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CN108884393A - 用于制备液晶取向层的方法 - Google Patents

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CN108884393A CN201780020126.7A CN201780020126A CN108884393A CN 108884393 A CN108884393 A CN 108884393A CN 201780020126 A CN201780020126 A CN 201780020126A CN 108884393 A CN108884393 A CN 108884393A
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权纯湖
韩�熙
曹正镐
朴姮娥
尹陖荣
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Abstract

本发明旨在提供用于制备液晶取向层的方法，所述液晶取向层具有优异的取向特性和稳定性以及增强的电特性例如电压保持率。此外，本发明旨在提供通过以上制备方法制备的液晶取向层和包括其的液晶显示装置。

Description

用于制备液晶取向层的方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求基于在2016年8月19日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0105509号的优先权的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本发明涉及用于制备液晶取向层的方法，所述液晶取向层具有优异的取向特性和稳定性以及增强的电特性例如电压保持率。
背景技术
在液晶显示装置中，液晶取向层起到使液晶沿一定方向取向的作用。具体地，液晶取向层充当液晶分子排列的指向矢(director)，并因此，当液晶通过电场移动以形成图像时，其帮助选择适当的方向。通常，为了在液晶显示装置中获得均匀的亮度和高对比度，必须使液晶均匀地取向。
作为用于使液晶取向的常规方法，已使用这样的摩擦法：将聚合物膜例如聚酰亚胺涂覆于基底例如玻璃上，并使用纤维例如尼龙或聚酯沿预定方向摩擦其表面。然而，该摩擦法在制造液晶面板期间可能造成严重的问题，因为当摩擦纤维和聚合物膜时会出现细粉尘或静电放电(ESD)。
为了解决摩擦法的问题，近来已经研究了一种用于通过光照射而不是摩擦来诱导聚合物膜中的各向异性并且使用该各向异性来使液晶取向的光取向法。
作为可以用于光取向法的材料，已引入各种材料，其中为了液晶取向层的多种优越性能，主要使用聚酰亚胺。然而，聚酰亚胺在溶剂中的溶解性通常较差，因此难以将其直接应用于通过以溶液状态涂覆来形成取向层的制造过程。因此，在以具有优异溶解性的前体例如聚酰胺酸或聚酰胺酸酯的形式涂覆之后，进行高温热处理过程以形成聚酰亚胺，然后使所述聚酰亚胺经受光照射以使液晶取向。然而，由于通过使聚酰亚胺形式的层经受光照射来获得足够的液晶取向特性需要大量的能量，因此难以确保实际生产率，并且另外，存在这样的限制：需要额外的热处理过程以确保光照射后的取向稳定性。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供用于制备液晶取向层的方法，所述液晶取向层具有优异的取向特性和稳定性以及增强的电特性例如电压保持率。
本发明的另一个目的是提供通过以上制备方法制备的液晶取向层和包括该液晶取向层的液晶显示装置。
技术方案
为了实现以上目的，本发明提供了一种用于制备液晶取向层的方法，其包括以下步骤：1)将液晶取向剂组合物涂覆于基底上以形成涂覆膜；2)干燥涂覆膜；3)在干燥步骤之后立即用光照射涂覆膜以进行取向处理；4)使经取向处理的涂覆膜经受200℃以下的低温热处理；以及5)通过在高于低温热处理的温度的温度下的热处理使经热处理的涂覆膜固化，
其中所述液晶取向剂组合物包含i)用于液晶取向剂的第一聚合物，所述第一聚合物包含选自以下的两种或更多种重复单元：由以下化学式1表示的重复单元、由以下化学式2表示的重复单元和由以下化学式3表示的重复单元，其中相对于由以下化学式1至3表示的全部重复单元，由以下化学式1表示的重复单元的含量为5mol％至74mol％；ii)用于液晶取向剂的第二聚合物，所述第二聚合物包含由以下化学式4表示的重复单元；以及iii)在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物：
[化学式1]
[化学式2]
[化学式3]
[化学式4]
在化学式1至4中，
R1和R2各自独立地为氢或C1-10烷基，条件是R1和R2不能均为氢，
R3和R4各自独立地为氢或C1-10烷基，以及
X1为由以下化学式5表示的四价有机基团，
[化学式5]
在化学式5中，
R5至R8各自独立地为氢或C1-6烷基，
X2、X3和X4各自独立地为衍生自具有4至20个碳原子的烃的四价有机基团，或者如下四价有机基团：其中该四价有机基团的至少一个氢被卤素取代或者至少一个-CH2-被-O-、-CO-、-S-、-SO-、-SO2-或-CONH-替代使得氧原子或硫原子不直接连接，以及
Y1、Y2、Y3和Y4各自独立地为由以下化学式6表示的二价有机基团，
[化学式6]
在化学式6中，
R9和R10各自独立地为卤素、氰基、C1-10烷基、C2-10烯基、C1-10烷氧基、C1-10氟烷基或C1-10氟烷氧基，
p和q各自独立地为在0与4之间的整数，
L1为单键、-O-、-CO-、-S-、-SO2-、-C(CH3)2-、-C(CF3)2-、-CONH-、-COO-、-(CH2)z-、-O(CH2)zO-、-O(CH2)z-、-OCH2-C(CH3)2-CH2O-、-COO-(CH2)z-OCO-、或-OCO-(CH2)z-COO-，
其中z为在1与10之间的整数，以及
m为在0与3之间的整数。
此外，本发明提供了一种用于制备液晶取向层的方法，其包括以下步骤：1)将液晶取向剂组合物涂覆于基底上以形成涂覆膜；2)干燥涂覆膜；3)在干燥步骤之后立即用光照射涂覆膜以进行取向处理；4)使经取向处理的涂覆膜经受200℃以下的低温热处理；以及5)通过在高于低温热处理的温度的温度下的热处理使经热处理的涂覆膜固化，
其中所述液晶取向剂组合物包含聚酰亚胺前体和在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物。
根据本发明的用于制备液晶取向层的方法使用包含聚酰亚胺前体和在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物的液晶取向剂组合物，或者包含具有两个或更多个环氧基的化合物以及用于液晶取向剂的第一聚合物和用于液晶取向剂的第二聚合物(作为部分酰亚胺化的聚酰亚胺前体)的液晶取向剂组合物。
通常，已知当液晶取向剂中包含环氧材料时，取向层的强度和高电压保持率增强，并且增强的程度随着环氧材料的含量增加而增加。然而，当环氧材料的含量增加时，存在液晶单元的高温AC亮度波动率增加的问题。高温AC亮度波动特性劣化的原因在理论上不受限制，但其归因于以下事实：随着液晶取向剂的取向在高温下进行，液晶取向剂的取向和环氧反应同时进行。
因此，在本发明的一个实施方案中，将根据本发明的液晶取向剂组合物涂覆于基底上并干燥，然后在不进行酰亚胺化过程的情况下用线性偏振光直接照射，以诱导初始各向异性，然后通过低温热处理使取向层的一部分重新定向以使分解产物稳定化。随后，当在高于低温热处理的温度的温度下进行高温热处理以进行酰亚胺化时，可以同时实现通过环氧反应的取向稳定化。因此，优势在于，由于初始各向异性在没有环氧反应的情况下进行，因此可以在有效地进行取向的同时增加环氧材料的含量。
根据如上所述的用于制备液晶取向层的方法制备的液晶取向层的特征在于，不仅表现出优异的取向特性，而且表现出优异的高温AC亮度波动率并且长时间地保持高电压保持率。
下文中，将针对每个步骤详细地描述本发明。
术语的定义
除非本文另有说明，否则以下术语可以如下定义。
C4-20烃可以是C4-20烷烃、C4-20烯烃、C4-20炔烃、C4-20环烷烃、C4-20环烯烃、C6-20芳烃、或者其中至少一个环状烃共用两个或更多个原子的稠环、或者化学键合有至少一个烃的烃。具体地，C4-20烃的实例可以包括正丁烷、环丁烷、1-甲基环丁烷、1,3-二甲基环丁烷、1,2,3,4-四甲基环丁烷、环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、环己烯、1-甲基-3-乙基环己烯、双环己烷、苯、联苯、二苯基甲烷、2,2-二苯基丙烷、1-乙基-1,2,3,4-四氢化萘或1,6-二苯基己烷等。
C1-10烷基可以是直链、支链或环状烷基。具体地，C1-10烷基可以是直链C1-10烷基、直链C1-5烷基、支链或环状C3-10烷基、或者支链或环状C3-6烷基。更具体地，C1-10烷基的实例可以包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基或环己基等。
C1-10烷氧基可以是直链、支链或环状烷氧基。具体地，C1-10烷氧基可以是直链C1-10烷氧基、直链C1-5烷氧基、支链或环状C3-10烷氧基、或者支链或环状C3-6烷氧基。更具体地，C1-10烷氧基的实例可以包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、异戊氧基、新戊氧基或环己氧基等。
C1-10氟烷基可以是C1-10烷基中的至少一个氢被氟取代的基团，C1-10氟烷氧基可以是C1-10烷氧基中的至少一个氢被氟取代的基团。
C2-10烯基可以是直链、支链或环状烯基。具体地，C2-10烯基可以是直链C2-10烯基、直链C2-5烯基、支链C3-10烯基、支链C3-6烯基、环状C5-10烯基或环状C6-8烯基。更具体地，C2-10烯基的实例可以包括乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基或环己烯基等。
卤素可以是氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)或碘(I)。
衍生自任意化合物的多价有机基团是指其中与该任意化合物键合的复数个氢原子被除去的残基。在一个实例中，衍生自环丁烯的四价有机基团是指其中与环丁烷键合的任意四个氢原子被除去的残基。
在本公开内容中，符号是指其中相关位点的氢被除去的残基。例如，符号是指其中与环丁烯的1、2、3和4号碳键合的四个氢原子被除去的残基，即，其是指衍生自环丁烯的四价有机基团中的任一种。
将液晶取向剂组合物涂覆于基底上以形成涂覆膜(步骤1)
步骤1是将液晶取向剂组合物涂覆于基底上以形成涂覆膜的步骤。
液晶取向剂组合物包含i)用于液晶取向剂的第一聚合物，所述第一聚合物包含选自以下的两种或更多种重复单元：由化学式1表示的重复单元、由化学式2表示的重复单元和由化学式3表示的重复单元，其中相对于由化学式1至3表示的全部重复单元，由化学式1表示的重复单元的含量为5mol％至74mol％；ii)用于液晶取向剂的第二聚合物，所述第二聚合物包含由化学式4表示的重复单元；以及iii)在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物。
当使用常规聚酰亚胺作为液晶取向层时，涂覆并干燥具有优异溶解性的聚酰亚胺前体(聚酰胺酸或聚酰胺酸酯)以形成涂覆膜，然后通过高温下的热处理过程将涂覆膜转化为聚酰亚胺，对聚酰亚胺进行光照射并进行取向处理。然而，由于通过使聚酰亚胺形式的层经受光照射来获得足够的液晶取向特性需要大量的能量，因此难以确保实际生产率，并且另外，存在这样的限制：进行额外的热处理过程以确保光照射后的取向稳定性。由于考虑到过程成本和过程时间，大量的光照射能量和额外的高温热处理过程是非常不利的，因此在应用于实际的大规模生产过程方面存在限制。
在这方面，本发明人通过实验已经发现，当将用于液晶取向剂的第一聚合物(其本质上包含由化学式1表示的重复单元，并且另外包含选自由化学式2表示的重复单元和由化学式3表示的重复单元中的至少一者)和用于液晶取向剂的第二聚合物(其包含由化学式4表示的重复单元)混合并使用时，第一聚合物包含一定量的已酰亚胺化的酰亚胺重复单元，并因此，可以在形成涂覆膜之后在无热处理过程的情况下通过直接照射光来产生各向异性，然后进行热处理以完成取向层，并因此，不仅可以显著降低光照射能量，而且可以制备出具有优异的取向特性和稳定性以及优异的电压保持率和电特性的液晶取向层。
在由化学式1、化学式2和化学式3表示的重复单元中，基于全部重复单元，用于液晶取向剂的第一聚合物可以包含量为10mol％至74mol％，优选量为20mol％至60mol％的由化学式1表示的重复单元，其为酰亚胺重复单元。如上所述，当使用包含特定量的由化学式1表示的酰亚胺重复单元的用于液晶取向剂的第一聚合物时，聚合物包含一定量的已酰亚胺化的酰亚胺重复单元，并因此，即使在省略高温热处理过程并直接照射光时，也可以制备出具有优异的取向特性和稳定性以及优异的电压保持率和电特性的液晶取向层。如果包含小于所述含量范围的由化学式1表示的重复单元，则可能无法表现出足够的取向特性并且取向稳定性可能劣化。相反，如果由化学式1表示的重复单元的含量超过所述含量范围，则溶解性降低，并因此可能难以制备出能够涂覆的稳定取向溶液，这是成问题的。因此，优选包含在上述含量范围内的由化学式1表示的重复单元，因为这可以提供具有优异的储存稳定性、电特性、取向特性和取向稳定性的用于液晶取向剂的聚合物。
此外，用于液晶取向剂的第一聚合物可以根据期望特性包含适量的由化学式2表示的重复单元或由化学式3表示的重复单元。具体地，基于由化学式1至3表示的全部重复单元，由化学式2表示的重复单元的含量可以为0mol％至40mol％，优选含量为0mol％至30mol％。由化学式2表示的重复单元在光照射后的高温热处理过程期间具有成为酰亚胺的低转化率，因此，如果超过上述范围，则总酰亚胺化率不足，从而使取向稳定性劣化。因此，由化学式2表示的重复单元在上述范围内表现出适当的溶解性，并因此可以提供可以实现高酰亚胺化率同时具有优异的加工特性的用于液晶取向剂的聚合物。此外，基于由化学式1至3表示的全部重复单元，由化学式3表示的重复单元的含量可以为0mol％至95mol％，优选含量为10mol％至90mol％。在这样的范围内，可以表现出优异的涂覆特性，从而提供可以实现高酰亚胺化率同时具有优异的加工特性的用于液晶取向剂的聚合物。
同时，将用于液晶取向剂的第二聚合物与用于液晶取向剂的第一聚合物(其为部分酰亚胺化的聚合物)混合并用作液晶取向剂，并因此，与仅使用用于液晶取向剂的第一聚合物的情况相比，可以显著增强取向层的电特性例如电压保持率。
为了表现出这样的效果，考虑到改善电压保持率，优选的是，由化学式4表示的重复单元中的X4衍生自芳族结构。此外，在由化学式4表示的重复单元中，优选的是，Y4为由化学式6表示的二价有机基团。在此，R9和R10各自独立地为具有3个或更少碳原子的短链官能团，或者更优选地，不包含为支化结构的R9和R10(p和q为0)。
优选地，X2、X3和X4各自独立地为由以下化学式7表示的四价有机基团：
[化学式7]
在化学式7中，
R5至R8各自独立地为氢或C1-6烷基，
L2为单键、-O-、-CO-、-S-、-C(CH3)2-、-C(CF3)2-、-CONH-、-COO-、-(CH2)Z-、-O(CH2)ZO-、或-COO-(CH2)Z-OCO-，
其中z为在1至10之间的整数。
此外，可以将用于液晶取向剂的第一聚合物和用于液晶取向剂的第二聚合物以约15:85至85:15的重量比，优选以约20:80至80:20的重量比混合。如上所述，用于液晶取向剂的第一聚合物包含一定量的已经酰亚胺化的酰亚胺重复单元，并因此，可以在形成涂覆膜之后在不进行高温下的热处理过程的情况下通过直接照射光来产生各向异性，然后进行热处理以完成取向层。用于液晶取向剂的第二聚合物可以增强电特性例如电压保持率。当将具有这样的特性的用于液晶取向剂的第一聚合物和用于液晶取向剂的第二聚合物以上述重量比范围混合并使用时，用于液晶取向剂的第一聚合物的优异光反应特性和液晶取向特性与用于液晶取向剂的第二聚合物的优异电特性可以相互补充，并因此可以制备出同时具有优异的取向特性和电特性的液晶取向层。
除了上述的用于液晶取向剂的第一聚合物和用于液晶取向剂的第二聚合物之外，根据本发明的液晶取向剂组合物包含在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物，从而允许由其制备的液晶取向层表现出高电压保持率。
在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物的分子量可以优选为100至10,000。
作为在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物，可以使用基于脂环的环氧化物、基于双酚的环氧化物或基于酚醛清漆的环氧化物。其具体实例包括3,4-环氧环己基羧酸(3',4'-环氧环己烷)甲酯、4,4'-亚甲基双(N,N'-二缩水甘油基苯胺)或2,2'-(3,3',5,5'-四甲基联苯-4,4'-二基)双(氧基)双(亚甲基)二氧杂环丙烷。
此外，基于用于液晶取向剂的第一聚合物和用于液晶取向剂的第二聚合物的总重量，在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物优选以0.1重量％至30重量％的量包含在内。
同时，将液晶取向剂组合物涂覆于基底上的方法没有特别限制，例如，可以使用诸如丝网印刷、胶版印刷、柔性凹版印刷、喷墨等的方法。
此外，液晶取向剂组合物可以是这样的组合物：其中用于液晶取向剂的第一聚合物和用于液晶取向剂的第二聚合物溶解或分散在有机溶剂中。有机溶剂的具体实例包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-甲基己内酰胺、2-吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四甲基脲、吡啶、二甲基砜、六甲基亚砜、γ-丁内酯、3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺、3-乙氧基-N,N-二甲基丙酰胺、3-丁氧基-N,N-二甲基丙酰胺、1,3-二甲基-咪唑啉酮、乙基戊基酮、甲基壬基酮、甲基乙基酮、甲基异戊基酮、甲基异丙基酮、环己酮、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、二甘醇二甲醚、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、乙二醇单乙醚、乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单丙醚、乙二醇单丙醚乙酸酯、乙二醇单异丙醚、乙二醇单异丙醚乙酸酯、乙二醇单丁醚、乙二醇单丁醚乙酸酯等。它们可以单独使用或者以两种或更多种的组合使用。
此外，除了用于液晶取向剂的聚合物和有机溶剂之外，液晶取向剂组合物还可以包含其他组分。在一个非限制性实例中，当涂覆液晶取向剂组合物时，还可以包含添加剂，所述添加剂能够改善层厚度的均匀性和表面平滑度、能够改善光取向层与基底之间的粘合性、能够改变光取向层的介电常数和电导率、或者能够增加光取向层的密实度。这样的添加剂的实例包括各种溶剂、表面活性剂、基于硅烷的化合物、电介质或交联化合物等。
干燥涂覆膜(步骤2)
步骤2是干燥步骤1中制备的涂覆膜的步骤。
干燥涂覆膜的步骤是为了除去液晶取向剂组合物中使用的溶剂等，并且例如，可以使用诸如加热涂覆膜或真空蒸发的方法。干燥可以优选在50℃至130℃下进行，更优选在70℃至120℃下进行。
在干燥步骤之后立即用光照射涂覆膜以进行取向处理(步骤3)
步骤3是用光照射步骤2中干燥的涂覆膜以进行取向处理的步骤。
在本公开内容中，“在干燥步骤之后立即……涂覆膜”是指在干燥步骤之后在不在高于干燥步骤的温度的温度下进行热处理的情况下立即照射光，并且可以添加除热处理之外的其他步骤。
更具体地，当使用包含聚酰胺酸或聚酰胺酸酯的常规液晶取向剂制备液晶取向层时，其包括在必须进行高温热处理以使聚酰胺酸酰亚胺化之后的照射光的步骤。然而，使用上述一个实施方案的液晶取向剂制备液晶取向层，其不包括热处理步骤，而是直接照射光以进行取向处理，然后通过热处理使经取向处理的涂覆膜固化，从而即使在少量的光照射能量下也制备出具有足够的取向特性和改善的稳定性的液晶取向层。
此外，在取向处理步骤中，光照射优选通过照射波长为150nm至450nm的偏振紫外线来进行。本文中，光暴露强度根据用于液晶取向剂的聚合物的种类而变化，并且可以照射优选10mJ/cm2至10J/cm2的能量，更优选30mJ/cm2至2J/cm2的能量。
对于紫外线，照射偏振紫外线以进行取向处理，所述偏振紫外线选自通过穿过以下装置或以下装置反射的方法经受偏振处理的紫外线：(1)在透明基底(例如石英玻璃、钠钙玻璃、不含钠钙的玻璃等)的表面上使用涂覆有介电各向异性材料的基底的偏光装置；(2)其上精细地沉积有铝或金属丝的偏光板；或者(3)通过石英玻璃的反射的布鲁斯特偏光装置等。本文中，偏振紫外线可以垂直于基底表面照射，或者可以通过引导入射角朝向特定角度来照射。通过这种方法，向涂覆膜赋予液晶分子的取向能力。
使经取向处理的涂覆膜经受低温热处理(步骤4)
步骤4是使步骤3中经取向处理的涂覆膜经受低温热处理的步骤。
如上所述，由于在步骤3中通过在不进行酰亚胺化过程的情况下直接照射线性偏振光而诱导初始各向异性，因此这是通过低温热处理使取向层的一部分重新定向并使分解产物稳定的步骤。此外，这样的低温热处理步骤不同于稍后将描述的通过热处理使经取向处理的涂覆膜固化的步骤。
用于低温热处理的温度是能够使取向膜的一部分重新定向并使分解产物稳定而不使涂覆膜固化的温度，并且优选为200℃或更低。优选地，用于低温热处理的温度为110℃至200℃，更优选为130℃至180℃。在此，热处理的装置没有特别限制，并且可以通过诸如热板、热空气循环路径、红外线炉等的加热装置进行。
通过在高于低温热处理的温度的温度下的热处理使经热处理的涂覆膜固化(步骤5)
步骤5是通过高温热处理使在步骤4中经受低温热处理的涂覆膜固化的步骤。
通过热处理使经取向处理的涂覆膜固化的步骤是这样的步骤：其即使在使用包含常规聚酰胺酸或聚酰胺酸酯的用于液晶取向剂的聚合物制备液晶取向层的方法中也在光照射之后进行，并且不同于将液晶取向剂组合物涂覆于基底上，然后在照射光之前或在照射光的同时进行液晶取向剂组合物的酰亚胺化的热处理步骤。
此外，在热处理期间进行在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物的环氧反应，并因此，可以改善取向稳定化。因此，热处理的温度是这样的温度：在该温度下进行用于液晶取向剂的聚合物的酰亚胺化和在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物的环氧反应，并且优选高于步骤4的低温热处理的温度。优选地，热处理的温度在200℃至250℃下，更优选在210℃至240℃下进行。在此，热处理的装置没有特别限制，并且可以通过诸如热板、热空气循环路径、红外线炉等的加热装置进行。
液晶取向层
此外，本发明可以提供根据上述的用于制备液晶取向层的方法制备的液晶取向层。
如上所述，当将用于液晶取向剂的第一聚合物和用于液晶取向剂的第二聚合物混合并使用时，可以制备出具有增强的取向特性和稳定性的液晶取向层。此外，可以通过在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物的环氧反应增强取向稳定性。
液晶显示装置
此外，本发明提供了包括上述液晶取向层的液晶显示装置。
可以通过已知方法将液晶取向层引入液晶单元中，并且同样地，可以通过已知方法将液晶单元引入液晶显示装置中。液晶取向层可以通过将必须包含由化学式1表示的重复单元的聚合物和包含由化学式4表示的重复单元的聚合物混合来制备，并因此可以实现优异的稳定性和优异的物理特性。因此，可以提供可以表现出高可靠性的液晶显示装置。
有益效果
根据本发明，通过在将液晶取向剂组合物涂覆于基底上并干燥之后省略高温下的热处理过程，直接照射光以进行取向处理，然后使其经受低温热处理和高温热处理，不仅可以降低光照射能量，而且可以通过简化的过程制备出具有优异的取向特性和稳定性以及优异的电压保持率和电特性的液晶取向层。
附图说明
图1示出了在本发明的一个实施例和比较例中的根据低温热处理的温度的延迟变化。
具体实施方式
下文中，将通过实施例更详细地描述本发明。然而，给出这些实施例仅用于说明性目的，并且本发明的范围不旨在受这些实施例限制。
制备例1：二胺的合成
制备例1-1)二胺DA-1的合成
根据以下反应合成二胺DA-1。
具体地，将1,3-二甲基环丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐(DMCBDA)和4-硝基苯胺溶解在DMF(二甲基甲酰胺)中以制备混合物。然后，使混合物在约80℃下反应约12小时以制备酰胺酸。随后，将酰胺酸溶解在DMF中，并向其中添加乙酸酐和乙酸钠以制备混合物。然后，使包含在混合物中的酰胺酸在约90℃下酰亚胺化约4小时。将由此获得的酰亚胺溶解在DMAc(二甲基乙酰胺)中，然后向其中添加Pd/C以制备混合物。将混合物在45℃下在6巴的氢气压力下还原20分钟以制备二胺DA-1。
制备1-2)二胺DA-2的合成
以与制备例1中相同的方式制备具有以上结构的DA-2，不同之处在于使用环丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐(CBDA)代替1,3-二甲基环丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐。
制备例2：用于液晶取向剂的聚合物的制备
制备例2-1)用于液晶取向剂的聚合物P-1的制备
(步骤1)
将5.0g(13.3mmol)制备例1-2中制备的DA-2完全溶解在71.27g无水N-甲基吡咯烷酮(NMP)中。然后，在冰浴下向该溶液中添加2.92g(13.03mmol)1,3-二甲基环丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐并在室温下搅拌16小时。
(步骤2)
将步骤1中获得的溶液倒入过量的蒸馏水中以形成沉淀物。然后，将形成的沉淀物过滤，用蒸馏水洗涤两次并用甲醇洗涤三次。将由此获得的固体产物在40℃下的真空烘箱中干燥24小时以获得6.9g用于液晶取向剂的聚合物P-1。
作为通过GPC确定P-1的分子量的结果，数均分子量(Mn)为15,500g/mol，并且重均分子量(Mw)为31,000g/mol。此外，聚合物P-1的单体结构通过所用单体的当量比来确定，分子中亚胺结构的比率为50.5％，并且酰胺酸结构的比率为49.5％。
制备例2-2)用于液晶取向剂的聚合物P-2的制备
将5.0g制备例1-1中制备的DA-1和1.07g对苯二胺(PDA)完全溶解在103.8g NMP中。然后，在冰浴下向该溶液中添加2.12g环丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐(CBDA)和3.35g 4,4'-氧二邻苯二甲酸酐(OPDA)并在室温下搅拌16小时。其后，以与制备例2-1的步骤2中相同的方式制备聚合物P-2。
作为通过GPC确定P-2的分子量的结果，数均分子量(Mn)为18,000g/mol，并且重均分子量(Mw)为35,000g/mol。此外，对于聚合物P-2，分子中亚胺结构的比率为36.4％，并且酰胺酸结构的比率为63.6％。
制备例2-3)用于液晶取向剂的聚合物P-3的制备
将6.0g制备例1-2中制备的DA-2和1.37g 4,4′-氧二苯胺(ODA)完全溶解在110.5gNMP中。然后，在冰浴下向该溶液中添加3.47g DMCBDA和1.44g均苯四甲酸二酐并在室温下搅拌16小时。其后，以与制备例2-1的步骤2中相同的方式制备聚合物P-3。
作为通过GPC确定P-3的分子量的结果，数均分子量(Mn)为14,500g/mol，并且重均分子量(Mw)为29,000g/mol。此外，对于聚合物P-3，分子中亚胺结构的比率为41.9％，并且酰胺酸结构的比率为58.1％。
制备例2-4)用于液晶取向剂的聚合物Q-1的制备
将5.00g 4,4'-亚甲基二苯胺和和5.05g 4,4′-氧二苯胺(ODA)完全溶解在221.4gNMP中。然后，在冰浴下向该溶液中添加14.55g 4,4'-二邻苯二甲酸酐(4,4'-biphthalicanhydride)并在室温下搅拌16小时。其后，以与制备例2-1的步骤2中相同的方式制备聚合物Q-1。
作为通过GPC确定Q-1的分子量的结果，数均分子量(Mn)为25,000g/mol，并且重均分子量(Mw)为40,000g/mol。
制备例3：液晶取向剂组合物的制备
制备例3-1
将5重量份制备例2-1中制备的P-1、5重量份制备例2-4中制备的Q-1和0.5重量份3,4-环氧环己基羧酸(3',4'-环氧环己烷)甲酯(由Daicel生产的Celloxide 2021P)完全溶解在NMP和正丁氧基乙醇的重量比为8:2的混合溶剂中。然后，用由聚(四氟乙烯)制成的孔径为0.2μm的过滤器对所得物进行压滤，以制备液晶取向剂组合物。
制备例3-2
以与制备例3-1中相同的方式制备液晶取向剂组合物，不同之处在于使用制备例2-2中制备的P-2代替制备例2-1中制备的P-1。
制备例3-3
以与制备例3-1中相同的方式制备液晶取向剂组合物，不同之处在于使用制备例2-3中制备的P-3代替制备例2-1中制备的P-1。
实施例1：液晶取向层和液晶单元的制备
使用以上制备的液晶取向剂组合物通过以下方法制备液晶单元。
首先，使用旋涂法将制备例3-1中制备的液晶取向剂组合物各自涂覆于基底(下板)和没有电极图案的玻璃基底(上板)上，在所述基底(下板)中，在尺寸为2.5cm×2.7cm的矩形玻璃基底上形成有厚度为60nm、电极宽度为3μm且电极之间的间距为6μm的梳形IPS模式ITO电极图案。
然后，将涂覆有液晶取向剂组合物的基底放置在约80℃下的热板上1分钟以蒸发溶剂。为了使由此获得的涂覆膜取向，使用暴露装置以0.3J/cm2的强度照射254nm的紫外线，其中线性起偏器粘附至各个上板和下板的涂覆膜。
然后，将涂覆膜放置在130℃下的热板上500秒，从而使其经受低温热处理。其后，将涂覆膜在约230℃下的烘箱中煅烧(固化)20分钟以获得厚度为0.1μm的涂覆膜。然后，将充满尺寸为3μm的球形间隔物的密封剂施加到上板的除液晶注入孔之外的边缘。随后，对形成在上板和下板上的取向层进行取向使得它们彼此面对并且取向方向彼此对齐，然后将上板和下板粘合在一起并使密封剂固化以制备空的空间。然后，将液晶注入空单元中以产生IPS模式液晶单元。
实施例2至6
以与实施例1中相同的方式制备各液晶单元，不同之处在于分别将低温热处理的温度升高至160℃(实施例2)、180℃(实施例3)、200℃(实施例4)、210℃(实施例5)和220℃(实施例6)。
比较例1和2
以与实施例1中相同的方式制备液晶单元，不同之处在于省略低温热处理(比较例1)。此外，以与实施例1中相同的方式制备液晶单元，不同之处在于省略低温热处理并且将煅烧(固化)温度设定为240℃。
实验例
如下评估实施例和比较例中制备的液晶单元的特性。
a.延迟(R)的测量
在实施例中，在进行低温热处理过程之后测量延迟，并且在进行高温热处理过程之后测量延迟。在比较例的情况下，在进行高温热处理过程之后测量延迟。使用由Axomertics,Inc.制造的AxoStep测量各延迟，并且结果示于图1中。
如图1所示，当在130℃至180℃下进行低温热处理然后进行高温热处理时，延迟的增加是显著的。特别地，当在130℃下进行低温热处理然后进行高温热处理时，延迟值比比较例1中的延迟值高约25％。
b.AC残留图像的测量
使用实施例1的液晶单元和比较例1的液晶单元测量AC残留图像。
具体地，将偏光板粘附至液晶单元的上板和下板以使其彼此垂直。将粘附有偏光板的液晶单元粘附至7,000cd/m2的背光上，并使用用于测量亮度的装置PR-880设备来测量黑模式下的亮度。然后，在室温下用5V的AC电压驱动液晶单元24小时。其后，在关闭液晶单元的电压的状态下以与上述相同的方式测量黑模式下的亮度。在驱动液晶单元之前测量的初始亮度(L0)与在驱动液晶单元之后测量的最终亮度(L1)之差除以初始亮度(L0)的值并乘以100，由此计算亮度波动率。当计算出的亮度波动率较接近0％时，其意味着取向稳定性是优异的。
作为测量结果，实施例1的液晶单元的亮度波动率为2.29％(±1.32％)，而比较例1的液晶单元的亮度波动率为5.08％(±1.26％)。
c.VHR(电压保持率)高温长期可靠性的评估
使用实施例1的液晶单元和比较例1的液晶单元评估VHR(电压保持率)高温长期可靠性。
具体地，在施加苛刻条件之前，使用TOYO 6254设备测量电压保持率(VHR)(VHR初始)，然后在将液晶单元在5V、60Hz、60℃的苛刻条件下静置120小时之后再次测量VHR(VHR应力)。其测量结果通过以下等式1计算。
[等式1]
VHR高温长期可靠性＝(VHR初始-VHR应力)/VHR初始
就此而言，VHR高温长期可靠性在其值降低时是优越的，并且实施例1的液晶单元的VHR高温长期可靠性为13％，而比较例1的液晶单元的VHR高温长期可靠性为25％。因此，可以确定，当通过根据本发明的制备方法制备液晶单元时，VHR高温长期可靠性是优越的。

Claims (14)

1.一种用于制备液晶取向层的方法，包括以下步骤：
1)将液晶取向剂组合物涂覆于基底上以形成涂覆膜；
2)干燥所述涂覆膜；
3)在干燥步骤之后立即用光照射所述涂覆膜以进行取向处理；
4)使经取向处理的涂覆膜经受200℃以下的低温热处理；以及
5)通过在高于所述低温热处理的温度的温度下的热处理使经热处理的涂覆膜固化，
其中所述液晶取向剂组合物包含i)用于液晶取向剂的第一聚合物，所述第一聚合物包含选自以下的两种或更多种重复单元：由以下化学式1表示的重复单元、由以下化学式2表示的重复单元和由以下化学式3表示的重复单元，其中相对于由以下化学式1至3表示的全部重复单元，由以下化学式1表示的重复单元的含量为5mol％至74mol％；ii)用于液晶取向剂的第二聚合物，所述第二聚合物包含由以下化学式4表示的重复单元；以及iii)在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物：
[化学式1]
[化学式2]
[化学式3]
[化学式4]
在化学式1至4中，
R1和R2各自独立地为氢或C1-10烷基，条件是R1和R2不能均为氢，
R3和R4各自独立地为氢或C1-10烷基，以及
X1为由以下化学式5表示的四价有机基团，
[化学式5]
在化学式5中，
R5至R8各自独立地为氢或C1-6烷基，
X2、X3和X4各自独立地为衍生自具有4至20个碳原子的烃的四价有机基团，或者如下四价有机基团：其中所述四价有机基团的至少一个氢被卤素取代或者其中至少一个-CH2-被-O-、-CO-、-S-、-SO-、-SO2-或-CONH-替代使得氧原子或硫原子不直接连接，以及
Y1、Y2、Y3和Y4各自独立地为由以下化学式6表示的二价有机基团，
[化学式6]
在化学式6中，
R9和R10各自独立地为卤素、氰基、C1-10烷基、C2-10烯基、C1-10烷氧基、C1-10氟烷基或C1-10氟烷氧基，
p和q各自独立地为在0与4之间的整数，
L1为单键、-O-、-CO-、-S-、-SO2-、-C(CH3)2-、-C(CF3)2-、-CONH-、-COO-、-(CH2)z-、-O(CH2)zO-、-O(CH2)z-、-OCH2-C(CH3)2-CH2O-、-COO-(CH2)z-OCO-、或-OCO-(CH2)z-COO-，
其中z为在1与10之间的整数，以及
m为在0与3之间的整数。
2.根据权利要求1所述的用于制备液晶取向层的方法，
其中所述X2、X3和X4各自独立地为以下化学式7中所述的四价有机基团：
[化学式7]
在化学式7中，
R5至R8各自独立地为氢或C1-6烷基，
L2为单键、-O-、-CO-、-S-、-C(CH3)2-、-C(CF3)2-、-CONH-、-COO-、-(CH2)Z-、-O(CH2)ZO-、或-COO-(CH2)Z-OCO-，
其中z为在1至10之间的整数。
3.根据权利要求1所述的用于制备液晶取向层的方法，
其中所述在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物的分子量为100至10,000。
4.根据权利要求1所述的用于制备液晶取向层的方法，
其中所述在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物为基于脂环族的环氧化物、基于双酚的环氧化物、或基于酚醛清漆的环氧化物。
5.根据权利要求1所述的用于制备液晶取向层的方法，
其中基于用于液晶取向剂的聚合物的重量，所述在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物的含量为0.1重量％至30重量％。
6.根据权利要求1所述的用于制备液晶取向层的方法，
其中用于液晶取向剂的所述第一聚合物与用于液晶取向剂的所述第二聚合物的重量比为1:9至9:1。
7.根据权利要求1所述的用于制备液晶取向层的方法，
其中所述液晶取向剂组合物是这样的组合物：其中用于液晶取向剂的所述第一聚合物、用于液晶取向剂的所述第二聚合物和所述在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物溶解或分散在有机溶剂中。
8.根据权利要求1所述的用于制备液晶取向层的方法，
其中步骤2的所述干燥在50℃至130℃下进行。
9.根据权利要求1所述的用于制备液晶取向层的方法，
其中步骤3的所述取向处理通过照射波长为150nm至450nm的偏振紫外线来进行。
10.根据权利要求1所述的用于制备液晶取向层的方法，
其中步骤4的所述低温热处理在110℃至200℃下进行。
11.根据权利要求1所述的用于制备液晶取向层的方法，
其中步骤5的所述热处理在200℃至250℃下进行。
12.一种根据权利要求1至11中任一项制备的液晶取向层。
13.一种液晶显示装置，包括根据权利要求12所述的液晶取向层。
14.一种用于制备液晶取向层的方法，包括以下步骤：
1)将液晶取向剂组合物涂覆于基底上以形成涂覆膜；
2)干燥所述涂覆膜；
3)在干燥步骤之后立即用光照射所述涂覆膜以进行取向处理；
4)使经取向处理的涂覆膜经受200℃以下的低温热处理；以及
5)通过在高于所述低温热处理的温度的温度下的热处理使经热处理的涂覆膜固化，
其中所述液晶取向剂组合物包含聚酰亚胺前体和在分子中具有两个或更多个环氧基的化合物。
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