液晶配向剂、液晶配向膜以及液晶显示元件的制作方法_5

文档序号:9804146阅读:来源:国知局
ol n-butyl ether)、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、 二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、二乙二醇单甲基醚、二乙二醇单乙基醚、二乙二醇 单甲基醚乙酸酯、二乙二醇单乙基醚乙酸酯或N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺 (N,N-dimethyl acetamide)等。溶剂(D)可以单独使用或者组合多种来使用。
[0267] 基于聚合物(A)的使用量为100重量份,溶剂(D)的使用量为800至4000重量份, 较佳为900至3500重量份,且更佳为1000至3000重量份。
[0268] 添加剂(E)
[0269] 在不影响本发明的功效的范围内,液晶配向剂还可选择性地添加添加剂(E),其中 添加剂(E)包括具有至少两个环氧基的化合物、具有官能性基团的硅烷化合物,或其组合。
[0270] 具有至少两个环氧基的化合物包括但不限于乙二醇二环氧丙基醚、聚乙二醇二环 氧丙基醚、丙二醇二环氧丙基醚、三丙二醇二环氧丙基醚、聚丙二醇二环氧丙基醚、新戊二 醇二环氧丙基醚、1,6-己二醇二环氧丙基醚、丙三醇二环氧丙基醚、2, 2-二溴新戊二醇二 环氧丙基醚、1,3, 5, 6-四环氧丙基-2, 4-己二醇、Ν,Ν,Ν',Ν' -四环氧丙基-间-二甲苯二 胺、1,3_双(Ν,Ν-二环氧丙基胺基甲基)环己烷、Ν,Ν,Ν',Ν' -四环氧丙基_4,4' -二胺基 二苯基甲烷、N,N-环氧丙基-对-环氧丙氧基苯胺、3- (N,N-二环氧丙基)胺基丙基三甲氧 基硅烷,或上述化合物的组合。
[0271] 上述具有至少两个环氧基的化合物可单独使用或组合多种来使用。
[0272] 基于聚合物(A)的使用量为100重量份,具有至少两个环氧基的化合物的使用量 可为0至40重量份,且较佳为0. 1重量份至30重量份。
[0273] 具有官能性基团的硅烷化合物的具体例包括但不限于3-胺基丙基三甲氧基硅 烷、3-胺基丙基三乙氧基硅烷、2-胺基丙基三甲氧基硅烷、2-胺基丙基三乙氧基硅烷、 N-(2-胺基乙基)_3_胺基丙基二甲氧基硅烷、N-(2-胺基乙基)_3_胺基丙基甲基二甲氧 基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷(3-ureidopropyltrimethoxy silane)、3_脲基丙基三 乙氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-胺基丙基三甲氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-胺基丙基三乙 氧基硅烷、N-三乙氧基硅烷基丙基三亚乙三胺、N-三甲氧基硅烷基丙基三亚乙三胺、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-苄基-3-胺基丙 基三甲氧基硅烷、N-苄基-3-胺基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基硅烷、 N-苯基-3-胺基丙基三乙氧基硅烷、N-双(氧化乙烯)-3-胺基丙基三甲氧基硅烷、N-双 (氧化乙烯)-3-胺基丙基三乙氧基硅烷,或上述化合物的组合。
[0274] 添加剂(E)可以单独使用或组合多种来使用。
[0275] 基于聚合物(A)的使用量为100重量份,具有官能性基团的硅烷化合物的使用量 可为0至10重量份,且较佳为0. 5重量份至10重量份。
[0276] 基于聚合物(A)的总使用量为100重量份,添加剂(E)的使用量较佳为0. 5重量 份至50重量份,且更佳为1重量份至45重量份。
[0277] 〈液晶配向剂的制备方法〉
[0278] 本发明的液晶配向剂的制备方法并无特别的限制,可采用一般的混合方法来制 备。举例而言,先将以上述方式制备而成的聚合物(A)、聚硅氧烷(B)、光聚合性化合物(C) 混合均匀形成混合物。接着,于温度为〇°C至200°C的条件下添加溶剂(D),并选择性地加入 添加剂(E),最后以搅拌装置持续搅拌至溶解即可。另外,较佳的是于20°C至60°C的温度下 添加溶剂(D)。
[0279] 在25°C下,本发明的液晶配向剂的粘度通常为15cps至35cps,较佳为17cps至 33cps,且更佳为 20cps 至 30cps。
[0280] 〈液晶配向膜的形成方法〉
[0281] 将本发明的液晶配向剂涂布在基板后,必要时通过预烤(pre-bake)、后烤 (post-bake)等加热处理所得的涂膜来直接作为液晶配向膜使用。又,可对该涂膜进行摩擦 (rubbing)、照射偏振光或特定波长的光等、或离子束等处理,又,或在将电压施加于液晶充 填后的液晶显示元件的状态下照射紫外线,以作为表面控制垂直配向膜。
[0282] 此时,所使用的基板只要是透明性高的基板即可,并无特别限定。基板例如是玻璃 板、聚碳酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚醚砜、聚芳酯、聚氨酯(polyurethane)、聚砜、聚醚、 聚醚酮、三甲基戊烯、聚烯烃、聚对苯二甲酸乙二酯、(甲基)丙烯腈、三乙酸纤维素、二乙酸 纤维素或乙酸丁酸纤维素 (cellulose acetate butyrate)等。而就制程简单化的观点而 言,基板较佳为使用形成有液晶驱动用的铟锡氧化物(Indium Tin 〇Xide,ITO)电极等的基 板。又,反射型液晶显示元件若为仅单侧基板时,也可使用硅晶圆等不透明物,另外,此时的 电极也可使用铝等反射光的材料。
[0283] 液晶配向剂的涂布方法并无特别限定,例如是网版印刷(screen printing)、平 板印刷(offset printing)、柔版印刷(flexo printing)等的印刷法、喷墨法、喷涂法、辑涂 布法、浸渍、狭缝涂布(slit coating)、旋转涂布等。从生产性方面来看,工业上广泛采用的 转印印刷法也可适用于本发明。
[0284] 以上述的方法涂布液晶配向剂后,经预烤及后烤处理可形成涂膜。涂布液晶配 向剂后的预烤步骤,虽非必要,但涂布后至后烤的时间,各基板均未固定时,或涂布后未马 上后烤时,较佳为进一步进行预烤步骤。此预烤步骤只要是因基板的搬送等不会使涂膜形 状变形的程度下,使有机溶剂挥发即可。预烤处理的条件并无特别限定,例如是在40°C至 150°C的任意温度下进行,较佳为50°C至120°C,更佳为60°C至100°C。预烤处理可于0. 1 分钟至30分钟的任意时间内进行,较佳为进行0. 5分钟至15分钟,更佳为进行1分钟至5 分钟。
[0285] 后烤处理的条件并无特别限定,例如是在100°C至350°C的任意温度下进行,较佳 为120°C至300°C,更佳为150°C至250°C。后烤处理可于5分钟至240分钟的任意时间内 进行,较佳为进行10分钟至100分钟,更佳为进行20分钟至90分钟。上述加热可通过一 般公知方法,例如可以加热板、热风循环炉或红外线炉进行加热。
[0286] 后烤后所得的液晶配向膜的厚度并无特别限定,例如可为1至lOOOnm,较佳为5至 500nm,更佳为 10 至 300nm。
[0287] 〈液晶显示元件及其制造方法〉
[0288] 本发明的液晶显示元件包括由本发明的液晶配向剂所形成的液晶配向膜。本发明 的液晶显示元件可以如下述方法制造。
[0289] 详言之,本发明的液晶显示元件可通过上述方法于基板上形成液晶配向膜后,以 公知方法制作液晶晶胞(cell)而得。液晶显示元件的具体例,例如具备液晶晶胞的垂直配 向型液晶显示元件,其中液晶晶胞具有:对向配置的2片基板、设置在基板间的液晶层,以 及设置在基板与液晶层之间并通过本发明的液晶配向剂所形成的上述液晶配向膜。
[0290] 具体而言,具备液晶晶胞的垂直配向型液晶显示元件,其中液晶晶胞是由以下方 式来制作:将本发明的液晶配向剂涂布在2片基板上,并通过预烤及后烤处理而形成液晶 配向膜,接着,使此液晶配向膜以对向的方式配置2片基板,并于此2片基板之间挟持着以 液晶构成的液晶层,即接触液晶配向膜而设置液晶层,最后,对液晶配向膜及液晶层施加 电压,同时照射紫外线。
[0291] 如上述使用通过本发明的液晶配向剂所形成的液晶配向膜,一边对液晶配向膜及 液晶层施加电压,一边照射紫外线,而使聚合性化合物进行聚合,同时使聚硅氧烷所具有的 聚合性不饱和基彼此进行反应,或者使该聚合性不饱和基与聚合性化合物进行反应,可使 液晶的配向更有效率地被固定化,而形成耐紫外线衰退性佳与无色相不均的液晶显示元 件。
[0292] 将此液晶层挟持于2片基板间的方法,例如是下述两种公知的方法:
[0293] (方法一)
[0294] 准备形成有液晶配向膜的一对基板,在其中一片基板的液晶配向膜上散布珠粒 (beads)等的间隔物(spacer),并使该二液晶配向膜以对向的方式再贴合另一片基板,接 着减压注入液晶,并且进行封止。
[0295] (方法二)
[0296] 准备形成有液晶配向膜的一对基板,在其中一片基板的液晶配向膜上散布珠粒等 的间隔物后,将液晶滴下,然后使该二液晶配向膜以对向的方式再贴合另一片基板,并且进 行封止。
[0297] 在上述两种方法中,间隔物的厚度,较佳为ΙμL?至30μπ?,更佳为2μπ?至ΙΟμL?。
[0298] 对液晶配向膜及液晶层施加电压、同时照射紫外线而制造液晶晶胞的步骤,例如 将电压施加于设置于基板上的电极间,以对液晶配向膜及液晶层外加电场,保持此电场的 状态下,照射紫外线。其中,对电极间施加的电压,例如5Vp-p至30Vp-p,较佳为5Vp-p至 20Vp-p。紫外线的照射量,例如1J至60J,较佳为40J以下,更佳为10J以下。紫外线照射 量越少,越能抑制因构成液晶显示元件的液晶或材料的破坏所产生的信赖性低下,且通过 减少紫外线照射时间可提高制造效率。本发明即使以较少的紫外线照射量也可提高响应速 度,因此即使以例如5J程度的低照射量,也可形成响应速度充分快速的液晶显示元件。
[0299] 如此,对液晶配向膜及液晶层施加电压,同时照射紫外线时,可使聚合性化合物进 行反应形成聚合物,除此之外,聚硅氧烷所具有的聚合性不饱和基也可在紫外线照射时彼 此间进行反应,或者与聚合性化合物进行反应。通过上述反应,可使液晶配向膜获得较佳的 固化结构,使得所得的液晶显示元件具有耐紫外线衰退性佳与无色相不均的性质。
[0300] 另外,上述液晶配向剂不仅可作为制造表面控制垂直配向型(SCVA)液晶显示器 等垂直配向方式的液晶显示元件用的液晶配向剂使用,也可适用于通过摩擦处理或光配向 处理所制作的液晶配向膜的用途。
[0301] 上述液晶包括向列型液晶或碟状型液晶等。液晶的具体例包括但不限于具有正 介电异方向性的液晶,其可以使用例如联苯类液晶(biphenyl-based liquid crystals)、 苯基环己烧类液晶(phenyl cyclohexane-based liquid crystal)、酯类液晶、三联苯类 液晶(terphenyl liquid crystal)、联苯基环己烧类液晶(biphenyl cyclohexane-based liquid crystals)、啼啶类液晶(pyrimidine-based liquid crystals)、二恶烧类液晶 (dioxane-based liquid crystals)、双环辛烧类液晶(bicyclooctane-based liquid crystals)、立方烧类液晶(cubane-based liquid crystals),或上述液晶的组合。此外, 在前述液晶中还可以进一步添加例如氯化胆留醇(cholesteryl chloride)、胆留醇壬酸 酯(cholesteryl nonabenzoate)、胆留醇碳酸酯(cholesteryl carbonate)等胆留型液晶 (cholesteric liquid crystal);以商品名「C-15」、「CB_15」(默克公司制造)进行销售的 手性剂;对癸氧基苯亚甲基-对胺基-2-甲基丁基肉桂酸酯(p-decyloxybenzylidene-p-a mino-2-methyl butyl cinnamate)等强介电性液晶(ferroelectric liquid crystal)等 进行使用。
[0302] 另外,液晶的具体例也可包括具有负介电异方向性的液晶,其可以使用例如二氰 基苯类液晶(dicyanobenzene-based liquid crystal)、?达嗪类液晶(pyridazine-based liquid crystal)、希夫喊类液晶(Schiff base-based liquid crystal)、氧化偶氮类液晶 (azoxy-based liquid crystal)、耳关苯类液晶(biphenyl-based liquid crystal)、苯基环 己烧类液晶(phenyl cyclohexane-based liquid crystal),或上述液晶的组合。
[0303] 本发明将就以下实施例来作进一步说明,但应了解的是,该等实施例仅为例示说 明,而不应被解释为本发明实施的限制。
[0304] 聚合物(A)的合成例
[0305] 以下说明聚合物(A)的合成例A-1-1至合成例A-1-5 :
[0306] 合成例 A-1-1
[0307] 在容积500毫升的四颈烧瓶上设置氮气入口、搅拌器、冷凝管及温度计,并导入 氮气。然后,在四颈烧瓶中,加入4. 86克(0.045摩尔)的对-二胺苯(简称为a2-l)、1.91 克(0.005摩尔)的由式(11-12)表示的二胺化合物(简称为a2-4)以及80克的N-甲 基-2-吡酪烷酮(简称为NMP),并于室温下搅拌至溶解。接着,加入9. 80克(0. 05摩尔) 的1,2, 3, 4-环丁烷四羧酸二酐(简称为al-Ι)及20克的NMP,并在室温下反应2小时。待 反应结束后,将反应溶液倒入1500毫升水中,以使聚合物析出。然后,过滤所得的聚合物, 并重复以甲醇清洗及过滤三次,置入真空烘箱中,以温度60°C进行干燥后,即可得聚合物 (A-1-1) 〇
[0308] 合成例A-1-2至合成例A-1-5
[0309] 合成例A-1-2至合成例A-1-5是以与合成例A-1-1相同的步骤来分别制备聚合 物(A-1-2)至聚合物(A-1-5),并且其不同处在于:改变单体的种类及其使用量(如表1所 示)。
[0310] 以下说明聚合物(A)的合成例A-2-1至合成例A-2-10 :
[0311] 合成例 A-2-1
[0312] 在容积500毫升的四颈烧瓶上设置氮气入口、搅拌器、冷凝管及温度计,并导入氮 气。然后,在四颈烧瓶中,加入4. 86克(0.045摩尔)的对-二胺苯(简称为a2-l)、1.91 克(0.005摩尔)的由式(11-12)表示的二胺化合物(简称为a2-4)以及80克的N-甲 基-2-吡酪烷酮(简称为NMP),并于室温下搅拌至溶解。接着,加入9. 80克(0. 05摩尔) 的1,2, 3, 4-环丁烷四羧酸二酐(简称为al-Ι)及20克的NMP。于室温下反应6小时后,加 入97克的NMP、2. 55克的醋酸酐及19. 75克的吡啶,升温至60°C,且持续搅拌2小时,以进 行酰亚胺化反应。待反应结束后,将反应溶液倒入1500毫升水中,以使聚合物析出。然后, 过滤所得的聚合物,并重复以甲醇清洗及过滤三次,置入真空烘箱中,以温度60°C进行干燥 后,即可得聚合物(A-2-1)。
[0313] 合成例A-2-2至合成例A-2-10
[0314] 合成例A-2-2至合成例A-2-10是以与合成例A-2-1相同的步骤来分别制备聚合 物(A-2-2)至聚合物(A-2-10),并且其不同处在于:改变单体的种类及其使用量(如表1所 示)。
[0315] 表1中简称所对应的化合物如下所示。
[0316]
[0317]
[0318] Lu^iyj

[0320] 聚硅氧烷⑶的合成例
[0321] 以下说明聚硅氧烷(B)的合成例B-1至合成例B-6 :
[0322] 合成例B-l
[0323] 在容积500毫升的三颈烧瓶上设置搅拌器、冷凝管及温度计。然后,在三颈烧瓶 中,加入0.50摩尔的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(以下简称为GMPTS)、0. 30摩 尔的2-缩水甘油醚基乙基三甲氧基硅烷(以下简称为GETMS)、0. 1摩尔的甲基三甲氧基 硅烷(以下简称MTMS)、0. 10摩尔的二甲基二甲氧基硅烷(以下简称为DMDMS)以及6克 的丙二醇单甲基醚(以下简称为PGME),并于室温下一边搅拌一边于30分钟内添加三乙胺 (Triethylamine,以下简称为TEA)水溶液(20克TEA/200克H 20)。接着,将三颈烧瓶浸渍 在30°C的油浴中并搅拌30分钟,然后在30分钟内将油浴升温至90°C,待溶液的内温达到 75°C时,持续加热搅拌进行聚缩合6小时。待反应结束后,取出有机层并使用0. 2重量%的 硝酸铵水溶液进行清洗后,即可获得含聚硅氧烷化合物的溶液。
[0324] 接着,将0. 06
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