低温固化液晶取向剂、液晶取向膜及其制备方法和液晶表示元件与流程

本发明涉及液晶取向剂，尤其涉及低温固化液晶取向剂、液晶取向膜及其制备方法和液晶表示元件。

背景技术：

1、目前，液晶显示器作为一种主流的显示器类型，在市场上占主导地位，尤其是以薄膜晶体管液晶显示器(tft-lcd)为代表的显示器件。薄膜晶体管液晶显示器是以液晶为介质，薄膜晶体管为控制原件，采用大规模集成电路技术和平板光源技术相结合的一种光电子显示器件。以tft-lcd为主导的平板显示器产业的迅速发展，给人们的生活和工作带来了革命性的变化。

2、聚酰亚胺取向剂是液晶显示器的关键性材料之一，是一种高纯度的树脂溶液，经热固化以及摩擦或光照处理后可对液晶形成取向，液晶具有规则方向性排列，通电驱动时为单一方向性导向进而控制光的透过，所以取向剂的特性影响显示器的光电性能。聚酰亚胺取向剂的固化条件通常在200℃～250℃左右，随着近年来各种光学组件货液晶显示组件等的基材有使用树脂膜替代玻璃基板等的趋势，树脂膜其本身耐热性较差，因而若取向层形成时的温度较高，便会导致树脂膜的尺寸或形状出现变化，随此衍生而出的取向层的取向方向偏离，液晶取向能力降低，严重影响其光学组件或者液晶显示组件的品质。

3、液晶显示元件通常在元件内设有控制液晶取向状态的液晶取向膜。液晶取向膜材料是实现液晶分子取向技术的基础，也是实现lcd新的显示方式的重要保证，常见显示模式有tn(扭曲向列)、ips(面内转换)、va(垂直排列)、ocb(光学补偿弯曲排列)。现有lcd面板制造工程(第一代g1至第十一代g11生产线)中，主要是采用pi(聚酰亚胺)材料作为取向膜，经处理后在其表面产生分子取向的各向异性，从而诱导液晶分子被“锚定”，进而在电场作用下发生定向排列。聚酰亚胺作为液晶取向剂，具有如下优点：膜本身具有使液晶分子定向的功能；对所有液晶材料都具有良好的取向效果，比其他取向材料具有更好的适用性；加工简单，可根据基片的尺寸进行旋转、滚动、喷涂和凹版涂布，生产工艺简单；与液晶分子不发生化学反应；与基材附着力大；疏水性强等。

4、因此，研发可在低温下固化的液晶取向剂对于液晶显示器的发展具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供低温固化液晶取向剂、液晶取向膜及其制备方法和液晶表示元件，以解决现有聚酰亚胺取向剂固化温度高的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了低温固化液晶取向剂，主要由成分ⅰ和成分ⅱ制备得到；

4、所述成分ⅰ包括聚酰亚胺前驱体和聚酰亚胺中的一种或两种；

5、所述聚酰亚胺前驱体包括聚酰胺酸或聚酰胺酸酯；

6、所述聚酰亚胺由聚酰亚胺前驱体经酰亚胺化反应得到；

7、所述成分ⅱ包括极性非质子溶剂和流平剂中的一种或两种；

8、所述聚酰胺酸主要由二胺化合物、圈形二胺化合物、四羧酸二酐和极性非质子溶剂制备得到。

9、优选的，在上述低温固化液晶取向剂中，所述成分ⅰ占液晶取向剂总重量的1～15％；

10、所述成分ⅱ中极性非质子溶剂占成分ⅱ总重量的0～100％；

11、所述成分ⅱ中流平剂占成分ⅱ总重量的0～80％；

12、所述成分ⅱ中极性非质子溶剂和流平剂的使用比例不同时为0。

13、优选的，在上述低温固化液晶取向剂中，所述二胺化合物包括基础二胺化合物和配向结构二胺化合物；

14、所述基础二胺化合物的结构通式为：

15、

16、其中，x1、x2独立的为氢原子、碳原子个数为1～10的烷基链、碳原子个数为2～10的烯基链或碳原子个数为2～10的炔基链；

17、z1为2价有机基团；

18、所述2价有机基团包括以下结构：

19、

20、

21、

22、

23、其中，z-82中r3为f、cl、br、i、ch3、cn或苯环，所述r3的数目为0～8或z-82中r3为cf3，所述r3的数目为0～8且不为2；

24、

25、

26、

27、其中，z-108中r4为f、cl、br、i、ch3、cf3、cn或苯环，所述r4的数目为1；

28、

29、其中，z-116中r5为f、cl、br、i、ch3、cf3、cn或苯环，所述r5的数目为1～2；

30、

31、其中，z-122中r6为f、cl、br、i、ch3、cf3、cn或苯环，所述r6的数目为1～2；

32、

33、

34、其中，z-137中r7为-coo、-oco、-nhco、-n(ch3)co、苯环的一种或组合；所述r7的数目为1～2；

35、

36、

37、

38、所述配向结构二胺化合物的结构通式为：h2n—s—nh2；

39、其中，s包括以下结构：

40、

41、其中，s-1～s-3中r8独立的为-o-、-coo、-och2、-cooch2、-ch2oco、-ch2o、-nhco、-conh、-n(ch3)co、烯烃、炔烃、苯环、环己烷、酰亚胺环中的一种或组合；

42、s-1～s-3中r9独立的为碳原子个数为1～50的烷基链。

43、优选的，在上述低温固化液晶取向剂中，所述圈形二胺化合物的结构通式为：

44、

45、其中，r1为含有或不含有取代基的圈形官能团结构；所述圈形官能团结构包括：

46、

47、

48、r2为氢原子、碳原子个数为1～10的烷基链、碳原子个数为2～10的烯基链、碳原子个数为2～10的炔基链、-cf3、-o-、-coo、-och2、-cooch2、-ch2oco、-ch2o、-nhco、-conh、-n(ch3)co、苯环、酰亚胺环的一种或组合。

49、优选的，在上述低温固化液晶取向剂中，所述四羧酸二酐的结构通式如下：

50、

51、其中，g1为脂肪族、脂环族、芳香族有机基团中的一种或组合。

52、优选的，在上述低温固化液晶取向剂中，所述四羧酸二酐为下述化合物中的一种：

53、

54、

55、

56、

57、其中：g-3、g-40～g-43中r10独立的为氢原子、卤素原子、碳原子个数为1～6的烷基、碳原子个数为2～6的烯基、碳原子个数为2～6的炔基、含有氟原子的碳原子个数为1～6的1价有机基团苯基的一种或者组合。

58、优选的，在上述低温固化液晶取向剂中，所述四羧酸二酐为二胺化合物总摩尔的0.01～100％；

59、所述圈形二胺化合物为二胺化合物总摩尔的0.01～50％；

60、所述基础二胺化合物占二胺化合物总摩尔的0.01～99.9％；

61、所述配向结构二胺化合物占二胺化合物总摩尔的0.01～50％。

62、优选的，在上述低温固化液晶取向剂中，所述聚酰胺酸的制备方法，包括以下步骤：

63、在保护气氛下，将二胺化合物、圈形二胺化合物、四羧酸二酐和极性非质子溶剂混合，进行反应，得到聚酰胺酸。

64、优选的，在上述低温固化液晶取向剂中，所述反应的温度为-15～100℃，所述反应的时间为0.5～48h。

65、优选的，在上述低温固化液晶取向剂中，所述液晶取向剂中还包括环氧类化合物，所述环氧类化合物的结构通式为：

66、

67、其中，r11为氢原子、卤素原子、碳原子个数为1～6的烷基、碳原子个数2～6的烯基、碳原子个数2～6的炔基、含有氟原子的碳原子个数为1～6的1价有机基团和苯基中的一种或者组合；

68、r12为氢原子或碳原子个数1～6的烷基；

69、r13为1价或者2价的有机基团；

70、n为1～6的整数；

71、所述环氧类化合物为成分ⅰ总重量的1～30％。

72、优选的，在上述低温固化液晶取向剂中，所述环氧类化合物为下述化合物中的一种：

73、

74、本发明还提供了低温固化液晶取向剂的制备方法，包括以下步骤：

75、将成分i和成分ⅱ混合即得低温固化液晶取向剂。

76、本发明还提供了低温固化液晶取向剂的制备方法，包括以下步骤：

77、将成分i、成分ⅱ和环氧类化合物混合，即得低温固化液晶取向剂。

78、本发明还提供了液晶取向膜的制备方法，将上述的液晶取向剂经成膜、固化后制得液晶取向膜。

79、优选的，在上述液晶取向膜的制备方法中，所述成膜包括：将所述液晶取向剂涂覆于基板上，然后通过烘烤去除溶剂；

80、所述烘烤的温度为30～150℃，所述烘烤的时间为0.25～35min；

81、所述固化的温度为80～300℃，所述固化的时间为5～200min。

82、优选的，在上述液晶取向膜的制备方法中，所述固化后还包括配向工艺。

83、本发明还提供了液晶取向膜的制备方法制得的液晶取向膜。

84、本发明还提供了液晶表示元件，包括相对设置的第一基板和第二基板以及设于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶材料；

85、所述第一基板与所述液晶材料接触的一侧以及所述第二基板与所述液晶材料接触的一侧均设有上述的液晶取向膜。

86、优选的，在上述液晶表示元件中，所述第一基板和所述第二基板之间通过密封材料连接；

87、所述密封材料为热固化环氧树脂或uv固化亚克力树脂；

88、所述密封材料内混有间隔粒子；

89、所述间隔粒子的粒径为3～20μm。

90、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

91、(1)本发明中的聚酰胺酸能够在100～150℃固化条件下实现较高的亚胺化率，且光电性能表现更为优异。本发明适用于市面上所有显示技术，对不同膜层材料的搭配窗口更高，为显示产业的技术革新提供了方向。

92、(2)本发明的液晶表示元件可以有效地适用于各种装置，例如可以用于计时器、计算器、时钟、文字处理器、笔记本电脑、汽车中控系统、便携式数码设备移动电话、手机、各种监视器、各种液晶电视、信息显示器和具备特殊功能的非显示类型液晶面板(调节光相位，调节光折射功能的液晶面板等)。