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1、(10)申请公布号 CN 102732266 A (43)申请公布日 2012.10.17 CN 102732266 A *CN102732266A* (21)申请号 201210253427.3 (22)申请日 2012.07.20 C09K 19/56(2006.01) (71)申请人 深圳市华星光电技术有限公司 地址 518000 广东省深圳市光明新区塘明大 道 92 号 (72)发明人 钟新辉 黄宏基 李冠政 (74)专利代理机构 深圳市德力知识产权代理事 务所 44265 代理人 林才桂 (54) 发明名称 用于液晶显示器的配向层材料 (57) 摘要 本发明提供一种用于液晶显示器的配。
2、向层材 料， 其包含溶剂及溶于该溶剂中的聚合物 ； 该聚 合物包含主链和连接于主链的第一侧链， 该第一 侧链具有较强的侧向偶极矩。本发明用于液晶显 示器的配向层材料中的聚合物分子结构特征是在 聚合物主链上带有一种同时兼具柔性与刚性链段 的第一侧链， 并且该第一侧链具有较强的侧向偶 极矩， 在电场作用下可以发生旋转与倾倒运动， 可 以对液晶分子起到预倾角配向作用。在多角度配 向方面， 本发明相对于聚合物稳定垂直配向技术， 制程更简单， 形成的配向膜表面更平整， 漏光更 小， 液晶面板对比度更高， 从而提高液晶面板的光 学表现。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 3。
3、 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 3 页 1/2 页 2 1. 一种用于液晶显示器的配向层材料， 其特征在于， 其包含溶剂及溶于该溶剂中的聚 合物 ； 该聚合物包含主链和连接于主链的第一侧链， 该第一侧链具有较强的侧向偶极矩。 2. 如权利要求 1 所述用于液晶显示器的配向层材料， 其特征在于， 所述聚合物的主链 为聚酰亚胺或聚酰亚胺酸结构， 其结构通式如下 ： 式 I 其中， 环形结构环 A 与环 B 为苯环、 其他芳香环或芳香稠环结构 ； X 与 Y 为连接基团 ； n 与 m 表示聚合度， n 与 m 的取值范围为。
4、 20 至 2000。 3.如权利要求2所述用于液晶显示器的配向层材料， 其特征在于， 所述X与Y为以下结 构式 ： n 与 m 的取值范围优选为 50 至 500。 4. 如权利要求 1 所述用于液晶显示器的配向层材料， 其特征在于， 所述聚合物的第一 侧链至少包含可以明显区分的两段结构， 分别是与主链直接相连的柔性链段结构、 及与柔 性链段结构相连接的刚性结构 ； 所述刚性结构具有较强的侧向偶极矩。 5. 如权利要求 4 所述用于液晶显示器的配向层材料， 其特征在于， 所述聚合物的第一 侧链的结构通式为如下所示的结构通式中的一种 ： 式 II 式 III 权 利 要 求 书 CN 1027。
5、32266 A 2 2/2 页 3 式 II 和式 III 中， M 为连接于主链的柔性链段， 其为由 3-25 个 C、 O、 S、 N、 及 Si 原子构 成的分子主链形成 ； 环 A、 环 B 与环 C 为六元环或五元环结构、 或为含有或不含有 N、 S、 或 O 杂原子的环结构 ； 环 A、 环 B 与环 C 为相同或不相同结构， 环 A、 环 B 与环 C 为饱和、 不饱和、 或芳香环结构 ； Z 为环 A、 环 B 与环 C 上的取代基， 可相同或不同， 一个环结构上可单取代或 多取代， Z 为 -CN、 -F、 -C1、 -Br、 -NCS、 -CF3、 -OCF3、 或 -OC。
6、HF2； R 为第一侧链的末端基团， 其 为 H 或 1-8 个碳原子构成的碳链。 6. 如权利要求 1 所述用于液晶显示器的配向层材料， 其特征在于， 所述聚合物的第一 侧链的分子量的比例为该聚合物的分子量的 5-40。 7. 如权利要求 1 所述用于液晶显示器的配向层材料， 其特征在于， 所述聚合物还包含 第二侧链、 第三侧链、 及第四侧链中的一种、 两种或全部。 8. 如权利要求 7 所述用于液晶显示器的配向层材料， 其特征在于， 所述第二侧链为柔 性侧链， 其由 3-25 个 C、 O、 S、 N、 或 Si 原子构成的分子主链形成 ； 第三侧链为极性侧链， 其为 羟基、 羧基、 或含。
7、有羟基或羧基的链结构 ； 第四侧链为刚性侧链， 其由含有 2-3 个环结构的 链段组成。 9. 如权利要求 1 所述用于液晶显示器的配向层材料， 其特征在于， 所述聚合物的重量 占所述配向层材料总重量的 1 -20。 10.如权利要求1所述用于液晶显示器的配向层材料， 其特征在于， 所述溶剂为N-甲基 吡咯烷酮、 N- 乙基吡咯烷酮、 - 丁内酯、 乙二醇单丁醚、 及 N， N- 二甲基乙酰胺中的一种或 几种的混合物。 权 利 要 求 书 CN 102732266 A 3 1/7 页 4 用于液晶显示器的配向层材料 技术领域 0001 本发明涉及液晶显示技术领域， 尤其涉及一种用于液晶显示器的。
8、配向层材料。 背景技术 0002 扭曲向列型 (Twisred nemaiic， TN) 或超扭曲向列型 (Super gwisted nematic， STN) 液晶显示器所用的液晶为正型液晶， 未加电时液晶分子长轴平行于基板表面排列。基 板表面液晶分子的排列方向由配向层 (Alignment layer， 材质通常为聚酰亚胺 ) 的摩擦方 向决定， 两基板表面配向方向垂直， 所以从一个基板表面到另一个基板表面， 液晶层的分子 呈连续扭转排列状态。当施加电压之后， 液晶分子的长轴将倾向于沿电场的方向排列。TN/ STN 型液晶显示器的缺点是可视角小， 在大视角下的亮度差异和色差严重， 需要通。
9、过补偿膜 对此进行改善， 从而提高了显示器的制造成本。 0003 为了克服扭曲向列型 / 超扭曲向列型液晶显示器的诸多限制和缺点， 近年来发展 了多种垂直配向(Vertical alignment， VA)技术， 垂直配向技术采用负型液晶材料， 未加电 场时液晶分子垂直于基板表面排列， 施加电场后液晶分子向平行于基板方向旋转或倾倒。 0004 垂直配向技术为了克服视角限制的问题， 采用了多种方法来实现多角度配向， 即 将一个亚像素分成多个区域， 使不同区域液晶分子朝不同的方向倾倒， 让显示器从不同的 方向看到的效果趋于一致。目前实现多角度配向的方法有如下几种 ： 如图 1A 所示， 第一种 是。
10、通过曝光显影的方法在 LCD 的上、 下玻璃基板 102、 103 制作出聚合物突起物 (Bump)108， 使聚合物突起物 108 周围的液晶分子产生一定的预倾角， 引导液晶分子 106 朝固定方向倾 倒 ； 如图 1B 所示， 第二种是在上、 下玻璃基板 302、 303 上的 ITO 像素电极 304 形成具有一定 的图案， 由此产生的电场具有一定的倾斜角度， 从而控制不同区域的液晶分子 306 的导向， 此技术被称为图像垂直配向 (Patterned vertical alignment， PVA) 技术 ； 如图 2 所示， 第 三种是在下玻璃基板 500 的 TFT 侧形成 ITO。
11、 裂缝 501(slit)， 而上玻璃基板 502 的 ITO504 为完整的， 在液晶介质中添加可聚合单体 (monomer)508， 先通过电场使液晶分子 506 倾倒， 同时用紫外光照射面板的可聚合单体， 使其聚合形成具有引导液晶分子 506 倾倒的聚合物 突起物 510， 沉积在上、 下玻璃基板 500、 502 表面起到配向的作用， 这种技术称为聚合物垂 直配向 (Polymer stabilized vertical alignment， PSVA) 技术。 0005 上述三种实现多角度配向的方法， 在制程或材料上均存在一定的难度和复杂性， 为了实现多角度配向， 还需要牺牲一定的开。
12、口率和对比度， 降低液晶面板的光学表现。 发明内容 0006 本发明的目的在于提供一种用于液晶显示器的配向层材料， 其可实现多角度配 向， 简化制程难度， 提高液晶面板的光学表面。 0007 为实现上述目的， 本发明提供一种用于液晶显示器的配向层材料， 其包含溶剂及 溶于该溶剂中的聚合物 ； 该聚合物包含主链和连接于主链的第一侧链， 该第一侧链具有较 强的侧向偶极矩。 说 明 书 CN 102732266 A 4 2/7 页 5 0008 所述聚合物的主链为聚酰亚胺或聚酰亚胺酸结构， 其结构通式如下 ： 0009 式 I 0010 0011 其中， 环形结构环 A 与环 B 为苯环、 其他芳香。
13、环或芳香稠环结构 ； X 与 Y 为连接基 团 ； n 与 m 表示聚合度， n 与 m 的取值范围为 20 至 2000。 0012 所述 X 与 Y 为以下结构式 ： 0013 n与m的取 值范围优选为 50 至 500。 0014 所述聚合物的第一侧链至少包含可以明显区分的两段结构， 分别是与主链直接相 连的柔性链段结构、 及与柔性链段结构相连接的刚性结构 ； 所述刚性结构具有较强的侧向 偶极矩。 0015 所述聚合物的第一侧链的结构通式为如下所示的结构通式中的一种 ： 0016 式 II 0017 0018 式 III 0019 说 明 书 CN 102732266 A 5 3/7 页。
14、 6 0020 式 II 和式 III 中， M 为连接于主链的柔性链段， 其为由 3-25 个 C、 O、 S、 N、 及 Si 原 子构成的分子主链形成 ； 环 A、 环 B 与环 C 为六元环或五元环结构、 或为含有或不含有 N、 S、 或 O 杂原子的环结构 ； 环 A、 环 B 与环 C 为相同或不相同结构， 环 A、 环 B 与环 C 为饱和、 不饱 和、 或芳香环结构 ； Z为环A、 环B与环C上的取代基， 可相同或不同， 一个环结构上可单取代 或多取代， Z 为 -CN、 -F、 -Cl、 -Br、 -NCS、 -CF3、 -OCF3、 或 -OCHF2； R 为第一侧链的末端。
15、基团， 其为 H 或 1-8 个碳原子构成的碳链。 0021 所述聚合物的第一侧链的分子量的比例为该聚合物的分子量的 5-40。 0022 所述聚合物还包含第二侧链、 第三侧链、 及第四侧链中的一种、 两种或全部。 0023 所述第二侧链为柔性侧链， 其由3-25个C、 O、 S、 N、 或Si原子构成的分子主链形成 ； 第三侧链为极性侧链， 其为羟基、 羧基、 或含有羟基或羧基的链结构 ； 第四侧链为刚性侧链， 其由含有 2-3 个环结构的链段组成。 0024 所述聚合物的重量占所述配向层材料总重量的 1 -20。 0025 所述溶剂由 N- 甲基吡咯烷酮、 N- 乙基吡咯烷酮、 - 丁内酯。
16、、 乙二醇单丁醚、 N， N- 二甲基乙酰胺中的一种或几种的混合物。 0026 本发明的有益效果 ： 本发明用于液晶显示器的配向层材料中的聚合物分子结构特 征是在聚合物主链上带有一种同时兼具柔性与刚性链段的第一侧链， 并且该第一侧链具有 较强的侧向偶极矩， 在电场作用下可以发生旋转与倾倒运动， 可以对液晶分子起到预倾角 配向作用。 由于第一侧链连接于聚合物主链之上， 所以其运动自由度不如液晶分子大， 在形 成预倾角效果之后， 即使电场作用消失， 其配向效果也不会立即消失， 而会在一段时间内继 续起作用， 作用时间的长短和该第一侧链的具体结构相关。 在多角度配向方面， 本发明相对 于聚合物稳定垂。
17、直配向技术， 制程更简单， 形成的配向膜表面更平整， 漏光更小， 液晶面板 对比度更高， 从而提高液晶面板的光学表现。 0027 为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容， 请参阅以下有关本发明的详细 说明与附图， 然而附图仅提供参考与说明用， 并非用来对本发明加以限制。 附图说明 0028 下面结合附图， 通过对本发明的具体实施方式详细描述， 将使本发明的技术方案 及其它有益效果显而易见。 0029 附图中， 0030 图 1A 为曝光显影技术制成的液晶显示装置中液晶配向后液晶介质层的状态示意 图 ； 0031 图 1B 为图像垂直配向技术制成的液晶显示装置中液晶配向后液晶介质层的状态 示。
18、意图 ； 说 明 书 CN 102732266 A 6 4/7 页 7 0032 图 2 为聚合物稳定垂直配向技术制成的液晶显示装置中液晶配向过程示意图 ； 0033 图 3 为本发明用于液晶显示器的配向层材料中的聚合物的结构示意图。 具体实施方式 0034 为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果， 以下结合本发明的优选实施 例及其附图进行详细描述。 0035 本发明提供一种用于液晶显示器的配向层材料， 其包含溶剂及溶于该溶剂中的聚 合物 ； 该聚合物含量占材料总重的重量百分比为1-20。 溶剂体系可由一种或多种溶剂 构成。 0036 如图 3 所示， 该聚合物包含主链 1 和连接于主链。
19、的第一侧链 2， 该第一侧链 A 为该 聚合物的必需结构， 其具有较强的侧向偶极矩， 在电场作用下可以发生旋转与倾倒运动， 对 液晶分子起到预倾角配向作用。该聚合物还可以包含第二侧链 3、 第三侧链 4 与第四侧链 5 中的一种、 两种或全部。 0037 所述聚合物的主链 1 可以为聚酰亚胺或聚酰亚胺酸结构， 其结构通式如下 ： 0038 式 I 0039 0040 其中， 环形结构环 A 与环 B 通常为苯环， 也可以为其他芳香环或芳香稠环结构 ； X 与 Y 为连接基团， 不限定其具体结构， 例如以下结构式 ： 0041 n 与 m 表示 聚合度， n 与 m 的取值范围为 20 至 20。
20、00， 优选为 50 至 500。 0042 聚酰亚胺或聚酰亚胺酸主链提供聚合物良好的耐热性、 绝缘性、 离子阻隔性与光 学透明性。 0043 所述聚合物的第一侧链 2 为该聚合物的必需结构， 其至少包含可以明显区分的两 段结构， 其分别为与主链 1 直接相连的柔性链段结构， 及与柔性链段结构相连接的刚性结 说 明 书 CN 102732266 A 7 5/7 页 8 构。所述刚性结构具有较强的侧向偶极矩， 在电场作用下第一侧链 2 的刚性结构部分可以 发生一定程度的旋转与倾倒运动， 可以为液晶分子提供预配向作用。 0044 所述聚合物的第一侧链 1 的结构通式为如下式 II 与式 III 中。
21、的一种 ： 0045 式 II 0046 0047 式 III 0048 0049 式 II 和式 III 中， M 为连接于主链的柔性链段， 其为由 3-25 个 C、 O、 S、 N、 及 Si 等 原子构成的分子主链形成， 如M为-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-或-OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2- 等， 不限于所列举的例子 ； 与 M 相连的环结构可以为两个， 即环 A 与环 B( 式 II)， 也可以为 三个， 即环 A、 环 B 与环 C( 式 III) ； 环 A、 环 B 与环 C 可以为六元环或五元环结构， 也可以为 含有或不含有 N、 。
22、S、 或 O 杂原子的环结构 ； 环 A、 环 B 与环 C 可以为相同或不相同结构， 也可 以为饱和、 不饱和、 或芳香环结构 ； Z 为环 A、 环 B 与环 C 上的取代基， 可相同或不同， 一个环 结构上可单取代或多取代， Z 可为 -CN、 -F、 -Cl、 -Br、 -NCS、 -CF3、 -OCF3、 或 -OCHF2； R 为第一 侧链 2 的末端基团， 其可为 H 或 1-8 个碳原子构成的碳链。 0050 所述聚合物的第一侧链 2 的分子量的比例为该聚合物的分子量的 5-40。 0051 所述第二侧链 3 为聚合物中非必需结构， 其为柔性侧链， 可由 3-25 个 C、 O。
23、、 S、 N、 或 Si 原子构成的分子主链形成， 其主要功能是提供聚合物对液晶分子的垂直配向效果。 0052 所述第三侧链 4 为聚合物中非必需结构， 其为极性侧链， 可为羟基、 羧基、 或含有 羟基或羧基的链结构， 用以调节聚合物在溶剂中的溶解性。 0053 所述第四侧链5为聚合物中非必需结构， 其为刚性侧链， 由含有2-3个环结构的链 段组成， 用来调节聚合物对液晶分子垂直配向力的强弱。 0054 所述溶剂由N-甲基吡咯烷酮(NMP)、 N-乙基吡咯烷酮(NEP)、 -丁内酯(-BL)、 乙二醇单丁醚(Ethylene Glycol Mono-n-butyl Ether)、 N， N-二。
24、甲基乙酰胺(DMA)中的一 种或几种的混合物。 0055 下面通过具体实施例， 说明本发明实施方式。 0056 实施例 1 ： 说 明 书 CN 102732266 A 8 6/7 页 9 0057 所述液晶介质配向层材料， 采用结构式为下述式 IV 的聚酰亚胺聚合物， 其只含有 聚酰亚胺主链和第一侧链， 其中第一侧链的比例为 20， 该第一侧链上的柔性链段为 5 个 碳原子的饱和链， 刚性链段含有两个苯环与一个环己烷结构， 苯环上含两个对称 CN 基团， 提供第一侧链非常强的侧向偶极矩， 第一侧链末端基为 4 个碳原子的碳链。该溶剂体系以 NMP(N- 甲基吡咯烷酮 ) 为主， 含有其它溶剂。
25、组份， 该聚合物在配向层材料中的固含量约为 4。 0058 式 IV 0059 0060 实施例 2 ： 0061 所述液晶介质配向层材料， 采用结构式为下述式 V 的聚酰亚胺聚合物， 其含有聚 酰亚胺主链和第一侧链， 其中第一侧链的比例为 30， 该第一侧链上的柔性链段为 5 个 碳原子的饱和链， 刚性链段含有两个苯环与一个环己烷结构， 苯环上含有 F 取代基团， 提 供第一侧链非常强的侧向偶极矩， 第一侧链末端基为 4 个碳原子的碳链。该溶剂体系以 NMP(N- 甲基吡咯烷酮 ) 为主， 含有其它溶剂组份， 该聚合物在配向层材料中的固含量约为 4。 0062 式 V 0063 说 明 书 。
26、CN 102732266 A 9 7/7 页 10 0064 综上所述， 本发明用于液晶显示器的配向层材料中的聚合物分子结构特征是在聚 合物主链上带有一种同时兼具柔性与刚性链段的第一侧链， 并且该第一侧链具有较强的 侧向偶极矩， 在电场作用下可以发生旋转与倾倒运动， 可以对液晶分子起到预倾角配向作 用。 由于第一侧链连接于聚合物主链之上， 所以其运动自由度不如液晶分子大， 在形成预倾 角效果之后， 即使电场作用消失， 其配向效果也不会立即消失， 而会在一段时间内继续起作 用， 作用时间的长短和该第一侧链的具体结构相关。 在多角度配向方面， 本发明相对于聚合 物稳定垂直配向技术， 制程更简单， 形成的配向膜表面更平整， 漏光更小， 液晶面板对比度 更高， 从而提高液晶面板的光学表现。 0065 以上所述， 对于本领域的普通技术人员来说， 可以根据本发明的技术方案和技术 构思作出其他各种相应的改变和变形， 而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的 保护范围。 说 明 书 CN 102732266 A 10 1/3 页 11 图 1A 图 1B 说 明 书 附 图 CN 102732266 A 11 2/3 页 12 图 2 说 明 书 附 图 CN 102732266 A 12 3/3 页 13 图 3 说 明 书 附 图 CN 102732266 A 13 。