WO2017008330A1 - 用作取向膜材料的聚合物及取向膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用作取向膜材料的聚合物及取向膜的制备方法,该聚合物由硅氧烷化合物分子连接在聚酰亚胺分子链上形成,通过控制聚合物中硅氧烷化合物分子的含量可以实现液晶分子预倾角在宽范围内的可控性,且该聚合物具有优异的耐热性和机械性能;本发明提供的一种取向膜的制备方法,通过将硅氧烷化合物和聚酰亚胺前体物质(二胺类单体、二酐类单体)溶解于溶剂中,制得取向膜前体材料,再将取向膜前体材料涂布到基板上,通过预固化和主固化之后,得到取向膜,该方法步骤简单,制得的取向膜有较大的预倾角范围,从而实现了使用所述取向膜的液晶面板中的液晶分子预倾角在宽范围内的可控性。
Description
本发明涉及显示器制造领域,尤其涉及一种用作取向膜材料的聚合物及取向膜的制备方法。
液晶显示装置(LCD,Liquid Crystal Display)具有机身薄、省电、无辐射等众多优点,得到了广泛的应用。现有市场上的液晶显示装置大部分为背光型液晶显示装置,其包括液晶显示面板及背光模组(backlight module)。液晶显示面板的工作原理是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶分子,通过玻璃基板通电与否来控制液晶分子改变方向,将背光模组的光线折射出来产生画面。
通常液晶显示面板由彩膜基板(CF,Color Filter)、薄膜晶体管基板(TFT,Thin Film Transistor)、夹于彩膜基板与薄膜晶体管基板之间的液晶(LC,Liquid Crystal)及密封胶框(Sealant)组成,其成型工艺一般包括:前段阵列(Array)制程(薄膜、黄光、蚀刻及剥膜)、中段成盒(Cell)制程(TFT基板与CF基板贴合)及后段模组组装制程(驱动IC与印刷电路板压合)。其中,前段Array制程主要是形成TFT基板,以便于控制液晶分子的运动;中段Cell制程主要是在TFT基板与CF基板之间添加液晶;后段模组组装制程主要是驱动IC压合与印刷电路板的整合,进而驱动液晶分子转动,显示图像。
液晶显示面板通常会在薄膜晶体管基板及彩膜基板上分别形成一层取向膜,该取向膜与LC接触后,能够使得LC产生一定方向的预倾角,从而给液晶分子提供一个承载的角度(预倾角的大小对TFT-LCD的驱动电压、对比度、响应时间、视角等具有重要影响),取向膜的材料通常选用聚酰亚胺(Polyimide,PI)材料。取向膜形成方法主要有两种:(1)摩擦配向法(Rubbing),这种方法是在高分子PI表面用绒布滚轮进行接触式的定向机械摩擦,摩擦高分子表面所提供的能量使高分子主链因延伸而定向排列,从而控制支链与LC相互作用,使LC按照预倾角的方向排列。(2)光配向法(photo-alignment technology),该方法是利用紫外光敏聚合物单体材料的光化学反应产生各向异性,液晶分子与配向膜表面支链相互作用,为达到能量最小的稳定状态,液晶分子沿着光配向所定义的受力最大的方向排列。
虽然这两种方法都可以帮助LC分子产生预倾角,但是只能在小范围内控制预倾角的变化,并不能大范围的对预倾角进行控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用作取向膜材料的聚合物,能够实现液晶分子预倾角在较大范围内可控,且具有优异的耐热性和机械性能。
本发明的目的还在于提供一种取向膜的制备方法,方法步骤简单,所制备的取向膜能够实现液晶分子预倾角在较大范围内可控,且具有优异的耐热性和机械性能。
为实现上述目的,本发明提供一种用作取向膜材料的聚合物,包含聚酰亚胺分子链、及以支链的形式与所述聚酰亚胺分子链相连接的硅氧烷化合物分子,所述硅氧烷化合物分子具有连接性基团R及功能性基团R’,所述连接性基团R用于与所述聚酰亚胺分子链相连接,所述功能性基团R’用于控制液晶分子的预倾角,起到配向作用。
所述硅氧烷化合物分子与聚酰亚胺分子链通过以下两种方式之一进行连接:
(Ⅰ)所述硅氧烷化合物分子中的连接性基团R结合到所述聚酰亚胺分子链中,使得所述硅氧烷化合物分子中除该连接性基团R以外的部分以支链的形式悬挂在所述聚酰亚胺分子链的侧部;
(Ⅱ)所述硅氧烷化合物分子中的连接性基团R与所述聚酰亚胺分子链相连接,使得整个硅氧烷化合物分子以支链的形式悬挂在所述聚酰亚胺分子链的侧部。
所述硅氧烷化合物为树形硅氧烷化合物,所述树形硅氧烷化合物的分子式为R1SinOn-1R’2n+1,其中,n=4或13,R为-(CO)OH,-(CO)NH2,-OH,
或R’为具有3-10个碳原子的直链烷基或支链烷基、其中某个CH2基团被-CH=CH-、-C≡C-、苯基、环烷基所取代的具有3-10个碳原子的直链烷基或支链烷基、或苯基;
所述树形硅氧烷化合物的粒径为1-3nm。
所述硅氧烷化合物为笼型低聚倍半硅氧烷化合物,所述笼型低聚倍半硅氧烷化合物的分子式为R1SinO1.5nR’n-1,其中,n=6,8,10,或12,R为-(CO)OH,-(CO)NH2,-OH,或R’为具有3-10个碳原子的直链烷基或支链烷基、其中某个CH2基团被-CH=CH-、-C≡C-、苯基、环烷基所取代的具有3-10个碳原子的直链烷基或支链烷基、或苯基;
所述笼型低聚倍半硅氧烷化合物的粒径为1-3nm。
所述硅氧烷化合物分子在所述聚合物中的质量百分比为1~50wt%。
本发明还提供一种取向膜的制备方法,包括如下步骤:
步骤1、按照硅氧烷化合物、二酐类单体、及二胺类单体的摩尔比为1~50:100:50~99的比例称取硅氧烷化合物、二酐类单体、及二胺类单体;
步骤2、提供适量溶剂,将步骤1所称取的二酐类单体、硅氧烷化合物、及二胺类单体溶解于所述溶剂中,制得取向膜前体材料;
步骤3、提供一基板,将所述步骤2制得的取向膜前体材料涂布到基板表面;
步骤4、对涂布在所述基板表面的取向膜前体材料进行预固化,预固化的温度为100~130℃,预固化的持续时间为1~10min;
步骤5、对涂布在基板表面的取向膜前体材料进行主固化,主固化的温度为210~240℃,主固化的持续时间为20~40min,制得取向膜。
所述步骤1中,所述硅氧烷化合物为树形硅氧烷化合物或笼型低聚倍半硅氧烷化合物。
所述步骤2中,所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷和丁内酯中的一种或多种的组合。
所述步骤2制得的一种取向膜前体材料,包含硅氧烷化合物、二酐类单体、二胺类单体、及溶剂,其中,所述硅氧烷化合物的摩尔含量n1、所述二酐类单体的摩尔含量n2、及所述二胺类单体的摩尔含量n3之间的比例为n1:n2:n3=1~50:100:50~99,且n2=n1+n3;
并且所述硅氧烷化合物在所述取向膜前体材料中的质量百分比为0.01~0.5wt%。
本发明还提供一种取向膜的制备方法,包括如下步骤:
步骤1、按照硅氧烷化合物、二酐类单体、及二胺类单体的摩尔比为1~50:100:50~99的比例称取硅氧烷化合物、二酐类单体、及二胺类单体;
步骤2、提供适量溶剂,将步骤1所称取的二酐类单体、硅氧烷化合物、及二胺类单体溶解于所述溶剂中,制得取向膜前体材料;
步骤3、提供一基板,将所述步骤2制得的取向膜前体材料涂布到基板表面;
步骤4、对涂布在所述基板表面的取向膜前体材料进行预固化,预固化的温度为100~130℃,预固化的持续时间为1~10min;
步骤5、对涂布在基板表面的取向膜前体材料进行主固化,主固化的温度为210~240℃,主固化的持续时间为20~40min,制得取向膜;
其中,所述步骤1中,所述硅氧烷化合物为树形硅氧烷化合物或笼型低聚倍半硅氧烷化合物;
其中,所述步骤2中,所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷和丁内酯中的一种或多种的组合;
其中,所述步骤2制得的一种取向膜前体材料,包含硅氧烷化合物、二酐类单体、二胺类单体、及溶剂,其中,所述硅氧烷化合物的摩尔含量n1、所述二酐类单体的摩尔含量n2、及所述二胺类单体的摩尔含量n3之间的比例为n1:n2:n3=1~50:100:50~99,且n2=n1+n3;
并且所述硅氧烷化合物在所述取向膜前体材料中的质量百分比为0.01~0.5wt%。
本发明的有益效果:本发明提供一种用作取向膜材料的聚合物及一种取向膜的制备方法,该聚合物由硅氧烷化合物分子连接在聚酰亚胺分子链上形成,通过控制聚合物中硅氧烷化合物分子的含量可以实现液晶分子预倾角在宽范围内的可控性,且该聚合物具有优异的耐热性和机械性能;本发明提供的一种取向膜的制备方法,通过将硅氧烷化合物和聚酰亚胺前体物质(二胺类单体、二酐类单体)溶解于溶剂中,制得取向膜前体材料,再将取向膜前体材料涂布到基板上,通过预固化和主固化之后,得到取向膜,该方法步骤简单,制得的取向膜有较大的预倾角范围,从而实现了使用所述取向膜的液晶面板中的液晶分子预倾角在宽范围内的可控性。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容,请参阅以下有关本发明的详细说明与附图,然而附图仅提供参考与说明用,并非用来对本发明加以限制。
下面结合附图,通过对本发明的具体实施方式详细描述,将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
附图中,
图1为本发明的用作取向膜材料的聚合物的一种分子结构示意图;
图2为本发明的取向膜的制备方法的示意流程图。
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果,以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
本发明首先提供一种可用作取向膜材料的聚合物,所述聚合物包含聚酰亚胺分子链、及以支链的形式与所述聚酰亚胺分子链相连接的硅氧烷化合物分子,所述硅氧烷化合物分子具有连接性基团R及功能性基团R’,所述连接性基团R用于与所述聚酰亚胺分子链相连接,所述功能性基团R’用于控制液晶分子的预倾角,起到配向作用。
具体的,所述硅氧烷化合物分子与聚酰亚胺分子链通过以下两种方式之一进行连接:
(Ⅰ)所述硅氧烷化合物分子中的连接性基团R结合到所述聚酰亚胺分子链中,使得所述硅氧烷化合物分子中除该连接性基团R以外的部分以支链的形式悬挂在所述聚酰亚胺分子链的侧部;
(Ⅱ)所述硅氧烷化合物分子中的连接性基团R与所述聚酰亚胺分子链相连接,使得整个硅氧烷化合物分子以支链的形式悬挂在所述聚酰亚胺分子链的侧部。
具体的,所述硅氧烷化合物可以为树形硅氧烷化合物或笼型低聚倍半硅氧烷化合物。
所述树形硅氧烷化合物的分子式为R1SinOn-1R’2n+1,其中,n=4或13,R为-(CO)OH,-(CO)NH2,-OH,或等基团;R’为具有3-10个碳原子的直链烷基或支链烷基、其中某个CH2基团被-CH=CH-、-C≡C-、苯基、环烷基所取代的具有3-10个碳原子的直链烷基或支链烷基、或苯基等基团。
具体的,所述R基为连接性基团,用于与聚酰亚胺分子链相连接,所述R’基为功能性基团,用于控制液晶分子的预倾角,起到配向作用。
当所述树形硅氧烷化合物的分子式R1SinOn-1R’2n+1中n分别为4,13时,所述树形硅氧烷化合物的结构式分别如式(A)和式(B)所示:
具体的,所述树形硅氧烷化合物的粒径为1-3nm。
所述笼型低聚倍半硅氧烷化合物的分子式为R1SinO1.5nR’n-1,其中,n=6,8,10,或12,R为-(CO)OH,-(CO)NH2,-OH,或等基团;R’为具有3-10个碳原子的直链烷基或支链烷基、其中某个CH2基团被-CH=CH-、-C≡C-、苯基、环烷基所取代的具有3-10个碳原子的直链烷基或支链烷基、或苯基等基团。
具体的,所述R基为连接性基团,用于与聚酰亚胺分子链相连接,所述R’基为功能性基团,用于控制液晶分子的预倾角,起到配向作用。
具体的,所述笼型低聚倍半硅氧烷化合物的粒径为1-3nm。
当所述笼型低聚倍半硅氧烷化合物的分子式R1SinO1.5nR’n-1中n分别为6,8,10,12时,所述笼型低聚倍半硅氧烷化合物的结构式分别如式(E)、(F)、(G)、(H)所示:
图1为本发明的用作取向膜材料的聚合物的一种分子结构示意图,如图1所示,所述聚合物包含聚酰亚胺分子链和以支链的形式与所述聚酰亚胺分子链相连接的树形硅氧烷化合物分子,所述树形硅氧烷化合物的结构如式(A)所示,所述树形硅氧烷化合物分子以R基与聚酰亚胺分子链相连接,使得整个树形硅氧烷化合物分子以支链的形式悬挂在所述聚酰亚胺分子链的侧部。
优选的,所述硅氧烷化合物分子在所述聚合物中的质量百分比为1~50wt%。
具体的,所述硅氧烷化合物分子在取向膜表面能够控制液晶分子产生预倾角的机理为:
(1)从能量的角度解释:所述硅氧烷化合物分子在取向膜中的作用机理类似于摩擦配向,可以使取向膜表面产生一个方位角,使得液晶分子的长轴和硅氧烷化合物分子的支链R’方向一致,以达到能量最低的稳定状态,实现液晶分子沿着一定的方向排列,而这种能量的降低程度跟树形硅氧烷化合物分子在取向膜中的含量密切相关,硅氧烷化合物分子的含量越多,取向膜表面能降低的程度越大,从而实现液晶分子预倾角的可控。
(2)从表面分子链取向理论解释:硅氧烷化合物分子在取向膜中主要依靠R’官能基以立体障碍的方式使得液晶分子产生预倾角,而这种取向效果会随着硅氧烷化合物分子的含量而产生差异,也就是由R’官能基数量多少决定的。
本发明提供的一种用作取向膜材料的聚合物,所述聚合物包含聚酰亚胺分子链、及以支链的形式与所述聚酰亚胺分子链相连接的硅氧烷化合物分子,所述硅氧烷化合物分子具有连接性基团R以与所述聚酰亚胺分子链相连接,同时还具有功能性基团R’以控制液晶分子的预倾角,具体的,通过控制聚合物中硅氧烷化合物分子的含量可以实现液晶分子预倾角从0°至90°的变化,使得所述取向膜具有较大的预倾角范围,实现了使用所述取向膜的液晶面板中的液晶分子预倾角宽范围的可控性;同时所述聚合物
还具有较好的耐热性和机械性能。
请参阅图2,本发明还提供一种取向膜的制备方法,其包括以下步骤:
步骤1、按照硅氧烷化合物、二酐类单体、及二胺类单体的摩尔比为1~50:100:50~99的比例称取硅氧烷化合物、二酐类单体、及二胺类单体。
具体的,所述硅氧烷化合物为树形硅氧烷化合物或笼型低聚倍半硅氧烷化合物。
所述树形硅氧烷化合物和笼型低聚倍半硅氧烷化合物的结构在前面已做详细描述,此处不再赘述。
具体的,所述二酐类单体的结构式可以为:
所述二胺类单体的结构式可以为:
步骤2、提供适量溶剂,将步骤1所称取的二酐类单体、硅氧烷化合物、及二胺类单体溶解于所述溶剂中,制得取向膜前体材料。
具体的,所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷和丁内酯中的一种或多种的组合。
所述步骤2制得的一种取向膜前体材料,包含硅氧烷化合物、二酐类单体、二胺类单体、及溶剂,其中,所述硅氧烷化合物的摩尔含量n1、所述二酐类单体的摩尔含量n2、及所述二胺类单体的摩尔含量n3之间的比例为n1:n2:n3=1~50:100:50~99,且n2=n1+n3。
优选的,所述硅氧烷化合物在所述取向膜前体材料中的质量百分比为0.01~0.5wt%。
步骤3、提供一基板,将所述步骤2制得的取向膜前体材料涂布到基板表面。
步骤4、对涂布在所述基板表面的取向膜前体材料进行预固化,预固化的温度为100~130℃,预固化的持续时间为1~10min。
步骤5、对涂布在基板表面的取向膜前体材料进行主固化,主固化的温度为210~240℃,主固化的持续时间为20~40min,制得取向膜。
本发明提供的一种取向膜的制备方法,通过将硅氧烷化合物和聚酰亚胺前体物质(二胺类单体、二酐类单体)溶解于溶剂中,制得取向膜前体材料,再将取向膜前体材料涂布到基板上,通过预固化和主固化之后,得到取向膜,该方法步骤简单,制得的取向膜有较大的预倾角范围,从而实现了使用所述取向膜的液晶面板中的液晶分子预倾角在宽范围内的可控性。
本发明的取向膜的制备方法的优选实施例1:
步骤1、按照树形硅氧烷化合物(b)、二酐类单体(a)、及二胺类单体(c)的摩尔量之比为m:n:(n-m)=1~50:100:50~99的比例称取树形硅氧烷化合物、二酐类单体、及二胺类单体。
步骤2、将所述树形硅氧烷化合物(b)、二酐类单体(a)、及二胺类单体(c)投入到由N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷和丁内酯组成的混合溶剂中,溶解后,得到取向膜前体材料。
步骤3、提供一基板,将所述步骤2制得的取向膜前体材料涂布到基板表面;
步骤4、对涂布在所述基板表面的取向膜前体材料进行预固化,预固化的温度为100~130℃,预固化的持续时间为1~10min;
步骤5、对涂布在基板表面的取向膜前体材料进行主固化,主固化的温度为210~240℃,主固化的持续时间为20~40min,制得取向膜。
具体的,所述步骤4-5中,涂布到基板表面的取向膜前体材料在预固化和主固化的过程中发生的化学反应如下:
所述步骤5制得的一种取向膜,该取向膜的材料为一种聚合物,所述聚合物的结构式为其中,m=20~500,n=20~2000,且n>m,从该聚合物的结构式中可见,所述树形硅氧烷化合物(b)分子以其连接性基团结合到聚酰亚胺分子链中,使得所述树形硅氧烷化合物分子中除该连接性基团以外的部分以支链的形式悬挂在所述聚酰亚胺分子链的侧部。
综上所述,本发明提供一种用作取向膜材料的聚合物及一种取向膜的制备方法,该聚合物由硅氧烷化合物分子连接在聚酰亚胺分子链上形成,通过控制聚合物中硅氧烷化合物分子的含量可以实现液晶分子预倾角在宽范围内的可控性,且该聚合物具有优异的耐热性和机械性能;本发明提供的一种取向膜的制备方法,通过将硅氧烷化合物和聚酰亚胺前体物质(二胺类单体、二酐类单体)溶解于溶剂中,制得取向膜前体材料,再将取向膜前体材料涂布到基板上,通过预固化和主固化之后,得到取向膜,该方法步骤简单,制得的取向膜有较大的预倾角范围,从而实现了使用所述取向膜的液晶面板中的液晶分子预倾角在宽范围内的可控性。
以上所述,对于本领域的普通技术人员来说,可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形,而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (11)
- 一种用作取向膜材料的聚合物,包含聚酰亚胺分子链、及以支链的形式与所述聚酰亚胺分子链相连接的硅氧烷化合物分子,所述硅氧烷化合物分子具有连接性基团R及功能性基团R’,所述连接性基团R用于与所述聚酰亚胺分子链相连接,所述功能性基团R’用于控制液晶分子的预倾角,起到配向作用。
- 如权利要求1所述的用作取向膜材料的聚合物,其中,所述硅氧烷化合物分子与聚酰亚胺分子链通过以下两种方式之一进行连接:(Ⅰ)所述硅氧烷化合物分子中的连接性基团R结合到所述聚酰亚胺分子链中,使得所述硅氧烷化合物分子中除该连接性基团R以外的部分以支链的形式悬挂在所述聚酰亚胺分子链的侧部;(Ⅱ)所述硅氧烷化合物分子中的连接性基团R与所述聚酰亚胺分子链相连接,使得整个硅氧烷化合物分子以支链的形式悬挂在所述聚酰亚胺分子链的侧部。
- 如权利要求1所述的用作取向膜材料的聚合物,其中,所述硅氧烷化合物分子在所述聚合物中的质量百分比为1~50wt%。
- 一种取向膜的制备方法,包括如下步骤:步骤1、按照硅氧烷化合物、二酐类单体、及二胺类单体的摩尔比为1~50:100:50~99的比例称取硅氧烷化合物、二酐类单体、及二胺类单体;步骤2、提供适量溶剂,将步骤1所称取的二酐类单体、硅氧烷化合物、及二胺类单体溶解于所述溶剂中,制得取向膜前体材料;步骤3、提供一基板,将所述步骤2制得的取向膜前体材料涂布到基板表面;步骤4、对涂布在所述基板表面的取向膜前体材料进行预固化,预固化的温度为100~130℃,预固化的持续时间为1~10min;步骤5、对涂布在基板表面的取向膜前体材料进行主固化,主固化的温度为210~240℃,主固化的持续时间为20~40min,制得取向膜。
- 如权利要求7所述的取向膜的制备方法,其中,所述步骤1中,所述硅氧烷化合物为树形硅氧烷化合物或笼型低聚倍半硅氧烷化合物。
- 如权利要求7所述的取向膜的制备方法,其中,所述步骤2中,所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷和丁内酯中的一种或多种的组合。
- 如权利要求7所述的取向膜的制备方法,其中,所述步骤2制得的一种取向膜前体材料,包含硅氧烷化合物、二酐类单体、二胺类单体、及溶剂,其中,所述硅氧烷化合物的摩尔含量n1、所述二酐类单体的摩尔含量n2、及所述二胺类单体的摩尔含量n3之间的比例为n1:n2:n3=1~50:100:50~99,且n2=n1+n3;并且所述硅氧烷化合物在所述取向膜前体材料中的质量百分比为0.01~0.5wt%。
- 一种取向膜的制备方法,包括如下步骤:步骤1、按照硅氧烷化合物、二酐类单体、及二胺类单体的摩尔比为1~50:100:50~99的比例称取硅氧烷化合物、二酐类单体、及二胺类单体;步骤2、提供适量溶剂,将步骤1所称取的二酐类单体、硅氧烷化合物、及二胺类单体溶解于所述溶剂中,制得取向膜前体材料;步骤3、提供一基板,将所述步骤2制得的取向膜前体材料涂布到基板表面;步骤4、对涂布在所述基板表面的取向膜前体材料进行预固化,预固化的温度为100~130℃,预固化的持续时间为1~10min;步骤5、对涂布在基板表面的取向膜前体材料进行主固化,主固化的温度为210~240℃,主固化的持续时间为20~40min,制得取向膜;其中,所述步骤1中,所述硅氧烷化合物为树形硅氧烷化合物或笼型低聚倍半硅氧烷化合物;其中,所述步骤2中,所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷和丁内酯中的一种或多种的组合;其中,所述步骤2制得的一种取向膜前体材料,包含硅氧烷化合物、二酐类单体、二胺类单体、及溶剂,其中,所述硅氧烷化合物的摩尔含量n1、所述二酐类单体的摩尔含量n2、及所述二胺类单体的摩尔含量n3之间的比例为n1:n2:n3=1~50:100:50~99,且n2=n1+n3;并且所述硅氧烷化合物在所述取向膜前体材料中的质量百分比为0.01~0.5wt%。
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