РАЗВЕТВЛЕННЫЙ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЙ ПОЛИМЕР И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПАНЕЛЕЙ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
BRANCHED ORGANOSILICON POLYMER AND A METHOD OF MAKING LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANELS FOR INFORMATION DISPLAY

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка притязает на приоритет патентной заявки КНР № CN 201510526256.0 с названием "Разветвленный кремнийорганический полимер и способ изготовления жидкокристаллических панелей отображения информации", поданной 25 августа 2015 г., содержание которой включено в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Область техники
Настоящее раскрытие относится к области способов отображения информации и, в частности, к разветвленному кремнийорганическому полимеру. Кремнийорганический полимер позволяет вертикально выравнивать жидкий кристалл. Настоящее раскрытие также относится к использованию этого кремнийорганического полимера.
Предпосылки для создания изобретения
На подложке цветного фильтра и подложке TFT-матрицы жидкокристаллического устройства отображения (LCD) располагают слой пленочного материала, называемого пленкой для выравнивания (обычно из полиимидного материала), главным образом для выравнивания молекул жидкого кристалла в определенном направлении. Этот тип пленок для выравнивания можно по существу разделить на полиимидные материалы для выравнивания трением и полиимидные материалы для выравнивания светом. Однако эти оба типа материалов для выравнивания имеют свои недостатки. Во-первых, при выравнивании трением могут появляться частицы пыли, остатки электростатических материалов, следы от щетки и другие проблемы, которые снижают выход технологического процесса. Материалы для выравнивания светом, хотя и лишенные таких проблем, имеют ограниченные свойства, недостаточную тепловую стойкость и недостаточное сопротивление старению, а также слабую способность закреплять молекулы жидкого кристалла, что влияет на качество панели. Более того, полиимидные материалы, имеющие высокую полярность и высокий показатель поглощения воды как таковые, могут легко ухудшать свои свойства при хранении и транспортировке, что приводит к неоднородному выравниванию. Помимо этого, полиимидные материалы имеют высокую стоимость, и операция нанесения пленки из них на ЖК-дисплей TFT относительно сложная, что приводит к повышению стоимости панели.
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить новый материал и новый способ, посредством которого можно получить экономию полиимидных пленок в ЖК-дисплее TFT при сохранении выравнивания молекул жидкого кристалла. Это не только в значительной степени упрощает процесс изготовления ЖК-дисплеев TFT, но и снижает стоимость их изготовления.
Раскрытие изобретения
Имея в виду недостатки известного уровня техники, настоящее раскрытие предлагает разветвленный кремнийорганический полимер, который при использовании в ЖК-дисплее TFT позволяет выравнивать молекулы жидкого кристалла без полиимидной пленки, что значительно снижает стоимость изготовления панели.
Согласно одному аспекту настоящего раскрытия, предложен разветвленный кремнийорганический полимер с молекулярной формулой, показанной как формула I,
n
2n+1
n
n+2
1
2
SiORR, формула I
2
где R соединен непосредственно с атомом кремния, и R соединен с атомом кремния через атом кислорода, причем два соседние атома кремния соединены через атом кислорода;
где n - целое число в интервале от 2 до 15;
2
1
5
где R - С-С алкил, и
1
3
3
1
3
6
20
3
15
1
3
где R - группа, содержащая 10-30 атомов углерода, по выбору включающая или не включающая группу, выбираемую из -CR=CR-, -С≡С-, С-С арилена, С-С циклоалкена, -CONH- и -СОО-, причем один или несколько атомов Н в R по выбору замещены или не замещены гетероатомами, которыми могут быть атомы галогена, нитрогруппы, алкоксигруппы и т.д., и где R - водород или С-С алкил.
n
2n+1
n
n+2
1
2
Согласно настоящему раскрытию, структура кремнийорганического полимера в основном включает две части: головную группу А и хвостовую группу В с некоторым множеством цепей. А относится к SiO и по существу является разветвленной структурой; тогда как В относится к RR, т.е. структуре с некоторым множеством ветвей. Из-за уникальной структуры -Si-O-, разветвленный кремнийорганический полимер с малой молекулярной массой настоящего раскрытия имеет характеристики как органического материала, так и неорганического материала. С одной стороны, он имеет низкое поверхностное натяжение и низкую поверхностную энергию, и с другой стороны, поскольку энергия связи -Si-O- (462 кДж/моль) выше чем энергия связи -С-С- (347 кДж/моль), стойкость материала к температуре и окислению повышается. Помимо этого, -Si-O- также является полярной якорной группой, способной прикреплять другие материалы.
2
1
3
3
3
3
6
Согласно одному конкретному варианту осуществления разветвленного кремнийорганического полимера настоящего раскрытия, n предпочтительно является целым числом в интервале от 2 до 10 и более предпочтительно целым числом в интервале от 2 до 6. Предпочтительно, R является метилом, этилом или пропилом. Предпочтительно, R содержит группу, выбираемую из -CR=CR-, -С≡С-, фенилена, С-С циклоалкилена, -CONH- и -СОО-. В то же время, если включен фенилен или циклоалкилен, атомы Н в фенилене или циклоалкилене по выбору замещены или не замещены атомами галогена. R является водородом, метилом или этилом.
2
1
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего раскрытия, в разветвленном кремнийорганическом полимере R является метилом, этилом или пропилом; и R выбирают из следующих групп:
,
,
,
,
, и
.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего раскрытия, когда n равно 2, 3 или 4, кремнийорганический полимер имеет формулу II, III или IV:
2
1
2
2
причем с увеличением n -OR в формуле кремнийорганического полимера постоянно замещен на -OSiR(OR).
Согласно настоящему раскрытию, разветвленный кремнийорганический полимер имеет низкое поверхностное натяжение и низкую поверхностную энергию, при этом высокую стойкость к температуре и окислению. Связь кремний-кислород в кремнийорганическом полимере может взаимодействовать с другими атомами и играть якорную роль.
1
2
l
2
3
3
Разветвленный кремнийорганический полимер настоящего раскрытия можно получить, выполнив управляемый гидролиз кремниевого соединения с общей формулой RSi(OR), где кремниевое соединение с общей формулой RSi(OR) можно получить посредством, например, конденсации.
Согласно еще одному аспекту настоящего раскрытия, предложен способ изготовления жидкокристаллической панели отображения, включающий:
этап 1): создание тела ячейки, включающего первую подложку и вторую подложку, причем ни первая подложка, ни вторая подложка не имеет пленки для выравнивания;
этап 2): добавление реактивного мономера и вышеуказанного разветвленного кремнийорганического полимера в жидкий кристалл для получения смешанного раствора;
этап 3): капельное добавление смешанного раствора между первой подложкой и второй подложкой в теле ячейки, при этом разветвленный кремнийорганический полимер позволяет вертикально выравнивать жидкий кристалл на поверхности первой подложки и поверхности второй подложки;
этап 4): подача напряжения для отклонения жидкого кристалла, после чего следует полимеризация реактивного мономера на поверхности первой подложки и поверхности второй подложки, чтобы прикрепить жидкий кристалл; и
этап 5): прекращение подачи напряжения и получение жидкокристаллической панели отображения.
n
2n+1
n
n+2
l
2
Согласно одному конкретному варианту осуществления способа настоящего раскрытия, на этапе 2) смешанный раствор содержит 0,1-5 мас. % разветвленного кремнийорганического полимера. Структура кремнийорганического полимера в основном включает две части: головную группу А и хвостовую группу В с некоторым множеством цепей. А относится к SiO и по существу является разветвленной структурой. Формирование головной группы некоторым множеством групп кремний-кислород может усилить адгезию полярной группы к поверхности подложки и усилить якорный эффект между ними. -Si-O- является полярной якорной группой, главная функция которой - прикреплять головную группу к поверхности подложки. В относится к RR, т.е., структуре с некоторым множеством ветвей. Хвостовая группа функционирует, главным образом, как трехмерное препятствие, чтобы выравнивать молекулы жидкого кристалла вертикально. Расчеты множественных хвостовых групп могут усилить эффект вертикального выравнивания молекул жидкого кристалла.
Согласно еще одному конкретному варианту осуществления способа настоящего раскрытия, на этапе 2) реактивный мономер включает по меньшей мере одно, выбираемое из группы, состоящей из комбинации эпоксидной смолы и жирного амина как вещества для отверждения эпоксидной смолы, его акрилатов и производных, метил акрилата и его производных, стирола и его производных. Реактивный мономер является широко используемым в области полимеров соединением, который может быть полимеризован радиацией, и подробно здесь описай не будет. Смешанный раствор содержит 0,01 - 0,1 мас. % реактивного мономера.
2
Согласно еще одному конкретному варианту осуществления способа настоящего раскрытия, на этапе 4) полимеризацией является радиационная полимеризация, причем источником света, используемым для радиационной полимеризации, является УФ-свет с частотой 313 нм. Доза радиации составляет от 0,1 до 1 мВт/см. Предпочтительно, подаваемое напряжение составляет от 15 до 25 В.
Согласно еще одному конкретному варианту осуществления способа настоящего раскрытия, на этапе 1) первой подложкой и второй подложкой являются, соответственно, подложка цветного фильтра и подложка матрицы тонкопленочных транзисторов (TFT). В зависимости от материалов подложек, на которых расположена -Si-O-, механизмы действия между -Si-O- и подложками различаются. Механизмы действия включают, главным образом, два типа: i) механизм взаимодействия между -Si-O- и оксида индия-олова, то есть одна пара электронов в атоме кислорода в -Si-O- образует гибрид с пустой р-орбиталыо или d-орбиталыо в атоме индия (конфигурация внеядерных электронов: In:[Kr] 4d10 5s2 5p1) или атоме олова (конфигурация внеядерных электронов: Sn: [Kr] 4d10 5s2 5р2) в оксиде индия-олова на поверхности подложки, чтобы получить их объединение посредством координационной связи; ii) механизм взаимодействия между -Si-O- и SiNx, то есть атом кислорода в -Si-O- взаимодействует с атомом азота в SiNx.
Согласно настоящему раскрытию, разветвленный кремнийорганический полимер имеет характеристики как органического материала, так и неорганического материала, т.е., низкое поверхностное натяжение и низкую поверхностную энергию и высокую стойкость к температуре и окислению. А имеет некоторое множество групп -Si-O-, главным образом усиливающих якорное действие на подложке. Структура В некоторого множества ветвей главным образом увеличивает эффект вертикального выравнивания молекул жидкого кристалла.
Согласно способу изготовления жидкокристаллической панели отображения, предложенному в настоящем раскрытии, разветвленный кремнийорганический полимер используют для замены полиимидной пленки для выравнивания в ЖК-дисплее TFT, чтобы получить экономию на изготовлении полиимида, этим значительно упрощая способ изготовления жидкокристаллической панели отображения и снижая стоимость ее изготовления.
Согласно еще одному аспекту настоящего раскрытия, также предложена жидкокристаллическая панель отображения, включающая: первую подложку, вторую подложку, жидкий кристалл, полимер и описанный выше разветвленный кремнийорганический полимер.
В жидкокристаллической панели отображения, предложенной в настоящем раскрытии, молекулы жидкого кристалла могут быть выровнены в определенном направлении, при этом полимер получают путем полимеризации реактивного мономера.
Жидкий кристалл настоящего раскрытия широко используется в данной области техники и подробно здесь описан не будет.
Согласно одному конкретному варианту осуществления жидкокристаллической панели отображения настоящего раскрытая, первой подложкой является подложка цветного фильтра, и второй подложкой является подложка матрицы тонкопленочных транзисторов. В еще одном конкретном варианте осуществления первая подложка и вторая подложка не включают пленок для выравнивания.
Согласно новому разветвленному кремнийорганическому полимеру, предложенному в настоящем раскрытии, он имеет в структуре некоторое множество групп кремний-кислород и некоторое множество разветвленных цепей. При использовании этого разветвленного кремнийорганического полимера в области ЖК-дисплеев, он может, с одной стороны, давать якорный эффект с подложкой и за счет наличия упомянутого множества ветвей улучшать вертикальное выравнивание жидкого кристалла. Согласно разветвленному кремнийорганическому полимеру, предложенному в настоящем раскрытии, его можно использовать для изготовления жидкокристаллической панели отображения без пленки для выравнивания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематически показана структура разветвленного кремнийорганического полимера согласно настоящему раскрытию.
Фиг. 2 - схематически показано действие разветвленного кремнийорганического полимера согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия.
Фиг. 3 - технологическая схема изготовления жидкокристаллической панели отображения согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия.
Фиг. 4 - схематически показана жидкокристаллическая панель отображения согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия.
Подробное описание вариантов осуществления
Настоящее раскрытие далее будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи и конкретные варианты осуществления, которые не должны истолковываться как ограничивающие настоящее раскрытие.
n
2n+1
n
n+2
1
2
На Фиг. 1 схематически показана структура разветвленного кремнийорганического полимера согласно настоящему раскрытию. Как показано на Фиг. 1, структура разветвленного кремнийорганического полимера главным образом включает головную группу А и хвостовую группу В с некоторым множеством цепей. А относится к SiO и по существу является разветвленной структурой; и В относится к RR, т.е., к структуре с некоторым множеством цепей.
На Фиг. 2 схематически показано действие разветвленного кремнийорганического полимера согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия, где первой подложкой 1 и второй подложкой 6 являются подложка цветного фильтра и подложка матрицы тонкопленочных транзисторов, соответственно. Слои оксида индия-олова 2 и 7 расположены на первой подложке 1 и второй подложке 6, соответственно, при этом оксид индия-олова только частично покрывает вторую подложку 6. Реактивный мономер 4, разветвленный кремнийорганический полимер 5 и жидкий кристалл 3 расположены между первой подложкой 1 и второй подложкой 6. Молекулы жидкого кристалла выравниваются вертикальном под действием разветвленного кремнийорганического полимера 5. Кремнийорганический полимер 5 функционирует как агент вертикального выравнивания.
2
1
2
2
2
8
17
На Фиг. 3 представлена технологическая схема изготовления жидкокристаллической панели отображения согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия, а) Показано тело ячейки, включающее первую подложку 1 и вторую подложку 6, причем пи первая подложка, ни вторая подложка не имеет пленки для выравнивания; реактивный мономер 4 и разветвленный кремнийорганический полимер 5 добавляют в жидкий кристалл 3, чтобы приготовить смешанный раствор; смешанный раствор капельно добавляют между первой подложкой 1 и второй подложкой 6 в тело ячейки, в это время разветвленный кремнийорганический полимер 5 позволяет вертикально выравнивать молекулы жидкого кристалла 3 на поверхности первой подложки 1 и поверхности второй подложки 6. Ь) Напряжение 20 В подают для того, чтобы отклонить жидкий кристалл. с) Реактивный мономер 4 полимеризуют на поверхности первой подложки 1 и поверхности второй подложки 6, воздействуя излучением УФ-света с длиной волны 313 нм (0,5 мВт/см), чтобы получить полимер 9, который закрепляет жидкий кристалл. d) Напряжение сбрасывают и получают жидкокристаллическую панель отображения. Жидкий кристалл 3 в панели имеет угол предварительного наклона 8. Используемым реактивным мономером является метил акрилат. Смешанный раствор содержит 0,05 мас. % реактивного мономера и 3 мас. % разветвленного кремнийорганического полимера. В используемом разветвленном кремнийорганическом полимере n равно 3, и R и R являются, соответственно, -(CH)-CONH-HC=CH-COO-CH и метилом. Специалисты в данной области техники поймут, что для осуществления настоящего раскрытия и получения жидкокристаллической панели отображения могут быть использованы другие виды и количества реактивных мономеров, другие виды и количества разветвленных кремнийорганических полимеров, другие напряжения и дозы облучения, но в пределах настоящего раскрытия.
На Фиг. 4 показана жидкокристаллическая панель отображения, полученная в соответствии с настоящим раскрытием, в которой молекулы жидкого кристалла нормально выровнены, и на экране может быть нормально отображена информация. Это показывает, что разветвленный кремнийорганический полимер способен вертикально выравнивать молекулы жидкого кристалла, так что такую жидкокристаллическую панель отображения можно изготовить без использования пленки для выравнивания.
Следующие примеры должны показать синтез двух кремнийорганических полимеров. По приведенным ниже процедурам также можно синтезировать и другие кремнийорганические полимеры.
Пример 1
Синтезировали небольшие молекулы линейного кремнийорганического полимера, как показано в процедуре 1).
1)
где молярное отношение соединения, показанного формулой i), и соединения, показанного формулой ii), составляло от 1:1 до 1:1,4, предпочтительно 1:1,2; температура реакции между соединением формулы i) и соединением формулы ii) составляла от 20°С до 60°С, предпочтительно 50°С: и время реакции составляло от 1 ч до 5 ч, предпочтительно 4 ч.
Температура реакции синтеза соединения формулы iv) с соединением формулы iii) и амиламином составляла от 60°С до 90°С, предпочтительно 80°С; и реакцию проводили от 1 ч до 5 ч, предпочтительно 3 ч.
1
Данные Н-ЯМР соединения формулы iv) следующие: 8: 0,96 (3Н), 1,33 (2Н), 1,29 (2Н), 1,59 (2Н), 3,20 (2Н), 8,0 (1H), 8,13 (2Н), 7,69 (2Н), 3,55 (9Н), 3,2 (2Н) и 0,88 (2Н).
Соединение кремния формулы iv) затем гидролизовали, чтобы получить разветвленный кремнийорганический полимер настоящего раскрытия, как показано в процедуре 3).
1
где R, и R2 метил, т.е. соединение формулы iv).
2
2
4
При приготовлении кремнийорганического полимера с n=2 молярное отношение соединения формулы iv) и НО составляло от 1:1,1 до 1:1,5, предпочтительно 1:1,3, и температура реакции составляла 50°С. Для ускорения гидролиза добавили небольшое количество HSO, чтобы получить кремнийорганический полимер с n=2.
1
Данные Н-ЯМР следующие: δ: 0,96 (6Н), 1,33 (4Н), 1,29 (8Н), 1,59 (4Н), 3,20 (4Н), 8,0 (4Н), 8,13 (4Н), 7,69 (4Н), 3,55 (12Н), 3,2 (4Н) и 0,88 (4Н).
2
Специалисты в данной области техники поймут, что регулируя молярное отношение соединения формулы iv) и НО и другие условия, можно получить кремнийорганические полимеры с другими значениями n.
Пример 2
Синтезировали небольшие молекулы линейного кремнийорганического полимера, как показано процедурой 2), причем молярное отношение соединения формулы i) и соединения формулы v) составляло от 1:1 до 1:1,4, предпочтительно 1:1,2; температура реакции между соединением формулы i) и соединением формулы v) составляла от 20°С до 60°С, предпочтительно 40°С; и время реакции составляло от 1 ч до 5 ч, предпочтительно 3 ч.
2
Молярное отношение соединения формулы vi) с n-октанолом составляло 1:1, в которое добавили 1,1 × SOCl, после чего реакция продолжалась один час.
1
Данные Н-ЯМР полученного соединения формулы vii) следующие: δ: 0,96 (3Н), 1,33 (2Н), 1,29 (8Н), 1,57 (2Н), 4,15 (2Н), 3,55 (9Н), 8,0 (1H), 3,0 (2Н), 0,84 (2Н), 7,49 (1Н) и 6,95 (1Н).
2)
2
1
2
2
8
17
Соединение кремния формулы vii) затем гидролизовали, чтобы получить разветвленный кремнийорганический полимер настоящего раскрытия, как показано процедурой 3), где R - метил, и R- -(CH)-CONH-HC=CH-COO-CH
2
4
При изготовлении кремнийорганического полимера с n=2 молярное отношение двух материалов реакции составляло от 1:1,1 до 1:1,5, предпочтительно 1:1,2, и температура реакции составляла 50°С. Для ускорения гидролиза добавили небольшое количество HSO.
1
Данные Н-ЯМР следующие: δ: 0,96 (6Н), 1,33 (4Н), 1,29 (16Н), 1,57 (4Н), 4,15 (4Н), 3,55 (12Н), 1,93 (12Н), 8,0 (2Н), 3,0 (4Н) и 0,84 (4Н).
2
Специалисты в данной области техники поймут, что путем регулировки молярного отношения соединения формулы iv) и HO и других условий можно получить кремнийорганические полимеры с другими значениями n.
Следует сказать, что приведенные выше примеры использованы только для объяснения, а не ограничения настоящего раскрытия каким-либо образом. Хотя настоящее раскрытие описано выше со ссылками на предпочтительные примеры, следует понимать, что использованные термины и выражения предназначены для описания и объяснения, а не ограничения настоящего раскрытия. Настоящее раскрытие может быть модифицировано в пределах объема формулы изобретения или изменено без нарушения объема или сущности настоящего раскрытия. Хотя в настоящем раскрытии описаны конкретные способы, материалы и примеры, объем приведенного здесь настоящего раскрытия не должен ограничиваться конкретно раскрытыми примерами, которые описаны выше, и может быть распространен на другие способы и варианты использования, выполняющие те же функции.