CN102127457A

CN102127457A - 一种配向层材料、配向层、双折射液晶薄膜及其制造方法

Info

Publication number: CN102127457A
Application number: CN2010106161719A
Authority: CN
Inventors: 陈昭宇; 李得俊
Original assignee: Shenzhen Super Perfect Optics Ltd
Current assignee: Shenzhen Super Perfect Optics Ltd
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2011-07-20
Also published as: TW201226439A; TWI453232B

Abstract

本发明提供了一种配向层材料，该配向层材料用于制造配向层，配向层材料包括一种聚合物，聚合物具有如下分子结构式：本发明还提供了一种配向层、双折射液晶薄膜及其制造方法。相较于现有技术，本发明的配向层、双折射液晶薄膜及其配向层材料成膜不受温度的限制，适合于大量涂布，且具有高透过性，其特殊的沟槽结构和分子键极性力能增加其对液晶的配向。同时本发明的配向层、双折射液晶薄膜的制造方法工艺简单，可以实现在低温下对配向膜进行固化，有利于量产且成本的降低，且方便于液晶薄膜技术实现大批量制作工艺。

Description

一种配向层材料、配向层、双折射液晶薄膜及其制造方法

技术领域

本发明涉及液晶显示面板领域，尤其涉及配向层材料、配向层、双折射液晶薄膜及其制造方法。

背景技术

随着数字网络科技的发展，在日常生活中的各个层面中，液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)面板产业除了原本以笔记本电脑(Notebook，NB)作为核心应用外，更朝向包括液晶萤幕、可携式消费型影音产品、移动电话及液晶电视机等方向的市场应用全力发展。

由于不同的市场需求，目前对液晶显示面板自身的视角、对比度、显示均匀性等的要求也相应提高。为解决上述问题，业界对液晶显示面板的制造材料及制造工艺不断提出新的方案。而在液晶显示面板中，对液晶配向控制技术、配向层评估技术的研究直接与上述的问题的改善相关，因此，配向层的制造控制技术非常重要。

一般而言，液晶分子排列方式主要分为液晶分子长轴平行于配向层，称为Homogeneous Alignment；长轴垂直于配向层上，称为Hetergeneous或Vertical Alignment；但在液晶萤幕之应用上，液晶分子与配向层表面呈某一角度的倾斜(即预倾角，PretiltAngle)，如此才能达到均一配向的效果。该预倾角主要取决于配向层的物化作用力，如氢键、(Hydrogenbond)、凡得瓦力(vanderWaals force)、Dipole-dipoleforce以及机械力效应，即沟槽(Groove)或配向层表面型态。

在液晶显示面板内，液晶分子必须朝着某一特定方向排列，才能达到显示效果，而欲使液晶分子产生均一稳定排列有赖于液晶配向技术，因为液晶层与配向层的接口具有很强的粘附力，在电场关闭后液晶凭借该粘附力而恢复到原来的排列。

液晶配向技术中生产制造配向层的主要方式包括离子束配向、蒸镀氧化硅及摩擦配向技术等。其中，离子束配向及蒸镀氧化硅等方式都存在制造工艺量产难、成本高的问题。

发明内容

本发明解决上述技术问题的方案是提供了一种配向层、双折射液晶薄膜及其配向层材料及制造方法。

本发明提供了一种配向层材料，该配向层材料用于制造配向层，配向层材料包括一种聚合物，聚合物具有如下分子结构式：

根据本发明的一优选实施例，聚合物为多种化合物经过聚合反应而成，其中该多种化合物包括：丙烯酸羟乙酯、3-异氰酸酯基亚甲基-3，5，5-三甲基环己基异氰酸酯、双酚基丙烷及1.4-环己二醇。

根据本发明的一优选实施例，丙烯酸羟乙酯、3-异氰酸酯基亚甲基-3，5，5-三甲基环己基异氰酸酯、双酚基丙烷及1.4-环己二醇的摩尔比为2∶16∶12∶3。

根据本发明的一优选实施例，该配向层材料还包括光敏剂，光敏剂在配向层材料中的浓度为质量分数0.1％-1％。

根据本发明的一优选实施例，该配向层材料还包括引发剂。

根据本发明的一优选实施例，引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮以及2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种。

本发明还提供了一种配向层，配向层包括一种配向层材料，该配向层材料用于制造配向层，配向层材料包括一种聚合物，该聚合物具有如下分子结构式：

本发明还提供了一种双折射液晶薄膜，其包括配向层及液晶单体，配向层相对设置，液晶单体设置在配向层之间，配向层包括一种配向层材料，该配向层材料用于制造配向层，配向层材料包括一种聚合物，该聚合物具有如下分子结构式：

本发明还提供了一种配向层的制造方法，配向层的制造方法包括以下步骤：a.提供一基材以及配向层材料，该配向层材料包括一种聚合物，聚合物具有如下分子结构式：

b.将配向层材料涂布至基材的一表面；c.固化涂布在基材表面的配向层材料；d.采用配向技术对固化后的配向层材料进行配向，形成配向层。

根据本发明的一优选实施例，步骤c中采用紫外光照射固化涂布在基材表面的配向层材料。

根据本发明的一优选实施例，步骤c中采用的紫外光的波长能量为100*10⁶J/cm²-1000*10⁶J/cm²。

根据本发明的一优选实施例，步骤d中的配向技术为摩擦配向技术。

根据本发明的一优选实施例，所述的基材是PET材料。

本发明还提供了一种双折射液晶薄膜的制造方法，该双折射液晶薄膜的制造方法包括以下步骤：a.提供配向层，该配向层包括一种聚合物，聚合物具有如下分子结构式：

b.在二层配向层之间涂布液晶单体；以及c.采用紫外光照射固化液晶单体。

相较于现有技术，本发明的配向层、双折射液晶薄膜及其配向层材料成膜不受温度的限制，适合于大量涂布，且具有高透过性，其特殊的沟槽结构和分子键极性力能增加其对液晶的配向。同时该本发明的配向层、双折射液晶薄膜的制造方法工艺简单，利于量产且成本较低，且方便于液晶薄膜技术实现大批量制作工艺。

附图说明

图1是本发明一实施例的配向层材料中的聚合物的宏观分子结构示意图；

图2是本发明一实施例的配向层的制造方法流程图；

图3是图2所示配向层制造方法中涂布装置示意图；

图4是图1所示配向层的聚合物中HEA交联方式的示意图；

图5是图2所示配向层制造方法中摩擦配向工艺示意图；

图6是本发明一实施例的双折射液晶薄膜的制造方法流程图；

图7是图6所示双折射液晶薄膜的制造方法中双折射液晶薄膜侧面示意图；以及

图8是本发明一实施例的TN盒旋光性的检测方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种配向层材料，该配向层材料用于制造配向层，该配向层材料包括一种聚合物，该聚合物为多种化合物经过聚合反应而成，其中该多种化合物包括：丙烯酸羟乙酯(HEA)、3-异氰酸酯基亚甲基-3，5，5-三甲基环己基异氰酸酯(IPDI)、双酚基丙烷(BPA)及1.4-环己二醇(Cyclohexanediol)。在本发明的一优选实施例中，该聚合反应中采用的丙烯酸羟乙酯、3-异氰酸酯基亚甲基-3，5，5-三甲基环己基异氰酸酯、双酚基丙烷及1.4-环己二醇的摩尔比为2∶16∶12∶3。

该聚合物具有如下分子结构式，其平均分子量约6000-8000：

该聚合物具有如下分子链：

HEA-IPDI-BPA-IPDI-Cyclohexanediol-IPDI-BPA-IPDI-BPA-IPDI-BPA-IPDI-BPA-IPDI-BPA-IPDI-BPA-IPDI-BPA-IPDI-BPA-IPDI-BPA-IPDI-BPA-IPDI-BPA-IPDI-Cyclohexanediol-IPDI-BPA-HEA。

图1示出了该聚合物的宏观分子结构示意图。

该配向层材料还可以进一步包括添加剂，该添加剂包括染料、流平剂、增塑剂、光敏剂、引发剂和除泡剂等。其中，光敏剂在配向层材料中的浓度可达质量分数0.1％-1％，引发剂则可选自2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮以及2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种。

本发明还提供了一种配向层，该配向层包括本发明所述的配向层材料。

本发明还提供了一种双折射液晶薄膜，该双折射液晶薄膜包括配向层及液晶单体，配向层包括本发明所述的配向层材料。

本发明还提供了一种配向层的制造方法，如图2所示，该配向层的制造方法包括以下步骤：

步骤S11，提供一基材以及配向层材料。具体而言，提供一基材，该基材可以是一表面平整的用以制造液晶显示面板的矩形玻璃平板，其包括一涂布表面。取向膜的基材可以是PET材料。

提供配向层材料，该配向层材料为如本发明所述的配向层材料，且包括一种如本发明所述的聚合物，该聚合物具有如下分子结构式：

步骤S12，将配向层材料涂布至基材的一表面。

具体而言，采用如图3所示的涂布装置，采用滚轮印刷涂布工艺涂布该配向层材料于该基材的涂布表面，涂布厚度≤0.1微米，使得该配向层材料呈均匀层状设置。当然在本实施方式中，该配向层材料的涂布还可以通过旋转涂布、滚动涂布、浸渍涂布、喷雾涂布或凹版涂布等工艺实现。

步骤S13，固化涂布在基材表面的配向层材料。

在本实施例中，可以采用紫外光照射固化的方式对涂布在基材的表面的配向层材料进行固化，当然在另一实施例中也可采取其他合适的固化方式。具体而言，提供一紫外光源系统，该紫外光源系统可以是一高压汞灯，其用以发出紫外光束。调整该紫外光源系统产生的紫外光束的波长能量为100*10⁶J/cm²-1000*10⁶J/cm²，将紫外光束均匀照射至位于该基材表面的配向层材料，使得该配向层材料互相交联并固化。例如，可以在距离配向层材料20cm处放置2kw紫外灯，采用固化能量1000*10⁶J/cm²固化几十秒内至5分钟，以完成固化流程。

由于PET材料的基材不耐高温，在高温的情况下会变形，而本发明的紫外固化配向层材料可以在低温下就完成对取向膜的固化，对取向膜制程的改善尤为重要。

采用紫外固化取向膜的固化时间大大缩短，相比于现有的PI取向膜应该是由PI预烘烤以及PI坚膜等过程，有升温、恒温和降温3个过程至少要1-2个小时，本发明的配向层的制造方法大大优化了制程，节约整个制程的时间，同时也节约了成本。

在该紫外光束照射过程中，该配向层材料中的HEA在紫外光下能发生聚合，使该配向层材料在紫外光下发生交联反应。如图4所示，HEA主要有二种交联方式，图4a所示的串联方式以及图4b所示的并联方式。

步骤S14，采用配向技术对固化后的配向层材料进行配向，形成配向层。

利用绒布滚轮1在该配向层材料形成的材料层的表面进行接触式顺向机械式摩擦，具体如图5所示。

本发明还提供了一种双折射液晶薄膜的制造方法，如图6、7所示，双折射液晶薄膜的制造方法包括以下步骤：

步骤S21，提供配向层2、3，该配向层2、3包括一种聚合物，该聚合物具有如下分子结构式：

该步骤中配向层2、3的制造方法同步骤S11至S14，此处不再赘述。如图7所示，分别形成该双折射液晶薄膜的两相对的配向层。

步骤S22，在配向层间涂布可固化液晶单体4，例如Merck Ltd的RM257。

在配向层上填充可聚合的液晶单体4，在液晶单体4需要配向的温度下使液晶按照摩擦的沟槽进行配向。由于配向层材料中聚合物的特殊结构和分子键极性力对液晶单体4扭曲具有一定的作用力，因此，简单的摩擦即可使液晶单体4按照摩擦的沟槽进行配向。其中摩擦该配向层形成的材料层的高分子表面的动作所供的能量使高分子主链因延伸而顺向排列，形成多个微结构，达到使液晶单体4配向排列的作用。

步骤S23，采用紫外光照射可固化液晶单体4。

配向完毕后，利用紫外光再次固化液晶单体4，从而获得双折射液晶薄膜。该双折射液晶薄膜在其摩擦方向的偏振光下能射出液晶No折射率(常光折射率)的光线，在其摩擦方向90°的偏振光下能射出液晶Ne折射率(非常光折射率)的光线来，且其配向时间、温度和透过率都比使用聚酰亚胺配向制作的双折射薄膜要快要好。

其双折射液晶薄膜常用于2D/3D可切换式立体显示器的应用，如授权公开号为：CN 100360987C中所描述的双折射透镜。

本发明的另一实施例还提供了利用本发明配向层材料制作TN盒的方法，该方法包括以下步骤：摩擦涂布配向层材料的玻璃→涂布封框胶→喷洒间隔物(Spacer)→按照摩擦方向垂直或反平行方向贴合取向玻璃→灌注Merck型号为E80液晶→封闭灌晶口。完成TN盒制作后按照下列方法检测其旋光性。如图8所示，图8中5为激光束，6为第一偏振片，7为TN盒，8为第二偏振片。取任意4个位置，旋转角度为90±5度，TN盒在平行偏振光下激光束的偏振态变化如表一中所示，记录旋转角度，求出4个点的平均值(如表二所示)。

表一：

表二：

取样点1

取样点2

取样点3

取样点4

平均值

结果

试验1

92°

95°

93°

合格

试验2

95°

94°

92°

94°

合格

旋光性检测结果满足TN盒的标准，说明液晶在本发明的配向层中得到很好的排列。

相较于现有技术，本发明的配向层、双折射液晶薄膜及其配向层材料成膜不受温度的限制，适合于大量涂布，且具有高透过性，其特殊的沟槽结构和分子键极性力能增加其对液晶的配向。同时该本发明的配向层、双折射液晶薄膜的制造方法工艺简单，可以实现在低温下对配向膜进行固化，有利于量产且成本的降低，且方便于液晶薄膜技术实现大批量制作工艺。

在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims

1.一种配向层材料，所述配向层材料用于制造配向层，其特征在于，所述配向层材料包括一种聚合物，所述聚合物具有如下分子结构式：

2.根据权利要求1所述的配向层材料，其特征在于，所述聚合物为多种化合物经过聚合反应而成，其中所述多种化合物包括：丙烯酸羟乙酯、3-异氰酸酯基亚甲基-3，5，5-三甲基环己基异氰酸酯、双酚基丙烷及1.4-环己二醇。

3.根据权利要求2所述的配向层材料，其特征在于，所述丙烯酸羟乙酯、所述3-异氰酸酯基亚甲基-3，5，5-三甲基环己基异氰酸酯、所述双酚基丙烷及所述1.4-环己二醇的摩尔比为2∶16∶12∶3。

4.根据权利要求1所述的配向层材料，其特征在于，所述配向层材料还包括光敏剂，所述光敏剂在所述配向层材料中的浓度为质量分数0.1％-1％。

5.根据权利要求1所述的配向层材料，其特征在于，所述配向层材料还包括引发剂。

6.根据权利要求5所述的配向层材料，其特征在于，所述引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮以及2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种。

7.一种配向层，其特征在于，所述配向层包括权利要求1至6任意一项所述的配向层材料。

8.一种双折射液晶薄膜，其包括其配向层及液晶单体，所述的双折射液晶薄膜是使用其所述配向层材料配向制作，其特征在于，所述配向层包括如权利要求1至6任意一项所述的配向层材料。

9.一种配向层的制造方法，其特征在于，所述配向层的制造方法包括以下步骤：

a.提供一基材以及配向层材料，所述配向层材料包括一种聚合物，所述聚合物具有如下分子结构式：

b.将所述配向层材料涂布至所述基材的一表面；

c.固化所述涂布在基材表面的配向层材料；以及

d.采用配向技术对固化后的所述配向层材料进行配向，形成配向层。

10.根据权利要求9所述的配向层的制造方法，其特征在于，所述步骤c中采用紫外光照射固化所述涂布在基材表面的配向层材料。

11.根据权利要求10所述的配向层的制造方法，其特征在于，所述步骤c中采用的紫外光的波长能量为100*10⁶J/cm²-1000*10⁶J/cm²。

12.根据权利要求9所述的配向层的制造方法，其特征在于，所述步骤d中所述的配向技术为摩擦配向技术。

13.根据权利要求9所述的配向层的制造方法，其特征在于，所述的基材是PET材料。

14.一种双折射液晶薄膜的制造方法，其特征在于，所述双折射液晶薄膜的制造方法包括以下步骤：

a.提供配向层，所述配向层包括一种聚合物，所述聚合物具有如下分子结构式：

b.摩擦配向层，在所述配向层之间涂布液晶单体；

c.采用紫外光照射固化所述液晶单体。