TWI388905B - 液晶顯示面板及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種顯示面板及其製造方法，且特別是有關於一種應用聚合高分子輔助配向技術之液晶顯示面板及其製造方法。
液晶顯示面板(Liquid Crystal Display Panel)具備輕薄、省電、低輻射的特性，在商業及消費性電子產品上應用廣泛，逐步取代傳統陰極射線管螢幕成為熱門的光電產品。目前液晶顯示面板在耗電力、全面輝度及明室對比效果已經優於傳統陰極射線管螢幕，然而在反應時間上仍略為遜色。
另一方面，近年來發展出一種配向的技術：聚合高分子輔助配向技術(Polymer-Stabilizing Alignment,PSA)，係將可聚合單體混入液晶層中，待其排列好之後施以能量源(例如是照射紫外光或加熱)，讓可聚合單體聚合成配向聚合體，引導液晶顯示面板內的液晶化合物排列。
然而，市售的感光性單體仍有許多改善空間，並非現有的可聚合單體都適合應用於此配向技術。當使用了不適合的液晶化合物及可聚合單體配方時，應用聚合高分子輔助配向技術製成的液晶顯示面板反而會導致應答速度更慢、顯示品質變差等負面影響。
本發明係有關於一種液晶顯示面板及其製造方法，利用其製造出的液晶顯示面板應答快速，顯示品質良好。
根據本發明之一方面，提出一種液晶顯示面板包括下基板、上基板以及填充於上基板以及下基板間的液晶層。液晶層包含至少一液晶分子及穩定配向聚合體。穩定配向聚合體係由複數個感光性單體聚合並形成於上基板或下基板至少其中一者之表面，感光性單體以化學式表示如下：
P1
-A1
-(Z1
-RS-Z2
-A2
)n
-P2
其中，n≧1；
“P1
”及”P2
”係分別為一可聚合基團；
“A1
”及”A2
”係分別為一芳香基團；
“Z1
”及”Z2
”係分別一聯結基團；以及
”RS”係為具有1至6個碳原子的直鏈或支鏈烷基或其衍生化合物。
根據本發明之另一方面，提出一種液晶顯示面板包括下基板、上基板以及填充於上基板以及下基板間的液晶層。液晶層包含至少一液晶分子及上述之感光性單體。
根據本發明之再一方面，提出一種液晶顯示面板的製造方法，包括：(a)提供上基板以及下基板；(b)注入液晶材料於上基板與下基板之間，液晶材料包含複數個液晶分子以及複數個上述之感光性單體；以及(c)施加電壓於上基板以及下基板之間，並照射一光線，以聚合數個感光性單體。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參照第1A～1D圖，其繪示依照本發明一較佳實施例之液晶顯示面板之製造方法的示意圖。本實施例之液晶顯示面板的製造方法包括下列步驟。首先，提供上基板110以及下基板120，如第1A圖所示。
然後，如第1B圖所示，注入液晶材料於上基板110與下基板120之間，液晶材料包含複數個液晶分子130以及複數個感光性單體140。感光性單體140以化學式I表示如下：
P1
-A1
-(Z1
-RS-Z2
-A2
)n
-P2
...[I]
其中，n≧1。
“A1
”及”A2
”係分別為一芳香基團，“A1
”及”A2
”可以分別選自聯苯-4,4’-二基(biphenyl-4,4'-diyl)、硫化聯苯-4,4’-二基(thiobiphenyl-4,4'-diyl)、聯苯醚(biphenyl ether-4,4'-diyl)、萘-2,6-二基(naphthalene-2,6-diyl)、蒽-2,6-二基(anthracene-2,6-diyl)或1,2-二苯乙烯(stilbene)，其化學式依序揭示如下：
“Z1
”及”Z2
”係分別為一聯結基團，“Z1
”及”Z2
”可以分別選自羧基(caroboxyl,-CO-O-,-O-CO-)、硫化羰基(carbothio,S-CO-,-CO-S-)或醯胺基(amide,-N-CO-,-CO-N-)。
”RS”係為具有1至6個碳原子的直鏈或支鏈烷基或其衍生化合物，較佳是非反應性的烷基，“RS”可以選自亞甲基(methylene,-CH2
-)、亞乙基(ethylene,-CH2
-CH2
-,)、1-甲基亞乙基(1-Methylethylene,-CH(CH3
)CH2
)或1-烴基-乙基(1-hydroxy-ethyl,-CH(OH)CH2
-)。
“P1
”及”P2
”係分別為一可聚合基團，“P1
”及”P2
”可以分別選自丙烯酸酯基(acrylate)、甲基丙烯酸酯基(methacrylate)、乙烯基(vinyl)、乙烯氧基(vinyloxy)、丙烯醚基(propenyl ether)或環氧基(epoxy)。
在較佳實施例中，化學式I之n=1，“P1
”為甲基丙烯酸酯基(methacrylate)，“A1
”為聯苯-4,4’-二基(biphenyl-4,4'-diyl)，“Z1
”為羧基(caroboxyl,-CO-O-,-O-CO-)，”RS”為1-甲基亞乙基(1-Methylethylene,-CH(CH3
)CH2
)，“Z2
”為羧基(caroboxyl,-CO-O-,-O-CO-)，“A2
”為聯苯-4,4’-二基(biphenyl-4,4’-diyl)，“P2
”為甲基丙烯酸酯基(methacrylate)。代表本實施例之感光性單體140之化學式I選定上述基團之後，可以據以繪示出化學式II。
在較佳實施例中，感光性單體140的化學結構可以化學式II表示，並以此為例揭露感光性單體的合成方法。其合成方法包括數個連續的化學反應，以下將依序介紹各個化學反應。
首先，將5.59公克30毫莫耳的4,4’-二羥基聯苯(4,4’-dihydro×ybiphenyl)以及0.21公克1.2毫莫耳的對甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid,p-TSA)混合並溶解於50毫升的四氫呋喃(Tetrahydrofuran,THF)溶液中，接著將1.26公克15毫莫耳的3,4-二氫-2H-吡喃(3,4-dihydro-2H-pyran)加入混合溶液中，於室溫下攪拌，並以薄層層析監控反應。一小時之後，加入乙醇與氨水混合溶液(EtOH/NH3
)以終止反應，並繼續添加EtOH/NH3
直到溶液呈弱鹼性(pH~8)。混合溶液以二氯甲烷與水溶液萃取三次，收集有機層。有機層依序以水、鹽水與水溶液潤洗之後，用無水硫酸鎂(anhydrous MgSO4
)除水並於真空下抽氣濃縮。以管柱層析法(矽膠管柱，以Hexane/EtOAc為溶離液)純化出大約3.2公克的白色固體，產率約為40%。純化出的白色固體為4-hydroxy-4’-((2-tetrahydropyranyl)oxy)biphenyl(即化學式1
)。
接著，在氮氣環境下，將3.2公克11.8毫莫耳的4-hydroxy-4’-((2-tetrahydropyranyl)oxy)bipheny(即化學式1
)溶解於15毫升無水四氫呋喃(dry Tetrahydrofuran,dry THF)，在冰浴中冷卻至0℃。加入1.78公克17.7毫莫耳的三乙胺(triethylamine)，並攪拌15分鐘。將1.48公克14.2毫莫耳的甲基丙烯醯氯(Methacryloyl chloride)溶解於5毫升無水四氫呋喃(dry THF)後，逐滴加入上述反應液中，操作時溫度控制於10℃以下。當薄層層析法檢測結果顯示初始材料消失之後，將反應液倒入50毫升10%氯化銨水溶液，以25毫升二氯甲烷(CH2
Cl2
)萃取三次。收集有機層，用無水硫酸鎂除水並於真空抽氣濃縮，可以得到2.4公克的白色固體，產率約為60%。得到的白色固體為4-methacryloyloxy-4’-((2-tetrahydropyranyl)oxy)biphenyl(即化學式2)。
然後，將2.4公克7.0毫莫耳的4-methacryloyloxy-4’-((2-tetrahydropyranyl)oxy)biphenyl(即化學式2)與0.24公克1.4毫莫耳對甲苯磺酸(p-TSA)混合於15毫升的乙醇溶液中，於室溫下攪拌3小時後，薄層層析法檢測結果顯示初始材料已經消失。將反應溶液倒入水溶液中，並以25毫升二氯甲烷(CH2
Cl2
)萃取三次。收集有機層，用無水硫酸鎂除水並旋轉抽氣濃縮，可以得到1.25公克的白色固體，產率約為70%。純化出的白色固體為4-hydroxy-4’-methacryloyloxy biphenyl(即化學式3)。
將1.25公克4.92毫莫耳的4-hydroxy-4’-methacryloyloxy biphenyl(即化學式3)溶解於15毫升無水四氫呋喃(dry THF)，並以冰浴將其冷卻至0℃。加入6.0公克60毫莫耳的三乙胺(triethylamine)，並於氮氣環境下攪拌20分鐘。將0.34公克2毫莫耳的甲基丙烯醯氯(Methacryloyl chloride)溶解於3毫升無水四氫呋喃(dry THF)後，逐滴加入上述反應液中，操作時溫度控制於10℃以下。當薄層層析法檢測結果顯示初始材料消失之後，將反應液倒入50毫升10%氯化銨水溶液，以20毫升二氯甲烷(CH2
Cl2
)萃取三次。收集有機層，用無水硫酸鎂除水並於真空抽氣濃縮，可以得到白色固體。以管柱層析法(矽膠管柱，以Hexane/EtOAc為溶離液)進一步純化出大約0.85公克的白色固體，產率約為70%。最後，經過數個化學反應得到的產物即為本較佳實施例之感光性單體(以化學式II表示)。
關於液晶材料的配方，較佳的是感光性單體130重量大約小於液晶層總重量的10%，較佳的是介於液晶層總重量的0.15%至0.3%之間。
接著，如第1C圖所示，施加電壓於上基板110以及下基板120之間。基板間電場的強度影響液晶分子130轉向的幅度，而液晶分子130會帶動感光性單體140旋轉。此時，照射光線以聚合感光性單體140，光線較佳的是採用紫外光，提供單體聚合所需的能量，藉此幫助聚合作用。
最後，液晶顯示面板100係完成，如第1D圖所示。感光性單體140在具有特定傾斜角度的情況下被聚合成穩定配向聚合體145，因此穩定配向聚合體145也具有特定的傾斜角度，即使不施加電壓，液晶分子130也會順著穩定配向聚合體145排列而傾斜。
本發明更提出一種液晶顯示面板100，包括上基板110、下基板120以及填充於上基板與下基板之間的液晶層。液晶層包含至少一液晶分子130以及穩定配向聚合體145。穩定配向聚合體145係由數個感光性單體140聚合並形成於上基板110或下基板120至少其中一者之表面。感光性單體130以化學式表示如下：
P1
-A1
-(Z1
-RS-Z2
-A2
)n
-P2
其中，n≧1。
“A1
”及”A2
”係分別為一芳香基團，“A1
”及”A2
”可以分別選自聯苯-4,4’-二基(biphenyl-4,4'-diyl)、硫化聯苯-4,4’-二基(thiobiphenyl-4,4'-diyl)、聯苯醚(biphenyl ether-4,4'-diyl)、萘-2,6-二基(naphthalene-2,6-diyl)、蒽-2,6-二基(anthracene-2,6-diyl)或1,2-二苯乙烯(stilbene)。
“Z1
”及”Z2
”係分別為一聯結基團，“Z1
”及”Z2
”可以分別選自羧基(caroboxyl,-CO-O-,-O-CO-)、硫化羰基(carbothio,S-CO-,-CO-S-)或醯胺基(amide,-N-CO-,-CO-N-)。
”RS”係為具有1至6個碳原子的直鏈或支鏈烷基或其衍生化合物，“RS”可以選自亞甲基(methylene,-CH2
-)、亞乙基(ethylene,-CH2
-CH2
-,)、1-甲基亞乙基(1-Methylethylene,-CH(CH3
)CH2
)或1-烴基-乙基(1-hydroxy-ethyl,-CH(OH)CH2
-)。
“P1”及”P2”係分別為一可聚合基團，“P1
”及”P2
”可以分別選自丙烯酸酯基(acrylate)、甲基丙烯酸酯基(methacrylate)、乙烯基(vinyl)、乙烯氧基(vinyloxy)、丙烯醚基(propenyl ether)或環氧基(epoxy)。
另一方面，依照上述方法製成的液晶顯示面板，需要的感光性單體濃度大為減少，且不影響顯示面板的顯示特性，以下係舉幾組實驗結果以茲證明。
準備六組液晶材料，三組實驗組採用本實施例之感光性單體(以化學式II表示)，分別佔液晶材料總重量的0.15%、0.2%及0.3%，經過換算之後，三組實驗組之感光性單體之莫耳濃度分別為0.0025M、0.0033M以及0.005M，依序為第一實驗組、第二實驗組以及第三實驗組；三組對照組採用傳統的感光性單體(以化學式5表示如下)，佔液晶材料總重量的0.15%、0.2%及0.3%，經過換算之後，三組對照組之感光性單體的莫耳濃度分別為0.005M、0.0066M及0.01M，依序為第一對照組、第二對照組以及第三對照組。
對照組之感光性單體
六組液晶材料填充於間距3.5μm的兩基板之間後，施加電壓15V，以75Mw/cm2
紫外光照射120秒，據此製成六組液晶顯示面板。之後，分別對六組液晶顯示面板進行測試：在不同驅動電壓下，液晶化合物由啟始位置旋轉至預設位置所需的反應時間(Ton
)，並將測試結果繪示於第2圖。第二圖橫軸為施加電壓(V)，縱軸為應答時間(ms)，實心正方形資料點及其相連曲線代表第一實驗組(0.15%感光性單體Ⅱ)的實驗數據，實心圓形資料點及其相連曲線代表第二實驗組(0.2%感光性單體Ⅱ)的實驗數據，實心三角形資料點及其相連曲線代表第三實驗組(0.3%感光性單體Ⅱ)的實驗數據；空心正方形資料點及其相連曲線代表第一對照組(0.15%傳統感光性單體5)的實驗數據，空心圓形資料點及其相連曲線代表第二對照組(0.2%傳統感光性單體5)的實驗數據，空心三角形資料點及其相連曲線代表第三對照組(0.3%傳統感光性單體5)的實驗數據。
請參照三組對照組，當傳統感光性單體5的添加濃度分別為0.15%、0.2%及0.3%時，其液晶顯示面板的應答速率的變動幅度很大，若是將傳統感光性單體5的添加濃度增減0.05%或0.1%，會嚴重影響液晶顯示面板的應答時間，因此，傳統製造過程中液晶材料配方必須將感光性單體的濃度精確控制在於0.3%(莫耳濃度約為0.01M)，才會能生產應答速度較為一致的液晶顯示面板。
相較於三組實驗組，儘管感光性單體的添加濃度也介於0.15%至0.3%(莫耳濃度約為0.0025M至0.005M之間)不等，其液晶顯示面板的應答速度卻很一致，也比較快速。也就是說，使用本實施例之製造方法時，可使用的感光性單體II濃度區間比較寬裕，當感光性單體II的添加濃度介於0.15%至0.3%範圍內都可製造出應答快速且品質一致的液晶顯示面板。
再者，在對照組中以第三對照組的應答速度最快，而三組實驗組在目前設定的濃度範圍下其應答速度都很接近甚至超越第三對照組的應答速度。此外，第三對照組之傳統感光性單體5的添加濃度為0.01M，實驗組的感光性單體II的添加濃度(介於0.0025M至0.005M之間)只有第三對照組傳統感光性單體5添加濃度二分之一，甚至只有四分之一，但是實驗組的液晶顯示面的應答速度卻與第三對照組的液晶顯示面板的應答速度很接近，在低電壓時實驗組的應答時間甚至比對照組的應答時間更短。由此可知，應用本較佳實施例提出之感光性單體及應用其製造方法製造出的液晶顯示面板，具有應答快速與顯示品質良好的優點。此外，本較佳實施例之製造過程中只要使用傳統感光性單體劑量的二分之一至四分之一的劑量，就可以製造出顯示品質相同的液晶顯示面板，可以大幅度節省製造成本。
本發明上述實施例所揭露之液晶顯示面板及其製造方法，具有多項優點，以下僅列舉部分優點說明如下：
1.寬裕的感光性單體濃度操作區間：使用本實施例之製造方法時，可使用的感光性單體II濃度區間比較寬裕，當感光性單體II的添加濃度介於0.15%至0.3%範圍內都可製造出應答快速且品質一致的液晶顯示面板。
2.所需的感光性單體的濃度較低：應用本較佳實施例提出之感光性單體及應用其製造方法製造出的液晶顯示面板，具有應答快速與顯示品質良好的優點。此外，本較佳實施例之製造過程中只要使用傳統感光性單體劑量的二分之一至四分之一的劑量，就可以製造出顯示品質相同的液晶顯示面板，可以大幅度節省製造成本。
綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．液晶面板
110．．．上基板
120．．．下基板
130．．．液晶分子
140．．．感光性單體
145．．．配性聚合物
請參照第1A～1D圖，其繪示依照本發明一較佳實施例之液晶顯示面板之製造方法的示意圖。
第2圖為本發明一較佳實施例之液晶顯示面板與傳統液晶顯示面板之應答時間之比較。
Claims (20)
- 一種液晶顯示面板，包括：一下基板以及一上基板；以及一液晶層，係填充於該上基板以及該下基板間，其中該液晶層包含：至少一液晶分子；及一穩定配向聚合體，該穩定配向聚合體係由複數個感光性單體聚合並形成於該上基板或該下基板至少其中一者之表面，該感光性單體以化學式表示如下：P1 -A1 -(Z1 -RS-Z2 -A2 )n -P2 其中，n≧1；“P1 ”及”P2 ”係分別為一可聚合基團；“A1 ”及”A2 ”係分別為一芳香基團；“Z1 ”及”Z2 ”係分別一聯結基團；以及”RS”係為具有1至6個碳原子的直鏈或支鏈烷基或其衍生化合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中該感光性單體之“P1 ”及”P2 ”係分別選自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基、丙烯醚基或環氧基。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中該感光性單體之“RS”係選自亞甲、亞乙基、1-甲基亞乙基或1-烴基-乙基。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中該感光性單體之“A1 ”及”A2 ”係分別選自聯苯-4,4’-二基(biphenyl-4,4'-diyl)、硫化聯苯-4,4’-二基(thiobiphenyl-4,4'-diyl)、聯苯醚(biphenyl ether-4,4'-diyl)、萘-2,6-二基(naphthalene-2,6-diyl)、蒽-2,6-二基(anthracene-2,6-diyl)或1,2-二苯乙烯(stilbene)。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中該感光性單體之“Z1 ”及”Z2 ”係分別選自羧基(caroboxyl,-CO-O-,-O-CO-)、硫化羰基(carbothio,S-CO-,-CO-S-)或醯胺基(amide,-N-CO-,-CO-N-)。
- 一種液晶顯示面板，包括：一下基板以及一上基板；以及一液晶層，係填充於該上基板以及該下基板間，其中該液晶層包含：至少一液晶分子；及一感光性單體，以化學式表示如下：P1 -A1 -(Z1 -RS-Z2 -A2 )n -P2 其中，n≧1；“P1 ”及”P2 ”係分別為一可聚合基團；“A1 ”及”A2 ”係分別為一芳香基團；“Z1 ”及”Z2 ”係分別一聯結基團；以及”RS”係為具有1至6個碳原子的烷基或其衍生化合物。
- 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示面板，其中該感光性單體之“P1 ”及”P2 ”係分別選自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基、丙烯醚基或環氧基。
- 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示面板，其中該感光性單體之“RS”係選自亞甲基、亞乙基、1-甲基亞乙基或1-烴基-乙基。
- 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示面板，其中該感光性單體之“A1 ”及”A2”係分別選自聯苯-4,4’-二基、硫化聯苯-4,4’-二基、聯苯醚、萘-2,6-二基、蒽-2,6-二基或1,2-二苯乙烯。
- 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示面板，其中該感光性單體之“Z1 ”及”Z2 ”係分別選自羧基、硫化羰基或醯胺基。
- 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示面板，其中該感光性單體重量大約小於該液晶層總重量的10%。
- 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示面板，其中該感光性單體重量係大約介於該液晶層總重量的0.15%至0.3%之間。
- 一種液晶顯示面板的製造方法，包括：提供一上基板以及一下基板；注入一液晶材料於該上基板與該下基板之間，該液晶材料包含複數個液晶分子以及複數個感光性單體，該感光性單體以化學式表示如下：P1 -A1 -(Z1 -RS-Z2 -A2 )n -P2 其中，n≧1；“A1 ”及”A2 ”係分別為一芳香基團；“Z1 ”及”Z2 ”係分別為一聯結基團；”RS”係為具有1至6個碳原子的直鏈或支鏈烷基或其衍生化合物；及“P1 ”及”P2 ”係分別為一可聚合基團；以及施加電壓於該上基板以及該下基板之間，並照射一光線，以聚合該些感光性單體。
- 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該感光性單體之“P1 ”及”P2 ”係分別選自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、乙烯基、乙烯氧基、丙烯醚基或環氧基。
- 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該感光性單體之“RS”係選自亞甲基、亞乙基、1-甲基亞乙基或1-烴基-乙基。
- 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該感光性單體之“A1 ”及”A2 ”係分別選自聯苯-4,4’-二基、硫化聯苯-4,4’-二基、聯苯醚、萘-2,6-二基、蒽-2,6-二基或1,2-二苯乙烯。
- 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該感光性單體之“Z1 ”及”Z2 ”係分別選自羧基、硫化羰基或醯胺基。
- 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該感光性單體重量大約小於該液晶層總重量的10%。
- 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該感光性單體重量係大約介於該液晶層總重量的0.15%至0.3%之間。
- 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中聚合該些感光性單體之步驟中，該光線係一紫外光。
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