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TW201936911A - 液晶配向劑組成物、使用其製備液晶配向膜的方法以及液晶配向膜與使用其之液晶顯示裝置 - Google Patents

液晶配向劑組成物、使用其製備液晶配向膜的方法以及液晶配向膜與使用其之液晶顯示裝置 Download PDF

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Abstract

本發明是關於一種包含液晶聚合物以及聚醯亞胺類(共)聚合物的液晶配向劑組成物、一種使用其製備液晶配向膜的方法,以及液晶配向膜與使用其之液晶顯示裝置。

Description

液晶配向組成物、製備液晶配向膜的方法以及液晶配向膜與使用其之液晶顯示裝置
[相關申請案的交叉參考]
本申請案主張於2018年2月21日向韓國智慧財產局(Korean Intellectual Property Office)申請的韓國專利申請案第10-2018-0020653號的權益,所述專利申請案的全部內容以引用的方式併入本文中。
本發明是關於一種能夠在適用於高效液晶顯示裝置的水準上實現極佳電特徵以及極佳的液晶配向特徵的液晶配向劑組成物、一種使用其製備液晶配向膜的方法以及一種液晶配向膜與使用其之液晶顯示裝置。
在液晶顯示裝置中,液晶配向膜在預定方向上發揮配向液晶的作用。特定言之,液晶配向膜充當排列液晶分子的導向劑(director),且因此,當液晶歸因於電場(electric field)移動以形成影像時,其允許液晶在適當方向上配向。大體而言,為了在液晶顯示裝置中獲得均勻的亮度(brightness)及高對比率(contrast ratio),必需均勻地配向液晶。
作為配向液晶的習知方法中之一者,已使用將諸如聚醯亞胺之聚合物膜塗佈至諸如玻璃或其類似者的基板上且使用諸如尼龍或聚酯之纖維在預定方向上摩擦其表面的摩擦(rubbing)方法。然而,摩擦方法可在液晶面板的製造過程期間引起嚴重問題,這是因為當纖維及聚合物膜摩擦時出現細粉塵或靜電放電(electrostatic discharge;ESD)。
為解決摩擦方法的問題,近年來已研究出藉由光照射而非摩擦來誘導聚合物膜的各向異性(anisotropy)且使用各向異性配向液晶的光配向方法。
作為可用於光配向方法的材料,已引入各種材料,其中聚醯亞胺主要用於液晶配向膜的各種優良效能。然而,聚醯亞胺通常在溶劑中的可溶性較差,因此難以將其直接應用於將其在溶液狀態下塗佈以形成配向膜的製造過程。
因此,在以前驅體(諸如具有極佳可溶性的聚醯胺酸或聚醯胺酸酯)形式塗佈之後,熱處理過程在200℃至230℃的溫度下執行以形成聚醯亞胺,隨後使聚醯亞胺經受光照射以經由配向處理誘導初始各向異性。隨後,執行額外高溫熱處理以同時獲得各向異性的配向穩定性以及亞胺化轉化。
然而,在高溫燃燒過程期間,由於聚醯亞胺中殘餘的聚醯胺酸或由聚醯亞胺的解聚合(depolymerization)反應所形成得聚醯胺酸引起副反應,因此存在一限制,即液晶顯示裝置可不滿足用於實現高品質驅動特徵的高位準電特徵。
因此,需要研發能夠在適用於高效液晶顯示裝置水準上實現極佳電特徵同時實現作為液晶配向膜之配向特徵的液晶配向劑組成物。
[技術問題 ]
本發明的目標為提供能夠在適用於高效液晶顯示裝置之水準上實現極佳電特徵以及極佳液晶配向特徵的液晶配向劑組成物。
本發明的另一個目標是提供一種使用前述的液晶配向劑組成物製備液晶配向膜的方法。
本發明的另一目標為提供一種藉由前述製備方法製備的液晶配向膜以及包含其的液晶顯示裝置。
[ 技術解決方案 ]
為實現以上目標,本發明提供一種液晶配向劑組成物,包含:
聚醯亞胺類(共)聚合物,含有由以下所組成的族群中選出的至少一者:聚醯胺酸重複單元、聚醯胺酸酯重複單元以及聚醯亞胺重複單元;及芳族聚酯類聚合物。
本發明亦提供一種用於製備液晶配向膜的方法,包含以下步驟:將液晶配向劑組成物塗佈於基板上以形成塗膜;乾燥所述塗膜;用光照射經乾燥塗膜或摩擦所述塗膜以執行配向處理;以及熱處理且固化經配向處理的塗膜。
另外,本發明提供一種含有液晶配向劑組成物的經配向固化產物的液晶配向膜,以及一種包含所述液晶配向膜的液晶顯示裝置。
在下文中,將更詳細地描述根據本發明的特定實施例的液晶配向劑組成物、使用其製備液晶配向膜的方法以及使用其之液晶配向膜。
I. 液晶配向劑組成物
根據本發明的一個實施例,可提供一種液晶配向劑組成物,包含:聚醯亞胺類(共)聚合物,含有由以下所組成的族群中選出的至少一者:聚醯胺酸重複單元、聚醯胺酸酯重複單元,以及聚醯亞胺重複單元;及芳族聚酯類聚合物。
本發明人經由實驗發現:在如同上文所描述的一個實施例中的包含芳族聚酯類聚合物以及聚醯亞胺類(共)聚合物的液晶配向劑組成物的情況下,具備有由所述液晶配向劑組成物獲得的液晶配向膜的液晶單元不僅具有極佳的液晶配向特徵,而且亦可實現經改良的電特徵,如高電壓保持率、高DC充電(charging)速度以及配向膜中殘餘的低DC含量,進而完成本發明。
根據本發明,液晶配向膜的各向異性不僅可藉由使用如同先前技術中的聚醯亞胺(共)聚合物來誘導,而且液晶配向膜的各向異性及配向特性可經由能夠甚至在熔融狀態中保持結晶狀態且具有液體結晶性的芳族聚酯類聚合物提高,以及芳族聚酯類聚合物的液晶特性(熔融狀態中的結晶性)在執行聚醯亞胺類(共)聚合物的高溫燃燒的200℃至240℃溫度範圍內展現,且由此可降低最終產生的液晶配向膜的耐受性。此使得有可能極大地改良液晶配向膜的電特徵,例如,DC充電(charging)速度在使用液晶配向膜的液晶單元中增加,且殘餘DC含量快速地降低。
在一個實施例的液晶配向劑組成物中,當聚醯亞胺類(共)聚合物及芳族聚酯類聚合物未簡單地混合在一起,而較佳地以1:99至1:0.5的特定重量比混合時,證實了由液晶配向劑組成物獲得的液晶配向膜或液晶配向單元的配向特徵及電特徵可改良至最優水準。
特定言之,在一個實施例的液晶配向劑組成物中,當芳族聚酯類聚合物相比於聚醯亞胺類(共)聚合物過量添加時,歸因於聚酯類聚合物改良電特徵的作用可最大化。
在下文中,將更詳細地描述本發明。
除非在本文中另外指定,否則可如下定義以下術語。
如本文中所使用,(共)聚合物意謂包含聚合物或共聚物兩者,且聚合物意謂由單一重複單元組成的均聚物。亦即,在本說明書中,(共)聚合物可包含均聚物及共聚物兩者。
在整個說明書中,當一個部件「包含」一個組成構件時,除非另外特定描述,否則此不意謂排除另一組成構件,而是意謂可更包含另一組成構件。
在本說明書中,下文描述取代基的實例,但不限於此。
如本文所使用,術語「經取代」意謂化合物中的其他官能基而非氫原子鍵結,且經取代的位置不受限制只要其為氫原子經取代的位置,亦即,取代基可經取代的位置即可,且當兩個或更多個經取代時,所述兩個或更多個取代基可彼此相同或不同。
如本文中所使用,術語「經取代或未經取代」意謂未經取代或經由以下所組成的族群中選出的一或多個取代基取代:氘;鹵基;氰基;硝基;羥基;羰基;酯基;醯亞胺基;醯胺基;一級胺基;羧基;磺酸基;磺醯胺基;氧化膦基;烷氧基;芳氧基;烷基硫醇基;芳基硫醇基;烷基磺醯氧基;芳基磺醯氧基;矽烷基;硼基;烷基;環烷基;烯基;芳基;芳烷基;芳烯基;烷芳基;烷氧基矽烷基烷基(alkoxysilylalkyl group);芳基膦基;以及含有N、O以及S原子中的至少一者或未經取代或經取代基取代的雜環基,兩個或大於兩個取代基連接至上文所例示的取代基中的所述取代基。舉例而言,「與兩個或大於兩個取代基連接之取代基」可為聯苯基。亦即,聯苯基亦可為芳基,且可解釋為與兩個苯基連接之取代基。
如本文中所使用,符號意謂連接至其他取代基的鍵,且直接鍵意謂無單獨的原子存在於由L表示的部分處的情況。
在本說明書中,烷基為衍生自烷烴(alkane)的單價官能基,且可為直鏈或分支鏈的。直鏈烷基的碳原子數目不受特別限制,但較佳為1至20。又,分支鏈烷基的碳原子數目為3至20。烷基的特定實例包含甲基、乙基、丙基、正丙基、異丙基、丁基、正丁基、異丁基、第三丁基、第二丁基、1-甲基-丁基、1-乙基-丁基、戊基、正戊基、異戊基、新戊基、第三戊基、己基、正己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、4-甲基-2-戊基、3,3-二甲基丁基、2-乙基丁基、庚基、正庚基、1-甲基己基、環戊基甲基、環庚基甲基、辛基、正辛基、第三辛基、1-甲基庚基、2-乙基己基、2-丙基戊基、正壬基、2,2-二甲基庚基、1-乙基-丙基、1,1-二甲基-丙基、異己基、2-甲基戊基、4-甲基己基、5-甲基己基、2,6-二甲基庚烷-4-基以及類似基團,但不限於此。
在本說明書中,鹵烷基意謂其中如上文所定義的烷基經鹵基取代的官能基,且鹵基的實例包含氟、氯、溴以及碘。鹵烷基可經取代或未經取代。
在本說明書中,環烷基為衍生自環烷烴(cycloalkane)的單價官能基,且可為單環或多環,且不特別受限制,但其碳原子數目較佳為3至20。根據另一個實施例,環烷基的碳原子數目為3至10。其特定實例包含環丙基、環丁基、環戊基、3-甲基環戊基、2,3-二甲基環戊基、環己基、3-甲基環己基、4-甲基環己基、2,3-二甲基環己基、3,4,5-三甲環已基、4-第三丁基環己基、環庚基、環辛基、雙環[2,2,1]庚基以及類似基團,但不限於此。環烷基可經取代或未經取代。
在本說明書中,芳基為衍生自芳烴(arene)的單價官能基且不受特別限制,但較佳地具有6至20個碳原子,且可為單環芳基或多環芳基。單環芳基可包含但不限於苯基、聯苯基、聯三苯基或類似基團。多環芳基可包含但不限於萘基、蒽基、菲基、芘基、苝基、屈基、茀基,或類似基團。芳基可經取代或未經取代。
在本說明書中,伸烷基為衍生自烷烴(alkane)的二價官能基,且除了伸烷基為二價官能基外,可應用如上文所定義的烷基的描述。舉例而言,伸烷基為直鏈或分支鏈,且可包含亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸異丁基、伸第二丁基、伸第三丁基、伸戊基、伸己基或類似基團。伸烷基可經取代或未經取代。
在本說明書中,伸芳基為衍生自芳烴(arene)的二價官能基,且除了伸芳基為二價官能基外,可應用如上文所定義的芳基的描述。舉例而言,其可為伸苯基、伸聯苯基、伸聯三苯基、萘基、茀基、芘基、菲基、苝基、稠四苯基、蒽基,以及類似基團。伸芳基可經取代或未經取代。
在本說明書中,雜芳基包含一或多個除碳以外的原子,亦即,一或多個雜原子,且特定言之,雜原子可包含由以下所組成的族群中選出的一或多個原子:O、N、Se、S以及類似原子。其碳原子數目不受特定限制,但較佳為2至30,且雜芳基可為單環或多環的。雜環基的實例包含噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、噻唑基、噁唑基、噁二唑基、吡啶基、聯吡啶基、嘧啶基、三嗪基、三唑基、吖啶基、噠嗪基、吡嗪基、喹啉基、喹唑啉基、喹喏啉基、酞嗪基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡嗪基、吡嗪并吡嗪基、異喹啉基、吲哚基、咔唑基、苯并噁唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并咔唑基、苯并噻吩基、二苯并噻吩基、苯并呋喃基、啡啉基(啡啉 (phenanthroline))、噻唑基、異噁唑基、噁二唑基、噻二唑基、苯并噻唑基、啡噻嗪基、氮丙啶基、氮雜吲哚基、異吲哚基、吲唑基、嘌呤基團(嘌呤(purine))、喋啶基(喋啶(pteridine))、β-咔啉基、萘啶基(萘啶(naphthyridine))、三聯吡啶基、啡嗪基、咪唑并吡啶基、吡咯并吡啶基、氮呯基、吡唑基、二苯并呋喃基以及類似基團,但不限於此。雜芳基可經取代或未經取代。
在本說明書中,伸環烷基為衍生自環烷烴(cycloalkane)的二價官能基,且除了伸環烷基為二價官能基以外,可應用如上文所定義的環烷基的描述。伸環烷基可經取代或未經取代。
在本說明書中,伸雜芳基具有2個至20個碳原子、2個至10個碳原子或6個至20個碳原子。除了雜芳基為二價官能基以外,如上文所定義的雜芳基的描述可應用於含有O、N或S的芳基。伸雜芳基可經取代或未經取代。
在本說明書中,多價有機基團(multivalent organic group)為移除與任意化合物鍵聯的多個氫原子的殘基,且例如,其可為二價有機基團、三價有機基團或四價有機基團。作為一實例,衍生自環丁烷的四價有機基團是指其中鍵結至環丁烷的任何四個氫原子經移除的殘基。
如本文中所使用,直接鍵或單鍵意謂連接至其中對應位置處不存在原子或原子團的鍵線。特定言之,其意謂在化學式中表示為L1 及L2 的部分中不存在其他原子的情況。
1 聚醯亞胺類 聚合物
聚醯亞胺類(共)聚合物可包含聚醯亞胺類均聚物或聚醯亞胺類共聚物,且聚醯亞胺類均聚物或聚醯亞胺類共聚物可包含僅含有聚醯亞胺重複單元的聚醯亞胺均聚物或聚醯亞胺共聚物,或更含有除聚醯亞胺重複單元以外的聚醯胺酸重複單元或聚醯胺酸酯重複單元的衍生物共聚物。
亦即,聚醯亞胺類(共)聚合物可包含由以下所組成的族群中選出的至少一者:聚醯胺酸重複單元、聚醯胺酸酯重複單元,以及聚醯亞胺重複單元。特定言之,聚醯亞胺類(共)聚合物包含一個聚醯胺酸重複單元、一個聚醯胺酸酯重複單元、一個聚醯亞胺重複單元或其兩個或大於兩個重複單元經混合的共聚物。
由以下所組成的族群中選出的一或多個重複單元可形成聚醯亞胺類(共)聚合物的主鏈:聚醯胺酸重複單元、聚醯胺酸酯重複單元,以及聚醯亞胺重複單元。
聚醯亞胺類(共)聚合物可在光配向或摩擦配向處理期間反應以誘導最終產生的液晶配向膜的各向異性,且經由配向之後的高溫燃燒步驟,可進行亞胺化轉化以實現配向穩定性。
更特定言之,聚醯亞胺重複單元可包含由以下化學式2表示的重複單元,聚醯胺酸酯重複單元可包含由以下化學式3表示的重複單元,且聚醯胺酸重複單元可包含由以下化學式4表示的重複單元。
[化學式2]

[化學式3]

[化學式4]
在化學式2至化學式4中,R4及R5 中的至少一者為具有1至10個碳原子的烷基且其餘部分為氫,X1 至X3 彼此相同或不同且各自獨立地為四價有機基團,且Y1 至Y3 彼此相同或不同且各自獨立地為由以下化學式5表示的二價有機基團。
[化學式5]
在化學式5中,T為四價有機基團,且D1 及D2 各自獨立地為具有1個至20個碳原子的伸烷基、具有1個至10個碳原子的伸雜烷基、具有3個至20個碳原子的伸環烷基、具有6個至20個碳原子的伸芳基,或具有2個至20個碳原子的伸雜芳基。
Y1 至Y3 可為衍生自用於合成聚醯胺酸、聚醯胺酸酯或聚醯亞胺的二胺化合物的官能基。當Y1 至Y3 各自獨立地為由化學式5表示的二價有機基團時,聚醯亞胺類(共)聚合物由含有已經亞胺化的醯亞胺重複單元的二胺合成,且因此在形成塗膜之後,緊接著照射光而無需高溫熱處理步驟以產生各向異性。隨後,可執行熱處理以完成配向膜。因此,有可能製備不僅能夠極大地減少光照射能量且藉由包含一個熱處理步驟的簡單步驟展現極佳的配向特性及甚至穩定性,而且具有極佳的電壓保持率及電特徵的液晶配向膜。
特定言之,在化學式5中,D1 及D2 可各獨立地為伸苯基。
另外,T可為由以下化學式6表示的四價有機基團中的一者。
[化學式6]
在化學式6中,R6 至R11 各自獨立地為由氫或具有1個至6個碳原子的烷基所組成的族群中選出的任一者,L1 為單鍵、-O-、-CO-、-COO-、-S-、-SO-、-SO2 -、-CR12 R13 -、-(CH2 )t -、-O(CH2 )t O-、-COO(CH2 )t OCO-、-CONH-、伸苯基或其組合,其中R12 及R13 各自獨立地為氫、烷基或具有1個至10個碳原子的鹵烷基,且t為1至10的整數。
更佳地,T可為由以下化學式6-1或6-2表示的有機基團。
[化學式6-1]

[化學式6-2]
在另一方面,在化學式2至化學式4中,X1 至X3 可為衍生自用於合成聚醯胺酸、聚醯胺酸酯或聚醯亞胺的四羧酸二酐化合物的官能基。
更特定言之,X1 至X3 可各自獨立地為由以下化學式6表示的四價有機基團中的一者。
[化學式6]
在化學式6中,R6 至R11 各自獨立地為由氫或具有1個至6個碳原子的烷基所組成的族群中選出的任一者,L1 為單鍵、-O-、-CO-、-COO-、-S-、-SO-、-SO2 -、-CR12 R13 -、-(CH2 )t -、-O(CH2 )t O-、-COO(CH2 )t OCO-、-CONH-、伸苯基或其組合,其中R12 及R13 各自獨立地為氫、烷基或具有1個至10個碳原子的鹵烷基,且t為1至10的整數。
更佳地,X1 至X3 可各自獨立地為衍生自苯均四酸二酐的以下化學式6-3的有機基團、衍生自1,3-二甲基環丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐的以下化學式6-4的有機基團或衍生自4,4'-氧基二鄰苯二甲酸二酐的以下化學式6-5的有機基團。
[化學式6-3]

[化學式6-4]

[化學式6-5]

2 芳族聚酯類聚合物
一個實施例的液晶配向劑組成物可含有除上文所提及的聚醯亞胺類(共)聚合物以外的芳族聚酯類聚合物。有可能經由甚至在熔融狀態中能夠保持結晶狀態且具有液體結晶性的芳族聚酯類聚合物顯著地增強液晶配向膜的電特徵,同時增強液晶配向膜的各向異性。
芳族聚酯類聚合物可包含芳族聚酯或其衍生聚合物,且芳族聚酯是指構成聚酯的重複單元中的所有官能基為芳族的情況。
芳族聚酯的衍生聚合物是指芳族聚酯更包含脂族官能基或脂環官能基以及構成聚酯的重複單元中的芳族官能基的情況。
芳族聚酯類聚合物可包含以下中的至少一者:衍生自芳族二醇的殘基、衍生自芳族二羧酸或其衍生物的殘基,以及衍生自含有羥基的芳族二羧酸或其衍生物的殘基,且因此芳族聚酯類聚合物可基於主鏈的剛性形成呈溶液或熔融狀態的液晶。亦即,芳族聚酯類聚合物為液晶聚合物(liquid crystal polymer;LCP)。
特定言之,芳族聚酯類聚合物可包含由以下化學式1表示的重複單元。作為液晶聚合物的芳族聚酯類聚合物的物理/化學特性似乎是由於以下化學式1的特定結構。
[化學式1]
在化學式1中,R1 及R2 彼此相同或不同,R1 及R2 中的至少一者為以下中的一者:具有6個至20個碳原子的伸芳基或具有2個至20個碳原子的伸雜芳基,且另一者為具有6個至20個碳原子的伸芳基、具有2個至20個碳原子的伸雜芳基、具有1個至20個碳原子的伸烷基,或具有3個至20個碳原子的伸環烷基。
亦即,在化學式1中,R1 為具有6個至20個碳原子的伸芳基及具有2個至20個碳原子的伸雜芳基中的一者,且R2 可為具有6個至20個碳原子的伸芳基、具有2個至20個碳原子的伸雜芳基、具有1個至20個碳原子的伸烷基,或具有3個至20個碳原子的伸環烷基。
此外,在化學式1中,R2 為具有6個至20個碳原子的伸芳基及具有2個至20個碳原子的伸雜芳基中的一者,且R1 為具有6個至20個碳原子的伸芳基、具有2個至20個碳原子的伸雜芳基、具有1個至20個碳原子的伸烷基,或具有3個至20個碳原子的伸環烷基。
在化學式1中,R1 為衍生自含有形成酯鍵的羥基的單體的官能基,且R2 為衍生自含有形成酯鍵的羧基或醯基的單體的官能基。
亦即,化學式1為聚酯主鏈中含有的重複單元。在化學式1中,當R1 及R2 彼此不同時,用於合成聚酯主鏈的兩種類型的單體(含有羥基的單體或含有羧基或醯基的單體)中的至少一者可必須含有芳族伸芳基或伸雜芳基。
此外,在化學式1中,當R1 及R2 相同時,分子中含有羥基及羧基或醯基的一個單體可含有芳族伸芳基或伸雜芳基。
更特定言之,由化學式1表示的重複單元可包含由以下化學式1-1表示的重複單元。
[化學式1-1]
在化學式1-1中,Ar為具有6個至20個碳原子的伸芳基或具有6個至20個碳原子的伸雜芳基,且R3 為具有1個至20個碳原子的伸烷基或具有3個至20個碳原子的伸環烷基。
較佳地,在化學式1-1中,R3 為具有8個至14個碳原子的伸烷基,且Ar可為具有10個至15個碳原子的伸芳基(特定言之,伸聯苯基)。
在化學式1-1中,Ar為衍生自含有形成酯鍵的羥基的二醇單體的官能基,且R3 為衍生自含有形成酯鍵的羧基或醯基的二羧酸、二醯基單體的官能基。
取決於預期的物理特性,芳族聚酯類聚合物可更含有除由化學式1表示的重複單元以外的其他重複單元。
其他重複單元的實例包含衍生自脂族醇組分及脂族二羧酸組分的聚酯重複單元、衍生自脂族醇組分及脂環二羧酸組分的聚酯重複單元、衍生自脂環醇組分及脂族二羧酸組分的聚酯重複單元、衍生自脂環醇組分及脂環二羧酸組分的聚酯重複單元、衍生自含有羥基的脂族二羧酸組分的聚酯重複單元、衍生自含有羥基的脂環二羧酸組分的聚酯重複單元,以及類似重複單元。
亦即,芳族聚酯類聚合物可經由與由以下中選出的至少一種單體進行酯化反應來製備:含有芳族二醇的二醇組分;含有以下的二羧酸組分:芳族二羧酸或芳族二醯基化合物、含有羥基的芳族二羧酸以及含有羥基的芳族二醯基化合物。
在酯化反應期間,酯化反應可藉由單體混合物來進行,其中除了上文所提及的單體,在必要時將二醇組分、二羧酸組分另外地混合,所述二醇組分含有脂族二醇或脂環二醇,所述二羧酸組分含有脂族二羧酸、脂族二醯基化合物或脂環二羧酸、脂環二醯基化合物,或含有羥基的脂族二羧酸、含有羥基的脂族二醯基化合物、含有羥基的脂環二羧酸以及含有羥基的脂環二醯基化合物。
酯化反應的特定條件不受特別限制,且可不受限制地應用所屬領域中已知的不同合成方法。
芳族聚酯類聚合物的重量平均分子量可為10,000公克/莫耳(g/mol)至100,000公克/莫耳。在本說明書中,重量平均分子量是指藉由GPC方法量測的就聚苯乙烯而言的重量平均分子量。在測定藉由GPC方法量測的就聚苯乙烯而言的重量平均分子量的過程中,可使用普遍已知的分析裝置、諸如折射率偵測器的偵測器(refractive index detector)以及分析型管柱。可使用常用於溫度、溶劑以及流動速率之條件。量測條件的特定實例包含30℃的溫度、氯仿(chloroform)溶劑,以及1毫升/分鐘(mL/min)的流動速率(flow rate)。
芳族聚酯類聚合物可在在200℃至240℃下具有液體結晶性。液體結晶性是指芳族聚酯類聚合物在熔融狀態中具有結晶性的特性。芳族聚酯類聚合物可具有液體結晶性時的200℃至240℃溫度範圍是對一起添加的聚醯亞胺類(共)聚合物執行高溫燃燒的溫度範圍。連同聚醯亞胺類(共)聚合物的高溫燃燒,展現芳族聚酯類聚合物的液晶特性,且可降低最終產生的液晶配向膜的耐受性。因此,可顯著地改良液晶配向膜的電特徵,例如,DC充電(charging)速度在使用液晶配向膜的液晶單元中增加,且殘餘DC含量快速地降低。
在另一方面,當芳族聚酯類聚合物具有液體結晶性的溫度範圍小於200℃或大於240℃時,則不會誘導芳族聚酯類聚合物的配向特性,且因此難以充分地實現最終產生的液晶配向膜的液晶配向特性。
聚醯亞胺類(共)聚合物及芳族聚酯類聚合物可以1:99至1:0.5、1:20至1:0.5或1:9至1:0.45的重量比混合。如上文所描述,由於聚醯亞胺類(共)聚合物含有一定量的已經亞胺化的醯亞胺重複單元,所以存在一特徵:在形成塗膜之後,其可緊接著照射光而無需高溫熱處理步驟以產生各向異性,且隨後進行熱處理以完成配向膜。芳族聚酯類聚合物具有改良諸如電壓保持率的電特徵的特徵。
當具有這些特徵的聚醯亞胺類(共)聚合物及芳族聚酯類聚合物以上文重量比範圍經混合且使用時,聚醯亞胺類(共)聚合物的極佳光反應性及液晶配向特徵可與芳族聚酯類聚合物的極佳電特徵彼此互補,且有可能製備具有優良配向特徵及電特徵兩者的液晶配向膜。
若聚醯亞胺類(共)聚合物與芳族聚酯類聚合物之間的混合重量比過度減少至小於1:0.5,則芳族聚酯類聚合物與聚醯亞胺類(共)聚合物之重量比極大地減小且可能難以充分地改良液晶配向膜的電特徵。
. 製備液晶配向膜的方法
另外,本發明提供一種用於製備液晶配向膜的方法,包含:將液晶配向劑組成物塗佈於基板上以形成塗膜的步驟(步驟1);乾燥塗膜的步驟(步驟2);用光照射經乾燥塗膜或摩擦塗膜以執行配向處理的步驟(步驟3);以及熱處理且固化經配向處理之塗膜的步驟(步驟4)。
步驟1為將液晶配向劑組成物塗佈於基板上以形成塗膜的步驟。液晶配向劑組成物的細節包含上文在一個實施例中所描述的細節。
將液晶配向劑組成物塗佈於基板上的方法不特別受限制,且例如可使用諸如網版印刷、平版印刷、彈性凸版印刷、噴墨印刷及類似者的方法。
此外,液晶配向劑組成物可溶解或分散於有機溶劑中。有機溶劑的特定實例包含N, N-二甲基甲醯胺、N, N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮、N-甲基己內醯胺、2-吡咯啶酮、N-乙基吡咯啶酮、N-乙烯吡咯啶酮、二甲亞碸、四甲基脲、吡啶、二甲碸、六甲基亞碸、γ-丁內酯、3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺、3-乙氧基-N,N-二甲基丙醯胺、3-丁氧基-N,N-二甲基丙醯胺、1,3-二甲基-咪唑啶酮、乙基戊基酮、甲基壬基酮、甲基乙基酮、甲基異戊基酮、甲基異丙基酮、環己酮、碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯、二乙二醇二甲醚、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇單甲醚、乙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單乙醚、乙二醇單乙醚乙酸酯、乙二醇單丙醚、乙二醇單丙醚乙酸酯、乙二醇單異丙醚、乙二醇單異丙醚乙酸酯、乙二醇單丁醚、乙二醇單丁醚乙酸酯,以及類似物。其可單獨使用或以兩種或大於兩種的組合形式使用。
另外,液晶配向劑組成物可更包含除有機溶劑之外的其他組分。在一非限制性實例中,當塗佈液晶配向劑組成物時,可更包含能夠改良膜的厚度均一性及表面光滑度、改良液晶配向膜與基板之間的黏著力,改變液晶配向膜的介電常數及導電性或增大液晶配向膜的稠密性的添加劑。這些添加劑的實例包含各種溶劑、界面活性劑、矽烷類化合物、介電質、交聯化合物等。
步驟2是乾燥藉由將液晶配向劑組成物塗佈至基板上所形成之塗膜的步驟。
乾燥塗膜的步驟可藉由加熱構件執行,所述加熱構件諸如加熱板、熱空氣循環烘箱、紅外烘箱以及其類似者,且乾燥可在50℃至150℃或50℃至100℃的溫度下執行。
步驟3是用光照射經乾燥塗膜或摩擦塗膜以執行配向處理的步驟。更佳地,步驟3是用光照射緊接在乾燥步驟之後的塗膜或摩擦塗膜以執行配向處理的步驟。
在本說明書中,「緊接在乾燥步驟之後的塗膜」是指在乾燥步驟之後立即照射光而不在高於乾燥步驟的溫度的溫度下進行熱處理,且可添加除熱處理以外的步驟。
更特定言之,當使用包含聚醯胺酸或聚醯胺酸酯的習知液晶配向劑生產液晶配向膜時,其包含在基本上執行高溫高溫熱處理之後的照射光的步驟以用於使聚醯胺酸亞胺化。然而,當使用上文所描述之一個實施例的液晶配向劑組成物製備液晶配向膜時,其不包含熱處理步驟,且直接照射光以執行配向處理,且接著藉由熱處理來固化經配向處理的塗膜,由此能夠製備配向膜。
在配向處理步驟中,藉由照射具有150奈米(nm)至450奈米的波長的偏光紫外線來執行光照射。在此情況下,曝光的強度可視用於液晶配向劑的聚合物類別而變化,且較佳地可照射10毫焦/平方公分(mJ/cm2 )至10焦耳/平方公分(J/cm2 )的能量,或30毫焦/平方公分至2焦耳/平方公分的能量。
對於紫外線,照射偏光紫外線以執行配向處理,所述偏光紫外線選自藉由穿過使用基板(介電各向異性材料塗佈至透明基板(諸如石英玻璃、鹼石灰玻璃、不含石灰鈉-玻璃等)的表面上)的偏光裝置、偏光器板(鋁或金屬線精細地沈積於其上)或反射石英玻璃等的布魯斯特偏光裝置(Brewster's polarizing device)或藉由其反射的方法來經受偏光處理的紫外線。在本文中,偏光紫外線可垂直於基板表面照射,或可藉由朝向特定角度導引入射角來照射。藉由此方法,向塗膜賦予液晶分子的配向能力。
此外,在配向處理步驟中,可採用使用摩擦布的方法。更特定言之,在摩擦處理中,在熱處理步驟之後的塗膜表面可在一個方向上摩擦同時旋轉其中摩擦布附著於金屬輥的摩擦輥。
步驟4是熱處理且固化經配向處理的塗膜的步驟。在此情況下,熱處理可藉由加熱構件(諸如加熱板、熱空氣循環鍋爐、紅外鍋爐以及其類似物)來執行,且熱處理可在180℃至300℃、200℃至300℃或200℃至240℃的溫度下執行。
III. 液晶配向膜
此外,本發明可提供根據上文所描述的用於製備液晶配向膜的方法所製備的液晶配向膜。特定言之,液晶配向膜可包含一個實施例的液晶配向劑組成物的經配向固化產物。經配向固化產物意謂經由一個實施例的液晶配向劑組成物的配向步驟及固化步驟所得到的材料。
如上文所描述,當使用包含以下的液晶配向劑組成物:含有由以下所組成的族群中選出的至少一者的聚醯亞胺類(共)聚合物:聚醯胺酸重複單元、聚醯胺酸酯重複單元以及聚醯亞胺重複單元;及芳族聚酯類聚合物時,有可能製備具有經改良電特徵(諸如液晶單元中的高電壓保持率、高DC充電(charging)速度以及由此配向膜中殘餘的低DC含量)的液晶配向膜。
液晶配向膜的厚度不特別受限制,但例如其可在0.01微米(µm)至1000微米的範圍內自由調節。若液晶配向膜的厚度增加或減少特定值,則配向膜中所量測的物理特性亦可改變特定值。
液晶顯示裝置
另外,本發明提供一種包含上文所描述的液晶配向膜的液晶顯示裝置。
液晶配向膜可利用已知方法引入液晶單元中,且同樣地液晶單元可利用已知方法引入液晶顯示裝置中。液晶配向膜可由另一實施例的液晶配向劑組成物來製備,由此實現極佳的穩定性以及極佳的各種物理特性。因此,可提供能夠展現較高可靠性的液晶顯示裝置。
[ 有利效應 ]
根據本發明,可提供一種能夠在適用於高效液晶顯示裝置的水準上實現極佳電特徵的液晶配向劑組成物,一種使用此組成物製備液晶配向膜的方法,以及一種液晶配向膜及使用此液晶配向膜的液晶顯示裝置。
將藉助於實例更詳細地描述本發明。然而,僅出於說明性目的而給出這些實例,且不意欲藉由這些實例限制本發明的範疇。
製備實例 二胺的製備
製備實例 1 二胺 DA-1 的合成
根據以下反應流程1合成二胺DA-1。
[反應流程1]
將1,3-二甲基環丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐(1,3-dimethylcyclobuthane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride,DMCBDA)及4-硝基苯胺(4-nitroaniline)溶解於二甲基甲醯胺(dimethylformamide,DMF)中以製備混合物。隨後,在約80℃下使混合物反應約12小時(h)以製備醯胺酸。隨後將醯胺酸溶解於DMF中,且向其中添加乙酸酐及乙酸鈉以製備混合物。隨後,在約90℃下使混合物中含有之醯胺酸亞胺化約4小時。將由此獲得的醯亞胺溶解於二甲基乙醯胺(dimethylacetamide,DMAc)中,且接著向其中添加Pd/C以製備混合物。在45℃下在6巴(bar)的氫氣壓力下使所得混合物還原20分鐘以製備二胺DA-1。
製備實例 2 二胺 DA-2 的合成
以與製備實例1中相同的方式製備具有以上結構的DA-2,不同之處在於使用環丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐(cyclobuthane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride,CBDA)代替1,3-二甲基環丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐。
合成實例 用於液晶配向劑組成物的聚合物
合成實例 1 製備用於液晶配向劑的第一聚合物 P-1
將製備實例2中製備的5.0公克(g)(13.3毫莫耳(mmol))DA-2完全溶解於71.27公克無水N-甲基吡咯啶酮(N-methyl pyrrolidone,NMP)中。隨後,將2.92公克(13.03毫莫耳)1,3-二甲基-環丁烷-1,2,3,4-四甲酸二酐(DMCBDA)添加至冰浴下的溶液中且在室溫下攪拌16小時。將所得溶液倒入過量的蒸餾水中以形成沈澱物。隨後,將形成的沈澱物過濾且用蒸餾水洗滌兩次且再用甲醇洗滌三次。將由此獲得的固體產物在40℃下在真空烘箱中乾燥24小時以獲得6.9公克用於液晶配向劑的聚合物P-1。
結果經由GPC證實P-1的分子量,數量平均分子量(Mn)為15,500公克/莫耳(g/mol),且重量平均分子量(Mw)為31,000公克/莫耳。此外,聚合物P-1的單體結構藉由所使用的單體的當量比來測定,且分子中亞胺結構的比率為50.5%,而醯胺酸結構的比率為49.5%。
合成實例 2 製備用於液晶配向劑的第二液晶聚合物 Q-1
在反應容器中,添加且混合4,4'-聯苯酚(4,4'-biphenol)及由以下化學式A表示的二醯基氯化物(diacyl chlorode),且隨後使其在加熱下反應以製備具有由以下化學式B表示的重複單元結構的液晶聚合物(重量平均分子量:10,000公克/莫耳至100,000公克/莫耳)。
[化學式A]

[化學式B]
在化學式A及化學式B中,m是8至14的整數。
實例及比較例 製備液晶配向劑組成物及液晶單元
1 製備液晶配向劑組成物
實例 1
將合成實例1中所獲得的0.2公克聚合物P-1及合成實例2中所獲得的1.8公克聚合物Q-1溶解於30公克NMP及8公克正丁氧基乙醇的混合溶劑中以得到5重量%(wt%)的溶液。隨後,使所得溶液經受由聚(四氟乙烯)組成的具有0.2微米孔徑的過濾器的壓力過濾以產生液晶配向劑組成物A-1。
實例 2
將合成實例1中所獲得的0.4公克聚合物P-1及合成實例2中所獲得的1.6公克聚合物Q-1溶解於30公克NMP及8公克正丁氧基乙醇的混合溶劑中以得到5重量%的溶液。隨後,使所得溶液經受由聚(四氟乙烯)組成的具有0.2微米孔徑的過濾器的壓力過濾以產生液晶配向劑組成物A-2。
實例 3
將合成實例1中所獲得的0.6公克聚合物P-1及合成實例2中所獲得的1.4公克聚合物Q-1溶解於1.4公克NMP及8公克正丁氧基乙醇的混合溶劑中以得到5重量%的溶液。隨後,使所得溶液經受由聚(四氟乙烯)組成的具有0.2微米孔徑的過濾器的壓力過濾以產生液晶配向劑組成物A-2。
比較例 1
將合成實例1中所獲得的2.0公克聚合物P-1溶解於30公克NMP及8公克正丁氧基乙醇的混合溶劑中以得到5重量%的溶液。隨後,使所得溶液經受由聚(四氟乙烯)組成的具有0.2微米孔徑的過濾器的壓力過濾以產生液晶配向劑組成物B-1。
比較例 2
將合成實例2中所獲得的2.0公克聚合物Q-1溶解於30公克NMP及8公克正丁氧基乙醇的混合溶劑中以得到5重量%的溶液。隨後,使所得溶液經受由聚(四氟乙烯)組成的具有0.2微米孔徑的過濾器的壓力過濾以產生液晶配向劑組成物B-2。
參考例 1
將合成實例1中所獲得的1.4公克聚合物P-1及合成實例2中所獲得的0.6公克聚合物Q-1溶解於30公克NMP及8公克正丁氧基乙醇的混合溶劑中以得到5重量%的溶液。隨後,使所得溶液經受由聚(四氟乙烯)組成的具有0.2微米孔徑的過濾器的壓力過濾以產生液晶配向劑組成物C-1。
2 )製備液晶單元
液晶單元藉由以下方法藉由使用實例1至實例3、比較例1及比較例2以及參考例1中所製備的液晶配向劑來製備。
各自使用旋塗法將液晶配向劑塗佈於基板(下部板)(其中具有60奈米厚度、3微米電極寬度及6微米電極間間距的梳狀物形的共平面切換(in-plane switching,IPS)模式ITO電極圖案形成於具有2.5公分×2.7公分(cm)大小的矩形玻璃基板上)上且塗佈於不具有電極圖案的玻璃基板(上部板)上。
隨後,將其上塗佈液晶配向劑的基板置放於約70℃下的加熱板上3分鐘以蒸發溶劑。為使由此獲得的塗膜經歷配向處理,使用曝光裝置以1.0焦耳/平方公分的強度照射254奈米(nm)的紫外線,在所述曝光裝置中,線形偏光器黏附於各上部板及下部板中的塗膜上。
隨後,使塗膜在約230℃下的烘箱中燃燒(固化)30分鐘以得到具有0.1微米厚度的塗膜。隨後,將浸漬有具有3微米大小的球類間隔劑的密封劑(sealing agent)施加至不包括液晶注射孔洞的上部板邊緣。隨後,形成於上部板及下部板上的配向膜經配向以使得其彼此面對且配向方向彼此對準,且接著將上部板及下部板結合在一起且固化密封劑以製備空的空間。隨後,將液晶注入至空的單元中以產生IPS模式液晶單元。
實驗實例 液晶配向劑組成物及液晶配向單元的物理特性的量測
實例及比較實例中獲得的液晶配向劑組成物或液晶配向膜,以及使用其製備的液晶配向單元的物理特性藉由以下方法量測,且結果展示於表1中。
1. 評估液晶配向特徵
將偏光板附著至如上文製備之液晶單元的上基板及下基板以便彼此垂直。此時,使附著至下部板的偏光板的偏光軸平行於液晶單元的配向軸。隨後將偏光板附著的液晶單元附著至具有7000坎德拉/平方米(cd/m2 )亮度的背光,且使用PR-880儀器(一種量測明度或亮度的裝置)來量測黑色狀態中的亮度,且基於以下標準評估液晶配向特徵。
良好:0.2坎德拉/平方公分(cd/cm2 )或小於0.2坎德拉/平方公分
較差:大於0.2坎德拉/平方公分
2. 電壓保持率 (voltage holding ratio VHR)
液晶配向單元的電壓保持率在1赫茲(Hz)及60℃的條件下使用購自東洋公司(TOYO Corporation)的6254C設備來量測,且基於以下標準評估。
良好:85%或大於85%
較差:小於85%
3. 評估 RDC 殘餘 DC 電壓、殘餘( r esidual DC
對於液晶配向單元,DC應力(stress)設定為0.5伏(V)至1伏範圍內的+DC且在60℃下施加1分鐘,且隨後保持在不施加電壓的狀態2分鐘。殘餘量的DC量測為殘餘DC,且基於以下標準評估。
良好:100毫伏(mV)或小於100毫伏
較差:大於100毫伏
[表1]
實例及比較例的實驗實例的量測結果
如表1中所示,使用包含本發明的用於液晶配向劑的第一聚合物及用於液晶配向劑的第二聚合物兩者的液晶配向劑組成物的實例1至實例3的液晶配向膜在所有液晶配向特徵、電壓保持率及殘餘DC中顯示令人滿意的結果,而比較例1及比較例2的液晶配向膜(其中僅使用用於液晶配向劑的第一聚合物及用於液晶配向劑的第二聚合物中的一種類別)在以上評估項目中的一些或全部中顯示較差的結果。

Claims (14)

  1. 一種液晶配向劑組成物,包括: 聚醯亞胺類(共)聚合物,含有由以下所組成的族群中選出的至少一者:聚醯胺酸重複單元、聚醯胺酸酯重複單元,以及聚醯亞胺重複單元;以及 芳族聚酯類聚合物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑組成物,其中所述聚醯亞胺類(共)聚合物及所述芳族聚酯類聚合物以1:99至1:0.5的重量比混合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑組成物,其中所述芳族聚酯類聚合物的重量平均分子量為10,000公克/莫耳至100,000公克/莫耳。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑組成物,其中所述芳族聚酯類聚合物包含由以下化學式1表示的重複單元: [化學式1] 其中,在化學式1中, R1 及R2 彼此相同或不同, R1 及R2 中的至少一者為具有6個至20個碳原子的伸芳基及具有2個至20個碳原子的伸雜芳基中的一者,且其餘者為具有6個至20個碳原子的伸芳基、具有2個至20個碳原子的伸雜芳基、具有1個至20個碳原子的伸烷基,或具有3個至20個碳原子的伸環烷基。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的液晶配向劑組成物,其中由化學式1表示的所述重複單元包含由以下化學式1-1表示的重複單元: [化學式1-1] 其中,在化學式1-1中, Ar為具有6個至20個碳原子的伸芳基或具有6個至20個碳原子的伸雜芳基,且 R3 為具有1個至20個碳原子的伸烷基或具有3個至20個碳原子的伸環烷基。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的液晶配向劑組成物,其中,在化學式1-1中,R3 為具有8個至14個碳原子的伸烷基,且Ar為具有10個至15個碳原子的伸芳基。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑組成物,其中所述芳族聚酯類聚合物在200℃至240℃下具有液體結晶性。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑組成物,其中所述聚醯亞胺重複單元包含由以下化學式2表示的重複單元,所述聚醯胺酸酯重複單元包含由以下化學式3表示的重複單元,且所述聚醯胺酸重複單元包含由以下化學式4表示的重複單元: [化學式2] [化學式3] [化學式4] 其中,在化學式2至化學式4中, R4 及R5 中的至少一者為具有1個至10個碳原子的烷基且其餘者為氫, X1 至X3 彼此相同或不同,且各自獨立地為四價有機基團,且 Y1 至Y3 彼此相同或不同,且各自獨立地為由以下化學式5表示的二價有機基團: [化學式5] 其中,在化學式5中, T為四價有機基團,且 D1 及D2 各自獨立地為具有1個至20個碳原子的伸烷基、具有1個至10個碳原子的伸雜烷基、具有3個至20個碳原子的伸環烷基、具有6個至20個碳原子的伸芳基或具有2個至20個碳原子的伸雜芳基。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的液晶配向劑組成物,其中所述X1 至X3 及T各自獨立地為由以下化學式6表示的四價有機基團中的一者: [化學式6] 其中,在化學式6中, R6 至R11 各自獨立地為由氫及具有1個至6個碳原子的烷基所組成的族群中選出的任一者,且L1 為單鍵、-O-、-CO-、-COO-、-S-、-SO-、-SO2-、-CR12 R13 -、-(CH2 )t -、-O(CH2 )t O-、-COO(CH2 )t OCO-、-CONH-、伸苯基或其組合, 其中R12 及R13 各自獨立地為氫,或具有1個至10個碳原子的烷基或鹵烷基,且t為1至10的整數。
  10. 一種用於製備液晶配向膜的方法,包含以下步驟: 將如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑組成物塗佈於基板上以形成塗膜; 乾燥所述塗膜; 用光照射經乾燥所述塗膜或摩擦所述塗膜以執行配向處理;以及 熱處理且固化經所述配向處理的所述塗膜。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的用於製備液晶配向的方法,其中乾燥所述塗膜的所述步驟在50℃至150℃的溫度下執行。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的用於製備液晶配向的方法,其中熱處理且固化經所述配向處理的所述塗膜的所述步驟在180℃至300℃的溫度下執行。
  13. 一種液晶配向膜,包括如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑組成物的經配向固化產物。
  14. 一種液晶顯示裝置,包括如申請專利範圍第13項所述的液晶配向膜。
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