CN101634778A - 液晶取向剂、液晶取向膜及液晶显示元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液晶取向剂、液晶取向膜及液晶显示元件。一种液晶取向剂,其含有将1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐以及1,4-二氨基环己烷、二环[2.2.1]庚烷-2,6-双(甲基胺)、1,3-双(氨基甲基)环己烷、异佛尔酮或这些二胺的烷基取代体作为四羧酸二酐及二胺化合物的至少一部分得到的聚酰胺酸、其酰亚胺化聚合物或其它酰亚胺化聚合物的混合物,其中酰胺酸结合单元的比例占5-80%的液晶取向剂。提供一种具有高电压保持率和低像残留特性的液晶取向剂。
Description
技术领域
本发明涉及液晶取向剂、液晶取向膜及液晶显示元件,详细地涉及具有高电压保持率,像残留特性(焼き付き特性)与使用温度无关地良好的液晶取向剂、由该液晶取向剂得到的液晶取向膜及具有该膜的液晶显示元件。
背景技术
以往,已知下述TN型液晶显示元件,该TN型液晶显示元件具有在隔着透明导电膜于表面上形成液晶取向膜的两枚基板之间形成具有正介电各向异性的向列型液晶层,形成夹层结构的盒(セル),使上述液晶分子的长轴从一方基板向另一方基板连续扭90度得到的TN(Twisted Nematic,扭曲向列型)型液晶盒。
此外,还存在一种通过添加手性试剂,使该液晶分子的长轴在基板间形成180度以上的连续扭曲状态,利用由此产生的双折射效果的STN(Super TwistedNematic,超扭曲向列型)型液晶显示元件。再有,最近还开发出在相对基板之间形成具有负介电各向异性的垂直(ホメオトロピツク)取向状态的向列液晶层、或螺旋轴与基板法线呈平行状态的胆甾型液晶层,并向这些液晶层中添加色素的主客(guest-host)型的反射液晶显示元件。这些液晶显示元件中的液晶取向,通常,利用实施了摩擦处理(ラビング処理)的液晶取向膜来实现。这里,作为构成液晶显示元件的液晶取向膜材料,以往已知聚酰亚胺、聚酰胺以及聚酯等。特别是聚酰亚胺,耐热性、与液晶的亲和性、机械强度等良好,多数的液晶显示元件中使用。
目前,开展以液晶显示元件的高精细化为代表的提高显示质量、降低电力消耗等的研究,作为高性能显示元件已获得惊人的发展,开发出具有高电压保持率、高可靠性、低像残留特性的液晶显示元件。但是近年来,除了以往的透过外应用范围正在向反射型、半透过型的液晶显示元件扩大。伴随着对液晶取向膜的性能要求变得越来越严格,尤其是以低像残留为目的液晶显示元件中,对像残留特性的要求变得严格,还不能说当前的液晶显示元件具有完美的性能。到目前为止,在由作为聚酰亚胺前体的聚酰胺酸、具有其脱水闭环后所得构造的酰亚胺系聚合物等形成的液晶取向膜中,使用该液晶取向膜制造液晶显示元件时,即使液晶取向能力好并获得充分的电压保持率、信赖性,但由于使用温度像残留特性差的取向剂大量存在。
发明内容
本发明的目的是提供一种作为液晶取向膜有用的液晶取向剂,该液晶取向剂包含作为聚酰亚胺的前体的聚酰胺酸和/或聚酰亚胺,可实现高电压保持率,而且与使用温度无关地显示低像残留特性。
本发明的另一目的是提供由上述液晶取向剂得到的具有上述优异性能的液晶取向膜。
本发明的再一目的是提供具有本发明的液晶取向膜的液晶显示元件。
本发明的其它目的及优点,由以下说明会更加明确。
根据本发明,本发明的上述目的及优点第1,通过如下液晶取向剂达到,该液晶取向剂的特征在于包含聚合物,所述聚合物具有聚酰胺酸结合单元和下式(I-2)表示的酰亚胺结合单元,其中所述聚酰胺酸结合单元具有下式(I-1)表示的重复单元,而且相对于酰胺酸结合单元和酰亚胺结合单元的总结合单元数,酰胺酸结合单元数的比例占5-80%。
(其中,P1为4价有机基团,含有下式(A)表示的4价有机基团;
Q1为2价有机基团,具有下式(B)、(C)、(D)或(E)分别表示的结合单元的至少1种,R1-R11相互独立地为氢或者碳数为1-4的烷基。)
(其中,P2为4价有机基团,Q2为2价有机基团。)
根据本发明,本发明的上述目的及优点第2通过由本发明的液晶取向剂形成的液晶取向膜达成。
根据本发明,本发明的目的及优点第3通过具有本发明的液晶取向膜的液晶显示元件达成。
附图说明
图1是为像残留试验而制成的具有ITO电极的盒(セル)说明图。
具体实施方式
下面,对本发明进行详细说明。
本发明的液晶取向剂含有具有上式(I-1)表示的重复单元和上式(I-2)表示的重复单元的聚合物。
该聚合物可以是具有上式(I-1)表示的重复单元的聚酰胺酸和具有上式(I-2)表示的重复单元的聚酰亚胺的混合物,也可以是同时具有上式(I-1)表示的重复单元和上式(I-2)表示的重复单元的部分酰亚胺化聚合物。且,除上述聚酰胺酸/聚酰亚胺混合物、部分酰亚胺化聚合物外,还可以添加不具有上式(B)~(E)表示的4价有机基团的聚酰胺酸。
上述聚酰胺酸可由四羧酸二酐和二胺化合物开环加成聚合得到。聚酰亚胺通常由聚酰胺酸脱水闭环得到。部分酰亚胺化聚合物通常可通过将酰胺酸预聚物和酰亚胺预聚物结合,合成嵌段共聚物的方法得到。
相对于酰胺酸结合单元和酰亚胺结合单元的总结合单元数,酰胺酸结合单元数的比例必须是5-80摩尔%。优选是50-80摩尔%。低于5摩尔%时像残留特性降低,超过80摩尔%则电压保持率降低的不良情况可能会出现。
<聚酰胺酸及聚酰亚胺>
[四羧酸二酐]
上式(I-1)表示的重复单元(酰胺酸单元)中P1表示的4价有机基团和上式(I-2)表示的重复单元(酰亚胺单元)中P2表示的4价有机基团,都是来自四羧酸二酐的基团。
上式(I-1)中的P1具有下式(A)表示的4价有机基团。
上式(A)表示的4价有机基团来自1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐。此外,作为构成P1或P2的四羧酸二酐,除1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐外,作为优选的还可举出2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐及1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮的至少任意一种。
作为聚酰胺酸或聚酰亚胺的合成中使用的其它四羧酸二酐,可以使用例如丁烷四羧酸二酐、1,2-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,3-二氯-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-四甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐、1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二环己基四羧酸二酐、3,5,6-三羧基降冰片烷-2-醋酸二酐、2,3,4,5-四氢呋喃四羧酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮,1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-乙基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-7-甲基-5(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-7-乙基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-乙基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5,8-二甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二氧代四氢呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸二酐、二环[2.2.2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、3-氧杂二环[3.2.1]-辛烷-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氢呋喃-2’,5’-二酮)、下式(II)及(III)分别表示的化合物等脂肪族及脂环式四羧酸二酐;
(式中,R1及R3为具有芳香环的2价有机基团,R2及R4表示氢原子或烷基,存在的多个R2及R4可以分别相同,也可以分别不同。)
3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基砜四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基醚四羧酸二酐、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、4,4’-双(3,4-二羧基苯氧基)二苯硫二酐、4,4’-双(3,4-二羧基苯氧基)二苯砜二酐、4,4’-双(3,4-二羧基苯氧基)二苯基丙烷二酐、3,3’,4,4’-全氟异亚丙基二邻苯二甲酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐、双(邻苯二甲酸)苯基氧化膦二酐、对亚苯基-双(三苯基邻苯二甲酸)二酐、间亚苯基-双(三苯基邻苯二甲酸)二酐、双(三苯基邻苯二甲酸)-4,4’-二苯醚二酐、双(三苯基邻苯二甲酸)-4,4’-二苯基甲烷二酐、乙二醇-双(偏苯三酸酐酯)(エチレングリコ一ル一ビス(アルヒドロトリメリテ一ト))、丙二醇-双(偏苯三酸酐酯)(プロピレングリコ一ル一ビス(アンヒドロトリメリテ一ト))、1,4-丁烷二醇-双(偏苯三酸酐酯)(1,4-ブタンジオ一ル一ビス(アンヒドロトリメリテ一ト))、1,6-己二醇-双(偏苯三酸酐酯)(1,6-ヘキサンジオ一ル一ビス(アンヒドロトリメリテ一ト)))、1,8-辛烷二醇-双(偏苯三酸酐酯)(1,8-オクタンジオ一ル一ビス(アンヒドロトリメリテ一ト)))、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷-双(偏苯三酸酐酯)(2,2-ビス(4-ヒドロキシフエニル)プロパン一ビス(アンヒドロトリメリテ一ト)))、下式(1)-(4)表示的化合物等芳香族四羧酸二酐。这些其它的四羧酸二酐可以单独使用1种,或将2种以上组合使用。
这些其它的四羧酸二酐中,从表现良好的液晶取向性的角度考虑,优选丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐、5-(2,5-二氧代四氢呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸二酐、二环[2.2.2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、3-氧杂二环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氢呋喃-2’,5’-二酮)、上式(II)表示的化合物之中的下式(5)-(7)分别表示的化合物和上式(III)表示的化合物之中的下式(8)表示的化合物。
[二胺化合物]
上式(I-1)表示的重复单元(酰胺酸结合单元)中的Q1表示的2价有机基团和上式(I-2)表示的重复单元(酰亚胺结合单元)中的2价有机基团都是来自二胺化合物的基团。
上式(I-1)中的Q1具有下式(B)-(E)分别表示的2价有机基团中的至少1种。
(其中,R1-R11相互独立地为氢或碳数1-4的烷基。)
作为提供上述2价有机基团(B)-(E)的二胺化合物具体实例,可优选举出1,4-二氨基环己烷、二环[2.2.1]庚烷-2,6-双(甲基胺)、1,3-双(氨基甲基)环己烷、下式(9)表示的化合物等。
作为用于合成聚酰胺酸或聚酰亚胺的其它二胺化合物,可以列举例如对苯二胺、间苯二胺、4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基乙烷、4,4’-二氨基二苯硫、4,4’-二氨基二苯砜、3,3’-二甲基4,4’-二氨基联苯、4,4’-二氨基苯甲酰苯胺、4,4’-二氨基二苯醚、1,5-二氨基萘、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、5-氨基-1-(4’-氨基苯基)-1,3,3-三甲基茚满、6-氨基-1-(4’-氨基苯基)-1,3,3-三甲基茚满、3,4’-二氨基二苯醚、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-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯、9,9-双(4-氨基苯基)-10-氢蒽、2,7-二氨基芴、9,9-双(4-氨基苯基)芴、4,4’-亚甲基-双(2-氯苯胺)、2,2’,5,5’-四氯-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二氯-4,4’-二氨基-5,5’-二甲氧基联苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二氨基联苯、1,4,4’-(对亚苯基异亚丙基)双苯胺、4,4’-(间亚苯基异亚丙基)双苯胺、2,2’-双[4-(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4,4’-二氨基-2,2’-双(三氟甲基)联苯、4,4’-双[(4-氨基-2-三氟甲基)苯氧基]-八氟联苯、4-(4’-三氟甲氧基苯甲酰氧基)环己基-3,5-二氨基苯甲酸酯等芳香族二胺;
1,1-间苯二甲胺、1,3-丙二胺、四亚甲基二胺、五亚甲基二胺、六亚甲基二胺、七亚甲基二胺、八亚甲基二胺、九亚甲基二胺、四氢亚二环戊二烯基二胺、六氢-4,7-亚甲基茚满基二亚甲基二胺(ヘキサヒドロ一4,7-メタノインダニレンジメチレンジアミン)、三环[6.2.1.02,7]-亚十一烷基二甲基二胺、1,4-环己烷二胺、4,4’-亚甲基双(环己胺)等脂肪族及脂环式二胺:
2,3-二氨基吡啶、2,6-二氨基吡啶、3,4-二氨基吡啶、2,4-二氨基嘧啶、5,6-二氨基-2,3-二氰基吡嗪、5,6-二氨基-2,4-二羟基嘧啶、2,4-二氨基-6-二甲基氨基-1,3,5-三嗪、1,4-双(3-氨基丙基)哌嗪、2,4-二氨基-6-异丙氧基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-甲氧基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-苯基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-甲基-s-三嗪、2,4-二氨基-1,3,5-三嗪、4,6-二氨基-2-乙烯基-s-三嗪、2,4-二氨基-5-苯基噻唑、2,6-二氨基嘌呤、5,6-二氨基-1,3-二甲基尿嘧啶、3,5-二氨基-1,2,4-三唑、6,9-二氨基-2-乙氧基吖啶乳酸酯、3,8-二氨基-6-苯基菲啶、1,4-二氨基哌嗪、3,6-二氨基吖啶、双(4-氨基苯基)苯基胺及下式(IV)-(V)分别表示的化合物
等分子内具有2个伯氨基及伯氨基之外的氮原子的二胺;
(式中,R5表示具有从吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶及哌嗪中选择的含有氮原子的环结构的1价有机基团,X表示2价有机基团。)
(式中,X为具有从吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶及哌嗪中选择的含有氮原子的环结构的2价有机基团,R6表示2价有机基团,存在的多个X可以相同也可以不同。)
下式(VI)表示的单取代苯二胺;下式(VII)表示的二氨基有机硅氧烷;
(式中,R7表示选自-O-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-和-CO-中的2价有机基团,R8表示具有选自类甾类骨架(ステロイド骨格)、三氟甲基及氟基中的基团的1价有机基团或者碳数为6-30的烷基)。
(式中,R9表示碳数为1-12的烃基,存在的多个R9可以相同也可以不同,p是1-3的整数,q是1-20的整数。)
下式(10)-(14)分别表示的化合物等。这些其它的二胺化合物可以单独使用或将2种以上组合使用。
(式中,y为2-12的整数,z为1-5的整数)
这些其它的二胺化合物中,优选对苯二胺、4,4’-二氨基二苯基甲烷、1,3-双(氨基甲基)环己烷、4,4’-二氨基二苯硫、1,5-二氨基萘、2,7-二氨基芴、4,4’-二氨基二苯醚、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、9,9-双(4-氨基苯基)芴、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、4,4’-(对亚苯基二异亚丙基)双苯胺、4,4’-(间亚苯基二异亚丙基)双苯胺、1,4-环己烷二胺、4,4’-亚甲基双(环己胺)、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、4,4’-双(4-氨基苯氧基)联苯、4-(4’-三氟甲氧基苯甲酰氧基)环己基-3,5-二氨基苯甲酸酯、上式(10)-(14)分别表示的化合物、2,6-二氨基吡啶、3,4-二氨基吡啶、2,4-二氨基嘧啶、3,6-二氨基吖啶、上式(IV)表示的化合物中的下式(15)表示的化合物、上式(V)表示的化合物中的下式(16)表示的化合物及上式(VI)表示的化合物中的下式(17)-(23)、4-(4’-三氟甲氧基苯甲酰氧基)环己基-3,5-二氨基苯甲酸酯、(VII)表示的化合物中的双氨基丙基四甲基二硅氧烷、分别表示的化合物。
[聚酰胺酸的合成反应]
对于向聚酰胺酸合成反应提供的四羧酸二酐和二胺化合物的使用比例,优选相对于二胺化合物所含有的氨基1当量,四羧酸二酐的酸酐基为0.2-2当量的比例,进一步优选为0.3-1.2当量的比例。
聚酰胺酸的合成反应在有机溶剂中、优选在-20-150℃、更优选在0-100℃的温度条件下进行。这里,作为有机溶剂,只要能将合成的聚酰按酸溶解就可以,没有特别的限制,例如可列举N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺,N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯、四甲基脲、六甲基磷酸三酰胺等非质子系极性溶剂;间甲酚、二甲苯酚、苯酚、卤代苯酚等酚系溶剂。此外,有机溶剂的使用量(a)优选使四羧酸二酐及二胺化合物的总量(b)相对于反应溶液的总量(a+b)达到0.1-30重量%的量。
[不良溶剂]
要说明的是,上述有机溶剂中在生成的聚酰胺酸不析出的范围可以并用作为聚酰胺酸的不良溶剂的醇、酮、酯、醚、卤代烃、烃等。作为这种不良溶剂的具体例子,例如可列举甲醇、乙醇、异丙醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、三甘醇、乙二醇单甲基醚、乳酸乙酯、乳酸丁酯、丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲基甲氧基丙酸酯、乙基乙氧基丙酸酯、草酸二乙酯、丙二酸二乙酯、乙醚、乙二醇甲基醚、乙二醇乙基醚、乙二醇正丙基醚、乙二醇异丙基醚、乙二醇正丁基醚、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙基醚醋酸酯、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、二乙二醇单甲基醚醋酸酯、二乙二醇单乙基醚醋酸酯、四氢呋喃、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁烷、三氯乙烷、氯苯、邻二氯苯、己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯、二甲苯等。
如上得到溶解聚酰胺酸而成的反应溶液。该反应溶液可以直接供于液晶取向剂的配制,也可以将反应液中含有的聚酰胺酸分离之后提供给液晶取向剂的配制,或者将分离的聚酰胺酸纯化后提供给液晶取向剂的配制。聚酰胺酸的分离可通过将上述反应溶液注入到大量的不良溶剂中得到析出物,将该析出物在减压下干燥的方法,或者,用真空干燥器减压蒸馏掉反应溶液的方法进行。此外,进行1次或多次通过将该聚酰胺酸再溶解到有机溶剂中,接着使其在不良溶剂中析出的方法,或者通过真空干燥器减压蒸馏的工序,可纯化聚酰胺酸。
[酰亚胺化聚合物]
构成本发明的液晶取向剂的酰亚胺化聚合物,如上所述可通过使聚酰胺酸脱水闭环调制。本发明中使用的聚酰亚胺可以是酰亚胺化率不到100%的、部分脱水闭环的聚酰亚胺。这里所说的“酰亚胺化率”是以百分率表示的具有酰亚胺环或异酰亚胺环的重复单元在聚合物的全部重复单元中的比率的值。聚酰胺酸的脱水闭环的方法有,(i)通过对聚酰胺酸进行加热的方法,或(ii)将聚酰胺酸溶解在有机溶剂中,向该溶液中添加脱水剂和脱水闭环催化剂,根据需要进行加热的方法。
上述(i)将聚酰胺酸加热的方法中的反应温度优选50-200℃,更优选60-170℃。反应温度不到50℃时,脱水闭环反应难以充分进行,反应温度超过200℃,有时得到的酰亚胺聚合物的分子量低。
另一方面,上述(ii)向聚酰胺酸溶液中添加脱水剂及脱水闭环催化剂的方法中,作为脱水剂,例如可以使用醋酸酐、丙酸酐、三氟醋酸酐等酸酐,相对于聚酰胺酸的重复单元1摩尔,脱水剂的使用量优选为0.01-20摩尔。此外,作为脱水闭环催化剂,例如可以使用吡啶、三甲基吡啶、二甲基吡啶、三乙基胺等叔胺。但是,不是只限定于这几种物质。相对1摩尔的所用脱水剂,脱水闭环催化剂的使用量优选为0.01-10摩尔。作为脱水闭环反应中使用的有机溶剂,可以使用聚酰胺酸合成时作为例子列出的有机溶剂。脱水闭环反应的反应温度优选为0-180℃,更优选为10-150℃。
通过上述方法(i)得到的酰亚胺化聚合物可以直接提供给液晶取向剂的配制,或者将得到的酰亚胺化聚合物纯化后提供给液晶取向剂的配制。另一方面,上述方法(ii)中得到含有酰亚胺化聚合物的反应溶液。该反应溶液除去脱水剂和脱水闭环催化剂后可以直接提供给液晶取向剂的配制,也可以将酰亚胺化聚合物分离后提供给液晶取向剂的配制,或者将酰亚胺化聚合物纯化后提供给液晶取向剂配制。从反应溶液中除去脱水剂及脱水闭环催化剂可采用例如溶剂置换等方法。酰亚胺化聚合物的分离、纯化,可通过和上述提到的聚酰胺酸的分离纯化方法相同的操作进行。
[末端修饰]
上述聚酰胺酸及酰亚胺化聚合物,可以是调节了分子量的末端修饰型物质。通过使用该末端修饰型的聚合物,可不损害本发明的效果地改善液晶取向剂的涂布特性等。该末端修饰型物质可通过在合成聚酰胺酸时向反应体系中添加酸单酐(酸一無水物)、单胺化合物、单异氰酸酯化合物等合成。这里,作为酸单酐,例如可以列举马来酸酐、邻苯二甲酸酐、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、正十六烷基琥珀酸酐等。此外,作为单胺化合物,例如可以列举苯胺、环己基胺、正丁基胺、正戊基胺、正己基胺、正庚基胺、正辛基胺、正壬基胺、正癸基胺、正十一烷基胺、正十二烷基胺、正十三烷基胺、正十四烷基胺、正十五烷基胺、正十六烷基胺、正十七烷基胺、正十八烷基胺、正二十烷基胺等。此外,作为单异氰酸酯化合物,例如可以使用异氰酸苯酯、异氰酸萘酯等。
[溶液粘度]
本发明的取向剂中使用的聚合物,优选当制成10重量%的溶液时粘度为20-800mPa·s,更优选粘度为30-500mPa·s。
聚合物的溶液粘度(mPa·s)是对以使用规定的溶剂稀释为规定的固体成分浓度的溶液,采用E型旋转粘度计在25℃下测定的。
<液晶取向剂>
本发明的液晶取向剂是将上述聚酰胺酸和酰亚胺化聚合物在有机溶剂中溶解制成。构成本发明液晶取向剂的上述聚合物以下述比例使用,相对于聚酰按酸结合单元和酰亚胺结合单元的总结合单元数,酰胺酸结合单元数占20-95%,酰亚胺结合单元数占5-80%。
作为构成本发明的液晶取向剂的有机溶剂,可以与在聚酰胺酸的合成反应中使用的溶剂相同。这些可以单独使用,或者将2种以上混合使用。此外,可适当选择与作为在聚酰胺酸合成反应时可并用的溶剂列举的不良溶剂相同的溶剂进行并用。特别优选的溶剂组成是在将上述溶剂组合得到的组成中,取向剂中的聚合物不会析出,而且取向剂的表面张力在25-40mN/m范围内的组成。
本发明的液晶取向剂中固体成分的浓度考虑粘性,挥发性等来选择,优选为1-10重量%。即,将本发明的液晶取向剂涂布在基板表面上,形成作为液晶取向膜的涂膜,固体成分浓度低于1重量%时,该涂膜的厚度过小,难以得到良好的液晶取向膜。固体成分浓度超过10重量%时,涂膜的厚度过大,难以得到良好的液晶取向膜,此外,液晶取向剂的粘性增大,涂布特性容易变差。即,特别优选的固体成分浓度范围随在基板上涂布液晶取向剂时的方法而不同。例如,使用旋涂法时优选1.5-4.5重量%范围。使用印刷法时,使固体成分浓度为3-9重量%,由此使溶液粘度在12-50mPa·s范围内是特别优选的。使用喷墨法时,使固体成分的浓度为1-5重量%范围,由此使溶液粘度在3-15mPa·s范围是特别优选的。
此外,制备本发明的液晶取向剂时的温度优选0-200℃,更优选20-60℃。
形成本发明的液晶取向膜的液晶取向剂,从提高和基板表面的粘合性的角度考虑,优选含有分子内具有至少一个环氧基的化合物(以下简称为“含有环氧基的化合物”)。作为含有环氧基的化合物,例如有乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、三丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、丙三醇二缩水甘油醚、2,2-二溴新戊二醇二缩水甘油醚、N,N,N’,N’,-四缩水甘油基-间苯二甲胺、1,3-双(N,N-二缩水甘油基氨基甲基)环己烷、N,N,N’,N’,-四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯基甲烷等。这些含有环氧基的化合物的配合比例,相对于100重量份聚合物,优选为40重量份以下,更优选为0.1-30重量份。
此外,本发明的液晶取向剂可以含有含官能性硅烷的化合物。作为这种含官能性硅烷的化合物,例如有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-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-三乙氧基甲硅烷基丙基三亚乙基三胺、N-三甲氧基甲硅烷基丙基三亚乙基三胺、10-三甲氧基甲硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、10-三乙氧基甲硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、9-三甲氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬基醋酸酯、9-三乙氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬基醋酸酯、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-双(氧亚乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-双(氧亚乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷等。
这些含官能性硅烷的化合物的配合比例,相对于100重量份优选为40重量份以下。
<液晶显示元件>
使用本发明的液晶取向剂得到的液晶显示元件例如可按如下方法制造。
(1)例如通过辊涂法、旋涂法、印刷法、喷墨法等将本发明的液晶取向剂涂布在设有形成图案的透明导电膜的基板的一个面上,接着,对涂布面加热形成涂膜。这里,作为基板,例如可使用浮法玻璃、钠玻璃等玻璃;聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚砜、聚碳酸酯等塑料制成的透明基板。作为设在基板的一个面上的透明导电膜,可以使用由氧化锡(SnO2)制成的NESA膜(美国PPG公司注册商标),由氧化铟-氧化锡(In2O3-SnO2)制成的ITO膜等。此外,这些透明导电膜的图案化可使用光蚀刻法、预先使用掩膜的方法。涂布液晶取向剂时,为了使基板表面及透明导电膜与涂膜的接合性更加良好,在基板的该表面上,可以预先涂布含有官能性硅烷的化合物、含有官能性钛的化合物等。液晶取向剂涂布后的加热温度例如为80-300℃,优选120-250℃。含有聚酰胺酸的本发明液晶取向剂,涂布后通过除去有机溶剂,形成作为取向膜的涂膜,也可进一步通过加热进行脱水闭环,形成酰亚胺化涂膜。形成的涂膜厚度优选为0.001-1μm,更优选0.005-0.5μm。
(2)例如使用卷绕了由尼龙、人造丝、棉花等纤维制成的布的辊按一定方向对形成的涂膜面擦拭,进行摩擦处理。由此,将液晶分子的取向性能付与涂膜,形成液晶取向膜。
此外,对利用本发明的液晶取向剂形成的液晶取向膜,例如像日本特开平6-222366号公报、日本特开平6-281937号公报中公开的那样,通过部分照射紫外线,改变预倾角的摩擦处理,或者像日本特开平5-107544号公报中公开的那样,在实施了摩擦处理的液晶取向膜表面上形成部分的抗蚀剂膜(レジスト膜),在与之前的摩擦处理不同的方向上进行摩擦处理之后,除去抗蚀剂膜,使液晶取向膜的液晶取向性能改变的处理,可以改善液晶显示元件的视野特性。
(3)如上所述制作2枚形成液晶取向膜的基板,将2枚基板通过间隙(盒间隙)相对设置,使各液晶取向膜的摩擦方向垂直或者逆向平行,该2枚基板的周边使用密封剂贴合,并向由基板表面及密封剂区分成的盒间隙内填充液晶,封闭注入口后构成液晶盒。通过在液晶盒的外表面,即,构成液晶盒的透明基板的一侧配置偏振膜,得到液晶显示元件。
这里,作为密封剂,例如可以使用含有固化剂和作为隔离物(スペ一サ一)的氧化铝球的环氧树脂等。
作为液晶,可以使用向列型液晶及层状液晶,其中更优选使用向列型液晶,例如可以使用席夫碱系液晶、氧化偶氮系液晶、联苯系液晶、苯基环己烷系液晶、酯系液晶、联三苯系液晶、联苯基环己烷系液晶、嘧啶系液晶,二噁烷系液晶、二环辛烷系液晶、立方烷系液晶等。此外,可以相这些液晶中添加胆甾醇氯化物、胆甾醇壬酸酯、胆甾醇碳酸酯等胆甾型液晶或以商品名“C-15”“CB-15”(メルク公司生产)销售的手性试剂等来使用。进一步,也可以使用对癸氧基苯亚甲基-对-氨基-2-甲基丁基肉桂酸酯等强介电性液晶。
此外,作为贴合在液晶盒外表面上的偏振膜,例如有,将一边使聚乙烯醇取向延伸一边吸收碘的被称为H膜的偏振膜用醋酸纤维素保护膜夹持得到的偏振膜或由H膜本身形成的偏振膜。
实施例
以下,通过实施例对本发明进行具体说明,但本发明不受这些实施例所限定。对实施例及比较例中酰亚胺化聚合物的酰亚胺化率、电压保持率、涂布性按以下方法评价。
[酰亚胺化聚合物的酰亚胺化率测定方法]
将酰亚胺化聚合物的溶液放入纯水中,将得到的沉淀在室温下减压干燥后,溶解到氘代二甲基亚砜中,以四甲基硅烷作为基准物质,在室温下测定1H-NMR,通过下式(ii)求出。
酰亚胺化率(%)=(1-A1/A2×α)×100--------(ii)
A1:来自NH基的质子的峰面积(10ppm)
A2:来自其它质子的峰面积
α:聚合物的前躯体(聚酰胺酸)中,其它的质子个数相对于NH基的质子1个的比例。
[电压保持率]
对液晶显示元件以60微秒的施加时间、167毫秒的间隔加5v电压后,测定施加电压解除之后167毫秒后的电压保持率。测定装置使用(株)东洋テクニカ制造的VHR-1。电压保持率为95%以上时,为良好,除此以外,为不好。
[像残留试验]
制造如图1所示具有ITO电极的盒。电极A上施加直流电压8.0V,电极B上施加直流电压0.5V,分别在40℃、80℃的温度下施加20小时。解除应力后,对电极A、B以0.1V的增值施加0.1-3.0V直流电压。根据各个电压下电极A、B的亮度差来判定像残留特性。亮度差大的情况判定为像残留特性差。
合成例1
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐179.34g(0.8摩尔)及1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮62.86g(0.2摩尔)、作为二胺化合物的对苯二胺82.46g(0.7625摩尔)、双氨基丙基四甲基二硅氧烷24.85g(0.1摩尔)、4,4’-二氨基二苯基甲烷19.83g(0.1摩尔)及4-(4′-三氟甲氧基苯甲酰氧基)环己基-3,5-二氨基苯甲酸酯13.15g(0.03摩尔)、作为单胺的苯胺1.40g(0.015摩尔)溶解在1,550g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时,得到溶液粘度为60mPa·s的聚酰胺酸溶液。在得到的聚酰胺酸中溶解1,920g的N-甲基-2-吡咯烷酮,添加吡啶237.4g及醋酸酐306.4g,于110℃下进行4小时的脱水闭环。酰亚胺化反应后,将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换(通过本操作将酰亚胺化反应中使用的吡啶、醋酸酐除去到体系外),得到固体成分浓度为15.0重量%、固体成分浓度为10重量%时(N-甲基-2-吡咯烷酮溶液)的溶液粘度为45mPa·s、固体成分浓度为6.0重量%时(N-甲基-2-吡咯烷酮溶液)的溶液粘度为12mPa·s、酰亚胺化率为88%的酰亚胺化聚合物(A-1)溶液1,500g。
合成例2
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐112.09g(0.50摩尔)及1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮157.15g(0.50摩尔)、作为二胺化合物的对苯二胺90.03g(0.8325摩尔)、双氨基丙基四甲基二硅氧烷24.85g(0.10摩尔)、及上式(23)表示的二胺化合物29.69g(0.06摩尔)、作为单胺的苯胺1.40g(0.015摩尔)溶解在970g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时,由此得到溶液粘度为55mPa·s的聚酰胺酸。在得到的聚酰胺酸中溶解2800g的N-甲基-2-吡咯烷酮,添加吡啶158.2g及醋酸酐204.2g,在110℃下进行4小时的脱水闭环。酰亚胺化反应后,将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换(通过本操作将酰亚胺化反应中使用的吡啶、醋酸酐除去到体系外),得到固体成浓度为17.0重量%、固体成分浓度为10重量%时(N-甲基-2-吡咯烷酮溶液)的溶液粘度为50mPa·s、固体成分浓度为6.0重量%时(N-甲基-2-吡咯烷酮溶液)的溶液粘度为13mPa·s、酰亚胺化率为93%的酰亚胺化聚合物(A-2)溶液1,600g。
合成例3
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐110g(0.5摩尔)及1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮160g(0.5摩尔)、作为二胺化合物的对苯二胺96g(0.865摩尔),1,3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷25g(0.1摩尔)、及3,6-双(4-氨基苯甲酰氧基)胆甾烷13g(0.02摩尔)、作为单胺的N-十八烷基胺8.1g(0.03摩尔)溶解在960gN-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时,由此得到溶液粘度为60mPa·s的聚酰胺酸溶液。接着,向得到的聚酰胺酸溶液中追加2,700gN-甲基-2-吡咯烷酮,添加吡啶400g及醋酸酐410g,在110℃进行4小时的脱水闭环。酰亚胺化反应后,将体系内的溶剂用未使用的γ-丁内酯进行溶剂置换(通过本操作将酰亚胺化反应中使用的吡啶、醋酸酐除去到体系外),得到固体成分浓度为15.0重量%、固体成分浓度为10重量%时(γ-丁内酯溶液)的溶液粘度为70mPa.s、固体成分浓度为6.0重量%时(γ-丁内酯溶液)的溶液粘度为16.0mPa.s、酰亚胺化率为95%的酰亚胺化聚合物(A-3)溶液1500g。
合成例4
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐224.17g(1.0摩尔)、作为二胺化合物的对苯二胺106.52g(0.985摩尔)、及胆甾烷基-3,5-二氨基苯甲酸酯7.842g(0.015摩尔)溶解在3100gN-甲基-2-吡咯烷酮中,于室温下反应3小时,得到溶液粘度为210mPa.s的聚酰胺酸溶液。接着,向得到的聚酰胺酸溶液中追加3400gN-甲基-2-吡咯烷酮,添加吡啶400g和醋酸酐300g,在110℃下进行4小时脱水闭环。酰亚胺化反应后,将体系内的溶剂用未使用的γ-丁内酯进行溶剂置换(通过本操作将酰亚胺化反应中使用的吡啶、醋酸酐除去到体系外)。得到固体成分浓度为9.0重量%、固体成分浓度为3.1重量%时的溶液粘度为15.0mPa·s、酰亚胺化率为90%的酰亚胺化聚合物(A-4)溶液2300g。
合成例5
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐112.09g(0.5摩尔)及1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮157.15g(0.5摩尔)、作为二胺化合物的对苯二胺87.86g(0.8125摩尔)、双氨基丙基四甲基二硅氧烷24.85g(0.1摩尔)、及4-(4’-三氟甲氧基苯甲酰氧基)环己基-3,5-二氨基苯甲酸酯35.07g(0.08摩尔)、作为单胺的苯胺1.40g(0.015摩尔)溶解在1250g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时,得到溶液粘度为55mPa·s的聚酰胺酸。向得到的聚酰胺酸中溶解2500g的N-甲基-2-吡咯烷酮,添加吡啶397.2g及醋酸酐410.1g,在110℃进行4小时的脱水闭环。酰亚胺化反应后,将体系内的溶剂用未使用的N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂置换(通过本操作将酰亚胺化反应中使用的吡啶、醋酸酐除去到体系外),得到固体成分浓度为17.0重量%、固体成分浓度为10重量%时(N-甲基-2-吡咯烷酮溶液)的溶液粘度为50mPa·s、固体成分浓度为6.0重量%时(N-甲基-2-吡咯烷酮溶液)的溶液粘度为13.0mPa·s、酰亚胺化率为95%的酰亚胺化聚合物(A-5)溶液1800g。
合成例6
将作为四羧酸二酐的1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐196.11g(1.0摩尔)、作为二胺化合物的1,3-双(氨基甲基)环己烷142.25g(1.0摩尔)溶解在2200g N-甲基-2-吡咯烷酮中,于40℃下反应3小时后,用2250gγ-丁内酯稀释。得到溶液粘度为180mPa·s的聚酰胺酸(聚酰胺酸(B-1))溶液。
合成例7
将作为四羧酸二酐的1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐196.11g(1.0摩尔)、作为二胺化合物的上式(9)表示的二胺化合物170.30g(1.0摩尔)溶解在3230gN-甲基-2-吡咯烷酮中,于40℃下反应3小时。得到溶液粘度为150mPa·s的聚酰胺酸(聚酰胺酸(B-2))溶液。
合成例8
将作为四羧酸二酐的1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐200g(1.0摩尔)、作为二胺化合物的2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯210g(1.0摩尔)溶解在370g N-甲基-2-吡咯烷酮、3300gγ-丁内酯中,于40℃下反应3小时,得到溶液粘度为160mPa·s的聚酰胺酸(聚酰胺酸(B-3))溶液。
合成例9
将作为四羧酸二酐的1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐98.05g(0.50摩尔)、苯均四酸二酐109.06g(0.50摩尔)、作为二胺化合物的4,4’-二氨基二苯醚200.24g(1.0摩尔)溶解在230g N-甲基-2-吡咯烷酮、2100gγ-丁内酯中,于25℃下反应3个小时。然后添加1400gγ-丁内酯,得到溶液粘度为200mPa·s的聚酰胺酸(聚酰胺酸(B-4))溶液。
实施例1
将合成例1得到的聚酰亚胺(A-1)、合成例6得到的聚酰胺酸(B-1)及合成例8得到的聚酰胺酸(B-3)按照聚酰亚胺(A-1)∶聚酰胺酸(B-1)∶聚酰胺酸(B-3)=10∶50∶40(重量比)溶解在γ-丁内酯/N-甲基-2-吡咯烷酮/丁基溶纤剂混合溶剂(重量比71/17/12)中,将作为含有环氧基的化合物的N,N,N’,N’-四缩水甘油基4,4’-二氨基二苯基甲烷按照100重量份聚合物溶解10重量份进行溶解形成固体成分浓度为3.5重量%的溶液,充分搅拌后,将该溶液用孔径为1μm的过滤器过滤,制成本发明的液晶取向剂。用旋转涂布器(转速:2500rpm,涂布时间:1分钟)将酰亚胺化率上述液晶取向剂涂布在厚度为1mm的玻璃基板的一个面上设置的由ITO膜形成的透明导电膜上,在200℃下干燥1小时,形成干燥膜厚为0.08μm的被膜。对该被膜利用具有缠绕人造丝制布的辊的摩擦器,以辊转速400rpm、台移动速度3cm/秒,绒头按压长度(毛足押し込み長さ)0.4mm进行摩擦处理。将上述液晶取向膜涂布基板在超纯水中超声波清洗1分钟后,在100℃清洁烘箱内干燥10分钟。接着,在一对透明电极/透明电极基板的上述液晶取向膜涂布基板的具有液晶取向膜的各外缘上,涂布加入了直径5.5μm氧化铝球的环氧树脂粘合剂后,以液晶取向膜面相对的方式重叠后压合,使粘合剂固化。接着,通过液晶注入口向基板间填充向列型液晶(メルク公司生产,MLC-6221)后,用丙烯酸系光固化粘合剂将液晶注入口封住,并在基板外侧的两个面上贴合偏振膜,制成液晶显示元件。评价所得液晶显示元件的电压保持率。本发明得到的液晶取向剂,电压保持率达到99%以上为高值。此外,进行像残留试验时,与应力温度不相关地显示出良好的结果。
实施例2、3及比较例1-5
将合成例1-5得到的聚酰亚胺(A-1)-(A-5)、及合成例6-9得到的聚酰胺酸(B-1)-(B-4)和作为含有环氧基的化合物的N,N,N’,N’-四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯基甲烷溶解在以γ-丁内酯为主成分的混合溶剂中,得到固体成分浓度为3.5重量%的溶液,用孔径为1μm的过滤器对该溶液进行过滤,调制本发明的液晶取向剂。使用如此调制的各液晶取向剂,和实施例1一样,在基板表面上形成被膜,使用形成该液晶取向膜的基板制成液晶显示元件。之后,评价电压保持率。此外,进行像残留试验。各结果分别示于表1。
表1
相对于聚合物100的导入量(重量比)
发明效果
利用本发明的液晶取向剂形成的液晶取向膜与以往的液晶取向膜相比,显示出较高的电压保持率,与使用温度无关的显示低像残留性,可适用于制成TN型液晶显示元件、STN型液晶显示元件、反射型液晶显示元件以及半透过型液晶显示元件等种种液晶显示元件。
本发明的液晶显示元件可有效地在各种装置中使用,例如,可用于台式计算机、手表、座钟、手机、计数显示板、文字处理器、个人电脑、液晶电视等显示装置。
Claims (5)
2.如权利要求1所述的液晶取向剂,其中P1或P2含有来源于从2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐和1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮中选择的至少一种四羧酸二酐的4价有机基团。
3.如权利要求1所述的液晶取向剂,其中,相对于上述聚合物100重量份其还含有0.1~30重量份分子内具有至少一个环氧基的化合物。
4.由权利要求1~3中任意一项所述的液晶取向剂形成的液晶取向膜。
5.液晶显示元件,其特征在于具有权利要求4所述的液晶取向膜。
Applications Claiming Priority (3)
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