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CN101893789B - 配向层材料、配向层制造工艺及显示面板 - Google Patents

配向层材料、配向层制造工艺及显示面板 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种配向层材料、采用该配向层材料的配向层制造工艺。该配向层材料包括甲基丙烯酸酯及丙烯酸酯单体，其特征在于：该配向层材料还包括聚氨酯改性丙烯酸树脂，且各组分的重量配比分别为该聚氨酯改性丙烯酸树脂10％-50％，甲基丙烯酸酯3％-30％，丙烯酸酯单体15％-50％。本发明的配向层材料制造的配向层制造工艺简单，利于量产且成本较低。本发明同时还提供一种采用该配向层的液晶显示面板。

Description

配向层材料、配向层制造工艺及显示面板
技术领域
本发明涉及一种配向层材料、配向层制造工艺及显示面板。
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(LiquidCrystal 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。
因应不同市场应用方向需求，对LCD面板自身的视角、对比度、显示均匀性等问题改善的需求亦对应提高。为解决上述问题，业界对LCD面板的制造材料及制造工艺不断提出新的方案以改善上述问题。而在LCD面板中有关液晶配向的控制技术、配向层的评估技术研究，即直接地与上述的问题改善息息相关，所以配向层的制造控制技术有其相当的重要性。
一般而言，液晶分子排列方式主要分为三种，第一种为液晶分子长轴平行于配向层，称为HomogeneousAlignment；第二种为长轴垂直于配向层上，称为Hetergeneous或VerticalAlignment；但在液晶萤幕之应用上，其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(vanderWaalsforce)、Dipole-dipoleforce以及机械力效应，即沟槽(Groove)或配向层表面型态。
在该液晶显示面板中，该液晶层包括多个液晶分子(未标示)，该液晶分子因其在平行于分子轴向与垂直于分子轴向方向的正介电各向异性不同，因此可用电场来驱动控制液晶分子配向方向。另一方面，由于液晶也具有双折射性能，可改变偏振光的偏振方向，使液晶分子在电场下因分子排列变化而产生光学上的变化。因此，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(AnchoringStrength)，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、浸渍表面活性剂、蒸镀氧化硅、光照配向及摩擦配向技术五种。
其中采用蒸镀氧化硅配向技术，是在高真空条件下，将SiO2高温蒸发，从特定的角度射向氧化铟锡(ITO)薄膜导电玻璃表面，产生SiO长柱状体，优化控制长柱状倾斜角度及密度，达到液晶配向排列的目的，该方法虽然可以提供精准的液晶倾斜角度，可靠度高，但是该种方法的高真空制造工艺不易量产，仅能少量制作高价之特用LCD面板，成本较高。
采用以离子束配向法是以蒸镀方式将钻石碳膜(Diamond Like Carbon，DLC)附着于ITO玻璃表面，再以经过滤处理的线状离子束撞击DLC，破坏钻石碳的表面网络，产生类似前述的SiO倾斜长柱体，以控制液晶配向。该法同样可以提供极完美的配向均匀性，但是仍然存在制造工艺不易量产，成本高的问题。
针对上述制造工艺存在不易量产且成本较高的问题，本发明提出如下的解决方案。
发明内容
为解决现有技术不易量产及成本较高的问题，提供一种制造工艺简单化、适于量产且成本较低的配向层材料及采用该配向层材料制造配向层的制造工艺实为必要。
同时还有必要提供一种采用该配向层的的液晶显示面板。
一种配向层材料，其包括甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯单体、聚氨酯改性丙烯酸树脂，且各组分的重量配比分别为该聚氨酯改性丙烯酸树脂10％-50％，甲基丙烯酸酯3％-30％，丙烯酸酯单体15％-50％，该配向层材料还包括染料、流平剂、增塑剂、光敏剂和除泡剂中的一种或多种。
一种配向层制造工艺，其包括如下步骤：提供一透明基材，及上述的配向层材料；涂布该配向层材料至该透明基材其中一表面；采用紫外光照射固化该配向层材料，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。
作为上述配向层制造工艺的进一步改进，所述的配向技术是采用摩擦配向技术或者紫外光照配向技术实现。
一种液晶显示面板，其包括依次层叠设置的第一透明基板、公共电极、液晶层、像素电极、第二透明基板，该液晶显示面板还包括二配向层，该二配向层邻接该液晶层设置，并分别覆盖该公共电极和该像素电极，该配向层所采用的配向层材料是包括甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯单体、聚氨酯改性丙烯酸树脂，且各组分的重量配比分别为该聚氨酯改性丙烯酸树脂10％-50％，甲基丙烯酸酯3％-30％，丙烯酸酯单体15％-50％，该配向层材料还包括染料、流平剂、增塑剂、光敏剂和除泡剂中的一种或多种。
相较于现有技术，本发明的配向层材料采用成膜不受温度的限制，适合于大量涂布，且具有高透过性，易摩擦配向。同时该配向层的制造工艺避免在真空环境进行，制造工艺简单，利于量产且成本较低。
附图说明
图1是本发明液晶显示面板的局部立体结构示意图。
图2是本发明配向层材料的聚氨酯改性丙烯酸树脂制造工艺流程示意图。
图3是图1所示配向层的制造工艺流程图。
图4是图3所示配向层材料涂布固化工艺示意图。
图5是图3所示配向层材料摩擦配向工艺示意图。。
图6是本发明第二实施方式液晶显示面板的侧面示意图。
图7是图6所示配向层的制造工艺流程示意图。
图8是图7所示紫外光罩配向工艺示意图。
图9是图8所示配向后形成的配向层结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明配向层、液晶显示面板的结构及其制造工艺进行详细说明。
请参阅图1，是本发明一种液晶显示面板的立体分解结构示意图。该液晶显示面板1包括二相对设置的透明基材111、113、一公共电极131、一像素电极层133、一第一配向层151、一第二配向层153及一液晶层17。
该二透明基材111、113相对间隔平行设置形成夹置空间以夹置收容该液晶层17。沿自上而下方向，该透明基材111与该液晶层17之间依次层叠设置该公共电极131、该第一配向层151。该液晶层17与该透明基材113之间依次层叠设置该第二配向层153、该像素电极层133。
该透明基材111、113是光透射性能良好的矩形平板状承载基板，例如其可以是钠玻璃基板或PET基板。
该公共电极131是一氧化铟锡导电薄膜，其采用蚀刻工艺形成在该透明基材111表面。该像素电极133同样是一形成在该透明基材113表面的透明导电层，其也可以是采用氧化铟锡薄膜。该公共电极131配合该像素电极133形成可控电场，该液晶层17的液晶分子在该电场作用下沿设定角度倾斜及旋转。
该第一配向层151及该第二配向层153均是采用涂布方式形成在该透明基材111、113表面，且分别覆盖该公共电极131及该像素电极133。该配向层151、153表面设置有多个微结构。在该实施方式中，于该配向层151、153表面设置有多个微沟槽152，亦即，该微结构是微沟槽152。该微沟槽152是由多个平行间隔设置的V型沟槽，其中位于该第一配向层151表面的V型沟槽延伸方向与该第二配向层153表面的V型沟槽延伸方向相互垂直。该配向层151、153的材料是一种紫外固化胶，其是由聚氨酯改性丙烯酸树脂、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯单体按照一定配比互混后，在特定的紫外光照反应后形成的高分子树脂材料。
在该实施方式中，该配向层材料中的聚氨酯改性丙烯酸树脂是通过如下方法在遮光环境中制得，具体步骤如图2所示：
步骤11，提供1摩尔比的六亚甲基二异氰酸酯(HDI)；
步骤12，提供1摩尔比的甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)；
步骤13，在60摄氏度环境内搅拌反应，并持续加入丙酮溶液，维持固含量在50％左右，反应时间6小时；
步骤14，继续注入1摩尔比的丙酮溶液(50wt％)反应10小时；
步骤15，降至室温放入真空烘烤除去丙酮，最终得到固体产物为聚氨酯改性丙烯酸树脂。
在本实施方式中，经试验证明，该配向层材料经由下述两种方法制得。
试验一：
首先，提供聚氨酯改性丙烯酸树脂、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯单体和2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮，分别按照表一中的质量配比混合。
表一
  组分   试验1(100g)
  聚氨酯改性丙烯酸树脂   38％(38g)
  甲基丙烯酸酯   20％(20g)
  丙烯酸酯单体   40％(40g)
  2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮   2％(2g)
然后，在遮光环境中，将上述混合后的物质加入磁子，在磁搅拌器中搅拌90分钟，即可获得该配向层材料。
试验二：
首先，提供聚氨酯改性丙烯酸树脂、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯单体和1-羟基环己基苯基甲酮，按照表一中的质量配比混合。
表二
  组分   试验2(1000g)
  聚氨酯改性丙烯酸树脂   40％(400g)
  甲基丙烯酸酯   8％(80g)
  丙烯酸酯单体   50％(500g)
  1-羟基环己基苯基甲酮   2％(20g)
然后，在遮光环境中，将上述混合后的物质加入磁子，在磁搅拌器中搅拌60分钟，即可获得该配向层材料。
经多次试验验证证明，该各组分的质量配比介于如下范围内，均可形成本发明所需要的配向层材料，即紫外固化胶，其质量配比为：聚氨酯改性丙烯酸树脂10％-50％，最佳选择为35％-50％；甲基丙烯酸酯(b)：3％-30％，较佳选择为8％-28％；丙烯酸酯单体(c)：15％-50％，较佳选择为40％-50％甲基丙烯酸酯3％-30％，丙烯酸酯单体15％-50％。
在上述制程中，该配向层材料中的2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮作为光引发剂诱发该聚氨酯改性丙烯酸树脂、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯单体之间发生反应形成高分子表面层。更进一步的，该配向层材料中还可以掺杂一定比例的2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮等裂解型引发剂，诱发反应进行。
该配向层材料还可以包括其它添加剂，该添加剂包括染料、流平剂、增塑剂、光敏剂和除泡剂等。通常此类添加剂在UV胶的组合物中浓度介于0.1-10％之间。
再请参阅图3，是本发明图1所示液晶显示面板1的配向层151、153的制造工艺流程图。首先根据上述试验方式制得该配向层材料150，利用该配向层材料150进行制造工艺，其中制造工艺步骤如下：
步骤S21，提供透明基材111及配向层材料150(请参阅图4)。
具体而言，提供一透明基材111，该基材111是一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112。提供配向层材料150，该配向层材料150是一种紫外固化胶，其是由聚氨酯改性丙烯酸树脂、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯单体按照一定配比互混后，在特定环境中由紫外光照反应后形成的高分子树脂材料，其制造工艺如图2所示。
步骤S22，涂布配向层材料150。
采用滚轮印刷涂布工艺涂布该配向层材料150于该基材111的涂布表面112，使得该配向层材料150呈均匀层状设置。当然在本实施方式中，该配向层材料150的涂布还可以通过旋转涂布、滚动涂布、浸渍涂布、喷雾涂布、凹版涂布等工艺实现。
步骤S23，紫外照射固化。
提供一紫外光源系统160及一光学导向模块161，具体如图4所示。该紫外光源系统160可以是一高压汞灯，其用以发出紫外光束。该光学导向模块161将自该紫外光源系统160产生的紫外光束导引成平行光束并均匀照射至位于该涂布表面112的配向层材料150。同时，调整该紫外光源系统160产生的紫外光束波长为365nm，照射使得该配向层材料150固化。
在该紫外光束照射过程中，该配向层材料150中的光引发剂在紫外光束的照射下吸收紫外光能量后产生活性自由基，引发单体聚合、交联和直接化学反应，使配向层材料150在数秒钟内由液态转化为固态。
步骤S24，摩擦配向。
利用绒布滚轮(Roller)170在该配向层材料150表面进行接触式顺向机械式摩擦，具体如图5所示。其中摩擦该配向层材料150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152，达到液晶配向排列的作用。
该配向层151、153的微结构152配向的机制主要有沟槽配向(GrooveAlignment)机制和高分子长链(Polymer Chain Alignment)两种。沟槽配向时，因为当液晶分子长轴平行沟槽延伸方向时形变最小，能量最低，所以长形液晶分子具有沿着沟槽排列的倾向。当高分子长链配向时，配向层材料的表面高分子因定向摩擦，产生顺向性，因为长形液晶分子易于沿着高分子链堆栈，以使液晶分子与配向层高分子具方向性交互作用能量最低。
同理，在透明基材113表面也通过同样的方法形成第二配向层153，其中该第二配向层153的配向方向垂直于该第一配向层151的配向方向。
如此，分别形成该液晶显示面板1的配向层151、153于该透明基材111、113的二相对表面。
在该液晶显示面板1中，通过该第一配向层151、第二配向层153的配向作用，使得液晶层17的液晶分子沿着预定的倾角排列，从而有效控制液晶层17的透光性。
当然，在该液晶显示面板1的制造工艺中，还可以增加在该第一透明基材111、第二透明基材113分别设置公共电极131和像素电极133的步骤。
在该实施方式中，该液晶显示面板1的配向层材料包括聚氨酯改性丙烯酸树脂、甲基丙烯酸酯及丙烯酸酯单体，其中各自的重量配比经试验验证界定为：聚氨酯改性丙烯酸树脂10％-50％，甲基丙烯酸酯3％-30％，丙烯酸酯单体15％-50％。采用该配方形成的紫外固化胶作为配向层材料，具有较好的粘附力，较好的透光性，且更容易实现摩擦配向。
相较于现有技术，采用本发明所提供的包括聚氨酯改性丙烯酸树脂、甲基丙烯酸酯及丙烯酸酯单体的紫外固化胶作为配向层材料，简化了制程工艺，使得配向更容易实现，降低了成本，且采用该配向层材料的液晶显示面板的液晶配向能力较优异。
请参阅图6，是本发明第二实施方式液晶显示面板的侧面结构示意图。
该液晶显示装置2与第一实施方式的液晶显示面板1的区别在于：该液晶显示面板2是一可挠显示面板。该透明基材211、213是一种可挠塑胶基材，其可以是采用聚对苯二甲酸乙二醇酯高聚合物(polyethylene terephthalate，PET)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)等塑料高分子材质制得。
该配向层251的制造工艺不同于第一实施方式的配向层，其具体步骤如图7所示，包括：
步骤S31，提供一透明基材211及配向材料250。
具体而言，提供一透明基材211，该基材211是一种塑胶基材，其包括一涂布表面212。提供配向层材料250，该配向层材料250是采用如图2所示的方式制得。
步骤S32，涂布配向层材料250。
步骤S33，紫外照射固化该配向层材料250。
步骤S34，紫外光照配向。
在光照配向步骤中，如图8所示，提供一紫外光源系统260，配合一光罩系统261，对该配向层材料250进行曝光。具体而言，该紫外光源系统260提供线性偏振紫外光，配合光罩系统261照射该配向层材料，控制该光束的波长介于100纳米至250纳米之间的深紫外光束。通过该线性偏振紫外光的照射，诱发该配向层材料250的表面高分子的化学键的生成或者破坏，使得高分子链产生具方向性的排列，其反应机制主要包括光异构化。光分解化、光聚合化等，即可获得沿偏振方向配向的高分子材料层，即配向层251，如图9所示。
在该实施方式中，该配向层251通过紫外固化后，同时通过紫外光束曝光实现紫外固化胶的配向。因为采用光照配向所获得的配向层具有热稳定性和配向稳定性，不需要在真空环境进行，大大提高产品量产的可行性。同时，因为该配向层材料可以在较低温度环境进行，所以配合塑胶透明基材，可以实现可挠液晶显示面板的制造。
相较于第一实施方式，该配向层251同时通过紫外曝光工艺同时实现配向层材料的固化和光照配向，进一步简化了制程，有利于量产，且降低了成本。
以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种配向层材料，其包括甲基丙烯酸酯及丙烯酸酯单体，其特征在于：该配向层材料还包括聚氨酯改性丙烯酸树脂，且各组分的重量配比分别为该聚氨酯改性丙烯酸树脂10％-50％，甲基丙烯酸酯3％-30％，丙烯酸酯单体15％-50％，该配向层材料还包括染料、流平剂、增塑剂、光敏剂和除泡剂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的配向层材料，其特征在于：该聚氨酯改性丙烯酸树脂是由六亚甲基二异氰酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯在丙酮溶液中反应得到。
3.根据权利要求1所述的配向层材料，其特征在于：该染料、流平剂、增塑剂、光敏剂和除泡剂的总浓度介于0.1-10％重量比之间。
4.根据权利要求1所述的配向层材料，其特征在于：该配向层材料还包括引发剂。
5.根据权利要求4所述的配向层材料，其特征在于：该引发剂是2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮及2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮中的任意一种。
6.一种配向层制造工艺，其包括如下步骤：
提供一透明基材，及如权利要求1-5任意一项所述的配向层材料；
涂布该配向层材料至该透明基材其中一表面；
光照固化该配向层材料。
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。
7.根据权利要求6所述的配向层制造工艺，其特征在于：在光照固化该配向层材料的步骤中采用波长能量介于100-1000mj/cm2之间的紫外固化光。
8.根据权利要求6所述的配向层制造工艺，其特征在于：在采用配向技术对固化后的配向层材料进行配向，形成配向层的步骤中，所述的配向技术是摩擦配向技术或者紫外光照配向技术。
9.一种液晶显示面板，其包括依次层叠设置的第一透明基板、公共电极、液晶层、像素电极及第二透明基板，其特征在于：该液晶显示面板还包括二配向层，该二配向层邻接该液晶层设置，并分别覆盖该公共电极和该像素电极，该配向层是采用如权利要求1-5任意一项所述的配向层材料制得。 
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