積比例為60%～100%，非電極區域上的弱錨定面積比例為0～20%。
＜1-3.帶有電極的配向基板的區域圖案＞ 本發明的帶有電極的配向基板的雙錨定層的區域的圖案（以下表述為「區域圖案」）理想的是：具有弱錨定能力的區域及具有強錨定能力的區域一維或二維地且有規則地構成。通過具有區域圖案的規則性，製作區域圖案時的生產性、再現性變得優異。
所述區域圖案的形狀的例子為二分區形狀（2a）、條紋形狀（2b）、格子形狀（2c）、水珠形狀（2d）。將它們的例子示於圖2（a）～圖2（d）。圖2（a）～圖2（d）的區域（2α）及區域（2β）分別為具有弱錨定能力的區域及具有強錨定能力的區域、或具有強錨定能力的區域及具有弱錨定能力的區域。
作為與電極形狀相匹配的所述區域圖案的形狀的具體例，將具有電極區域上的弱錨定面積比例為100%的像素、及電極區域上的弱錨定面積比例為0%的像素這兩種像素的二分區形狀的例子（3a）、以及具有電極區域上的弱錨定區域面積比例為80%且非電極區域的弱錨定面積比例為0%的像素的條紋形狀的例子（3b）及（3c）示於圖3（a）～圖3（c）。圖3（a）～圖3（c）的區域（3α）及區域（3β）分別為具有弱錨定能力的區域及具有強錨定能力的區域。
＜2.帶有電極的配向基板的製作方法＞ 在本發明的帶有電極的配向基板的製作中，在至少包括電極的基板（以下表述為「帶有電極的基板」）上形成雙錨定層。
帶有電極的配向基板的製作方法的例子為以下方法： 在帶有電極的基板上形成具有弱錨定能力的整體膜後，利用紫外線的圖案照射等而局部地使整體膜的重塗（recoat）性發生變化，在重塗性良好的區域中形成具有強錨定能力的圖案體，藉此製作帶有電極的配向基板（以下表述為「製作方法A」）； 在帶有電極的基板上，使用凹版膠印（gravure offset）印刷及柔版印刷等印刷方法而形成具有弱錨定能力的圖案體後，在不具有弱錨定能力的區域中形成具有強錨定能力的圖案體，藉此製作帶有電極的配向基板（以下表述為「製作方法B」）； 在帶有電極的基板上形成具有弱錨定能力的整體膜後，通過使用光阻劑並經由蝕刻步驟而形成具有弱錨定能力的圖案體，在不具有弱錨定能力的區域中形成具有強錨定能力的圖案體，藉此製作帶有電極的配向基板； 在帶有電極的基板上，使用感光性材料並在光顯影法中形成具有弱錨定能力的圖案體後，在不具有弱錨定能力的區域中形成具有強錨定能力的圖案體，藉此製作帶有電極的配向基板（以下表述為「製作方法C」）； 以及，在帶有電極的基板上形成具有強錨定能力的整體膜後，在噴墨法中形成具有弱錨定能力的圖案體，藉此製作帶有電極的配向基板。
在任一種方法中，均對具有強錨定能力的圖案體或具有強錨定能力的整體膜進行配向處理步驟，藉此，具有強錨定能力的區域附近的液晶分子沿一定方向進行配向。
本說明書中的所謂「重塗性」，是指膜相對於在膜上塗布塗液的特性，將膜排斥塗液因此無法形成塗膜的膜的狀態表示為「重塗性不良」，將膜上的塗液的塗敷擴展性高而可形成塗膜的膜的狀態表示為「重塗性良好」。在所述製作方法A中，通過對重塗性不良的整體膜上照射紫外線而提高了重塗性。
這些帶有電極的配向基板的製作方法的例子中，若考慮製作區域圖案時的生產性，則較佳為不使用顯影步驟的製作方法A及製作方法B，若考慮區域圖案的精細性，則較佳為使用圖案曝光步驟的製作方法A及製作方法C。再者，在後述的實施例中，使用的是製作方法A、製作方法B、及製造方法C這三種製作方法。
＜2-1.顯現弱錨定能力的方法＞ 顯現弱錨定能力的方法的例子為：通過使用含氟材料等低表面自由能材料，使形成膜表面相對於液晶材料的相互作用降低的方法（例如，日本專利特開平6-202086，以下表述為「低表面自由能材料使用方法」）；以及形成聚合物刷，並以高於聚合物刷及液晶材料的共存部的玻璃化溫度（Tg）且可使共存部的形狀自由地變動的溫度進行加熱，藉此使共存部相對於液晶材料的相互作用降低的方法（例如，日本專利特開2014-215421，以下表述為「聚合物刷形成方法」）。再者，在後述的實施例中，使用的是低表面自由能材料使用方法。
低表面自由能材料使用方法的具體例為：製備含有多官能羧基化合物、多官能環氧化合物、及聚合性界面活性劑的弱錨定膜形成用材料，將該材料塗布於基板上並進行煆燒，藉此形成具有弱錨定能力的膜的方法；以及製備含有多官能羧基化合物、多官能環氧化合物、聚合性界面活性劑、多官能丙烯酸酯化合物、及光聚合起始劑的弱錨定膜形成用材料，將該材料塗布於基板上並進行曝光、煆燒，藉此形成具有弱錨定能力的膜的方法。再者，在使用包含多官能丙烯酸酯化合物及光聚合起始劑的弱錨定膜形成用材料的情況下，可通過將所述材料塗布於基板上並進行圖案曝光、顯影、煆燒，來形成具有弱錨定能力的圖案體。
聚合物刷形成方法的具體例為：通過將基板浸漬於含自由基聚合性單體的液體中，並在基板表面進行活性自由基聚合（living radical polymerization）而形成聚合物刷，藉此形成具有弱錨定能力的膜的方法。
這些顯現弱錨定能力的方法的例子中，在利用所述製作方法A、製作方法B、或製作方法C來製作帶有電極的配向基板的情況下，較佳為容易形成具有強錨定能力的圖案體的低表面自由能材料使用方法。
＜2-2.顯現強錨定能力的方法＞ 強錨定能力可通過液晶顯示元件用配向膜的已知的形成方法來顯現。液晶顯示元件用配向膜的形成方法的例子為所述摩擦法及光配向法。所述兩種方法中，較佳為在配向處理步驟時可抑制本發明的配向基板的具有弱錨定能力的區域的弱錨定能力降低的光配向法。
光配向法的例子為使用光異構型的材料的方法（例如，日本專利特開2005-275364）、使用光二聚型的材料的方法（例如，日本專利特開平10-251646）、及使用光分解型的材料的方法（例如，日本專利特開平9-297313）。為了保持具有弱錨定能力的區域的弱錨定能力，這些光配向法中，較佳為使用在曝光波長300 nm以上感度高的光異構型的材料的方法及使用光二聚型的材料的方法，特別較佳為使用在曝光波長350 nm以上感度高的光異構型的材料的方法。再者，在後述的實施例中，使用的是使用光異構型的材料的方法。
＜3.本發明的使用帶有電極的配向基板的液晶顯示元件＞ 液晶化合物中存在介電常數各向異性為正的正型、及介電常數各向異性為負的負型。正型的液晶化合物的介電性質在液晶分子的長軸方向上大，在與長軸方向正交的方向上小。負型的液晶化合物的介電性質在液晶分子的長軸方向上小，在與長軸方向正交的方向上大。在以下的液晶顯示元件的說明中，對使用正型的液晶化合物的事例進行說明。
在液晶顯示元件中，作為用以控制液晶分子的配向方向的配向膜，存在所述強錨定膜、所述弱錨定膜、及所述雙錨定層。本發明的液晶顯示元件中，彼此相向的兩個配向膜的其中一者為強錨定膜，另一者為雙錨定層。
本發明的帶有電極的配向基板可用作具有所述雙錨定層的基板。
＜3-1.第1實施方式＞ 圖4是表示本發明的液晶顯示元件10的第1實施方式、以及用於顯示的背光單元11、偏光板12A、及偏光板12B的概略構成的剖面圖。圖5是表示在所述第1實施方式中，使用介電常數各向異性為正的液晶化合物Lp、施加電場E的狀態下的且雙錨定層13為具有弱錨定能力的區域13A的情況下的液晶分子的配向方向的分佈的圖。圖6是表示在所述第1實施方式中，使用介電常數各向異性為正的液晶化合物Lp、施加電場E的狀態下的且雙錨定層13為具有強錨定能力的區域13B的情況下的液晶分子的配向方向的分佈的圖。圖7是表示在所述第1實施方式中，使用介電常數各向異性為正的液晶化合物Lp、不施加電場的狀態下的電極線的配線方向及雙錨定層附近的液晶分子的配向方向的關係的圖。圖8是表示在所述第1實施方式中，使用介電常數各向異性為正的液晶化合物Lp、施加電場E的狀態下的且雙錨定層13為具有弱錨定能力的區域13A的情況下的電極線的配線方向及液晶分子的配向的關係的圖。圖9是表示在所述第1實施方式中，使用介電常數各向異性為正的液晶化合物Lp、施加電場E的狀態下的且雙錨定層13為具有強錨定能力的區域13B的情況下的電極線的配線方向及液晶分子的配向的關係的圖。
如圖4所示，本發明的液晶顯示元件包括：第1基板（LCP-1），形成有雙錨定層13；第2基板（LCP-2），形成有與所述雙錨定層在中間空開間隔而相向配置的強錨定膜14；液晶層（LCP-3），配置於所述雙錨定層及所述強錨定膜之間，通過驅動液晶分子而透射或阻斷所述光；以及驅動電極層（LCP-4），對所述液晶分子施加沿著所述第1基板（LCP-1）及第2基板（LCP-2）的方向的電場。
第1基板（LCP-1）及第2基板（LCP-2）分別包含玻璃等的基板，且空開規定的間隔而彼此平行地配置。
偏光板12A及偏光板12B呈正交尼科爾（crossed Nicol）配置。例如，偏光板12A的偏光方向為方向Y，偏光板12B的偏光方向為方向X。
驅動電極層（LCP-4）設置於所述第1基板（LCP-1）及第2基板（LCP-2）的任一者。如圖4所示，在第1實施方式中，驅動電極層（LCP-4）設置於所述第1基板（LCP-1）。驅動電極層（LCP-4）是通過沿所述第1基板（LCP-1）的表面而並列設置多條電極線15A而形成。在圖4中，各電極線15A以其配線方向在與第1基板（LCP-1）表面平行的面內沿方向Y延伸的方式形成為直線狀。驅動電極層（LCP-4）中，這種電極線15A在與第1基板（LCP-1）的表面平行的面內沿方向X以一定間隔排列。
[實施例] 接著，通過實施例對本發明進行具體說明，但並不受任何限定。
＜實施例1：包括二分區圖案的帶有電極的配向基板的液晶顯示元件＞ [弱錨定膜形成用材料（W1）的製備] 在包括溫度計、攪拌機、原料投入添加口及氮氣導入口的1,000 mL四口燒瓶中，添加作為聚合溶劑的經脫水純化的丙二醇單甲醚乙酸酯（以下表述為PGMEA）604.80 g、作為四羧酸二酐的1,2,3,4-丁烷四羧酸二酐34.47 g、作為苯乙烯-順丁烯二酸酐共聚物的SMA1000（商品名，川原油化股份有限公司）164.11 g、作為一元醇的苄醇50.17 g、作為多元羥基化合物的1,4-丁二醇10.45 g，在乾燥氮氣流下且在130℃下攪拌3小時。其後，將反應後的溶液冷卻至25℃，投入作為二胺的3,3'-二氨基二苯基碸10.80 g、25.20 g的PGMEA，在20℃～30℃下攪拌2小時後，在115℃下攪拌1小時，冷卻至30℃以下，藉此獲得淡黃色透明的且固體成分濃度為30重量%的聚酯醯胺酸溶液（PEA-1）。利用膠體滲透層析（Gel Permeation Chromatography，GPC）測定的固體成分的重量平均分子量為10,000。
本說明書中的重量平均分子量為利用GPC法（管柱溫度：35℃，流速：1 mL/min）而求出的聚苯乙烯換算的值。標準的聚苯乙烯使用分子量為645～132,900的聚苯乙烯（例如，安捷倫科技（Agilent Technologies）股份有限公司的聚苯乙烯校準套組（calibration kit）PL2010-0102），管柱使用PLgel MIXED-D（商品名，安捷倫科技（Agilent Technologies）股份有限公司），可使用四氫呋喃作為流動相而進行測定。再者，本說明書中的市售品的重量平均分子量為目錄記載值。
按照以下的重量進行添加來製備弱錨定膜形成用材料（W1）。作為多官能羧基化合物，為固體成分濃度為30重量%的聚酯醯胺酸溶液（PEA-1）1.00 g；作為多官能環氧化合物，為泰庫摩亞（Tecmoa）VG3101L（商品名，普林特克（Printec）股份有限公司，以下簡記為「VG3101L」）0.30 g；作為聚合性界面活性劑，為美佳法（Megafac）RS-72-K（商品名，迪愛生（DIC）股份有限公司，以下簡記為「RS-72-K」）0.20 g；及作為溶劑，為PGMEA 24.90 g。
[強錨定膜形成用材料（S1）的製備] 在包括溫度計、攪拌機、原料投入添加口及氮氣導入口的200 mL四口燒瓶中，添加4,4'-二氨基偶氮苯1.4184 g、1,4-雙(4-氨基苯基)丁烷 0.5736 g、1,4-雙(4-氨基苯基)呱嗪0.1281 g、及脫水N-甲基吡咯烷酮（以下簡記為「NMP」）44.0 g，在乾燥氮氣流下進行攪拌溶解。繼而，添加1,8-雙(3,4-二羧酸)辛烷二酐3.8799 g及脫水NMP 20.0 g，在室溫下持續攪拌24小時，獲得反應溶液。向所述反應溶液中加入乙二醇單丁醚20.0 g，獲得固體成分濃度為6重量%的聚醯胺酸溶液。將所述聚醯胺酸溶液設為（PA1）。（PA1）中所含的聚醯胺酸的重量平均分子量為10,000。
在包括溫度計、攪拌機、原料投入添加口及氮氣導入口的200 mL四口燒瓶中，加入1,4-雙(4-氨基苯基)呱嗪1.9123 g、4,4'-二氨基二苯基醚0.8561 g、1,4-苯二胺0.3082 g、及脫水NMP 44.0 g，在乾燥氮氣流下進行攪拌溶解。加入1,2,3,4-丁烷四羧酸二酐1.8354 g、均苯四甲酸二酐1.0880 g、進而加入脫水NMP 20.0 g，在室溫下持續攪拌24小時。向所述反應溶液中加入乙二醇單丁醚30.0 g，獲得聚合物固體成分濃度為6重量%的聚醯胺酸溶液。將所述聚醯胺酸溶液設為（PA2）。（PA2）中所含的聚醯胺酸的重量平均分子量為50,000。
按照下述的重量添加聚醯胺酸溶液（PA1）、聚醯胺酸溶液（PA2）、及NMP，並進行混合溶解，藉此製備聚合物固體成分濃度為4重量%的強錨定膜形成用材料（S1）。 固體成分濃度為6重量%的聚醯胺酸溶液（PA1） 9.00 g 固體成分濃度為6重量%的聚醯胺酸溶液（PA2） 21.00 g NMP 15.00 g
[液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1a的製作] 使用所述製作方法A，以如下方式製作液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1a。
在帶有IPS胞元用Cr梳電極的基板上，以2,000 rpm將所述弱錨定膜形成用材料（W1）旋塗10秒，並在100℃的熱板上預烘烤2分鐘，接著，在230℃的烘箱中後烘烤30分鐘，藉此獲得帶有膜厚為約40 nm的具有弱錨定能力的膜的基板。
對於所獲得的帶有膜的基板，使用包括照射包含波長185 nm的光及波長254 nm的光的紫外線的低壓水銀燈EUV200WS-60（商品名，SEN特殊光源股份有限公司）的曝光裝置光表面處理器（PHOTO SURFACE PROCESSOR）PL2003N-12（商品名，SEN特殊光源股份有限公司）、及二分區圖案的光阻來進行圖案曝光，獲得帶有曝光部及未曝光部中重塗性不同的圖案曝光膜的基板。曝光量是利用紫外線累計光量計UIT-150（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）、光接收器UVD-S254（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）進行測定而設為以波長254 nm的光換算計為10 J/cm2 。
在所獲得的帶有曝光部及未曝光部中重塗性不同的圖案曝光膜的基板上，以3,000 rpm將所述強錨定膜形成用材料（S1）旋塗10秒，並在70℃的熱板上預烘烤80秒，藉此在帶有圖案曝光膜的基板的曝光區域上形成強錨定膜形成用材料的塗膜。
接著，使用包括超高壓水銀燈的多重光（Multi Light）ML-501C/B（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）及偏光板，對帶有塗膜的基板自鉛垂方向照射直線偏光紫外線。曝光量是利用紫外線累計光量計UIT-150（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）、光接收器UVD-S365（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）進行測定而設為以波長365 nm的光換算計為2 J/cm2 。直線偏光紫外線的偏光方向設為與Cr梳電極的配線方向垂直。通過設為所述方向，在所製作的液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1a的雙錨定層內，具有強錨定能力的區域的易配向軸變得與Cr梳電極的配線方向平行。
進而，在230℃的烘箱中後烘烤20分鐘，藉此獲得具有二分區圖案的雙錨定層的帶有電極的配向基板（以下稱為「液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1a」）。將IPS胞元用Cr梳電極的配置及二分區圖案的雙錨定層的配置的關係、以及兩處光透過率測定部位（T1）及光透過率測定部位（T2）示於圖10。圖10中記載的圖案對應圖3（a）。
在圖10中記載的圖案內，光透過率測定部位（T1）所處的像素中的弱錨定面積比例在電極區域及非電極區域的任一者中均為0%，光透過率測定部位（T2）所處的像素中的弱錨定面積比例在電極區域及非電極區域的任一者中均為100%。
[液晶顯示元件製作用配向基板2的製作] 在玻璃基板上，以2,000 rpm將強錨定膜形成用材料（S1）旋塗10秒，並在70℃的熱板上預烘烤80秒，藉此獲得帶有塗膜的基板。繼而，使用包括超高壓水銀燈的多重光（Multi Light）ML-501C/B（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）及偏光板，對帶有塗膜的基板自鉛垂方向照射直線偏光紫外線。曝光量是利用紫外線累計光量計UIT-150（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）、光接收器UVD-S365（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）進行測定而設為以波長365 nm的光換算計為2 J/cm2 。進而，在230℃的烘箱中後烘烤20分鐘，獲得帶有膜厚為約100 nm的強錨定膜的基板。以下，將所獲得的所述帶有強錨定膜的基板稱為「液晶顯示元件製作用配向基板2」。
[正型液晶組成物（LC-1）的製備] 將下述通式（2-1）～通式（2-9）的化合物按照記載的重量比混合溶解，藉此製備正型液晶組成物（LC-1）。
Figure 02_image001
[液晶顯示元件1a1的製作] 對於液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1a及液晶顯示元件製作用配向基板2這兩片基板，以各自的雙錨定層側及強錨定膜側相向，且液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1a的Cr梳電極的配線方向及液晶顯示元件製作用配向基板2的強錨定膜的易配向軸變得平行的方式進行配置。通過以所述方式進行配置，在液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1a的雙錨定層內，具有強錨定能力的區域的易配向軸及液晶顯示元件製作用配向基板2的強錨定膜的易配向軸變得平行。進而，在雙錨定層及強錨定膜之間形成用以注入正型液晶組成物（LC-1）的空隙來進行貼合，製作胞元厚度為4 μm的空胞元。向所製作的空胞元中真空注入正型液晶組成物（LC-1），製作液晶顯示元件1a1。再者，若使所述液晶顯示元件對應於圖4，則電極線15A的配線方向及強錨定膜14的易配向軸為方向Y。
[低驅動電壓性的評價] 測定所製作的液晶顯示元件1a1的光透過率測定部位（T1）及光透過率測定部位（T2）中的成為最大光透過率時的電壓（以下表述為「Vmax」）。測定時使用包括鹵素燈的大塚電子股份有限公司製造的液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）5100型亮度計。測定時，液晶顯示元件1a1被夾持於呈正交尼科爾配置的兩片偏光板之間，從而液晶顯示元件1a1的梳電極的配線方向相對於偏光器的偏光方向所成的角度為不施加電壓時的光透過率為最小的角度。施加電壓為矩形波（60 Hz）。將Vmax未滿8.0 V的情況評價為低驅動電壓特性「高」，將Vmax為8.0 V以上的情況評價為「低」。將測定結果及評價結果示於表1。
[電壓斷開時的顯示響應性的評價] 測定所製作的液晶顯示元件1a1的光透過率測定部位（T1）及光透過率測定部位（T2）中的下降時間τf（fall time）。測定時使用光源中包括鹵素燈的大塚電子股份有限公司製造的LCD5100型亮度計。測定時，液晶顯示元件1a1被夾持於呈正交尼科爾配置的兩片偏光板之間，從而偏光器的偏光方向及液晶顯示元件1a1的Cr梳電極的配線方向所成的角度為不施加電壓時的光透過率為最小的角度。施加電壓為矩形波（60 Hz，所述Vmax）。此處，τf是將最大透過率電壓時的光透過率設為100%、將不施加電壓時的透過率設為0%時的光透過率自90%變化為10%為止的時間。將下降時間τf未滿23.5 ms的情況評價為電壓斷開時的顯示響應性「高」，將下降時間τf為23.5 ms以上的情況評價為「低」。將測定結果及評價結果示於表1。
＜實施例2：包括第1條紋圖案的帶有電極的配向基板的液晶顯示元件＞ 將二分區圖案的光阻變更為可形成圖11所示的圖案的第1條紋圖案的光阻，除此以外，與實施例1同樣地製作液晶顯示元件1a2。圖11中記載的圖案對應圖3（b）。
圖11中記載的圖案的電極區域中的弱錨定面積比例為（7.0 mm/9.8 mm）=71%，非電極區域中的弱錨定面積比例為0%。
在所獲得的液晶顯示元件1a2的測定部位（T3）中，進行Vmax的測定、下降時間τf的測定、低驅動電壓性的評價、及電壓斷開時的顯示響應性的評價。評價時使用與液晶顯示元件1a1相同的評價方法。將各個測定結果及評價結果示於表1。
＜實施例3：包括第2條紋圖案的帶有電極的配向基板的液晶顯示元件＞ 將二分區圖案的光阻變更為可形成圖12所示的圖案的第2條紋圖案的光阻，除此以外，與實施例1同樣地製作液晶顯示元件1a3。圖12中記載的圖案對應圖3（c）。
圖12中記載的圖案的電極區域中的弱錨定面積比例為[（9.8 mm-5.0 mm）/9.8 mm]=49%，非電極區域中的弱錨定面積比例為[（2×3.5 mm+5.0 mm-9.8 mm）/（23.8 mm-9.8 mm）]=16%。
在所獲得的液晶顯示元件1a3的測定部位（T4）中，進行Vmax的測定、下降時間τf的測定、低驅動電壓性的評價、及電壓斷開時的顯示響應性的評價。評價時使用與液晶顯示元件1a1相同的評價方法。將各個測定結果及評價結果示於表1。
＜實施例4：使用製作方法B而製作的液晶顯示元件＞ [弱錨定膜形成用材料（W2）的製備] 按照以下的重量進行添加來製備弱錨定膜形成用材料（W2）。作為多官能羧基化合物，為固體成分濃度為30重量%的聚酯醯胺酸溶液（PEA-1）1.00 g，作為多官能環氧化合物，為VG3101L 0.30 g，作為聚合性界面活性劑，為RS-72-K 0.20 g，以及作為溶劑，為PGMEA 12.03 g、及二乙二醇單丁醚12.87 g。
[液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1b的製作] 在帶有IPS胞元用Cr梳電極的基板上，利用凹版膠印法，以形成圖10所示的二分區圖案的方式對所述弱錨定膜形成用材料（W2）進行圖案印刷，並在100℃的熱板上預烘烤2分鐘，藉此獲得帶有圖案塗膜的帶有電極的基板。接著，在230℃的烘箱中後烘烤30分鐘，獲得帶有膜厚為約40 nm且具有弱錨定能力的圖案體的帶有電極的基板。
在所獲得的帶有具有弱錨定能力的圖案體的帶有電極的基板上，以3,000 rpm將所述強錨定膜形成用材料（S1）旋塗10秒，並在70℃的熱板上預烘烤80秒，藉此在帶有具有弱錨定能力的圖案體的帶有電極的基板中的圖案體未形成區域上形成強錨定膜形成用材料（S1）的塗膜。
接著，使用包括超高壓水銀燈的多重光（Multi Light）ML-501C/B（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司），對帶有塗膜的基板自鉛垂方向照射直線偏光紫外線。曝光量是利用紫外線累計光量計UIT-150（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）、光接收器UVD-S365（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）進行測定而設為2 J/cm2 。直線偏光紫外線的偏光方向設為與Cr梳電極的配線方向垂直。通過設為所述方向，在所製作的液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1b的雙錨定層內，具有強錨定能力的區域的易配向軸變得與Cr梳電極的配線方向平行。
進而，在230℃的烘箱中後烘烤20分鐘，藉此獲得液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1b。
[液晶顯示元件1b1的製作] 將液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1a變更為液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1b，除此以外，使用與液晶顯示元件1a1相同的製作方法來製作液晶顯示元件1b1。
在所獲得的液晶顯示元件1b1的測定部位（T1）及測定部位（T2）中，進行Vmax的測定、下降時間τf的測定、低驅動電壓性的評價、及電壓斷開時的顯示響應性的評價。測定及評價時使用與液晶顯示元件1a1相同的測定方法及評價方法。將各個測定結果及評價結果示於表1。
＜實施例5：使用製作方法C而製作的液晶顯示元件＞ [弱錨定膜形成用材料（W3）的製備] 按照以下的重量進行添加來製備弱錨定膜形成用材料（W3）。作為多官能羧基化合物，為固體成分濃度為30重量%的聚酯醯胺酸溶液（PEA-1）1.00 g，作為多官能環氧化合物，為VG3101L 0.30 g，作為聚合性界面活性劑，為RS-72-K 0.30 g，作為多官能丙烯酸酯化合物，為亞羅尼斯（Aronix）M-402 0.30g（商品名；東亞合成股份有限公司），作為光聚合起始劑，為艾迪科弧魯茲（Adeka arc Luz）NCI-930（商品名，艾迪科（ADEKA）股份有限公司）0.09 g，以及作為溶劑，為PGMEA 24.36 g。
[液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1c的製作] 在帶有IPS胞元用Cr梳電極的基板上，以1,000 rpm將所述弱錨定膜形成用材料（W3）旋塗10秒，並在100℃的熱板上預烘烤2分鐘，藉此獲得帶有塗膜的帶有電極的基板。接著，在空氣中，使用包括超高壓水銀燈的接近式曝光機TME-150PRC（商品名，拓普康（Topcon）股份有限公司），介隔如形成圖10所示的二分區圖案的光阻進行圖案曝光。曝光量是利用累計光量計UIT-102（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）、光接收器UVD-365PD（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）進行測定而設為以波長365 nm的光換算計為100 mJ/cm2 。繼而，利用25℃的2.38%四甲基氫氧化銨（tetramethyl ammonium hydroxide，TMAH）水溶液進行10秒顯影，並利用超純水進行60秒流水沖洗，進而在230℃的烘箱中後烘烤30分鐘，藉此獲得帶有曝光部的膜厚為約100 nm、未曝光部的膜厚為約50 nm且具有弱錨定能力的圖案體的帶有電極的配向基板（以下稱為「液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1c」）。
在所獲得的帶有具有弱錨定能力的圖案體的帶有電極的基板上，以3,000 rpm將所述強錨定膜形成用材料（S1）旋塗10秒，並在70℃的熱板上預烘烤80秒，藉此在帶有具有弱錨定能力的圖案體的基板中的未曝光部上形成強錨定膜形成用材料（S1）的塗膜。
接著，使用包括超高壓水銀燈的多重光（Multi Light）ML-501C/B（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）及偏光板，對帶有塗膜的基板自鉛垂方向照射直線偏光紫外線。曝光量是利用紫外線累計光量計UIT-150（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）、光接收器UVD-S365（商品名，牛尾（USHIO）電機股份有限公司）進行測定而設為以波長365 nm的光換算計為2 J/cm2 。
進而，在230℃的烘箱中後烘烤20分鐘，藉此獲得液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1c。
[液晶顯示元件1c1的製作] 將液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1a變更為液晶顯示元件製作用帶有電極的配向基板1c，除此以外，使用相同的製作方法來製作液晶顯示元件1c1。
在所獲得的液晶顯示元件1c1的測定部位（T1）及測定部位（T2）中，進行Vmax的測定、下降時間τf的測定、低驅動電壓性的評價、及電壓斷開時的顯示響應性的評價。測定及評價時使用與液晶顯示元件1a1相同的測定方法及評價方法。將各個測定結果及評價結果示於表1。
表1
Figure 107134620-A0304-0001
如由實施例1、實施例4及實施例5所表明，可知本發明的包括帶有電極的配向基板的液晶顯示元件在單一液晶顯示元件中存在低驅動電壓性高的區域及電壓斷開時的顯示響應性高的區域這兩種區域。
如由實施例2的光透過率測定部位（T3）的結果、實施例3的光透過率測定部位（T4）的結果、及實施例1的光透過率測定部位（T2）的結果所表明，可知在本發明的包括帶有電極的配向基板的液晶顯示元件中，與電極區域上的弱錨定面積比例大且非電極區域上的弱錨定面積比例也大的情況相比，在電極區域上的弱錨定面積比例大且非電極區域上的弱錨定面積比例小的情況下，Vmax不會如此增加而電壓斷開時的顯示響應性改善。
產業上的可利用性 本發明的包括帶有電極的配向基板的液晶顯示元件可製作存在低驅動電壓性高的區域及電壓斷開時的顯示響應性高的區域兩者的單一液晶顯示元件。進而，通過對這些區域的圖案進行控制，可調整具有弱錨定能力的區域的電壓斷開時的顯示響應性。
10‧‧‧液晶顯示元件11‧‧‧背光單元12A、12B‧‧‧偏光板LCP-1‧‧‧第1基板LCP-2‧‧‧第2基板LCP-3‧‧‧液晶層LCP-4‧‧‧驅動電極層13‧‧‧雙錨定層13A‧‧‧雙錨定層的具有弱錨定能力的區域13B‧‧‧雙錨定層的具有強錨定能力的區域14‧‧‧強錨定膜15A‧‧‧電極線16‧‧‧像素電極17‧‧‧共用電極18‧‧‧像素19‧‧‧電極區域20‧‧‧非電極區域2α、2β、3α、3β‧‧‧區域E‧‧‧電場Lp‧‧‧液晶化合物T1、T2、T3、T4‧‧‧光透過率測定部位/測定部位X、Y‧‧‧在與第1基板及第2基板平行的平面上虛擬的坐標軸
圖1（a）及圖1（b）是表示像素、電極區域、及非電極區域的例子的平面圖。 圖2（a）～圖2（d）是表示本發明的帶有電極的配向基板的區域圖案例的平面圖。 圖3（a）～圖3（c）是表示本發明的帶有電極的配向基板的區域圖案例中，與電極形狀相匹配的所述區域圖案的形狀的具體例的平面圖。 圖4是表示本發明的液晶顯示元件10的第1實施方式、以及用於顯示的背光單元11、偏光板12A、及偏光板12B的概略構成的剖面圖。再者，雙錨定層13為具有弱錨定能力的區域13A的情況及雙錨定層13為具有強錨定能力的區域13B的情況的任一種情況均如圖4所示。 圖5是表示在所述第1實施方式中，使用介電常數各向異性為正的液晶化合物Lp、施加電場E的狀態下的且雙錨定層13為具有弱錨定能力的區域13A的情況下的液晶分子的配向方向的分佈的剖面圖。 圖6是表示在所述第1實施方式中，使用介電常數各向異性為正的液晶化合物Lp、施加電場E的狀態下的且雙錨定層13為具有強錨定能力的區域13B的情況下的液晶分子的配向方向的分佈的剖面圖。 圖7是表示在所述第1實施方式中，使用介電常數各向異性為正的液晶化合物Lp、不施加電場的狀態下的電極線的配線方向及弱錨定膜附近的液晶分子的配向方向的關係的平面圖。再者，雙錨定層13為具有弱錨定能力的區域13A的情況及雙錨定層13為具有強錨定能力的區域13B的情況的任一種情況均如圖7所示。 圖8是表示在所述第1實施方式中，使用介電常數各向異性為正的液晶化合物Lp、施加電場E的狀態下的且雙錨定層13為具有弱錨定能力的區域13A的情況下的電極線的配線方向及液晶分子的配向的關係的平面圖。 圖9是表示在所述第1實施方式中，使用介電常數各向異性為正的液晶化合物Lp、施加電場E的狀態下的且雙錨定層13為具有強錨定能力的區域13B的情況下的電極線的配線方向及液晶分子的配向的關係的平面圖。 圖10是表示實施例的IPS胞元用Cr梳電極的配置及二分區圖案的雙錨定層的配置的關係的平面圖。在一個帶有電極的配向基板上形成有兩個像素18。梳電極在與基板平行的面內沿方向X以一定間隔排列。 圖11是表示實施例的IPS胞元用Cr梳電極的配置及第1條紋圖案的雙錨定層的配置的關係的平面圖。在一個帶有電極的配向基板上形成有兩個像素18。梳電極在與基板平行的面內沿方向X以一定間隔排列。 圖12是表示實施例的IPS胞元用Cr梳電極的配置及第2條紋圖案的雙錨定層的配置的關係的平面圖。在一個帶有電極的配向基板上形成有兩個像素18。梳電極在與基板平行的面內沿方向X以一定間隔排列。
13A‧‧‧雙錨定層的具有弱錨定能力的區域
13B‧‧‧雙錨定層的具有強錨定能力的區域
16‧‧‧像素電極
17‧‧‧共用電極
18‧‧‧像素
19‧‧‧電極區域
20‧‧‧非電極區域
T3‧‧‧光透過率測定部位/測定部位
X、Y‧‧‧在與第1基板及第2基板平行的平面上虛擬的坐標軸

Claims (4)

  1. 一種帶有電極的配向基板，其在基板上至少包括電極以及雙錨定層，所述雙錨定層具有弱錨定能力的區域及具有強錨定能力的區域這兩種區域，其中， 所述電極能夠生成與所述基板平行的電場； 所述帶有電極的配向基板包括：在所述生成與所述基板平行的電場的電極區域上的所述雙錨定層的面積中，所述具有弱錨定能力的區域的面積所占的比例為40%～100%的像素。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的帶有電極的配向基板，其中還包括：在所述電極區域上的所述雙錨定層的面積中，所述具有弱錨定能力的區域的面積所占的比例為0～20%的像素。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的帶有電極的配向基板，其中，在生成與所述基板平行的電場的電極區域上的雙錨定層的面積中具有弱錨定能力的區域的面積所占的比例為40%～100%的像素中，在所述電極區域以外的非電極區域上的所述雙錨定層的面積中所述具有弱錨定能力的區域的面積所占的比例為0～20%。
  4. 一種液晶顯示元件，其包括如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的帶有電極的配向基板、及夾著液晶層與所述帶有電極的配向基板相向的第2配向基板；其中， 所述第2配向基板包括強錨定膜。
TW107134620A 2018-01-05 2018-10-01 帶有電極的配向基板及液晶顯示元件 TWI790293B (zh)

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