聚酰亞胺液晶高分子及液晶取向膜第1頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四什么是原子轉移自由基聚合；什么是液晶取向膜；液晶取向膜的性質與應用；用原子轉移自由基聚合成聚酰亞胺液晶取向膜。第2頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四1.什么是原子轉移自由基聚合原子轉移自由基聚合也稱自由基活性聚合。它是以低價過渡金屬絡合物為催化劑，有機鹵化物為引發劑，在休眠種與活性種之間通過氧化還原反應在建立可逆動態平衡，分子量可以由加入的單體量控制。其相對分子量一般控制103~105。第3頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四1.什么是原子轉移自由基聚合反應第4頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四ATRP反應體系苯乙烯及取代苯乙烯類，如St丙烯酸酯和取代丙烯酸酯類，如MMA丙烯酰胺以及取代丙烯酰胺類，如DMAA其他單體，如丙烯腈、4-乙烯基吡啶

單體

鹵代苯基化合物鹵代羰基化合物鹵代腈基化合物含有SO2-Cl的取代芳基磺酰氯以及含Si–Cl鍵的化合物

引發劑第5頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四

催化劑ATRP反應體系Cu、Ni、Fe、Re、Ru、Pd、Mo、Rh、Cr過渡金屬的低價態的鹵化物。過渡金屬化合物配位體多用含氮化合物第6頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四ATRP的優點與不足ATRP的優點：1.反應特性:慢引發,慢增長,無終止。2.反應條件溫和、過程好控制。3.分子量可控，分子量分布較窄。ATRP的不足：

1.過渡金屬絡合物的活性低。

2.聚合速率較慢。第7頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第1步：單體的制備

ATRP的應用舉例第8頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四ATRP的應用舉例第2步：PI的氯甲基化反應第9頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第3步：用ATRP合成光敏聚酰亞胺第10頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第11頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四2.什么是液晶取向膜液晶液晶技術的應用與發展液晶成像的原理什么是液晶取向膜第12頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四液晶

液晶的發現最早可追溯到1888年,奧地利植物學家萊尼茨爾在做加熱膽甾醇苯甲酸酯結晶的實驗時發現。第二年,德國物理學家萊曼通過偏光顯微鏡發現這種材料具有雙折射現象,并提出了“液晶”這一學術用語,第13頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四物質有固、液、氣三種相態,固態又可分為晶態和非晶態。某些物質,受熱熔融或溶解后,外觀呈現液態的流動性,卻又仍然保留著晶態物質的分子有序排列,在物理性質上呈現出各向異性,這種兼有晶體和液體部分性質的中間過渡相態稱為液晶態。高分子液晶是由剛性部分和柔性部分組成。從外形上看,剛性部分通常近似棒狀或片狀,因為這樣有利于分子的有序堆積。剛性部分被柔性部分以各種方式連接在一起。定義：高分子液晶：第14頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四液晶技術的應用與發展生物膜分析化學中應用液晶壓力傳感器液晶溫度傳感器液晶平板顯示液晶的應用第15頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四液晶技術的應用與發展第16頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四液晶成像的原理液晶顯示器示意圖第17頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第18頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四液晶顯示器的主要性能參數：1.液晶分子的預傾角在液晶和液晶取向膜表面存在相互作用能。為了使液晶分子更好的沿同一個方向取向(easyaxis，EA）材料表面需要進行處理，目前的處理手段包括摩擦法這也是現階段液晶顯示器工業生產中采用的方法，紫外輻照法和平版印刷法，后幾種方法目前還停留在實驗室階段。EA與表面之間的角度就叫做預傾角。第19頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四什么是液晶取向膜液晶盒內，能夠使液晶分子產生定向移動的高分子聚合物膜就是液晶取向膜。液晶顯示器（LCD）是顯示領域內最具有發展活力的電子產品，它具有驅動電壓低功耗低重量輕體積小不含有害射線等顯著優點。液晶顯示依賴于基板表面膜的表面各向異性處理而得到不同液晶分子排列。液晶分子的取向是液晶顯示的關鍵技術之一。第20頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四3.液晶取向膜的性質與用途液晶取向膜的取向技術可以實現整個基板表面液晶分子相對基板形成整齊的排列并具有最佳的夾角,并且有足夠的穩定性。只有這樣,液晶分子才會在宏觀上表現出來其長程有序性。可以說,液晶的取向技術是液晶器件正常工作的必要條件。液晶取向技術涉及到取向層材料的性質、取向層表面的處理方法、界面處的相互作用,是一個綜合的過程。第21頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四CompanyLogo液晶取向膜的取向技術.取向技術傳統的摩擦取向技術(rubbing)

非摩擦取向技術(nonrubbing)第22頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四摩擦取向技術摩擦取向技術工藝摩擦取向技術是1911年由Maugin發明的。是迄今為止在液晶顯示領域里使用最為廣泛的取向技術。所謂摩擦取向就是利用尼龍、纖維或棉絨等材料按一定方向摩擦液晶顯示器的取向膜,使薄膜表面狀況發生改變,對液晶分子產生均一的錨定作用,從而使液晶分子在液晶顯示器的兩片玻璃板之間的某一區域內,以一定的預傾角呈現均勻、一致的排列。第23頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四摩擦示意圖第24頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四摩擦取向的一般工藝包括清洗涂膜預烘固化摩擦取向劑涂布的方法spincoatingdippingAPRprinting利用勻膠臺,在離心力和液體表面張力作用下形成一層很薄的均勻膜層,膜厚可以通過液體粘度及轉盤轉速來調節。將玻璃基片浸入取向材料溶液中,取出后甩干即可形成均勻的膜層。使用印刷的方法將取向材料溶液印刷到基板上指定的范圍內。第25頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四1.“溝槽”理論溝槽理論認為用尼龍、纖維或棉絨等材料按一定方向摩擦取向膜,將在取向膜表面產生定向的、一端寬深另一端窄淺的表面密紋或劃痕,這些表面密紋或劃痕又稱為溝槽,如圖所示。由于液晶顯示器使用的液晶分子呈長棒形,它只有沿著溝槽排列時體系的能量才最低。也就是說,當體系處于熱平衡時,體系必定處于能量最小的狀態,取向層處的液晶分子將沿著溝槽方向排列。目前較為流行的說法有兩個第26頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四表面分子鏈取向理論認為:摩擦取向層表面將會導致取向層中分子鏈的定向排列,當液晶分子與已取向的分子鏈接觸時,液晶分子以一種類似晶體外延的方式從取向層表面外延出去,從而對液晶分子取向。表面分子鏈取向理論:第27頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四結論：摩擦不僅在聚合物表面形成密紋結構而且在摩擦方向上誘發了分子鏈的宏觀取向,但這種取向在微觀范圍內是不均勻的,因此導致了液晶分子的局部取向的不均勻性。由此可以得出摩擦取向的實質是:摩擦導致取向層表面的各向異性,而液晶分子在這種表面上與取向層分子相互作用,由于在各個方向上受力不同,為了達到能量最小的穩定態,液晶分子沿受力最大的方向排列。第28頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第29頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四光控取向技術線性偏振紫外光聚合技術LPP(LinerPhotopolymerizationbypolarizedUVlight),簡稱光控取向技術。基本原理是,利用紫外光敏聚合物單體材料光化學反應產生的各向異性,使液晶分子定向排列。第30頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第31頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四聚酰亞胺取向膜材料的發展及優勢

對液晶取向膜的評價一般考慮以下幾個方面:均勻性、重復性、與液晶材料的相容性和穩定性等。最早的取向方法是摩擦法。從70年代開始，人們逐漸開始使用Tg較高的聚酰亞胺(Polyimide，PI)作為取向膜材料。第32頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四聚酰亞胺取向膜材料的發展及優勢聚酰亞胺是指主鏈上含有酰亞胺環的一類聚合物，聚酰亞胺具有優異的熱穩定性和化學穩定性，可耐350一450℃的高溫，優異的絕緣性，優良的介電性能，良好的力學性能。LCD中液晶取向膜材料要求材料具有均勻性、重復性、與液晶材料的相容性和穩定性，聚酰亞胺由此成為了不錯的選擇。第33頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四聚酰亞胺液晶取向膜的應用實例第34頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第35頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第36頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第37頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第38頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四4.用ATRP合成聚酰亞胺液晶取向膜4.1側鏈分子的設計4.1.1

液晶分子取向機理（1）PI表面經處理后產生的溝槽使液晶分子發生取向；（2）表面分子鏈取向理論；（3）光控取向。將側鏈特別是含有脂肪族基團的側鏈引入PI取向膜，能夠大大提高預傾角。但烷基的引入會導致PI表面疏水。降低了液晶分子與PI表面的潤濕性。第39頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第40頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四第41頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四啟示將脂肪族基團的側鏈引入PI取向膜；在側鏈上接上親水基團改善PI取向膜的疏水性；將光敏性基團接入PI主鏈，做成光敏性的取向膜。第42頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四4.2主鏈聚酰亞胺的氯甲基化第43頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四4.2用原子轉移自由基聚合合成光敏性PI液晶取向膜第44頁，共47頁，2023年，2月20日，星期四液晶取向膜的性能測試液晶取向效果的測定:將做好的液晶盒置于正交偏光顯微鏡下,旋轉樣品臺,觀察透射光強度是否發生變化。預傾角的測定:采用晶體旋轉法測試預傾角。對于每一個液晶盒,按照液晶盒的對稱性取五個位置,分別測定其預傾角,然后求其平均值,作為該液