TWI842879B - 液晶配向劑、液晶配向膜及使用其之液晶顯示元件 - Google Patents
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Abstract
提供可形成源自殘留DC之殘像或AC殘像之產生少、再製容易,且穿透率高的液晶配向膜之液晶配向劑。
一種液晶配向劑,其特徵為含有下述之(A)成分與(B)成分;
(A)成分:具有下述式(1)表示之重複單位的聚合物(A);
(B)成分:具有下述式(2)表示之重複單位及下述式(3)表示之重複單位的聚合物(B);
(X1
為4價有機基;Y1
為2價有機基;X2
及X3
為4價之源自脂環式四羧酸二酐或非環式脂肪族四羧酸二酐之4價有機基;R2
為氫原子等;Z21
、Z22
、Z31
、Z32
為氫原子等;Y3
為具有下述式(n)表示之部分結構的2價有機基;R3
為氫原子等;Q2
為氫原子或碳數1~3之烷基:Q3
為氫原子或碳數1~3之烷基;*為鍵結部位)。
Description
本發明係關於液晶配向劑、液晶配向膜及使用其之液晶顯示元件。
自以往起,液晶裝置係廣為使用作為個人電腦、智慧型手機、行動電話、電視接收器等之顯示部。液晶裝置,例如具備被夾持於元件基板與彩色濾光片基板之間的液晶層、對液晶層施加電場的畫素電極及共通電極、控制液晶層之液晶分子的配向性之配向膜、切換供給於畫素電極之電訊號的薄膜電晶體(TFT)等。液晶分子之驅動方式,已知有TN方式、VA方式等之縱電場方式,或IPS方式、FFS(邊緣電場切換,fringe field switching)方式等之橫電場方式(專利文獻1)。
一般而言,僅於基板之單側形成電極,於與基板平行之方向施加電場的橫電場方式中,相較於以往之對形成於上下基板之電極施加電壓而驅動液晶之縱電場方式,已知具有廣的視角特性,作為可進行高品質顯示之液晶顯示元件。作為用以使液晶於一定方向配向之手法,係有於基板上形成聚醯亞胺等之高分子膜,進行將該表面以布摩擦之所謂摩擦處理的方法,於工業上亦廣為使用。
液晶顯示元件之構成構件的液晶配向膜,為用以使液晶均勻排列之膜,但不僅液晶之配向均勻性,各種的特性也為必要。例如,係有因驅動液晶之電壓,於液晶配向膜存儲電荷,此等累積的電荷使液晶之配向混亂,或作為殘像或燒屏(以下稱為源自殘留DC之殘像)而對顯示造成影響,使液晶顯示元件之顯示品質顯著降低的問題點,因此提出有克服此等課題之液晶配向劑(專利文獻2)。
又,於IPS方式或FFS驅動方式中,液晶配向之安定性亦為重要。配向之安定性小時,使液晶長時間驅動時,液晶回不到初期狀態,成為對比之降低或燒屏(以下稱為AC殘像)的原因。作為解決上述課題之手法,專利文獻3中揭示含有選自由含有特定四羧酸二酐與特定二胺之聚醯胺酸及其醯亞胺化聚合物所成之群的1種聚合物與特定化合物之液晶配向劑。
進一步地,由於在生產步驟之經濟性非常重要,故元件基板之再生利用容易亦為必要。亦即,於由液晶配向劑形成液晶配向膜之後,進行配向性等之檢查,而產生缺陷時,係要求可簡便地實施由基板去除液晶配向膜,並回收基板之再製(rework)步驟。
此外,於IPS方式或FFS驅動方式中,一般而言係使用具有正的Δε之液晶材料(p型液晶材料)或具有負的Δε之液晶材料(n型液晶材料)(參照專利文獻4)。
應用p型液晶材料於液晶顯示元件時,相對於使用n型液晶材料之液晶顯示元件,可穿透面板之背光光量有惡化的傾向,就更提高穿透率之觀點,係要求具有高的穿透率之液晶配向膜。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-167782號公報
[專利文獻2]WO2002/33481號小冊
[專利文獻3]WO2016/063834號小冊
[專利文獻4]WO2015/056644號小冊
[發明所欲解決之課題]
進一步地,為了得到對比高的面板,電壓無施加時之黑品質亦為重要,係要求並無摩擦步驟所致的不良產生或因配向性不足所產生之黑品質降低,可得到更良質之黑品質的液晶配向膜。
另一方面,應用n型液晶材料時,容易產生成為顯示不良的原因之電壓保持率降低,因此要求具備高的電壓保持率之液晶配向膜。
以往提出之液晶配向劑並無法說是可完全充分達成上述課題者。又,即使是使用專利文獻2、3所提出的液晶配向劑時,亦有所得之液晶配向膜的光穿透率變低之問題,有進一步改善的餘地。
本發明係基於如以上之實情而為者,其目的為提供可形成源自殘留DC之殘像或AC殘像之產生少,具有高的穿透率、對比及電壓保持特性,再製性良好的液晶配向膜之液晶配向劑。
[用以解決課題之手段]
本發明者進行深入研究後,發現藉由使用含有包含特定聚合物之成分的組合之液晶配向劑,可解決上述課題,而完成本發明。
本發明具有下述態樣。
一種液晶配向劑,其特徵為含有下述之(A)成分與(B)成分;
(A)成分:具有下述式(1)表示之重複單位的聚合物(A)、
(B)成分:具有下述式(2)表示之重複單位及下述式(3)表示之重複單位的聚合物(B);
(X1
為4價有機基;Y1
為2價有機基);
(X2
為源自脂環式四羧酸二酐或非環式脂肪族四羧酸二酐之4價有機基;R2
為氫原子或碳數1~5之烷基;Z21
、Z22
係分別獨立地表示氫原子或1價有機基);
(X3
為源自脂環式四羧酸二酐或非環式脂肪族四羧酸二酐之4價有機基;Y3
為具有下述式(n)表示之部分結構的2價有機基;R3
為氫原子或碳數1~5之烷基;Z31
、Z32
係分別與上述式(2)之Z21
、Z22
同義);
(Q2
表示氫原子或碳數1~3之烷基,Q3
表示氫原子或碳數1~3之烷基;*表示鍵結部位)。
[發明之效果]
依照本發明之液晶配向劑,可得到具有高的穿透率及電壓保持特性,且再製性良好之液晶配向膜。又,依照本發明之液晶配向劑,可得到不易產生源自殘留DC之殘像或AC殘像,顯示不良少,且對比優良之液晶顯示元件。
以下說明本揭示之液晶配向劑中所含有的各成分,及依需要任意摻合之其他成分。
<(A)成分>
本發明之液晶配向劑,含有包含具有上述式(1)表示之重複單位的聚合物(A)之(A)成分。藉由含有該(A)成分,可得到AC殘像之產生少,穿透率高的液晶配向膜,又,可得到電壓保持率高,對比的降低被抑制之液晶顯示元件。
上述式(1)中,X1
、Y1
係如上述所定義。式(1)之X1
,可列舉源自四羧酸二酐之4價有機基。例如可列舉源自芳香族四羧酸二酐、非環式脂肪族四羧酸二酐、脂環式四羧酸二酐之4價有機基。式(1)之Y1
為源自二胺化合物之2價有機基。
此處,芳香族四羧酸二酐,係指包含鍵結於芳香環之至少1個羧基的4個羧基藉由分子內脫水而得到的酸二酐。非環式脂肪族四羧酸二酐,係指鍵結於鏈狀烴結構之4個羧基藉由分子內脫水而得到的酸二酐。惟,不必需僅以鏈狀烴結構構成,其一部分亦可具有脂環式結構或芳香環結構。脂環式四羧酸二酐,係指包含鍵結於脂環式結構之至少1個羧基的4個羧基藉由分子內脫水而得到的酸二酐。惟,此等4個羧基均不鍵結於芳香環。又,不必需僅以脂環式結構構成,其一部分亦可具有鏈狀烴結構或芳香環結構。
就提高聚合物(A)之溶解性的觀點,X1
較佳為選自由下述式(4a)~(4n)、下述式(5a),及下述式(6a)所成之群的4價有機基。
(x及y係分別獨立地為單鍵、-O-、-CO-、-COO-、碳數1~5之烷二基、1,4-伸苯基、磺醯基或醯胺基。Z1
~Z6
係分別獨立地表示氫原子、甲基、乙基、丙基、氯原子或苯環。j及k為0或1之整數。m為1~5之整數。*表示鍵結部位)。
就AC殘像少的觀點,上述式(4a)之較佳的具體例子,可列舉下述式(4a-1)~(4a-4)之任一者表示之結構。
上述式(5a)、(6a)之x及y中的碳數1~5之烷二基,可列舉亞甲基、伸乙基、1,3-丙烷二基、1,4-丁烷二基、1,5-戊烷二基等。
就AC殘像少,擔保溶解性的觀點,上述式(1)之X1
,較佳為選自由上述式(4a)~(4h)、(4j)、(4l)~(4n)所成之群的4價有機基。
可用於聚合物(A)之式(1)之Y1
的形成之二胺化合物,並無特殊限定。具體例子可列舉下述之非環式脂肪族二胺、脂環式二胺、芳香族二胺等。
非環式脂肪族二胺,例如可列舉間苯二甲胺、乙二胺、1,3-丙二胺、四亞甲二胺、六亞甲二胺、1,3-雙(3-胺基丙基)-四甲基二矽氧烷等。
脂環式二胺,例如可列舉p-環己二胺、4,4’-亞甲基雙(環己胺)等。
芳香族二胺,可列舉p-苯二胺、4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基二苯基醚、4,4’-二胺基偶氮苯、3,5-二胺基安息香酸、雙(4-胺基苯基)胺、N,N-雙(4-胺基苯基)甲胺、1,4-雙(4-胺基苯基)-哌嗪、N,N’-雙(4-胺基苯基)-聯苯胺、N,N’-雙(4-胺基苯基)-N,N’-二甲基聯苯胺、2,2’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯、1,3-雙(4-胺基苯氧基)苯、1,4-雙(4-胺基苯氧基)苯、雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]醚、4,4’-雙(4-胺基苯氧基)聯苯、4-(4-胺基苯氧基羰基)-1-(4-胺基苯基)哌啶、4,4’-[4,4’-丙烷-1,3-二基雙(哌啶-1,4-二基)]二苯胺等。
又,可用於式(1)之Y1
的形成之二胺化合物,可列舉國際公開(本說明書中亦稱為WO)2015/122413號記載的下述式(Q)表示之二胺、於具有下述式(H)表示之部分結構的2價有機基上鍵結2個胺基而得的二胺等。
(R11
表示氫原子、甲基,或tert-丁氧基羰基,2個R12
係分別獨立地表示氫原子或甲基。Q11
表示碳數1~5之直鏈伸烷基。直鏈伸烷基之具體例子可列舉亞甲基、伸乙基、三亞甲基、四亞甲基、五亞甲基);
(R13
為-NRCO-、-COO-、-OCO-、-NRCONR-、
-CONR-,或-(CH2
)n
-(n為1~20之整數)表示之結構,n為2~20時,任意的-CH2
-亦能夠以各自不相鄰為條件,取代為-O-、-COO-、-OCO-、-ND-、-NRCO-、-CONR-、
-NRCONR-、-NRCOO-,或-OCOO-。D表示熱脫離性基,R表示氫原子或1價有機基。R14
為單鍵或苯環,苯環上之任意氫原子亦可被1價有機基取代。*1、*2表示鍵結部位,R14
為單鍵時,*2係鍵結於胺基中之氮原子。R14
為苯環時,R13
亦可為單鍵)。
就AC殘像少的觀點,上述式(1)之Y1
,較佳為具有上述式(H)表示之部分結構的2價有機基。此時,上述式(H)之R14
為單鍵時,*2係鍵結於醯亞胺環中之氮原子。其中,上述式(1)之Y1
,尤以具有下述式(H-1)~(H-14)之任一者表示之部分結構的2價有機基為佳。
(*1、*2表示鍵結部位,*2係與醯亞胺環中之氮原子鍵結。Boc在本說明書中係表示tert-丁氧基羰基)。
就合成容易的觀點,上述式(1)之Y1
,較佳為上述式(H-1)~(H-14)、下述式(MH-1)或(MH-2)表示之2價有機基。
(*1係與醯亞胺環中之氮原子鍵結)。
聚合物(A),於上述式(1)表示之重複單位以外,亦可進一步具有下述式(PA-1)表示之重複單位。
式(PA-1)中,X1
及Y1
係分別與式(1)之X1
及Y1
同義,亦包含較佳的態樣。R1為氫原子或碳數1~5之烷基。Z11
、Z12
係分別與上述式(2)之Z21
、Z22
同義。
上述R1
之碳數1~5之烷基的具體例子可列舉甲基、乙基、丙基、i-丙基、n-丁基、i-丁基、s-丁基、t-丁基、n-戊基等。再者,「i-」表示異、「s-」表示sec-、「t-」表示tert-。就加熱所致醯亞胺化之容易性的觀點,R1
較佳為氫原子或甲基。
就AC殘像少的觀點,Z11
、Z12
較佳分別獨立地為氫原子或甲基。
聚合物(A),其末端亦可具有下述式(6)表示之結構。藉由採取如此的構成,就促進與後述聚合物(B)之層分離,得到AC殘像及源自殘留DC之殘像經減低之液晶配向膜的觀點為適宜。
(*表示鍵結部位,Z表示1價有機基)。
上述式(6)之Z,可列舉甲基、乙基、丙基、2,2,2-三氯乙基、2-三甲基矽烷基乙基、1,1-二甲基丙炔基、1-甲基-1-苯基乙基、1-甲基-1-(4-聯苯基)乙基、1、1-二甲基-2-鹵乙基、1,1-二甲基-2-氰基乙基、tert-丁基、環丁基、1-甲基環丁基、1-金剛烷基、乙烯基、烯丙基、桂醯基、8-喹啉基、N-羥基哌啶基、苄基、p-硝基苄基、3,4-二甲氧基-6-硝基苄基、2,4-二氯苄基、9-茀基甲基等。
就所得到之效果高的觀點,Z較佳為甲基、乙基、丙基、tert-丁基、2,2,2-三氯乙基、2-三甲基矽烷基乙基、1,1-二甲基丙炔基、1-甲基-1-(4-聯苯基)乙基、1,1-二甲基-2-鹵乙基、1,1-二甲基-2-氰基乙基、環丁基、1-甲基環丁基、乙烯基、烯丙基、桂醯基、N-羥基哌啶基、苄基、9-茀基甲基。
就AC殘像少的觀點,相對於聚合物(A)所具有的全部重複單位而言,聚合物(A)係以含有較佳為1~95莫耳%、更佳為50~90莫耳%的上述式(1)表示之重複單位為適宜。
<(B)成分>
本發明之液晶配向劑,含有(B)成分,該(B)成分包含具有上述式(2)表示之重複單位及上述式(3)表示之重複單位的聚合物(B)。藉由採取如此的構成,可得到穿透率高,且源自殘留DC之殘像經減低的液晶配向膜。上述式(2)、(3)中,X2
、X3
、Y3
、R2
、R3
、Z21
、Z22
、Z31
、Z32
係如上述所定義。
上述式(2)之Z21
、Z22
中之1價有機基,為可具有取代基之碳數1~10之烷基、可具有取代基之碳數2~10之烯基、可具有取代基之碳數2~10之炔基、tert-丁氧基羰基,或9-茀基甲氧基羰基。
上述Z21
、Z22
的碳數1~10之烷基的具體例子可列舉上述R1
所例示之碳數1~5之烷基的具體例子,此外可列舉己基、庚基、辛基、壬基、癸基等。上述Z21
、Z22
的碳數2~10之烯基的具體例子例如可列舉乙烯基、丙烯基、丁烯基等,此等可為直鏈狀亦可為分支狀。上述Z21
、Z22
的碳數2~10之炔基的具體例子例如可列舉乙炔基、1-丙炔基、2-丙炔基等。
Z21
、Z22
亦可具有取代基,該取代基例如可列舉鹵素原子(氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等)、羥基、氰基、烷氧基等。
上述R2
、R3
的碳數1~5之烷基的具體例子可列舉上述式(PA-1)之R1
所例示之結構。就加熱所致醯亞胺化之容易性的觀點,R2
及R3
較佳係分別獨立地為氫原子或甲基。
就AC殘像少的觀點,Z21
、Z22
、Z31
、Z32
較佳係分別獨立地為氫原子或甲基。
上述X2
、X3
的源自脂環式四羧酸二酐或非環式脂肪族四羧酸二酐之4價有機基,可列舉上述X1
所例示之源自脂環式四羧酸二酐或非環式脂肪族四羧酸二酐之4價有機基。就抑制AC殘像之觀點,X2
、X3
較佳為選自由上述式(4a)~(4n)所成之群的4價有機基。
上述式(n)中之Q2
、Q3
的碳數1~3之烷基,可列舉甲基、乙基、丙基等。就提高液晶配向膜之穿透率,抑制AC殘像與源自殘留DC之殘像的觀點,Q2
、Q3
較佳為甲基。再者,式(n)中的苯環之任意氫原子,亦可經一價有機基取代,該一價有機基,可列舉具有碳數1~3之烷基、烯基、烷氧基、氟烷基、氟烯基或氟烷氧基等。
上述式(n)中,就立體障礙少的觀點,基「
-NQ3
-Ph-」(Ph表示伸苯基)之鍵結位置,較佳鍵結於咔唑骨架之3位。
就源自殘留DC之殘像少的觀點,具有上述式(n)表示之部分結構的2價有機基,較佳為選自由下述式(n-1)~(n-3)所成之群的2價有機基。
式(n-1)~(n-3)中,Q2
、Q3
係分別與上述式(n)之Q2
、Q3
同義,且包含較佳的具體例子。Q4
係分別獨立地表示單鍵,或以下的式(Ar)之結構,n表示1~3之整數。*表示鍵結部位。進一步地,苯環之任意氫原子,與上述式(n)之情況同樣地,亦可經一價有機基取代。
式(Ar)中,Q5
表示選自由單鍵、-O-、-COO-、-OCO-、-(CH2
)l
-、-O(CH2
)m
O-、-CONQ-,及-NQCO-所成之群的2價有機基,k表示1~5之整數。再者,Q表示氫或一價有機基,l、m表示1~5之整數。*1、*2表示鍵結部位,*1
係與式(n-1)~式(n-3)中之苯環鍵結。
上述式(Ar)之Q中的一價有機基,可列舉碳數1~3之烷基。
就合成容易的觀點,具有上述式(n)表示之部分結構的2價有機基,較佳為下述式(cbz-1)~(cbz-6)之任一者表示之2價有機基。*表示鍵結部位。
就源自殘留DC之殘像少的觀點,上述聚合物(B)亦可進一步具有選自由下述式(4)表示之重複單位及下述式(5)表示之重複單位所成之群的至少1種重複單位。
式(4)、(5)中,X4
、X5
為源自芳香族四羧酸二酐之4價有機基,可列舉上述式(1)之X1
所例示之源自芳香族四羧酸二酐之4價有機基。就AC殘像與源自殘留DC之殘像少的觀點,X4
、X5
較佳為選自由上述式(5a)及(6a)所成之群的4價有機基。
上述式(5a)、(6a)表示之4價有機基之更佳的具體例子,可列舉下述式(a-1)~(a-17)之任一者表示之結構。
(*表示鍵結部位)。
式(4)、(5)中,R4
係與上述式(2)之R2
同義,且包含較佳之態樣,Z41
、Z42
係分別與上述式(2)之Z21
、Z22
同義,且包含較佳之態樣。Y5
係與上述式(3)之Y3
同義,且包含較佳之態樣,R5
係與上述式(3)之R3
同義,且包含較佳之態樣,Z51
、Z52
係分別與上述式(3)之Z31
、Z32
同義,且包含較佳之態樣。
聚合物(B)具有選自由上述式(4)表示之重複單位及上述式(5)表示之重複單位所成之群的至少1種重複單位時,就得到高的穿透率之觀點,式(4)及式(5)之重複單位之合計量,較佳為全部重複單位之0.1~30莫耳%、更佳為1~25莫耳%。
聚合物(B)於上述式(2)表示之重複單位、上述式(3)表示之重複單位、上述式(4)表示之重複單位、上述式(5)表示之重複單位以外,亦可進一步具有下述式(PA-2)表示之重複單位。
式(PA-2)中,X6
表示4價有機基,Y6
表示2價有機基。惟,X6
為源自脂環式四羧酸二酐、非環式脂肪族四羧酸二酐或芳香族四羧酸二酐之4價有機基時,Y6
表示伸苯基或具有上述式(n)表示之部分結構的2價有機基以外之結構。R6
係與上述式(2)之R2
同義,且包含較佳之態樣,Z61
、Z62
係與上述式(2)之Z21
、Z22
同義,且包含較佳之態樣。
X6
的具體例子可列舉上述式(1)之X1
所例示之源自芳香族四羧酸二酐、非環式脂肪族四羧酸二酐,或脂環式四羧酸二酐之4價有機基、日本特開2010-156953號之段落[0036]~[0052]記載的源自四羧酸二酐之4價有機基等。
Y6
的具體例子可列舉上述式(1)之Y1
所例示之源自二胺之2價有機基,此外可列舉下述(a)~(d)等之2價有機基。
WO2017/126627號記載的源自具有吡咯結構之二胺之2價有機基、較佳為源自下述式(pr)表示之二胺之2價有機基(a)。
(R1
表示氫原子、氟原子、氰基、羥基,或甲基。R2
係分別獨立地表示單鍵或基「*1-R3
-Ph-*2」,R3
表示選自由單鍵、-O-、-COO-、-OCO-、-(CH2
)l
-、-O(CH2
)m
O-、
-CONH-,及-NHCO-所成之群的2價有機基(l、m為1~5之整數),*1表示與式(pr)中之苯環鍵結的部位,*2表示與式(pr)中之胺基鍵結的部位。Ph表示伸苯基。n表示1~3之整數)。
WO2018/062197號記載的源自具有吡咯結構之二胺的2價有機基、較佳為源自下式(pn)表示之二胺的2價有機基(b)。
(R1
、R2
表示氫原子或甲基。R3
係分別獨立地表示單鍵或基「*1-R4
-Ph-*2」,R4
表示選自由單鍵、-O-、
-COO-、-OCO-、-(CH2
)l
-、-O(CH2
)m
O-、-CONH-,及
-NHCO-所成之群的2價有機基(l、m為1~5之整數),*1表示與式(pn)中之苯環鍵結的部位,*2表示與式(pn)中之胺基鍵結的部位。Ph表示伸苯基。n表示1~3之整數)。
WO2018/092759號記載的源自具有噻吩或呋喃結構之二胺的2價有機基、較佳為源自下式(sf)表示之二胺的2價有機基(c)。
(Y1
表示硫原子或氧原子。R2
係分別獨立地表示單鍵或基「*1-R5
-Ph-*2」,R5
表示選自由單鍵、-O-、-COO-、-OCO-、-(CH2
)l
-、-O(CH2
)m
O-、-CONH-,及-NHCO-所成之群的2價有機基(l、m為1~5之整數),*1表示與式(pn)中之苯環鍵結的部位,*2表示與式(pn)中之胺基鍵結的部位。Ph表示伸苯基。n表示1~3)。
WO2018-181566號之段落[0013]~[0030]記載的2價有機基(d)。
本發明之液晶配向劑中,就AC殘像與源自殘留DC之殘像少的觀點,上述聚合物(A)與上述聚合物(B)之含有比例,以[聚合物(A)]/[聚合物(B)]之質量比計較佳為5/95~95/5。就得到再現性高的液晶配向膜之觀點,[聚合物(A)]/[聚合物(B)]以質量比計,更佳為10/90~90/10、又更佳為20/80~80/20。
<聚合物(A)、(B)之製造方法>
本發明所用的聚合物(A)、(B),或該等之原料中間體的聚醯亞胺前驅物之聚醯胺酸或聚醯胺酸酯、聚醯亞胺,均可藉由已知之方法得到。例如,分別可藉由以下所示方法合成。
(聚醯胺酸之製造方法)
聚醯胺酸,可藉由使四羧酸二酐與二胺在有機溶劑存在下,於-20~150℃、較佳為0~50℃,反應30分~24小時、較佳為1~12小時來合成。
上述反應所用的有機溶劑,就單體及聚合物之溶解性而言,較佳為N,N-二甲基甲醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮或γ-丁內酯,此等可使用1種或混合使用2種以上。聚合物之濃度,就不易引起聚合物之析出,且容易得到高分子量體之觀點,較佳為1~30質量%、更佳為5~20質量%。
如上述般所得到的聚醯胺酸,可藉由在一邊充分攪拌反應溶液下注入於不良溶劑中,使聚合物析出而回收。又,可藉由進行數次析出,以不良溶劑洗淨後,常溫或加熱乾燥,而得到精製的聚醯胺酸之粉末。不良溶劑並無特殊限定,可列舉水、甲醇、乙醇、己烷、丁基賽珞蘇、丙酮、甲苯等。
本發明所用的聚醯亞胺前驅物之聚醯胺酸酯,例如可藉由以下所示之(1)、(2)或(3)之方法合成。
(1)由聚醯胺酸合成的情況
聚醯胺酸酯,可藉由使由四羧酸二酐與二胺得到的聚醯胺酸酯化來合成。
具體而言,可藉由使聚醯胺酸與酯化劑在有機溶劑之存在下,於-20~150℃、較佳為0~50℃反應30分~24小時、較佳為1~4小時來合成。
酯化劑較佳為可藉由精製而容易地去除者,可列舉N,N-二甲基甲醯胺二甲基縮醛、N,N-二甲基甲醯胺二-t-丁基縮醛、1-甲基-3-p-甲苯基三氮烯、4-(4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪-2-基)-4-甲基嗎啉鎓氯化物等。酯化劑之添加量,相對於聚醯胺酸之重複單位1莫耳而言,較佳為2~6莫耳當量。
上述反應所用的溶劑,就聚合物之溶解性而言較佳為N,N-二甲基甲醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮,或γ-丁內酯,此等可使用1種或混合使用2種以上。合成時之濃度,就不易引起聚合物之析出,且容易得到高分子量體之觀點,較佳為1~30質量%、更佳為5~20質量%。
(2)藉由四羧酸二酯二氯化物與二胺之反應而合成的情況
聚醯胺酸酯,可由四羧酸二酯二氯化物與二胺合成。具體而言,可藉由使四羧酸二酯二氯化物與二胺,在鹼與有機溶劑之存在下,於-20~150℃、較佳為0~50℃,反應30分~24小時、較佳為1~4小時而合成。
上述鹼可使用吡啶、三乙胺等,由於反應溫和進行的原因,較佳為吡啶。鹼之添加量,就容易去除的量,且容易得到高分子量體的觀點,相對於四羧酸二酯二氯化物而言,較佳為2~4倍莫耳。
上述反應所用的溶劑,就單體及聚合物之溶解性而言,較佳為N-甲基-2-吡咯啶酮或γ-丁內酯,此等可使用1種或混合使用2種以上。合成時之聚合物濃度,就不易引起聚合物之析出,且容易得到高分子量體之觀點,較佳為1~30質量%、更佳為5~20質量%。又,為了防止四羧酸二酯二氯化物之水解,聚醯胺酸酯之合成所用的溶劑較佳為儘可能經脫水,且較佳於氮環境中,防止外部氣體的混入。
(3)由四羧酸二酯與二胺合成的情況
聚醯胺酸酯,可藉由使四羧酸二酯與二胺聚縮合而合成。
具體而言,可藉由使四羧酸二酯與二胺在縮合劑、鹼及有機溶劑之存在下,於0~150℃、較佳為0~100℃反應30分~24小時、較佳為3~15小時而合成。
上述縮合劑,可使用亞磷酸三苯酯、二環己基碳二亞胺、1-乙基-3-(3-二甲基胺基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、N,N’-羰基二咪唑、二甲氧基-1,3,5-三嗪基甲基嗎啉鎓等之公知化合物。
上述鹼可使用吡啶等之3級胺。
上述3個聚醯胺酸酯之合成方法,由於可得到高分子量之聚醯胺酸酯,故其中尤特佳為上述(1)或上述(2)。
<聚醯亞胺之製造方法>
本發明所用的聚醯亞胺,可藉由將上述聚醯胺酸酯或聚醯胺酸予以醯亞胺化而製造。由聚醯胺酸酯製造聚醯亞胺時,於上述聚醯胺酸酯溶液,或將聚醯胺酸酯樹脂粉末溶解於有機溶劑而得的聚醯胺酸溶液中添加鹼性觸媒的化學性醯亞胺化係為簡便。化學性醯亞胺化,由於醯亞胺化反應在較低溫進行,於醯亞胺化之過程中不易引起聚合物之分子量降低,故較佳。
化學性醯亞胺化,可藉由將欲醯亞胺化之聚醯胺酸酯,於有機溶劑中,鹼性觸媒存在下攪拌而進行。有機溶劑可使用前述聚合反應時所用的溶劑。鹼性觸媒可列舉吡啶、三乙胺、三甲胺、三丁胺、三辛胺等。其中尤以三乙胺由於具備足夠使反應進行之鹼性,故較佳。
進行醯亞胺化反應時之溫度,係-20~140℃、較佳為0~100℃,反應時間能夠以1~100小時來進行。鹼性觸媒的量係醯胺酸酯基之0.5~30莫耳倍、較佳為2~20莫耳倍。所得之聚合物的醯亞胺化率,可藉由調節觸媒量、溫度、反應時間來控制。醯亞胺化反應後之溶液中,由於殘存有所添加之觸媒等,因此較佳為藉由以下所述之手段,回收所得之醯亞胺化聚合物,以有機溶劑再溶解,而成為本發明之液晶配向劑。
由聚醯胺酸製造聚醯亞胺時,於藉由二胺成分與四羧酸二酐之反應所得到的上述聚醯胺酸之溶液中添加觸媒的化學性醯亞胺化係為簡便。化學性醯亞胺化,由於醯亞胺化反應於較低溫進行,於醯亞胺化之過程中不易引起聚合物之分子量降低,故較佳。
化學性醯亞胺化,可藉由將欲醯亞胺化之聚合物,於有機溶劑中,鹼性觸媒與酸酐之存在下攪拌而進行。有機溶劑可使用前述聚合反應時所用的溶劑。鹼性觸媒可列舉吡啶、三乙胺、三甲胺、三丁胺、三辛胺等。其中尤以吡啶,由於具備使反應進行所適度的鹼性,故較佳。又,酸酐可列舉乙酸酐、偏苯三甲酸酐、苯均四酸酐等,其中尤以使用乙酸酐時,由於反應結束後之精製容易,故較佳。
進行醯亞胺化反應時之溫度,係-20~140℃、較佳為0~100℃,反應時間能夠以1~100小時來進行。鹼性觸媒之量係醯胺酸基之0.5~30莫耳倍、較佳為2~20莫耳倍,酸酐之量係醯胺酸基之1~50莫耳倍、較佳為3~30莫耳倍。所得聚合物之醯亞胺化率,可藉由調節觸媒量、溫度、反應時間來控制。
聚醯胺酸酯或聚醯胺酸之醯亞胺化反應後的溶液中,殘存有所添加之觸媒等,因此較佳為藉由以下所述之手段,回收所得之醯亞胺化聚合物,並以有機溶劑再溶解,成為本發明之液晶配向劑。
如上述般所得之聚醯亞胺之溶液,可藉由一邊充分攪拌一邊注入於不良溶劑中,使聚合物析出。進行數次析出,以不良溶劑洗淨後,可於常溫或加熱乾燥,得到精製之聚醯亞胺之粉末。
上述不良溶劑並無特殊限定,可列舉甲醇、丙酮、己烷、丁基賽珞蘇、庚烷、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、乙醇、甲苯、苯等。
<經末端修飾之聚合物(A)之製造方法>
末端具有上述式(6)表示之基之聚合物(A),例如,可藉由於使選自由四羧酸二酐、四羧酸二酯二氯化物及四羧酸二酯所成之群的至少1種四羧酸衍生物與二胺反應而製造上述聚合物(A)時,使具有基「*-CO-O-Z」(Z係與上述式(6)之Z同義。*表示鍵結部位)之碳酸酯、單羰基氯化物,或酸酐或單胺等之末端修飾劑存在來進行反應而得到。
上述末端修飾劑之較佳具體例子可列舉下述式(R-1)或(R-2)表示之化合物、具有上述式(6)表示之基之單胺等。再者,末端修飾劑,可1種單獨或組合2種以上使用。
式(R-1)、(R-2)中,R22
、R22
’表示1價有機基。其具體例子可列舉甲基、乙基、丙基、2,2,2-三氯乙基、2-三甲基矽烷基乙基、1,1-二甲基丙炔基、1-甲基-1-苯基乙基、1-甲基-1-(4-聯苯基)乙基、1,1-二甲基-2-鹵乙基、1,1-二甲基-2-氰基乙基、tert-丁基、環丁基、1-甲基環丁基、1-金剛烷基、乙烯基、烯丙基、桂醯基、8-喹啉基、N-羥基哌啶基、苄基、p-硝基苄基、3,4-二甲氧基-6-硝基苄基、2,4-二氯苄基、9-茀基甲基等。
末端具有上述式(6)表示之基的聚合物(A)之合成時,末端修飾劑之使用比例,相對於該聚合物(A)之製造所使用的二胺之合計100莫耳份而言,較佳為20莫耳份以下、更佳為0.001~10莫耳份。
<液晶配向劑>
本發明之液晶配向劑,含有(A)成分之聚合物(A)及(B)成分之聚合物(B)。本發明之液晶配向劑,除了聚合物(A)及聚合物(B)以外,亦可含有其他聚合物。其他聚合物,可列舉聚醯胺酸、聚醯亞胺、聚醯胺酸酯、聚酯、聚醯胺、聚脲、聚有機矽氧烷、纖維素衍生物、聚縮醛、聚苯乙烯或其衍生物、聚(苯乙烯-苯基馬來醯亞胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等。
液晶配向劑,係用於製作液晶配向膜者,就形成均勻的薄膜之觀點,係採取塗佈液之形態。本發明之液晶配向劑中,亦以含有上述聚合物成分,與有機溶劑之塗佈液為佳。此時,液晶配向劑中之聚合物的含量(濃度),可依欲形成之塗膜厚度的設定而適當變更。就形成均勻且無缺陷之塗膜的觀點,較佳為1質量%以上,就溶液之保存安定性的觀點,較佳為10質量%以下。特佳之聚合物之濃度為2~8質量%。
液晶配向劑中含有的有機溶劑,只要係均勻溶解聚合物成分者則無特殊限定。若列舉其具體例子,可列舉N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮、N-乙基-2-吡咯啶酮、二甲基亞碸、γ-丁內酯、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、甲基乙基酮、環己酮、環戊酮、3-甲氧基-N,N-二甲基丙烷醯胺、3-丁氧基-N,N-二甲基丙烷醯胺(亦將此等總稱為良溶劑)等。其中尤以使用N-甲基-2-吡咯啶酮、N-乙基-2-吡咯啶酮、3-甲氧基-N,N-二甲基丙烷醯胺、3-丁氧基-N,N-二甲基丙烷醯胺或γ-丁內酯為佳。良溶劑較佳為液晶配向劑中所含有的溶劑全體之20~99質量%、更佳為20~90質量%、特佳為30~80質量%。
又,液晶配向劑中所含有的有機溶劑,較佳於如上述之溶劑以外,使用併用了提高塗佈液晶配向劑時之塗佈性或塗膜之表面平滑性的溶劑(亦稱為不良溶劑)之混合溶劑。併用之不良溶劑的具體例子列舉如下述,但不限定於此等例子。
例如,可列舉二異丙基醚、二異丁基醚、二異丁基原醇(2,6-二甲基-4-庚醇)、乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、乙二醇二丁基醚、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、二乙二醇甲基乙基醚、二乙二醇二丁基醚、乙酸3-乙氧基丁酯、乙酸1-甲基戊酯、乙酸2-乙基丁酯、乙酸2-乙基己酯、乙二醇單乙酸酯、乙二醇二乙酸酯、碳酸丙烯酯、碳酸伸乙酯、乙二醇單丁基醚、乙二醇單異戊基醚、乙二醇單己基醚、丙二醇單丁基醚、1-(2-丁氧基乙氧基)-2-丙醇、2-(2-丁氧基乙氧基)-1-丙醇、丙二醇單甲基醚乙酸酯、二丙二醇單甲基醚、二丙二醇單乙基醚、二丙二醇二甲基醚、乙二醇單丁基醚乙酸酯、乙二醇單乙酸酯、乙二醇二乙酸酯、二乙二醇單乙基醚乙酸酯、二乙二醇單丁基醚乙酸酯、乙酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙酯、丙二醇二乙酸酯、乙酸n-丁酯、乙酸丙二醇單乙基醚、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸丙酯、3-甲氧基丙酸丁酯、乳酸n-丁酯、乳酸異戊酯、二乙二醇單乙基醚、二異丁基酮(2,6-二甲基-4-庚酮)等。
其中,不良溶劑尤以二異丁基原醇、丙二醇單丁基醚、丙二醇二乙酸酯、二乙二醇二乙基醚、二丙二醇單甲基醚、二丙二醇二甲基醚、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇單丁基醚、乙二醇單丁基醚乙酸酯,或二異丁基酮為佳。不良溶劑,較佳為液晶配向劑中所含有的溶劑全體之1~80質量%、更佳為10~80質量%、特佳為20~70質量%。不良溶劑之種類及含量,係依液晶配向劑之塗佈裝置、塗佈條件、塗佈環境等而適當選擇。
良溶劑與不良溶劑之較佳的溶劑之組合,可列舉N-甲基-2-吡咯啶酮與乙二醇單丁基醚、N-甲基-2-吡咯啶酮與γ-丁內酯與乙二醇單丁基醚、N-甲基-2-吡咯啶酮與γ-丁內酯與丙二醇單丁基醚、N-乙基-2-吡咯啶酮與丙二醇單丁基醚、N-甲基-2-吡咯啶酮與γ-丁內酯與4-羥基-4-甲基-2-戊酮與二乙二醇二乙基醚、N-甲基-2-吡咯啶酮與γ-丁內酯與丙二醇單丁基醚與二異丁基酮、N-甲基-2-吡咯啶酮與γ-丁內酯與丙二醇單丁基醚與二異丙基醚、N-甲基-2-吡咯啶酮與γ-丁內酯與丙二醇單丁基醚與二異丁基原醇、N-甲基-2-吡咯啶酮與γ-丁內酯與二丙二醇二甲基醚、N-甲基-2-吡咯啶酮與丙二醇單丁基醚與二丙二醇二甲基醚、N-甲基-2-吡咯啶酮與γ-丁內酯與乙二醇單丁基醚與二丙二醇單甲基醚、N-甲基-2-吡咯啶酮與γ-丁內酯與乙二醇單丁基醚單乙酸酯、N-甲基-2-吡咯啶酮與γ-丁內酯與乙二醇單丁基醚單乙酸酯與二丙二醇單甲基醚等。
本發明之液晶配向劑,亦可追加含有聚合物成分及有機溶劑以外之成分。如此的追加成分,可列舉用以提高液晶配向膜與基板之密合性或液晶配向膜與密封材之密合性的密合助劑、用以提高液晶配向膜之強度的化合物(以下亦稱為交聯性化合物)、用以調整液晶配向膜之介電率或電阻的介電體或導電物質等。
上述交聯性化合物,就AC殘像之產生少、膜強度之改善效果高的觀點,較佳為具有選自由環氧乙烷基、氧雜環丁烷基、保護異氰酸酯基、保護異硫氰酸酯基、包含噁唑啉環結構之基、包含米氏酸(Meldrum’s acid)結構之基、環碳酸酯基下述及式(d)表示之基所成之群的至少1種基之化合物,及選自由下述式(e)表示之化合物所成之群的化合物(以下亦將此等總稱為化合物(C))。
(R32
及R33
係分別獨立地為氫原子、碳數1~3之烷基或「*-CH2
-OH」。*表示鍵結部位。A表示具有芳香環之(m+n)價有機基。m表示1~6之整數,n表示0~4之整數)。
具有環氧乙烷基之化合物的具體例子例如可列舉日本特開平10-338880號公報之段落[0037]記載之化合物,或WO2017/170483號記載之骨架具備三嗪環之化合物等之具有2個以上的環氧乙烷基之化合物。此等之中,特佳為N,N,N’,N’-四環氧丙基-m-二甲苯二胺、1,3-雙(N,N-二環氧丙基胺基甲基)環己烷、N,N,N’,N’-四環氧丙基-4、4’-二胺基二苯基甲烷、N,N,N’,N’-四環氧丙基-p-苯二胺、下述式(r-1)~(r-3)等之任一含有氮原子之化合物。
具有氧雜環丁烷基之化合物的具體例子例如可列舉WO2011/132751號之段落[0170]~[0175]記載之具有2個以上的氧雜環丁烷基之化合物等。
具有保護異氰酸酯基之化合物的具體例子例如可列舉日本特開2014-224978號公報之段落[0046]~[0047]記載之具有2個以上的保護異氰酸酯基之化合物、WO2015/141598號之段落[0119]~[0120]記載之具有3個以上的保護異氰酸酯基之化合物等。此等之中,較佳為下述式(bi-1)~(bi-3)之任一者表示之化合物。
具有保護異硫氰酸酯基之化合物的具體例子例如可列舉日本特開2016-200798號公報記載之具有2個以上的保護異硫氰酸酯基之化合物。
具有包含噁唑啉環結構之基之化合物的具體例子例如可列舉日本特開2007-286597號公報之段落[0115]記載之包含2個以上的噁唑啉結構之化合物。
具有包含米氏酸結構之基之化合物的具體例子例如可列舉WO2012/091088號記載之具有2個以上的米氏酸結構之化合物。
具有環碳酸酯基之化合物的具體例子例如可列舉WO2011/155577號記載之化合物。
上述式(d)表示之基的R32
、R33
之碳數1~3之烷基,可列舉甲基、乙基、n-丙基及異丙基。
具有上述式(d)表示之基的化合物的具體例子例如可列舉WO2015/072554號或日本特開2016-118753號公報之段落[0058]記載之具有2個以上的上述式(d)表示之基的化合物、日本特開2016-200798號公報記載之化合物等。此等之中,較佳為下述式(hd-1)~(hd-8)之任一者表示之化合物。
上述式(e)之A中之具有芳香環之(m+n)價有機基,可列舉碳數6~30之(m+n)價之芳香族烴基、碳數6~30之芳香族烴基直接或穿透連結基而鍵結之(m+n)價有機基、具有芳香族雜環之(m+n)價基。上述芳香族烴基,例如可列舉苯、萘等。
芳香族雜環,例如可列舉吡咯環、咪唑環、吡唑環、吡啶環、嘧啶環、喹啉環、異喹啉環、咔唑環、嗒嗪環、吡嗪環、苯并咪唑環、吲哚環、喹噁啉環、吖啶環等。
上述連結基,可列舉碳數1~10之伸烷基,或由上述伸烷基去除一個氫原子而得之基、2價或3價之環己烷環等。再者,上述伸烷基之任意氫原子,亦可經氟原子或三氟甲基等之有機基取代。若列舉具體例,可列舉WO2010/074269號記載之化合物等。較佳的具體例子可列舉下述式(e-1)~(e-9)之任一者。
上述化合物為交聯性化合物之一例,不限定於此等。例如可列舉WO2015/060357號之段落[0105]~ [0116]所揭示的上述以外之成分等。又,本發明之液晶配向劑中所含有的交聯性化合物,可為1種、亦可組合2種以上。
本發明之液晶配向劑中,交聯性化合物之含量,相對於液晶配向劑中所含有的聚合物成分100質量份而言,較佳為0.5~20質量份,就交聯反應進行,展現目標的效果,且AC殘像特性少的觀點,更佳為1~15質量份。
上述密合助劑,例如可列舉3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-胺基丙基二乙氧基甲基矽烷、2-胺基丙基三甲氧基矽烷、2-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-脲基丙基三甲氧基矽烷、3-脲基丙基三乙氧基矽烷、N-乙氧基羰基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-乙氧基羰基-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-三乙氧基矽烷基丙基三乙三胺、N-三甲氧基矽烷基丙基三乙三胺、10-三甲氧基矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、10-三乙氧基矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、9-三甲氧基矽烷基-3,6-二氮雜壬基乙酸酯、9-三乙氧基矽烷基-3,6-二氮雜壬基乙酸酯、N-苄基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-苄基-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-雙(氧乙烯)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-雙(氧乙烯)-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、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乙氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、p-苯乙烯基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、參-(三甲氧基矽烷基丙基)異三聚氰酸酯、3-巰基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-異氰酸酯丙基三乙氧基矽烷等之矽烷偶合劑。使用此等矽烷偶合劑時,就AC殘像少的觀點,相對於液晶配向劑中所含有的聚合物成分100質量份而言,較佳為0.1~30質量份、更佳為0.1~20質量份。
<液晶配向膜/液晶顯示元件>
液晶配向膜,為將上述液晶配向劑塗佈於基板,並乾燥、燒成而得到之膜。塗佈本發明之液晶配向劑之基板,只要係透明性高的基板則無特殊限定,可使用玻璃基板、氮化矽基板,以及亦可使用丙烯酸基板或聚碳酸酯基板等之塑膠基板等。此時,若使用形成有用以驅動液晶的ITO電極等之基板時,就製程簡化的觀點較佳。又,於反射型之液晶顯示元件中,只要是僅於單側基板,則亦可使用矽晶圓等之不透明之物,此時之電極亦可使用鋁等之反射光的材料。
液晶配向劑於基板之塗佈方法並無特殊限定,工業上一般而言為以網版印刷、平版印刷、柔版印刷或噴墨法等進行的方法。其他塗佈方法,係有浸漬法、輥塗佈機法、狹縫塗佈機法、旋轉機法或噴霧法等,可依目的來使用此等。
將液晶配向劑塗佈於基板上後,可藉由加熱板、熱循環型烘箱或IR(紅外線)型烘箱等之加熱手段,使溶劑蒸發而成為液晶配向膜。塗佈液晶配向劑後之乾燥、燒成步驟,可選擇任意的溫度與時間。通常,為了充分去除所含有的溶劑,可列舉於50~120℃燒成1~10分,之後,於150~300℃燒成5~120分之條件。燒成後之液晶配向膜的厚度,過薄時有降低液晶顯示元件之信賴性的情況,故較佳為5~300nm、更佳為10~200nm。
將由本發明之液晶配向劑所得到的液晶配向膜進行配向處理之方法,可為摩擦處理法,亦可使用光配向處理法。
以摩擦處理或光配向處理所進行的配向處理中,為了改善液晶配向性,依情況較佳可於在150~250℃之溫度進行加熱處理後進行配向處理,又,亦可一邊將經塗佈液晶配向膜之基板於50~250℃加熱,同時進行配向處理。
進一步地,亦可對經上述方法配向處理後之液晶配向膜,使用水或溶劑進行接觸處理,將附著於液晶配向膜之雜質去除。
上述接觸處理所使用的溶劑並無特殊限定,具體例子可列舉水、甲醇、乙醇、2-丙醇、丙酮、甲基乙基酮、1-甲氧基-2-丙醇、1-甲氧基-2-丙醇乙酸酯、丁基賽珞蘇、乳酸乙酯、乳酸甲酯、二丙酮醇、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯或乙酸環己酯等。
本發明之液晶配向膜,適合作為IPS方式或FFS方式等之橫電場方式的液晶顯示元件之液晶配向膜,特別有用於作為FFS方式之液晶顯示元件全部類別的液晶配向膜。液晶顯示元件,可於得到附有由本發明之液晶配向劑所得之液晶配向膜的基板後,由已知方法製作液晶晶胞,並使用該液晶晶胞而得到。
作為液晶晶胞之製作方法的一例,係以被動矩陣結構之液晶顯示元件為例來說明。再者,亦可為於構成影像顯示之各畫素部分設置有TFT(Thin Film Transistor)等之切換元件的主動矩陣結構之液晶顯示元件。
具體而言,準備透明的玻璃製之基板,於一方之基板上設置共同電極、另一方之基板上設置節段電極。此等之電極,例如可為ITO電極,經圖型化為可進行所期望之影像顯示。接著,於各基板上,以被覆共同電極與節段電極的方式設置絕緣膜。絕緣膜例如可為經溶膠-凝膠法所形成的SiO2
-TiO2
之膜。
接著,於各基板上形成液晶配向膜,於一方之基板上以彼此的液晶配向膜面對向的方式疊合另一方之基板,將周邊以密封劑接著。為了控制基板間隙,通常,係以於密封劑預先混入有間隔件,又,於未設置密封劑之面內部分亦預先散布基板間隙控制用之間隔件為佳。於密封劑的一部分,係預先設置可自外部填充液晶之開口部。接著,通過設置於密封劑之開口部,於以2枚基板與密封劑包圍的空間內注入液晶材料,之後,將該開口部以接著劑密封。注入可使用真空注入法,亦可使用於大氣中利用毛細管現象的方法。液晶材料係正型液晶材料或負型液晶材料均可使用,較佳者為負型液晶材料。接著,進行偏光板之設置。具體而言,係於2枚基板之與液晶層相反側的面上貼附一對偏光板。
[實施例]
以下列舉實施例,以更具體說明本發明,但本發明不限定於此等。以下之化合物之縮寫及各特性的測定方法,係如下述。又,「%」只要無特別提及,係意指「質量%」。
(二胺)
l-1:下述式(l-1)表示之化合物
m-1:下述式(m-1)表示之化合物
n-1:下述式(n-1)表示之化合物
DA-1~DA-7:各以下述式(DA-1)~(DA-7)表示之化合物
(四羧酸二酐)
CA-1~CA-4:各以下述式(CA-1)~(CA-4)表示之化合物
(化合物C)
C-1:下述式(C-1)表示之化合物
(化合物D)
D-1:下述式(D-1)表示之化合物
(化合物E)
E-1:下述式(E-1)表示之化合物
(有機溶劑)
NMP:N-甲基-2-吡咯啶酮、GBL:γ-丁內酯、BCS:丁基賽珞蘇
(Et表示乙基)。
<醯亞胺化率之測定>
將聚醯亞胺粉末20mg置入NMR樣品管(NMR標準取樣管,φ5(草野科學公司製)),添加重氫化二甲基亞碸(DMSO-d6, 0.05% TMS(四甲基矽烷)混合品)(0.53ml),施加超音波使其完全溶解。將該溶液以NMR測定機(JNW-ECA500、日本電子Datum公司製)測定500MHz之質子NMR。決定來自於醯亞胺化前後未變化之結構的質子,作為基準質子,使用該質子之波峰積分值,與9.5ppm~ 10.0ppm附近出現之來自醯胺酸之NH基的質子波峰積分值,藉由以下之式求得醯亞胺化率。
醯亞胺化率(%)=(1-α・x/y)×100
上述式中,x為來自醯胺酸之NH基的質子波峰積分值、y為基準質子之波峰積分值、α為相對於聚醯胺酸(醯亞胺化率為0%)的情況之醯胺酸的1個NH基質子而言,基準質子之個數比例。
[聚合物之合成]
<合成例1>
於附有攪拌裝置及氮導入管之1L四口燒瓶中,秤取8.60g之DA-2(35.2mmol)、5.34g之DA-4(9.59mmol),及7.65g之DA-3(19.1mmol),添加NMP使固體成分濃度成為12%,一邊送入氮,同時攪拌使其溶解。一邊將該二胺溶液於水冷下攪拌,同時添加9.32g之CA-1(41.6mmol),進一步添加NMP使固體成分濃度成為15%,於氮環境下40℃攪拌3小時。進一步添加2.82g之CA-2(14.3mmol),進一步添加NMP使固體成分濃度成為15%,於氮環境下23℃攪拌4小時,得到聚醯胺酸溶液。
於置入有攪拌子之3L三角燒瓶中,分取上述所得到的聚醯胺酸溶液80.0g,添加70.0g之NMP、6.97g之乙酸酐,及1.80g之吡啶,於室溫攪拌30分鐘後,於55℃反應3小時。將該反應溶液投入560g之甲醇中,濾離所得之沈澱物。將該沈澱物以甲醇洗淨後,於60℃減壓乾燥,得到聚醯亞胺之粉末(醯亞胺化率:75%)。
於置入有攪拌子之300mL三角燒瓶中,分取該聚醯亞胺之粉末9.00g,添加36.0g之NMP,於50℃攪拌20小時使其溶解,得到固體成分濃度20%之聚醯亞胺(PI-A-1)之溶液。
<合成例2>
使用下述表1所示之二胺、四羧酸衍生物及有機溶劑,藉由分別以與合成例1相同之順序來實施,得到下述表1所示組成之聚醯胺酸。分取所得之聚醯胺酸溶液1000.0g,添加45.32g之化合物E-1(207.63mmol),進一步攪拌12小時後,與合成例1同樣地,使用NMP、乙酸酐與吡啶,得到聚醯亞胺(PI-A-2)之溶液。表1中,括弧內之數值,就四羧酸成分而言,表示相對於使用於合成的二胺之合計量100莫耳份而言,各化合物之摻合比例(莫耳份),就二胺成分而言,表示相對於使用於合成的二胺之合計量100莫耳份而言,各化合物之摻合比例(莫耳份)。就有機溶劑而言,表示相對於使用於合成的有機溶劑之合計量100質量份而言,各有機溶劑之摻合比例(質量份)。
<合成例3>
於附有攪拌裝置及氮導入管之1L四口燒瓶中,秤取12.00g之l-1(111.0mmol)、29.34g之m-1(148.0mmol),及46.79g之n-1(111.0mmol),添加451.7g之NMP及194.7g之GBL,使固體成分濃度成為12%,一邊送入氮,同時攪拌使其溶解。一邊將該二胺溶液於水冷下攪拌,同時添加55.14g之CA-2(281.1mmol)與GBL,使固體成分濃度成為14.5%,氮環境中,水冷下攪拌2小時。進一步添加16.14g之CA-3(74.0mmol),接著添加GBL,使固體成分濃度成為15%,於氮環境下50℃攪拌15小時,得到固體成分15%,且NMP/GBL=50/50之聚醯胺酸(PAA-B-1)之溶液。
<合成例4>
於附有攪拌裝置及氮導入管之1L四口燒瓶中,秤取12.00g之l-1(111.0mmol)、29.34g之m-1(148.0mmol),及46.79g之n-1(111.0mmol),使固體成分濃度成為12%,添加447.1g之NMP、199.3g之GBL,一邊送入氮,同時攪拌使其溶解。一邊將該二胺溶液於水冷下攪拌,同時添加69.65g之CA-2(355.2mmol)及GBL,使固體成分濃度成為15.0%,於氮環境下水冷下攪拌5小時,得到固體成分15%且NMP/GBL=50/50之聚醯胺酸(PAA-B-2)之溶液。
<合成例5~9>
藉由使用下述表1所示之二胺、四羧酸衍生物及有機溶劑,分別以與合成例3相同之順序實施,得到下述表1所示之聚醯胺酸(PAA-B-3)~(PAA-B-7)之溶液。表1中,括弧內之數值,就四羧酸成分而言,表示以使用於合成的二胺之合計量為100莫耳份時,各化合物之配向比例(莫耳份),就二胺成分而言,表示相對於使用於合成的二胺之合計量100莫耳份而言,各化合物之摻合比例(莫耳份)。就有機溶劑而言,表示相對於使用於合成的有機溶劑之合計量100質量份而言,各有機溶劑之摻合比例(質量份)。
<合成例10>
使用下述表1所示之二胺、四羧酸衍生物及有機溶劑,藉由分別以與合成例4相同之順序實施,得到下述表1所示之聚醯胺酸(PAA-B-8)之溶液。表1中,括弧內之數值,就四羧酸成分而言,表示以使用於合成的二胺之合計量為100莫耳份時,各化合物之配向比例(莫耳份),就二胺成分而言,表示相對於使用於合成的二胺之合計量100莫耳份而言,各化合物之摻合比例(莫耳份)。就有機溶劑而言,表示相對於使用於合成的有機溶劑之合計量100質量份而言,各有機溶劑之摻合比例(質量份)。
<實施例1>
[液晶配向劑之調製]
使用合成例2所得到的聚醯亞胺(PI-A-2)之溶液及合成例3所得到的聚醯胺酸(PAA-B-1)之溶液,藉由NMP、GBL及BCS稀釋,進一步地,以化合物(C-1),相對於全部之聚合物100質量份而言,列舉成為3質量份的方式,相對於全部之聚合物之合計100質量份,添加化合物(D-1)1質量份,於室溫攪拌。接著,藉由將該所得之溶液以孔徑0.5μm之濾器過濾,得到聚合物之成分比率為(PI-A-2):(PAA-B-1)=40:60(以固體成分換算之質量比)、溶劑組成比為固體成分:NMP:GBL:BCS=4.5:30:45.5:20(質量比)、化合物(C-1)與化合物(D-1)之摻合比例,相對於聚合物成分之合計100質量份而言各為3質量份與1質量份之液晶配向劑(1)(參照下述表2)。確認到該液晶配向劑中並未見到混濁或析出等之異常,為均勻的溶液。
<實施例2~8、比較例1~4>
除了下述表2所示之聚合物及聚合比以外,藉由與實施例1同樣地實施,得到液晶配向劑(2)~(12)。表2中,括弧內之數值,就聚合物及化合物(C)而言,各表示相對於使用於液晶配向劑之調製的聚合物成分之合計100質量份而言,各聚合物成分或化合物(C)之摻合比例(質量份)。就有機溶劑而言,表示相對於液晶配向劑中所含有的有機溶劑之合計量100質量份而言,各有機溶劑之摻合比例(質量份)。
[FFS型液晶顯示元件之製作]
製作具備邊緣電場切換(Fringe Field Switching:FFS)模式液晶顯示元件之構成的液晶晶胞。
首先,準備附有電極之基板。基板係30mm×35mm之大小,係厚度為0.7mm之玻璃基板。於基板上係形成有作為第1層之構成對向電極的具備整體狀圖型(solid pattern)之ITO電極。於第1層之對向電極之上係形成有作為第2層之藉由CVD(化學蒸鍍)法成膜的SiN(氮化矽)膜。第2層之SiN膜之膜厚為500nm,發揮作為層間絕緣膜之功能。於第2層之SiN膜之上,配製作為第3層之使ITO膜圖型化而形成的梳齒狀之畫素電極,而形成第1畫素及第2畫素之2個畫素。各畫素之尺寸,係縱10mm,且橫約5mm。此時,第1層之對向電極與第3層之畫素電極,係因第2層之SiN膜的作用而電性絕緣。
第3層之畫素電極,具有排列複數個之中央部分撓曲的「ㄑ字」形狀之電極要素而構成的梳齒狀之形狀。各電極要素之短邊方向的寬度為3μm,電極要素間之間隔為6μm。形成各畫素之畫素電極,因為係排列複數個之中央部分撓曲的「ㄑ字」形狀之電極要素而構成,因此各畫素之形狀並非長方形,而係具備與電極要素同樣地於中央部分撓曲之類似粗字的「ㄑ字」之形狀。此外,各畫素係以其中央之撓曲部分為界而上下分割,而具有撓曲部分之上側的第1區域與下側的第2區域。
比較各畫素的第1區域與第2區域時,構成該等之畫素電極的電極要素之形成方向係相異者。亦即,以後述液晶配向膜之摩擦方向為基準時,於畫素之第1區域,畫素電極之電極要素係以呈+10°之角度(順時針)的方式形成,於畫素之第2區域,畫素電極之電極要素係以呈 -10°之角度(順時針)的方式形成。亦即,於各畫素之第1區域與第2區域,藉由畫素電極與對向電極之間的電壓施加所誘發的液晶之於基板面內的旋轉動作(平面內切換)之方向係以彼此互呈相反方向的方式構成。
接著,將液晶配向劑以孔徑1.0μm之濾器過濾後,於所準備之上述附有電極之基板與背面成膜有ITO膜之具有高4μm的柱狀間隔件之玻璃基板上,以旋轉塗佈進行塗佈。於80℃加熱板上乾燥5分鐘後,於230℃之熱風循環式烘箱進行20分鐘燒成,得到膜厚60nm之聚醯亞胺膜。將該聚醯亞胺膜以嫘縈布摩擦(輥直徑:120mm、輥旋轉數:500rpm、移動速度:30mm/sec、壓入長:0.3mm、摩擦方向:相對於第3層IZO梳齒電極而言傾斜10°之方向)之後,於純水中進行1分鐘超音波照射,進行洗淨,以送風(air blow)去除水滴。之後,於80℃乾燥15分鐘,得到附有液晶配向膜之基板。以此等2枚附有液晶配向膜之基板為1組,於基板上以留下液晶注入口的形態印刷密封劑,將另1枚基板,以液晶配向膜面互為對向,摩擦方向成為逆平行的方式貼合。之後,使密封劑硬化,製作晶胞間隙4μm之空晶胞。對該空晶胞,藉由減壓注入法注入負型液晶MLC-7026-100(Merck公司製),將注入口密封,得到FFS方式之液晶晶胞。之後,將所得之液晶晶胞於120℃加熱1小時,於23℃放置一晩後使用於液晶配向性之評估。
[電壓保持率測定用液晶晶胞之製作]
將液晶配向劑以孔徑1.0μm之濾器過濾後,於附有電極之基板(橫30mm×縱40mm之大小,且厚度1.1mm之玻璃基板。電極為寬10mm×長40mm之矩形,且厚度35nm之ITO電極)上以旋轉塗佈進行塗佈。於50℃之加熱板上乾燥5分鐘後,於230℃之IR式烘箱進行20分鐘燒成,形成膜厚60nm之塗膜,得到附有液晶配向膜之基板。將該液晶配向膜以嫘縈布(吉川化工製YA-20R)摩擦(輥直徑:120mm、輥旋轉數:1000rpm、移動速度:30mm/sec、壓入長:0.3mm)之後,於純水中進行1分鐘超音波照射,進行洗淨,以送風去除水滴後,於80℃乾燥15分鐘,得到附有液晶配向膜之基板。
準備2枚上述之附有液晶配向膜之基板,於其1枚之液晶配向膜面上散布高度4μm之間隔件後,由其上印刷密封劑,將另1枚基板以摩擦方向為逆方向,且膜面互為對向的方式貼合後,使密封劑硬化,製作空晶胞。對該空晶胞,藉由減壓注入法注入負型液晶MLC-7026-100(Merck公司製),將注入口密封而得到液晶晶胞。之後,將所得之液晶晶胞於120℃加熱1小時,於23℃放置一晩,得到電壓保持率測定用液晶晶胞。
[穿透率評估基板之製作]
將所得之液晶配向劑以孔徑1.0μm之濾器過濾後,於石英基板上將配向劑進行旋轉塗佈,於80℃之加熱板上乾燥2分鐘後,於230℃燒成20分鐘,形成膜厚100nm之聚醯亞胺膜。於該基板之塗膜面,僅於互為對向的二邊貼上兩面膠帶,與未使任何膜成膜的石英基板貼合。於如此方式製成的簡易晶胞中注入安息香酸苄酯,將其作為評估基板。
[評估]
1.長期交流驅動之殘像評估
準備與上述殘像評估所使用的液晶晶胞為相同結構之液晶晶胞。
使用該液晶晶胞,於60℃之恆溫環境下,以頻率60Hz施加120小時之±5V之交流電壓。之後,使液晶晶胞之畫素電極與對向電極之間成為短路狀態,直接於室溫放置一日。
放置後,將液晶晶胞設置於配置為偏光軸直交的2枚偏光板之間,於無施加電壓的狀態將背光預先點亮,將液晶晶胞的配置角度調整為穿透光之輝度成為最小。之後,算出將液晶晶胞由第1畫素之第2區域為最暗的角度起旋轉至第1區域為最暗的角度為止時之旋轉角度,作為角度Δ。第2畫素亦同樣地,比較第2區域與第1區域,算出同樣的角度Δ。
該角度Δ未達0.13°時,視為液晶配向性良好。評估結果示於表3。
2.存儲電荷之緩和速度測定
將與上述(液晶晶胞之製作)同樣方式製作的液晶晶胞,設置於以偏光軸直交的方式所配置之2枚偏光板之間,使畫素電極與對向電極短路,而成為同電位的狀態下,由2枚偏光板之下方預先照射LED背光,調節液晶晶胞之角度,使於2枚偏光板之上所測定的LED背光穿透光之輝度成為最小。接著,一邊對該液晶晶胞施加頻率60Hz之交流電壓,同時測定V-T曲線(電壓-穿透率曲線),算出相對穿透率成為23%時之交流電壓,作為驅動電壓。
殘像評估中,一邊施加相對穿透率成為23%時之頻率60Hz的交流電壓來驅動液晶晶胞,同時施加1V之直流電壓,驅動120分鐘。之後,僅停止直流電壓之施加,僅以交流電壓進一步驅動15分鐘。
於停止直流電壓之施加的時間點起至經過10分鐘為止,相對穿透率緩和至25%以下時定義為「良好」,至相對穿透率降低至25%以下為止需要10分鐘以上時定義為「不良」來進行評估。
此外,遵照上述方法之殘像評估,係在液晶晶胞之溫度為40℃狀態之溫度條件下進行。
3.黑色位準評估
將與上述(液晶晶胞之製作)同樣方式製作的液晶晶胞,設置於以偏光軸直交的方式所配置之2枚偏光板之間,於無施加電壓之狀態將背光預先點亮,將液晶晶胞的配置角度調整為穿透光之輝度成為最小。將該液晶晶胞使用濱松光子學公司製之數位CCD相機「C8800-21C」進行觀察,將攝入的影像使用同公司之解析軟體「ExDcam Image capture Software」進行輝度之數字化。該液晶晶胞之輝度值若為580以下則為「良好」、其以上則為「不良」。
4.電壓保持率之背光耐性之評估
對上述之電壓保持率測定用液晶晶胞於60℃溫度下施加1V之電壓60μsec,測定167msec後之電壓,算出電壓可保持多少,作為電壓保持率。以其為初期之電壓保持率。
接著作為背光耐性試驗,將該液晶晶胞,放置於表面溫度50℃之高輝度背光(20000cd)之下168小時。與上述同樣地測定該液晶晶胞之電壓保持率。以其為耐性試驗後之電壓保持率。
電壓保持率之背光耐性,係若初期值減去耐性試驗後之值而得之值未達1%則為「良好」、1%以上則為「不良」。
5.再製性之評估
將本發明之液晶配向劑以旋轉塗佈塗佈於ITO基板。於60℃之加熱板上乾燥1分30秒後,於230℃之熱風循環式烘箱進行20分鐘燒成,形成膜厚100nm之塗膜。之後,將所製作之基板浸漬於加熱至35℃之再製劑(KPX公司製、KR-31)中600秒進行顯影後,以超純水進行30秒流水洗淨。之後,以送風乾燥,觀察殘膜量。此時,無殘膜時為「良好」、有殘膜時為「不良」。
6.穿透率之評估
穿透率之評估,係藉由測定以上述手法所得到的基板之穿透率來進行。具體而言,測定裝置係使用Cary 5000 (VARIAN公司製),以溫度25℃、掃描波長380~800nm之條件,測定穿透率。此時,參考物(參照例)係使用未塗佈任何東西的石英基板來進行。評估係算出380~800nm波長之平均穿透率,其值為98%以上者為「良好」、未達98%者為「不良」。
對於使用上述實施例1~8及比較例1~4之各液晶配向劑的液晶顯示元件,如上述般實施之評估結果,係如下述表3所示。
[表3]
[產業上之可利用性]
長期交流驅動 | 存儲電荷之緩和 | 黑色位準評估 | 電壓保持率耐性 | 再製性 | 穿透率 | |
實施例 1 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 |
實施例 2 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 |
實施例 3 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 |
實施例 4 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 |
實施例 5 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 |
實施例 6 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 |
實施例 7 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 |
實施例 8 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 |
比較例 1 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | 不良 |
比較例 2 | 良好 | 不良 | 良好 | 良好 | 不良 | 良好 |
比較例 3 | 不良 | 良好 | 不良 | 不良 | 良好 | 良好 |
比較例 4 | 良好 | 不良 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 |
本發明之液晶配向劑,有用於形成IPS驅動方式或FFS驅動方式等之廣泛之液晶顯示元件中的液晶配向膜。
再者,於此引用2019年4月24日申請的日本特願2019-083223號之說明書、申請專利範圍、圖式,及摘要之全部內容,作為本發明之說明書的揭示而併入。
Claims (15)
- 一種液晶配向劑,其特徵為含有下述之(A)成分與(B)成分;(A)成分:具有下述式(1)表示之重複單位的聚合物(A);(B)成分:具有下述式(2)表示之重複單位及下述式(3)表示之重複單位的聚合物(B);
- 如請求項3之液晶配向劑,其中前述式(6)之Z,係選自由甲基、乙基、丙基、tert-丁基、2,2,2-三氯乙基、2-三甲基矽烷基乙基、1,1-二甲基丙炔基、1-甲基-1-(4-聯苯基)乙基、1、1-二甲基-2-鹵乙基、1,1-二甲基-2-氰基乙基、環丁基、1-甲基環丁基、乙烯基、烯丙基、桂醯基、N-羥基哌啶基、苄基,及9-茀基甲基所成之群。
- 如請求項1或2之液晶配向劑,其中前述式(1)之Y1,為具有下述式(H)表示之部分結構的2價有機基;
- 如請求項1或2之液晶配向劑,其中前述聚合物(A)與前述聚合物(B)之含有比例,以[聚合物 (A)]/[聚合物(B)]之質量比計為5/95~95/5。
- 如請求項11之液晶配向劑,其中前述化合物(C)之含量,相對於液晶配向劑中所含有的聚合物成分100質量份而言,為0.5~20質量份。
- 一種液晶配向膜,其係由如請求項1~12中任一項之液晶配向劑得到。
- 一種液晶顯示元件,其具備如請求項13之液晶配向膜。
- 如請求項14之液晶顯示元件,其係橫電場驅動方式。
Applications Claiming Priority (2)
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JP2019-083223 | 2019-04-24 |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019022215A1 (ja) | 2017-07-28 | 2019-01-31 | 日産化学株式会社 | 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子 |
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WO2019022215A1 (ja) | 2017-07-28 | 2019-01-31 | 日産化学株式会社 | 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子 |
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