本發明是有關一種液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件,特別是提供一種具有較佳信賴性與液晶反應速率的液晶配向劑,及其所形成液晶配向膜,以及具有該液晶配向膜的液晶顯示元件。
背景技術:
基于液晶顯示元件的工作機制,習知的液晶顯示元件可使用具有正介電異方向性的液晶分子,且其可為扭轉向列(Twisted Nematic;TN)型、超扭轉向列(Super Twisted Nematic;STN)型、垂直配向(Vertical Alignment;VA)型、共面切換(In Plane Switching;IPS)型、邊緣場切換(Fringe Field Switching;FFS)型或光學補償彎曲(Optically Compensated Bend;OCB)型等液晶顯示元件。其中,由有機膜所形成的液晶配向膜是被用以控制各液晶分子的配向。
由于上述TN型及STN型等液晶顯示元件的液晶分子須高速響應,且VA型液晶顯示元件在驅動液晶時,液晶分子的傾斜方向須一定。因此,TN型、STN型及VA型均需具有預傾角特性。于TN型及STN型中,預傾角通常是藉由摩擦法形成;于VA型中,預傾角通常是藉由摩擦法形成,或者利用設置突起物于基板表面上,而形成預傾角。
然而,前述摩擦法中所產生的灰塵或靜電會導致液晶顯示元件產生顯示不良或電路損壞的缺陷。其次,設置突起物于基板表面上會降低液晶顯示元件的亮度。
日本特開專利第2004-83810號揭示一種利用相對于膜法線傾斜的方向對感光性薄膜照射紫外線的光配向法。其藉由對形成在基板上的感放射線性的有機薄膜照射偏振光或非偏振光的放射線,以賦予薄膜異向性,而可控制液晶分子的配向。光配向法雖可抑制前述摩擦步驟所產生的灰塵或靜電,而解決顯示不良或良率下降的缺陷。
此外,日本特開專利第2005-037654號揭示一種包含具有共軛烯酮(conjugated enone)的重復單元及具有酰亞胺構造的液晶配向劑,并利用前述的光配向法制作液晶配向膜。
然而,前述所制得的液晶配向劑惟仍具有信賴性及液晶反應速率不佳的缺陷。
由上述可知,為了符合目前液晶顯示器業者的要求,如何能提供一種具有良好信賴性及液晶反應速率的液晶配向劑,為本技術領域者努力研究的目標之一。
技術實現要素:
因此,本發明的一個方面在于提供一種液晶配向劑,此液晶配向劑包含聚合物組成物(A)及溶劑(B),且此液晶配向劑可提升信賴性及液晶反應速率。
本發明的另一方面在于提供一種液晶配向膜,其是利用上述的液晶配向劑所形成。
本發明的又一方面在于提供一種液晶顯示元件,其具有上述的液晶配向膜。
根據本發明的上述方面,提出一種液晶配向劑。此液晶配向劑包含聚合物組成物(A)及溶劑(B),以下析述之。
聚合物組成物(A)
聚合物組成物(A)包含聚酰胺酸聚合物、聚酰亞胺聚合物、聚酰亞胺系嵌段共聚合物或上述聚合物的組合。其中,聚酰亞胺系嵌段共聚合物包括聚酰胺酸嵌段共聚合物、聚酰亞胺嵌段共聚合物、聚酰胺酸-聚酰亞胺嵌段共聚合物或上述聚合物的組合。
聚合物組成物(A)中的聚酰胺酸聚合物、聚酰亞胺聚合物及聚酰亞胺系嵌段共聚合物均可由一混合物反應制得,且該混合物包含四羧酸二酐化合物(a)及二胺化合物(b)。其中,四羧酸二酐化合物(a)、二胺化合物(b)及制備聚合物組成物(A)的方法如下所述。
四羧酸二酐化合物(a)
四羧酸二酐化合物(a)包含脂肪族四羧酸二酐化合物、脂環族四羧酸二酐化合物、芳香族四羧酸二酐化合物或具有如下式(IV-1)至式(IV-6)所示的結構的四羧酸二酐化合物等。
該脂肪族四羧酸二酐化合物的具體例可包含但不限于乙烷四羧酸二酐或丁烷四羧酸二酐等的脂肪族四羧酸二酐。
該脂環族四羧酸二酐化合物的具體例可包含但不限于1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2-二甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,3-二氯-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-四甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-環戊烷四羧酸二酐、1,2,4,5-環己烷四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二環己基四羧酸二酐、順-3,7-二丁基環庚基-1,5-二烯-1,2,5,6-四羧酸二酐、2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐或二環[2.2.2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐等的脂環族四羧酸二酐化合物。
該芳香族四羧酸二酐化合物的具體例可包含但不限于3,4-二羧基-1,2,3,4-四氫萘-1-琥珀酸二酐、苯均四羧酸二酐、2,2’,3,3’-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-聯苯砜四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、3,3’-4,4’-二苯基乙烷四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二甲基二苯基硅烷四羧酸二酐、3,3’,4,4’-四苯基硅烷四羧酸二酐、1,2,3,4-呋喃四羧酸二酐、2,3,3’,4’-二苯醚四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯醚四羧酸二酐、4,4’-雙(3,4-二羧基苯氧基)二苯硫醚二酐、2,3,3’,4’-二苯硫醚四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯硫醚四羧酸二酐、4,4’-雙(3,4-二羧基苯氧基)二苯砜二酐、4,4’-雙(3,4-二羧基苯氧基)二苯丙烷二酐、3,3’,4,4’-全氟異亞丙基二苯二酸二酐、2,2’,3,3’-二苯基四羧酸二酐、2,3,3’,4’-二苯基四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基四羧酸二酐、雙(苯二酸)苯膦氧化物二酐、對-次苯基-雙(三苯基苯二酸)二酐、間-次苯基-雙(三苯基苯二酸)二酐、雙(三苯基苯二酸)-4,4’-二苯基醚二酐、雙(三苯基苯二酸)-4,4’-二苯基甲烷二酐、乙二醇-雙(脫水偏苯三酸酯)、丙二醇-雙(脫水偏苯三酸酯)、1,4-丁二醇-雙(脫水偏苯三酸酯)、1,6-己二醇-雙(脫水偏苯三酸酯)、1,8-辛二醇-雙(脫水偏苯三酸酯)、2,2-雙(4-羥苯基)丙烷-雙(脫水偏苯三酸酯)、2,3,4,5-四氫呋喃四羧酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二側氧基-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮{[1,3,3a,4,5,9b-Hexahydro-5-(tetrahydro-2,5-dioxofuran-3-yl)naphtha[1,2-c]furan-1,3-dione]}、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-甲基-5-(四氫-2,5-二側氧基-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-乙基-5-(四氫-2,5-二側氧基-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-7-甲基-5-(四氫-2,5-二側氧基-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-7-乙基-5-(四氫-2,5-二側氧基-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-8-甲基-5-(四氫-2,5-二側氧基-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-8-乙基-5-(四氫-2,5-二側氧基-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5,8-二甲基-5-(四氫-2,5-二側氧基-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮或5-(2,5-二側氧基四氫呋喃基)-3-甲基-3-環己烯-1,2-二羧酸二酐等。
該具有如式(IV-1)至式(IV-6)所示的結構的四羧酸二酐化合物如下所示:
于式(IV-5)中,A1代表具有芳香環的二價基團,A2及A3可為相同或不同,且可分別獨立地代表氫原子或烷基,且s代表1至2的整數。該具有如式(IV-5)所示的結構的的四羧酸二酐化合物較佳為具有如下式(IV-5-1)至式(IV-5-3)所示的結構的化合物:
于式(IV-6)中,A4代表具有芳香環的二價基團,A5及A6可為相同或不同,且分別獨立地代表氫原子或烷基。該具有如式(IV-6)所示的結構的四羧酸二酐化合物較佳為具有如下式(IV-6-1)所示的結構的化合物:
該四羧酸二酐化合物(a)較佳可包含但不限于1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐(1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic acid dianhydride)、1,2,3,4-環戊烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐(2,3,5-tricarboxycyclopentylacetic acid dianhydride)、1,2,4,5-環己烷四羧酸二酐、3,4-二羧基-1,2,3,4-四氫萘-1-琥珀酸二酐、苯均四羧酸二酐(pyromellitic dianhydride)、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐或3,3’,4,4’-聯苯砜四羧酸二酐等。前述的四羧酸二酐化合物(a)可單獨一種使用或者混合多種使用。
二胺化合物(b)
本發明的二胺化合物(b)包含至少一具有如式(I)所示的結構的二胺(b-1)、至少一具有如式(II)所示的結構的二胺(b-2)及其它二胺(b-3)。
二胺(b-1)
本發明的二胺(b-1)可具有如下式(I)所示的結構:
于式(I)中,R1分別獨立地代表碳數為1至6的直鏈或支鏈烷基、碳數為1至6的直鏈或支鏈羥基烷基、碳數為1至6的烷氧基、碳數為1至6的烷硫基、鹵素原子、氨基或硝基;R2代表亞甲基、碳數為2至10的二價烷基、碳數為2至7的二價烯基、碳數為2至6的二價炔基;且a代表0至3的整數。
該碳數為1至6的直鏈或支鏈烷基的具體例可包含但不限于甲基、乙基、丙基、異丙基或正丁基等;較佳是甲基、乙基或異丙基。碳數為1至6的直鏈或分支鏈羥基烷基的具體例可包含但不限于羥基己基、羥基戊基、羥基丁基、羥基丙基如1-羥基丙基、2-羥基丙基、3-羥基丙基、1-羥基異丙基、2-羥基異丙基、羥基乙基如1-羥基乙基、2-羥基乙基或羥基甲基等;較佳是羥基甲基、羥基乙基或羥基丙基。該碳數為1至6的烷氧基的具體例可包含但不限于甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、異丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基或己氧基等;較佳是甲氧基。該碳數為1至6的烷硫基的具體例可包含但不限于甲硫基、乙硫基、丙硫基、異丙硫基、丁硫基、異丁硫基、仲丁硫基、叔丁硫基、戊硫基或己硫基等;較佳為碳數1至4的烷硫基,更佳為碳數1至2的烷硫基,最佳為甲硫基。
該碳數為2至10的二價烷基的具體例可包含但不限于甲基亞甲基、二甲基亞甲基、乙基亞甲基、次乙基、甲基次乙基、正次丙基、異次丙基、正次丁基、仲次丁基、異次丁基、叔次丁基、正次戊基、異次戊基、新次戊基、正次己基、3-甲基次己基、2,2-二甲基次戊基、2,3-二甲基次戊基、正次庚基、正次辛基、正次壬基或正次癸基等。該碳數為2至7的二價烯基的具體例可包含但不限于次丙烯基、異丙烯基或二丙烯基亞甲基等。該碳數為2至6的二價炔基的具體例可包含但不限于甲基次丁炔基等。
該具有如式(I)所示的結構的二胺(b-1)的具體例可包含但不限于2,5-二胺-4-氟-苯甲醇(2,5-diamino-4-fluoro-benzenemethanol)、3-(3,4,5-三氨基苯)-2-丙烯-1-醇[3-(3,4,5-triaminophenyl)-2-propen-1-ol]、4,5-二氨基-2-溴-苯甲醇(4,5-diamino-2-bromo-benzenemethanol)、2,5-二氨基-3,4-二甲氧基-苯甲醇(2,5-diamino-3,4-dimethoxy-benzenemethanol)、4,5-二氨基-2,3-二氟-苯甲醇(4,5-diamino-2,3-difluoro-benzenemethanol)、2,4-二氨基-5-甲氧基-苯甲醇(2,4-diamino-5-methoxy-benzenemethanol)、4,5-二氨基-2-氯-苯甲醇(4,5-diamino-2-chloro-benzenemethanol)、4,5-二氨基-2-氟-苯甲醇(4,5-diamino-2-fluoro-benzenemethanol)、3,4-二氨基-2-氟-α,α-二甲基-苯甲醇(3,4-diamino-2-fluoro-α,α-dimethyl-benzenemethanol)、2,4-二氨基-苯甲醇(2,4-diamino-benzenemethanol)、3,4-二氨基-苯乙醇(3,4-diamino-benzeneethanol)、3,5-二氨基-4-甲基-苯甲醇(3,5-diamino-4-methyl-benzenemethanol)、3,5-二氨基-2-甲基苯甲醇(3,5-diamino-2-methyl-benzenemethanol)、3,4-二氨基-α,α-二-2-丙烯-1-基-苯甲醇(3,4-diamino-α,α-di-2-propen-1-yl-benzenemethanol)、2,5-二氨基-α1,α1,α3,α3-四甲基-1,3-苯二甲醇(2,5-diamino-α1,α1,α3,α3-tetramethyl-1,3-benzenedimethanol)、2,5-二氨基-1,3-苯二甲醇(2,5-diamino-1,3-benzene dimethanol)、2,5-二氨基-3-甲基-苯乙醇(2,5-diamino-3-methyl-benzeneethanol)、2,5-二氨基-α,3-二甲基-苯甲醇(2,5-diamino-α,3-dimethyl-benzenemethanol)、2,5-二氨基-3-甲基-苯甲醇(2,5-diamino-3-methyl-benzenemethanol)、4,6-二氨基-1,3-苯二甲醇(4,6-diamino-1,3-benzenedimethanol)、2,4-二氨基-α-甲基-苯甲醇(2,4-diamino-α-methyl-benzenemethanol)、2,4,6-三氨基-苯乙醇(2,4,6-triamino-benzeneethanol)、4,6-二氨基-1,3-苯二乙醇(4,6-diamino-1,3-benzenediethanol)、2,5-二氨基-α-甲基-苯甲醇(2,5-diamino-α-methyl-benzenemethanol)、3-(2,5-二氨基苯)-2-丙烯-1-醇[3-(2,5-diaminophenyl)-2-propen-1-ol]、2,5-二氨基-β-甲烯-苯乙醇(2,5-diamino-β-methylene-benzeneethanol)、2,5-二氨基-α-乙基-苯甲醇(2,5-diamino-α-ethyl-benzenemethanol)、3,4-二氨基-苯甲醇(3,4-diamino-benzenemethanol)、3,5-二氨基-2,4,6-三碘-苯乙醇(3,5-diamino-2,4,6-triiodo-benzeneethanol)、2,5-二氨基-4-甲基-苯乙醇(2,5-diamino-4-methyl-benzeneethanol)、2,5-二氨基-4-甲硫基-苯乙醇[2,5-diamino-4-(methylthio)-benzeneethanol]、2,5-二氨基-4-氯-苯乙醇(2,5-diamino-4-chloro-benzeneethanol)、3,5-二氨基-α-甲基-苯乙醇(3,5-diamino-α-methyl-benzenemethanol)、3,5-二氨基-2,4,6-三碘-苯甲醇(3,5-diamino-2,4,6-triiodo-benzenemethanol)、2,5-二氨基-苯乙醇(2,5-diamino-benzeneethanol)、2,5-二氨基-α-甲基-苯乙醇(2,5-diamino-α-methyl-benzeneethanol)、2,4-二氨基-苯乙醇(2,4-diamino-benzeneethanol)、2,4-二氨基-α-甲基-苯乙醇(2,4-diamino-α-methyl-benzeneethanol)、3,5-二氨基-苯乙醇(3,5-diamino-benzeneethanol)、2,5-二氨基-α-甲基-3-硝基-苯乙醇(2,5-diamino-α-methyl-3-nitro-benzeneethanol)、2,5-二氨基-3-硝基-苯乙醇(2,5-diamino-3-nitro-benzeneethanol)、4-(3,4-二氨基苯)-2-甲基-3-丙炔-2-醇[4-(3,4-diaminophenyl)-2-methyl-3-butyn-2-ol]、2,5-二氨基-苯甲醇(2,5-diamino-benzenemethanol)、2,5-二氨基-苯丙醇(2,5-diamino-benzenepropanol)、3,5-二氨基-4-甲氧基-苯甲醇(3,5-diamino-4-methoxy-benzenemethanol)、4,6-二氨基-α1,α1,α3,α3-四甲基-1,3-苯二甲醇(4,6-diamino-α1,α1,α3,α3-tetramethyl-1,3-benzene dimethanol)、3,5-二氨基-苯甲醇(3,5-diamino-benzenemethanol)、3,4-二氨基-α-甲基-苯甲醇(3,4-diamino-α-methyl-benzenemethanol)或2,4-二氨基-4-甲氧基-苯乙醇(2,4-diamino-4-methoxy-benzeneethanol)等。
前述具有如式(I)所示的結構的二胺(b-1)可單獨一種使用或混合多種使用。
較佳地,該具有如式(I)所示的結構的二胺(b-1)可包含3-(3,4,5-三氨基苯)-2-丙烯-1-醇、2,5-二氨基-α-乙基-苯甲醇、2,5-二氨基-苯乙醇、2,4-二氨基-5-甲氧基-苯甲醇、4,5-二氨基-2-溴-苯甲醇、4,6-二氨基-1,3-苯二乙醇、2,5-二氨基-3-甲基-苯乙醇或3,4-二氨基-苯乙醇。
基于二胺化合物(b)的總使用量為100摩爾,具有如式(I)所示的結構的二胺(b-1)的使用量為5摩爾至40摩爾,較佳為5摩爾至35摩爾,且更佳為10摩爾至35摩爾。當聚合物組成物(A)的二胺化合物(b)不使用具有如式(I)所示的結構的二胺(b-1)時,所制得的液晶顯示元件具有較差的信賴性及液晶反應速率。
二胺(b-2)
本發明的二胺(b-2)可包含具有光反應性結構的二胺。該光反應性結構較佳為具有藉由光照射可進行至少一反應的結構,其中該至少一反應是選自異構化反應或二聚化反應。該具有光反應性結構的二胺較佳為進一步包含可使液晶分子配向的基團。
該二胺(b-2)可具有如下式(II)所示的結構:
于式(II)中,R3及R4分別獨立地代表碳數為1至6的烷基、碳數為1至6的烷氧基、鹵素原子或氰基,b及d分別獨立地代表0至4的整數,e代表0或1,且「*」分別獨立地代表連接鍵。
該具有如式(II)所示的結構的二胺(b-2)可包含具有如式(II-1)所示的結構的化合物、具有如式(II-2)所示的結構的化合物或上述化合物的組合:
于式(II-1)及式(II-2)中,R5、R6、R7及R8分別獨立地代表碳數為1至6的烷基、碳數為1至6的烷氧基、鹵素原子或氰基;R9及R10分別獨立地代表碳數為1至40的烷基或經氟原子取代且碳數為1至40的烷基;Y1、Y2及Y3分別獨立地代表-O-、且該R11代表氫原子或碳數為1至4的烷基;Z1及Z2分別獨立地代表亞甲基、次芳基、二價的脂環基、-Si(CH3)2-、-CH=CH-、-C≡C-、具有取代基的亞甲基、具有取代基的次芳基、具有取代基的二價脂環基、具有取代基的-Si(CH3)2-或具有取代基的-CH=CH-,且該取代基為氰基、鹵素原子或碳數為1至4的烷基;f、g、m及n分別獨立地代表0至4的整數;h及p分別獨立地代表0或1;i及q分別獨立地代表1至6的整數;j及r分別獨立地代表0至2的整數;k代表0或1;當i、j、k、q或r大于1時,多個Y1、Y2、Y3、Z1或Z2可為相同或不同;「*」分別獨立地代表連接鍵。
該經氟原子取代且碳數為1至40的烷基可為一部份或全部的氫原子被氟員子取代且碳數為1至40的烷基。前述的R9及R10較佳分別可為碳數為1至20的烷基,且該烷基的一部份或全部的氫原子可被氟原子取代。
于經氟原子取代且碳數為1至40的烷基中,該烷基的具體例可包含但不限于正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正月桂基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正十九烷基、正二十烷基、4,4,4-三氟丁基、4,4,5,5,5-五氟戊基、4,4,5,5,6,6,6-七氟己基、3,3,4,4,5,5,5-七氟戊基、2,2,2-三氟乙基、2,2,3,3,3-五氟丙基、2-(全氟丁基)乙基、2-(全氟辛基)乙基或2-(全氟癸基)乙基等。
該經氟原子原子取代且碳數為1至40的烷基較佳可為直鏈狀或分枝狀且碳原子數為1至16的氟代烷基?;谔嵘壕湎蛐缘挠^點,該直鏈狀或分枝狀且碳原子數為1至16的氟代烷基較佳可為碳數為1至8的直鏈氟代烷基,且更佳可為碳數為3至6的直鏈氟代烷基。
前述直鏈狀或分枝狀且碳原子數為1至16的氟代烷基的具體例可包含但不限于2,2,2-三氟乙基、3,3,3-三氟正丙基、4,4,4-三氟正丁基、4,4,5,5,5-五氟正戊基或4,4,5,5,6,6,6-七氟己基等,并且較佳為2,2,2-三氟乙基、3,3,3-三氟正丙基、4,4,4-三氟正丁基或4,4,5,5,5-五氟正戊基。
該具有光反應性結構的二胺只要具有1個或2個以上光反應性結構即可,且較佳具有1個或2個該光反應性結構。
前述具有如式(II-1)所示的結構的化合物的具體例可包含如下式(II-1-1)至式(II-1-25)所示的化合物:
前述具有如式(II-2)所示的結構的化合物的具體例可包含如下式(II-2-1)或式(II-2-2)所示的化合物:
該二胺(b-2)的具體例較佳可包含如式(II-1-3)、式(II-1-6)、式(II-1-7)或式(II-2-1)所示的二胺,或者上述化合物的任意組合。
基于二胺化合物(b)的總使用量為100摩爾,具有如式(II)所示的結構的二胺(b-2)的使用量為30摩爾至70摩爾,較佳為35摩爾至70摩爾,且更佳為35摩爾至65摩爾。當聚合物組成物(A)的二胺化合物(b)不使用具有如式(II)所示的結構的二胺(b-2)時,所制得的液晶顯示元件具有較差的信賴性及液晶反應速率。
前述具有如式(I)所示的結構的二胺(b-1)與具有如式(II)所示的結構的二胺(b-2)的摩爾比值[(b-1)/(b-2)]可為0.1至1.2,較佳為0.2至1.2,且更佳可為0.2至1.1。
若具有如式(I)所示的結構的二胺(b-1)與具有如式(II)所示的結構的二胺(b-2)的摩爾比值[(b-1)/(b-2)]為前述的范圍時,所制得的液晶配向劑具有較佳的信賴性。
其它二胺基(b-3)
該其它二胺基(b-3)的具體例可包含但不限于1,2-二氨基乙烷、1,3-二氨基丙烷、1,4-二氨基丁烷、1,5-二氨基戊烷、1,6-二氨基己烷、1,7-二氨基庚烷、1,8-二氨基辛烷、1,9-二氨基壬烷、1,10-二氨基癸烷、4,4’-二氨基庚烷、1,3-二氨基-2,2-二甲基丙烷、1,6-二氨基-2,5-二甲基己烷、1,7-二氨基-2,5-二甲基庚烷、1,7-二氨基-4,4-二甲基庚烷、1,7-二氨基-3-甲基庚烷、1,9-二氨基-5-甲基壬烷、2,11-二氨基十二烷、1,12-二氨基十八烷、1,2-雙(3-氨基丙氧基)乙烷、4,4’-二氨基二環己基甲烷、4,4’-二氨基-3,3’-二甲基二環己基胺、1,3-二氨基環己烷、1,4-二氨基環己烷、異佛爾酮二胺、四氫二環戊二烯二胺、三環(6.2.1.02,7)-十一碳烯二甲基二胺、4,4’-亞甲基雙(環己基氨基)、4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基乙烷、4,4’-二氨基二苯基砜、4,4’-二氨基苯甲酰苯胺、4,4’-二氨基二苯基醚、3,4’-二氨基二苯基醚、1,5-二氨基萘、5-氨基-1-(4’-氨基苯基)-1,3,3-三甲基氫茚、6-氨基-1-(4’-氨基苯基)-1,3,3-三甲基氫茚、六氫-4,7-甲橋次氫茚基二亞甲基二胺、3,3’-二氨基二苯甲酮、3,4’-二氨基二苯甲酮、4,4’-二氨基二苯甲酮、2,2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-雙(4-氨基苯基)六氟丙烷、2,2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜、1,4-雙(4-氨基苯氧基)苯、1,3-雙(4-氨基苯氧基)苯、1,3-雙(3-氨基苯氧基)苯、9,9-雙(4-氨基苯基)-10-氫蒽、9,10-雙(4-氨基苯基)蒽[9,10-bis(4-aminophenyl)anthracene]、2,7-二氨基芴、9,9-雙(4-氨基苯基)芴、4,4’-亞甲基-雙(2-氯苯胺)、4,4’-(對-次苯基異亞丙基)雙苯胺、4,4’-(間-次苯基異亞丙基)雙苯胺、2,2’-雙[4-(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4,4’-雙[(4-氨基-2-三氟甲基)苯氧基]-八氟聯苯、5-[4-(4-正戊烷基環己基)環己基]苯基亞甲基-1,3-二氨基苯{5-[4-(4-n-pentylcyclohexyl)cyclohexyl]phenylmethylene-1,3-diaminobenzene}、1,1-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]-4-(4-乙基苯基)環己烷{1,1-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]-4-(4-ethylphenyl)cyclohexane}或具有如式(III-1)至式(III-25)所示的結構的其它二胺。
該具有如式(III-1)至式(III-25)所示的結構的其它二胺如下所示:
式(III-1)中,B1代表-O-、B2代表含甾基團、三氟甲基、氟基、碳數為2至30的烷基或衍生自吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶及哌嗪等含氮原子環狀結構的一價基團。
具有如式(III-1)所示的結構的其它二胺較佳可為2,4-二氨基苯基甲酸乙酯(2,4-diaminophenyl ethyl formate)、3,5-二氨基苯基甲酸乙酯(3,5-diaminophenyl ethyl formate)、2,4-二氨基苯基甲酸丙酯(2,4-diaminophenyl propyl formate)、3,5-二氨基苯基甲酸丙酯(3,5-diaminophenyl propyl formate)、1-十二烷氧基-2,4-二氨基苯(1-dodecoxy-2,4-diaminobenzene)、1-十六烷氧基-2,4-二氨基苯(1-hexadecoxy-2,4-diaminobenzene)、1-十八烷氧基-2,4-二氨基苯(1-octadecoxy-2,4-diaminobenzene)或如下式(III-1-1)至式(III-1-4)所示的其它二胺:
式(III-2)中,B3代表-O-、B4及B5表示次脂肪族環、次芳香族環或次雜環基團;B6代表碳數為3至18的烷基、碳數為3至18的烷氧基、碳數為1至5的氟烷基、碳數為1至5的氟烷氧基、氰基或鹵素原子。
具有如式(III-2)所示的結構的其它二胺較佳可為如下式(III-2-1)至式(III-2-13)所示的結構的二胺:
于式(III-2-10)至式(III-2-13)中,t代表3至12的整數。
式(III-3)中,B7代表氫、碳數為1至5的?;?、碳數為1至5的烷基、碳數為1至5的烷氧基或鹵素,且每個重復單元中的B7可為相同或不同;u為1至3的整數。
如式(III-3)所示的二胺較佳可選自于(1)當u為1時:對-二氨基苯、間-二氨基苯、鄰-二氨基苯或2,5-二氨基甲苯等;(2)當u為2時:4,4’-二氨基聯苯、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基聯苯、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基聯苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二氨基聯苯、2,2’-二氯-4,4’-二氨基聯苯、3,3’-二氯-4,4’-二氨基聯苯、2,2’,5,5’-四氯-4,4’-二氨基聯苯、2,2’-二氯-4,4’-二氨基-5,5’-二甲氧基聯苯或4,4’-二氨基-2,2’-雙(三氟甲基)聯苯等;(3)當u為3時:1,4-雙(4’-氨基苯基)苯等。更佳地,該如式(III-3)所示的二胺可包含對-二氨基苯、2,5-二氨基甲苯、4,4’-二氨基聯苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二氨基聯苯或1,4-雙(4’-氨基苯基)苯。
式(III-4)中,v代表2至12的整數。
式(III-5)中,w代表1至5的整數。如式(III-5)所示的二胺較佳可選自于4,4’-二氨基二苯基硫醚。
式(III-6)中,B8及B10可為相同或不同,且各自獨立地代表二價有機基團,B9代表衍生自吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶及哌嗪等含氮原子環狀結構的二價基團。
式(III-7)中,B11、B12、B13及B14各自為相同或不同,且可代表碳數為1至12的烴基。y代表1至3的整數,且x代表1至20的整數。
式(III-8)中,B15代表-O-或次環己烷基,B16代表亞甲基,B17代表次苯基或次環己烷基,B18代表氫或庚烷基。
如式(III-8)所示的二胺較佳可選自具有如下式(III-8-1)至式(III-8-2)所示的結構的二胺:
如式(III-9)至式(III-25)所示的其它二胺如下所示:
于式(III-17)至式(III-25)中,B19較佳可為碳數為1至10的烷基或碳數為1至10的烷氧基;B20較佳可為氫原子、碳數為1至10的烷基或碳數為1至10的烷氧基。
該其它二胺(b-3)的具體例可包含但不限于3,3’-二氨基查耳酮(3,3’-diaminochalcone)、4,4’-二氨基查耳酮(4,4’-diaminochalcone)、3,4’-二氨基查耳酮(3,4’-diaminochalcone)或3,4-二氨基查耳酮(3,4-diaminochalcone)等具有查耳酮(chalcone)構造的二胺;3,3’-二氨基均二苯乙烯(3,3’-diaminostilbene)、4,4’-二氨基均二苯乙烯(4,4’-diaminostilbene)、4,4’-二氨基均二苯乙烯-2,2’-磺酸(4,4’-diaminostilbene-2,2’-sulfonic acid)或4,4’-雙(4-氨基-1-萘基偶氮)-2,2’-均二苯乙烯磺酸[4,4’-bis(4-amino-1-naphthylazo)-2,2’-stilbene sulfonic acid]等具有均二苯乙烯(stilbene)構造的二胺;1,2-二氨基蒽醌(1,2-diamino anthraquinone)、1,4-二氨基蒽醌(1,4-diamino anthraquinone)、1,5-二氨基蒽醌(1,5-diamino anthraquinone)或1,4-二氨基蒽醌-2,3-二氰基-9,10-蒽醌(1,4-diamino anthraquinone-2,3-dicyano-9,10-anthraquinone)等具有蒽醌(anthraquinone)的二胺;或者3,6-二氨基咔唑等具有咔唑(carbazole)構造的二胺。
較佳地,該其它二胺(b-3)可包含但不限于1,2-二氨基乙烷、4,4’-二氨基二環己基甲烷、4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基醚、5-[4-(4-正戊烷基環己基)環己基]苯基亞甲基-1,3-二氨基苯、1,1-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]-4-(4-乙基苯基)環己烷、2,4-二氨基苯基甲酸乙酯、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基聯苯(2,2’-dimethyl-4,4’-diamino diphenyl)、4,4’-亞甲基雙(環己基胺)[4,4’-methylenebis(cyclohexylamine)]、1,4-二氨基環己烷(1,4-diaminocyclohexane)、對-二氨基苯、間-二氨基苯、鄰-二氨基苯、3,3’-二氨基查耳酮、4,4’-二氨基均二苯乙烯,或者具有如式(III-1-1)、式(III-1-2)、式(III-2-1)、式(III-2-11)或式(III-8-1)所示的二胺。
基于二胺化合物(b)的總使用量為100摩爾,其它二胺(b-3)的使用量為0摩爾至65摩爾,較佳為0摩爾至60摩爾,且更佳為0摩爾至55摩爾。
制備聚合物組成物(A)的方法
制備聚酰胺酸聚合物的方法
制備聚酰胺酸聚合物的方法為先將混合物溶解于溶劑中,其中混合物包括四羧酸二酐化合物(a)與二胺化合物(b),并于0℃至100℃的溫度下進行聚縮合反應。反應1小時至24小時后,以蒸發器對上述反應溶液進行減壓蒸餾,即可得到聚酰胺酸聚合物?;蛘?,將上述的反應溶液倒入大量的貧溶劑中,以得到析出物。接著,以減壓干燥的方式干燥析出物,即可得到聚酰胺酸聚合物。
其中,基于二胺化合物(b)的總使用量為100摩爾,四羧酸二酐化合物(a)的使用量可為20摩爾至200摩爾,且較佳為30摩爾至120摩爾。
用于聚縮合反應中的溶劑可與下述液晶配向劑中的溶劑相同或不同,且用于聚縮合反應中的溶劑并無特別的限制,只要是可溶解反應物與生成物即可。較佳地,溶劑可包含但不限于(1)非質子系極性溶劑,例如:N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidinone;NMP)、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、γ-丁內酯、四甲基尿素或六甲基磷酸三胺等的非質子系極性溶劑;或(2)酚系溶劑,例如:間-甲酚、二甲苯酚、酚或鹵化酚類等的酚系溶劑?;诨旌衔锏目偸褂昧繛?00重量份,用于聚縮合反應中的溶劑的使用量較佳為200重量份至2000重量份,且更佳為300重量份至1800重量份。
特別地,于聚縮合反應中,溶劑可并用適量的貧溶劑,其中貧溶劑不會造成聚酰胺酸聚合物析出。貧溶劑可以使用單獨一種或者混合多種來使用,且其可包含但不限于(1)醇類,例如:甲醇、乙醇、異丙醇、環己醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇或三乙二醇等的醇類;(2)酮類,例如:丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮或環己酮等的酮類;(3)酯類,例如:醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、草酸二乙酯、丙二酸二乙酯或乙二醇乙基醚醋酸酯等的酯類;(4)醚類,例如:二乙基醚、乙二醇甲基醚、乙二醇乙基醚、乙二醇正丙基醚、乙二醇異丙基醚、乙二醇正丁基醚、乙二醇二甲基醚或二乙二醇二甲基醚等的醚類;(5)鹵化烴類,例如:二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁烷、三氯乙烷、氯苯或鄰-二氯苯等的鹵化烴類;或(6)烴類,例如:四氫呋喃、己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯或二甲苯等的烴類或上述溶劑的任意組合?;诙坊衔?b)的使用量為100重量份,貧溶劑的用量較佳為0重量份至60重量份,更佳為0重量份至50重量份。
制備聚酰亞胺聚合物的方法
制備聚酰亞胺聚合物的方法為先將混合物溶解于溶液中,其中混合物包括四羧酸二酐化合物(a)與二胺化合物(b),并進行聚合反應,以形成聚酰胺酸聚合物。接著,在脫水劑及催化劑的存在下,進一步加熱,并進行脫水閉環反應,使得聚酰胺酸聚合物中的酰胺酸官能基經由脫水閉環反應轉變成酰亞胺官能基(即酰亞胺化),而得到聚酰亞胺聚合物。
用于脫水閉環反應中的溶劑可與下述液晶配向劑中的溶劑相同,故在此不另贅述?;诰埘0匪峋酆衔锏氖褂昧繛?00重量份,用于脫水閉環反應中的溶劑的使用量較佳為200重量份至2000重量份,且更佳為300重量份至1800重量份。
為獲得較佳的聚酰胺酸聚合物的酰亞胺化程度,脫水閉環反應的操作溫度較佳為40℃至200℃,且更佳可為40℃至150℃。若脫水閉環反應的操作溫度低于40℃時,酰亞胺化的反應不完全,而降低聚酰胺酸聚合物的酰亞胺化程度。然而,若脫水閉環反應的操作溫度高于200℃時,所得的聚酰亞胺聚合物的重量平均分子量偏低。
聚合物組成物(A)的酰亞胺化率范圍通常為30%以下,較佳為20%以下,且更佳為10%以下。
用于脫水閉環反應中的脫水劑可選自于酸酐類化合物,其具體例如:醋酸酐、丙酸酐或三氟醋酸酐等的酸酐類化合物。基于聚酰胺酸聚合物為1摩爾,脫水劑的使用量為0.01摩爾至20摩爾。用于脫水閉環反應中的催化劑可選自于(1)吡啶類化合物,例如:吡啶、三甲基吡啶或二甲基吡啶等的吡啶類化合物;(2)三級胺類化合物,例如:三乙基胺等的三級胺類化合物?;诿撍畡┑氖褂昧繛?摩爾,催化劑的使用量為0.5摩爾至10摩爾。
制備聚酰亞胺系嵌段共聚合物的方法
聚酰亞胺系嵌段共聚合物為選自于聚酰胺酸嵌段共聚合物、聚酰亞胺嵌段共聚合物、聚酰胺酸-聚酰亞胺嵌段共聚合物或上述聚合物的任意組合。
較佳地,制備聚酰亞胺系嵌段共聚合物的方法為先將起始物溶解于溶劑中,并進行聚縮合反應,其中起始物包括上述的至少一種聚酰胺酸聚合物及/或上述的至少一種聚酰亞胺聚合物,且可進一步地包括四羧酸二酐化合物(a)及二胺化合物(b)。
起始物中的四羧酸二酐化合物(a)與二胺化合物(b)是與上述制備聚酰胺酸聚合物中所使用的四羧酸二酐化合物(a)與二胺化合物(b)相同,且用于聚縮合反應中的溶劑可與下述液晶配向劑中的溶劑相同,在此不另贅述。
基于起始物的使用量為100重量份,用于聚縮合反應中的溶劑的使用量較佳為200重量份至2000重量份,更佳為300重量份至1800重量份。聚縮合反應的操作溫度較佳為0℃至200℃,更佳為0℃至100℃。
較佳地,起始物可包含但不限于(1)二種末端基相異且結構相異的聚酰胺酸聚合物;(2)二種末端基相異且結構相異的聚酰亞胺聚合物;(3)末端基相異且結構相異的聚酰胺酸聚合物及聚酰亞胺聚合物;(4)聚酰胺酸聚合物、四羧酸二酐化合物及二胺化合物,其中四羧酸二酐化合物及二胺化合物中的至少一者與形成該聚酰胺酸聚合物所使用的四羧酸二酐化合物或二胺化合物的結構相異;(5)聚酰亞胺聚合物、四羧酸二酐化合物及二胺化合物,其中四羧酸二酐化合物及二胺化合物中的至少一者與形成該聚酰亞胺聚合物所使用的四羧酸二酐化合物或二胺化合物的結構相異;(6)聚酰胺酸聚合物、聚酰亞胺聚合物、四羧酸二酐化合物及二胺化合物,其中,四羧酸二酐化合物及二胺化合物中的至少一者與形成聚酰胺酸聚合物或聚酰亞胺聚合物所使用的四羧酸二酐化合物或二胺化合物的結構相異;(7)二種結構相異的聚酰胺酸聚合物、四羧酸二酐化合物及二胺化合物;(8)二種結構相異的聚酰亞胺聚合物、四羧酸二酐化合物及二胺化合物;(9)二種末端基為酸酐基且結構相異的聚酰胺酸聚合物以及二胺化合物;(10)二種末端基為胺基且結構相異的聚酰胺酸聚合物以及四羧酸二酐化合物;(11)二種末端基為酸酐基且結構相異的聚酰亞胺聚合物以及二胺化合物;或者(12)二種末端基為胺基且結構相異的聚酰亞胺聚合物以及四羧酸二酐化合物。
在不影響本發明的功效范圍內,聚酰胺酸聚合物、聚酰亞胺聚合物以及聚酰亞胺系嵌段共聚合物較佳可以是先進行分子量調節后的末端修飾型聚合物。藉由使用末端修飾型的聚合物,可改善液晶配向劑的涂布性能。制備末端修飾型聚合物的方式可藉由在聚酰胺酸聚合物進行聚縮合反應的同時,加入單官能性化合物來制得,單官能性化合物可包含但不限于(1)一元酸酐,例如:馬來酸酐、鄰苯二甲酸酐、衣康酸酐、正癸基琥珀酸酐、正十二烷基琥珀酸酐、正十四烷基琥珀酸酐或正十六烷基琥珀酸酐等的一元酸酐;(2)單胺化合物,例如:苯胺、環己胺、正丁胺、正戊胺、正己胺、正庚胺、正辛胺、正壬胺、正癸胺、正十一烷胺、正十二烷胺、正十三烷胺、正十四烷胺、正十五烷胺、正十六烷胺、正十七烷胺、正十八烷胺或正二十烷胺等的單胺化合物;或(3)單異氰酸酯化合物,例如:異氰酸苯酯或異氰酸萘基酯等的單異氰酸酯化合物。
溶劑(B)
溶劑(B)的具體例可包含N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone;NMP)、γ-丁內酯、γ-丁內酰胺、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇單甲基醚、乳酸丁酯、乙酸丁酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、乙二醇甲基醚、乙二醇乙基醚、乙二醇正丙基醚、乙二醇異丙基醚、乙二醇正丁基醚(Ethylene glycol n-butyl ether)、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、二甘醇二甲基醚、二甘醇二乙基醚、二甘醇單甲基醚、二甘醇單乙基醚、二甘醇單甲基醚乙酸酯、乙二醇正丁基醚二甘醇單乙基醚乙酸酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺(N,N-dimethyl acetamide),或上述溶劑的任意組合。溶劑(B)較佳可為N-甲基-2-吡咯烷酮、乙二醇正丁基醚、N,N-二甲基乙酰胺或上述溶劑的任意組合。溶劑(B)可單獨一種使用或者混合多種使用。
基于聚合物組成物(A)的使用量為100重量份,溶劑(B)的使用量可為500重量份至2000重量份,較佳為800重量份至2000重量份,且更佳為800重量份至1800重量份。
添加劑(C)
在不影響本發明的功效范圍內,液晶配向劑還可選擇性地添加添加劑(C),且添加劑(C)為環氧化合物或具有官能性基團的硅烷化合物等。添加劑(C)的作用是用來提高液晶配向膜與基板表面的附著性。添加劑(C)可以使用單獨一種或者混合多種來使用。
環氧化合物可包含但不限于乙二醇二環氧丙基醚、聚乙二醇二環氧丙基醚、丙二醇二環氧丙基醚、三丙二醇二環氧丙基醚、聚丙二醇二環氧丙基醚、新戊二醇二環氧丙基醚、1,6-己二醇二環氧丙基醚、丙三醇二環氧丙基醚、2,2-二溴新戊二醇二環氧丙基醚、1,3,5,6-四環氧丙基-2,4-己二醇、N,N,N’,N’-四環氧丙基-間-二甲苯二胺、1,3-雙(N,N-二環氧丙基氨基甲基)環己烷、N,N,N’,N’-四環氧丙基-4,4’-二氨基二苯基甲烷、N,N-二環氧丙基-對-環氧丙氧基苯胺、3-(N-烯丙基-N-環氧丙基)氨基丙基三甲氧基硅烷或3-(N,N-二環氧丙基)氨基丙基三甲氧基硅烷等。
基于聚合物組成物(A)的使用量為100重量份,環氧化合物的使用量一般為40重量份以下,且較佳為0.1重量份至30重量份。
具有官能性基團的硅烷化合物可包含但不限于3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2-氨基丙基三甲氧基硅烷、2-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷(3-ureidopropyltrimethoxysilane)、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-三乙氧基硅烷基丙基三次乙三胺、N-三甲氧基硅烷基丙基三次乙三胺、10-三甲氧基硅烷基-1,4,7-三吖癸烷、10-三乙氧基硅烷基-1,4,7-三吖癸烷、9-三甲氧基硅烷基-3,6-二吖壬基醋酸酯、9-三乙氧基硅烷基-3,6-二吖壬基醋酸酯、N-苯甲基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯甲基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-雙(氧化乙烯)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷或N-雙(氧化乙烯)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷等。
基于聚合物組成物(A)的使用量為100重量份,硅烷化合物的使用量可為10重量份以下,且較佳為0.5重量份至10重量份。
液晶配向劑的制備方法
本發明的液晶配向劑的制備方法并無特別的限制,其可采用一般的混合方法來制備。例如:先將四羧酸二酐化合物(a)及二胺化合物(b)混合均勻,以反應形成聚合物組成物(A)。接著,將聚合物組成物(A)于溫度為0℃至200℃的條件下加入溶劑(B),并可選擇性地添加添加劑(C),以攪拌裝置持續攪拌至溶解即可。較佳地,于20℃至60℃的溫度下,將溶劑(B)添加至聚合物組成物中。
較佳地,于25℃時,本發明的液晶配向劑的粘度通常為15cps至35cps,較佳為17cps至33cps,且更佳可為20cps至30cps。
液晶配向膜的制備方法
本發明的液晶配向劑,可以適當用于通過光配向法形成液晶配向膜。
形成液晶配向膜的方法可以列舉例如將液晶配向劑涂附在基板上形成涂膜,并從相對于涂膜面傾斜的方向上對該涂膜照射偏振或非偏振的紫外線;或者從相對于涂膜面垂直的方向上對該涂膜照射偏振紫外線,藉此對涂膜賦予液晶配向的功能的方法。
首先,通過例如輥涂法、旋涂法、印刷法、噴墨法(ink-jet)等適當的涂布方法,將本發明的液晶配向劑涂布在設置了圖案狀透明導電膜的基板的透明導電膜一側。涂布后,對該涂布面進行預烤處理(pre-bake treatment),接著進行后烤處理(post-bake treatment),藉此形成涂膜。上述的預烤處理目的在于使預涂層中的有機溶劑揮發。預烤處理可于40℃至120℃下進行0.1分鐘至5分鐘。后烤處理的溫度較佳可為120℃至300℃,更佳為150℃至250℃,且較佳是進行5分鐘至200分鐘,更佳是進行10分鐘至100分鐘。后烤后的涂膜膜厚較佳可為0.001μm至1μm,且更佳為0.005μm至0.5μm。
基板可為浮法玻璃(float glass)或鈉鈣玻璃等的玻璃;聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚醚砜或聚碳酸酯等的聚合物材料所形成的透明基板。
該透明導電膜可為由SnO2所形成的NESA膜或由In2O3-SnO2所形成的ITO膜等。為了形成這些透明導電膜圖案可以采用光蝕刻技術(photo-etching)或在形成透明導電膜時使用光罩(mask)的方法等。
在涂布液晶配向劑時,為了使基板或透明導電膜與涂膜的密著性更加良好,可以在基板和透明導電膜上預先涂布官能性硅烷化合物或鈦酸酯化合物(titanate)等。
接著,通過對涂膜照射偏振光或非偏振光的放射線,而使涂膜具有液晶配向的功能,進而形成液晶配向膜。所使用的放射線可為波長為150nm至800nm的紫外線和可見光,且較佳為波長為300nm至400nm的紫外線。當所使用的放射線為偏振光(直線偏振光或部分偏振光)時,可以從相對于涂膜面垂直的方向上進行照射,而為了賦予預傾角,也可以從傾斜方向進行照射。另一方面,當照射非偏振光的放射線時,必須從相對于涂膜面傾斜的方向上進行照射。
照射放射線的光源可為低壓水銀燈、高壓水銀燈、氘燈、金屬鹵化物燈、氬氣共振燈、氙燈或準分子雷射器等。前述較佳波長區域的紫外線可藉由并用前述的光源與濾光片或衍射光柵等的光學元件而獲得。
前述放射線的照射量較佳可為1J/m2至10000J/m2,且更佳可為10J/m2至3000J/m2。另外,利用光配向法對習知的液晶配向劑所形成的涂膜賦予液晶配向的功能時,放射線的照射量需要10000J/m2以上。然而,若利用本發明的液晶配向劑形成涂膜時,光配向法所使用的放射線照射量可為3000J/m2以下,進一步可為1000J/m2以下,且更進一步可為300J/m2以下,所制得的液晶配向膜具有良好的液晶配向功能,進而有助于降低液晶顯示元件的制造成本。
液晶顯示元件的制備方法
本發明的液晶顯示元件可包含由本發明的液晶配向劑所制得的液晶配向膜。本發明的液晶顯示元件可以下述的方法制造。
準備兩塊如上所述具有液晶配向膜的基板,并在這兩塊基板間配置液晶,制造液晶胞。為了制造液晶胞(cell),可以列舉如以下兩種方法:
第一種方法:先將兩塊基板隔著間隙(胞間隙)相對配置,并使各自的液晶配向膜相對向。然后,使用密封劑將兩塊基板的周邊部位貼合在一起,由基板表面和密封劑所劃分的胞間隙注入液晶,并將液晶注入孔封閉,即可制得液晶胞;
第二種方法:被稱之為ODF(One Drop Fill;滴注)的方法。先在形成液晶配向膜的兩塊基板中的一塊基板上的規定部位涂布紫外線固化性密封材料,并在液晶配向膜面上滴下液晶。然后,貼合兩塊基板,并使液晶配向膜相對向。接著,對基板照射紫外線,以使密封劑固化,藉此可以制得液晶胞。
在采用上述任一方法的情況下,都希望接著將液晶胞加熱至所用液晶呈各向同性相的溫度后,緩慢冷卻至室溫,藉此除去填充液晶時的流動配向。
然后,通過在液晶胞的外側表面上貼合偏振片,即可制得本發明的液晶顯示元件。當液晶配向膜為水平配向性時,通過調整所形成液晶配向膜的兩片基板中所照射的直線偏振光放射線的偏振方向所構成的角度以及各個基板與偏振板的角度,即可制得具有TN型或STN型液晶胞的液晶顯示元件。當液晶配向膜為垂直配向性時,通過構成液晶胞,使所形成的液晶配向膜的兩片基板的配向容易軸(easy-to-align axis)的方向互相平行,并將偏振板與該液晶胞粘合在一起,使其偏振方向與配向容易軸的夾角成45°,即可制得具有垂直配向型液晶胞的液晶顯示元件。
前述密封劑的具體例可包含作為間隔物的氧化鋁球或固化劑的環氧樹脂等。
前述液晶的具體例可包含但不限于向列型液晶或碟狀型液晶等。
在TN型或STN型液晶胞情況下,前述的液晶較佳可為具有正介電異方向性的向列型液晶,例如聯苯類液晶(biphenyl-based liquid crystals)、苯基環己烷類液晶(phenyl cyclohexane-based liquid crystal)、酯類液晶、三聯苯類液晶(terphenyl liquid crystal)、聯苯基環己烷類液晶(biphenyl cyclohexane-based liquid crystals)、嘧啶類液晶(pyrimidine-based liquid crystals)、二惡烷類液晶(dioxane-based liquid crystals)、雙環辛烷類液晶(bicyclooctane-based liquid crystals)或立方烷類液晶(cubane-based liquid crystals)等。此外,在前述液晶中還可以進一步添加氯化膽甾醇(cholesteryl chloride)、膽甾醇壬酸酯(cholesteryl nonabenzoate)或膽甾醇碳酸酯(cholesteryl carbonate)等的膽甾型液晶(cholesteric liquid crystal);默克公司制造的手性劑,且其型號可為C-15或CB-15等;或者對癸氧基苯亞甲基-對氨基-2-甲基丁基肉桂酸酯(p-decyloxybenzylidene-p-amino-2-methyl butyl cinnamate)等的強介電性液晶(ferroelectric liquid crystal)。
另一方面,在垂直配向型液晶胞情況下,前述的液晶較佳可為具有負介電異方向性的向列型液晶,例如二氰基苯類液晶(dicyanobenzene-based liquid crystal)、噠嗪類液晶(pyridazine-based liquid crystals)、希夫堿類液晶(Schiff base-based liquid crystal)、氧化偶氮類液晶(azoxy-based liquid crystals)、聯苯類液晶(biphenyl-based liquid crystals)、苯基環己烷類液晶(phenyl cyclohexane-based liquid crystals)等。
液晶胞外側所使用的偏振板可為藉由乙酸纖維素(cellulose acetate)保護膜夾住使聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)拉伸配向的同時吸收碘所制得的偏振膜(亦稱為「H膜」)或H膜自身所形成的偏振板。
利用前述方法所制造的本發明的液晶顯示元件具有優良的顯示性能,且經長時間使用后,其顯示性能亦不會變差。
圖1是根據本發明一實施例的液晶顯示元件的側視圖。液晶顯示元件100包括第一單元110、第二單元120及液晶單元130,其中第二單元120與第一單元110分離配置,且液晶單元130設置在第一單元110與第二單元120之間。
第一單元110包括第一基板111、第一導電膜113及第一液晶配向膜115,其中第一導電膜113位于第一基板111與第一液晶配向膜115之間,且第一液晶配向膜115位于液晶單元130的一側。
第二單元120包括第二基板121、第二導電膜123及第二液晶配向膜125,其中第二導電膜123位于第二基板121與第二液晶配向膜125之間,且第二液晶配向膜125是位于液晶單元130的另一側。換言之,液晶單元130是位于第一液晶配向膜115與第二液晶配向膜125之間。
第一基板111與第二基板121的材料是選自于透明材料,其中透明材料可包含但不限于用于液晶顯示裝置的無堿玻璃、鈉鈣玻璃、硬質玻璃(派勒斯玻璃)、石英玻璃、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚丁烯對苯二甲酸酯、聚醚砜或聚碳酸酯等。第一導電膜113與第二導電膜123的材料是選自于氧化錫(SnO2)或氧化銦-氧化錫(In2O3-SnO2)等。
第一液晶配向膜115及第二液晶配向膜125各自為上述的液晶配向膜,其作用在于使液晶單元130形成預傾角。此外,對第一導電膜113與第二導電膜123施加電壓時,第一導電膜113與第二導電膜123之間可產生電場,且此電場可驅動液晶單元130,進而使液晶單元130中的液晶分子的排列發生改變。
以下利用數個實施方式以說明本發明的應用,然其并非用以限定本發明,本發明技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和范圍內,當可作各種的更動與潤飾。
附圖說明
圖1是繪示根據本發明一實施例的液晶顯示元件的側視圖;
其中,符號說明:
100:液晶顯示元件 110:第一單元
111:第一基板 113:第一導電膜
115:第一液晶配向膜 120:第二單元
121:第二基板 123:第二導電膜
125:第二液晶配向膜 130:液晶單元。
具體實施方式
制備聚合物組成物(A)
以下是根據表1及表2制備合成例A-1-1至A-1-10及比較合成例A-2-1至A-2-5的聚合物組成物(A)。
合成例A-1-1
在一容積500毫升的四頸錐瓶上設置氮氣入口、攪拌器、冷凝管及溫度計,并導入氮氣。然后,加入0.4475克(0.0025摩爾,5%摩爾比)的3-(3,4,5-三氨基苯)-2-丙烯-1-醇(b-1-1)、7.47克(0.015摩爾,30%摩爾比)如上述式(II-1-3)所示的二胺(b-2-1)、3.51克(0.0325摩爾,65%摩爾比)的對-二氨基苯(b-3-1)及80克的N-甲基-2-吡咯烷酮,并于室溫下攪拌至溶解。接著,加入11.2克(0.05摩爾,100%摩爾比)的2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐(a-1-1)及20克的N-甲基-2-吡咯烷酮,并于室溫下反應2小時。反應結束后,將反應溶液倒入1500毫升的水中,以析出聚合物,過濾所得的聚合物,并以甲醇重復進行清洗及過濾的步驟三次。之后,將產物置入真空烘箱中,并以溫度60℃進行干燥,即可制得合成例A-1-1的聚合物組成物(A-1-1)。
合成例A-1-2至A-1-10及比較合成例A-2-1至A-2-5
合成例A-1-2至A-1-10及比較合成例A-2-1至A-2-5是使用與合成例A-1-1的聚合物組成物的制作方法相同的制備方法,不同之處在于合成例A-1-2至A-1-10及比較合成例A-2-1至A-2-5是改變聚合物組成物中原料的種類與使用量,且其配方如表1與表2所示,在此不另贅述。
制備液晶配向劑
以下是根據表3與表4制備實施例1至15及比較例1至5的液晶配向劑。
實施例1
將100重量份的聚合物組成物(A-1-1)加入1200重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮(以下簡稱為B-1)及600重量份的乙二醇正丁基醚(以下簡稱為B-2)中,并于室溫下,以攪拌裝置持續攪拌至溶解,即可制得實施例1的液晶配向劑。所得的液晶配向劑以下列的評價方式進行評價,其結果如表3所示,其中信賴性及液晶反應速率的檢測方法容后再述。
實施例2至15及比較例1至5
實施例2至15及比較例1至5是使用與實施例1的液晶配向劑的制作方法相同的制備方法,不同之處在于實施例2至15及比較例1至5是改變液晶配向劑中原料的種類及使用量,其配方及評價結果分別如表3與表4所示,此處不另贅述。
評價方式
1.信賴性
將上述實施例1至15及比較例1至5的液晶配向劑制作為液晶配向膜。然后,將具有實施例1至15及比較例1至5的液晶配向膜的液晶顯示元件分別放置于溫度為65℃且相對濕度為85%的環境中,以進行信賴性測試。經過120小時后,以電氣測量機臺(TOYO Corporation制,型號為Model 6254)分別測量液晶顯示元件的電壓保持率。其中,測試條件是以4伏特電壓歷時2毫秒的施加時間,1667毫秒的跨距施加后,量測施加解除起1667毫秒后的電壓保持率,并依據以下基準進行評價:
◎:98%≦電壓保持率
○:95%≦電壓保持率<98%
△:92%≦電壓保持率<95%
╳:電壓保持率≦92%
2.液晶反應速率
將上述實施例1至15及比較例1至5的液晶配向劑制作為液晶配向膜。然后,將具有實施例1至15及比較例1至5的液晶配向膜的液晶顯示元件放置于檢測裝置中,以測定其液晶反應速率,其中該檢測裝置包含偏光顯微鏡、光檢測器和脈沖發生器。
該液晶反應速率是代表對前述的液晶顯示元件從未施加電壓的狀態到最大施加1秒5V的電壓時,液晶顯示元件的透光率由10%變化至90%所需的時間[毫秒(msec.)],并依據以下基準進行評價:
◎:液晶反應速率≦8msec.
○:8msec.<液晶反應速率≦15msec.
△:15msec.<液晶反應速率≦20msec.
╳:20msec.<液晶反應速率
由第1至4表的結果可知,當聚合物組成物(A)的二胺化合物(b)不包含二胺(b-1)或二胺(b-2)時,所制得的液晶配向劑具有信賴性與液晶反應速率不佳的缺陷。
其次,當二胺化合物(b)的二胺(b-1)與二胺(b-2)的摩爾比值[(b-1)/(b-2)]為0.1至1.2時,所制得的液晶配向劑具有較佳的信賴性。
需補充的是,本發明雖以特定的化合物、組成、反應條件、制程、分析方法或特定儀器作為例示,說明本發明的液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件,惟本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者可知,本發明并不限于此,在不脫離本發明的精神和范圍內,本發明的液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件亦可使用其它的化合物、組成、反應條件、制程、分析方法或儀器進行。
雖然本發明已以實施方式揭露如上,然其并非用以限定本發明,在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和范圍內,當可作各種的更動與潤飾,因此本發明的保護范圍當視后附的權利要求書所界定的范圍為準。
表1
a-1-1 2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐
a-1-2 1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐
a-1-3 苯均四羧酸二酐
b-1-1 3-(3,4,5-三氨基苯)-2-丙烯-1-醇
b-1-3 2,5-二氨基-α-乙基-苯甲醇
b-1-3 2,5-二氨基-苯乙醇
b-1-4 2,4-二氨基-5-甲氧基-苯甲醇
b-1-5 4,5-二氨基-2-溴-苯甲醇
b-1-6 4,6-二氨基-1,3-苯二乙醇
b-1-72,5-二氨基-3-甲基-苯乙醇
b-1-8 3,4-二氨基-苯乙醇
b-2-1 如式(II-1-3)所示的二胺
b-2-2 如式(II-1-6)所示的二胺
b-2-3 如式(II-2-1)所示的二胺
b-2-4 如式(II-1-7)所示的二胺
b-3-1 對-二氨基苯
b-3-2 2,2’-二甲基-4,4’-二氨基聯苯
b-3-3 4,4’-亞甲基雙(環己基胺)
b-3-4 1,4-二氨基環己烷
b-3-5 3,3’二氨基查耳酮(3,3’-diaminochalcone)
b-3-6 3,3’-二羥基-4,4’-聯苯二胺(3,3′-dihydroxy-4,4′-diaminobiphenyl)
表2
a-1-1 2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐
a-1-2 1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐
a-1-3 苯均四羧酸二酐
b-1-1 3-(3,4,5-三氨基苯)-2-丙烯-1-醇
b-1-3 2,5-二氨基-α-乙基-苯甲醇
b-1-3 2,5-二氨基-苯乙醇
b-1-4 2,4-二氨基-5-甲氧基-苯甲醇
b-1-5 4,5-二氨基-2-溴-苯甲醇
b-1-6 4,6-二氨基-1,3-苯二乙醇
b-1-7 2,5-二氨基-3-甲基-苯乙醇
b-1-8 3,4-二氨基-苯乙醇
b-2-1 如式(II-1-3)所示的二胺
b-2-2 如式(II-1-6)所示的二胺
b-2-3 如式(II-2-I)所示的二胺
b-2-4 如式(II-1-7)所示的二胺
b-3-1 對-二氨基苯
b-3-2 2,2’-二甲基-4,4’-二氨基聯苯
b-3-3 4,4’-亞甲基雙(環己基胺)
b-3-4 1,4-二氨基環己烷
b-3-5 3,3’-二氨基查耳酮(3,3’-diaminochalcone)
b-3-6 3,3’-二羥基-4,4’-聯苯二胺(3,3′-dihydroxy-4,4′-diaminobiphenyl)
表4
B-1 N-甲基-2-吡咯烷酮
B-2 乙二醇正丁基醚
B-3 N,N-二甲基乙酰胺
C-1 N,N,N’,N’-四環氧丙基-4,4’-二氨基二苯基甲烷
C-2 N,N-環氧丙基-對-環氧丙氧基苯胺