[发明专利]一种梯形聚硅氧烷为基体的液晶定向膜及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种液晶显示用的新型定向膜，特别涉及一种以含竖接型或侧接型取代侧链和基团的梯形聚倍半硅氧烷为基材的新型液晶定向膜及其制造方法。

现在已广泛普及的向列型(Nematic)的TN和STN方式的液晶显示器中，为使液晶分子沿一定方向排列，一般采取将聚酰亚胺(PI)，聚酰胺(PA)，聚酰胺亚胺(PAI)和聚乙烯醇等有机高分子在基板上形成高分子薄膜，再用尼龙布、丝绒、棉布等在它的表面沿一定方向进行摩擦(rubbing)处理。

在单色显示器的时代已商品化的以聚酰亚胺为代表的定向膜有耐热和耐溶剂的优点，摩擦处理后得到的定向膜诱导表层液晶分子的预倾角在2-4°。但是因为这种芳香族聚酰亚胺不溶于溶剂，必须从它的可溶性前体聚酰胺酸的溶液涂布后进行高温热处理以进行脱水亚胺化闭环，为了完成热亚胺化反应，需要在聚酰亚胺的玻璃化转变温度(Tg)300-350℃以上的高温进行热处理。

对于单色的显示器，在定向膜形成时周围的材料多为无机物，在耐热性这一点上不成问题。现在已进入彩色显示的时代，为达到高对比度的彩色显示所采用的彩色滤光片中的染料会在180℃以上温度退色，驱动画面的TFT(thin film transitor)其耐热性的极限也仅在200℃左右。因而过去所用的聚酰胺酸的亚胺化过程必须限定在180℃以下进行，但是在这种温度下亚胺化率很低，进行到一半的亚胺化率，因为分子量低，还会慢慢进行反应因而会长期处于不稳定状态，工业品的品质是个致命的问题。亚胺化率也是影响定向性能的重要因素。因而从定向膜的性能要求必须在高温下达到完全亚胺化的结构。

其次聚酰亚胺酸只能溶于如NMP(N-methyl Pyrolidine)等酰胺系列的强极性溶剂，这种聚酰胺系列的溶剂对极性化合物溶解能力极强，因而会产生将彩色滤光片中染料抽出的问题。

再有为了达到LCD的高画质，要求定向膜要有高的电压保持率，即加电压时漏电流尽量小。换句话说就是要求定向膜电化学稳定的化学结构，因此要考虑芳香族聚酰亚胺的定向膜的电压保持率问题。因为芳香族聚酰亚胺具有平面共轭结构，在发生电化学的电荷转移反应时，由于生成物具有共轭稳定性结构，容易发生电荷转移反应，其结果使电压保持率低，所以原有的聚酰亚胺定向膜的电压保持率有一定的界限是容易理解的。为了改善以上所提到的已商品化的聚酰亚胺定向膜所存在的问题，许多研究工作者作了种种努力，希望实现(1)在较低的温度下制膜加工(2)能在比酰胺类溶剂极性低的溶剂中溶解(3)改善聚酰亚胺膜的电压保持率。多数采取引入非共轭的不对称酯环族结构单元。但是正如文献所述，这类结构改性是比较复杂的。

综上所述，目前迫切需要开发新型的定向膜材料，它能有效地解决现有的PI定向膜所存在的上述问题，以适应彩色和TFT有源驱动方式的液晶平板显示器的要求。

与本发明有关的先期工作是关于梯形聚倍半硅氧烷的合成，特别是含Si-H基的反应性聚氢基倍半硅氧烷的合成。中国专利CN94100507公开了“高规整度的梯形聚氢基倍半硅氧烷及其共聚物和它们的制法”以及日本专利JP08,188649[96,188649]公开了“带可溶性和成膜性的梯形聚倍半硅氧烷及其制造方法”。为本发明的新型液晶定向膜提供了基体材料：梯形聚氢基倍半硅氧烷及其共聚物。

本发明的目的是克服了已有技术中定向膜不易溶解，而提供一种易溶于通用溶剂的新型结构的高分子定向膜。本发明的另一目的是提供了一种直接从高分子溶液涂膜的定向膜制备方法，并在比较温和的条件下(200℃以下)固化成膜，还可以很方便地通过不同类型和长短的侧链和基团修饰以达到在较大范围调整液晶分子在其表面的预倾角的目标。

本发明梯形聚倍半硅氧烷为基体的液晶定向膜的基体：梯形聚倍半硅氧烷，其结构通式如式Ⅰ：式中用R^1a和R^1b表示C1-C10的烃类，包括烷基、环烷基或芳基、芳烷基。烷基为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、特丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基等直链和支化的C1-C10的烷基，最好是碳原子数为1-4的低级烷基特别是甲基或乙基。环烷基为环丁烷、环戊烷、环己烷、环辛烷等C3-C10的环烷基。芳基如苯基、α-萘基、β-萘基等，芳烷基如苄基、苯乙基、苯丁基、苯己基、α-萘甲基等C7-C20的芳烷基。最好的芳基为苯基，最好的芳烷基为苄基。反应性的侧基包括氢原子和不饱和链烯基，如乙烯基、丙烯基、苯乙烯基等。R2a、R2b、R2c和R2d可以相同或不同，为H原子和低级烷基，n为10-10⁴。