TWI522421B - Liquid crystal alignment composition - Google Patents

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Description

液晶配向組成物
本發明是有關於一種液晶配向組成物，特別是指一種適用於噴墨式印刷塗佈方式之液晶配向組成物。
液晶顯示器主要是利用外加電場使液晶分子排列狀態改變，進而造成光的偏振狀態與方向改變，藉以得到明暗對比的顯示效果。
隨著螢幕尺寸的擴大，液晶顯示器已發展到每一個畫素中皆裝有薄膜電晶體(Thin-Film Transistor，TFT)的液晶顯示元件。當液晶分子置入一對含有電極的基板間，因液晶在平行與垂直分子方向之誘電率不同，因此需透過控制電場來控制液晶分子的排列方式。另一方面，由於液晶分子具有雙折射特性，可藉由液晶分子排列狀態的改變來調控偏極光之偏極方向。液晶分子排列狀態的改變必須透過讓液晶分子在基板上有均勻的預傾角及固定方向的配向來達成。目前常用的方式是在基板上塗佈一層配向膜，藉由該配向膜來控制液晶分子的排列方向及提供液晶分子穩定的預傾角。當外加電場關閉時，液晶分子靠著與配向膜界面之強作用力(Anchoring force)及其彈性係數而 恢復到原先之排列。
目前業界製備配向膜的方法是將液晶配向組成物塗佈在基板表面上，利用摩擦或其他方式使得該薄膜表面的分子被定向，藉此提供後續置入的液晶分子朝固定方向傾倒。該配向組成物可包含聚乙烯醇、聚乙二醇、聚醯胺、聚醯胺酸或聚醯亞胺，其中聚醯胺酸和聚醯亞胺由於具有有優異的熱安定性及良好的機械、電氣與耐化性，最常被利用作為配向膜材料。聚醯胺酸是透過二胺與四羧酸或四羧酸二酐進行聚合反應所獲得的高分子，而聚醯亞胺一般是由聚醯胺酸進行高溫脫水閉環反應[也就是醯亞胺化(Imidization)]所製得。
過去配向膜塗佈方式主要是滾印印刷，藉由APR板(ASAHI KASEI感光樹脂板)將配向膜材料轉印至基板，以得到膜厚均勻的配向膜。然而，除了APR板需清洗更換外，價格昂貴的刮膠輥(Doctor Roll)和網紋輥(Anilox Roll)也需定期更換，尤其遇到大尺寸面板，此問題就會越明顯。因此，為了因應大尺寸面板的需求，配向膜之塗佈逐漸由APR板轉印之塗佈方式轉向噴墨式塗佈方式。
然而，現有噴墨式印刷技術，雖有許多優於滾印印刷的優點，但仍有許多技術待克服，例如噴墨式印刷中用於塗佈在基板上並形成液晶配向膜的液晶配向組成物，於塗佈過程中，除了需降低聚醯胺酸或聚醯亞胺之配向膜材料的析出風險外，也需要有穩定的液滴塗出狀況及高準直性，且該配向組成物於基板上也應具有優異的擴散 性及流平性，以避免所形成之配向膜產生擴散不均或膜厚不均等情況產生。
因此，本發明之目的，即在提供一種適用於噴墨式印刷方式，於塗佈過程中，除了能降低聚醯胺酸或聚醯亞胺之配向膜材料的析出風險外，同時具有穩定的液滴塗出狀況及高準直性，且所形成的配向膜也具有優異的擴散性及流平性之液晶配向組成物。
於是本發明液晶配向組成物，包含至少一聚合物及一混合溶劑。
該聚合物是選自於聚醯胺酸、聚醯亞胺或前述兩者的組合。
該混合溶劑是選自於乙二醇丁醚與氮-異丙基-2-吡咯烷酮的組合，或乙二醇丁醚、氮-異丙基-2-吡咯烷酮及一輔助溶劑的組合，其中，該輔助溶劑能增加該混合溶劑對該聚合物之溶解度。
本發明之功效是利用該含有乙二醇丁醚、氮-異丙基-2-吡咯烷酮的混合溶劑，讓該液晶配向組成物於使用噴墨式印刷方式塗佈至基板的過程中，能降低該聚合物析出風險，且使該液晶配向組成物於塗佈過程中具有穩定的液滴塗出狀況及高準直性外，於基板上也具有優異的擴散性及流平性，而能避免所形成之配向膜產生擴散不均或膜厚不均等情況產生。
以下將就本發明內容進行詳細說明：
[聚合物]
本發明液晶配向組成物的聚合物是選自於聚醯胺酸、聚醯亞胺或前述兩者的組合。該聚醯胺酸較佳是四羧酸二酐與二胺反應後所製得。該聚醯亞胺較佳是由聚醯胺酸進行醯亞胺化反應後所製得。
該四羧酸二酐可為任何適用於製備聚醯胺酸之含四羧酸二酐化合物，較佳地，該四羧酸二酐是選自1,2,3,4-環丁烷四甲酸二酐、均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-聯苯四甲酸二酐、3,4-二羧基-1,2,3,4-四氫-1-萘丁二酸二酐、1,2,3,4-丁烷四甲酸二酐、乙烯-乙二醇-雙(脫水偏苯三酸酯)(TMEG-100)、2,3,5-三羧基環戊烷基乙酸二酐(TCA)。
該二胺可為任何適用於製備聚醯胺酸之含二胺化合物，較佳地，該二胺是選自5(6)-胺基-1,3,3-三甲基-1-(4-氨基苯基)茚滿(TMDA)、4'-丙基-雙(環己烷)-4-基-3,5-二胺基-2-甲基苯甲酸甲酯。
較佳地，以該液晶配向組成物總重為100重量份計，該聚合物含量為2~5重量份。
[混合溶劑]
該混合溶劑是選自於：(1)乙二醇丁醚與氮-異丙基-2-吡咯烷酮的組合，及(2)乙二醇丁醚、氮-異丙基-2-吡咯烷酮及一輔助溶劑的組合。以下將分別就上述兩種態樣作更進一步的說明：
(1)混合溶劑為乙二醇丁醚與氮-異丙基-2-吡咯烷酮的組合：
較佳地，以該混合溶劑的總重為100wt%計，乙二醇丁醚的含量範圍為20至70wt%，以及氮-異丙基-2-吡咯烷酮的含量範圍為30至80wt%。更佳地，乙二醇丁醚的含量範圍為30至60wt%，以及氮-異丙基-2-吡咯烷酮的含量範圍為40至70wt%。由於該乙二醇丁醚能增加組成物於基板上的流平性，因此，在混合溶劑為乙二醇丁醚與氮-異丙基-2-吡咯烷酮的組合態樣下，若該乙二醇丁醚的含量小於20wt%時，會造成液晶配向組成物於基板上的流平性變差；若含量大於70wt%時，則會導致用於溶解該聚合物的氮-異丙基-2-吡咯烷酮含量降低，造成該聚合物有析出之風險。
(2)乙二醇丁醚、氮-異丙基-2-吡咯烷酮及一輔助溶劑的組合：
該輔助溶劑可為任何能增加該混合溶劑對該聚合物之溶解度的溶劑，較佳地，該輔助溶劑是選自氮-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁內酯、氮,氮-二甲基乙醯胺、二甲基亞碸或前述的組合。更佳地，該輔助溶劑為氮-甲基-2-吡咯烷酮。
較佳地，以該混合溶劑的總重為100wt%計，乙二醇丁醚的含量範圍為20至70wt%，氮-異丙基-2-吡咯烷酮及輔助溶劑的含量總和範圍為30至80wt%，且輔助溶劑與氮-異丙基-2-吡咯烷酮的含量比值範圍為大於0至小於4。當輔助溶劑與氮-異丙基-2-吡咯烷酮的含量比值範圍為不小於4時，會讓液晶配向組成物於基板上的擴散性不佳及流平性降低。
[液晶配向組成物]
該液晶配向組成物是將該聚合物溶於該混合溶劑後製得。
該液晶配向組成物是利用噴印機以噴墨印刷方式塗佈至基板表面，以形成液晶配向膜。
無本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是將實施例1經噴墨式印刷方式塗佈至基板後的相片(噴墨間距為230μm、施加電壓為22V)；及圖2是將比較例1經噴墨式印刷方式塗佈至基板後的相片(噴墨間距為230μm、施加電壓為22V)。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
<實施例1~4、比較例1~2>
製備液晶配向組成物
分別依據表1及2所示比例混合氮-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、氮-異丙基-2-吡咯烷酮(NIP)及乙二醇丁醚(BC)，製得一混合溶劑。
將聚醯胺酸溶液RA9002(達興材料販售)抽乾除去原溶劑後，分別加入上述所得混合溶劑中，並稀釋至聚醯胺酸含量濃度為3.5wt%，獲得實施例1~4與比較例1~2 之液晶配向組成物。
<液晶配向組成物於基板上之塗佈測試>
利用Fujifilm Dimatix奈米科技噴印機[噴墨間距(drop spacing)設定為230μm，施加電壓設定為22V]，將實施例1~4與比較例1~2之液晶配向組成物使用噴墨式印刷方式塗佈至基板表面，予以乾燥而形成液晶配向膜。觀察組成物於塗佈後，其液滴擴散直徑與所形成配向膜之膜面與中央的高度差，結果如表1及表2所示。再將比實施例1與比較例1分別於噴墨間距為230μm、施加電壓為22V的條件下，使用上述Fujifilm Dimatix奈米科技噴印機塗佈至基板表面，再利用光學顯微鏡拍照，得到圖1(實施例1)與圖2(比較例1)之相片。
由表1、圖1與圖2可知，混合溶劑使用氮-異丙基-2-吡咯烷酮(NIP)及乙二醇丁醚(BC)組合之實施例1，與以氮-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)取代氮-異丙基-2-吡咯烷酮(NIP)之比較例1相較，比較例1之組成物經塗佈後的液滴擴散直徑變短(即組成物擴散性變差)，證實本發明液晶配向組成物需同時含有氮-異丙基-2-吡咯烷酮(NIP)及乙二醇丁醚(BC)兩種溶劑，該組成物才會在以噴墨式印刷方式塗佈至基板的過程中具有優異的擴散性。
由表2可知，當混合溶劑同時含有乙二醇丁醚(BC)、氮-異丙基-2-吡咯烷酮(NIP)及氮-甲基-2-吡咯烷酮(NMP，輔助溶劑)時，比較例2之組成物經塗佈後的液滴擴 散直徑變短(即組成物擴散性變差)，且所形成之液晶配向膜膜面與中央高度差會變大(即組成物流平性變差)，證實本發明之液晶配向組成物，當混合溶劑為為乙二醇丁醚(BC)、氮-異丙基-2-吡咯烷酮(NIP)及輔助溶劑[氮-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)]的組合時，以該混合溶劑的總重為100wt%計，乙二醇丁醚的含量範圍需為20至70wt%，氮-異丙基-2-吡咯烷酮及輔助溶劑的含量總和範圍需為30至80wt%，輔助溶劑與氮-異丙基-2-吡咯烷酮的含量比值範圍需小於4，該液晶配向組成物才會在以噴墨式印刷方式塗佈至基板的過程中具有穩定的液滴塗出狀況及高準直性，且於基板上具有優異的擴散性及流平性。
綜上所述，藉由該含有乙二醇丁醚、氮-異丙基-2-吡咯烷酮的混合溶劑能讓該液晶配向組成物於使用噴墨式印刷方式塗佈至基板的過程中，具有穩定的液滴塗出狀況及高準直性，且於基板上也具有優異的擴散性及流平性，因而避免形成於基板上之配向膜有擴散不均或膜厚不均等情況產生，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (4)

  1. 一種液晶配向組成物，包含：至少一聚合物，該聚合物是選自於聚醯胺酸、聚醯亞胺或前述兩者的組合；及一混合溶劑，是選自於乙二醇丁醚與氮-異丙基-2-吡咯烷酮的組合，或乙二醇丁醚、氮-異丙基-2-吡咯烷酮及一輔助溶劑的組合，其中，該輔助溶劑能增加該混合溶劑對該聚合物之溶解度，其中，以該混合溶劑的總重為100wt%計，當該混合溶劑為乙二醇丁醚與氮-異丙基-2-吡咯烷酮的組合時，乙二醇丁醚的含量範圍為20至70wt%，以及氮-異丙基-2-吡咯烷酮的含量範圍為30至80wt%；當該混合溶劑為乙二醇丁醚、氮-異丙基-2-吡咯烷酮及輔助溶劑的組合時，乙二醇丁醚的含量範圍為20至70wt%，氮-異丙基-2-吡咯烷酮及輔助溶劑的含量總和範圍為30至80wt%。
  2. 如請求項1所述的液晶配向組成物，其中，該輔助溶劑是選自氮-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁內酯、氮，氮-二甲基乙醯、二甲基亞碸或前述的組合。
  3. 如請求項1所述的液晶配向組成物，其中，該輔助溶劑與氮-異丙基-2-吡咯烷酮的含量比值範圍為大於0至小於4。
  4. 如請求項1所述的液晶配向組成物，其中，以組成物總重為100重量份計，該聚合物含量為2~5重量份。
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