TWI480264B - 液晶配向劑、液晶配向膜、以及液晶顯示元件及其製造方法 - Google Patents

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Description

液晶配向劑、液晶配向膜、以及液晶顯示元件及其製造方法
本發明是有關於一種液晶配向劑，且特別是有關於一種溶劑中含有吡咯烷酮(pyrrolidone)的液晶配向劑、使用這種液晶配向劑製成的液晶配向膜，以及包括該液晶配向膜的液晶顯示元件及其製造方法。
液晶顯示器(liquid crystal display)為利用液晶的光電性質的顯示器，其具有體積小、重量輕、低電力消耗與顯示品質佳等吸引人的優點，近年來已成為平面顯示器的主流。
隨著畫面尺寸的擴大，對色彩的高飽和度、高對比度及對高反應速度的要求，液晶顯示器由扭轉向列(Twisted Nematic,TN)發展至超扭轉向列(Super Twisted Nematic,STN)，再發展到每一個畫素中皆裝有薄膜電晶體(Thin Filmed Tansistor,TFT)的TFT型顯示元件。近年來持續對TFT型顯示元件的驅動方式進行改良，在改善視角方面，開發了垂直配向(Vertical Alignment,VA)方式或橫向電場效應(In-Plane Switching,IPS)方式，此外，亦開發可改善對應動畫的反應速度的光學 補償彎(Optically Compensated Bend,OCB)方式。
在液晶顯示器元件中，典型的液晶元件為扭轉向列(TN)電場效應型液晶元件，其使用具有正介電異方性的向列液晶。一般而言，液晶分子置入一對含有電極的基板間，這兩個基板的配向方向相互垂直，經由控制電場可控制液晶分子的排列方式。就此類型的液晶顯示器元件而言，讓液晶分子的長軸方向與基板表面可以有均勻傾斜角度的配向是相當重要的，而可使液晶分子排列成均勻預傾角(pre-tilt angle,PTA)配向的材料稱為配向膜(alignment film)。
目前工業界有兩種典型的配向膜製備方法。第一種方法是藉由蒸氣沈積將無機物質製成無機膜。第二種方法則是將有機膜塗布在基板表面上，然後利用棉布、尼龍或聚酯類的軟布對有機膜進行定向摩擦，以使液晶分子得以沿著摩擦方向配向。由於此方法較簡易且相當容易獲得均勻配向，因此普遍應用於工業規模。可形成有機配向膜的聚合物例如聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)、聚氧乙烯(polyethylene oxide,PEO)、聚醯胺酸(polyamide acid,PAA)或聚醯亞胺(polyimide,PI)，其中聚醯亞胺由於具有化學安定性和熱安定性等性質，最常被利用作為配向膜的材料。
其中，由於聚醯亞胺及聚醯胺酸對水的溶解度極差，因此通常使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為溶劑，然而，N-甲基吡咯烷酮的吸濕性高，故在塗布過程中，會因為聚醯亞胺或聚醯胺酸本身溶解度不佳或是配向劑中含有過多水分而展膜不均甚至析出，而無法得到均勻良好的液晶配向膜。
本發明提供一種液晶配向劑，其提供良好的印刷性，並且具有良好的電氣性質與抗吸濕性等特性。
本發明另提供一種液晶配向膜，其藉由前述液晶配向劑而製成，在不同製程條件下亦可維持良好的預傾角穩定度。
本發明又提供一種液晶顯示元件，其包括前述液晶配向膜，因此具有高電壓保持率等功效，進而達到增進液晶顯示元件效能的目的。
本發明再提供一種液晶顯示元件的製造方法，可以製造高效能的液晶顯示元件。
本發明提出一種液晶配向劑，包括溶劑，所述溶劑包括由式1表示的吡咯烷酮(pyrrolidone)式1，其中R為C3 -C12 支鏈烴基。
在本發明的一實施例中，R為C3 -C8 支鏈烴基。
在本發明的一實施例中，R為C3 -C5 支鏈烴基。
在本發明的一實施例中，R為烷基。
在本發明的一實施例中，由式1表示的吡咯烷酮在溶劑中所佔比例為0.5重量%~90重量%。
在本發明的一實施例中，由式1表示的吡咯烷酮在溶劑中所佔比例為0.5重量%~50重量%。
在本發明的一實施例中，液晶配向劑更包括聚合物，前述聚合物包括聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯亞胺與聚醯胺酸的共聚物或聚醯亞胺與聚醯胺酸的混合物。
本發明另提出一種液晶配向膜，其特徵在於：透過將前述的液 晶配向劑塗布至基板上而製得。
本發明又提出一種液晶顯示元件，包括前述的液晶配向膜。
本發明再提出一種液晶顯示元件的製造方法，包括：將前述的液晶配向劑塗布至基板，接著對基板加熱烘烤而形成液晶配向膜。
基於上述，本發明的液晶配向劑，其藉由包括具有C3 -C12 支鏈烴基的吡咯烷酮類溶劑，不僅可良好地溶解聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯胺及聚醯胺酸酯等聚合物，同時亦可降低吸濕性及提升塗布性。因此，由前述液晶配向劑製成的本發明的液晶配向膜可維持良好的預傾角穩定度。因而，具有此液晶配向膜的本發明的液晶顯示元件得以具有高電壓保持率、優良的顯示品質以及短的反應時間。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是本發明的實驗例2與比較例1的液晶顯示元件於不同加熱製程下的預傾角變化示意圖。
以下將列舉實施例來進一步說明本發明的各種態樣。在本說明書中，如果沒有特別指明某一基團是否經過取代，則該基團可表示經取代或未經取代的基團。例如，「烷基」可表示經取代或未經取代的烷基。另外，對某一基團冠以「CX 」來描述時，表示該基團的主鏈具有X個碳原子。
在本文中，化合物的結構有時以鍵線式(skeleton formula)表示。這種表示法可以省略碳原子、氫原子以及碳氫鍵。當然，結構式中有明確繪出官能基的，則以繪示者為準。
在本說明書中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，對某一特定數值範圍的描述，意欲涵蓋該數值範圍內的任意數值以及由該數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，就如同在說明書中明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。例如，「溫度為80℃~300℃」的範圍，無論說明書中是否列舉其他數值，均涵蓋「溫度為100℃~250℃」的範圍。
本發明的第一實施例提供一種液晶配向劑，包括：包含由式1表示的吡咯烷酮類的溶劑。其中，吡咯烷酮類的溶劑對於溶解度較差的聚醯亞胺/聚醯胺酸等聚胺類聚合物亦具有良好的溶解性。
在本實施例中，R例如是C3 -C12 支鏈烴基。一般而言，R的碳數愈高，則抗吸濕性愈佳，然而分子接觸面積以及分子與分子間的凡德瓦力(Van der Waals force)也愈大，因而沸點(Boiling Point)也愈高。若R為碳數大於12的烴基，則沸點過高，導致溶劑不易揮發或揮發速率較慢而不適用於目前常見的低溫製程；若R為碳數小於3的烴基，則抗吸濕性不佳，塗布性亦不佳。此外，發明人發現，相較於直鏈烴基，支鏈烴基具有在藉由碳數提高而提升抗吸濕性的同時有助於溶解度的增加的不可預期的性質。綜合考慮以上因素，較佳的R例如是C3 -C8 支鏈 烴基、更佳的R例如是C3 -C5 支鏈烴基。
在本實施例中，R可以是烷基。由於同碳數的烴基中，烷基的沸點較低，因而可較佳地用於低溫製程中。具體而言，R例如可列舉異丙基、新丁基、異丁基等。亦即，在本實施例中，由式1表示的吡咯烷酮類的溶劑例如可具體列舉N-異丙基-2-吡咯烷酮、N-新丁基-2-吡咯烷酮、N-異丁基-2-吡咯烷酮(分別如下述式1a、式1b、式1c)等。
在本實施例中，從黏度與揮發性的觀點來看，液晶配向劑的固體含量(組成物中非揮發性物質所佔的比例)較佳為1重量%~10重量%。若液晶配向劑的固體含量低於1重量%，則由塗布液晶配向劑所形成的液晶配向膜的膜厚太薄，降低液晶配向性；若液晶配向劑的固體含量高於10重量%，則會影響塗布品質。
在本發明中，液晶配向劑的固體成份例如包括聚合物，所述聚合物可以是具有液晶配向效果的任意一種聚合物。在本實施例中，所述聚合物例如是聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯亞胺與聚醯胺酸的共聚物或聚醯亞胺與聚醯胺酸的混合物等。在本實施例中，聚醯亞胺、聚醯胺酸例如是由二胺及四羧酸二酐反應而得，而且所述共聚物與混合物例如是聚醯亞胺、聚醯胺酸兩者的任意比例的共聚物或混合物。更具體而言，例如是藉由單胺化合物、四羧酸二酐與二胺化合物於有機溶劑中進行聚合反應，並藉由脫水反應來進行部份環合，而得到聚醯亞胺-聚醯胺酸產 物。以下將進行更詳細的敘述。
〈二胺化合物〉
本實施例中所使用的二胺化合物並無特別限定，可使用一種或一種以上的二胺化合物。具體實例如表一所示，但不以此為限。
在上述化合物中若為可具有異構物者，則亦可為此些化合物的異構物或其混合物。
〈四羧酸二酐化合物〉
本實施例中所使用的四羧酸二酐化合物並無特別限定，可使用一種或一種以上的四羧酸二酐化合物。具體例子如表二所示，但不以此為限。
在上述化合物中若為可具有異構物者，則亦可為此些化合物的異構物或其混合物。
〈聚醯亞胺-聚醯胺酸的合成〉
在本實施例中，使用於聚醯亞胺-聚醯胺酸的合成反應的四羧酸二酐與二胺的比例例如是，以1當量該二胺的胺基計，四羧酸二酐的酸酐基含量為0.5當量~2當量，更佳為0.7當量~1.5當量。
在本實施例中，聚醯亞胺-聚醯胺酸的合成皆於有機溶劑中完成，而所使用的有機溶劑分為溶解度較佳的有機溶劑與溶解度較差的有機溶劑。
對於聚醯亞胺-聚醯胺酸溶解度較佳的有機溶劑包括由式1表示的吡咯烷酮類的溶劑，此類溶劑可以混合使用兩種以上，亦可併用如下的溶劑：N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基己內醯胺、二甲基亞碸、四甲基尿素、六甲基磷醯胺、γ-丁內酯等。此外，在本實施例中，由式1表示的吡咯烷酮在溶劑中所佔比例較佳為0.5重量%~90重量%、更佳為0.5重量%~50重量%。若將由式1表示的吡咯烷酮在溶劑中所佔比例設為0.5重 量%~50重量%，則溶劑溶解度更佳，並可提高流平劑的使用量。
對於聚醯亞胺-聚醯胺酸溶解度較差的有機溶劑亦可以與前述有機溶劑混合使用，但使用的前提為聚醯亞胺-聚醯胺酸仍可均勻地分散於溶劑中。溶解度較差的溶劑包括：甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、環己醇、乙二醇、乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丁基醚、乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、二乙基醚、丙酮、甲基乙基酮、環己酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、四氫呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、正己烷、正庚烷、正辛烷等。考慮到液晶配向劑的塗布性，較佳為使用低表面張力的溶劑，例如：乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丁基醚等。以上溶劑亦可以混合使用兩種以上。
在本實施例中，聚醯亞胺-聚醯胺酸的形成包括經脫水閉環反應，而脫水閉環反應例如可藉由：
方法(1)：直接加熱進行脫水閉環反應，其中反應溫度例如是50℃~300℃，又以120℃~230℃更佳。當反應溫度低於50℃時，脫水閉環反應將不會進行。
方法(2)：添加脫水劑及催化劑來進行脫水閉環反應，其中反應溫度例如是-20℃~150℃，又以0℃~120℃更佳。脫水劑例如可使用乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐，脫水劑用量視所需閉環率而定，較佳為相對於每1莫耳聚醯亞胺-聚醯胺酸的重現單元(即一酸酐及一二胺反應而成的重複單元)而使用0.01莫耳~20莫耳的脫水劑。催化劑例如可使用三乙基胺、吡啶、二甲基吡啶等三級胺，較佳為相對於每1莫耳的脫水劑用量而使用0.01莫耳~10莫耳的催化劑。
在本實施例中，聚醯亞胺-聚醯胺酸的純化方式例如是：將聚 醯亞胺-聚醯胺酸的反應溶劑大量倒入溶解度較差的溶劑中而得到沉澱物，繼而進行減壓乾燥而可獲得聚醯亞胺-聚醯胺酸，然後將聚醯亞胺-聚醯胺酸溶解於溶解度較差的有機溶劑中再次進行沉澱，進行一次或重複進行多次此步驟來純化聚醯亞胺-聚醯胺酸。最後，以溶解度較佳的溶劑溶解聚醯亞胺-聚醯胺酸。
再者，在本實施例中，視需要，液晶配向劑例如可更包括添加劑，例如有機矽(氧)烷化合物、環氧化合物等。
在本實施例中，有機矽(氧)烷化合物並沒有特別的限定，例如可列舉：胺基丙基三甲氧基矽烷、胺基丙基三乙基矽烷、乙烯基甲基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧環已基)乙基三甲氧基矽烷、3-脲基丙基三甲氧基矽烷、3-脲基丙基三乙氧基矽烷、N-乙氧羰基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-乙氧羰基-3-胺基丙基三乙氧基胺矽烷、N-三乙氧基甲矽烷基丙基三伸乙基三胺、N-三甲氧基甲矽烷基丙基三伸乙基三胺、N-雙(氧基伸乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-雙(氧基伸乙基)-3-胺基丙基三乙基矽烷等。
可藉由適當控制有機矽(氧)烷化合物於液晶配向劑中的含量，而於不影響液晶配向膜的需求特性的情況下，進而改善液晶配向膜對基板表面的密著性。若液晶配向劑中的有機矽(氧)烷化合物的含量過多，所形成的液晶配向膜易產生配向不良的現象；若液晶配向劑中的有機矽(氧)烷化合物的含量過少，所形成的液晶配向膜容易產生刷膜不良與粉屑過多的現象。因此，在本實施例中，相對於液晶配向劑所含的聚合物 的總重量，有機矽(氧)烷化合物濃度較佳為0.01重量%~5重量%，更佳為0.1重量%~3重量%。
在本實施例中，環氧化合物並沒有特別的限定，例如可例舉：乙二醇二縮水甘油醚、丙二醇二縮水甘油醚、三丙二醇二縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、1,6-已烷二醇二縮水甘油醚、甘油二縮水甘油醚、2,2-二溴新戊二醇二縮水甘油醚、1,3,5,6-四縮水甘油-2,4-已烷二醇、N,N,N' ,N' -四縮水甘油基-間-苯二甲苯、1,3-雙(N,N-二縮水甘油胺基甲基)環己烷、N,N,N' ,N' -四縮水甘油基-4,4' -二胺基二苯基甲烷、3-(N-烯丙基-N-縮水甘油基)胺基丙基三甲氧基矽烷、3-(N,N-二縮水甘油基)胺基丙基三甲氧基矽烷。
可藉由適當控制環氧化合物於液晶配向劑中的含量，而於不影響液晶配向膜的需求特性的情況下，進而改善液晶配向膜對基板表面的密著性。若液晶配向劑中的環氧化合物的含量過多，所形成的液晶配向膜易產生配向不良的現象；若液晶配向劑中的環氧化合物的含量過少，所形成的液晶配向膜容易產生刷膜不良與粉屑過多的現象。因此，在本實施例中，相對於液晶配向劑總重量，環氧化合物濃度較佳為0.01重量%~3重量%、更佳為0.1重量%~2重量%。
本發明的第二實施例提供一種液晶配向膜，其特徵在於，所述液晶配向膜是透過將本發明的第一實施例中所述的液晶配向劑塗布於基板上並且燒製而成。
一般而言，由前述方法形成的液晶配向膜的膜厚較佳為0.005 μm~0.5 μm。液晶配向膜的厚度，通常會根據液晶配向劑的黏度及液晶配向劑的塗布方法而進行調整。另外，液晶配向膜的厚度，可利用段差計及橢圓偏光計(ellipsometer)等常見的膜厚測定裝置進行測定。
在本實施例中，基板可使用現有已知的任意基板，較佳為可承受後述的處理條件者。例如可列舉：塑膠基板、玻璃環氧樹脂基板、玻璃基板、陶瓷基板、金屬基板等。
塑膠基板的材料例如可列舉：熱硬化性樹脂(例如環氧樹脂、酚樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚酯樹脂等)、熱塑性樹脂(例如苯氧樹脂、聚醚碸、聚碸、聚苯碸(Polyphenylene sulfone)等)。
陶瓷基板的材料例如可列舉：氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、矽、氮化矽、碳化矽等。
玻璃基板的材料例如可列舉：鈉玻璃、鉀玻璃、硼矽酸玻璃、石英玻璃、鋁矽酸玻璃、鉛玻璃等。
金屬基板的材料例如可列舉：鋁、鋅、銅等。
此外，基板亦可為上述塑膠基板、玻璃基板、陶瓷基板、金屬基板等積層(laminate)2層以上而成的結構。當然，亦可為具有圖案化透明導電膜的基板。
然後，在本實施例中，塗布的方法例如可列舉：滾輪塗布法、旋轉塗布法、印刷法等，藉由這些方法可將液晶配向劑塗布於基板上。
再者，在本實施例中，燒製的方式例如是加熱烘烤，而加熱烘烤的方法例如可列舉：於烘箱或者紅外線爐中進行加熱處理的方法、於熱板上進行加熱處理的方法等。藉由加熱烘烤，可以移除液晶配向劑內的有機溶劑，並且促使聚醯胺酸進行脫水閉環反應。在本實施例中，加熱烘烤溫度較佳是80℃~300℃，更佳是100℃~240℃，最佳是120℃~220℃。
本發明的第三實施例提供一種液晶顯示元件的製造方法，包括：將本發明的第一實施例中所述的液晶配向劑塗布至基板，接著對基 板加熱烘烤而形成液晶配向膜。
首先，在本實施例中，基板例如是液晶顯示元件用基板，而其材質例如可使用本發明的第二實施例中所列舉的材質。此外，塗布的方法以及加熱烘烤的方法可使用本發明的第二實施例中所列舉的方法，亦可使用其他常見的任何方法。
接著，在本實施例中，於加熱烘烤形成液晶配向膜後，例如可藉由捲繞有耐綸或棉纖維布的滾筒進行定向摩擦(rubbing)，使此液晶配向膜提供液晶分子配向性。
繼而，在本實施例中，於一個具有前述液晶配向膜的基板上塗布框膠，於另一具有前述液晶配向膜的基板上噴灑間隙物，然後將兩個液晶配向膜基板以彼此刷膜方向互相垂直或互相平行的方式組合，並且於其間隙中注入液晶，再密封注射孔，而初步形成液晶顯示元件。至於後續完成液晶顯示元件的製程為熟悉此項技術者所週知，於此不再贅述。
本發明的第四實施例提供一種液晶顯示元件，其包括本發明的第二實施例所述的液晶配向膜。在本實施例中，液晶顯示元件的製造方法例如可使用本發明的第三實施例所述的液晶顯示元件的製造方法。
〈實驗〉
以下藉由比較例與實驗例對本發明進行更具體的說明，但本發明並不限定於這些實驗例。
〈聚醯胺酸的合成〉
合成例1與合成例2
依序將二胺及四羧酸二酐添加於N-甲基-2-吡咯烷酮中(其化學結構與份量如表一和表三所示)，製備固體成分為20重量%的溶液， 並於40℃~60℃下反應4小時~6小時，而得到聚醯胺酸聚合物，繼而再以對聚醯胺酸聚合物溶解度較差的溶劑(如甲醇或水)進行純化，並藉由減壓乾燥得到聚合物A1和聚合物A2。
合成例3與合成例4
依序將二胺及四羧酸二酐添加於N-異丙基-2-吡咯烷酮中(其化學結構與份量如表一和表三所示)，製備固體成分為20重量%的溶液，並於40℃~60℃下反應4小時~6小時，而得到聚醯胺酸聚合物，繼而再以對聚醯胺酸聚合物溶解度差的溶劑(如甲醇或水)進行純化，並藉由減壓乾燥得到聚合物A3和聚合物A4。
合成例5
依序將二胺及四羧酸二酐添加於N-甲基-2-吡咯烷酮中(如表三所示)，製備固體成分為20重量%的溶液，並於40℃~60℃下反應4小時~6小時，而得到聚醯胺酸聚合物，繼而添加吡啶與醋酸酐於所得的聚醯胺酸聚合物中(添加量取決於聚醯亞胺化比例)，於100℃~110℃下進行脫水/閉環反應3小時~4小時，對所得的溶液以甲醇進行沉澱，並以甲醇進行純化，最後收集並藉由減壓乾燥得到聚合物B1。
合成例6
於合成例6中，除了以N-異丙基-2-吡咯烷酮取代N-甲基-2-吡咯烷酮外(如表三所示)，以相同於合成例5的方式進行，得到聚合物B2。
藉由將聚合物固體溶解於溶劑中，製備固體含量為6重量%的溶液，並以直徑0.2 μm的過濾器過濾，而所收集的濾液即作為液晶配向劑。液晶配向劑中，聚合物固體的組成與溶劑的組成分別如表四所示。應注意的是，在〈實驗〉部分中，使用聚醯胺酸作為配向膜的高分子材料，一則是因為聚醯胺酸是一種常用的配向膜材料，二則也是因為聚醯胺酸的溶解度較差。各實驗例中配製的溶劑既經證實適用於聚醯胺酸，則亦可適用於其他常用的配向膜材料。
藉由滾輪印刷機將液晶配向劑塗布於玻璃基板上，且以220℃的加熱板進行乾燥12分鐘，形成厚度約為0.05微米的薄膜(即液晶配向膜)。繼而於一個具有前述液晶配向膜的基板上塗布框膠，於另一具有前述液晶配向膜的基板上噴灑間隙物，然後將兩液晶配向膜的基板以彼此刷膜方向互相垂直的方式組合，並且於其間隙中注入液晶材料 (Merck公司生產的ZLI-4792)，再密封注射孔，而形成液晶顯示元件。
對所得的液晶配向劑及液晶顯示元件以下述評價方法進行評估。
〈評價方法〉
(1)液晶配向劑的塗布性
(A)將液晶配向劑以印刷法塗於銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)基板上並經由烘箱進行烘烤，觀察膜面是否平整或有無色斑。若無色斑則判斷為良好；若有色斑則判斷為不良。
(B)量測膜面邊緣膜厚不均勻區(Hollow area)。若低於100 μm則為優良；若為100 μm~150 μm則為可；若高於150 μm則為差。
(2)液晶配向劑的白化現象
將液晶配向劑以印刷法塗於ITO基板上，靜置10分鐘後進行烘烤，以光學顯微鏡觀察是否有析出的現象。若無析出則為○；若有析出則為X。
(3)預傾角於不同製程條件的穩定度
將液晶配向劑以印刷法塗於ITO基板上，並經由烘箱以200℃或220℃進行烘烤12分鐘或25分鐘，組成液晶顯示元件(液晶材料：Merck公司生產的ZLI-4792)，藉由結晶旋轉法量測元件中心的預傾角。結果如圖1所示。
(4)配向膜的刷膜性
將液晶配向劑以印刷法塗於ITO基板上，並經由烘箱進行烘烤，續以轉速1000(轉/分)、平台移動速度60(毫米/秒)、押入量0.6 mm來進行定向刷膜，並藉由偏光顯微鏡目視觀察刷膜後的表面是否有 刮痕或碎屑。
(5)電壓保持率
測量條件：在60℃環境溫度下，將交流電(5V，60Hz，脈衝寬60 μsec)施加於液晶顯示元件，並測量液晶顯示元件的電壓保持率。若為90%以上則為良好；若為90%以下則為不良。
將以上評價結果紀錄於表四中。
在表四中，a為γ-丁內酯、b為丁基溶纖劑、c為N-甲基-2-吡咯烷酮、d為N-乙基-2-吡咯烷酮、e為N-異丙基-2-吡咯烷酮、f為N-新丁基-2-吡咯烷酮。
由表四可以看出，本發明的液晶配向劑塗布性極佳，而且所形成的液晶配向膜不僅膜面平整、無色斑，膜面邊緣亦優良。此外，烘烤 後亦不會發生白化現象。再者，本發明的液晶顯示元件在不僅維持了良好的電壓保持率，同時亦具有優異的刷膜性。
對實施例2及比較例1的液晶顯示元件量測不同加熱製程的預傾角，將結果表示於圖1。由圖1可知本發明的液晶顯示元件的預傾角的變化在0.5度以內，亦即可知本發明的液晶顯示元件具有相當良好的預傾角穩定度，熱處理的溫度條件操作區間(working window)較大，因此適用於各種液晶顯示元件的製程。
綜上所述，本發明揭露一種液晶配向劑及其液晶配向膜、以及包括此液晶配向膜的液晶顯示元件及其製造方法。此液晶配向劑由於包括包含吡咯烷酮(此吡咯烷酮具有C3 -C12 支鏈烴基)的溶劑，因此不僅對聚醯亞胺、聚醯胺酸等的溶解度及保存能力良好，還具有較低的吸濕性以及沸點，因而可以提升塗布性而使得印刷不均勻區域縮小，而且即便於較低溫製程下仍可得到良好的膜面。從而，由此液晶配向劑所製造的液晶配向膜在不同製程條件(如溫度、時間等)下具有良好的預傾角穩定度，而且亦提供極佳的刷膜性。因而，包括此液晶配向膜的液晶顯示元件具有能維持良好的電壓保持率、短的反應時間、大的對比度、較長壽命等特性。總而言之，本發明可應用於TN、STN、VA、IPS等液晶顯示元件。更廣泛而言，本發明可應用於手錶、行動電話、工業用液晶面板、電腦螢幕、筆記型電腦、液晶電視等顯示裝置。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (17)

  1. 一種液晶配向劑，包括：溶劑，所述溶劑包括由式1表示的吡咯烷酮 其中R為C3 -C12 支鏈烴基；以及聚合物，由二胺及四羧酸二酐反應而得，其中所述四羧酸二酐包括由式2-1至式2-4表示的化合物中任一者：
  2. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑，其中R為C3 -C8 支鏈烴基。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑，其中R為C3 -C5 支鏈烴基。
  4. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述的液晶配向劑，其中R為烷基。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑，其中由式1表示的所述吡咯烷酮在所述溶劑中所佔比例為0.5重量%~90重量%。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑，其中由式1表示的所述吡咯烷酮在所述溶劑中所佔比例為0.5重量%~50重量%。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑，其中所述聚合物包括聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯亞胺與聚醯胺酸的共聚物或聚醯亞胺與聚醯胺酸的混合物。
  8. 一種液晶配向劑，包括：第一溶劑，所述第一溶劑包括由式1表示的吡咯烷酮 其中R為C3 -C12 支鏈烴基；以及第二溶劑，所述第二溶劑包括N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基己內醯胺、二甲基亞碸、四甲基尿素、六甲基磷醯胺或γ- 丁內酯中至少一者。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的液晶配向劑，其中R為C3 -C8 支鏈烴基。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的液晶配向劑，其中R為C3 -C5 支鏈烴基。
  11. 如申請專利範圍第8-10項中任一項所述的液晶配向劑，其中R為烷基。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的液晶配向劑，其中以所述第一溶劑與所述第二溶劑之總重計，由式1表示的所述吡咯烷酮所佔比例為0.5重量%~90重量%。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的液晶配向劑，其中以所述第一溶劑與所述第二溶劑之總重計，由式1表示的所述吡咯烷酮所佔比例為0.5重量%~50重量%。
  14. 如申請專利範圍第8項所述的液晶配向劑，更包括聚合物，所述聚合物包括聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯亞胺與聚醯胺酸的共聚物或聚醯亞胺與聚醯胺酸的混合物。
  15. 一種液晶配向膜，其特徵在於：所述液晶配向膜是透過將申請專利範圍第1-14項中任一項所述的液晶配向劑塗布至基板上而製得。
  16. 一種液晶顯示元件，包括如申請專利範圍第15項所述的液晶配向膜。
  17. 一種液晶顯示元件的製造方法，包括：將申請專利範圍第1-14項中任一項所述的液晶配向劑塗布至基板，接著對所述基板加熱烘烤而形成液晶配向膜。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI522421B (zh) * 2014-03-18 2016-02-21 Daxin Materials Corp Liquid crystal alignment composition
KR20160124364A (ko) 2015-04-17 2016-10-27 삼성디스플레이 주식회사 광배향막 및 액정 표시 장치의 제조 방법
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CN106353925A (zh) * 2016-11-01 2017-01-25 深圳市瑞福达液晶显示技术股份有限公司 高占空比垂直排向液晶显示器的制作方法
KR102188725B1 (ko) * 2017-09-26 2020-12-09 주식회사 엘지화학 신규 화합물 및 이의 유래 작용기를 포함하는 변성 공액디엔계 중합체

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201309784A (zh) * 2011-07-14 2013-03-01 Nissan Chemical Ind Ltd 液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件
TW201311743A (zh) * 2011-07-07 2013-03-16 Sumitomo Chemical Co 光反應性液晶配向劑、與液晶配向元件及其製造方法
TW201311822A (zh) * 2011-09-08 2013-03-16 Jsr Corp 液晶配向劑、液晶配向膜、液晶顯示元件、液晶顯示元件的製造方法及聚有機矽氧烷
TW201335256A (zh) * 2012-02-24 2013-09-01 Jsr Corp 液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4394369A (en) * 1982-05-24 1983-07-19 Fmc Corporation Hydrogen peroxide process
JP2526845B2 (ja) * 1991-10-25 1996-08-21 日産化学工業株式会社 ポリイミドワニス組成物及びその使用法
JP2007011221A (ja) * 2005-07-04 2007-01-18 Hitachi Cable Ltd 液晶配向剤
JP5105092B2 (ja) * 2008-01-17 2012-12-19 Ｊｓｒ株式会社 液晶配向膜とその形成方法および液晶表示素子
WO2011052941A2 (en) * 2009-10-26 2011-05-05 Dongwoo Fine-Chem Co., Ltd. Etching composition for texturing crystalline silicon-based wafer
TWI452088B (zh) * 2011-04-14 2014-09-11 Daxin Materials Corp 液晶配向劑
JP6146077B2 (ja) * 2012-06-29 2017-06-14 Jsr株式会社 液晶配向膜の製造方法
JP2014059545A (ja) * 2012-08-21 2014-04-03 Jsr Corp 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子
JP6146135B2 (ja) * 2012-08-30 2017-06-14 Jsr株式会社 液晶配向剤、液晶配向膜、液晶配向膜の製造方法及び液晶表示素子

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201311743A (zh) * 2011-07-07 2013-03-16 Sumitomo Chemical Co 光反應性液晶配向劑、與液晶配向元件及其製造方法
TW201309784A (zh) * 2011-07-14 2013-03-01 Nissan Chemical Ind Ltd 液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件
TW201311822A (zh) * 2011-09-08 2013-03-16 Jsr Corp 液晶配向劑、液晶配向膜、液晶顯示元件、液晶顯示元件的製造方法及聚有機矽氧烷
TW201335256A (zh) * 2012-02-24 2013-09-01 Jsr Corp 液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件

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