• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    本發明提供一種於使光配向技術及PSA技術組合時，可減少留痕等及維持電壓保持率之液晶顯示裝置。本發明之液晶顯示裝置具備：一對基板、挾持於該一對基板間之液晶層、形成於該一對基板之至少一個基板上之配向膜、及形成於該配向膜上且配向控制液晶分子之聚合物層，該聚合物層係藉由液晶層中所添加之一種以上之單體因光吸收產生自由基並進行聚合而形成者，該配向膜係包含高分子材料且經過光配向處理者，該高分子材料具有含有醯亞胺結構之主鏈、及含有光反應性官能基之側鏈。
    公开号:TW201307968A
    申请号:TW101123063
    申请日:2012-06-27
    公开日:2013-02-16
    发明作者:Toshihiro Matsumoto；Masanobu Mizusaki；Masayuki Kanehiro；Yuichi Kawahira
    申请人:Sharp Kk；
    IPC主号:G02F1-00
    专利说明:
    液晶顯示裝置及液晶顯示裝置之製造方法
    本發明係關於一種液晶顯示裝置及液晶顯示裝置之製造方法。更詳細而言，本發明係關於一種於配向膜上形成有維持液晶之配向限制力之聚合物層之液晶顯示裝置、及於配向膜上形成聚合物層之液晶顯示裝置之製造方法。
    液晶顯示裝置(LCD：Liquid Crystal Display)係藉由控制具有雙折射性之液晶分子之配向而控制光之穿透/遮斷(顯示之開/關)的顯示裝置。作為使液晶分子配向之方法，可列舉於基板之與液晶層相接之面形成實施有摩擦處理之配向膜之方法。
    又，亦有如多區域垂直配向(MVA：Multi-domain Vertical Alignment)模式之類不進行配向處理，而於電極上設置介電質之突起物或電極之抽取部(狹縫)作為配向限制用構造物，控制液晶分子之配向之方法。於MVA模式中，由於設置有配向限制用構造物，故而即便不對配向膜實施摩擦處理亦可於不同之複數個方位控制施加電壓時之液晶之配向，與先前之TN模式相比，視角特性優異。
    然而，形成有突起物或狹縫之區域之透光率易於變低。若簡化該等之配置，或增大突起物彼此之間隔或狹縫彼此之間隙，則可提高透光率。然而，若突起物彼此之間隔或狹縫彼此之間隙過大，則液晶分子之傾斜之傳播變得費時，為了顯示而向液晶層施加必需之電壓時之液晶分子之應答變得非常慢。
    作為改善該應答之延遲之方法，對將含有可聚合單體之液晶組合物注入至基板間，於施加電壓之狀態下使單體聚合，藉此於配向膜上形成記憶液晶分子傾斜方向之聚合物層的技術(以下亦稱作「PSA(Polymer Sustained Alignment：高分子配向穩定)技術」)進行研究(例如，參照專利文獻1)。
    另一方面，作為獲得優異視角特性之技術，近年來，對即便不對配向膜實施摩擦處理亦可於複數個方位上控制施加電壓時之液晶配向方位，從而可獲得優異視角特性之光配向技術進行研究。光配向技術為使用對光具有活性之材料作為配向膜之材料，並將紫外線等光線照射至所形成之膜上，藉此進行配向控制之技術(例如，參照專利文獻2)。 先前技術文獻專利文獻
    專利文獻1：日本專利特開2003-307720號公報
    專利文獻2：日本專利特表2009-520702號公報
    本發明者等人進行各種研究，結果發現，即便將含有液晶材料、聚合性單體及聚合起始劑之液晶組合物注入至一對基板間，於特定之條件下產生聚合反應而於配向膜上形成維持配向限制力之聚合物層，若利用先前之PSA技術長時間顯示相同圖案，則有於顯示時產生「留痕」之情況。所謂留痕，係指於將相同顯示進行一定時間後變更為其他顯示時，變更前之影像模糊殘留之現象。又，即便不產生留痕，進行長時間之點亮顯示後，會有於顯示時產生斑點或不均之情況。作為產生此種留痕、斑點或不均(以下稱作留痕等)之一個原因，可認為係因存在具有電荷之物質(離子性雜質等)引起液晶之配向狀態發生變化。上述具有電荷之物質除本已存在於液晶材料及配向膜之表面者外，可考慮由於製程因素產生者，及因長時間之經時變化引起之構件之劣化而產生者。
    又，本發明者等人進行其他研究時發現，可進行光配向技術之配向膜材料之中，於使用主鏈具有醯亞胺結構且側鏈具有光反應性官能基之高分子材料形成配向膜之情形時，根據製造條件，所製作之液晶顯示裝置之電壓保持率(VHR：Voltage Holding Ratio)較大地依賴於液晶材料之種類。換言之，於使用光配向處理形成配向膜之情形時，液晶材料之選擇範圍較窄，不易獲得可靠性較高之液晶顯示裝置。
    本發明係鑒於上述現狀而成者，其目的在於提供一種於使光配向技術及PSA技術組合時，可減少留痕等及維持電壓保持率之液晶顯示裝置。
    本發明者等人首先對於液晶顯示裝置中產生留痕等之原因進行更詳細之研究，著眼於進行聚合反應之後之液晶層中所包含之成分。從而發現即便於一系列之聚合反應完成之後，於液晶層中仍殘留有微量之未反應之單體、聚合起始劑等，並且發現若未反應之單體及聚合起始劑等之類易攜帶電荷之物質殘留於液晶層中，則由於完成後之通常使用態樣下之背光之影響、或組裝步驟後之檢查用老化步驟之影響而產生離子性雜質，於液晶顯示時產生留痕等。
    而且，本發明者等人對解決上述課題之方法進行各種研究時，著眼於構成配向膜上所形成之維持配向限制力之聚合物層之材料。而且發現，藉由使用聚合性單體自身因光吸收而產生自由基，並進行聚合之聚合性單體作為聚合物層形成用之聚合性單體，即便不使用聚合起始劑亦可使聚合反應進行，抑制留痕等之產生，並且可獲得不依賴於液晶材料且可靠性較高之液晶顯示裝置，由此預計可圓滿地解決上述課題，從而完成本發明。
    即，本發明之一態樣係一種液晶顯示裝置，其具備：一對基板、挾持於該一對基板間之液晶層、形成於該一對基板之至少一個基板上之配向膜、及形成於該配向膜上且配向控制液晶分子之聚合物層，該聚合物層係藉由液晶層中所添加之一種以上之單體因光吸收產生自由基並進行聚合而形成者，該配向膜係包含高分子材料且經過光配向處理者，該高分子材料具有含有醯亞胺結構之主鏈、及含有光反應性官能基之側鏈。
    上述一對基板例如一者可用作陣列基板，另一者可用作彩色濾光片基板。陣列基板具備複數個像素電極，並藉此以像素單元控制液晶之配向。彩色濾光片基板係將複數個顏色之彩色濾光片配置於陣列基板之與像素電極分別重疊之位置，並以像素單元控制顯示色。
    於上述一對基板之至少一個基板上形成有配向膜，上述配向膜係包含高分子材料且經過光配向處理者，該高分子材料具有含有醯亞胺結構之主鏈、及含有光反應性官能基之側鏈。藉由使用具有包含光反應性官能基之側鏈之高分子材料進行光配向處理，可容易地形成光配向膜。作為上述配向膜之例，可列舉由對包含300 nm以上之波長成分之光顯示光吸收之具有光反應性官能基的高分子材料所形成，且使液晶分子配向為相對於配向膜面大致垂直或大致水平之膜。於本說明書中，所謂「大致垂直」具體而言意指85~90°，所謂「大致水平」具體而言意指0~5°。
    於上述配向膜上，形成有配向控制液晶分子之聚合物層，上述聚合物層係藉由液晶層中所添加之一種以上之單體因光吸收產生自由基並進行聚合而形成者。於本發明中，由於聚合物層可於無聚合起始劑之條件下進行聚合反應，故而並無未反應聚合起始劑之殘留之影響所引起之顯示特性變化。因此，可減少顯示之留痕等。
    藉由形成上述聚合物層，即便未對上述配向膜實施配向處理，亦可使接近於配向膜及聚合物層之液晶分子之初始傾斜向固定之方向傾斜。例如，將含有液晶材料與一種以上之單體之液晶組合物封入至面板後，於在施加電壓液晶分子預傾配向之狀態下使單體聚合而形成聚合物層之情形時，亦可無論上述配向膜是否經過配向處理而以具有相對於液晶分子預傾配向之構造之形態形成聚合物層。
    又，此種聚合物層可防止完成後之通常使用態樣中之背光引起之液晶層之劣化。
    作為本發明之液晶顯示裝置之構成，只要以此種構成要素作為必需要素而形成者，則其他構成要素並無特別限定。
    本發明之另一態樣係一種液晶顯示裝置之製造方法，其包括如下步驟：將含有液晶材料與一種以上之單體之液晶組合物注入至一對基板間之步驟；於該一對基板之至少一個基板上塗佈配向膜材料，並對該配向膜材料進行光配向處理而形成配向膜之步驟；及將光照射至該液晶組合物，由該一種以上之單體之至少一種產生自由基並進行聚合，從而於該配向膜上形成配向控制液晶分子之聚合物層之步驟。
    根據本發明之製造方法製造之液晶顯示裝置之特徵與上述之本發明之液晶顯示裝置中所說明之特徵相同。即，作為上述光配向處理之例，可列舉將含有300 nm以上之波長成分之光照射至上述配向膜材料上之處理。
    使用因光吸收而產生自由基並進行聚合之單體作為形成於配向膜上且配向控制液晶分子之聚合物層之形成材料，藉此，由於可於無聚合起始劑之條件下進行聚合反應，故而並無未反應聚合起始劑之殘留之影響所引起之特性變化，可降低於顯示時產生留痕等之可能性。
    作為本發明之液晶顯示裝置之製造方法，只要以上述步驟作為必需步驟而形成者，則其他步驟並無特別限定。形成上述聚合物層之步驟既可為於對液晶層施加閾值以上之電壓之狀態下照射光而進行聚合之步驟，亦可為於不對液晶層施加閾值以上之電壓之狀態下照射光而進行聚合之步驟中之任一者。
    以下對本發明之液晶顯示裝置、及本發明之液晶顯示裝置之製造方法中之較佳態樣進行詳細說明。
    上述光反應性官能基較佳為對包含300 nm以上之波長成分之光顯示光吸收之光反應性官能基，具體而言，含有選自由肉桂酸酯基、香豆素基、查耳酮基、二苯乙炔基、及偶氮苯基所組成之群中之至少一種，且上述主鏈之醯亞胺化率未達50%。即，上述配向膜係賦予有藉由光配向處理而配向控制液晶分子之特性之膜，且醯亞胺化率經過調整。作為具有醯亞胺結構之高分子材料，例如可列舉聚醯亞胺及聚醯胺酸。於本說明書中所謂「醯亞胺化率」，係指作為聚醯亞胺之前驅物的聚醯胺酸之NH基及羧基之中，藉由醯亞胺化而脫水或環化之比率(莫耳%)。藉由對具有含有光反應性官能基之側鏈之高分子材料進行光配向處理，可容易地形成光配向膜。
    根據本發明，即便使用主鏈之醯亞胺化率未達50%之醯亞胺化合物作為配向膜之主要成分，亦可抑制留痕等之產生，並且可獲得不依賴於液晶材料且可靠性較高之液晶顯示裝置。
    上述至少一種之單體較佳為因包含330 nm以上之波長成分之光之照射而產生自由基之單體。更佳為340 nm以上。又，進而較佳為380 nm以下。圖3係彙總參考例1及參考例2之單體之吸光度(a.u.，absorbance unit)與配向膜成膜基板之穿透率(%)之關係的圖表。如圖3所示，先前較多地使用因320 nm以下之波長之光之照射而產生自由基之單體(例如參考例2)，通常用於液晶顯示裝置之於表面具有配向膜之基板由於構成配向膜之高分子主鏈及側鏈之影響而有不易使波長未達330 nm之光穿透之傾向。因此，為了使參考例2之單體充分地進行光聚合，必需長時間或複數次地照射310 nm之紫外光。然而，若如此長時間或複數次地照射此種紫外光，則有液晶顯示裝置之構成構件(例如配向膜及液晶層)之劣化發展，或產生留痕等缺陷之情況。另一方面，於為了阻止配向膜及液晶層之劣化之發展而短時間地照射紫外線之情形時，有單體無法充分聚合，出現不完全之聚合物層，及產生留痕等缺陷之情況。進而，通常之紫外光光源具有小至310 nm之發光強度，但較多為照射具有大至330 nm以上之發光強度之光。圖4係表示通常之紫外光光源之發光光譜之圖表。與此相對，如圖3所示，藉由使用吸收包含330 nm以上之波長成分之光之單體(例如參考例1)，可更提高光利用效率，故而即便為短時間或一次之照射，亦可形成穩定之聚合物層。
    上述至少一種之單體較佳為二官能單體。藉由使用二官能單體，與使用單官能單體之情形相比，即便為短時間之照射亦可形成覆蓋配向膜之表面的穩定之聚合物層，又，可較高地維持長時間使用液晶顯示裝置後之電壓保持率(VHR)。
    上述至少一種之單體較佳為下述化學式(1)：[化1]P1-A1-P1 (1)(式中，P1相同或不同，表示丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基。A1表示下述化學式(2-1)~(2-4)：
    中之任一者。A1具有之氫原子亦可經鹵基、甲基、乙基或丙基取代)所表示之縮合芳香族化合物。於上述單體具有上述化學式(2-1)~(2-4)所表示之菲縮合環之情形時，由於可吸收長於330 nm之波長側之光，故而與其他化合物相比，光之利用效率較高，可製作穩定之聚合物層。
    作為上述至少一種單體之其他例，可列舉下述化學式(3)：[化3]P2-A2-P2 (3)(式中，P2相同或不同，表示丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基。A2表示下述化學式(4)：
    A2具有之氫原子亦可經鹵基、甲基、乙基或丙基取代)所表示之化合物。
    根據本發明之液晶顯示裝置，可防止留痕等之產生，並且防止電壓保持率之降低，獲得優異之顯示品質。
    以下揭示實施形態，參照圖式對本發明進行進而詳細之說明，但本發明並不僅限定於該等實施形態。 實施形態1
    圖1及圖2係實施形態1之液晶顯示裝置之剖面示意圖。圖1表示PSA聚合步驟前，圖2表示PSA聚合步驟後。如圖1及圖2所示，實施形態1之液晶顯示裝置具備：陣列基板1、彩色濾光片基板2、及挾持於包含陣列基板1及彩色濾光片基板2之一對基板間之液晶層3。陣列基板1具備以玻璃等作為材料之絕緣性透明基板11、形成於透明基板11上之各種配線、像素電極12、TFT(Thin Film Transistor：薄膜電晶體)、及用以將各種配線及電極電性隔離之層間絕緣膜15等。更具體而言，陣列基板1係朝向液晶層依序具備透明基板11、層間絕緣膜15、及像素電極12。經由層間絕緣膜15將各種配線及像素電極12分別配置於不同之層上，藉此成為可提高開口率之設計。層間絕緣膜15包含有機材料，較佳為包含選自由丙烯酸系化合物、甲基丙烯酸系化合物及醌二疊氮化合物所組成之群中之至少一種化合物。彩色濾光片基板2具備：以玻璃等作為材料之絕緣性透明基板21、及形成於透明基板21上之彩色濾光片、黑矩陣、共用電極22等。
    於陣列基板1上(即像素電極12上)形成有配向膜13。於彩色濾光片基板2上(即共用電極22上)形成有配向膜23。配向膜13、23包含具有含有醯亞胺結構之主鏈之高分子材料(聚醯亞胺或聚醯胺酸)。上述主鏈之醯亞胺化率未達50%。對配向膜13、23之表面實施光配向處理，可將液晶分子之預傾角設置為垂直或水平方向(使初始傾斜)。再者，配向膜13、23亦可為對垂直配向膜或水平配向膜進行光配向處理者。所謂垂直配向膜，係指即便未實施配向處理，亦對液晶分子賦予大致90°之預傾角之配向膜。所謂水平配向膜，係指即便未實施配向處理，亦對液晶分子賦予大致0°之預傾角之配向膜。
    實施形態1中對配向膜13、23進行光配向處理。具體而言，光配向處理係藉由塗佈具有含有光反應性官能基之側鏈之高分子材料，並進行煅燒之後，於一定條件下進行光照射而實施。上述光反應性官能基為對包含300 nm以上之波長成分之光顯示光吸收之光反應性官能基，具體而言較佳為選自由肉桂酸酯基、香豆素基、查耳酮基、二苯乙炔基、及偶氮苯基所組成之群中之至少一種官能基。該等光反應性官能基可相對容易地形成於聚合物之側鏈，又，光配向處理時之反應性亦優異。
    如圖1所示，PSA聚合步驟前，於液晶層3中存在1種以上之聚合性單體4。繼而，聚合性單體4藉由PSA聚合步驟而開始聚合，如圖2所示，於配向膜13、23上形成有PSA層(聚合物層)14、24。
    具體而言PSA層14、24可藉由將包含1種以上之聚合性單體4、及具有負或正之介電各向異性之液晶材料之液晶組合物注入至陣列基板1及彩色濾光片基板2之間而形成液晶層3，並將一定量之光照射至液晶層3上使聚合性單體4進行光聚合而形成。再者，於圖2中顯示PSA層14、24形成於配向膜13、23整個面上之圖，但實際上亦可形成複數個點狀，膜厚亦可有不均。
    實施形態1中使用之聚合性單體4之至少1種係利用聚合性單體4單獨地進行光吸收，產生自由基而開始鏈聚合，故而無需投予聚合起始劑。
    於實施形態1中，進行PSA聚合步驟時，藉由對液晶層3於施加閾值以上之電壓之狀態下進行光照射，於施加閾值以上之電壓之狀態下以成為已配向之液晶分子之形態而形成聚合物。
    又，於實施形態1中，亦可不對液晶層3於施加閾值以上之電壓之狀態下進行光照射。於實施形態1中，由於配向膜13、23本身具有對液晶分子賦予預傾配向之特性，故而形成於配向膜13、23上之PSA層14、24作為維持配向膜具有之配向限制力之膜而發揮作用。
    於實施形態1中使用之聚合性單體之至少1種係因包含330 nm以上之波長成分之光之照射而產生自由基的單體，可列舉上述化學式(1)所表示之縮合芳香族化合物、或上述化學式(3)所表示之化合物。
    該等聚合性單體係二官能單體。根據二官能單體，於液晶材料混合時與單官能單體相比可於短時間內形成穩定之PSA層。又，通常液晶顯示裝置所使用之於表面具有配向膜之基板於包含配向膜之基板構成中有較多吸收未達330 nm之光之傾向，故而藉由使用吸收包含330 nm以上之波長成分之光之單體，可更提高光利用效率。由於具有上述化學式(2-1)~(2-4)所表示之菲縮合環之縮合芳香族化合物於長於330 nm之波長側具有吸收波長區域，故而藉此可藉由紫外線照射而提高聚合速度，且可製作穩定之PSA層。再者，於實施形態1中，只要包含至少一種具有上述特性之聚合性單體，則亦可組合其他種類之聚合性單體使用。
    對實施形態1之液晶顯示裝置之其他構成要素進行詳細敍述。
    於實施形態1之液晶顯示裝置中，陣列基板1、液晶層3及彩色濾光片基板2係自液晶顯示裝置之背面側向觀察面側以該順序而積層。於陣列基板1之背面側具備偏光板。又，於彩色濾光片基板2之觀察面側亦具備偏光板。亦可對該等偏光板進而配置相位差板，上述偏光板亦可為圓偏光板。
    於陣列基板1上具備閘極驅動器、源極驅動器等各種驅動器，可對每個像素調整施加圖像顯示之信號電壓。
    實施形態1之液晶顯示裝置可為穿透型、反射型及反射穿透兩用型中之任一者。若為穿透型或反射穿透兩用型，則實施形態1之液晶顯示裝置進而具備背光。背光配置於陣列基板1之進而背面側，以光依序穿透陣列基板1、液晶層3及彩色濾光片基板2之方式而配置。若為反射型或反射穿透兩用型，則陣列基板1具備用以反射外部光之反射板。又，於至少將反射光用作顯示之區域中，彩色濾光片基板2之偏光板必需為具備所謂λ/4相位差板之圓偏光板。
    實施形態1之液晶顯示裝置亦可為於陣列基板1具備彩色濾光片之彩色濾光片陣列(Color Filter On Array)之形態。又，實施形態1之液晶顯示裝置亦可為單色顯示器，於該情形時，無需配置彩色濾光片。
    於液晶層3中填充有具有藉由施加固定電壓而配向至特定方向之特性之液晶材料。液晶層3內之液晶分子係藉由施加閾值以上之電壓而控制其配向性。例如，使用具有負介電各向異性之液晶材料作為液晶材料，使用垂直配向膜作為配向膜，藉此可製作VA(Vertical Alignment，垂直配向)模式。又，例如，使用具有正介電各向異性之液晶材料作為液晶材料，使用水平配向膜作為配向膜，藉此可製作IPS(In-Plane Switching，橫向切換)模式、FFS(Fringe Field Switching，邊緣電場切換)模式、TN(Twisted Nematic，扭轉向列)模式、或OCB(Optically Compensated Bend，光學補償彎曲)模式。
    又，於光配向處理時，根據使配向處理方向以一對基板相互正交之方式而不同，且一個像素分割成4個區域(Domain)之類型之VATN(Vertical Alignment Twisted Nematic，垂直配向扭曲向列)模式的構成，較大地改善視角。VATN中，尋求高精度之預傾控制，根據實施形態1之液晶顯示裝置，藉由形成於配向膜上之PSA層之影響，可獲得穩定性優異之預傾，故而即便製成具有複數個區域之VATN模式亦可獲得充分之配向穩定性。
    實施形態1之液晶顯示裝置可藉由分解液晶顯示裝置(例如液晶TV(電視)、DID(Digital Information Display，數位資訊顯示器))，並使用核磁共振分析法(NMR：Nuclear Magnetic Resonance)、傅立葉轉換紅外線光譜法(FT-IR：Fourier Transform Infrared Spectroscopy)、質量分析法(MS：Mass Spectrometry)等進行化學分析，而確認配向膜之成分之分析、存在於PSA層中之PSA層形成用單體(聚合性單體)之成分之分析、液晶層中所含之PSA層形成用單體(聚合性單體)之混入量、PSA層中之PSA層形成用單體(聚合性單體)之存在比等。 評價試驗1
    以下，實際製作實施形態1之液晶顯示裝置所具備之液晶元件，並驗證其效果。首先，準備一對基板，使用旋轉塗佈機將作為垂直配向膜用之材料之於側鏈具有光反應性官能基(肉桂酸酯基)的聚醯胺酸溶液分別塗佈於一對基板之表面上，並於80℃之條件下進行5分鐘預烘烤(預煅燒)，繼而於200℃之條件下進行60分鐘後烘烤(正式煅燒)。
    根據後烘烤後之配向膜之FT-IR光譜，使用下述式算出醯亞胺化率時，主鏈之醯亞胺化率在大於20%且未達50%之範圍內。
    醯亞胺化率(%)=[As(C-N)/As(C=C)]/[Ar(C-N)/Ar(C=C)]
    再者，A(C-N)表示醯亞胺C-N伸縮振動(~1370 cm-1)之吸光度，A(C=C)表示芳香族C=C伸縮振動(~1500 cm-1)之吸光度。又，As係樣本塗膜之吸光度，Ar係參照用之塗膜之吸光度。參照用之塗膜係藉由將樣本塗膜之正式煅燒條件變更為300℃、90分鐘而形成之配向膜，並將該參照用之塗膜中之醯亞胺化率假定為100%。再者，醯亞胺化率之程度可藉由後烘烤溫度進行調整。
    其次，自相對於基板傾斜45°之方向照射紫外偏光而進行光配向處理。此處使用包含300 nm以上之波長成分之紫外偏光。
    其次，於單側基板上塗佈包含環氧樹脂等熱硬化樹脂之密封材料，經由間隙保持材(塑膠珠粒)使兩基板重疊，隨後將密封材料熱硬化，藉此使兩基板貼合。其次，通過設置於密封材料之一部分之注入口，利用真空注入法，封入含有具有負介電各向異性(負型)之液晶材料與PSA層形成用之聚合性單體之液晶組合物。
    於本評價試驗中使用下述化學式(5)及(6)所表示之聚合性單體。下述化學式(5)所表示之化合物係菲系之二官能甲基丙烯酸酯單體，下述化學式(6)所表示之化合物係聯苯系之二官能甲基丙烯酸酯單體。
    圖3係表示上述化學式(5)及(6)所表示之化合物之吸收光譜、及通常之配向膜成膜基板之穿透光譜的圖表。上述化學式(6)所表示之化合物以波長330 nm作為上限，吸收更短波長之光。上述化學式(5)所表示之化合物以波長380 nm作為上限，吸收更短波長之光。因此，上述化學式(5)所表示之化合物可吸收上述化學式(6)所表示之化合物無法吸收之波長為330 nm~380 nm之光，即與上述化學式(6)所表示之化合物相比具有更寬之吸收波長範圍。
    此處所謂配向膜成膜基板，係指可於玻璃基板上形成ITO(Indium Tin Oxide，銦錫氧化物)膜，且於該ITO膜上成膜配向膜之基板。通常之配向膜成膜基板不易使波長短於波長340 nm之光穿透。
    根據以上情況，於通過通常之配向膜成膜基板將光照射至液晶層內而進行PSA處理之情形時，若僅利用上述化學式(6)所表示之化合物，則直至聚合反應完全結束會耗費較長時間。
    實際製作之液晶元件為以下之樣本A~C(實施例1~3)。樣本A係將上述化學式(5)所表示之二官能甲基丙烯酸酯單體以相對於液晶材料A成為0.6 wt%之重量比之方式混合而製作。樣本B係將上述化學式(6)所表示之二官能甲基丙烯酸酯單體以相對於液晶材料A成為0.3 wt%之重量比之方式混合而製作。樣本C係將上述化學式(5)所表示之二官能甲基丙烯酸酯單體以相對於液晶材料B成為0.6 wt%之重量比之方式混合而製作。
    其次，對各樣本A~C於無電壓施加之狀態下照射黑光(於300~370 nm具有峰波長之紫外光(圖4))(以液晶組合物中所含之PSA層形成用之聚合性單體成為添加量之1%以下之方式進行)而進行聚合反應，藉此分別完成於垂直配向膜上形成有PSA層之液晶元件。
    繼而，對完成之各樣本A~C分別進行電壓保持率(VHR)之測定。VHR係藉由施加1 V之脈衝電壓後，確認16.67 ms間之電荷保持而決定。又，VHR之測定(光劣化試驗)係經由初始階段、及利用發光二極體(LED：Light Emitting Diode)背光不經由偏光板而照射光，經過1000小時後之階段共計兩個階段而進行。
    又，對所完成之各樣本A~C分別進行殘留DC電壓之測定。殘留DC電壓之值係藉由對施加2 V之DC偏移電壓10小時之後之電壓使用閃爍抹除法而決定。
    表1係表示使用各樣本A~C之VHR(%)及殘留DC電壓(mV)之測定結果的表。
    藉由使用上述化學式(5)所表示之二官能菲系單體，即便於經過1000小時後亦可維持VHR98．5%以上，獲得長期可靠性。又，殘留DC電壓成為0 mV，獲得優異之防止留痕等之效果。作為其原因，可列舉藉由使用二官能菲系單體，而由紫外光照射引起聚合速度上升，可將對液晶材料之劣化抑制成較少，基於未達330 nm之短波長之光照射可將對液晶材料、及配向膜材料之劣化抑制成較少，聚合物層有助於聚合製程後之背光中所含之紫外光之截斷等。又，根據上述化學式(5)所表示之二官能菲系單體，無論液晶材料，獲得抑制電壓保持率之降低、及防止殘留DC電壓之產生之效果。
    另一方面，上述化學式(6)所表示之二官能聯苯系單體就結構而言接近於上述化學式(5)所表示之二官能菲系單體，可獲得抑制電壓保持率降低之效果，但由於主要係藉由未達330 nm之光而產生自由基之單體，故而與上述化學式(5)所表示之二官能菲系單體相比，無法獲得充分之消除留痕等之效果。 評價試驗2
    其次，基於構成配向膜之高分子材料之主鏈之醯亞胺化率的不同而驗證對電壓保持率之影響。本評價試驗中製作之樣本不經由PSA步驟，使用於側鏈具有光反應性官能基(肉桂酸酯基)者、及不具有該官能基者之兩種作為配向膜之材料。製作樣本D及樣本E(比較例1及2)作為於側鏈具有光反應性官能基之樣本，製作樣本F及樣本G(比較例3及4)作為於側鏈不具有光反應性官能基之樣本。又，樣本D及樣本E中構成後烘烤後之配向膜之高分子材料之主鏈的醯亞胺化率大致為80%左右，樣本F及樣本G中構成後烘烤後之配向膜之高分子材料之主鏈的醯亞胺化率大致在20~50%之範圍內。
    於樣本D與樣本E之間、及樣本F與樣本G之間，使分別封入之液晶材料之種類不同。樣本D及樣本F封入液晶材料A，樣本E及樣本G封入液晶材料B。將彙總結果者示於下述表2及表3。VHR之測定係藉由施加1 V之脈衝電壓後，確認16.67 ms間之電荷保持而決定。又，VHR之測定(光劣化試驗)係經由初始階段、及利用發光二極體(LED：Light Emitting Diode)背光不經由偏光板而照射光，經過1000小時後之階段共計兩個階段而進行。

    若比較表2及表3，則可知關於起因於液晶材料之電壓保持率之依賴性，將於側鏈具有光反應性官能基且主鏈之醯亞胺化率為50%以上之高分子材料用作配向膜材料之液晶元件(表2)，與將於側鏈不具有光反應性官能基且主鏈之醯亞胺化率未達50%之高分子材料用作配向膜材料之液晶元件(表3)相比較高。
    因此可認為，於使用將於側鏈具有光反應性官能基且主鏈之醯亞胺化率未達50%之高分子材料用作配向膜材料之液晶元件之情形時，如本發明所示，使用上述化學式(5)所表示之化合物所形成之PSA層具有效果。
    液晶材料B係低黏度，且動態性能優異之材料。然而，如表3所示，根據條件會有引起電壓保持率較大降低之情況。可認為其原因在於由用以形成PSA層之紫外線照射引起液晶材料劣化。然而，藉由如上述表1所示使用上述化學式(5)所表示之化合物而形成PSA層，可抑制電壓保持率之降低。 評價試驗3
    以下，實際製作實施形態1之液晶顯示裝置具備之液晶元件，並驗證其效果。首先，準備一對基板，使用旋轉塗佈機將作為水平配向膜用之材料且於側鏈具有對包含300 nm以上之波長成分之光顯示吸收之光反應性官能基(肉桂酸酯基)之聚醯胺酸溶液分別塗佈於一對基板之表面上，並於80℃之條件下進行5分鐘預烘烤(預煅燒)，繼而於200℃之條件下進行60分鐘後烘烤(正式煅燒)。
    其次，自相對於基板面傾斜45°之方向照射紫外偏光，進行光配向處理。此處使用包含300 nm以上之波長成分之紫外偏光。
    其次，於單側基板塗佈包含環氧樹脂等熱硬化樹脂之密封材料，經由間隙保持材(塑膠珠粒)使兩基板重疊，之後將密封材料熱硬化，藉此使兩基板貼合。其次，通過設置於密封材料之一部分之注入口，利用真空注入法，封入包含具有正介電各向異性(正型)之液晶材料、及PSA層形成用之聚合性單體之液晶組合物。
    於本評價試驗中使用上述化學式(5)及(6)所表示之聚合性單體。上述化學式(5)所表示之化合物係菲系之二官能甲基丙烯酸酯單體，上述化學式(6)所表示之化合物係聯苯系之二官能甲基丙烯酸酯單體。
    實際製作之液晶元件為以下之樣本H及I(實施例4及5)。樣本H係將上述化學式(5)所表示之二官能甲基丙烯酸酯單體以相對於液晶材料H成為0.6 wt%之重量比之方式混合而製作。樣本I係將上述化學式(6)所表示之二官能甲基丙烯酸酯單體以相對於液晶材料H成為0.3 wt%之重量比之方式混合而製作。
    其次，對各樣本H及I於無電壓施加之狀態下照射黑光(於300~370 nm存在峰波長之紫外光(圖4))(以液晶組合物中所含之PSA層形成用之聚合性單體成為添加量之1%以下之方式而進行)，並進行聚合反應，藉此分別完成於水平配向膜上形成有PSA層之液晶元件。
    將彙總結果者示於下述表4。VHR及殘留DC電壓之測定係以與評價試驗1相同之方法而進行。
    與使用垂直配向膜之情形相同地，藉由使用上述化學式(5)所表示之二官能菲系單體，即便於經過1000小時後亦可維持VHR98.5%以上，獲得長期可靠性。又，殘留DC電壓成為0 mV，獲得優異之防止留痕等之效果。作為其原因，可列舉藉由使用二官能菲系單體，由紫外光照射引起聚合速度上升，可將對液晶材料之劣化抑制成較少，基於未達330 nm之短波長之光照射可將對液晶材料、及配向膜材料之劣化抑制成較少，聚合物層有助於聚合製程後之背光中所含之紫外光之截斷等。
    另一方面，上述化學式(6)所表示之二官能聯苯系單體即便於使用水平配向膜之情形時，經過1000小時後亦可維持VHR98.0%以上，獲得抑制電壓保持率降低之效果，但若與上述化學式(5)所表示之二官能菲系單體相比，則無法獲得充分之消除留痕等之效果。
    藉由評價試驗3確認即便於使用水平配向型之光配向材料之情形時，亦獲得與使用垂直配向型之光配向材料之情形時相同之效果。 評價試驗4
    以下，實際製作實施形態1之液晶顯示裝置具備之液晶元件，並驗證其效果。首先，準備包含具有包含有機材料之層間絕緣膜之基板、及不具有層間絕緣膜之基板之一對基板，使用旋轉塗佈機將作為水平配向膜用之材料且於側鏈具有對包含300 nm以上之波長成分之光顯示吸收之光反應性官能基(肉桂酸酯基)之聚醯胺酸溶液分別塗佈於一對基板之表面上，並於80℃之條件下進行5分鐘預烘烤(預煅燒)，繼而於200℃之條件下進行60分鐘後烘烤(正式煅燒)。
    其次，自相對於支持基板面45°傾斜之方向照射紫外偏光，進行光配向處理。此處使用包含300 nm以上之波長成分之紫外偏光。
    其次，於單側基板上塗佈包含環氧樹脂等熱硬化樹脂之密封材料，使兩基板經由間隙保持材(塑膠珠粒)而重疊，之後將密封材料熱硬化，藉此使兩基板貼合。其次，通過設置於密封材料之一部分之注入口，利用真空注入法，封入包含具有正介電各向異性(正型)之液晶材料、及PSA層形成用之聚合性單體之液晶組合物。
    於本評價試驗中使用上述化學式(5)及(6)所表示之聚合性單體。上述化學式(5)所表示之化合物係菲系之二官能甲基丙烯酸酯單體，上述化學式(6)所表示之化合物係聯苯系之二官能甲基丙烯酸酯單體。
    實際製作之液晶元件為以下之樣本J及K(實施例6及7)。樣本J係將上述化學式(5)所表示之二官能甲基丙烯酸酯單體以相對於液晶材料J成為0.3 wt%之重量比之方式混合而製作。樣本K係將上述化學式(6)所表示之二官能甲基丙烯酸酯單體以相對於液晶材料J成為0.3 wt%之重量比之方式混合而製作。
    其次，對各樣本H及I於無電壓施加之狀態下，自具備包含有機材料之層間絕緣膜之基板側照射黑光(於300~370 nm存在峰波長之紫外光(圖4))(以液晶組合物中所含之PSA層形成用之聚合性單體成為添加量之1%以下之方式而進行)，進行聚合反應，藉此分別完成於水平配向膜上形成有PSA層之液晶元件。
    圖5係表示樣本J及K中所使用之有機材料之吸收光譜之圖表。再者，作為有機材料中所含之化合物，可列舉：丙烯酸系化合物、甲基丙烯酸系化合物、醌二疊氮化合物等，任一者均顯示相同之傾向。
    圖6係表示分別對各樣本J及K以不同之紫外線照射量進行聚合反應時，對存在於液晶組合物中之聚合性單體量進行測定之結果的圖表。再者，液晶組合物中之聚合性單體之殘留量可使用液相層析法或氣相層析法而測定。圖6所示之圖表係使用氣相層析法而測定之結果。
    若比較圖4與圖5，則黑光之發光強度較強之波長之光、及有機材料易於吸收之波長之光有一部分重複，由黑光發出之光之一部分藉由有機材料而吸收，如圖6所示，即便於具有包含有機材料之層間絕緣膜之情形時，亦可使藉由330 nm以上之光產生自由基之單體快速聚合，藉此可於配向膜上形成PSA層。
    再者，如圖6所示，即便於使用化學式(6)所表示之二官能聯苯系單體之情形時，亦可藉由增加光之照射量而減少殘留單體量，藉由使用化學式(5)所表示之二官能菲系單體，可更有效率地減少殘留單體量。
    再者，本案係以於2011年6月27日提出申請之日本專利申請案2011-142347號及於2011年9月13日提出申請之日本專利申請案2011-199613號作為基礎，基於巴黎公約或移交國之法規而主張優先權者。該申請案之內容之整體均作為參照組入本申請案中。
    1‧‧‧陣列基板
    2‧‧‧彩色濾光片基板
    3‧‧‧液晶層
    4‧‧‧聚合性單體
    11、21‧‧‧透明基板
    12‧‧‧像素電極
    13、23‧‧‧配向膜
    14、24‧‧‧PSA層(聚合物層)
    22‧‧‧共用電極
    圖1係實施形態1之液晶顯示裝置之剖面示意圖，表示PSA聚合步驟前。
    圖2係實施形態1之液晶顯示裝置之剖面示意圖，表示PSA聚合步驟後。
    圖3係彙總參考例1及參考例2之單體之吸光度(a.u.)與配向膜成膜基板之穿透率(%)之關係的圖表。
    圖4係表示評價試驗1中之紫外光光源之發光光譜之圖表。
    圖5係表示樣本J及K所使用之有機材料之吸收光譜之圖表。
    圖6係表示分別對各樣本J及K以不同之紫外線照射量進行聚合反應時，對存在於液晶組合物中之聚合性單體量進行測定之結果的圖表。
    1‧‧‧陣列基板
    2‧‧‧彩色濾光片基板
    3‧‧‧液晶層
    11、21‧‧‧透明基板
    12‧‧‧像素電極
    13、23‧‧‧配向膜
    14、24‧‧‧PSA層(聚合物層)
    15‧‧‧層間絕緣膜
    22‧‧‧共用電極
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] 一種液晶顯示裝置，其特徵在於：其具備：一對基板、挾持於該一對基板間之液晶層、形成於該一對基板之至少一個基板上之配向膜、及形成於該配向膜上且配向控制液晶分子之聚合物層；該聚合物層係藉由液晶層中所添加之一種以上之單體因光吸收而產生自由基進行聚合而形成者；該配向膜係包含具有含有醯亞胺結構之主鏈、及含有光反應性官能基之側鏈之高分子材料，且經實施光配向處理者。
    [2] 如請求項1之液晶顯示裝置，其中上述光反應性官能基對包含300 nm以上之波長成分之光顯示光吸收；上述配向膜係使上述液晶分子相對於上述配向膜面大致垂直地進行配向。
    [3] 如請求項1之液晶顯示裝置，其中上述光反應性官能基對包含300 nm以上之波長成分之光顯示光吸收；上述配向膜係使上述液晶分子相對於上述配向膜面大致水平地進行配向。
    [4] 如請求項1至3中任一項之液晶顯示裝置，其中上述光反應性官能基含有選自由肉桂酸酯基、香豆素基、查耳酮基、二苯乙炔基、及偶氮苯基所組成之群中之至少一種；上述主鏈之醯亞胺化率為大於20%且未達50%。
    [5] 如請求項1至4中任一項之液晶顯示裝置，其中上述至少1種之單體係藉由包含330 nm以上之波長成分之光之照射而產生自由基之單體。
    [6] 如請求項1至5中任一項之液晶顯示裝置，其中上述至少1種之單體係下述化學式(1)：[化1]P1-A1-P1 (1)(式中，P1相同或不同，表示丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基；A1表示下述化學式(2-1)~(2-4)： 中之任一者；A1具有之氫原子亦可經鹵基、甲基、乙基或丙基取代)所表示之縮合芳香族化合物。
    [7] 如請求項1至6中任一項之液晶顯示裝置，其中上述一對基板之一者係朝向液晶層依序具備透明基板、層間絕緣膜、及像素電極之陣列基板；該層間絕緣膜包含有機材料。
    [8] 一種液晶顯示裝置之製造方法，其特徵在於包括：將含有液晶材料、及一種以上之單體之液晶組合物注入至一對基板間之步驟；於該一對基板之至少一個基板上塗佈配向膜材料，並對該配向膜材料進行光配向處理而形成配向膜之步驟；對該液晶組合物照射光，由該一種以上之單體之至少一種產生自由基並進行聚合，而於該配向膜上形成配向控制液晶分子之聚合物層之步驟。
    [9] 如請求項8之液晶顯示裝置之製造方法，其中上述光配向處理係將包含300 nm以上之波長成分之光照射至上述配向膜材料之處理；上述配向膜係使上述液晶分子相對於該配向膜面大致垂直地進行配向。
    [10] 如請求項8之液晶顯示裝置之製造方法，其中上述光配向處理係將包含300 nm以上之波長成分之光照射至上述配向膜材料之處理，上述配向膜係使上述液晶分子相對於該配向膜面大致水平地進行配向。
    [11] 如請求項8至10中任一項之液晶顯示裝置之製造方法，其中上述至少1種之單體係藉由包含330 nm以上之波長成分之光之照射而產生自由基之單體。
    [12] 如請求項8至11中任一項之液晶顯示裝置之製造方法，其中上述至少1種之單體係下述化學式(1)：[化3]P1-A1-P1 (1)(式中，P1相同或不同，表示丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基；A1表示下述化學式(2-1)~(2-4)： 中之任一者；A1具有之氫原子亦可經鹵基、甲基、乙基或丙基取代)所表示之縮合芳香族化合物。
    [13] 如請求項8至12中任一項之液晶顯示裝置之製造方法，其中上述一對基板之一者係朝向液晶層依序具備透明基板、層間絕緣膜、及像素電極之陣列基板；該層間絕緣膜包含有機材料。
    [14] 如請求項8至13中任一項之液晶顯示裝置之製造方法，其中形成上述聚合物層之步驟係對液晶層於施加閾值以上之電壓之狀態下照射光而進行聚合之步驟。
    [15] 如請求項8至13中任一項之液晶顯示裝置之製造方法，其中形成上述聚合物層之步驟係對液晶層於未施加閾值以上之電壓之狀態下照射光而進行聚合之步驟。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    TWI559057B|2016-11-21|A liquid crystal display device, and a liquid crystal display device
    TWI521263B|2016-02-11|Liquid crystal display device
    TWI578063B|2017-04-11|A liquid crystal display device, and a liquid crystal display device
    TWI519868B|2016-02-01|Liquid crystal display device
    TWI544258B|2016-08-01|Liquid crystal display device
    TWI521283B|2016-02-11|Liquid crystal display panel and liquid crystal display device
    JP5620006B2|2014-11-05|液晶表示装置の製造方法
    JPWO2010116564A1|2012-10-18|液晶表示装置、液晶表示装置の製造方法、重合体層形成用組成物、及び、液晶層形成用組成物
    JPWO2010116565A1|2012-10-18|液晶表示装置、液晶表示装置の製造方法、光重合体膜形成用組成物、及び、液晶層形成用組成物
    TWI524122B|2016-03-01|Liquid crystal display device
    WO2014061755A1|2014-04-24|液晶表示装置及び液晶表示装置の製造方法
    WO2013103153A1|2013-07-11|液晶表示装置、及び、その製造方法
    WO2012086715A1|2012-06-28|液晶配向剤、液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法
    WO2014045923A1|2014-03-27|液晶表示装置及びその製造方法
    US20130342798A1|2013-12-26|Liquid crystal display panel, liquid crystal display apparatus, and liquid crystal display cell
    CN108474982B|2021-11-02|液晶显示装置以及液晶显示装置的制造方法
    TWI522699B|2016-02-21|Liquid crystal display panel and liquid crystal display device
    US20190113812A1|2019-04-18|Method for producing liquid crystal panel
    WO2012093629A1|2012-07-12|液晶表示装置及びその製造方法
    TWI376554B|2012-11-11|Liquid crystal display device
    CN109471303A|2019-03-15|液晶显示装置及其制造方法
    KR101970588B1|2019-04-19|자기조립 다관능성 광반응 액정 배향층, 이를 이용한 액정표시장치 및 이의 제조방법
    JP2019152835A|2019-09-12|配向膜付き基板の製造方法
    WO2017110704A1|2017-06-29|液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法
    WO2012063938A1|2012-05-18|液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US9651828B2|2017-05-16|
    TWI559057B|2016-11-21|
    WO2013002084A1|2013-01-03|
    US20140111754A1|2014-04-24|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    JP4398601B2|2001-05-18|2010-01-13|エーユーオプトロニクスコーポレイション|薄膜トランジスタ・アレイ基板、薄膜トランジスタ・アレイ基板の製造方法および表示装置|
    JP4175826B2|2002-04-16|2008-11-05|シャープ株式会社|液晶表示装置|
    EP2305631A1|2005-12-23|2011-04-06|Rolic AG|Photocrosslinkable materials|
    JP5070977B2|2007-07-31|2012-11-14|大日本印刷株式会社|液晶表示素子|
    DE102009011652B4|2008-03-25|2018-02-22|Merck Patent Gmbh|Flüssigkristallmedium und seine Verwendung|
    EP2692826B1|2008-06-27|2016-04-13|Merck Patent GmbH|Liquid-crystalline medium|
    JP2012058266A|2009-01-09|2012-03-22|Sharp Corp|液晶表示装置及び液晶層形成用組成物|
    RU2011143816A|2009-03-30|2013-05-10|Шарп Кабусики Кайся|Жидкокристаллическое дисплейное устройство, способ получения жидкокристаллического дисплейного устройства, композиция для получения полимерного слоя и композиция для получения жидкокристаллического слоя|
    US20120033167A1|2009-04-06|2012-02-09|Sharp Kabushiki Kaisha|Liquid crystal display device, method for manufacturing liquid crystal display device, composition for forming polymer layer, and composition for forming liquid crystal layer|
    WO2012017882A1|2010-08-03|2012-02-09|シャープ株式会社|液晶表示装置及び液晶表示装置の製造方法|US9798179B2|2010-10-14|2017-10-24|Merck Patent Gmbh|Liquid crystal display device|
    US9557605B2|2010-10-14|2017-01-31|Merck Patent Gmbh|Method of producing liquid crystal display device|
    TW201632608A|2014-12-12|2016-09-16|Dainippon Ink & Chemicals|液晶顯示元件及其製造方法|
    CN108431683B|2015-12-25|2021-07-13|夏普株式会社|液晶显示装置、以及液晶显示装置的制造方法|
    CN105549254B|2016-02-18|2019-08-13|深圳市华星光电技术有限公司|液晶面板及其制造方法|
    US10831066B2|2016-03-10|2020-11-10|Sharp Kabushiki Kaisha|Liquid crystal display device and alignment film|
    JP6691213B2|2016-07-26|2020-04-28|シャープ株式会社|走査アンテナおよび走査アンテナの製造方法|
    JP6920797B2|2016-08-25|2021-08-18|スタンレー電気株式会社|液晶素子、光制御装置|
    JP2019066565A|2017-09-28|2019-04-25|株式会社ジャパンディスプレイ|液晶表示装置|
    KR20210112333A|2019-01-08|2021-09-14|닛산 가가쿠 가부시키가이샤|액정 배향제, 액정 배향막, 및 액정 표시 소자|
    WO2021186901A1|2020-03-18|2021-09-23|株式会社ジャパンディスプレイ|液晶表示装置|
    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2011142347||2011-06-27||
    JP2011199613||2011-09-13||
    [返回顶部]