TWI679217B - 液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件 - Google Patents

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Abstract

一種液晶配向劑，包含聚矽氧烷，聚矽氧烷具有如式(I)所示之一平均組成式。藉此，液晶配向劑所製成的液晶配向膜具有較平坦的表面，包含此液晶配向膜的液晶顯示元件具有較低的離子密度，有利於提升液晶顯示元件的電氣性質及成像品質。

Description

液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件
本發明是有關於一種液晶配向劑、其所製成之液晶配向膜及液晶顯示元件，且特別是有關於一種包含有含氧雜環丁烷之聚矽氧烷的液晶配向劑、其所製成之液晶配向膜及液晶顯示元件。
液晶顯示元件因具有輕薄、省電及高影像品質等特性，現已普遍取代傳統陰極射線管顯示器，並廣泛應用於家庭及個人電子產品上。
為提升液晶顯示元件之影像品質，應具有下列性質：(1)良好的電氣特性，例如液晶顯示元件應具有低離子電荷、低殘餘直流電等。(2)良好的膜面內粗糙均勻度，當液晶配向膜粗糙度愈均勻，液晶的排列秩序性會愈規則，進而使液晶顯示元件的亮暗表現愈一致，且長時間驅動後的預傾角(Pre-Tilt Angle，PTA)差異較小，可得到較佳的殘影表現。(3)均一性的亮暗表現。
隨著液晶顯示元件的普及，消費者對於液晶顯示元件成像品質的要求日漸提升，如何進一步改善液晶顯示元件的成像品質，係相關業者努力的目標。
本發明之一目的是提供一種液晶配向劑，其有利於製備出具有較優良的膜面內粗糙均勻度的液晶配向膜，並有利於調控液晶配向膜的表面粗糙度。
本發明之另一目的是提供一種液晶配向膜，其具有較優良的膜面內粗糙均勻度，即具有較平坦的表面，並具有易於調控的表面粗糙度。
本發明之再一目的是提供一種液晶顯示元件，其具有良好的電氣性質以及均一性的亮暗表現，而可提供優良的成像品質。
依據本發明一實施方式，提供一種液晶配向劑，包含聚矽氧烷。聚矽氧烷具有如式(I)所示之一平均組成式：R1 aR2 bR3 cSiZ(4-a-b-c)/2 (I)，其中R1為可含有雜原子的C1~C40的一價有機基，雜原子為N、O、S或Si，R2為含氧雜環丁烷的一價有機基，R3為含多環液晶基團的一價有機基，Z為O、C1~C4的伸烷基或其組合，0<b<1，0<c<0.5，以及0.5<(4-a-b-c)/2<1.5。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1A圖為合成例S2的示差掃描量熱儀(Differential Scanning Calorimeter，DSC)量測結果圖；第1B圖為合成例S3的DSC量測結果圖；第1C圖為合成例S4的DSC量測結果圖；第1D圖為合成例S5的DSC量測結果圖；第1E圖為合成例S6的DSC量測結果圖；第2A圖係比較例1’液晶配向膜的光學顯微鏡(Optical Microscope，OM)照片；第2B圖係實驗例24液晶配向膜的OM照片；第2C圖係比較例24’液晶配向膜的OM照片；第3A圖係比較例1’液晶顯示元件的SEM照片；第3B圖係實驗例12液晶顯示元件的SEM照片；以及第3C圖係實驗例15液晶顯示元件的SEM照片。
本發明中，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。
本發明中，有時以鍵線式(skeleton formula)表示化合物結構，此種表示法可以省略碳原子、氫原子以及 碳氫鍵。倘若，結構式中有明確繪出官能基的，則以繪示者為準。
本發明中，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，某一特定數值範圍的記載，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，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，「0.1重量%~1重量%」的範圍，無論說明書中是否列舉其他數值，均涵蓋「0.5重量%~0.8重量%」的範圍。
<液晶配向劑>
一種液晶配向劑，包含聚矽氧烷，聚矽氧烷具有如式(I)所示之一平均組成式(average composition formula)：R1 aR2 bR3 cSiZ(4-a-b-c)/2 (I)，式(I)中，R1為可含有雜原子的C1~C40的一價有機基，雜原子為N、O、S或Si，R2為含氧雜環丁烷(oxetane group)的一價有機基，R3為含多環液晶基團的一價有機基，Z為O、C1~C4的伸烷基或其組合，0<b<1，0<c<0.5，以及0.5<(4-a-b-c)/2<1.5。
依據前述的液晶配向劑，R2可具有如式(i)所示之一結構：
Figure TWI679217B_D0001
 式(i)中，*為式(i)所示之結構與聚矽氧烷的矽原子的鍵結位置。
依據前述的液晶配向劑，「含多環液晶基團的一價有機基」中的「液晶基團(mesogenic unit)」是指在分子結構中能夠促使分子形成液晶態的結構，其可能具有由苯環或環己烷環構成的多環結構。具體來說，R3可具有如式(ii)所示之一結構：
Figure TWI679217B_D0002
 式(ii)中，R4為單鍵、C1~C20的伸烷基、C6~C20伸苯基、C6~C20伸環己基、C6~C20伸氟代苯基、C6~C20伸氟代環己基或其組合，A1及A2各自獨立為伸環己基或伸苯基，且A1及A2中任意的1至4個氫原子可被氟原子取代，R5為C1~C20的烷基、C6~C20苯基、C6~C20環己基、C6~C20氟代苯基、C6~C20氟代環己基或其組合，*為式(ii)所示之結構與聚矽氧烷的矽原子的鍵結位置。更具體來說，R3可具有如式(ii-a)或式(ii-b)所示之一結構：
Figure TWI679217B_D0003
 式(ii-a)及式(ii-b)中，R4、R5與*的定義同前，不再贅述，m、p可各自獨立為0~4的正整數。例如，R3可具有如式(ii-1)或式(ii-2)所示之一結構：
Figure TWI679217B_D0004
 式(ii-1)及式(ii-2)中，*為式(ii-1)及式(ii-2)所示之結構與聚矽氧烷的矽原子的鍵結位置。
前述式(I)之聚矽氧烷可藉由一般的接枝方式，使含多環液晶基團的化合物與任意的聚矽氧烷進行反應而使含多環液晶基團的一價有機基接枝到聚矽氧烷的主鏈上。接枝方式例如是透過矽氫化反應，在此前提下，待接枝的聚矽氧烷應含有矽氫鍵(或烯基)，而含多環液晶基團的化合物應對應含有烯基(或矽氫鍵)。
依據前述的液晶配向劑，其中c/b<1。
依據前述的液晶配向劑，較佳地，c落在以下範圍：0.05<c<0.75。更佳地，c落在以下範圍：0.10<c<0.50。
依據前述的液晶配向劑，可更包含其他配向高分子，例如聚醯胺酸、聚醯亞胺、(醯胺酸/醯亞胺)共聚物、聚醯胺酸酯、聚酯、聚醯胺、纖維素衍生物、聚乙縮醛、聚苯乙烯衍生物、聚(苯乙烯-苯基馬來醯亞胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等。前述其他配向高分子可單獨使用或同時使用。
依據前述的液晶配向劑，式(I)之聚矽氧烷在液晶配向劑中所佔的比例原則上沒有限制。例如，式(I)之聚矽氧烷在液晶配向劑中所佔固含量的比例可為0.01重量百分比至5重量百分比。較佳地，式(I)之聚矽氧烷在液晶配向劑中所佔固含量的比例為0.05重量百分比至3重量百分 比。更佳地，式(I)之聚矽氧烷在液晶配向劑中所佔固含量的比例為0.1重量百分比至1重量百分比。
依據前述的液晶配向劑，可更包含不同於式(I)之聚矽氧烷的有機矽(氧)烷化合物以及含氧雜環丁烷化合物。前述有機矽(氧)烷化合物例可為但不限於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。
依據前述的液晶配向劑，可更包含溶劑，前述溶劑可為但不限於N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidinone，NMP)、γ-丁內酯(γ-butyrolactone)或乙二醇丁醚(butyl cellosolve，BC)。
<液晶配向膜>
一種液晶配向膜，由前述的液晶配向劑所形成，具體來說，液晶配向膜可以透過將前述的液晶配向劑塗布於基板上而製成。
一般而言，由前述方法形成的液晶配向膜的膜厚較佳為0.005μm~0.5μm。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。
基板可為但不限於塑膠基板、玻璃環氧樹脂基板、玻璃基板、陶瓷基板或金屬基板，以可承受後述的處理條件者為佳。
塑膠基板的材料可為但不限於熱硬化性樹脂(例如環氧樹脂、酚樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚酯樹脂等)或熱塑性樹脂(例如苯氧樹脂、聚醚碸、聚碸、聚苯碸(polyphenylene sulfone)等)。
陶瓷基板的材料可為但不限於氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、矽、氮化矽或碳化矽。
玻璃基板的材料可為但不限於玻璃、鉀玻璃、硼矽酸玻璃、石英玻璃、鋁矽酸玻璃或鉛玻璃。
金屬基板的材料可為但不限於鋁、鋅或銅。
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)兩層以上而成的結構。當然，亦可為具有圖案化透明導電膜的基板。
將液晶配向劑塗布於基板上的方法可為但不限於滾輪塗布法、旋轉塗布法或噴塗印刷法。
將液晶配向劑塗布至基板上後可以對其進行燒製，燒製的方式例如是加熱烘烤，而加熱烘烤的方法可為但不限於在烘箱或者紅外線爐中進行加熱處理的方法，或在熱板上進行加熱處理的方法。藉由加熱烘烤，可以移除液晶配向劑內的有機溶劑，如果液晶配向劑含有聚醯胺酸，也可促使其進行脫水閉環反應。在本實施方式中，加熱烘烤溫度為90℃~300℃，較佳是150℃~250℃，更佳是180℃~230℃。
<液晶顯示元件>
一種液晶顯示元件，包含前述的液晶配向膜。液晶顯示元件可藉由以下方法製造。首先，將前述液晶配向劑塗布至基板以獲得液晶配向膜，細節如前所述，在此不另贅述。接著，可藉由捲繞有耐綸或棉纖維布的滾筒進行定向摩擦(rubbing)，使液晶配向膜能夠提供液晶分子配向性。之後，於一個具有前述液晶配向膜的基板上塗布框膠，並於另一具有前述液晶配向膜的基板上噴灑間隙物，然後將前述具有液晶配向膜的兩片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。
下文將以合成例及實驗例更具體地描述本發明。只要在不逾越本發明範疇的情況下，可適當地改變以下 合成例及實驗例所用材料、用量、比率、處理細節以及處理流程等等。因此，本發明的合成例及實驗例僅為例示，不應使用其對本發明作出限制性的解釋。
<合成例的製備>
合成例S1~S10：將市售聚矽氧烷(A)與含氧雜環的化合物(B)、含多環液晶基團的化合物(C)進行矽氫化反應，使含氧雜環的一價有機基及含多環液晶基團的一價有機基接枝到市售聚矽氧烷(A)上，藉以得到合成例S1~S10的聚矽氧烷，合成例S1~S10的矽氫化反應均進行到使初始聚矽氧烷(A)上的矽氫鍵耗盡程度。合成例S1~S10的反應物如下表一所示。
合成例S1~S10中，反應物的莫耳數比例如下表二A所示，其中(A-1)的莫耳數係指其所含之矽氫鍵的莫耳數，(B-1)、(B-2)、(C-1)、(C-2)的莫耳數指其本身的莫
耳數。合成例S2、S4、S6、S8、S10具有如式(I’)所示之一平均組成式：R1 aR2’ b’R3 cSiZ(4-a-b’-c)/2 (I’)，式(I’)中，R1、R3、Z的定義同式(I)，R2’為含環氧基的一價有機基，S1~S10中對應平均組成式(I)及(I’)中的b、b’、c、(4-a-b-c)/2、(4-a-b’-c)/2的數值如下表二B所示。
由表二B可知，合成例S3、S5、S7、S9為依據本發明的聚矽氧烷(具有如式(I)所示之平均組成式)。
合成例S1的製備方法：在有磁石、滴液漏斗、溫度計及回流冷凝管的反應釜中，加入45.63g(0.293mole)THM03、0.0283g的鉑(Pt)，加熱至95℃並混合均勻。接著，從滴液漏斗以每分鐘0.5g的速度緩慢將25.56g(含有0.195mole Si-H)的H3和15.39g的甲苯混合液滴入，待完全滴完，於120℃下進行矽氫化反應，歷時反應5小時。反應結束後，將反應釜降至室溫抽真空，再加熱至100℃進行減壓蒸餾，將THM03和甲苯餾出，可得到合成例S1的聚矽氧烷。
合成例S2的製備方法：將合成例S1中的THM03更換為33.39g(0.293mole)AGE，Pt的用量更換為0.0118g，其餘步驟皆相同，可得到合成例S2的聚矽氧烷。
合成例S3的製備方法：在有磁石、滴液漏斗、溫度計及回流冷凝管的反應釜中，加入25.56g(含有0.195mole Si-H)的H3、6.16克(0.0195mole)V2PGP1、0.0234g的Pt和19.7g的甲苯，加熱至95℃並混合均勻。接著，從滴液漏斗以每分鐘0.5g的速度緩慢將48.67g(0.312mole)THM03滴入，待完全滴完，於120℃下進行矽氫化反應，歷時反應5小時。反應結束後，將反應釜降至室溫抽真空，再加熱至100℃進行純化，將THM03和甲苯餾出，可得到合成例S3的聚矽氧烷。
合成例S4的製備方法：將合成例S3中Pt的用量更換為0.018g，甲苯的用量更換為11.25g，THM03更換 為35.61g(0.312mole)AGE，其餘步驟皆相同，可得到合成例S4的聚矽氧烷。
合成例S5的製備方法：將合成例S3中V2PGP1更換為18.28g(0.078mole)3CCV，Pt的用量更換為0.0224g，甲苯的用量更換為15.52g，THM03的用量更換為36.5g(0.234mole)，其餘步驟皆相同，可得到合成例S5的聚矽氧烷。
合成例S6的製備方法：將合成例S5中Pt的用量更換為0.0215g，甲苯的用量更換為14.3g，THM03的更換為35.61g(0.312mole)AGE，其餘步驟皆相同，可得到合成例S6的聚矽氧烷。
合成例S7的製備方法：將合成例S5中3CCV的用量更換為9.14g(0.039mole)、Pt的用量更換為0.0222g，甲苯的用量更換為14.76g，THM03的用量更換為45.63g(0.293mole)，其餘步驟皆相同，可得到合成例S7的聚矽氧烷。
合成例S8的製備方法：將合成例S6中3CCV的用量更換為9.14g(0.039mole)、Pt的用量更換為0.0189g，甲苯的用量更換為13.13g，AGE的用量更換為35.61g(0.312mole)，其餘步驟皆相同，可得到合成例S8的聚矽氧烷。
合成例S9的製備方法：在有磁石、滴液漏斗、溫度計及回流冷凝管的反應釜中，加入25.56g(含有0.195mole Si-H)的H3、0.0262g的Pt和21.78g的甲苯，加熱 至120℃並混合均勻。接著，從滴液漏斗以每分鐘0.5g的速度緩慢將18.49g(0.0585mole)V2PGP1滴入，待完全滴完，於120℃下進行矽氫化反應，歷時反應5小時。接著，將45.63g(0.293mole)THM03從滴液漏斗緩慢加到反應釜中，於120℃下進行矽氫化反應，歷時5小時。反應結束後，將反應釜降至室溫抽真空，再加熱至100℃進行純化，將THM03和甲苯餾出。
合成例S10的製備方法：將合成例S4中V2PGP1的用量更換為18.49g(0.059mole)，Pt的用量更換為0.0163g，甲苯的用量更換為12.96g，AGE的用量更換為33.39g(0.293mole)，其餘步驟皆相同，可得到合成例S10的聚矽氧烷。
<合成例的性質量測>
將合成例S1~S10的聚矽氧烷分別進行IR分析，於2100cm-1吸收峰附近已無吸收訊號，確認反應物(A-1)中Si-H位置的H皆已被含多環液晶基團的一價有機基及/或含氧雜環的一價有機基取代。
觀察合成例S1~S10的聚矽氧烷的外觀，將合成例S1~S10的聚矽氧烷分別以黏度計(廠商：Brookfield，型號：DVII Pro)測得在25℃時黏度。並將合成例S1~S10的聚矽氧烷分別以凝膠滲透析法測定以四氫呋喃(tetrahydrofuran，THF)為展開溶劑，測得聚苯乙烯換算的重量平均分子量，結果如表三所示。
將合成例S1~S10的聚矽氧烷分別以示差掃描量熱儀每10分鐘上升10℃，至最高溫290℃，記錄其放熱峰峰頂數值。請參照第1A圖至第1E圖，第1A圖為合成例S2的DSC量測結果圖，第1B圖為合成例S3的DSC量測結果圖，第1C圖為合成例S4的DSC量測結果圖，第1D圖為合成例S5的DSC量測結果圖，第1E圖為合成例S6的DSC量測結果圖。由第1A圖至第1E圖可知，合成例S3、S5的聚矽氧烷具有較低的放熱峰溫度且放熱反應溫度範圍較集中，而合成例S2、S4、S6的聚矽氧烷其有較高的放熱峰溫度且放熱反應溫度範圍較分散。
<實驗例的製備>
實驗例1的液晶配向劑：以合成例S1為0.3wt%、合成例S3為0.5wt%與合成例S7為0.1wt%的相對固含量分別添加於聚醯胺酸溶液DA-9003(達興材料生產)，並以重量比1：1的N-甲基吡咯烷酮(NMP)/乙二醇丁基醚(BC)混合溶劑稀釋成固含量為3.5wt%的液晶配向劑。
實驗例1的液晶顯示元件：將如上述製備的液晶配向劑利用噴墨印表機(Inkjet Printing，IJP；型號為 DMP-2831；廠商為FUJIFILM)噴塗於附有氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)透明電極的玻璃基板上，在120℃的加熱板上預烤130秒後，移置230℃的烘箱烘烤30分鐘，以形成厚度1000±100Å的液晶配向膜。最後取一對形成有上述液晶配向膜的基板以習知方法與液晶(Merck，型號LCT12516，其內包含壓克力單體)組合，得到含有一對液晶配向膜、夾置於該對液晶配向膜間的液晶層及一對分別設置於該對液晶配向膜遠離該液晶層側上的電極層的液晶顯示元件。
實驗例2~32及比較例2’~32’：將實驗例1製備方法中合成例的種類、用量予以更換如表四所示，其餘步驟皆相同，可得到實驗例2~32及比較例2’~32’的液晶配向劑及液晶顯示元件。
實驗例1~32中，依據本發明的聚矽氧烷在液晶配向劑中所佔固含量的比例為合成例S3、合成例S5、合成例S7、合成例S9於表四中所示重量百分比的總和。例如，實驗例1中，依據本發明的聚矽氧烷(合成例S3、合成例S7)在液晶配向劑中所佔固含量的比例為0.6wt%。
<實驗例/比較例的性質量測及評估方法>
膜邊緣收縮大小：將實驗例/比較例的液晶配向膜利用光學顯微鏡觀察膜邊緣收縮情形，並記錄由液晶配向膜上邊緣起往內的收縮長度以及下邊緣起往內的收縮長度。
膜面內粗糙均勻度(Ra)：將實驗例/比較例的液晶配向膜利用原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM，型號為Dimension icon，廠商為Bruker)量測膜面內粗糙均勻度，掃描速度為1.0Hz，其中膜面內是指液晶配向膜沒有收縮的區域，將13Å
Figure TWI679217B_D0013
Ra<15Å判定為良，將11Å
Figure TWI679217B_D0014
Ra<13Å判定為佳，將9Å
Figure TWI679217B_D0015
Ra<11Å判定為優。
離子密度(Ion Density，ID)：將實驗例/比較例的液晶顯示元件利用液晶材料參數測試儀(型號為ALCT-IV1，廠商為Instec Inc)量測離子密度，係利用液晶材料參數測試儀施加三角波形量測實驗例/比較例的液晶顯示元件置於60℃烘箱內的離子密度，將8000pC
Figure TWI679217B_D0016
ID <12000pC判定為良，將4000pC
Figure TWI679217B_D0017
ID<8000pC判定為佳，將ID<4000pC判定為優。
接觸角：將實驗例/比較例的液晶配向膜利用液滴形狀分析儀(Drop Shape Analyzer，型號為DSA1000，廠商為KRUSS)量測接觸角。
表面能：將實驗例/比較例的液晶配向膜利用液滴形狀分析儀(Drop Shape Analyzer，型號為DSA1000，廠商為KRUSS)量測表面能，其中IFT(S)代表總和表面能，IFT(S,D)代表瀰散項(Disperse，D)表面能，IFT(S,P)代表極性項(Polar，P)表面能。
將實驗例/比較例的液晶顯示元件照射365nm的紫外光，總計8520mJ/cm2積光量，使液晶的壓克力組成物完全反應後，再進行以下性質量測及評估。
照光後ID：將實驗例/比較例的液晶顯示元件置於60℃烘箱內，通入1.5V-0.01Hz的電壓量測其內離子密度，將8000pC
Figure TWI679217B_D0018
ID<12000pC判定為良，將4000pC
Figure TWI679217B_D0019
ID<8000pC判定為佳，將ID<4000pC判定為優。
照光後殘餘直流電(residual direct current，RDC)：將實驗例/比較例的液晶顯示元件置於60℃烘箱內，通入5V-1h的直流電壓，放電1秒後紀錄10分鐘後的RDC數值。
照光後PTA：利用預傾角量測儀(型號為Autronic TBA-107)以不同的相位差評價實驗例/比較例 的液晶顯示元件的PTA，若PTA落在90±2度，表示液晶顯示元件具有良好的垂直配向能力。
照光後信賴性測試(Reliability Analysis，RA)：將實驗例/比較例的液晶顯示元件置於60℃且90%相對溼度的信賴性測試爐內，記錄48小時，120小時，240小時後的ID，將8000pC
Figure TWI679217B_D0020
ID<12000pC判定為良，將4000pC
Figure TWI679217B_D0021
ID<8000pC判定為佳，將ID<4000pC判定為優。
照光後液晶顯示元件的粗糙度：將實驗例/比較例的液晶顯示元件拆解上下基板後，用酒精與水洗去其殘留液晶，利用AFM量測膜面內粗糙均勻度，紀錄其數值。並利用掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM；型號為HITACHI SU8010)觀察顆粒大小，將2.0Å
Figure TWI679217B_D0022
顆粒大小<3.5Å判定為大(Large，L)，將0.5Å
Figure TWI679217B_D0023
顆粒大小<2.0Å判定為中(Medium，M)，將顆粒大小<0.5Å判定為小(Small，S)。另外，由於本評估方式是將液晶顯示元件照光後再拆解進行量測，此時有壓克力的高分子聚集在液晶配向膜上。
<實驗例/比較例的性質量測結果>
將比較例1’、實驗例24以及比較例24’的液晶配向膜進行膜邊緣收縮大小以及膜面內粗糙均勻度。配合參照第2A圖至第2C圖，第2A圖係比較例1’液晶配向膜的OM照片，第2B圖係實驗例24液晶配向膜的OM照片，第2C圖係比較例24’液晶配向膜的OM照片，第2A圖至第2C圖中方框框選的區域是以AFM評估膜面內粗糙均勻度的區域，並 將結果整理於表五，由表五可知，相較於比較例1’及比較例24’，依據本發明的實驗例24具有較小的膜邊緣收縮與較小的膜面內粗糙均勻度。
將比較例1’、實驗例24以及比較例24’的液晶顯示元件量測其ID、照光後PTA、照光後ID、照光後RDC，實驗結果整理如表六。
由表六可知，在相同操作條件下，相較於比較例1’以及比較例24’，依據本發明的實驗例24具有較低的ID與較小RDC。
將比較例1’、實驗例24以及比較例24’的液晶顯示元件進行照光後信賴性測試，實驗結果整理如表七。
由表七可知，在相同操作條件下，相較於比較例1’以及比較例24’，依據本發明的實驗例24具有較低的ID，顯示依據本發明的液晶配向劑具有較佳的信賴性表現。換句話說，依據本發明的液晶配向劑可適用於較寬廣的製程範圍。
另外，配合前述第1A圖至第1E圖、表六及表七可知，於聚矽氧烷導入氧雜環丁烷，可降低聚矽氧烷的放熱峰溫度，當液晶配向劑中含有含氧雜環丁烷的聚矽氧烷，有利於其在相同烘烤製程條件下短時間完全反應形成液晶配向膜，可提升液晶顯示元件的殘影與信賴性表現。
將實驗例12、實驗例15以及比較例1’的液晶配向膜進行接觸角及表面能量測，並將實驗例12、實驗例15以及比較例1’的液晶顯示元件進行照光後液晶顯示元件的粗糙度量測，並將實驗結果整理如表八。配合參照第3A圖至第3C圖，第3A圖係比較例1’液晶顯示元件的SEM照片，第3B圖係實驗例12液晶顯示元件的SEM照片，第3C圖係實驗例15液晶顯示元件的SEM照片，第3A圖至第3C圖係於倍率10k的觀察結果，由第3A圖至第3C圖可知，比較例1’顆粒較小，實驗例12顆粒適中，實驗例15顆粒較大，顆粒較小易導致背光的光散射程度變低，而容易觀察到多重線狀以及多重帶狀的亮暗差條紋(Mura)，而有良率差不利量產的缺失，顆粒較大雖使背光的光散射程度變高，而不易觀察到 多重線狀以及多重帶狀的亮暗差條紋，卻會導致液晶活性單體(reactive monomer，RM)的聚焦而使液晶排列的秩序紊亂，進而產生漏光的現象。本發明可藉由控制顆粒大小而控制RM的不均勻度，可進一步提升液晶顯示元件的顯示品質。表八中，LC代表液晶(Liquid Crystal)分子，IFT(S)、IFT(S,D)、IFT(S,P)代表的定義如前所述。
由表八可知，依據本發明的液晶配向劑有利於調控所形成之液晶配向膜的表面親疏水性，可得到不同的液晶配向膜粗糙度，有利於獲得亮暗均勻的顯示灰階，在驅動時不會觀察到多重亮暗不均勻的帶狀交疊，而可提升液晶顯示元件的成像品質。
將實驗例2~32及比較例2’~32’的液晶配向膜進行膜面內粗糙均勻度、ID、照光後ID、照光後信賴性測試以及照光後液晶顯示元件的粗糙度量測，並將結果紀錄於表九。
表九中，將成分相近的實驗例與比較例給予相同的數字編號，例如比較例2’是將實驗例2的S3更改為S4，可視為實驗例2與比較例2’的成分相近，表九中其他實驗例與比較例的關係依此類推。由表九可知，當實驗例與比較例的成分相近時，依據本發明的液晶配向劑所製成的液晶配向膜以及液晶顯示元件，照光後ID及照光後信賴性皆優於成分相近的比較例。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種液晶配向劑，包含：聚矽氧烷，具有如式(I)所示之一平均組成式：R1 aR2 bR3 cSiZ(4-a-b-c)/2 (I)，其中R1為可含有雜原子的C1~C40的一價有機基，該雜原子為N、O、S或Si，R2為含氧雜環丁烷的一價有機基，R3為含多環液晶基團的一價有機基，Z為O、C1~C4的伸烷基或其組合，0<b<1，0<c<0.5，以及0.5<(4-a-b-c)/2<1.5。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑，其中R2具有如式(i)所示之一結構：其中*為式(i)所示之該結構與該聚矽氧烷的矽原子的鍵結位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑，其中R3具有如式(ii)所示之一結構：其中R4為單鍵、C1~C20的伸烷基、C6~C20伸苯基、C6~C20伸環己基、C6~C20伸氟代苯基、C6~C20伸氟代環己基或其組合，A1及A2各自獨立為伸環己基或伸苯基，且A1及A2中任意的1至4個氫原子可被氟原子取代，R5為C1~C20的烷基、C6~C20苯基、C6~C20環己基、C6~C20氟代苯基、C6~C20氟代環己基或其組合，*為式(ii)所示之該結構與該聚矽氧烷的矽原子的鍵結位置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑，其中R3具有如式(ii-1)或式(ii-2)所示之一結構：其中*為式(ii-1)及式(ii-2)所示之該結構與該聚矽氧烷的矽原子的鍵結位置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑，其中c/b<1。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑，更包含聚醯胺酸、聚醯亞胺或(醯胺酸/醯亞胺)共聚物，其中該聚矽氧烷在該液晶配向劑中所佔固含量的比例為0.01重量百分比至5重量百分比。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的液晶配向劑，其中該聚矽氧烷在該液晶配向劑中所佔固含量的比例為0.05重量百分比至3重量百分比。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的液晶配向劑，其中該聚矽氧烷在該液晶配向劑中所佔固含量的比例為0.1重量百分比至1重量百分比。
  9. 一種液晶配向膜，其係由如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的液晶配向劑所形成。
  10. 一種液晶顯示元件，包含如申請專利範圍第9項所述的液晶配向膜。
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