CN109988584A - 液晶配向剂、液晶配向膜及液晶显示组件 - Google Patents
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Abstract
本发明有关一种液晶配向剂及其制造方法,该液晶配向剂包含聚合物(A)、聚硅氧烷(B)及溶剂(C),其中该聚合物(A)由包括四羧酸二酐组分(a1)及二胺组分(a2)的一第一混合物反应所制得,且选自由聚酰胺酸聚合物、聚酰亚胺聚合物、聚酰亚胺系嵌段共聚合物或上述聚合物的任意组合。根据本发明的液晶配向剂,具有耐环境性与密着性佳等优点。此外,本发明亦提供一种由前述液晶配向剂所形成的液晶配向膜及一种包含上述配向膜的液晶显示组件。
Description
技术领域
本发明是关于一种液晶配向剂及其制造方法、液晶配向膜及其制造方法及液晶显示组件,特别是关于一种耐环境性与密着性佳的液晶配向剂及其制造方法、由上述液晶配向剂形成的液晶配向膜及其制造方法以及具有上述液晶配向膜的液晶显示组件。
背景技术
一般而言,于液晶显示组件中,根据电极构造或所使用的液晶分子的物理性质不同,已发展出各种驱动方式。目前已知的液晶显示组件驱动方式例如:TN型或STN型、VA型、横向电场效应显示技术型(IPS型)等。上述液晶显示组件,为使液晶分子配向而配置有液晶配向膜。液晶配向膜的材料,可例如为聚亚酰胺酸或聚亚酰胺、聚酯、聚有机硅氧烷等已知的材料。
近年来,为控制液晶显示组件的液晶分子的配向,而提出如聚合物稳定配向(Polymer Sustained Alignment;PSA)的新技术,例如日本公开号JP 2003-149647,其所述的聚合物稳定配向技术是将具有照光聚合性的成分加入液晶胞的液晶层中,于施加电压的状态下使得液晶分子倾斜,再以光照射液晶胞,进而使照光聚合性的成分聚合,藉此控制液晶分子的配向。
然而,使用聚合物稳定配向技术控制液晶分子的配向时,需使用相对高的光照射量,因而产生液晶分子分解、液晶配向膜性质劣化等的缺陷,进而造成液晶显示组件的显示不均匀性,以及面板耐用性劣化。另一方面,若减少上述光照射量,则造成所形成的液晶显示组件中的液晶分子对电压变化的反应速度变慢。为了使形成涂膜用的液晶配向剂尽可能以少量的光照射量即可达到预定的预倾角特性,且所形成的液晶显示组件中液晶分子对电压的反应速度快,目前提出日本公开第2011-118358号专利案的技术,其揭示使用含有如(甲基)丙烯酰基的聚有机硅氧烷,以及聚亚酰胺酸或聚亚酰胺的照光聚合性成分的液晶配向剂,于基板上形成液晶配向膜。接着,将上述基板形成液晶胞,并于基板间施加电压时,对液晶胞进行光照射,而制得液晶显示组件。
然而,以上述液晶配向剂所制得的液晶配向膜及液晶显示组件,其耐环境性与密着性仍有待提升。因此,目前亟需提出一种液晶配向剂,其可制得具有较佳的耐环境性与密着性的液晶配向膜及液晶显示组件者。
发明内容
本发明利用提供特殊的组成而得到液晶配向剂,该液晶配向剂所形成的液晶配向膜及液晶显示组件具有耐环境性与密着性佳的优点。
因此,本发明有关一种液晶配向剂,其包含:
聚合物(A),其由包括四羧酸二酐组分(a1)及二胺组分(a2)的一第一混合物反应所制得,且该聚合物(A)是选自聚酰胺酸聚合物、聚酰亚胺聚合物、聚酰亚胺系嵌段共聚合物或上述聚合物的任意组合;
聚硅氧烷(B);及
溶剂(C);
其中该二胺组分(a2)包括至少一种式(1)所示的第一二胺化合物(a2-1):
H2N-Ra-NH2式(1)
式(1)中,Ra为式(1-1)至式(1-11)所示的二价单元:
式(1-1)至式(1-11)中,*为键结处;及
该聚硅氧烷(B)包括由含环氧基的聚硅氧烷(b1)与侧链化合物(b2)反应所制得,且该含环氧基的聚硅氧烷(b1)包含由一第二混合物经加水分解及部分缩合而得的共聚物。
本发明另提供一种液晶配向膜,其是由前述的液晶配向剂所形成。
本发明亦提供一种液晶显示组件,其包含前述的液晶配向膜。
具体实施方式
本发明提供一种液晶配向剂,其包含:
聚合物(A),其由包括四羧酸二酐组分(a1)及二胺组分(a2)的一第一混合物反应所制得,且该聚合物(A)是选自聚酰胺酸聚合物、聚酰亚胺聚合物、聚酰亚胺系嵌段共聚合物或上述聚合物的任意组合;
聚硅氧烷(B);及
溶剂(C);
其中该二胺组分(a1)包括至少一种式(1)所示的第一二胺化合物(a2-1):
H2N-Ra-NH2 式(1)
式(1)中,Ra为式(1-1)至式(1-11)所示的二价单元:
式(1-1)至式(1-11)中,*为键结处;及
该聚硅氧烷(B)包括由含环氧基的聚硅氧烷(b1)与侧链化合物(b2)反应所制得,且该含环氧基的聚硅氧烷(b1)包含由一第二混合物经加水分解及部分缩合而得的共聚物。
根据本发明的聚合物(A)是由一第一混合物反应而获得,该第一混合物包括四羧酸二酐组分(a1)及二胺组分(a2)。
详细而言,该聚合物(A)是选自由聚酰胺酸聚合物、聚酰亚胺聚合物、聚酰亚胺系嵌段共聚合物及上述聚合物的任意组合所组成的群。较佳地,所述聚合物(A)为聚酰胺酸聚合物(A1)与聚酰亚胺聚合物(A2)的组合。
于本发明的具体例中,基于该聚合物(A)的使用量为100重量份,该聚酰胺酸聚合物(A1)的使用量为20重量份至60重量份,较佳为25重量份至60重量份,更佳为25重量份至55重量份;及该聚酰亚胺聚合物(A2)的使用量为40重量份至80重量份,较佳为40重量份至75重量份,更佳为45重量份至75重量份。若该聚酰胺酸聚合物(A1)及该聚酰亚胺聚合物(A2)的使用量皆落于上述范围内,则所制得的液晶配向剂的耐环境性及密着性最佳。
该四羧酸二酐化合物(a1)包括脂肪族四羧酸二酐化合物、脂环族四羧酸二酐化合物、芳香族四羧酸二酐化合物、由式(I-1)至式(I-6)表示的四羧酸二酐化合物中的至少一种,或上述化合物的组合。
以下列举脂肪族四羧酸二酐化合物、脂环族四羧酸二酐化合物、芳香族四羧酸二酐化合物的具体例,但本发明并不限于这些具体例。
脂肪族四羧酸二酐化合物的具体例可包括但不限于乙烷四羧酸二酐(ethanetetracarboxylic dianhydride)、丁烷四羧酸二酐(butane tetracarboxylicdianhydride)或上述化合物的组合。
脂环族四羧酸二酐化合物的具体例可包括但不限于1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、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、顺式-3,7-二丁基环庚基-1,5-二烯-1,2,5,6-四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐或上述化合物的组合。
芳香族四羧酸二酐化合物的具体例可包括但不限于3,4-二羧基-1,2,3,4-四氢萘-1-琥珀酸二酐、苯均四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-联苯砜四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基乙烷四羧酸二酐、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)二苯硫醚二酐、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)二苯丙烷二酐(4,4’-bis(3,4-dicarboxy phenoxy)diphenylpropane dianhydride)、3,3’,4,4’-全氟异亚丙基二苯二酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基四羧酸二酐、双(苯二酸)苯膦氧化物二酐、对-亚苯基-双(三苯基苯二酸)二酐、间-亚苯基-双(三苯基苯二酸)二酐、双(三苯基苯二酸)-4,4’-二苯基醚二酐、双(三苯基苯二酸)-4,4’-二苯基甲烷二酐、乙二醇-双(脱水偏苯三酸酯)、丙二醇-双(脱水偏苯三酸酯)、1,4-丁二醇-双(脱水偏苯三酸酯)、1,6-己二醇-双(脱水偏苯三酸酯)、1,8-辛二醇-双(脱水偏苯三酸酯)、2,2-双(4-羟苯基)丙烷-双(脱水偏苯三酸酯)、2,3,4,5-四氢呋喃四羧酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-2,5-二侧氧基-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮{(1,3,3a,4,5,9b-hexahydro-5-(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)naphtho[1,2-c]furan-1,3-dione)}、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-甲基-5-(四氢-2,5-二侧氧基-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-2,5-二侧氧基-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-2,5-二侧氧基-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-2,5-二侧氧基-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二侧氧基-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-2,5-二侧氧基-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-2,5-二侧氧基-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二侧氧基四氢呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸二酐等芳香族四羧酸二酐化合物或上述化合物的组合。
由式(I-1)至式(I-6)表示的四羧酸二酐化合物如下所示。
式(I-5)中,A1表示含有芳香环的二价基团;r表示1至2的整数;A2及A3可为相同或不同,且可各自独立表示氢原子或烷基。由式(I-5)表示的四羧酸二酐化合物的具体例包括由式(I-5-1)至式(I-5-3)表示的化合物中的至少一种。
式(I-6)中,A4表示含有芳香环的二价基团;A5及A6可为相同或不同,且各自独立表示氢原子或烷基。由式(I-6)表示的四羧酸二酐化合物较佳为由式(I-6-1)表示的化合物。
四羧酸二酐化合物(a1)可以单独使用或者组合多种来使用。
四羧酸二酐化合物(a1)的具体例较佳为包括1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐(1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride)、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐(2,3,5-tricarboxycyclopentylacetic dianhydride)、1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐、3,4-二羧基-1,2,3,4-四氢萘-1-琥珀酸二酐、苯均四羧酸二酐(pyromellitic dianhydride)、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-联苯砜四羧酸二酐、式(I-1)表示的化合物,或上述化合物的组合。
基于二胺组分(a2)的总摩尔数为100摩尔,四羧酸二酐组分(a1)的使用量范围较佳为80摩尔至120摩尔,更佳为85摩尔至115摩尔。
根据本发明的二胺组分(a2)包括至少一种式(1)所示的第一二胺化合物(a2-1):
H2N-Ra-NH2 式(1)
式(1)中,Ra为式(1-1)至式(1-11)所示的二价单元:
式(1-1)至式(1-11)中,*为键结处;及
于本发明的具体例中,基于二胺组分(a2)的总使用量为100摩尔,该由式(1)所示的第一二胺化合物(a2-1)的使用量为3至60摩尔,较佳为5至50摩尔,更佳为8至40摩尔。若未使用该第一二胺化合物(a2-1),则所制得的液晶配向剂的耐环境性差、密着性差。
较佳地,本发明的二胺组分(a2)可另包含式(2)所示的第二二胺化合物(a2-2):
式(2)中,R15为选自由 所组成的群;及
R16为式(2-1)所示的有机基团:
式(2-1)中:
R17为氢、氟或甲基;
R18、R19及R20各自独立地表示单键、 或C1至C3的亚烷基;
R21选自由及所组成的群;
其中:
R23及R24各自独立地表示氢、氟或甲基;
R22选自由氢、氟、C1至C12的烷基、C1至C12的氟烷基、C1至C12的烷氧基、-OCH2F、-OCHF2及-OCF3所组成的群;
a表示1或2的整数;
g、m及i各自独立地表示0至4的整数;
y、h及x各自独立地表示0至3的整数,且y+h+x≧3;及
z1及z2各自独立地表示1或2;
当R17、R18、R19、R20、R21、R23或R24为多个时,其各自为相同或不同。
该第二二胺化合物(a2-2)的具体例包括由式(2-2)至式(2-9)表示的二胺化合物中的至少一种,或上述化合物的组合。
式(2-2)至式(2-9)中,B11为氢原子、碳数为1至10的烷基或碳数为1至10的烷氧基。
由式(2-2)至式(2-9)表示的二胺化合物较佳为由式(2-10)至式(2-15)表示的二胺化合物中的至少一种,或上述化合物的组合。
上述的第二二胺化合物(a2-2)可单独使用或组合多种来使用。
于本发明的具体例中,基于二胺组分(a2)的总使用量为100摩尔,该由式(2)所示的第二二胺化合物(a2-2)的使用量为5至60摩尔,较佳为8至50摩尔,更佳为10至40摩尔。
较佳地,本发明的二胺组分(a2)可另包含式(3)所示的第三二胺化合物(a2-3):
式(3)中,X为含C6至C30芳香环的有机基;及
n为1至4的整数。
该第三二胺化合物(a2-3)只要具有羧酸基即可,其结构并没有特别限定,且该第三二胺化合物(a2-3)可包含但不限于脂肪族二胺、脂环族二胺、芳香族二胺或二胺基有机硅氧烷。该第三二胺化合物(a2-3)较佳可为脂环族二胺或芳香族二胺,更佳为芳香族二胺。
该第三二胺化合物(a2-3)较佳可具有1至4个羧酸基,更佳是具有1或2个羧酸基。
该第三二胺化合物(a2-3)选自由式(3-1)至式(3-5)所组成的群;
式(3-1)至式(3-5)中,X1及X3独立地表示单键、-CH2-、-C2H4-、-C(CH3)2-、-CF2-、-C(CF3)2-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH3)-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-CON(CH3)-或-N(CH3)CO-;
X2表示C1至C5的直链烷基或C1至C5的支链烷基;
n1及n7独立地表示1至4的整数;
n2及n3独立地表示0至4的整数,且n2+n3为1至4的整数;及
n4、n5及n6独立地表示1至5的整数。
较佳地,于式(3-1)中,n1可代表1或2;于式(3-2)中,X1代表单键、-CH2-、-C2H4-、-C(CH3)2-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH3)-、-CONH-、-NHCO-、-COO-或-OCO-,且n2及n3同时代表1;于式(3-5)中,X3代表单键、-CH2-、-O-、-CO-、-NH-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-或-OCO-,且n7代表1或2。
该第三二胺化合物(a2-3)的具体例,如下式(3-6)至式(3-16)所示的二胺化合物:
于式(3-14)及式(3-15)中,X5可代表单键、-CH2-、-O-、-CO-、-NH-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-或-OCO-。
前述第三二胺化合物(a2-3)可单独一种使用或混合多种使用。
于本发明的具体例中,基于二胺组分(a2)的总使用量为100摩尔,该由式(3)所示的第三二胺化合物(a2-3)的使用量为3至97摩尔,较佳为5至90摩尔,更佳为10至80摩尔。当使用该第二二胺化合物(a2-2)或该第三二胺化合物(a2-3)时,则所制得的液晶配向剂的耐环境性较佳。
较佳地,本发明的二胺组分(a2)可另包含其他二胺化合物(a2-4)。
该其他二胺化合物(a2-4)可包含但不限于1,2-二胺基乙烷、1,3-二胺基丙烷、1,4-二胺基丁烷、1,5-二胺基戊烷、1,6-二胺基己烷、1,7-二胺基庚烷、1,8-二胺基辛烷、1,9-二胺基壬烷、1,10-二胺基癸烷、4,4’-二胺基庚烷、1,3-二胺基-2,2-二甲基丙烷、1,6-二胺基-2,5-二甲基己烷、1,7-二胺基-2,5-二甲基庚烷、1,7-二胺基-4,4-二甲基庚烷、1,7-二胺基-3-甲基庚烷、1,9-二胺基-5-甲基壬烷、2,11-二胺基十二烷、1,12-二胺基十八烷、1,2-双(3-胺基丙氧基)乙烷、4,4’-二胺基二环己基甲烷、4,4’-二胺基-3,3’-二甲基二环己基胺、1,3-二胺基环己烷、1,4-二胺基环己烷、异佛尔酮二胺、四氢二环戊二烯二胺、三环(6.2.1.02,7)-十一碳烯二甲基二胺、4,4’-亚甲基双(环己基胺)、4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基二苯基乙烷、4,4’-二胺基二苯基砜、4,4’-二胺基苯甲酰苯胺、4,4’-二胺基二苯基醚、3,4’-二胺基二苯基醚、1,5-二胺基萘、5-胺基-1-(4’-胺基苯基)-1,3,3-三甲基氢茚、6-胺基-1-(4’-胺基苯基)-1,3,3-三甲基氢茚、六氢-4,7-甲桥亚氢茚基二亚甲基二胺、3,3’-二胺基二苯甲酮、3,4’-二胺基二苯甲酮、4,4’-二胺基二苯甲酮、2,2-双[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-双[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双(4-胺基苯基)六氟丙烷、2,2-双[4-(4-胺基苯氧基)苯基]砜、1,4-双(4-胺基苯氧基)苯、1,3-双(4-胺基苯氧基)苯、1,3-双(3-胺基苯氧基)苯、9,9-双(4-胺基苯基)-10-氢蒽、9,10-双(4-胺基苯基)蒽[9,10-bis(4-aminophenyl)anthracene]、2,7-二胺基茀、9,9-双(4-胺基苯基)茀、4,4’-亚甲基-双(2-氯苯胺)、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-胺基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4,4’-双[(4-胺基-2-三氟甲基)苯氧基]-八氟联苯、5-[4-(4-正戊烷基环己基)环己基]苯基亚甲基-1,3-二胺基苯{5-[4-(4-n-pentylcyclohexyl)cyclohexyl]phenylmethylene-1,3-diaminobenzene}、1,1-双[4-(4-胺基苯氧基)苯基]-4-(4-乙基苯基)环己烷{1,1-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]-4-(4-ethylphenyl)cyclohexane}或如下式(4-1)至式(4-25)所示的其他二胺化合物。
由式(4-1)表示的二胺化合物如下所示:
于式(4-1)中,X6代表 且X7代表含甾基团、三氟甲基、氟基、碳数为2至30的烷基或衍生自吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶及哌嗪等含氮原子环状结构的一价基团。
上式(4-1)所示的其他二胺化合物(a2-4)较佳为2,4-二胺基苯基甲酸乙酯(2,4-diaminophenyl ethyl formate)、3,5-二胺基苯基甲酸乙酯(3,5-diaminophenyl ethylformate)、2,4-二胺基苯基甲酸丙酯(2,4-diaminophenyl propyl formate)、3,5-二胺基苯基甲酸丙酯(3,5-diaminophenyl propyl formate)、1-十二烷氧基-2,4-二胺基苯(1-dodecoxy-2,4-diaminobenzene)、1-十六烷氧基-2,4-二胺基苯(1-hexadecoxy-2,4-diaminobenzene)、1-十八烷氧基-2,4-二胺基苯(1-octadecoxy-2,4-diaminobenzene)或下式(4-1-1)至式(4-1-6)所示的其他二胺化合物:
由式(4-2)表示的二胺化合物如下所示:
于式(4-2)中,X8代表 X9及X10表示亚脂肪族环、亚芳香族环或亚杂环基团,且X11代表碳数为3至18的烷基、碳数为3至18的烷氧基、碳数为1至5的氟烷基、碳数为1至5的氟烷氧基、氰基或卤素原子。
上式(4-2)所示的其他二胺化合物(a2-4)较佳为如下式(4-2-1)至式(4-2-13)所示的二胺化合物:
于式(4-2-10)至式(4-2-13)中,s可代表3至12的整数。
由式(4-3)表示的二胺化合物如下所示:
于式(4-3)中,X12代表氢原子、碳数为1至5的酰基、碳数为1至5的烷基、碳数为1至5的烷氧基或卤素,且每个重复单元中的X12可为相同或不同。X13为1至3的整数。
该式(4-3)所示的二胺化合物较佳是选自于(1)X13为1:对-二胺苯、间-二胺苯、邻-二胺苯或2,5-二胺甲苯等;(2)X13为2:4,4’-二胺基联苯、2,2’-二甲基-4,4’-二胺基联苯、3,3’-二甲基-4,4’-二胺基联苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二胺基联苯、2,2’-二氯-4,4’-二胺基联苯、3,3’-二氯-4,4’-二胺基联苯、2,2’,5,5’-四氯-4,4’-二胺基联苯、2,2’-二氯-4,4’-二胺基-5,5’-二甲氧基联苯或4,4’-二胺基-2,2’-双(三氟甲基)联苯等;(3)X13为3:1,4-双(4’-胺基苯基)苯等,更佳是选自于对-二胺苯、2,5-二胺甲苯、4,4’-二胺基联苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二胺基联苯或1,4-双(4’-胺基苯基)苯。
由式(4-4)表示的二胺化合物如下所示:
于式(4-4)中,X14代表2至12的整数。
由式(4-5)表示的二胺化合物如下所示:
于式(4-5)中,X15代表1至5的整数。该式(4-5)较佳是选自于4,4’-二胺基二苯基硫醚。
由式(4-6)表示的二胺化合物如下所示:
于式(4-6)中,X16及X18可为相同或不同,且分别代表二价有机基团,X17代表衍生自吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶及哌嗪等含氮原子环状结构的二价基团。
由式(4-7)表示的二胺化合物如下所示:
于式(4-7)中,X19、X20、X21及X22分别可为相同或不同,且可代表碳数为1至12的烃基。X23代表1至3的整数,且X24代表1至20的整数。
由式(4-8)表示的二胺化合物如下所示:
于式(4-8)中,X25代表—O—或亚环己烷基,X26代表-CH2-,X27代表亚苯基或亚环己烷基,且X28代表氢原子或庚基。
该式(4-8)所示的二胺化合物较佳是选自于如下式(4-8-1)至式(4-8-2)所示的二胺化合物:
式(4-9)至式(4-25)所示的其他二胺化合物如下所示:
于式(4-17)至式(4-25)中,X29以碳数为1至10的烷基,或着碳数为1至10的烷氧基为较佳,而X30以氢原子、碳数为1至10的烷基或碳数为1至10的烷氧基为较佳。
该其他二胺化合物(a2-4)较佳可包含但不限于1,2-二胺基乙烷、4,4’-二胺基二环己基甲烷、4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基二苯基醚、5-[4-(4-正戊烷基环己基)环己基]苯基亚甲基-1,3-二胺基苯、1,1-双[4-(4-胺基苯氧基)苯基]-4-(4-乙基苯基)环己烷、2,4-二胺基苯基甲酸乙酯、式(4-1-1)、式(4-1-2)、式(4-1-5)、式(4-1-6)、式(4-2-1)、式(4-2-11)、对-二胺苯、间-二胺苯、邻-二胺苯、式(4-8-1)所表示的化合物。
前述的其他二胺化合物(a2-4)可单独一种或混合多种使用。
于本发明的具体例中,基于二胺组分(a2)的总使用量为100摩尔,该其他二胺化合物(a2-4)的使用量为0至97摩尔,较佳为0至90摩尔,更佳为0至80摩尔。
[聚合物(A)的制备方法]
该聚合物(A)可包括聚酰胺酸聚合物(A1)及聚酰亚胺聚合物(A2)中的至少一者。另外,聚合物(A)可还包括聚酰亚胺系嵌段共聚合物。以下进一步说明上述各种聚合物的制备方法。
<聚酰胺酸聚合物(A1)的制备方法>
制备该聚酰胺酸聚合物(A1)的方法为先将第一混合物溶解于溶剂中,其中第一混合物包括四羧酸二酐组分(a1)与二胺组分(a2),并于0℃至100℃的温度下进行聚缩合反应。反应1小时至24小时后,以蒸发器对反应溶液进行减压蒸馏,即可得到聚酰胺酸。或者,将反应溶液倒入大量的贫溶剂中,以得到析出物。接着,以减压干燥的方式干燥析出物,即可得到聚酰胺酸。
用于聚缩合反应中的溶剂可与下述液晶配向剂中的溶剂相同或不同,且用于聚缩合反应中的溶剂并无特别的限制,只要是可溶解反应物与生成物即可。溶剂较佳为包括但不限于(1)非质子系极性溶剂,例如:N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidinone;NMP)、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、四甲基尿素或六甲基磷酸三胺等的非质子系极性溶剂;或(2)酚系溶剂,例如:间-甲酚、二甲苯酚、酚或卤化酚类等的酚系溶剂。基于第一混合物的总使用量为100重量份,用于聚缩合反应中的溶剂的使用量较佳为200重量份至2000重量份,且更佳为300重量份至1800重量份。
值得注意的是,于聚缩合反应中,溶剂可并用适量的贫溶剂,其中贫溶剂不会造成聚酰胺酸析出。贫溶剂可以使用单独一种或者组合多种来使用,且其包括但不限于(1)醇类,例如:甲醇、乙醇、异丙醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇或三乙二醇等的醇类;(2)酮类,例如:丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮等的酮类;(3)酯类,例如:醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、草酸二乙酯、丙二酸二乙酯或乙二醇乙基醚醋酸酯等的酯类;(4)醚类,例如:二乙基醚、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、乙二醇二甲基醚或二乙二醇二甲基醚等的醚类;(5)卤化烃类,例如:二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁烷、三氯乙烷、氯苯或邻-二氯苯等的卤化烃类;或(6)烃类,例如:四氢呋喃、己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯或二甲苯等的烃类或上述溶剂的任意组合。基于该二胺组分(a2)的使用量为100重量份,贫溶剂的用量较佳为0重量份至60重量份,且更佳为0重量份至50重量份。
该聚酰胺酸聚合物(A1)的重量平均分子量为30000至200000;较佳为30000至180000;更佳为30000至150000。
<聚酰亚胺聚合物(A2)的制备方法>
制备该聚酰亚胺聚合物(A2)的方法为将上述制备聚酰胺酸的方法所制的聚酰胺酸在脱水剂及触媒的存在下进行加热而得。在加热过程中,聚酰胺酸中的酰胺酸官能基可经由脱水死循环反应转变成酰亚胺官能基(即酰亚胺化)。
用于脱水死循环反应中的溶剂可与液晶配向剂中的溶剂(C)相同,故在此不另赘述。基于聚酰胺酸的使用量为100重量份,用于脱水死循环反应中的溶剂的使用量较佳为200重量份至2000重量份,且更佳为300重量份至1800重量份。
为获得较佳的聚酰胺酸的酰亚胺化程度,脱水死循环反应的操作温度较佳为40℃至200℃,更佳为40℃至150℃。若脱水死循环反应的操作温度低于40℃时,酰亚胺化的反应不完全,而降低聚酰胺酸的酰亚胺化程度。然而,若脱水死循环反应的操作温度高于200℃时,所得的聚酰亚胺的重量平均分子量偏低。
用于脱水死循环反应中的脱水剂可选自于酸酐类化合物,其具体例如:醋酸酐、丙酸酐或三氟醋酸酐等的酸酐类化合物。基于聚酰胺酸为1摩尔,脱水剂的使用量为0.01摩尔至20摩尔。用于脱水死循环反应中的触媒可选自于(1)吡啶类化合物,例如:吡啶、三甲基吡啶或二甲基吡啶等的吡啶类化合物;(2)三级胺类化合物,例如:三乙基胺等的三级胺类化合物。基于脱水剂的使用量为1摩尔,触媒的使用量可为0.5摩尔至10摩尔。
该聚酰亚胺聚合物(A2)的重量平均分子量为30000至200000;较佳为30000至180000;更佳为30000至150000。
聚合物(A)的酰亚胺化率可为30%至80%,较佳为35%至80%,且更佳为35%至75%。若该聚合物(A)的酰亚胺化率于上述范围内,所制得之液晶配向剂的密着性较佳。
<聚酰亚胺系嵌段共聚合物的制备方法>
聚酰亚胺系嵌段共聚合物为选自聚酰胺酸嵌段共聚合物、聚酰亚胺嵌段共聚合物、聚酰胺酸-聚酰亚胺嵌段共聚合物或上述聚合物的任意组合。
制备聚酰亚胺系嵌段共聚合物的方法较佳为先将起始物溶解于溶剂中,并进行聚缩合反应,其中起始物包括至少一种聚酰胺酸及/或至少一种聚酰亚胺,且可进一步包括羧酸酐组分与二胺组分。
起始物中的羧酸酐组分与二胺组分可与制备聚酰胺酸的方法中所使用的四羧酸二酐组分(a1)与二胺组分(a2)相同,且用于聚缩合反应中的溶剂可与下述液晶配向剂中的溶剂(C)相同,在此不另赘述。
基于起始物的使用量为100重量份,用于聚缩合反应中的溶剂的使用量较佳为200重量份至2000重量份,且更佳为300重量份至1800重量份。聚缩合反应的操作温度较佳为0℃至200℃,且更佳为0℃至100℃。
起始物较佳为包括但不限于(1)二种末端基相异且结构相异的聚酰胺酸;(2)二种末端基相异且结构相异的聚酰亚胺;(3)末端基相异且结构相异的聚酰胺酸及聚酰亚胺;(4)聚酰胺酸、羧酸酐组分与二胺组分,其中,羧酸酐组分与二胺组分之中的至少一种与形成聚酰胺酸所使用的羧酸酐组分与二胺组分的结构相异;(5)聚酰亚胺、羧酸酐组分与二胺组分,其中,羧酸酐组分与二胺组分中的至少一种与形成聚酰亚胺所使用的羧酸酐组分与二胺组分的结构相异;(6)聚酰胺酸、聚酰亚胺、羧酸酐组分与二胺组分,其中,羧酸酐组分与二胺组分中的至少一种与形成聚酰胺酸或聚酰亚胺所使用的羧酸酐组分与二胺组分的结构相异;(7)二种结构相异的聚酰胺酸、羧酸酐组分与二胺组分;(8)二种结构相异的聚酰亚胺、羧酸酐组分与二胺组分;(9)二种末端基为酸酐基且结构相异的聚酰胺酸以及二胺组分;(10)二种末端基为胺基且结构相异的聚酰胺酸以及羧酸酐组分;(11)二种末端基为酸酐基且结构相异的聚酰亚胺以及二胺组分;或者(12)二种末端基为胺基且结构相异的聚酰亚胺以及羧酸酐组分。
在不影响本发明的功效的范围内,聚酰胺酸、聚酰亚胺以及聚酰亚胺系嵌段共聚合物较佳为先进行分子量调节后的末端修饰型聚合物。通过使用末端修饰型的聚合物,可改善液晶配向剂的涂布性能。制备末端修饰型聚合物的方式可通过在聚酰胺酸进行聚缩合反应的同时,加入单官能性化合物来制得。
单官能性化合物的具体例包括但不限于(1)一元酸酐,例如: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或正十六烷基琥珀酸酐等一元酸酐;(2)单胺化合物,例如:苯胺、环己胺、正丁胺、正戊胺、正己胺、正庚胺、正辛胺、正壬胺、正癸胺、正十一烷胺、正十二烷胺、正十三烷胺、正十四烷胺、正十五烷胺、正十六烷胺、正十七烷胺、正十八烷胺或正二十烷胺等单胺化合物;或(3)单异氰酸酯化合物,例如:异氰酸苯酯或异氰酸萘基酯等单异氰酸酯化合物。
该聚硅氧烷(B)包括由含环氧基的聚硅氧烷(b1)与侧链化合物(b2)反应所制得,且该含环氧基的聚硅氧烷(b1)包含由一第二混合物经加水分解及部分缩合而得的共聚物。
其中该含环氧基的聚硅氧烷(b1)包含由式(III-1)表示的基、由式(III-2)表示的基以及由式(III-3)表示的基中的至少一者。
具体而言,由式(III-1)表示的基如下所示。
式(III-1)中,B表示氧原子或单键;c表示1至3的整数;d表示0至6的整数,其中当d表示0时,B为单键。
另外,由式(III-2)表示的基如下所示。
式(III-2)中,e表示0至6的整数。
由式(III-3)表示的基如下所示。
式(III-3)中,D表示C2至C6的亚烷基;E表示氢原子或C1至C6的烷基。
含环氧基的基团较佳为包括由式(III-1-1)表示的基、由式(III-2-1)表示的基以及由式(III-3-1)表示的基中的至少一者。
本发明的含环氧基的聚硅氧烷(b1)包含由第二混合物经加水分解及部分缩合而得的共聚物,所述第二混合物包含由式(III-4)表示的硅烷单体(b1-1);
Si(Rf)b(ORg)4-b 式(III-4)
式(III-4)中,Rf为氢原子、C1至C10的烷基、C2至C10的烯基、C6至C15的芳基、含有环氧基的烷基或含有环氧基的烷氧基,且至少一个Rf为含有环氧基的烷基或含有环氧基的烷氧基;
当b为2以上的整数时,Rf各自为相同或不同;
Rg为氢原子、C1至C6的烷基、C1至C6的酰基或C6至C15的芳基;
当4-b为2以上的整数时,Rg各自为相同或不同;及
b为1至3的之整数。
更详细而言,当式(III-4)中的Rf表示C1至C10的烷基时,具体而言,Rf例如是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、正己基或正癸基。又,Rf也可以是烷基上具有其他取代基的烷基,具体而言,Rf例如是三氟甲基、3,3,3-三氟丙基、3-胺丙基、3-巯丙基或3-异氰酸丙基。
当式(III-4)中的Rf表示C2至C10的烯基时,具体而言,Rf例如是乙烯基。又,Rf也可以是烯基上具有其他取代基的烯基,具体而言,Rf例如是3-丙烯酰氧基丙基或3-甲基丙烯酰氧基丙基。
当式(III-4)中的Rf表示C6至C15的芳基时,具体而言,Rf例如是苯基、甲苯基(tolyl)或萘基(naphthyl)。又,Rf也可以是芳基上具有其他取代基的芳基,具体而言,Rf例如是对-羟基苯基(o-hydroxyphenyl)、1-(对-羟基苯基)乙基(1-(o-hydroxyphenyl)ethyl)、2-(对-羟基苯基)乙基(2-(o-hydroxyphenyl)ethyl)或4-羟基-5-(对-羟基苯基羰氧基)戊基(4-hydroxy-5-(p-hydroxyphenylcarbonyloxy)pentyl)。
再者,当式(III-4)中的Rf表示含有环氧基的烷基或含有环氧基的烷氧基时,Rf的具体例为前述含环氧基的聚硅氧烷(b1)所含有的环氧基团,于此不再赘述。
另外,当式(III-4)的Rg表示C1至C6的烷基时,具体而言,Rg例如是甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基。当式(III-4)中的Rg表示C1至C6的酰基时,具体而言,Rg例如是乙酰基。当式(III-4)中的Rg表示C6至C15的芳基时,具体而言,Rg例如是苯基。
硅烷单体(b1-1)的具体例包括3-(N,N-二缩水甘油基)胺基丙基三甲氧基硅烷、3-(N-烯丙基-N-缩水甘油基)胺基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚基丙基二甲基甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚基丙基二甲基乙氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基三甲氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基三乙氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基甲基二甲氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基甲基二乙氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基二甲基甲氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基二甲基乙氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁基三甲氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁基三乙氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁基甲基二甲氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁基甲基二乙氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁基二甲基甲氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁基二甲基乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、3-(3,4-环氧环己基)丙基三甲氧基硅烷、3-(3,4-环氧环己基)丙基三乙氧基硅烷、((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙基三甲氧基硅烷、((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙基三乙氧基硅烷、((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙基甲基二甲氧基硅烷或((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙烷二甲基甲氧基硅烷、市售商品例如DMS-E01、DMS-E12、DMS-E21、EMS-32(JNC制)或上述化合物的组合。
式(III-4)表示的硅烷单体(b1-1)的具体例较佳为包括3-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷、2-缩水甘油醚基乙基三甲氧基硅烷、4-缩水甘油醚基丁基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙基三甲氧基硅烷、((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙基三乙氧基硅烷,DMS-E01、DMS-E12或上述化合物的组合。
基于所述第二混合物中的单体的总量为1摩尔,所述硅烷单体(b1-1)的使用量为0.6摩尔至1摩尔,较佳为0.65至1摩尔,更佳为0.7至1摩尔。
用以反应生成所述含环氧基的聚硅氧烷(b1)的第二混合物较佳为进一步包含由式(III-5)表示的其他硅烷单体(b1-2):
Si(Rh)f(ORi)4-f 式(III-5)
式(III-5)中,Rh为氢原子、C1至C10的烷基、C2至C10的烯基、C6至C15的芳基或含有酸酐基的烷基;
当f为2以上的整数时,Rh各自为相同或不同;
Ri为氢原子、C1至C6的烷基、C1至C6的酰基或C6至C15的芳基;
当4-f为2以上的整数时,Ri各自为相同或不同;及
f为1至3的整数。
当式(III-5)中的Rh表示C1至C10的烷基、C2至C10的烯基、C6至C15的芳基时,其具体例与较佳例如前述Rf所示,于此不再赘述。
当式(III-5)中的Rh表示含有酸酐基的烷基时,烷基较佳为C1至C10的烷基。具体而言,所述含有酸酐基的烷基例如是式(III-5-1)所示的乙基丁二酸酐、式(III-5-2)所示的丙基丁二酸酐或式(III-5-3)所示的丙基戊二酸酐。值得一提的是,酸酐基是由二羧酸(dicarboxylic acid)经分子内脱水(intramolecular dehydration)所形成的基团,其中二羧酸例如是丁二酸或戊二酸。
当式(III-5)中的Ri表示C1至C6的烷基、C1至C6的酰基或C6至C15的芳基时,其具体例与较佳例如前述Rg所示,于此不再赘述。
由式(III-5)表示的其他硅烷单体(b1-2)可单独或混合使用,且由式(III-5)表示的其他硅烷单体(b1-2)包含具有1个硅原子的化合物。具有1个硅原子的化合物包括具有4个水解性基团的硅烷化合物、具有3个水解性基团的硅烷化合物、具有2个水解性基团的硅烷化合物、具有1个水解性基团的硅烷化合物,或其组合。
具有4个水解性基团的硅烷化合物的具体例包括四氯硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、四第二丁氧基硅烷,或上述化合物的组合。
具有3个水解性基团的硅烷化合物的具体例包括甲基三甲氧基硅烷(methyltrimethoxysilane简称MTMS)、甲基三乙氧基硅烷(methyltriethoxysilane)、甲基三异丙氧基硅烷(methyltriisopropoxysilane)、甲基三正丁氧基硅烷(methyltri-n-butoxysilane)、乙基三甲氧基硅烷(ethyltrimethoxysilane)、乙基三乙氧基硅烷(ethyltriethoxysilane)、乙基三异丙氧基硅烷(ethyltriisopropoxysilane)、乙基三正丁氧基硅烷(ethyltri-n-butoxysilane)、正丙基三甲氧基硅烷(n-propyltrimethoxysilane)、正丙基三乙氧基硅烷(n-propyltriethoxysilane)、正丁基三甲氧基硅烷(n-butyltrimethoxysilane)、正丁基三乙氧基硅烷(n-butyltriethoxysilane)、正己基三甲氧基硅烷(n-hexyltrimethoxysilane)、正己基三乙氧基硅烷(n-hexyltriethoxysilane)、癸基三甲氧基硅烷(decyltrimethoxysilane)、乙烯基三甲氧基硅烷(vinyltrimethoxysilane)、乙烯基三乙氧基硅烷(vinyltriethoxysilane)、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(3-acryoyloxypropyltrimethoxysilane)、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(3-methylacryloyloxypropyltrimethoxysilane,MPTMS)、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(3-methylacryloyloxypropyltriethoxysilane)、苯基三甲氧基硅烷(phenyltrimethoxysilane,PTMS)、苯基三乙氧基硅烷(phenyltriethoxysilane,PTES)、对-羟基苯基三甲氧基硅烷(p-hydroxyphenyltrimethoxysilane)、1-(对-羟基苯基)乙基三甲氧基硅烷(1-(p-hydroxyphenyl)ethyltrimethoxysilane)、2-(对-羟基苯基)乙基三甲氧基硅烷(2-(p-hydroxyphenyl)ethyltrimethoxysilane)、4-羟基-5-(对-羟基苯基羰氧基)戊基三甲氧基硅烷(4-hydroxy-5-(p-hydroxyphenylcarbonyloxy)pentyltrimethoxysilane)、三氟甲基三甲氧基硅烷(trifluoromethyltrimethoxysilane)、三氟甲基三乙氧基硅烷(trifluoromethyltriethoxysilane)、3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷(3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane)、3-胺丙基三甲氧基硅烷(3-aminopropyltrimethoxysilane)、3-胺丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropyltriethoxysilane)、3-巯丙基三甲氧基硅烷(3-mercaptopropyltrimethoxysilane)、3-(三苯氧基硅基)丙基丁二酸酐(3-triphenoxysilyl propyl succinic anhydride)、由信越化学所制造的市售品:3-(三甲氧基硅基)丙基丁二酸酐(3-trimethoxysilyl propyl succinic anhydride)(商品名X-12-967)、由WACKER公司所制造的市售品:3-(三乙氧基硅基)丙基丁二酸酐(3-(triethoxysilyl)propyl succinic anhydride)(商品名GF-20)、3-(三甲氧基硅基)丙基戊二酸酐(3-(trimethoxysilyl)propyl glutaric anhydride,TMSG)、3-(三乙氧基硅基)丙基戊二酸酐(3-(triethoxysilyl)propyl glutaric anhydride)、3-(三苯氧基硅基)丙基戊二酸酐(3-(triphenoxysilyl)propyl glutaric anhydride)或上述化合物的组合。
具有2个水解性基团的硅烷化合物的具体例包括甲基二甲氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基[2-(全氟正辛基)乙基]二甲氧基硅烷、3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、二正丁基二甲氧基硅烷,或上述化合物的组合。
具有1个水解性基团的硅烷化合物的具体例包括甲氧基二甲基硅烷、甲氧基三甲基硅烷、甲氧基甲基二苯基硅烷、三正丁基乙氧基硅烷,或上述化合物的组合。
该式(III-5)所示结构的其他硅烷单体(b1-2)较佳为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、巯甲基三甲氧基硅烷、巯甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷,或上述化合物的组合。
基于所述第二混合物中的单体的总量为1摩尔,所述硅烷单体(b1-2)的使用量为0摩尔至0.7摩尔,较佳为0至0.6摩尔,更佳为0至0.5摩尔。
第二混合物可进一步包含市售商品的硅烷单体,其具体例可列举KC-89、KC-89S、X-21-3153、X-21-5841、X-21-5842、X-21-5843、X-21-5844、X-21-5845、X-21-5846、X-21-5847、X-21-5848、X-22-160AS、X-22-170B、X-22-170BX、X-22-170D、X-22-170DX、X-22-176B、X-22-176D、X-22-176DX、X-22-176F、X-40-2308、X-40-2651、X-40-2655A、X-40-2671、X-40-2672、X-40-9220、X-40-9225、X-40-9227、X-40-9246、X-40-9247、X-40-9250、X-40-9323、X-41-1053、X-41-1056、X-41-1805、X-41-1810、KF6001、KF6002、KF6003、KR212、KR-213、KR-217、KR220L、KR242A、KR271、KR282、KR300、KR311、KR401N、KR500、KR510、KR5206、KR5230、KR5235、KR9218、KR9706(信越化学制);玻璃树脂(GLASS RESIN,昭和电工制);SH804、SH805、SH806A、SH840、SR2400、SR2402、SR2405、SR2406、SR2410、SR2411、SR2416、SR2420(东丽道康宁制);FZ3711、FZ3722(NUC制);DMS-S12、DMS-S15、DMS-S21、DMS-S27、DMS-S31、DMS-S32、DMS-S33、DMS-S35、DMS-S38、DMS-S42、DMS-S45、DMS-S51、DMS-227、PSD-0332、PDS-1615、PDS-9931、XMS-5025(JNC制);MS51、MS56(三菱化学制);以及GR100、GR650、GR908、GR950(昭和电工制)等的部分缩合物。
含环氧基的聚硅氧烷(b1)所含有的环氧基团例如是缩水甘油基(glycidylgroup)、缩水甘油醚基(glycidyloxy group)、环氧环己基(epoxycyclohexyl group)或环氧丙烷基(oxetanyl group)。
[含环氧基的聚硅氧烷(b1)的制备方法]
含环氧基的聚硅氧烷化合物的聚缩合反应可使用一般的方法形成,例如,在上述硅烷化合物或其混合物中添加有机溶剂、水或选择性地进一步添加触媒,接着利用油浴等进行50℃至150℃的加热,较佳加热时间为0.5小时至120小时。加热中,可将混合液进行搅拌,也可以置于回流条件下。
上述有机溶剂并没有特别限制,可与本发明液晶配向剂中所含的溶剂(C)为相同或不同。
该有机溶剂的具体例包括甲苯、二甲苯等的烃类化合物;甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲基正戊基酮、二乙基酮、环己酮、2-丁酮、2-己酮等的酮类溶剂;醋酸乙酯、醋酸正丁酯、醋酸异戊酯、丙二醇单甲基醚醋酸酯、醋酸-3-甲氧基丁酯、乳酸乙基等的酯类溶剂;乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、四氢呋喃、二恶烷(dioxane)等的醚类溶剂;1-己醇、4-甲基2-戊醇、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单正丙基醚、乙二醇单正丁基醚、丙二醇单甲基醚、丙二醇单乙基醚、丙二醇单正丙基醚等的醇类溶剂;N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、六甲基磷酸三酰胺、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮等的酰胺类溶剂,或上述有机溶剂的组合。
上述有机溶剂可单独使用或组合多种来使用。
基于所有硅烷化合物为100重量份,有机溶剂的使用量较佳为10重量份至1200重量份,更佳为30重量份至1000重量份。
基于所有硅烷化合物的水解性基团为1摩尔,水的使用量较佳为0.5摩尔至2摩尔。
该触媒没有特别的限制,较佳地,该触媒是选自于酸、碱金属化合物、有机碱、钛化合物、锆化合物,或其组合。
酸的具体例包括盐酸、硝酸、硫酸、氟酸、草酸、磷酸、醋酸、三氟醋酸、蚁酸、多元羧酸、多元酸酐,或其组合。
碱金属化合物的具体例包括氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾,或其组合。
有机碱的具体例包括乙胺、二乙胺、哌嗪(piperazine)、哌啶(piperidine)、吡咯啶(pyrrolidine)、吡咯(pyrrole)等的一级或二级的有机胺;三乙胺、三正丙胺、三正丁胺、吡啶(pyridine)、4-二甲胺基吡啶、二氮杂二环十一烯(diazabicycloundecene)等的三级有机胺;四甲基氢氧化铵等的四级有机胺等,或上述化合物的组合。
触媒的使用量根据种类、温度等反应条件等而异,并可适当地设定,例如基于所有硅烷化合物为1摩尔,该触媒的添加量为0.01摩尔至5摩尔,较佳为0.03摩尔至3摩尔,更佳为0.05摩尔至1摩尔。
基于安定性观点,待聚缩合反应结束后,较佳为将从反应液中分馏的有机溶剂层以水清洗。进行该清洗时,较佳为使用包含少量盐的水,例如0.2重量%左右的硝酸铵水溶液等进行清洗。清洗可进行至清洗后的水层成为中性为止,然后将有机溶剂层视需要以无水硫酸钙、分子筛(molecular sieves)等干燥剂进行干燥后,去除有机溶剂,即可获得含环氧基的聚硅氧烷(b1)。
当该聚硅氧烷(B)未使用含环氧基的聚硅氧烷(b1)或所使用的聚硅氧烷(b1)不含环氧基时,则所制得的液晶配向剂的耐环境性差、密着性差。
本发明之侧链化合物(b2)包含如式(IV)所示的结构:
E1-L0-L1-Z 式(IV)
式(IV)中,E1为C1至C30的烷基、被C1至C20的烷基或烷氧基取代或未被取代的C3至C10的环烷基,或含有类固醇骨架的C17至C51的烃基,该E1的烷基及烷氧基的一部分氢原子被取代或未被取代;
L0为单键、*-O-*、*-COO-*或*-OCO-*;
L1为单键、C1至C20的亚烷基、亚苯基、亚联苯基、亚环己基、二亚环己基或如下式(IV-1)或式(IV-2)所示的基团:
当L1为单键时,L0为单键;
*为键结处;及
Z为与环氧基反应形成结合基的一价有机基团。
上式(IV)中的E1所述的直链状或支链状的C1至C30的烷基,举例而言,可为甲基、乙基、n-丙基、异丙基、n-丁基、亚丁基、叔丁基、n-戊基、3-甲基丁基、2-甲基丁基、1-甲基丁基、2,2-二甲基丙基、n-己基、4-甲基戊基、3-甲基戊基、2-甲基戊基、1-甲基戊基、3,3-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、、1,1-二甲基丁基、n-庚基、5-甲基己基、4-甲基己基、3-甲基己基、2-甲基己基、1-甲基己基、4,4-二甲基戊基、3,4-二甲基戊基、2,4-二甲基戊基、1,4-二甲基戊基、3,3-二甲基戊基、2,3-二甲基戊基、1,3-二甲基戊基、2,2-二甲基戊基、1,2-二甲基戊基、1,1-二甲基戊基、2,3,3-三甲基丁基、1,3,3-三甲基丁基、1,2,3-三甲基丁基、n-辛基、6-甲基庚基、5-甲基庚基、4-甲基庚基、3-甲基庚基、2-甲基庚基、1-甲基庚基、2-乙基己基、n-壬基、n-癸基、n-十一基、n-十二基、n-十三基、n-十四基、n-十五基、n-十六基、n-十七基、n-十八基、n-十九基等。
上式(IV)中的E1所述的C3至C10的环烷基,举例而言,可为环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基等。上述这些环烷基可经或未经C1至C20的烷氧基取代。所述的C1至C20的烷氧基的具体例可参考上述C1至C30的烷基的说明所举的具体例子。所述的C1至C20的烷氧基的具体例,可参考上述C1至C30的烷基的说明中所举的具体例子的烷基,与氧原子结合后的基团。E1所述的烷基以及烷氧基,可至少有一部分的氢原子被取代,而用以取代氢原子的基团,举例可为腈基、氟原子、三氟甲基等。
上式(IV)中的E1所述的含有类固醇骨架的C17至C51的烃基,举例而言可为下式(S-1)至式(S-3)所示的基团,其中*5代表上述基团与式(IV)的L0的键结处。
较佳地,E1可选自于C1至C20的烷基、C1至C20的氟烷基、上式(S-1)的基团以及上式(S-3)的基团所组成的一族群。Z较佳为羧基。上式(IV)中的L1所述的C1至C20的亚烷基,举例而言,可为将前述C1至C30的烷基所举的各个基团去除掉1个氢原子而得的基团。
上式(IV)所示的化合物较佳可为下式(IV-1)至(IV-8)所示的化合物。
式(IV-1)至(IV-8)中,u为1至5的整数、v为1至18的整数、w为1至20的整数、k为1至5的整数、p为0或1、q为1至18的整数、r为0至18的整数,以及j为1至18的整数。s及t各自独立为0至2的整数。然而,s和t不同时为0。
较佳的,上式(IV-1)的v为1至18的整数,然以1至12的整数为更佳。上式(IV-2)的w较佳可为5至20的整数,然以10至18为更佳。上式(IV-3)的w较佳可为1至17的整数,然以3至12的整数为更佳。上式(IV-4)的w较佳可为1至15的整数,然以1至8的整数为更佳。上式(IV-8)的w较佳可为1至15的整数,然以1至8的整数为更佳。上式(IV-5)和式(IV-6)的r较佳为0至15的整数,然以0至8的整数为更佳。上式(IV-6)的q较佳可为1至12的整数,然以1至5的整数为更佳。上式(IV-8)的j较佳可为1至15的整数,然以1至8的整数为更佳。
上述化合物中,较佳为上式(IV-2)至式(IV-5)、式(IV-7)以及式(IV-8)的至少一者。具体而言,以下式(IV-1’)至式(IV-8’)为较佳。
当该聚硅氧烷(B)未使用该侧链化合物(b2)时,则所制得的液晶配向剂的耐环境性差、密着性差。
基于第二混合物中的单体的总量为1摩尔,该侧链化合物(b2)的使用量为0.05摩尔至0.5摩尔,较佳为0.1摩尔至0.45摩尔,然以0.2摩尔至0.4摩尔为更佳。若该侧链化合物(b2)的使用量于上述范围内,则所制得的液晶配向剂的耐环境性较佳。
基于该聚合物(A)的使用量为100重量份,聚硅氧烷(B)的使用量为1重量份至30重量份,较佳为1重量份至28重量份,然以1重量份至25重量份为更佳。
[聚硅氧烷(B)的制备方法]
本发明使用的聚硅氧烷(B)可通过使上述含环氧基的聚硅氧烷(b1)与侧链化合物(b2),在催化剂的存在下来反应合成。
作为催化剂,可以使用有机盐或是使用可促进环氧化合物和酸酐反应的硬化促进剂等公知的化合物。
上述有机盐,可以列举乙基胺、二乙基胺、哌嗪、哌啶、吡咯烷、吡咯等一级有机胺或二级有机胺;三乙基胺、三正丙基胺、三正丁基胺、吡啶、4-二甲基氨基吡啶、二氮杂双环十一碳烯等三级有机胺以及氢氧化四甲基铵等四级有机胺等。在这些有机胺中,较佳为三乙基胺、三正丙基胺、三正丁基胺、吡啶、4-二甲基氨基吡啶等三级有机胺或是氢氧化四甲基铵等四级有机胺。
上述硬化促进剂的的具体例包括苄基二甲基胺、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚、环己基二甲基胺、三乙醇胺等三级胺;2-甲基咪唑、2-正庚基咪唑、2-正烷基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-甲基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-5-正十一烷基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-苯基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟甲基咪唑、2-苯基-4,5-二(羟甲基)咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-苯基-4,5-二[(2’-氰基乙氧基)甲基]咪唑、l-(2-氰基乙基-2-正十一烷基咪唑鎓苯偏苯三酸盐、1-(2-氰基乙基)-2-苯基咪唑鎓偏苯三酸盐、1-(2-氰基乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑鎓偏苯三酸盐、2,4-二胺基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]乙基-S-三嗪、2,4-二胺基-6-(2’-正十一烷基咪唑)乙基-S-三嗪、2,4-二胺基-6-[2’-乙基-4’-甲基咪唑基-(1’)]乙基-S-三嗪、2-甲基咪唑的三聚异氰酸加成物、2-苯基咪唑的三聚异氰酸加成物、2,4-二胺基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]乙基-S-三嗪的三聚异氰酸加成物等咪唑化合物;二苯基膦、三苯基膦、亚磷酸三苯基酯等有机磷化合物;苄基三苯基氯化鏻(benzyl triphenyl phosphonium chloride)、四正丁基溴化鏻、甲基三苯基溴化鏻、乙基三苯基溴化鏻、正丁基三苯基溴化鏻、四苯基溴化鏻、乙基三苯基碘化鏻、乙基三苯基鏻乙酸盐、四正丁基鏻-O,O-二乙基偶磷二硫代硫酸盐(tetra-n-butyl phosphonium-O,O-diethyl phosphorodithionate)、四正丁基鏻苯并三唑盐(tetra-n-butylphosphonium benzotriazolate)、四正丁基鏻四氟硼酸盐、四正丁基鏻四苯基硼酸盐、四苯基鏻四苯基硼酸盐等的四级鏻盐;1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一烯-7或其有机酸盐等的二氮杂双环烯烃;辛酸锌、辛酸锡、乙酰丙酮铝错合物(aluminiumacetylacetone complex)等的有机金属化合物;四乙基溴化铵、四-正丁基溴化铵、四乙基氯化铵、四-正丁基氯化铵等的四级铵盐;三氟化硼(boron trifluoride)、硼酸三苯酯等的硼化合物;氯化锌、四氯化锡等的金属卤素化合物;双氰胺(dicyandiamide)或胺与环氧树脂的加成物等胺加成型促进剂等的高熔点分散型潜在性硬化促进剂;将上述咪唑化合物、有机磷化合物或四级鏻盐等硬化促进剂的表面以聚合物包覆的微胶囊(microcapsule)型潜在性硬化促进剂;胺盐型潜在性硬化促进剂;刘易斯酸盐、布忍斯特酸盐(Bronsted acidsalt)等高温解离型的热阳离子聚合型潜在性硬化促进剂等潜在性硬化促进剂等。
硬化促进剂的具体例较佳为包括四乙基溴化铵、四-正丁基溴化铵、四乙基氯化铵及四-正丁基氯化铵等的四级铵盐。
硬化促进剂的具体例较佳为包括四乙基溴化铵、四-正丁基溴化铵、四乙基氯化铵及四-正丁基氯化铵等的四级铵盐。
反应温度较佳为0℃至200℃,且更加佳为50℃至150℃。反应时间较佳为0.1小时至50小时,更佳为0.5小时至20小时。
聚硅氧烷(B)的合成反应根据需要,可在有机溶剂存在的条件下进行。所述有机溶剂并没有特别限制,可与含环氧基的聚硅氧烷(b1)的制备中所使用的有机溶剂以及与本发明液晶配向剂中所含的溶剂(C)为相同或不相同。上述有机溶剂的具体例较佳为2-丁酮、2-己酮、甲基异丁基酮、醋酸正丁酯,或其组合。
本发明的聚硅氧烷(B)的重量平均分子量为2000至20000;较佳为3000至18000;更佳为5000至15000。
本发明的液晶配向剂中所使用的溶剂并无特别的限制,只要是可溶解聚合物(A)、聚硅氧烷(B)与其他任意成份且并不与其产生反应即可,较佳为同前述合成聚酰胺酸中所使用的溶剂,同时,亦可并用合成该聚酰胺酸时所使用的贫溶剂。
溶剂(C)的具体例包括但不限于N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、γ-丁内酰胺、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇单甲基醚、乳酸丁酯、乙酸丁酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、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(ethylene glycol 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-dimethylacetamide)等。溶剂(C)可以单独使用或者组合多种来使用。
基于聚合物(A)的使用量为100重量份,溶剂(C)的使用量为500至3000重量份,较佳为800至3000重量份,且更佳为800至2500重量份。
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(D),其中添加剂(D)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。
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、N,N,N’,N’-四环氧丙基-间-二甲苯二胺、1,3-双(N,N-二环氧丙基胺基甲基)环己烷、N,N,N’,N’-四环氧丙基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、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。
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。
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。
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-胺基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基二甲氧基硅烷、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-芐基-3-胺基丙基三甲氧基硅烷、N-芐基-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。
具有官能性基团的硅烷化合物可以单独使用或组合多种来使用。
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。
基于聚合物(A)的总使用量为100重量份,添加剂(D)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。
[液晶配向剂的制造方法]
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)以及聚硅氧烷(B)混合均匀形成混合物。接着,于温度为0℃至200℃的条件下添加溶剂(C),并选择性地加入添加剂(D),最后以搅拌装置持续搅拌至溶解即可。另外,较佳的是于20℃至60℃的温度下添加溶剂(C)。
在25℃下,本发明的液晶配向剂的黏度通常为15cps至35cps,较佳为17cps至33cps,且更佳为20cps至30cps。
[液晶配向膜以及液晶显示组件的制造方法]
本发明另提供一种液晶配向膜,其是由前述的液晶配向剂所形成。
本发明亦提供一种液晶显示组件,其包含前述的液晶配向膜。
本发明的液晶配向膜是利用上述调制的液晶配向剂所形成。再者,本发明的液晶显示组件具有由上述液晶配向剂所形成的液晶配向膜。液晶显示组件的操作模式并无特别限制,较佳可为垂直配向型。
本发明的液晶配向膜以及液晶显示组件的制造方法,可包含:将本发明的液晶配向剂,涂布于一对具有导电膜的基板的该导电膜上,接着将上述基板加热以形成涂膜的第一步骤;将上述形成有涂膜的一对基板相对设置,以建构液晶胞的第二步骤;以及,将具有导电膜的该对基板,在施加电压的情况下,以光照射液晶胞的第三步骤。
[第一步骤:涂膜的形成]
在此步骤中,以二枚设有图案化的透明导电膜的基板作为一对,在形成有透明导电膜的基板的表面上,分别涂布本发明的液晶配向剂,较佳地可使用平版印刷法、旋转涂布印刷法、辊涂法或喷墨法进行液晶配向剂的涂布。此处所称的基板可例如使用浮法玻璃、钠玻璃等玻璃;聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚醚砜、聚碳酸酯、聚(脂环式烯烃)等塑料透明基板。设于基板表面的透明导电膜,可使用由氧化锡(SnO2)所形成的NESA膜(美国PPG公司的注册商标)、由氧化铟和氧化锡(In2O3-SnO2)所形成的ITO膜。图案化的透明导电膜的形成,可例如先形成未图案化的透明导电膜后,以光蚀刻(Photo-etching)的图案形成方法,并使用具有透明导电膜形成时预定图案的罩幕等方式达成。涂布液晶配向剂时,为了使基板表面以及透明导电膜与涂膜之间具有良好的接着性,也可在形成涂膜的基板的表面,预先进行涂布官能性硅烷化合物、官能性钛化合物等的前处理。
涂布液晶配向剂后,为防止所涂布的液晶配向剂滴落,较佳可进行预烤(Prebake)。预烤的温度可为30℃至200℃,以40℃至150℃为较佳,然以40℃至100℃为更佳。预烤的时间可为0.25分至10分,较佳为0.5分至5分。之后,将溶剂完全去除,为了形成必要存在的聚合物以及酰胺酸的结构的热酰亚胺化,对上述基板进行烧结(后烤)的步骤。后烤的温度可为80℃至300℃,较佳为120℃至250℃。后烤的时间可为5分至200分,较佳为10分至100分。因此,所形成的膜的厚度可为0.001μm至1μm,较佳为0.005μm至0.5μm。
涂布液晶配向剂后的加热步骤,可去除有机溶剂,因而形成液晶配向膜的涂膜。此时,本发明的液晶配向剂中所含的聚合物包括聚酰胺酸、或具有酰亚胺结构和酰胺酸结构的酰亚胺聚合物。之后,进一步将所形成的涂膜加热,上述聚合物则会进行脱水死循环反应,以形成酰亚胺化的涂膜。以上述方法形成的涂膜,可直接作为液晶配向膜使用,但也可进行预定的摩擦处理。
[第二步骤:液晶胞的建构]
在此步骤中,提供形成有上述液晶配向膜的二枚基板,并于相对配置的二枚基板之间设置含液晶性化合物及光聚合性化合物的液晶层,以形成液晶胞。制造液晶胞的方法可举例如下述二种方法。
第一种方法是现有方法(真空注入法)。首先,将二枚基板相对设置,使相对设置的液晶配向膜之间形成间隙(晶胞间隙;Cell Gap)。将二枚基板的周围以黏着剂贴合,于利用基板表面以及黏着剂所划分出来的晶胞间隙中,注入液晶性化合物及光聚合性化合物并填满后,密封注入孔,以制得液晶胞。
第二种方法称为液晶滴入工艺(One Drop Filling;ODF)。在形成有液晶配向膜的二枚基板中的其中一者的基板上的预定处,涂布例如紫外光硬化性的黏着剂。接着,在上述液晶配向膜的预定处滴下液晶性化合物及光聚合性化合物的混合物后,将上述液晶配向膜与另一基板的液晶配向膜相对设置,将二枚基板贴合,使液晶在基板的整个表面上扩散,接着以紫外光照射整个基板,使黏着剂硬化,以制造液晶胞。无论使用上述哪个方法,形成上述液晶胞后,将上述基板加热至所使用的液晶性化合物转变为等向性的温度,再缓慢冷却至室温,以去除液晶填充时的流动配向。
作为上述的黏着剂,可使用作为硬化剂以及间隔件的环氧树脂,其含有氧化铝球。该液晶性化合物较佳可选用具有负介电各向异性的向列液晶,例如可以使用二氰基苯基液晶、哒嗪基液晶、希夫碱基液晶、氧化偶氮基液晶、联苯液晶、苯基环己基液晶、三联苯液晶等。此外,为了使PSA模式的液晶显示设备的响应速度更快,优选并用烯基液晶,其为具有一个烯基或氟烯基的单官能性液晶化合物。所述烯基液晶,可使用现有的烯基液晶,例如下式(L1-1)至式(L1-9)所示的化合物等。
该光聚合性化合物可使用具有丙烯酰基、甲基丙烯基、乙烯基等可进行自由基聚合反应的官能基的化合物。从反应性的观点出发,其中较佳使用具有丙烯酰基及甲基丙烯基中至少二个的官能基的化合物。此外,从维持液晶分子的配向性稳定的观点出发,该光聚合性化合物为液晶骨架,较佳使用具有环己烷环及苯环中至少二个的环的化合物。再者,该光聚合性化合物可以使用现有的光聚合性化合物。该光聚合性化合物的使用量较佳占液晶性化合物整体重量的0.1%至0.5%。液晶层的厚度较佳为1μm至5μm。
[第三步骤:曝光步骤]
建构液晶胞后,于该对基板的导电膜之间施加电压,并同时以光照射。此处所施加的电压可例如为5V至50V的直流或交流电。再者,所照射的光可例如为包含波长为150nm至800nm的光的紫外光和可见光,然以包含波长为300nm至400nm的光的紫外光为较佳。照射光的光源可例如使用低压水银灯、高压水银灯、氘灯、金属卤素灯、氩气共振灯、氙灯、准分子激光等。此外,可将光源与滤光片、绕射光栅等搭配使用,而得到上述较佳的波长范围的紫外光。
光的照射量可为1000J/m2以上至小于100,000J/m2,较佳为1000J/m2至50,000J/m2。例如现有在制造PSA模式的液晶显示组件时,需要100,000J/m2的光照射量,然而本发明的液晶显示组件可利用小于100,000J/m2,甚至小于50,000J/m2的照射光量,制得具有预定的预倾角特性的液晶显示组件,并降低液晶显示组件的制造成本。再者,也可抑制因强光照射而造成的电学性质的劣化、液晶分子的反应性的劣化。
然后,将偏光板贴合于液晶胞的外侧表面,则可制得本发明的液晶显示组件。上述偏光板可举例为以聚乙烯醇延亚配向并吸收碘液的,被称为“H膜”的偏光膜,与将上述偏光膜夹设于中间的醋酸纤维素的保护膜,所形成的偏光板。
本发明的液晶显示组件,可适用于各种装置中,例如:手表、可携式游戏机、字处理器、笔记本电脑、导航系统、摄影机、PDA、数字相机、手机、智能型手机、各种屏幕、液晶电视、电子广告牌等各种显示设备。
兹以下列实例予以详细说明本发明,唯并不意味本发明仅局限于此等实例所揭示的内容。
[聚合物(A)的制备]
<合成例A1-1>
在容积500毫升的四颈锥瓶上设置氮气入口、搅拌器、冷凝管及温度计,并导入氮气。然后,在四颈锥瓶中,加入0.005摩尔的表1-1所示的a2-1-1、0.02摩尔的a2-2-1、0.025摩尔的a2-3-2及80克的N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,简称为NMP),并于室温下搅拌至溶解。接着,加入0.05摩尔的表1所示的a1-1以及20克的NMP,并于室温下反应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℃进行干燥后,即可得聚合物(A1-1)。
<合成例A1-2至A1-13及比较合成例A1-14至A1-16>
合成例A1-2至A1-13及比较合成例A1-14至A1-16是以与合成例A1-1相同的步骤来制备该聚合物,不同的地方在于:改变四羧酸二酐化合物或二胺化合物的种类及其使用量,如表1-1、表1-2所示。
<合成例A2-1>
在容积500毫升的四颈锥瓶上设置氮气入口、搅拌器、冷凝管及温度计,并导入氮气。然后,在四颈锥瓶中,加入0.005摩尔的表2-1所示的a2-1-1、0.02摩尔的a2-2-1、0.025摩尔的a2-3-2及80克的NMP,并于室温下搅拌至溶解。接着,加入0.05摩尔的表2-1所示的a1-1以及20克的NMP。于室温下反应6小时后,加入97克的NMP、0.05摩尔的醋酸酐及0.1摩尔的吡啶,升温至120℃,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℃进行干燥后,即可得聚合物(A2-1)。
<合成例A2-2至A2-13及比较合成例A2-14至A2-16>
合成例A2-2至A2-13及比较合成例A2-14至A2-16是以与合成例A2-1相同的步骤来制备该聚合物,不同的地方在于:改变四羧酸二酐化合物或二胺化合物的种类及其使用量,如表2-1、表2-2所示;以及改变脱水剂与脱水死循环反应的触媒的使用量。
表1-1:
表1-2:
表2-1:
表2-2:
表1-1、表1-2、表2-1及表2-2中:
a1-1 苯均四羧酸二酐
a1-2 1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐
a1-3 2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐
a1-4 3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐
a2-1-1 式(1),其中Ra为式(1-2)
a2-1-2 式(1),其中Ra为式(1-1)
a2-1-3 式(1),其中Ra为式(1-4)
a2-1-4 式(1),其中Ra为式(1-6)
a2-1-5 式(1),其中Ra为式(1-3)
a2-1-6 式(1),其中Ra为式(1-10)
a2-4-1 对-二胺苯
a2-4-2 4,4'-二胺基二苯基甲烷
a2-4-3 2,2’-二甲基-4,4’-二胺基联苯
a2-4-4 4,4'-二胺基二苯基醚
a2-4-5 式(4-1-2)
a2-4-6 式(4-1-6)
a2-4-7 1-十八烷氧基-2,4-二胺基苯
[制备聚硅氧烷(B)]
<合成例B-1>
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1.00摩尔的2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷(以下简称为ECETS)以及600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H2O)。接着,将三颈烧瓶浸渍于30℃的油浴中并搅拌30分钟,然后于30分钟内将油浴升温至90℃,待溶液的内温达到75℃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0.2wt%的硝酸铵水溶液进行清洗后,即可获得含环氧基的聚硅氧烷化合物的溶液。
接着,将0.50摩尔的乙烯性不饱和化合物b-2-1及0.2克硬化促进剂UCAT 18X(三亚普罗(SAN-APRO)公司制)加入含环氧基的聚硅氧烷化合物的溶液。然后,将三颈烧瓶浸渍于30℃的油浴中并搅拌10分钟,然后于30分钟内将油浴升温至115℃,待溶液的内温达到100℃时,持续加热搅拌24小时。待反应结束后,取出有机层并进行水洗后,使用硫酸镁进行干燥,去除溶剂后,即可获得聚硅氧烷(B-1)。
<合成例B-2至合成例B-8及比较合成例B’-1至比较合成例B’-3>
合成例B-2至合成例B-8及比较合成例B’-1至比较合成例B’-3是以与合成例B-1相同的步骤来制备该含光反应性基的聚硅氧烷,并且其不同处在于:改变聚硅氧烷(B)的反应物的种类及其使用量、触媒及溶剂的种类及其使用量、反应温度及聚缩合时间(如表3-1、表3-2所示)。
表3-2:
表3-1、表3-2中:
GETMS 2-缩水甘油醚基乙基三甲氧基硅烷
(2-glycidoxyethyltrimethoxy silane)
GBTMS 4-缩水甘油醚基丁基三甲氧基硅烷
(4-glycidoxybutyltrimethoxysilane)
ECETS 2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷
(2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxy silane)
ECEES 2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷
(2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane)
OXTMS ((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙基三甲氧基硅烷
(((3-ethyl-3-oxetanyl)methoxy)propyltrimethoxysilane)
OXTES ((3-乙基-3-环氧丙烷基)甲氧基)丙基三乙氧基硅烷
(((3-ethyl-3-oxetanyl)methoxy)propyltriethoxysilane)
MTMS 甲基三甲氧基硅烷(methyltrimethoxy silane)
DMDMS 二甲基二甲氧基硅烷(dimethyldimethoxy silane)
PTMS 苯基三甲氧基硅烷(phenyltrimethoxy silane)
PTES 苯基三乙氧基硅烷(phenyltriethoxy silane)
PGME 丙二醇单甲基醚(propyleneglycolmonomethylether)
MIBK 甲基异丁基酮(methylisobutylketone)
TEA 三乙胺(triethylamine)
[液晶配向剂、液晶配向膜及液晶显示组件的制备]
<实施例1>
秤取100重量份的聚合物(A1-1)、1重量份的聚硅氧烷(B-1)以及500重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮(简称C-1),并且在室温下,以搅拌装置持续搅拌至溶解,即可形成实施例1的液晶配向剂。
将该液晶配向剂进行各检测项目评价,所得结果如表4-1所示。
<实施例2至39及比较例1至12>
实施例2至39及比较例1至12是以与实施例1相同的步骤来制备该液晶配向剂,不同的地方在于:改变聚合物组成物、溶剂及添加剂的种类及其使用量,如表4-1、表4-2、表4-3及表5所示。将这些液晶配向剂进行各检测项目评价,所得结果如表4-1、表4-2、表4-3及表5所示。
表4-1:
表4-2:
表4-3:
表5:
表4-1、表4-2、表4-3及表5中:
C-1 N-甲基-2-吡咯烷酮
C-2 乙二醇正丁基醚
C-3 N,N-二甲基乙酰胺
D-1 N,N,N’,N’-四环氧丙基-4,4’-二胺基二苯基甲烷
D-2 N,N-环氧丙基-对-环氧丙氧基苯胺
[评价方式]
<酰亚胺化率>
酰亚胺化率是指通过聚合物中的酰胺酸官能基数目和酰亚胺环数目的合计量为基准,计算酰亚胺环数目所占的比例,以百分率表示。
检测的方法是将合成例的聚合物组成物分别进行减压干燥后,溶解于适当的氘化溶剂(deuteration solvent),例如:氘化二甲基亚砜中,以四甲基硅烷作为基准物质,从室温(例如25℃)下测定1H-核磁共振(1H-Nuclear magnetic resonance,1H-NMR)的结果,再由下式即可求得酰亚胺化率(%)。
Δ1:NH基质子在10ppm附近的化学位移(chemical shift)所产生的峰值(peak)面积;
Δ2:其他质子的峰值面积;
α:聚合物组成物的前驱物(聚酰胺酸)中的NH基的1个质子相对于其他质子的个数比例。
<耐环境性>
使用实施例1至实施例39及比较例1至比较例12的液晶配向剂,依上述方法制作液晶显示组件,并将制得的液晶显示组件分别放置于温度为65℃且相对湿度为85%的环境中,经120小时后,利用电气测量机台(东阳公司制,型号Model 6254)分别测量其离子密度。测试条件是于60℃温度下施加1.7伏特电压、0.01Hz的三角波,于电流-电压的波形中,计算0至1伏特范围的波峰面积可测得离子密度(pC),测量面积为3cm×4cm。离子密度越低,代表耐环境性越佳。离子密度的评价基准如下所示。
◎:离子密度<20pC
○:20pC≦离子密度<40pC
△:40pC≦离子密度<50pC
╳:50pC≦离子密度
<密着性>
将上述的液晶配向剂,旋转涂布于玻璃基板上,续使用加热板以80℃的温度预烤。续于经氮气交换的烤箱中以以80℃的温度加热1小时(后烤),以形成平均膜厚0.08μm的涂膜。重复上述相同步骤,以制得两片具有涂膜的玻璃基板。取其中一片具有涂膜的玻璃基板,于其涂膜上涂布直径约5mm的ODF封胶(S-WB42,积水化学制),并以另一片玻璃基板的涂膜接触ODF封胶,将两片玻璃基板贴合。然后,以金属卤化物灯以100,000J/m2(365nm换算)的光线照射后,续于120℃的烤箱加热1小时。然后,续以今田制作所的亚张压缩试验机(型号:SDWS-0201-100SL)测定其密着力,以评价涂膜的密着性,其评价标准如下:
◎:密着力≧300gf/mm2
○:300gf/mm2>密着力≧200gf/mm2
△:200gf/mm2>密着力≧100gf/mm2
╳:密着力<100gf/mm2。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效,而非限制本发明。习于此技术的人士对上述实施例所做的修改及变化仍不违背本发明的的之精神。本发明的权利范围应如权利要求书所列。
Claims (18)
1.一种液晶配向剂,包含:
聚合物(A),其由包括四羧酸二酐组分(a1)及二胺组分(a2)的一第一混合物反应所制得,且该聚合物(A)是选自聚酰胺酸聚合物、聚酰亚胺聚合物、聚酰亚胺系嵌段共聚合物或上述聚合物的任意组合;
聚硅氧烷(B);及
溶剂(C);
其中该二胺组分(a2)包括至少一种式(1)所示的第一二胺化合物(a2-1):
H2N-Ra-NH2 式(1)
式(1)中,Ra为式(1-1)至式(1-11)所示的二价单元:
式(1-1)至式(1-11)中,*为键结处;及
该聚硅氧烷(B)包括由含环氧基的聚硅氧烷(b1)与侧链化合物(b2)反应所制得,且该含环氧基的聚硅氧烷(b1)包含由一第二混合物经加水分解及部分缩合而得的共聚物。
2.根据权利要求1所述的液晶配向剂,其中,所述含环氧基的聚硅氧烷(b1)包含由式(III-1)表示的基、由式(III-2)表示的基以及由式(III-3)表示的基中的至少一者:
式(III-1)中,B为氧原子或单键;
c为1至3的整数;及
d为0至6的整数;
当d为0时,B为单键;
式(III-2)中,e为0至6的整数;
式(III-3)中,D为C2至C6的亚烷基;及
E为氢原子或C1至C6的烷基。
3.根据权利要求1所述的液晶配向剂,其中,所述该第二混合物包含如式(III-4)所示的硅烷单体(b1-1):
Si(Rf)b(ORg)4-b 式(III-4)
式(III-4)中,Rf为氢原子、C1至C10的烷基、C2至C10的烯基、C6至C15的芳基、含有环氧基的烷基或含有环氧基的烷氧基,且至少一个Rf为含有环氧基的烷基或含有环氧基的烷氧基;
当b为2以上的整数时,Rf各自为相同或不同;
Rg为氢原子、C1至C6的烷基、C1至C6的酰基或C6至C15的芳基;
当4-b为2以上的整数时,Rg各自为相同或不同;及
b为1至3的整数。
4.根据权利要求1所述的液晶配向剂,其中,所述侧链化合物(b2)包含如式(IV)所示的结构:
E1-L0-L1-Z (IV)
式(IV)中,E1为C1至C30的烷基、被C1至C20的烷基或烷氧基取代或未被取代的C3至C10的环烷基,或含有类固醇骨架的C17至C51的烃基,该E1的烷基及烷氧基的一部分氢原子被取代或未被取代;
L0为单键、*-O-*、*-COO-*或*-OCO-*;
L1为单键、C1至C20的亚烷基、亚苯基、亚联苯基、亚环己基、二亚环己基或如下式(IV-1)或式(IV-2)所示的基团:
当L1为单键时,L0为单键;
*为键结处;及
Z为与环氧基反应形成结合基的一价有机基团。
5.根据权利要求1所述的液晶配向剂,其中,所述二胺组分(a2)还包含式(2)所示的第二二胺化合物(a2-2):
式(2)中,R15为选自由-O-、 所组成的群;及
R16为式(2-1)所示的有机基团:
式(2-1)中:
R17为氢、氟或甲基;
R18、R19及R20各自独立地表示单键、-O-、 或C1至C3的亚烷基;
R21选自由所组成的群;
其中:
R23及R24各自独立地表示氢、氟或甲基;
R22选自由氢、氟、C1至C12的烷基、C1至C12的氟烷基、C1至C12的烷氧基、-OCH2F、-OCHF2及-OCF3所组成的群;
a表示1或2的整数;
g、m及i各自独立地表示0至4的整数;
y、h及x各自独立地表示0至3的整数,且y+h+x≧3;及
z1及z2各自独立地表示1或2;
当R17、R18、R19、R20、R21、R23或R24为多个时,其各自为相同或不同。
6.根据权利要求1所述的液晶配向剂,其中,所述二胺组分(a2)还包含式(3)所示的第三二胺化合物(a2-3):
式(3)中,X为含C6至C30芳香环的有机基;及
n为1至4的整数。
7.根据权利要求6所述液晶配向剂,其中,所述第三二胺化合物(a2-3)选自由式(3-1)至式(3-5)所组成的群:
式(3-1)至式(3-5)中,X1及X3独立地表示单键、-CH2-、-C2H4-、-C(CH3)2-、-CF2-、-C(CF3)2-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH3)-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-CON(CH3)-或-N(CH3)CO-;
X2表示C1至C5的直链烷基或C1至C5的支链烷基;
n1及n7独立地表示1至4的整数;
n2及n3独立地表示0至4的整数,且n2+n3为1至4的整数;及
n4、n5及n6独立地表示1至5的整数。
8.根据权利要求1所述的液晶配向剂,其中,基于所述二胺组分(a2)的总使用量为100摩尔,所述由式(1)所示的第一二胺化合物(a2-1)的使用量为3至60摩尔。
9.根据权利要求5所述的液晶配向剂,其中,基于所述二胺组分(a2)的总使用量为100摩尔,所述由式(2)所示的第二二胺化合物(a2-2)的使用量为5至60摩尔。
10.根据权利要求6所述的液晶配向剂,其中,基于所述二胺组分(a2)的总使用量为100摩尔,所述由式(3)所示的第三二胺化合物(a2-3)的使用量为3至97摩尔。
11.根据权利要求3所述的液晶配向剂,其中,基于所述第二混合物中的单体的总量为1摩尔,所述硅烷单体(b1-1)的使用量为0.6摩尔至1摩尔。
12.根据权利要求4所述的液晶配向剂,其中,基于所述第二混合物中的单体的总量为1摩尔,所述侧链化合物(b2)的使用量为0.05摩尔至0.5摩尔。
13.根据权利要求1所述的液晶配向剂,其中,基于所述聚合物(A)的使用量为100重量份,所述聚硅氧烷(B)的使用量为1重量份至30重量份,及所述该溶剂(C)的使用量为500重量份至3000重量份。
14.根据权利要求1所述的液晶配向剂,其中,所述聚合物(A)为聚酰胺酸聚合物(A1)与聚酰亚胺聚合物(A2)的组合。
15.根据权利要求14所述的液晶配向剂,其中,基于所述聚合物(A)的使用量为100重量份,所述聚酰胺酸聚合物(A1)的使用量为20重量份至60重量份,及所述聚酰亚胺聚合物(A2)的使用量为40重量份至80重量份。
16.根据权利要求1所述的液晶配向剂,其中,所述聚合物(A)的酰亚胺化率为30%至80%。
17.一种液晶配向膜,其是由如权利要求1至16中任一项所述的液晶配向剂所形成。
18.一种液晶显示组件,其包含如权利要求17所述的液晶配向膜。
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