CN102439065B - 用于lcd配向层的马来酰亚胺-n-乙烯基内酰胺系侧链聚合物 - Google Patents
用于lcd配向层的马来酰亚胺-n-乙烯基内酰胺系侧链聚合物 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于表面指向矢配向层的聚合物,所述聚合物是包含马来酰亚胺和/或其衍生物和N‑乙烯基内酰胺和/或其衍生物的共聚物,其中所述重复单元中的至少一些被悬垂侧链官能化。本发明的聚合物适合用于或用作液晶装置中的配向层材料。
Description
技术领域
本发明涉及用于表面指向矢配向层的聚合物,包含这样的聚合物的表面指向矢配向层材料,和包含含有这样的聚合物的配向层的液晶装置。
技术背景
液晶装置通常包括液晶材料层,所述液晶材料层被布置在基板上,或被布置夹持在一对基板之间。
液晶分子典型是具有显著形状各向异性的相对刚性分子,其具有在某个优选方向上沿它们的长轴排列的能力。分子的平均方向由矢量规定并且称为指向矢。
在液晶显示器中,在没有外部场如电场的情况下的液晶层的所需初始配向通常通过对约束的固体基板表面的适当表面处理来实现,例如通过在面向所述液晶主体(bulk)的约束的基板表面上施用所谓的配向层(取向层)来实现。初始液晶配向由液晶层和配向层之间的界面中的固体表面/液晶相互作用限定。
邻近约束表面的液晶分子的取向经由弹性力转移到主体中的液晶分子,从而对所有液晶主体分子提供基本上相同的配向。
接近液晶层和配向层的界面附近的液晶分子的指向矢(在本文中也称为表面指向矢)被束缚以指向在某个方向上,例如垂直于约束的基板表面,也称为垂面或垂直配向(VA),平行于约束的基板表面,也称为沿面或平面配向(PA),或处于相对于约束的基板表面的某一倾斜角,也称为倾斜配向(TA)。液晶显示器中使用的配向类型取决于装置的所需应用。
用于建立配向层的已知方法是例如无机膜气相沉积法和有机膜摩擦法。在无机膜气相沉积法中,通过无机物如氧化硅的相对于约束基板倾斜地进行气相沉积而在基板表面上形成无机膜,使得通过无机膜将液晶分子在取决于无机材料和蒸发条件的某个方向上取向。由于生产成本高,因此本方法不适于大规模生产,在实际中不使用该方法。
根据有机膜摩擦法,在基板表面上形成例如聚酰亚胺的有机涂层。其后使用例如棉、尼龙或聚酯的布在预定方向上对有机涂层进行摩擦,使得与所述层接触的液晶分子在摩擦方向上取向。
聚酰亚胺归因于其相对有利的特性例如化学稳定性,热稳定性等而在大多数情况下被用作有机表面涂层。聚酰亚胺层的应用通常包括如下所述的在200-300℃的烘焙步骤。
聚酰亚胺可以根据例如以下方案I或方案II制备:
方案I
方案II
在第一步骤中,在酰胺溶剂如N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合等摩尔量的四羧酸酐和二胺。发生自发反应并且形成聚酰胺酸,聚酰胺酸是聚酰亚胺的预聚物。在此状态下,将该预聚物分配给其用户,例如LCD制造商。然而,由于预聚物溶液在室温不稳定,因此通常将溶液在运输和储存时冷却,以避免预聚物的降解或任何其它不想要的化学反应。
通常,聚酰胺酸由液晶装置制造商稀释至约5%,他们经常使用NMP和丁基溶纤剂4∶1(w/w)进行稀释。
通常使用例如旋涂或某些类型的印刷技术将聚酰胺酸涂敷在涂布有透明、图案化的氧化锡铟(ITO)电极层的玻璃基板上。然后将聚酰胺酸的层在烘箱中在约100℃干燥,其后加热到约200℃历时1-2h。在此加热周期过程中,聚酰胺酸被转化为聚酰亚胺。此步骤还称为聚酰亚胺的固化或烘焙。得到的聚酰亚胺非常热稳定并且在所有溶剂中均不溶。该聚合物仅可以通过例如使用碱性介质使其降解而被移除。
此有机膜涂敷工艺的缺点是烘焙步骤,从而导致长的生产时间和高的生产成本。
此外,高温,例如约200℃,在例如硅基液晶(1iquid-crystal-on-silicon)(LCOS)和薄膜晶体管(TFT)的制造中是不期望的,因为高温会导致降低的收率和由此产生的膜缺陷。所需的烘焙温度对于在塑料基板上的使用而言也过高。
还难以控制在使用所述有机膜涂敷工艺涂敷的有机膜和液晶主体层之间的锚定强度。
此外,聚酰亚胺途径的一个缺点在于,聚酰胺酸非常不稳定并且需要在低温储存,例如在冰箱中储存。
如果可以避免以上缺点中的一些或全部,则这将是巨大的优势。
发明概述
本发明的一个目的是至少部分地克服现有技术的问题,并且提供一种可以有利地用于配向层材料中或用作配向层材料的材料,例如用于液晶装置。
本发明人已经发现,通过提供根据本权利要求书的基于马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺重复单元的聚合物,可以至少部分地达到以上目的。
因此,在第一方面中,本发明涉及一种用于表面指向矢配向层的聚合物,所述聚合物是包含马来酰亚胺和/或其衍生物和N-乙烯基内酰胺和/或其衍生物的重复单元的共聚物,其中所述重复单元中的至少一些被悬垂侧基Sx官能化。
本发明的聚合物具有高的光和热稳定性。乙基马来酰亚胺与乙烯基吡咯烷酮的共聚物已经显示出促进温度稳定和高质量的配向层,其性质比得上商业聚酰亚胺的那些性质。只要适当地选择侧链以使得不由它们本身的不稳定而降低稳定性,该共聚物就非常稳定。
具有广泛多种不同侧链的共聚物在标准溶剂如NMP和PGMEA中的溶解性非常好。
与常规聚酰亚胺相比,本发明的聚合物在溶液中稳定得多,并且不需要低温储存。此外,本发明的聚合物比聚酰亚胺更容易并且更快速处理,因为它们在玻璃或塑料基板上很好地形成聚合物膜,而没有在高温烘焙,不需要固化。
可以将侧基SX经由间隔体基团L与所述重复单元连接。
马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺重复单元的量可以是聚合物骨架的重复单元的至少50%,例如至少75%,例如至少90%。此外,聚合物骨架中的马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺单元之间的比率可以在1∶10至10∶1,例如1∶2至2∶1的范围内,例如约1∶1。
本发明的聚合物的N-乙烯基内酰胺可以选自由下列各项组成的组:N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基哌啶和N-乙烯基己内酰胺。此外,聚合物可以包含选自下列各项的重复单元:被固定侧基S4官能化的重复单元;被悬垂侧基S5官能化的重复单元,所述悬垂侧基S5选自任选被取代的、卤化的、支链或直链的脂族和芳族基团,例如烷基、芳基或烷芳基,聚醚,硅氧烷或醇;被离子移动抑制侧基S6官能化的重复单元;被反应性,优选光反应性侧基S7官能化的重复单元;和被光响应性侧基S8官能化的重复单元。聚合物任选包含交联基团。
在本发明的实施方案中,聚合物包含被具有显著形状各向异性的悬垂侧基S1官能化的重复单元。所述具有显著形状各向异性的侧基S1选自诱导液晶材料的平面配向的侧基S1a和诱导液晶材料的垂直配向的侧基S1b。
以上侧基的至少一部分可以经由马来酰亚胺的氮与所述重复单元连接。
在另一个方面中,本发明涉及一种表面指向矢配向层,所述表面指向矢配向层包含沉积在固体基板上的至少一种根据本发明的聚合物。
在再另一个方面中,本发明涉及一种液晶装置,所述液晶装置包括至少一块约束基板、液晶主体和表面指向矢配向层,所述表面指向矢配向层被布置在所述至少一块约束基板和所述液晶主体之间,与所述液晶主体的表面接触,其中所述表面指向矢配向层包含根据本发明的聚合物。例如,液晶装置可以包括:第一和第二约束基板,所述第一和第二约束基板将所述液晶主体层夹在中间;第一表面指向矢配向层,所述第一表面指向矢配向层被布置在所述第一约束基板和所述液晶主体之间,与所述液晶主体的表面接触;和第二表面指向矢配向层,所述第二表面指向矢配向层被布置在所述第一约束基板和所述液晶主体之间,与所述液晶主体材料的表面接触;其中,所述第一和所述第二表面指向矢配向层中的至少一者,优选两者均包含根据本发明的聚合物。
在另一个方面中,本发明涉及一种用于将表面指向矢配向层材料光取向的方法,所述方法包括:提供根据本发明的表面指向矢配向层材料;和用波长在200至300nm范围内的线性偏振电磁辐射照射所述配向层材料。具体地,所述线性偏振电磁辐射可以具有在230至270nm范围内的波长,例如约250nm。
附图简述
图1是示例用于将本发明的配向层材料光取向的方法的框图。
图2示例使用本发明的配向层的液晶装置。
发明详述
本发明涉及一种适合用于或作为液晶装置用的配向层材料的聚合物。
本发明的聚合物是包含马来酰亚胺,N-乙烯基内酰胺例如乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基哌啶和N-乙烯基己内酰胺以及它们的衍生物的重复单元的共聚物,其中所述重复单元的至少一部分被悬垂侧基官能化。
如在本文中使用的,“包含马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺的重复单元的共聚物”以及类似的表达,是指可以通过从马来酰亚胺单体和N-乙烯基内酰胺单体的混合物的聚合得到的共聚物。
N-乙烯基内酰胺是下列化学式I的化合物:
其中,(CH2)x中的x是指2至10之间的整数,典型是3-5的整数。
如在本文中使用的,马来酰亚胺是下列化学式II的化合物:
其中SX选自H,甲基,乙基或选自本文中所述的侧基S1,S4,S5,S6,S7和S8的基团,并且L是任选存在的间隔体基团,其将侧基SX与马来酰亚胺环氮连接。在间隔体L不存在的情况下,侧基SX与马来酰亚胺环氮直接连接。
N-乙烯基内酰胺和马来酰亚胺的混合物可以通过本领域中熟知的方法聚合,典型地,自由基加成共聚,从而形成马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺的共聚物。
在这样的N-乙烯基内酰胺和马来酰亚胺的混合物中,可以使用不同马来酰亚胺的共混物,即,具有不同侧基SX和/或间隔体L的至少两种不同的马来酰亚胺的共混物。这将导致具有超过一种类型的与聚合物骨架连接的侧基和/或连接体的共聚物。
这样的不同马来酰亚胺的共混物可以用来设计所得到的聚合物的性质。这样的马来酰亚胺的共混物的非限制性实例将在本说明书中在以下进一步描述。
合适的聚合物反应的实例将以下在实施例中描述。
来自聚合的结果是根据本发明的共聚物,其包含具有下列通式的马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺的重复单元:
在得到的共聚物中,马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺单元没有规则分布,因此,由于聚合物不是如图意指的完美的交替共聚物而不可能得到聚合物的精确结构式。
然而,在马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺单体在反应混合物中的1∶1的摩尔比的情况下,得到的聚合物中的布置趋于是基本上交替的马来酰亚胺-N-乙烯基内酰胺-马来酰亚胺-N-乙烯基内酰胺结构。
对于本领域技术人员而言将显然的是,本发明的聚合物除包含马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺重复单元以外还可以包含另外的重复单元。这样的重复单元的实例包括可以通过自由基加成聚合结合到聚合物链中的单体或预聚物,典型地,本领域技术人员已知的任何可聚合的烯键式不饱和化合物。这样的可聚合的烯键式不饱和化合物的实例包括但不限于苯乙烯和(甲基)丙烯酸酯。
在本发明的实施方案中,马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺重复单元的总量占聚合物中的重复单元的显著部分。典型地,基于聚合物链的重复单元的数量,它们占至少约50%,例如至少约75%,例如至少约90%。还可以考虑100%的马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺。
在本发明的聚合物中,马来酰亚胺重复单元和N-乙烯基内酰胺重复单元的之间的数量比可以例如在1∶10至10∶1之间的范围内,优选在1∶2至2∶1的范围内,例如为约1∶1的比率。
接近1∶1比率导致聚合过程中更加稳定的聚合物组成,并且不太需要密切地控制原料组成以在聚合时间过程中保持相同的聚合物组成,因为该共聚是接近交替的。
高的比率(马来酰亚胺过量)将导致非常短的聚合物。低的比率(N-乙烯基内酰胺过量)将导致具有低的侧基(SX)含量程度的聚合物,因为通常马来酰亚胺携带侧基SX。
本发明的共聚物可溶于标准溶剂如NMP和PGMEA中,并且因而可以将聚合物的溶液通过常规沉积方法沉积在基板上,所述常规沉积方法例如但不限于旋涂,喷涂,刮刀涂,辊涂,柔性印刷(flexprinting),喷墨印刷,浸涂等。
由于可以制备聚合物并且以其聚合状态溶解,因此通过仅仅在沉积在基板上以后蒸发溶剂就可以容易地得到配向层。这使得能够使用温度敏感性基板,因为对于得到配向层而言,不需要过度加热。
此外,由于聚合物在沉积以后不需要固化,因此用于在基板上形成配向层的总时间快,因为其仅涉及非常薄的溶剂膜的沉积以及随后的蒸发。
典型地经由马来酰亚胺环氮与马来酰亚胺单体连接的悬垂侧基SX可以例如包括选自下列各项的侧基:任选被取代的,例如氟化的直链或支链烷基,芳基和芳烷基,固定侧基,交联侧基,离子移动抑制侧基,反应性,优选光反应性侧基,光响应性侧基和具有显著形状各向异性的侧基。然而,其它侧基也可以考虑用于本发明。
侧基SX必要时可以各自经由间隔体基团L与聚合物骨架连接,典型地,所述间隔体基团L包含0至30个之间的连接原子,例如0或5至15个之间,其中0个连接原子表示其中侧基经由直接键直接连接在聚合物骨架上的情况。然而,还考虑在本发明使用比30个连接原子长的间隔体基团。
间隔体基团L可以例如用于促进侧基SX与马来酰亚胺环氮的连接,并且还可以用于增加连接的侧基的运动性。
间隔体基团L典型是任选被取代的饱和或不饱和的烃链,例如烷基,烯基,芳基,烷芳基烷氧基或聚醚,芳氧基,硅氧烷链。典型实例包括C5-C15烷基或烷氧基链。
在本发明的实施方案中,可以将具有显著形状各向异性的侧基S1与本发明的聚合物连接。
例如,液晶材料(介晶)的分子典型是表现出这种显著形状各向异性的分子。
如在本文中使用的,术语“具有显著形状各向异性的侧基”是指在其实际环境中具有显著形状各向异性的分子。具有显著形状各向异性的侧基表现出在其一个或多个短轴和其一个或多个长轴之间的显著不同,以及其结构是相对刚性的。
在本发明的实施方案中,具有显著形状各向异性的侧基是介晶侧基。
如在1998年John Wiley & Sons Inc出版的第1卷Fundamentals的液晶手册(Handbook of Liquid Crystals)中定义的,术语“介晶”是指通常与中间相形式相容的结构。该定义在整个本说明书中使用。
因此,介晶侧基是具有介晶结构的侧基。
在“液晶手册(Handbook of Liquid Crystals)(同上)”中,介晶(mesogen)等于“介晶化合物”,即在合适的温度、压力和浓度条件下可以表现为中间相即液晶相的化合物。
介晶是具有显著形状各向异性的分子的典型实例。因此,包括介晶的侧基落入到该定义之内。另一方面,侧基不一定必需是介晶才成为介晶侧基,不是介晶的介晶侧基也被考虑用于本发明。
具有显著形状各向异性的根据本发明的侧基S1可以具有直链,棒状(calamitic)例如棒(rod-)或板条状,盘状,伞状(sanidic),金字塔状,弯曲(也称作香蕉),人字颚的形状,或表现出显著形状各向异性的其它形状。
基板的表面性质影响与所述基板表面接触的液晶层的介晶取向,至少在基板表面和液晶层之间的界面中受影响。
典型地,界面条件扩散通过液晶层,因而整个液晶层取向受到在界面处的取向的影响。
两种主要途径被用于影响液晶层的取向。一种途径(表面能途径)是使用普通表面性质增加与液晶材料的尾部(tails)的相容性,这促进垂直配向(低表面能),如以下实施例10中所示,或增加与介晶核的相容性,这促进平面配向(高表面能),如以下实施例12中所示。另一种途径是使用立体相互作用使液晶配向。当液晶层与存在具有显著形状各向异性,例如直链、板条状和盘状的基团的基板表面接触时,这种立体相互作用特别显著,结果,液晶层和基板表面之间的界面的介晶倾向于与在基板表面上存在的具有限定的形状各向异性的基团的取向对齐。
例如,基板表面呈现具有形状各向异性,例如直链、板条状和盘状的、与基板表面基本上呈平面配向的基团的情况下,朝向基板表面的在界面中的介晶也趋于与基板表面呈平面配向。
另一方面,使用存在具有与基板表面基本上垂直配向的形状各向异性的基团的基板表面,朝向基板表面的在界面中的介晶也趋于与基板表面垂直配向。
备选地,具有显著形状各向异性的侧基与在所述界面处的液晶层的介晶的取向对齐。
通过在本发明的聚合物中利用具有限定的形状各向异性的侧基,液晶材料,例如液晶装置中的LC-层趋于与连接至聚合物骨架的侧基的取向对齐。
因而,具有带有显著形状各向异性的侧基的本发明的聚合物可以有利地用作或用于液晶装置中的配向层,因为它影响至少在这种配向层和与配向层接触的液晶层之间的界面中的介晶的取向。
在一个实施方案中,可以将这样的侧基S1a与本发明的聚合物连接,所述S1a具有显著形状各向异性例如直链,板条状和盘状,其诱导界面中的介晶的平面配向,即基本上平行于基板表面。基于这种聚合物的配向层可以用于促进液晶层的平面配向。这样的聚合物的一种示例性的非限制性实例描述在以下实施例6中。
在另一个实施方案中,可以将这样的侧基S1b与本发明的聚合物连接,所述S1b具有显著形状各向异性例如直链,板条状和盘状,其诱导界面中的介晶的垂直配向,即基本上垂直于基板表面。基于这种聚合物的配向层可以用于促进液晶层的垂直配向。这样的聚合物的一种示例性的非限制性实例描述在以下实施例1-3中。
例如,对于具有显著形状各向异性的直链侧基,侧基的侧向连接(side-onattachment)可以促进水平(平面)配向,并且长轴沿着聚合物表面。另一方面,直链侧基的末端连接(end-on attachment)可以促进垂直(垂面)配向,并且其长轴与聚合物表面垂直。然而,在侧基具有弯曲形状(所谓的香蕉形状)的情况下,对于聚合物骨架的侧向连接可以促进液晶分子的倾斜配向,并且末端连接可以促进液晶分子的平面配向。
具有显著形状各向异性的“直链”侧基在不同的术语之下也是已知的,例如棒状(calamitic),板条状和棒状(rod-shaped)侧基。直链侧基具有含义明确的沿分子的主延长部分延伸的长轴,以及与所述长轴垂直的短轴。
如在本文中使用的,术语“末端连接”是指这样的具有显著形状各向异性的直链侧基,其经由与在侧基分子的长轴末端处或附近的侧基连接的间隔体与聚合物骨架连接,使得所述间隔体基本上平行于侧基的长轴。例如,在棒状侧基,例如棒状(calamitic)介晶基团中,连接点处于侧基的末端之一处或其附近。
如在本文中使用的,术语“侧向连接”是指这样的具有显著形状各向异性的直链侧基,其通过连接至侧基的间隔体而与聚合物骨架连接,使得所述间隔体与侧基分子的长轴基本上垂直。
关于与液晶相关的术语和相关术语的进一步定义,参考“关于低摩尔质量和聚合物液晶的基本术语的定义(Definitions of basic terms relating to low-molar-massand polymer liquid crystals)”(IUPAC Recommendations 2001,Pure Appl Chem,73卷,第5期,845-895页,2001),所述文献通过引用整个结合在此。
在本发明的实施方案中,固定侧基S4可以优选用于将聚合物固定到下面的基板。固定侧基S4典型是在远离聚合物骨架的末端中或末端处具有官能化基团的任选被取代的C2至C20,例如C2至C8烃链,所述官能化基团能够与基板表面上的化学基团形成键,例如共价键,离子键或氢键,所述基板表面上的化学基团例如但不限于玻璃表面上的游离羟基,或例如通过基板表面的初步活化而诱导的环氧基,氨基,硫羟基或异氰基。
适用于固定侧基的这样的官能化基团的非限制性实例包括氨基,羟基,异氰基和缩水甘油基。本领域技术人员将能够选择对取决于基板材料的固定侧基的适当官能化。
固定侧基S4的非限制性实例公开在下列结构式(III)至(VI)中,其中Z,与以上相同,表示聚合物骨架的一部分,并且L是间隔体基团,优选具有1至10个,例如1至5个间隔原子的长度,例如烷基间隔体:
通过在聚合物骨架中结合包含侧基S5的重复单元,可以将本发明的聚合物的物理化学性质如玻璃化转变温度Tg,弹性模量,沉积膜的附着性,膜平滑性,润湿性质,表面能等调节至期望值,所述侧基S5选自任选被取代的,例如杂原子取代的、卤化的例如氟化的支链或直链脂族和芳族基团,例如烷基,芳基或烷芳基,聚醚,硅氧烷或醇。这些性质,特别是表面能,已知强烈地影响液晶的取向方向和锚定强度。
S5-侧基的典型实例包括任选被氟化的例如全氟化的C1-C18-烷基,例如C4-C12-烷基或醇,以及作为间隔体L在上面限定的那些基团。
例如,当S5侧基是烷基链时,聚合物的Tg通常与烷基链的长度成比例地降低。另一方面,当S5侧基是芳基时,聚合物的Tg通常增加。
在本发明的其中重复单元的一部分被如上所述的具有显著形状各向异性的侧基S1官能化的聚合物中,优选的是聚合物还包含被侧基S5官能化的重复单元。在这样的聚合物中,S1与S5侧基的比率在1∶100至100∶1,典型在约1∶1至1∶20的范围内。然而,应当理解,仅具有S1或S5侧基的本发明的聚合物对于一些应用也良好适用。
在本发明的实施方案中,在配向层中可以使用离子移动抑制S6基团以降低LC主体材料中可移动离子的浓度,从而降低LC主体材料的传导性。离子移动抑制基团典型是吸引离子的强极性的非离子基团。离子移动抑制基团的实例是羟基和其它基团,包括常规已知作为离子捕获剂(ion traps)的材料,例如冠状化合物(coronands)。
在本发明的实施方案中,本发明的组合物中的聚合物可以被连接两个分开的重复单元的交联基团交联,例如通过将同一聚合物骨架内的两个重复单元连接的内部交联,或通过将两个分开的聚合物骨架连接的外部交联,其中所述两个中的至少一个表示本发明的聚合物。还可以使用用于将本发明的一个聚合物与另一个聚合物连接的交联基团。
在本发明中,交联优选通过例如以下所述的那些的光反应性基团进行,但是还可以通过使用与聚合物连接的任何反应性基团的热诱导反应进行。
本发明的共聚物可以包含反应性,优选光反应性侧基S7。反应性侧基可以用于固定所得到的配向层的排列,从而使其不太容易遭受温度诱导的变化。
具有形状各向异性的光反应性侧基可以通过用例如线性偏振光照射而在期望的取向上配向,即,与偏振光相比,所述线性偏振光可以被用于仅将具有特定趋向的这些基团二聚/聚合,从而获得这些基团在聚合物中的优选取向。
这可以具有的优点在于:光取向通常可以是可以将材料同时配向和交联以使得配向取向获得较高热稳定性的一步法。与迄今可以使用的摩擦方法相比,光取向还具有不引入污物、擦痕或静电释放的优点。其还更容易精确控制,从而导致高收率。
反应性侧基的二聚/聚合可以在连接至同一个聚合物骨架的两个反应性侧基之间获得,或在连接至分开的聚合物骨架的反应性侧基之间获得。
具有形状各向异性的可能的光反应性基团包括但不限于查耳酮,香豆素和酸霉素(cinnamoics)。
本发明的共聚物可以包含光响应性侧基S8。
具有形状各向异性的光响应性侧基可以通过用例如线性偏振光照射而在期望的取向上配向。例如,并且与反应性基团结合,光可以被用于将侧基取向,并且其后,如上所述的二聚/聚合可以被用于将得到的取向不可逆地固定,这具有与以上对于液晶配向的光反应性基团相同的优点。在此情况下,光反应性基团不必必须具有形状各向异性,因为取向可以通过具有形状各向异性的光响应性基团进行。
备选地,光响应性基团可以在高温通过光取向,然后降低温度,从而获得取向的可逆固定。适用于本发明的光响应性基团包括但不限于含偶氮的基团,均二苯代乙烯等。
此外,根据本发明的聚合物的光取向可以通过使用UV光的聚合物骨架的光取向实现,而不依赖于任何光响应性和/或光反应性侧基S7的存在。聚合物骨架的这样的光取向示意性地显示在图1中。首先,提供包含根据本发明的至少一种聚合物的配向层材料。可以将所述配向层材料如以下所述涂布在基板上。第二,为了获得聚合物骨架的光取向,用波长在200至300nm范围内的线性偏振UV光照射该配向层材料。例如,UV光可以具有在230至270nm的范围内,例如约250nm的波长。
被如在本发明的上下文中定义的连接体和/或侧基官能化的马来酰亚胺单体可以根据现有技术中熟知的方法合成。
示意性的合成工艺在以下被描述在本说明书的实施例部分中。
例如,可以将马来酐与胺反应以形成官能化的马来酰亚胺单体。
备选地,可以将马来酰亚胺(具有与马来酰亚胺环氮连接的氢)与醇反应以形成官能化的马来酰亚胺。
双侧液晶装置100示例在图2中并且包括互相分开的第一约束基板101和第二约束基板102。在基板101,102之间的空间中设置液晶材料103,液晶材料103被夹在基板101和102之间。
在第一基板101上布置与液晶材料103接触的本发明的表面指向矢配向层104。取决于本发明的聚合物的固定侧基的存在,表面指向矢配向层104可以与基板101化学结合。
表面指向矢配向层104包含至少一种如上所述的本发明的聚合物,因而该表面指向矢配向层104促进至少处于所述界面上或附近的朝向表面指向矢配向层104的液晶材料103的垂面配向。
本领域技术人员将意识到,本发明的液晶装置100可以包括用于在液晶材料103中得到电场的部件(means)。电场的变化典型地影响液晶材料的切换。例如,这样的部件可以由一对电极表示。在图1所述的实施方案中,第一电极105布置在配向层104和基板101之间,而第二电极107布置在第二基板102上。
表面指向矢配向层104将诱导液晶材料103的表面指向矢的垂面配向。
第二配向层106布置在第二基板102和液晶材料103之间。该第二配向层还可以包含本发明的聚合物,或可以备选地具有另外类型的配向层材料。
实施例
现在将参考进一步举例说明本发明的下列实施例描述本发明。应当理解,这些实验实施例提供用于举例说明本发明并且不意在限制本发明的范围。本发明的范围仅由后附权利要求限定。
除下列例外以外,商购的化学品原样使用:i)将N-乙烯基-吡咯烷酮(NVP)和N-乙烯基-己内酰胺在使用之前通过氧化铝以移除加入的稳定剂,ii)当需要干燥的THF时,将普通THF在使用之前通过氧化铝进行干燥。氧化铝活化的中性Brockmann(CAS1344-28-1)被用于干燥THF和纯化NVP。
在以下所有实施例中,使用本领域技术人员熟知的标准反应来制备聚合物。聚合物配向材料可以例如通过将官能化的马来酰亚胺与N-乙烯基吡咯烷酮共聚而制备。以下给出这些材料和所使用的侧基的制备。
方案IV.样品介晶和烷基单体合成。
N-十二烷基马来酰亚胺(VIII):将十二胺溶解在氯仿中并且加入等量的马来酸酐。在于室温搅拌2小时以后,将溶剂除去。将形成的酰胺酸在没有纯化的情况下使用并且溶解在乙酸酐中,并且加入等量的乙酸钠。将混合物回流6至8小时,然后在真空下除去溶剂。将残留物通过使用石油醚/乙酸乙酯2/1或4/1作为洗脱液的短硅胶柱。然后将马来酰亚胺从乙醇或甲醇再结晶。该程序对于辛基胺至至少十六烷基胺良好地适用。来自己基以下的酰亚胺是液体,并且在使用与以上相同的条件的情况下,必须更小心地进行层析。收率:41%。NMR(CDCl3:δ,图谱,质子数;0.85,t,3;1.25,m;2.6,m,2;3.5,t,2;6.7,s,2。
马来酰亚胺XI:将4.2g(9.55mmol)II,0.93g(9.55mmol)马来酰亚胺和2.5g(9.55mmol)三苯基膦溶解在40ml干燥的四氢呋喃中。向反应混合物中滴加9.55mmol偶氮二甲酸二乙酯(DEAD)(4.4ml 40%的甲苯溶液)。将混合物在室温搅拌三小时,并且蒸发直至干燥。将残留物溶解在石油醚/乙酸乙酯2/1中并且通过在硅胶上层析而纯化。收率:2.8g56%。NMR(CDCl3:δ,图谱,质子数;1.0,t,3;1.1-1.6三个m,约20;1.8,m,4;3.5,t,2;4,t,2;4.4,t,2;6.7,s,2;7.0,d,2;7.6,2d,4;8.1,d,2。
马来酰亚胺XIII:将6.5g(13mmol)IX,1.26g(13mmol)马来酰亚胺和3.4g(13mmol)三苯基膦溶解在100ml干燥的四氢呋喃中。向反应混合物中滴加13mmol偶氮二甲酸二乙酯(DEAD)(5.9ml 40%的甲苯溶液)。将混合物在室温搅拌3小时,并且蒸发直至干燥。将残留物溶解在甲苯/乙酸乙酯4/1中并且通过在硅胶上层析而纯化。收率:4.0g 53%。NMR(CDCl3:δ,图谱,质子数;0.9,t,3;1.1-1.6,3m;1.8,m,4;3.5,t,2;3.9,t,2;4.1,t,2;6.7,s,2;6.9,2d,4;7.1,d,2;8.1,d,2。
马来酰亚胺XV:将1.5g(4mmol)XIV,0.40g(4.1mmol)马来酰亚胺和1.13g(4.1mmol)三苯基膦溶解在20ml干燥THF中,并且将0.72g(4.1mmol)氧杂二甲酸二酯(diethylaxodicarboxylate)作为2.19M溶液加入。将反应混合物在室温搅拌5小时。将溶剂除去并且将残留物在石油醚/乙酸乙酯2/1中回流并且热过滤。在真空下移去溶剂并且将残留物从甲醇再结晶,从而产生不纯的产物。使用石油醚/乙酸乙酯2/1作为洗脱液的层析产生低收率的纯产物,低收率的原因在于重结晶实验过程中的损失。收率:0.3g 0.6mmol,17%。NMR(CDCl3:δ,图谱,质子数;0.9,t,3;1.3,-1.7,3m,12;1.8,m,4;3.6,t,2;4,t,4;6.7,s,2;6.93,m,4;7.45,m,4。
方案V.用于平面配向(PA)和光配向的介晶单体。
通常,对于所述单体,使用在方案IV中所述的两种方法中的一种。也可以使用本领域中已知的用于制备马来酰亚胺的其它方法。
方案VI:乙基苯基马来酰亚胺
用于制备马来酰亚胺的第三种方法显示在以上方案VI中。所有材料都按照从供应商得到的材料原样使用。所有步骤都在氮气气氛下进行。
向马来酸酐(10mmol,980mg)在30ml甲苯中的搅拌溶液中滴加乙基苯胺(10mmol,1220mg)。将溶液搅拌1小时,同时出现沉淀物。加入ZnBr2(10mmol,2250mg)并且将溶液温热至80℃。在高温在15分钟内用注射器滴加六甲基二甲硅基胺(HMDS)(14mmol,2250mg),过快的加入将导致形成烧焦。在加热1小时以后,将反应混合物倾倒到180ml 0.5%HCl中并且将水相用150ml EtAc萃取2次。然后有机相用150ml饱和NaHCO3和盐水接连洗涤。将溶液干燥并且通过使用甲苯/EtAc 19/1作为洗脱液的层析进行纯化。收率为66%。
聚合物合成
实施例1:促进垂直配向(VA)的共聚物
方案VII:VA共聚物制备
将0.4mmol(225mg)马来酰亚胺XIII,1.6mmol(424mg)N-十二烷基马来酰亚胺XIII,2.0mmol(222mg)通过氧化铝纯化的NVP和0.12mmol(19mg)2,2′-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解到在圆底烧瓶中的10ml苯中,并且将烧瓶用橡胶隔片密封。经由注射器针头通过隔片抽真空,随后进行氮气引入。将真空-氮气引入循环重复10次以除去烧瓶中的氧。将烧瓶在热的油浴中温热至60℃。在15h以后,将溶液倾倒到甲醇中并且沉淀所形成的聚合物。将聚合物从氯仿再沉淀到甲醇中两次,并且从氯仿再沉淀到丙酮/甲醇1/3混合物中至少一次。将溶剂倾析并且加入纯的甲醇。最后,将聚合物放置在小瓶中并且在电热板上加热以驱除残余溶剂。通过将聚合物在真空烘箱中加热至60℃达2小时而除去最后的痕量溶剂。收率:0.7g,80%。NMR(CDCl3):δ,图谱;0.9,t;1-5,在宽的主链信号顶部的侧基信号;6.9,2d;7.1,d;8.1,d。使用在1H NMR中的甲基和芳族信号对聚合物组合物测定介晶/烷基比率,并且测定为1/4.2。这意味着在忽略吡咯烷酮基团的情况下,19.2%的侧基是介晶。
将此材料作为配向层沉积到根据所述程序制备的夹层盒的玻璃基板的内表面上。该盒用具有负介电各向异性(Δε<0)的向列型液晶MLC 6608填充并且首先在偏光显微镜下进行检查以限定由配向层促进的液晶的配向类型。在此盒中观察到的配向是垂面的,即沿基板法线。接着,通过米勒矩阵光谱仪(Muller matrix spectrometer)测量液晶配向的优选方向相对于基板法线的预倾斜角。如果将配向层进行机械摩擦,则得到小于1度的小的预倾斜。
该配向层还显示出良好的热稳定性。
实施例2:共聚物XXVI
方案VIII.采用氟化烷烃的VA共聚物制备
VA共聚物:将0.5mmol(331mg)介晶马来酰亚胺XIII,0.5mmol(228mg)全氟己基丙基马来酰亚胺XXV,1.5mmol(400mg)十二烷基马来酰亚胺,2.5mmol(277mg)通过氧化铝纯化的NVP和0.15mmol(25mg)2,2′-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解到25ml苯中。在60℃的油浴中进行聚合40小时。通过从若干ml的氯仿再沉淀到甲醇中3次并且再沉淀到甲醇/丙酮2/1中1次而进行纯化,以得到最终聚合物XXVI。
以与具有类似收率和性质的实施例1中类似的方式测试材料。该材料提供归因于氟化基团具有的低表面能而具有慢填充速度的垂直配向。
实施例3:高Tg VA聚合物
方案IX:高TgVA共聚物
将0.40mmol(180mg)马来酰亚胺XIII,1.6mmol(277mg)N-苯基马来酰亚胺,2.0mmol(222mg)N-乙烯基吡咯烷酮和0.12mmol(19mg)2,2′-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解在10ml苯中。根据实施例1中的描述对混合物进行聚合和后处理。收率:0.26g,38%。NMR(CDCl3):δ,图谱;0.9,bs;1.1-5,在宽的主链信号的顶部的侧基信号;6.9,bs;7.0-7.6,bs。
在具有硬的侧链和介晶的情况下,玻璃化转变温度可以相对于具有软的烷烃链的情况而增加。该材料显示出约200℃的Tg。将此材料作为配向层沉积到根据所述程序制备的夹层盒的玻璃基板的内表面上。该盒用具有负介电各向异性(Δε<0)的向列型液晶MLC6608填充并且首先在偏光显微镜下进行检查以限定由配向层促进的液晶的配向类型。在此盒中观察到的配向是垂面的,即沿基板法线。接着,通过米勒矩阵光谱仪测量液晶配向的优选方向相对于基板法线的预倾斜角。如果将配向层进行机械摩擦,则得到预倾斜。
该配向层还显示出良好的热稳定性。
实施例4
方案X:具有己内酰胺的VA共聚物
具有N-乙烯基ε-己内酰胺XXX的VA共聚物:将0.4mmol(225mg)马来酰亚胺XIII,1.6mmol(424mg)N-十二烷基马来酰亚胺,2.0mmol(278mg)N-乙烯基ε-己内酰胺和0.12mmol(19mg)2,2′-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解到在圆底烧瓶中的10ml苯中,并且将烧瓶用橡胶隔片密封。经由注射器针头通过隔片抽真空,随后进行氮气引入。将真空-氮气引入循环重复10次以除去烧瓶中的氧。将烧瓶在热的油浴中加热至60℃。在15h以后,将溶液倾倒到甲醇中并且沉淀所形成的聚合物。将聚合物从氯仿再沉淀到甲醇中两次,并且从氯仿再沉淀到丙酮/甲醇1/3混合物中至少一次。将溶剂倾析并且加入纯的甲醇。最后,将聚合物放置在小瓶中并且在电热板上加热以驱除残余溶剂。通过将聚合物在真空烘箱中加热至70℃达4小时而除去最后的痕量溶剂。收率:0.75g,81%。
将此材料作为配向层沉积到根据所述程序制备的夹层盒的玻璃基板的内表面上。该盒用具有负介电各向异性(Δε<0)的向列型液晶MLC 6608填充并且首先在偏光显微镜下进行检查以限定由配向层促进的液晶的配向类型。在此盒中观察到的配向是垂面的,即沿基板法线。接着,通过米勒矩阵光谱仪测量液晶配向的优选方向相对于基板法线的预倾斜角。如果将配向层进行机械摩擦,则得到小于1度的小的预倾斜。
实施例5:促进平面配向(PA)的共聚物
方案XI.共聚
将0.4mmol(265mg)马来酰亚胺XVI,1.6mmol(334mg)N-辛基马来酰亚胺,2.0mmol(222mg)通过氧化铝纯化的NVP和0.12mmol(19mg)2,2′-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解在10ml苯中。根据实施例1中的制备进行聚合和后处理。收率:0.66g,80%。NMR(CDCl3):δ,图谱;0.9,t;1-5,在宽的主链信号顶部的侧基信号;6.5,d;6.9,d;7.1,d;8.0,d。使用在1HNMR中的甲基和芳族信号对聚合物组合物测定介晶/烷基的比率,并且发现其为1/1.8。这意味着在忽略吡咯烷酮基团的情况下,36%的侧基是介晶。
将此材料作为配向层沉积到根据所述程序制备的夹层盒的玻璃基板的内表面上。该盒用具有正介电各向异性(Δε>0)的向列型液晶MLC 6873-100填充并且首先在偏光显微镜下进行检查以限定由配向层促进的液晶的配向类型。在此盒中观察到的配向是沿面的(homogenous),即基本上平行于基板。该配向层还显示出良好的热稳定性。
实施例6
方案XII.光反应性PA共聚物
将0.1mmol(67mg)马来酰亚胺XVII,0.4mmol(106mg)N-己基马来酰亚胺,0.5mmol(54mg)通过氧化铝纯化的NVP和0.03mmol(5mg)2,2′-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解到在圆底烧瓶中的20ml苯中,并且将烧瓶用橡胶隔片密封。经由注射器针头通过隔片抽真空,随后进行氮气引入。将真空-氮气引入循环重复10次以除去烧瓶中的氧。将烧瓶在热的油浴中温热至60℃。在17h以后,在旋转蒸发器中蒸发大部分的苯并且将溶液倾倒到甲醇中,并且将形成的聚合物沉淀。将聚合物从氯仿再沉淀到甲醇中两次。最后,将聚合物XXXIV放置在小瓶中并且在室温移去残余溶剂。收率:0.10g,44%。
将此材料作为配向层沉积到根据所述程序制备的夹层盒的玻璃基板的内表面上。然而,代替摩擦样品的是,将样品放置在具有5mW/cm2的线性偏振光下15分钟,以使样品取向。该盒用具有正介电各向异性(Δε>0)的向列型液晶MLC 6873-100填充并且首先在偏光显微镜下进行检查以限定由配向层促进的液晶的配向类型。在此盒中观察到的配向是沿面的,即平行于基板。
实施例7:使用XVIII作为单体根据上述实施例6程序制备VA共聚物
方案XIII.光反应性VA共聚物
将0.2mmol(118mg)马来酰亚胺XVIII,1.8mmol(477mg)N-辛基马来酰亚胺,2.0mmol(222mg)通过氧化铝纯化的NVP和0.12mmol(19mg)2,2′-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解在10ml苯中。根据实施例1的制备进行聚合和后处理。
收率:0.66g,81%,肉桂酸酯5%十二烷基95%。NMR(CDCl3):δ,图谱;0.9,t;1-5宽信号,6.5,d;6.9,d;7.08,d;7.5,d;7.8,d。
将此材料作为配向层沉积到根据所述程序制备的夹层盒的玻璃基板的内表面上。该盒用具有负介电各向异性(Δε<0)的向列型液晶MLC6608填充并且首先在偏光显微镜下进行检查以限定由配向层促进的液晶的配向类型。在此盒中观察到的配向是垂面的,即沿基板法线。该配向层还显示出良好的热稳定性。
实施例8:烷基链
方案XIV仅具有烷基侧基的共聚物。
将209mg(1.0mmol)N-辛基马来酰亚胺,111mg(1.0mmol)通过氧化铝纯化的NVP和9.8mg(0.12mmol)2,2′-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解在5ml苯中。聚合和后处理根据以上的VA共聚物的制备进行。收率:0.23g,72%。NMR(CDCl3)图谱;0.85,s;1.2,s;1.5,s;1.6-4.5宽信号。
将此材料作为配向层沉积到根据所述程序制备的夹层盒的玻璃基板的内表面上。该盒用具有正介电各向异性(Δε>0)的向列型液晶MLC 6873-100填充并且首先在偏光显微镜下进行检查以限定由配向层促进的液晶的配向类型。在此盒中观察到的配向取决于摩擦和热条件而变化。在仅具有烷基链的情况下,材料具有低的锚定强度和敏感的配向。
实施例9
方案XV:低表面能材料
在没有介晶的情况下,材料通常具有较低的锚定强度和更敏感的配向。
将200mg氟化链(0.44mmol)184mg烷基链(0.88mmol),146mg通过活性氧化铝纯化的N-乙烯基吡咯烷酮(1.32mmol)和13mg AIBN溶解在13ml苯中。根据实施例1进行聚合和后处理。收率180mg,34%。
以与实施例8中相同的方式将该材料用于制备盒。归因于由于氟化链的非常低的表面能,其与聚合物XXXVI相比提供非常差的润湿性质。
实施例10
方案XVI:具有改变的烷基长度的共聚物
具有改变的烷基长度的共聚物。8+12烷烃链。
将1mmol(209mg)N-辛基马来酰亚胺,1mmol(265mg)N-十二烷基马来酰亚胺,2mmol(222mg)通过氧化铝纯化的NVP和0.12mmol(19mg)2,2′-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解在10ml苯中。根据实施例1的制备进行聚合和后处理。收率:0.55g,79%。
以与实施例1中相同的方式将该材料用于制备盒。其提供垂面配向。通过与实施例8相比结合更长的烷烃,材料的VA稳定性增强并且该材料当使用实施例8中所述的方法测试时显示出垂面配向。如实施例1中,与使用介晶时相比,该配向更加依赖于摩擦和温度。
实施例11
方案XVII:具有短烷烃链的共聚物
将1mmol(153mg)N-丁基马来酰亚胺,1mmol(111mg)通过氧化铝纯化的NVP和0.06mmol(9.7mg)2,2′-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解在5ml苯中。根据实施例1中的制备进行聚合和后处理。收率:0.1g,38%。
与之前的实施例进行对比,当使用更短的烷基链时,PA促进性质增加并且丁基马来酰亚胺系共聚物提供PA配向和较高的玻璃化温度。以与实施例8中相同的方式将该材料用于制备盒。其在摩擦诱导的预倾斜的情况下提供平面配向。
当如以下一般方法c2中所述通过UV光进行取向时,它还提供良好的均匀平面配向。
实施例12
方案XVIII.基于乙基苯基的PA共聚物
PA共聚物:将1mmol(201mg)乙基-苯基-马来酰亚胺XXII,1mmol(111mg)通过氧化铝纯化的NVP和0.06mmol(10mg)2,2′-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解在10ml苯中。在60度的油浴中进行聚合过夜。从若干ml氯仿再沉淀到甲醇中进行纯化。收率:0.180g,NMR(CDCl3):δ,图谱;质子数;1.1-1.2来自末端乙基碳的宽的三重峰;3,1-5,在宽的主链信号顶部的侧基信号;6.9-7.35;来自芳族质子的宽峰(归因于接近聚合物骨架而是宽的),4。
将此材料作为配向层沉积到根据所述程序制备的夹层盒的玻璃基板的内表面上。该盒用具有正介电各向异性(Δε>0)的向列型液晶MLC6873-100填充并且首先在偏光显微镜下进行检查以限定由配向层促进的液晶的配向类型。在此盒中观察到的配向是沿面的,即基本上平行于基板。该配向层还显示出良好的热稳定性。
该材料在PGMEA和NMP中可溶。作为具有高的玻璃化温度和平面配向的一般“延长的”骨架,看起来增加其它基团以作为对烷烃链的备选物是好的选择。
当如以下在一般方法c2中所述的通过UV光进行取向时,其还提供良好的均匀平面配向。
实施例13
方案XIX
PA共聚物:将1mmol(201mg)乙基苯基马来酰亚胺,0.5mmol(175mg)2-己基氧基联苯基马来酰亚胺,1.5mmol(166mg)通过氧化铝纯化的NVP和0.09mmol(15mg)2,2′-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解到15ml苯中。在60度的油浴中聚合22小时。从若干ml氯仿再沉淀到甲醇中三次而进行纯化。其在NMP和PGMEA中可溶。
将此材料作为配向层沉积到根据所述程序制备的夹层盒的玻璃基板的内表面上。该盒用具有正介电各向异性(Δε>0)的向列型液晶MLC6873-100填充并且首先在偏光显微镜下进行检查以限定由配向层促进的液晶的配向类型。在此盒中观察到的配向是沿面的(homogenous),即基本上平行于基板法线,但是具有对摩擦条件高度敏感的倾斜。当如以下在一般方法c2中所述的通过UV光进行取向时,其还提供良好的均匀平面配向。
实施例14
方案XX
马来酰亚胺共聚物:用羟基官能化。将1.0mmol(197mg)6-羟基己基马来酰亚胺(1.0mmol(207mg)N-辛基马来酰亚胺,2.0mmol(222mg)N-乙烯基吡咯烷酮和0.12mmol(19mg)2,2′-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解在5ml苯和5ml乙醇的混合物中。将混合物在60℃聚合15h。将聚合物沉淀在二乙醚中,并且从苯/乙醇中再沉淀到醚中一次。收率:0.29g。NMR(CDCl3)δ图谱,质子数;0.75,bs;1.35-1.75,2,宽的单峰和肩峰;1.8-4.5,宽信号,其包括分别不与在3.4和3.6的相邻于酰亚胺氮和醇的亚甲基质子分开的信号。
来自官能化的光共聚物。将100mg对应于约0.16mmol-OH基的得到的共聚物XLIII,50mg(0.20mmol)4-己基氧基肉桂酸(XLIV),10ml二氯甲烷和催化量的4-甲基氨基吡啶搅拌,直至所有反应物都溶解。将混合物在冰浴上冷却,并且在少量的二氯甲烷中溶解50mg(0.24mmol)DCC(二环己基脲(dicyclohexylcarbamide)),并且加入其中。将反应混合物在室温搅拌过夜。将形成的脲沉淀物过滤掉并且在真空下移去大部分的溶剂。在甲醇中沉淀聚合物的尝试失败。在真空下移去溶剂并且将甲醇加入到残留物中并且加热至回流。将溶剂在热的情况下滗析并且将该程序重复2次。该后处理方法需要精细,但是得到低收率40mg的聚合物XLV。NMR(CDCl3):δ,图谱;0.85,t;1.1-5在宽的主链信号顶部的侧基信号,剩余的-CH2-OH,显示为N-CH2上的肩峰;6.25,d;6.85,d;7.45,d;7.6,d。肉桂酸酯/烷基的比率被测定为1/1.5,并且羟基至酯的转化率为约66%。
将此材料作为配向层沉积到根据所述程序制备的夹层盒的玻璃基板的内表面上。该盒用具有正介电各向异性(Δε>0)的向列型液晶MLC6873-100填充并且首先在偏光显微镜下进行检查以限定由配向层促进的液晶的配向类型。在此盒中观察到的配向是沿面的,即沿基板。该配向层还显示出良好的热稳定性,并且可以用UV光进行光取向。该实施例仅显示非常多的用于通过官能化制备侧链马来酰亚胺/乙烯基己内酰胺共聚物(vincaprolactame)的备选方法中的一种。
制备液晶盒的一般方法
a.聚合物溶液的制备
将在溶剂例如NMP和PGMEA中的0.2%-5%的本发明的共聚物溶液进行沉积,以从该共聚物制备配向层。首先将共聚物溶液过滤通过0.2μm过滤器。
b.共聚物的沉积
例如通过旋涂机(在3000rps的速度)将共聚物溶液铺展在带有由ITO制成的预先制作的透明导电电极的清洁玻璃基板的表面上。然后,将基板在室温保持一段时间以除去溶剂。如果将基板保持在高温(80°-120℃),则可以缩短该工序。
c1.机械处理
可以沿一定方向机械摩擦覆盖有例如促进平面配向的含本发明的共聚物的配向层的基板。在由共聚物制成的配向层促进垂直配向的情况下,可以不需要摩擦。
c2.共聚物的光取向
在提供来自高压汞UV灯的5mW/cm2的线性偏振光,但是没有UV滤光器的标准USHIO设备中进行对覆盖有光敏感性共聚物的实验基板进行UV照射。通过旋涂聚合物在PGMEA中的1重量%溶液而将光敏感性聚合物沉积在玻璃基板上。然后,将基板暴露于在法线入射的UV辐射。照射时间选择为15分钟。
d.盒制备
实验盒由彼此平行组装并且分开若干μm距离的两块基板组成。基板之间的距离通常由玻璃或聚合物隔体固定。基板以它们的覆盖有配向层的表面彼此面对。由基板形成的盒间隙通过毛细管力填充有液晶。
e.对共聚物的配向特征的评价
通过下列方法对由本发明的共聚物制成的配向层所促进的实验盒中的液晶的配向进行评价:
●光学偏振显微镜
●米勒矩阵光谱仪(I.Dahl,测量科学技术(Meas.Sci.Technol.)12,1938,2001)
概括而言,本文中显示的是,本发明的聚合物适于在液晶装置的配向层中使用或用作液晶装置的配向层。
本领域技术人员应当认识到,本发明绝不限于以上所述的优选实施方案。相反,在后附权利要求范围内的许多更改和变化都是可以的。
Claims (17)
1.用于表面指向矢配向层的聚合物,所述聚合物是包含马来酰亚胺以及N-乙烯基内酰胺的重复单元的共聚物,其中聚合物骨架中马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺单元的比率在1∶10至10∶1的范围内,并且马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺重复单元的量是聚合物骨架的重复单元的至少50%,并且其中所述重复单元中的至少一些被具有显著形状各向异性并且能够诱导液晶材料的平面配向或垂直配向的悬垂侧基S1官能化,其中所述侧基S1任选经由间隔体基团L与马来酰亚胺环氮连接,并且在间隔体L不存在的情况下,所述侧基S1与马来酰亚胺环氮直接连接。
2.根据权利要求1所述的聚合物,所述聚合物还包含:与被悬垂侧基S1官能化的所述重复单元不同的具有下面的化学式II的马来酰亚胺的重复单元,得到具有超过一种类型的与聚合物骨架连接的侧基的共聚物:
其中SX是H或选自下列各项的侧基:甲基;乙基;固定侧基S4;选自任选被取代的、卤化的、支链或直链的脂族和芳族基团,聚醚,硅氧烷或醇的悬垂侧基S5;离子移动抑制侧基S6;反应性侧基S7;和光响应性侧基S8,并且L是任选存在的间隔体基团,其将侧基SX与马来酰亚胺环氮连接;并且在间隔体L不存在的情况下,侧基SX与马来酰亚胺环氮直接连接,
其中所述离子移动抑制侧基是吸收离子的强极性的非离子基团。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物,其中马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺重复单元的量是聚合物骨架的重复单元的至少75%。
4.根据权利要求1或2所述的聚合物,其中马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺重复单元的量是聚合物骨架的重复单元的至少90%。
5.根据权利要求1所述的聚合物,其中所述聚合物骨架中马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺单元的比率在1∶2至2∶1的范围内。
6.根据权利要求中1所述的聚合物,其中所述聚合物骨架中马来酰亚胺和N-乙烯基内酰胺单元的比率是1∶1。
7.根据权利要求1或2所述的聚合物,其中所述N-乙烯基内酰胺选自由下列组成的组:N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基哌啶酮和N-乙烯基己内酰胺。
8.根据权利要求2所述的聚合物,其中所述聚合物包含选自下列各项的重复单元:
被固定侧基S4官能化的重复单元;
被悬垂侧基S5官能化的重复单元,所述悬垂侧基S5选自任选被取代的、卤化的、支链或直链的脂族和芳族基团,聚醚,硅氧烷或醇;
被离子移动抑制侧基S6官能化的重复单元;
被反应性侧基S7官能化的重复单元;和
被光响应性侧基S8官能化的重复单元。
9.根据权利要求1或2所述的聚合物,所述聚合物包含交联基团。
10.根据权利要求1或2所述的聚合物,其中所述侧基的至少一部分和/或氢原子经由马来酰亚胺的氮与所述重复单元连接。
11.根据权利要求1或2所述的聚合物,其中所述侧基S1和/或Sx经由间隔体基团L与所述重复单元连接。
12.根据权利要求1或2所述的聚合物,其中所述具有显著形状各向异性的侧基S1选自诱导液晶材料的平面配向的侧基S1a和诱导液晶材料的垂直配向的侧基S1b。
13.表面指向矢配向层,所述表面指向矢配向层包含沉积在固体基板上的至少一种聚合物,所述聚合物是根据权利要求1或2的共聚物。
14.根据权利要求13所述的表面指向矢配向层,所述表面指向矢配向层包含根据权利要求3至12中任一项所述的聚合物。
15.液晶装置,所述液晶装置包括至少一块约束基板、液晶主体和表面指向矢配向层,所述表面指向矢配向层被布置在所述至少一块约束基板和所述液晶主体之间并且与所述液晶主体的表面接触,其中所述表面指向矢配向层如权利要求13或14中所定义。
16.根据权利要求15所述的液晶装置,所述液晶装置包括:
第一和第二约束基板,所述第一和第二约束基板将所述液晶主体层夹在中间;
第一表面指向矢配向层,所述第一表面指向矢配向层被布置在所述第一约束基板和所述液晶主体之间并且与所述液晶主体的表面接触;和
第二表面指向矢配向层,所述第二表面指向矢配向层被布置在所述第二约束基板和所述液晶主体之间并且与所述液晶主体的表面接触;其中,所述第一和所述第二表面指向矢配向层中的至少一者如权利要求13或14中所定义。
17.用于将表面指向矢配向层光取向的方法,所述方法包括:
提供根据权利要求13或14所述的表面指向矢配向层;和
用波长在200nm至300nm范围内的线性偏振电磁辐射照射所述表面指向矢配向层。
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