CN106833677A - 一种垂直取向剂材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种垂直取向剂材料，所述材料的分子如式I所示：其中，Q为极性锚定基团，L1为刚性基团，P为可聚合性基团，L2为连接基团，R为末端柔性基团，n为1或2。在本发明提供的材料中，所述极性锚定基团与可聚合性基团相连接，这样有利于提高材料的长径比，从而降低材料的流体粘度，提高自身在基板表面的扩散效果。

Description

一种垂直取向剂材料
技术领域
本发明属于液晶取向材料领域，涉及一种垂直取向剂材料。
背景技术
在液晶显示器(LCD)的CF(color filter，彩色滤光片)基板和TFT(Thin FilmTransistor，薄膜晶体管)基板上，分别有一层薄膜材料，其主要作用是使液晶分子按一定方向排列，我们称之为配向膜，常用聚酰亚胺(PI)材料。这种配相膜主要分为摩擦配向型PI材料和光配向型PI材料，但是，两种配向型材料都存在缺点。首先，摩擦配向型会有粉尘颗粒、静电残留、刷痕等问题，降低工艺良率，而光配向材料虽然可以避免这些问题，但由于材料特性受限，耐热性和耐老化性不佳，同时锚定LC(Liquid Crystal，液晶)分子的能力也较弱，从而影响面板的品质。其次，PI材料本身就具有高极性和高吸水性，存储和运送容易造成变质而导致配向不均，并且PI材料价格昂贵，在TFT-LCD(Thin Film Transistor LiquidCrystal Display，薄膜晶体管液晶显示屏)上成膜的工艺也较为复杂，导致面板成本提高。再次，PI溶液中还含有大量N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂，所以配向层的制程是能耗高、极其不环保且易对人体造成危害。此外，由于配向层不均匀性、缺涂、不粘以及异物等问题，还会对产品良率造成损失，导致资源浪费以及产品制造成本提高。
因此，在TFT-LCD中，若能够在省去PI膜的情况下，还能使液晶分子排列，这将会大大降低生产面板的成本。但是液晶分子在无PI膜的TFT-LCD中，将会直接接触面板上的无机材料。因此，有必要设计一种具聚合基团的自取向剂材料，以达到控制液晶分子取向的目的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种垂直取向剂材料，这种材料的的结构中包括极性锚定基团、可聚合性基团、中间刚性基团以及尾基柔性基团四部分，锚定基团的主要作用是利用自身的极性基团以物理作用的方式锚定在无极性基板表面；可聚合性基团主要是UV(紫外光)聚合形成一层致密的聚合物膜，中间基团和末基的主要作用是类似于PI支链的作用以立体障碍的方式使液晶分子垂直排列。
根据本发明的一个方面，提供一种自取向材料，所述材料的分子如式I所示：
其中，Q为极性锚定基团，L1为刚性基团，P为可聚合性基团，L2为连接基团，R为末端柔性基团，n为1-3。
根据本发明的优选实施方式，所述极性锚定基团Q选自胺基、-OH、-COOH、-SH、-CN、-Si(CH3)3、-Si(OCH3)3或-SiCl3中的任意一种。
根据本发明的优选实施方式，所述可聚合性基团P是指在紫外光下可聚合性基团。优选选自甲基丙烯酸酯基、丙烯酸酯基、乙烯基或乙烯氧基中的任意一种。
根据本发明的优选实施方式，所述L2选自被卤素取代或未取代的C3-C20直链或支链亚烷基，任选地，其中一个或多个碳原子被-O-、-CONH-、-COO-、-O-CO-、-CO-或-CH＝CH-基团所替代。优选地，所述卤素为F或Cl；
根据本发明的优选实施方式，所述L1为
其中，y选自0-5之间的整数，优选为0-3之间的整数；
A彼此相同或不同的为取代或未取代的C6-C14亚芳基或C4-C6亚环烷基的任意一种，所述亚芳基包括亚苯基、亚稠环芳基、亚联苯型多环芳基；优选地，所述亚环烷基上C的个数为4-6；优选地，A为取代或未取代的亚联苯型多环芳基；
所述A的取代基团选自卤素、氰基、C1-C8直链或支链烷基中的一种或多种，其中，任选地，所述烷基中非相邻的一个或多个碳原子被氧或硫替代；
Sp彼此相同或不同的为单键或C1-C8烷基，其中，任选地，一个或多个碳原子被-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-OCH2-、-CH2O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-、-CH＝CH-COO-或-OCO-CH＝CH-中的任意一种替代，优选地，所述Sp为单键。
根据本发明的优选实施方式，所述R选自被卤素取代或未取代的C2-C10烷基，其中，任选地，所述烷基中非相邻的一个或多个碳原子被氧或硫替代。优选地，所述卤素为氟。
根据本发明的优选实施方式，所述材料的分子式为
本发明中，所述极性锚定基团与可聚合性基团相连接，这样有利于提高材料的长径比，从而降低材料的流体粘度，提高自身在基板表面的扩散效果。所述材料在紫外光照射后，形成聚合物层，提升面板的信赖性。
本发明制备的材料可以取代TFT-LCD中的PI取向膜，省去了PI段制程，大大降低生产成本。
附图说明
图1是本发明所述材料在TFT-LCD中的作用示意图。
其中，1极性锚定基团，2可聚合性基团，3刚性基团，4末端柔性基团。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受下述实施例限定。
合成实施例1
化合物的合成路线如下所示：
中间体c的制备：
室温下将20.0g化合物a(67.6mmol)加入到600mLTHF中混合均匀后冷却到-78℃；然后滴加50mL含有正丁基锂为75mmol的正己烷溶液，搅拌10min；再加入40mL含有4g环氧乙烷的THF溶液(体系温度为2℃)；再滴加10mL温度为-78℃的三氟乙酯，并搅拌15min；分离提纯后可得到，产物11g c。
化合物e的合成：
将3mmol化合物c加入到3mmol化合物d中，混合均匀后，在110℃反应1h，反应结束后，将反应液温度降低至70℃，然后加入20mL正己烷，继续反应3h，提纯后得到产物e。
化合物e的H1-NMR数据如下：δ:0.96(3H)，1.33(2H)，1.29(2H)，1.62(2H),2.55(2H)，7.18(2H),7.43(2H)，7.25(1H)，7.31(1H)，7.52(1H)，7.41(2H)，7.25(2H)，5.41(2H)，2.15(2H)，6.15(6H)，5.58(1H)，2.0(1H)。
合成实施例2
另一种化合物的合成路线如下所示：
中间体c2的制备：
室温下20.0g化合物a2(67.6mmol)加入到600mLTHF中混合均匀后冷却到-78℃；然后滴加50mL含有正丁基锂为75mmol的正己烷溶液，搅拌10min；再加入40mL含有4g环氧乙烷的THF溶液(体系温度为2℃)；再滴加10mL温度为-78℃的三氟乙酯，并搅拌15min；分离提纯后可得到，产物11g c2。
化合物e2的合成：
将3mmol化合物c2加入到3mmol化合物d2中，混合均匀后，在110℃反应1h，反应结束后，将反应液温度降低至70℃，然后加入20mL正己烷，继续反应3h，提纯后得到产物e2。
化合物e2的H1-NMR数据如下：δ:0.96(3H)，1.33(2H)，1.29(2H)，1.62(2H),2.55(2H)，7.18(2H),7.43(2H)，7.29(2H)，7.45(2H)，7.13(2H)，5.88(1H)，6.60(1H)，2.90(2H)，11.0(1H)。
实施例1-3和对比例1
应用实施例1-3采用的自取向液晶的组成主要包括负型液晶材料、垂直取向剂材料以及可聚合性单体，三者的质量比例为97％：2～2.5％：0.5～1％。其中负型液晶材料采用本领域常规材料，可聚合性单体为：
使用的垂直取向剂材料如表1所示：
表1
将混合好的自取向液晶材料真空注入到不含PI的空测试面板中。
对比例1中使用现有技术，先制备PI配向膜，然后注入液晶材料。
实施例与对比例的结果比较如表2：
表2
暗态效果 电压保值率
实施例1 好 99％
实施例2 好 99％
实施例3 好 99％
对比例1 好 99％
电压保持率测试方法：电压1V、频率60Hz、温度60℃。
由此可见，在液晶显示器中应用本发明提供的自取向材料，可以达到与现有技术相当的效果。本发明省去了PI膜的制备过程，大大降低生产面板的成本。
虽然在上文中已经参考了一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发范围的情况下，可以对其进行各种改进，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是落入权利要求的范围的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种垂直取向剂材料，所述材料的分子如式I所示：
其中，Q为极性锚定基团，L1为刚性基团，P为可聚合性基团，L2为连接基团，R为末端柔性基团，n为1-3。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述极性锚定基团Q选自胺基、-OH、-COOH、-SH、-CN、-Si(CH3)3、-Si(OCH3)3或-SiCl3中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述可聚合性基团P是指在紫外光下可聚合性基团。
4.根据权利要求1-3任一项所述的材料，其特征在于，所述可聚合性基团P选自甲基丙烯酸酯基、丙烯酸酯基、乙烯基或乙烯氧基中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述L2选自被卤素取代或未取代的C3-C20直链或支链亚烷基，任选地，其中一个或多个碳原子被-O-、-CONH-、-COO-、-O-CO-、-CO-或-CH＝CH-基团所替代。
6.根据权利要求5所述的的材料，其特征在于，所述卤素为F或Cl。
7.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述L1为
其中，y选自0-5之间的整数；
A彼此相同或不同的为取代或未取代的C4-C14亚芳基或C4-C6亚环烷基的任意一种，所述亚芳基包括亚苯基、亚稠环芳基、亚联苯型多环芳基；
Sp彼此相同或不同的为单键或C1-C8烷基，其中，任选地，一个或多个碳原子被-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-OCH2-、-CH2O-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-C≡C-、-CH＝CH-COO-或-OCO-CH＝CH-中的任意一种替代。
8.根据权利要求7所述的材料，其特征在于，所述A上的取代基团选自卤素、氰基、C1-C8直链烷基或C3-C8支链烷基中的一种或多种，其中，任选地，所述烷基中非相邻的一个或多个碳原子被氧或硫替代。
9.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述R选自被卤素取代或未取代的C2-C10烷基，其中，任选地，所述烷基中非相邻的一个或多个碳原子被氧或硫替代。
10.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述材料的分子式为
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