一種雙端具有碳碳雙鍵單體的光控取向膜製備方法
2023-05-06 21:37:41 1
專利名稱：一種雙端具有碳碳雙鍵單體的光控取向膜製備方法
技術領域：
本發明屬於液晶器件製備技術領域，涉及液晶顯示器光控取向膜材料的選擇合成、塗膜和光照的製備過程。本發明選擇了兩端帶有光敏性碳碳雙鍵、尺寸與液晶分子相近的剛性棒狀單體3，3』-二甲基-4，4』-聯苯雙肉桂醯胺為預聚物材料，經過線偏振紫外光照射，單體發生直鏈狀聚合，形成了能夠誘導液晶分子均勻排列的取向膜。
背景技術：
液晶顯示器以其平極化、重量輕、易於攜帶、畫面無閃爍等優點在當今顯示器中佔有重要地位。但液晶顯示器的缺點是視角偏窄，為解決這個問題，提出了在一個象素中製作取向對稱的四疇模式，目前已在實驗室中研製出視角為120°的四疇樣機。但要做寬視角的四疇顯示器，必須能夠控制微小區域上的液晶取向，而傳統的用絨布輪摩擦高分子膜表面形成取向膜的方法，只能得到大面積均一化取向的顯示器件，無法進行多疇取向控制。光控取向可實施掩膜技術進行微小區域的取向控制，是製作多疇器件的有效方法，另外傳統的摩擦取向過程易引進灰塵和靜電荷，對驅動液晶的薄膜電晶體(TFT)陣列造成擊穿，導致成品率下降。可以說接觸性的摩擦技術與TFT-LCD生產工藝是不相匹配的。因此發展光控取向技術，取代傳統的摩擦取向工藝，已成為液晶高技術產業的迫切需求。此外，傳統使用的聚醯亞胺取向膜需要約200℃的高溫熱處理來得到穩定的亞胺化結構，這樣高的溫度同樣會對半導體集成電路造成傷害。
光控取向的思想最早提出於1991年，到1996年M.Schadt在定向光交聯方面發現新的切入點。目前液晶光控取向的研究仍然是矚世關注的熱點，各國研究人員正致力於光控取向材料的探索研究，對肉桂酸、香豆素及其衍生物，還有光敏聚醯胺酸等都進行了系統的研究。但這些材料都是具有幾百個單元的大分子預聚物，普遍存在光交聯點少、空間位阻大、反應效率低、光照時間長的缺點。
發明內容
為了克服現有技術中光控取向存在的光交聯點少，空間位阻大，反應效率低，光照時間長的缺點，本發明選擇分子兩端帶有光敏性碳碳雙鍵的棒狀單體材料作為預聚物，目的是提供一種高反應效率的光控取向膜的製備方法。
本發明選擇兩端帶有光敏性碳碳雙鍵、尺寸與液晶分子相近的剛性棒狀單體，3，3』-二甲基-4，4』-聯苯雙肉桂醯胺預聚物，分子結構式為 對於小分子預聚物來說，由於空間位阻的降低，光聚合後的取向度較容易高於大分子的光交聯效果，但容易出現穩定性差的問題，為了克服上述缺點，本發明加入能向四面延伸形成網狀結構的光交聯劑，以增強膜的穩定性，加入的光交聯劑可以是二乙基丙三醇三丙烯酸酯，其分子式為 加入的量為1-2wt％。
小分子預聚物取向劑粘度相對較低，成膜能力相對較弱。為了增加預聚物的成膜能力，本發明在預聚物中，加入少量的粘度調節劑，彌補小分子預聚物取向劑粘度相對較低的不足。本發明選擇的是光敏性聚醯胺酸。加入光敏性聚醯胺酸的量選擇在0.8-1.2wt％效果最好。
為了使這種小分子單體實現很好的光取向聚合需要加入光反應敏化劑。本發明可以選用二苯甲酮作為光反應敏化劑，其結構為 本發明需要將3，3』-二甲基-4，4』-聯苯雙肉桂醯胺單體、交聯劑、粘度調節劑和光反應敏化劑配成溶液。上述單體的溶解度低，為增加溶解度，選用極性溶劑，本發明的一種極性溶劑為N-甲基-2-吡咯烷酮。為了減少大分子粘度調節劑的摻入量，又不降低旋塗時的成膜能力。本發明可以採用JSR生產的粘性較好的ACT-609溶劑。但ACT-609是非極性溶劑，因此以1∶1的比例與極性溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮混合，會使單體的溶解度提高。實驗確認ACT-609在60℃，2分鐘即可揮發乾淨。本發明光照時須加熱至60-80℃，時間5-15分鐘，所以ACT-609溶劑不會產生負面影響。
下面詳述光控取向膜的製備過程(一)合成預聚物單體3，3』-二甲基-4，4』-聯苯雙肉桂醯胺(二)在室溫下配製預聚物膠體溶液1、把3，3』-二甲基-4，4』-聯苯雙肉桂醯胺單體溶解在極性和非極性混合溶劑中，如N-甲基-2-吡咯烷酮和ACT-609的1∶1混合液中，配成單體濃度為10-15wt％預聚物膠體溶液。
2、加入光反應敏化劑。本發明一個具體光反應敏化劑為二苯甲酮，加入量為1-2wt％。
3、加入光交聯劑。本發明一個具體光交聯劑為二乙基丙三醇三丙烯酸酯，加入量為0.5-1.0wt％。
4、加入粘度調節劑。本發明一個具體粘度調節劑為光敏性聚醯胺酸，加入量約0.8-1.2wt％。
(三)將配製好的膠體溶液旋塗在基板上成膜。
(四)立即用線性偏振紫外光照射薄膜，使單體進行直鏈光聚合反應。光源在297nm處的線性偏振光功率密度為10-20mw/cm2，照射時間為5-15分鐘，同時基板加熱到60-80℃。
本發明用光敏性較好的棒狀單體作為預聚物，這種單體兩端帶有光敏性的碳碳雙鍵，在線性偏振紫外光作用下分子雙端都可參加反應，空間位阻比現有技術中所用的大分子預聚物大大地減小，增加了直鏈狀光聚合反應效率。分子中具有剛性較強的聯苯結構，線性光聚合後產生很好的取向性。在預聚物溶液中加入光交聯劑提高取向膜的穩定性。加入粘度調節劑，便於增強取向劑的成膜能力。
具體實施例方式
在1∶1的N-甲基-2-吡咯烷和ACT-609混合溶劑中加入3，3』-二甲基-4，4』-聯苯雙肉桂醯胺單體，其濃度為10wt％。加入光反應敏化劑二苯甲酮，光交聯劑二乙基丙三醇三丙烯酸酯，粘度調節劑光敏性聚醯胺酸，配成預聚物膠體溶液。所配的膠體溶液的組分重量比為，單體∶光反應敏化劑∶光交聯劑∶粘度調節劑＝(10-15)∶1∶0.5∶0.5。
溶液混合均勻後，旋塗在基板上，旋塗兩次。每次旋塗又分為兩個速度階段，第一階段旋轉速度為V1＝300rps，時間為5秒，第二階段旋轉速度為V2＝2000rps，時間為10秒。
光源採用300W汞氙燈，297nm處光功率密度為10mw/cm2，垂直光照15分鐘。將光照後的兩塊基板以光偏振方向為基準作成反平行液晶盒。液晶可以選擇石家莊實力克公司生產的TEB30A，在液晶清亮點62℃注入到上述反平行液晶盒內。自然降至室溫，可獲得液晶分子的平面平行排列。在偏光顯微鏡下觀察，可以看到液晶盒每旋轉45°，視場中交替出現鮮明的明場和暗場。
權利要求
1.一種雙端具有碳碳雙鍵單體的光控取向膜製備方法，其特徵是選擇具有很好的光敏性和棒狀分子結構的3，3』-二甲基-4，4』-聯苯雙肉桂醯胺單體材料作為預聚物，加入光反應敏化劑，加入能夠增加取向膜穩定性的光交聯劑和提高成膜能力的粘度調節劑，在室溫下溶於極性和非極性混合溶劑中，配成預聚物膠體溶液；將預聚物膠體溶液旋塗於基板上成膜，在加熱基板的情況下，立即用線性偏振紫外光照射基板上的薄膜，使小分子單體發生直鏈聚合，形成液晶取向膜。
2.根據權利要求1所述的一種雙端具有碳碳雙鍵單體的光控取向膜製備方法，其特徵是3，3』-二甲基-4，4』-聯苯雙肉桂醯胺單體具有剛性較強的聯苯結構，分子兩端具有很強的光敏性碳碳雙鍵，結構為 所使用的光反應敏化劑為二苯甲酮，結構為
3.根據權利要求2所述的一種雙端具有碳碳雙鍵單體的光控取向膜製備方法，其特徵是-光交聯劑為二乙基丙三醇三丙烯酸酯，粘度調節劑為光敏性聚醯胺酸，極性溶劑為N-甲基-2-吡咯烷酮，非極性溶劑為ACT-609。
4.根據權利要求3所述的一種雙端具有碳碳雙鍵單體的光控取向膜製備方法，其特徵是極性溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮和非極性溶劑為ACT-609的比例是1∶1。
5.根據權利要求4所述的一種雙端具有碳碳雙鍵單體的光控取向膜製備方法，其特徵是預聚物膠體溶液濃度為10-15wt％。
6.根據權利要求5所述的一種雙端具有碳碳雙鍵單體的光控取向膜製備方法，其特徵是加入光反應敏化劑二苯甲酮的量為1-2wt％，光交聯劑量為0.5-1.0wt％，粘度調節劑量為0.8-1.2wt％。
7.根據權利要求6所述的一種雙端具有碳碳雙鍵單體的光控取向膜製備方法，其特徵是預聚物膠體溶液中，組分的重量比為，單體∶光反應敏化劑∶光交聯劑∶粘度調節劑＝(10-15)∶1∶0.5∶0.5。
8.根據權利要求1或7所述的一種雙端具有碳碳雙鍵單體的光控取向膜製備方法，其特徵是線性偏振紫外光波長為297nm，光功率密度在297nm處為10-20mw/cm2，照射時間為5-30分。
9.根據權利要求1或8所述的一種雙端具有碳碳雙鍵單體的光控取向膜製備方法，其特徵是在光照的同時加熱溫度為60℃-70℃。
全文摘要
本發明涉及液晶器件的取向膜製備方法,是一種採用分子雙端光敏的3,3』－二甲基－4,4』－聯苯雙肉桂醯胺單體進行直鏈狀光聚合,形成誘導液晶分子定向排列的取向膜。本發明選擇了具有很好的光敏性和棒狀分子結構的單體材料,通過加入適當比例的光敏劑、粘度調節劑和交聯劑製得光敏性取向劑膠體溶液。將取向劑膠體溶液旋塗於基板上形成薄膜,用偏振紫外光照射薄膜表面,使單體發生直鏈狀聚合,形成優質的液晶分子取向膜。本發明在聚合反應中,空間位阻大大減小,增加了反應效率,產生很好的取向性。
文檔編號G02F1/13GK1367404SQ01138819
公開日2002年9月4日 申請日期2001年12月14日 優先權日2001年12月14日
發明者宣麗, 于濤, 彭增輝, 張春華 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所