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TW201300439A - 液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件 - Google Patents

液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件 Download PDF

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TW201300439A
TW201300439A TW100115124A TW100115124A TW201300439A TW 201300439 A TW201300439 A TW 201300439A TW 100115124 A TW100115124 A TW 100115124A TW 100115124 A TW100115124 A TW 100115124A TW 201300439 A TW201300439 A TW 201300439A
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TW100115124A
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Shoichiro Nakahara
Go Ono
Satoshi Minami
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Nissan Chemical Ind Ltd
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Abstract

本發明係一種液晶配向劑,其係含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸的液晶配向劑,其中二胺成分係以式(1)表示之二胺化合物含有5~60莫耳%,選自p-苯二胺及與其類似結構之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物含有40~95莫耳%,□

Description

液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件
本發明係有關液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件。
液晶顯示元件係作為顯示裝置現在被廣泛使用。液晶顯示元件之構成都材的液晶配向膜係使液晶均勻排列的膜,但是液晶配向性不足時,容易產生顯示不均或被稱為殘像的顯示不良。顯示不良之發生有時是因為液晶中之離子性雜質的影響,為了降低此雜質的方法,例如有如專利文獻1之提案。
又,液晶配向膜一般係使用布擦拭高分子膜表面之摩擦進行配向處理。但是液晶配向膜之摩擦耐性不足時,膜被切削或產生傷痕或粉塵,或產生膜剝離,造成液晶顯示元件之顯示品位降低。因此,液晶配向膜被要求高的摩擦耐性,而提案如專利文獻2~5所示的方法。
為了得到高顯示品質的液晶顯示元件時,顯示高的亮度是很重要。因此,液晶配向膜也被要求具有更高的透過率。
此外,液晶配向膜之體積電阻率較高時,有蓄積電荷不易緩和,殘像之消除費時的問題。為了縮短殘像消除的時間的方法,例如專利文獻6提案使用體積電阻率較低之液晶配向膜的方法。但是近年,關於殘像,不僅液晶配向膜之體積電阻率要低,且不會因光使體積電阻率變化也很重要。例如液晶顯示元件內之液晶配向膜中有配線或黑色聚陣等之存在,相較於其他部分,有時存在著不易受背光等光照射的部分。此時,液晶配向膜之體積電阻率因光而變化時,因受光的場所與未受光的場所,或光量不同的場所,而造成各自液晶配向膜之體積電阻率不同。因此,造成在液晶顯示元件內,存在著殘留DC容易蓄積的場所與不易蓄積的場所、或殘留DC容易緩和的場所與不易緩和的場所,結果造成可看見殘像或顯示不均等之顯示不良。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2002-323701號公報
[專利文獻2]特開平7-120769號公報
[專利文獻3]特開平9-146100號公報
[專利文獻4]特開2008-90297號公報
[專利文獻5]特開平9-258229號公報
[專利文獻6]國際公開第2004/053583號
本發明係以提供兼備上述特性之液晶配向膜為目的而完成者。換言之,本發明之目的係提供一種顯示體積電阻率不易因光而變化之低體積電阻率,同時兼具良好的液晶配向性、良好的摩擦耐性、較少之離子密度特性、高的透過率的液晶配向膜。
又,本發明之目的係提供可得到上述液晶配向膜的液晶配向劑。
本發明之目的係提供顯示品質優異之液晶顯示元件。
本發明之其他目的及優點係由下述記載可知。
本發明之第1態樣係含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸的液晶配向劑,其特徵係前述二胺成分係以式(1)表示之二胺化合物含有5~60莫耳%,選自式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物含有40~95莫耳%。
式(1)中,X係氧原子或硫原子,Y1及Y2係各自獨立為單鍵、-O-、-S-、-OCO-或-COO-,R1及R2係各自獨立為碳數1~3之伸烷基。
本發明之第1態樣中,二胺成分較佳為含有20莫耳%以下之量之式(3)表示的二胺化合物。
式(3)中,X1係選自由-CONQ1-、-O-、-NQ1-、-NQ1CO-、-CH2O-及-OCO-所成群之至少一種2價有機基,Q1係氫原子或碳數1~3之烷基,X2係選自碳數1~20之脂肪族烴基、非芳香族環式烴基及芳香族烴基所成群之至少一種2價有機基或單鍵,X3係單鍵或選自由-O-、-NQ2-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種2價有機基,Q2係氫原子或碳數1~3之烷基,X4係1價含氮芳香族雜環,n係1~4之整數。
本發明之第2態樣係含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸的液晶配向劑,其特徵係前述二胺成分係以式(1)表示之二胺化合物含有40~70莫耳%,以式(4)表示之二胺化合物含有30莫耳%以上者。
式(1)中,X係氧原子或硫原子,Y1及Y2係各自獨立為單鍵、-O-、-S-、-OCO-或-COO-,R1及R2係各自獨立為碳數1~3之伸烷基。
式(4)中,X5係具有碳數6~30之芳香族環的有機基,n係1~4之整數。
本發明之第2態樣中,二胺成分較佳為含有20莫耳%以下之量之式(3)表示的二胺化合物。
式(3)中,X1係選自由-CONQ1-、-O-、-NQ1-、-NQ1CO-、-CH2O-及-OCO-所成群之至少一種2價有機基,Q1係氫原子或碳數1~3之烷基,X2係選自由碳數1~20之脂肪族烴基、非芳香族環式烴基及芳香族烴基所成群之至少一種2價有機基或單鍵,X3係單鍵,或選自由-O-、-NQ2-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種2價有機基,Q2係氫原子或碳數1~3之烷基,X4係1價含氮芳香族雜環,n係1~4之整數。
本發明之第3態樣係含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸的液晶配向劑,其特徵係前述二胺成分係以式(1)表示之二胺化合物含有20~60莫耳%,及選自式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物與式(4)表示之二胺化合物以95:5~40:60之莫耳比,含有合計40~80莫耳%者。
式(1)中,X係氧原子或硫原子,Y1及Y2係各自獨立為單鍵、-O-、-S-、-OCO-或-COO-,R1及R2係各自獨立為碳數1~3之伸烷基。
式(4)中,X5係具有碳數6~30之芳香族環的有機基,n係1~4之整數。
本發明之第3態樣中,二胺成分較佳為含有20莫耳%以下之量之式(3)表示的二胺化合物。
式(3)中,X1係選自由-CONQ1-、-O-、-NQ1-、-NQ1CO-、-CH2O-及-OCO-所成群之至少一種2價有機基,Q1係氫原子或碳數1~3之烷基,X2係選自碳數1~20之脂肪族烴基、非芳香族環式烴基及芳香族烴基所成群之至少一種2價有機基或單鍵,X3係單鍵或選自由-O-、-NQ2-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種2價有機基,Q2係氫原子或碳數1~3之烷基,X4係1價含氮芳香族雜環,n係1~4之整數。
本發明之第4態樣係含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸的液晶配向劑,其特徵係前述二胺成分係以式(1)表示之二胺化合物含有50莫耳%以上,及剩餘的成分為含有90:10~40:60之莫耳比之式(4)表示之二胺化合物與式(3)表示之二胺化合物。
式(1)中,X係氧原子或硫原子,Y1及Y2係各自獨立為單鍵、-O-、-S-、-OCO-或-COO-,R1及R2係各自獨立為碳數1~3之伸烷基。
式(4)中,X5係具有碳數6~30之芳香族環的有機基,n係1~4之整數。
式(3)中,X1係選自由-CONQ1-、-O-、-NQ1-、-NQ1CO-、-CH2O-及-OCO-所成群之至少一種2價有機基,Q1係氫原子或碳數1~3之烷基,X2係選自碳數1~20之脂肪族烴基、非芳香族環式烴基及芳香族烴基所成群之至少一種2價有機基或單鍵,X3係單鍵或選自由-O-、-NQ2-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種2價有機基,Q2係氫原子或碳數1~3之烷基,X4係1價含氮芳香族雜環,n係1~4之整數。
本發明之第5態樣係一種液晶配向膜,其特徵係由本發明之第1~第4態樣之液晶配向劑所得者。
本發明之第6態樣係一種液晶顯示元件,其特徵係具有本發明之第5態樣之液晶配向膜者。
依據本發明之第1~第4態樣時,可提供一種液晶配向劑,此液晶配向劑可得到具有對液晶之高的配向控制機能,同時可減低液晶顯示元件之殘像現象,此外可得到具備高的摩擦特性與高的透過率的液晶配向膜。
依據本發明之第5態樣時,可得到具有對液晶之高的配向控制機能,同時可減低液晶顯示元件之殘像現象,此外可得到具備高的摩擦特性與高的透過率的液晶配向膜。
依據本發明之第6態樣時,可提供顯示品質優異之液晶顯示元件。
[實施發明的形態]
本實施形態的液晶配向劑係含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得的聚醯胺酸。聚醯胺酸原料之二胺成分係含有下述式(1)表示之特定二胺(以下也稱為第1必須成分)與二胺化合物(以下也稱為第2必須成分)。第2必須成分之二胺化合物係選自由下述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物與下述式(4)表示之二胺化合物,此等係各自獨立或併用來使用。
又,二胺成分非必須,但是下述式(3)表示之二胺化合物可含有作為第3之二胺成分。此外,二胺成分除了下述式(1)、(2-1)~(2-3)、(3)、(4)表示之二胺化合物外,可含有另外的二胺化合物。
以下詳細說明二胺成分中作為必須成分而含有的二胺化合物與可含有之二胺化合物。
<特定二胺(1)>
聚醯胺酸原料之二胺成分中,含有作為第1必須成分之特定二胺係以下式(1)表示。又,本說明書中,具有式(1)之構造的特定二胺有時以「特定二胺(1)」表示。
式(1)中,X係氧原子或硫原子,Y1及Y2係各自獨立為單鍵、-O-、-S-、-OCO-、或-COO-,R1及R2係各自獨立為碳數1~3之伸烷基。式(1)中,X為氧原子時表示脲基,硫原子時表示硫脲基(以下有時脲基及硫脲基統稱為(硫)脲基)。氧原子與硫原子均為電負度高的原子。又,氮原子上存在著2個施予性高的氫原子。因此,(硫)脲基之氧或硫原子係因與其他之(硫)脲基之2個氫原子非共價鍵結,比較強的自行集合。本發明中,式(1)中之X較佳為氧原子。此乃是相較於氧原子與硫原子時,電負度係氧原子較高,因此脲構造比硫脲構造更容易進行較強的自行集合。
本實施形態之液晶配向劑係在高分子鏈中,具有來自特定二胺(1)之(硫)脲基。因此,因(硫)脲基彼此之靜電相互作用,可提高摩擦耐性。關於此點,本發明係與在液晶配向膜領域一般使用之高分子鏈間以交聯劑連結,以提高摩擦耐的方法不同。式(1)中,R1及R2係各自獨立表示碳數1~3之伸烷基,其構造可為直鏈或支鏈。具體例有亞甲基、伸乙基、伸丙基、1-甲基伸乙基、2-甲基伸乙基等。其中,從液晶之配向性與摩擦耐性的觀點,儘可能具有自由旋轉部位,立體障礙較小的構造為佳,具體而言,較佳為亞甲基、伸乙基、伸丙基。
式(1)中,Y1及Y2係各自獨立為單鍵、-O-、-S-、-OCO-、或-COO-。Y1及Y2之構造,從液晶之配向性與摩擦耐性的觀點,儘可能柔軟且立體障礙小的構造為佳,較佳為單鍵、-O-、或-S-。
形成膜密度高的膜,形成更強固之液晶配向膜的觀點,(硫)脲基與苯環之間的構造較佳為以(硫)脲基為中心而對稱者,-R1-Y1-與-R2-Y2-較佳為相同構造。又,以式(1)表示之特定二胺之中,較佳為以下式(1-a)~式(1-c)表示之化合物。但是式(1-a)中,R11及R21係碳數均為相等之碳數1~3之伸烷基。又,式(1-b)中,R12及R22係彼此碳數不同的碳數1~3之伸烷基。式(1-c)中,R13及R23係各自獨立為碳數1~3之伸烷基。
式(1)中,苯環上之胺基之鍵結位置無特別限定,從液晶之配向性的觀點,較佳為3-胺基苯基構造或4-胺基苯基構造,特佳為4-胺基苯基構造。例如式(1)較佳為下述式(1-1)、式(1-2)或式(1-3)中任一者,特佳為式(1-1)。又,式(1-1)、式(1-2)、及式(1-3)中,Y1、Y2、R1及R2係與式(1)之定義相同的定義。
式(1)之具體例為式(1-4)~式(1-15)表示之化合物。
式(1-7)~(1-11)之化合物係以往未知的化合物,因此使用此等化合物之聚醯胺酸也是以往未知的化合物。此外,式(1-7)~(1-11)以外之二胺化合物係已知的化合物,但是使用此等二胺化合物之聚醯胺酸係以往未知的化合物。本實施形態之液晶配向劑,特佳為使用係上述式(1-4)、(1-8)~式(1-11)表示之特定二胺作為聚醯胺酸原料之二胺成分。
<特定二胺之合成方法>
以下敘述式(1)表示之特定二胺(1)之合成方法。
特定二胺(1)係藉由苯胺骨架、間隔部(R1、R2)、連結基(Y1、Y2)及(硫)脲基所構成,其合成方法無特別限定,例如可藉由下述方法合成。
式(1)表示之特定二胺係合成式(1A)表示之二硝基化合物,接著使硝基還原,轉化成胺基而得。式(1A)中,R1、R2、Y1、Y2及X係與式(1)的情形同義。
使二硝基化合物還原的方法並無特別限制,通常為以鈀-碳、氧化鉑、阮尼鎳、鐵、氯化錫、鉑黑、銠-氧化鋁或硫化鉑碳等作為觸媒使用,於乙酸乙酯、甲苯、四氫呋喃、二噁烷或醇系等溶劑中,藉由使用氫氣、聯胺、氯化氫或氯化銨等之反應進行還原的方法。
式(1)中,X係氧原子或硫原子,Y1及Y2係各自獨立為單鍵、-O-、-S-、-OCO-、或-COO-,R1及R2係各自獨立為碳數1~3之伸烷基。又,苯環上之胺基之鍵結位置無特別限定。
式(1A)表示之二硝基化合物之合成方法無特別限定,可使用任意的方法。例如有以下之圖解(I)所示之方法。
圖解(I)中,式(1A)表示之二硝基化合物係可藉由將硝基苯化合物(α)、(α’)與(硫)羰基化合物(羰基化合物與硫羰基化合物之總稱)(β)在有機溶劑中,鹼存在下進行反應而合成。
上述之硝基苯化合物(α)及(α’)中,R1、R2、Y1及Y2係與式(1)相同,NH2表示之胺基也可形成鹽酸鹽(NH2‧HCl)等的鹽。例如有硝基苄胺或其鹽酸鹽、2-(硝基苯基)乙胺或其鹽酸鹽、3-(硝基苯基)丙胺或其鹽酸鹽等。又,苯環上之硝基之取代位置可適當選擇可得到目的之二胺化合物之取代位置者。此處所示之化合物係一例,無特別限定。
(硫)羰基化合物(β)中,X係與式(1)相同,Z係1~2價有機基。(硫)羰基化合物(β)例如有光氣、硫光氣、二苯基碳酸酯、二苯基硫碳酸酯、雙(硝基苯基)碳酸酯、雙(硝基苯基)硫碳酸酯、二甲基碳酸酯、二甲基硫碳酸酯、二乙基碳酸酯、二乙基硫碳酸酯、伸乙基碳酸酯、伸乙基硫碳酸酯、1,1’-羰基雙-1H-咪唑或1,1’-硫羰基雙-1H-咪唑等。又,可使用碳氧化物(一氧化碳或二氧化碳)取代羰基化合物(β)。此處所示之化合物係一例,無特別限定。
上述圖解(I)中,為了得到以(硫)脲基為中心,構造對稱之化合物時,使硝基苯化合物(α)及(α’)相同即可,為了得到非對稱之化合物時,使硝基苯化合物(α)相對於(硫)羰基化合物(β),以等莫耳反應後,添加與硝基苯化合物(α)不同構造之硝基苯化合物(α’)即可。
鹼例如有三乙胺、二異丙基乙胺及DMAP(4-N,N-二甲基胺基吡啶)等之鹼性有機化合物、氫氧化鈉及碳酸鉀等之無機鹼化合物及氫氧化鈉等之金屬氫化物等。此處所示之化合物係一例,無特別限定。
有機溶劑係不影響反應的溶劑,具體而言,例如有甲苯及二甲苯等之芳香族系溶劑、己烷及庚烷等之脂肪族烴系溶劑、二氯甲烷及1,2-二氯乙烷等之鹵素系溶劑、四氫呋喃及1,4-二噁烷等之醚系溶劑及N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯烷酮及二甲基亞碸等之非質子性極性溶劑以單獨或複數混合使用。此等之使用量為任意。
如上述合成之二胺可作為聚醯亞胺前驅物之聚醯胺酸的原料使用。除聚醯胺酸酯等之聚醯亞胺前驅物或聚醯亞胺外,也可作為聚醯胺或聚胺基甲酸酯的原料使用,此等聚合物可作為各種電子材料用的素材使用。
<選自由式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物>
本實施形態之液晶配向劑含有聚醯胺酸,但是聚醯胺酸原料之二胺成分為含有上述式(1)表示之特定二胺及選自由下述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物。
本實施形態之液晶配向劑係如上述,含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸。聚醯胺酸原料之二胺成分可含有上述式(1)表示之特定二胺與選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物。此時,特定二胺(1)與選自由式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物之各自的含量係當作為液晶配向膜時,考慮可得到充分之摩擦耐性、液晶配向性、高透過率、膜電阻較佳的光感度來決定。此外,也可從此液晶配向膜可實現使用於液晶顯示元件時之液晶之預傾角之最佳化、離子密度之降低、蓄積電荷之降低及良好的殘像特性等的觀點來考慮。
本實施形態中,全二胺成分(100莫耳%)中,較佳為式(1)表示之特定二胺含有5~60莫耳%、選自由式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物含有40~95莫耳%。全二胺成分(100莫耳%)中,更佳為式(1)表示之特定二胺含有10~50莫耳%、選自由式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物含有50~90莫耳%。全二胺成分(100莫耳%)中,更佳為式(1)表示之特定二胺含有20~40莫耳%、選自由式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物含有60~80莫耳%。選自由式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物,較佳為p-苯二胺(2-1)。
本實施形態之液晶配向劑中,成為聚醯胺酸原料之二胺成分含有式(1)表示之特定二胺及二胺化合物(2-1)~(2-3)中之至少一種時,也可併用與此等不同之其他的二胺化合物。此其他之二胺化合物係含有含氮原子之雜環的二胺化合物,具體而言,例如有下述式(3)表示之二胺化合物(3)。同時含有二胺化合物(3)、特定二胺(1)、及選自由p-苯二胺等之式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物時,全二胺成分(100莫耳%)中,較佳為含有20莫耳%以下之量的二胺化合物(3)。<二胺化合物(3)>
式(3)中,X1係選自由-O-、-NQ1-、-CONQ1-、-NQ1CO-、-CH2O-及-OCO-所成群之至少一種2價有機基,Q1係氫原子或碳數1~3之烷基,X2係單鍵、或選自由碳數1~20之脂肪族烴基、非芳香族環式烴基及芳香族烴基所成群之至少一種2價有機基,X3係單鍵、或選自由-O-、-NQ2-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種2價有機基,Q2係氫原子或碳數1~3之烷基,X4係1價含氮芳香族雜環,n係1~4之整數。式(3)中之2個胺基(-NH2)之鍵結位置未限定。具體而言,n為整數1時,相對於側鏈之鍵結基(X1),例如有苯環上之2,3之位置、2,4之位置、2,5之位置、2,6之位置、3,4之位置、3,5之位置。
n為整數2時,例如有以下的位置。相對於側鏈之鍵結基(X1),在苯環上之2位置有側鏈之鍵結基(X1)時,2個胺基之鍵結位置,例如有3,4之位置、3,5之位置、3,6之位置、4,5之位置。又,相對於側鏈之鍵結基(X1),在苯環上之3的位置具有側鏈之鍵結基(X1)時,2個胺基之鍵結位置,例如有2,4之位置、2,5之位置、4,5之位置、4,6之位置。此外,相對於側鏈之鍵結基(X1),在苯環上之4的位置具有側鏈之鍵結基(X1)時,2個胺基之鍵結位置,例如有2,3之位置、2,5之位置、2,6之位置、3,5之位置。n為整數3時,例如有以下的位置。相對於側鏈之鍵結基(X1),在苯環上之2,3的位置具有側鏈之鍵結基(X1)時,2個胺基之鍵結位置,例如有4,5之位置、4,6之位置。此外,相對於側鏈之鍵結基(X1),在苯環上之2,4的位置具有側鏈之鍵結基(X1)時,2個胺基之鍵結位置,例如有3,5之位置、3,6之位置、5,6之位置。相對於側鏈之鍵結基(X1),在苯環上之3,5的位置具有側鏈之鍵結基(X1)時,2個胺基之鍵結位置,例如有2,4的位置。
n為整數4時,例如有以下的位置。相對於側鏈之鍵結基(X1),在苯環上之2,3,4之位置具有側鏈之鍵結基(X1)時,2個胺基之鍵結位置例如有5,6之位置。相對於側鏈之鍵結基(X1),在苯環上之2,4,5的位置具有側鏈之鍵結基(X1)時,2個胺基之鍵結位置,例如有3,6之位置。相對於側鏈之鍵結基(X1),在苯環上之2,4,6之位置具有側鏈之鍵結基(X1)時,2個胺基之鍵結位置,例如有3,5之位置。此等中,從合成聚醯胺酸時之反應性的觀點及考慮合成二胺化合物時之容易性時,n為整數1時,2個胺基之鍵結位置較佳為2,4之位置、2,5之位置、3,5之位置。此外,相對於n為整數2時之側鏈的鍵結基(X1),在苯環上之3的位置具有側鏈之鍵結基(X1)時,2個胺基之鍵結位置較佳為4,6之位置。
式(3)中,X1係選自由-O-、-NQ1-、-CONQ1-、-NQ1CO-、-CH2O-及-OCO-所成群之至少一種2價有機基。其中,較佳為-O-、-NQ1-、-CONQ1-、-NQ1CO-。Q1係如上述為氫原子或碳數1~3之烷基。具體記載X1之式(3)的例,例如有下述式(3a)~式(3f)。
上述化合物中,較佳為式(3a)、式(3b)、式(3c)及式(3d)。Q1係與式(3)之定義相同。式(3)中,X2係單鍵、碳數1~20脂肪族烴基、非芳香族環式烴基或芳香族烴基。碳數1~20之脂肪族烴基可為直鏈狀或支鏈狀。又,可具有不飽和鍵。較佳為碳數1~10之脂肪族烴基。非芳香族環式烴基之具體例有環丙烷環、環丁烷環、環戊烷環、環己烷環、環庚烷環、環辛烷環、環壬烷環、環癸烷環、環十一烷環、環十二烷環、環十三烷環、環十四烷環、環十五烷環、環十六烷環、環十七烷環、環十八烷環、環十九烷環、環二十烷環、三環二十烷環、三環癸烷環、雙環庚烷環、十氫萘環、降冰片烯環或金剛烷環等。
芳香族烴基之具體例有苯環、萘環、四氫萘環、薁環、茚環、芴環、蒽環、菲環或非那烯(Phenalene)環等。
式(3)中之X2,較佳為單鍵、碳數1~10之直鏈或支鏈之伸烷基、碳數1~10之不飽和伸烷基、環丙烷環、環丁烷環、環戊烷環、環己烷環、環庚烷環、降冰片烯環、金剛烷環、苯環、萘環、四氫萘環、芴環或蒽環,更佳為單鍵、碳數1~10之直鏈或支鏈之伸烷基、碳數1~10之不飽和伸烷基、環己烷環、降冰片烯環、金剛烷環、苯環、萘環、芴環或蒽環,更佳為單鍵、碳數1~10之直鏈或支鏈之伸烷基、環己烷環、苯環或萘環。特佳為單鍵、碳數1~5之直鏈或支鏈之伸烷基或苯環。最佳為單鍵、碳數1~3之直鏈伸烷基或苯環。
式(3)中,X3係單鍵、或選自由-O-、-NQ2-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種2價有機基,較佳為單鍵、-O-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-或-O(CH2)m-(m係1~5之整數)。最佳為單鍵、-OCO-或-OCH2-。Q2係如上述為氫原子或碳數1~3之烷基。式(3)中,X4係1價之含氮芳香族雜環,含有選自由下述式(31a)、式(31b)及式(31c)所成群之至少1個構造的含氮芳香族雜環。但是式(31c)中,Y3係碳數1~5之直鏈或支鏈之烷基。
式(3)中之X4,例如有吡咯環、咪唑環、噁唑環、噻唑環、吡唑環、吡啶環、嘧啶環、喹啉環、吡唑啉環、異喹啉環、咔唑環、嘌呤環、噻二唑環、噠嗪環、吡唑啉環、三嗪環、吡唑烷環、三唑環、吡嗪環、苯並咪唑環(benzimidazole)、苯並咪唑(benzoimidazole)環、喹啉環、菲繞啉環、吲哚環、喹喔啉環、苯並噻唑環、吩噻嗪環、噁二唑環或吖啶環,更佳為吡咯環、咪唑環、吡唑環、吡啶環、嘧啶環、吡唑啉環、咔唑環、噠嗪環、吡唑啉環、三嗪環、吡唑烷環、三唑環、哌啶環、苯并咪唑環或苯并咪唑環,更佳為吡咯環、咪唑環、吡唑環、吡啶環、嘧啶環、噠嗪環、三嗪環、三唑環、哌啶環、苯并咪唑環或苯并咪唑環,特佳為吡咯環、咪唑環、吡唑環、吡啶環或嘧啶環。又最佳為咪唑環、吡啶環或嘧啶環。X3較佳為鍵結於不與包含於X4之式(31a)、式(31b)及式(31c)所示之構造相鄰的部位。式(3)中,n係1~4之整數,從與四羧酸二酐成分之反應性的觀點,較佳為1~3之整數。最佳為n係1或2之整數。式(3)中之較佳的X1、X2、X3、X4及n之組合如下述。
X1係選自由-O-、-NQ1-、-CONQ1-、-NQ1CO-、-CH2O-及-OCO-所成群之至少一種。X2係選自由碳數1~10之直鏈或支鏈伸烷基、碳數1~10之不飽和伸烷基、環丙烷環、環丁烷環、環戊烷環、環己烷環、環庚烷環、降冰片烯環、金剛烷環、苯環、萘環、四氫萘環、芴環及蒽環所成群之至少一種。X3係選自由單鍵、-O-、-NQ2-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種。X4係選自由吡咯環、咪唑環、噁唑環、噻唑環、吡唑環、吡啶環、嘧啶環、喹啉環、吡唑啉環、異喹啉環、咔唑環、嘌呤環、噻二唑環、噠嗪環、吡唑啉環、三嗪環、吡唑烷環、三唑環、吡嗪環、苯並咪唑環(benzimidazole)、苯並咪唑(benzoimidazole)環、喹啉環、菲繞啉環、吲哚環、喹喔啉環、苯並噻唑環、吩噻嗪環、噁二唑環或吖啶環所成群之至少一種。n係1或2之整數。更佳之式(3)中之X1、X2、X3、X4及n之組合如下述。
X1係選自由-O-、-NQ1-、-CONQ1-、-NQ1CO-及-CH2O-所成群之至少一種。X2係選自由碳數1~10之直鏈或支鏈伸烷基、碳數1~10之不飽和伸烷基、環己烷環、降冰片烯環、金剛烷環、苯環、萘環、芴環及蒽環所成群之至少一種。X3係選自由單鍵、-O-、-NQ2-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種。
X4係選自由吡咯環、咪唑環、吡唑環、吡啶環、嘧啶環、吡唑啉環、咔唑環、噠嗪環、吡唑啉環、三嗪環、吡唑烷環、三唑環、吡嗪環、苯並咪唑環(benzimidazole)及苯並咪唑(benzoimidazole)環所成群之至少一種。n係1或2之整數。更佳之式(3)中之X1、X2、X3、X4及n之組合如下述,X1係選自由-O-、-NQ1-、-CONQ1-、-NQ1CO-、-CH2O-及-OCO-所成群之至少一種。X2係選自由碳數1~10之直鏈或支鏈伸烷基、環己烷環、苯環及萘環所成群之至少一種。X3係選自由單鍵、-O-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種。
X4係選自由吡咯環、咪唑環、吡唑環、吡啶環、嘧啶環、噠嗪環、三嗪環、三唑環、吡嗪環、苯並咪唑環(benzimidazole)及苯並咪唑(benzoimidazole)環所成群之至少一種。n係1或2之整數。特佳之式(3)中之X1、X2、X3、X4及n之組合係如下述。
X1係選自由-O-、-NQ1-、-CONQ1-、-NQ1CO-及-CH2O-所成群之至少一種。X2係選自由單鍵、碳數1~5之直鏈或支鏈之伸烷基及苯環所成群之至少一種。
X3係選自由單鍵、-O-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種。X4係選自由吡咯環、咪唑環、吡唑環、吡啶環及嘧啶環所成群之至少一種。n係1或2之整數。最佳之式(3)中之X1、X2、X3、X4及n之組合係如下述。X1係選自由-O-、-NQ1-、-CONQ1-及-NQ1CO-所成群之至少一種。X2係選自由單鍵、碳數1~3之直鏈伸烷基及苯環所成群之至少一種。X3係選自由單鍵、-OCO-及-OCH2-所成群之至少一種。X4係選自由咪唑環、吡啶環及嘧啶環所成群之至少一種。
n係1或2之整數。特佳之式(3)中之X1、X2、X3、X4及n之組合係如下述表1~表3之301~393所示。Q1及Q2係與式(3)之定義相同意義。
<二胺化合物(3)之合成方法>製造二胺化合物(3)的方法無特別限定,較佳的方法例如有以下的方法。
二胺化合物(3)係合成以式[N]表示之二硝基體,接著使二硝基還原,轉換成胺基而得。使二硝基化合物還原的方法並無特別限制,通常為以鈀-碳、氧化鉑、阮尼鎳、鉑黑、銠-氧化鋁、硫化鉑碳等作為觸媒使用,於乙酸乙酯、甲苯、四氫呋喃、二噁烷或醇系等溶劑中,使用氫氣、聯胺或氯化氫等進行還原的方法。又,式(N)中,X1、X2、X3、X4及n係與式(3)之定義相同意義。
式[N]表示之二硝基體係介於X3連結X2與X4,其後介於X1鍵結二硝基部的方法或介於連結部X1使二硝基部與X2鍵結,然後,介於X3與X4鍵結之方法等而得。X1係選自由-O-(醚鍵)、-NQ1-(胺基鍵)、-CONQ1-(醯胺鍵)、-NQ1CO-(逆醯胺鍵)、-CH2O-(亞甲基醚鍵)及-OCO-(逆酯鍵)所成群之至少一種鍵結基,此等鍵結基可以通常有機合成方法形成。各鍵結基之Q1係與式(1)之定義相同意義。例如,X1為醚或亞甲基醚鍵時,例如有使對應之含有二硝基之鹵素衍生物與含有X2、X3及X4之羥基衍生物,在鹼存在下反應的方法,或使含有二硝基之羥基衍生物與含有X2、X3及X4之鹵素取代之衍生物,在鹼存在下反應的方法等。
胺基鍵的情況,例如有使對應之含有二硝基之鹵素衍生物與含有X2、X3及X4之胺基衍生物,在鹼存在下反應的方法等。逆酯鍵的情況,例如有使對應之含有二硝基之羥基衍生物與含有X2、X3及X4之醯氯(acid chloride)體,在鹼存在下反應的方法等。醯胺鍵係使對應之含有二硝基之醯氯體與含有X2、X3及X4之胺基取代體,在鹼存在下反應的方法等。逆醯胺鍵的情況,例如有使對應之含有二硝基之胺基取代體與含有X2、X3及X4之醯氯體,在鹼存在下反應的方法等。
含有二硝基之鹵素衍生物及含有二硝基之衍生物之具體例有3,5-二硝基氯苯、2,4-二硝基氯苯、2,4-二硝基氟苯、3,5-二硝基苯甲酸氯、3,5-二硝基苯甲酸、2,4-二硝基苯甲醯氯、2,4-二硝基苯甲酸、3,5-二硝基苄基氯、2,4-二硝基苄基氯、3,5-二硝基苄基醇、2,4-二硝基苄基醇、2,4-二硝基苯胺、3,5-二硝基苯胺、2,6-二硝基苯胺、2,4-二硝基酚、2,5-二硝基酚、2,6-二硝基酚或2,4-二硝基苯基乙酸等。考量原料之取得性或反應性,可選擇一種或複數種來使用。
本實施形態之液晶配向劑係如上述,含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸。聚醯胺酸原料之二胺成分係含有以上述式(1)表示之特定二胺作為第1必須成分,此外,可含有下述式(4)表示之二胺化合物(4)作為第2必須成分的二胺化合物。
<二胺化合物(4)>二胺化合物(4)係分子內具有羰基之二胺化合物,具體而言係式(4)表示之化合物。式(4)中,X5係具有碳數6~30之芳香族環的有機基,n係1~4之整數。
式(4)例如有下述式(4-3)~(4-7)的構造。
式(4-3)中,m1係1~4之整數。式(4-4)中,X6係單鍵、-CH2-、-C2H4-、-C(CH3)2-、-CF2-、-C(CF3)2-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH3)-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-CON(CH3)-或-N(CH3)CO-,m2及m3係分別為0~4之整數,且m2+m3係表示1~4之整數。式(4-5)中,m4及m5係分別為1~5之整數。
式(4-6)中,X7係碳數1~5之直鏈或支鏈烷基,m6係1~5之整數。式(4-7)中,X8係單鍵、-CH2-、-C2H4-、-C(CH3)2-、-CF2-、-C(CF3)2-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH3)-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-CON(CH3)-或-N(CH3)CO-,m7係1~4之整數。式(4-3)~式(4-7)之構造中,較佳為如下述。式(4-3)中,m1較佳為1~2之整數。式(4-4)中,X6係單鍵、-CH2-、-C2H4-、-C(CH3)2-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH3)-、-CONH-、-NHCO-、-COO-或-OCO-,m2及m3較佳為均為1的整數。式(4-7)中,X8係單鍵、-CH2-、-O-、-CO-、-NH-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-或-OCO-,m7較佳為1~2之整數。二胺化合物(4)之具體例有下述式(4-8)~式(4-18)的化合物。
式(4-17)中,X9係單鍵、-CH2-、-O-、-CO-、-NH-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-或-OCO-,式(4-18)中,X10係單鍵、-CH2-、-O-、-CO-、-NH-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-或-OCO-。本實施形態中,為了得到聚醯胺酸用之二胺成分,特佳為併用式(1)表示之特定二胺與作為其他二胺之上述式(4-8)~式(4-12)及式(4-15)~式(4-18)表示之分子內具有羰基的二胺化合物。
本實施形態之液晶配向劑係含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸,該聚醯胺酸原料之二胺成分如上述,可使用式(1)表示之特定二胺與式(4)表示之二胺化合物。此時,特定二胺(1)與二胺化合物(4)之各自之含量係當作為液晶配向膜時,考慮以得到充分之摩擦耐性、液晶配向性、高的透過率、膜電阻較佳的光感度等來決定。同時也要從實現此液晶配向膜使用於液晶顯示元件時之液晶之預傾角之最佳化、離子密度之降低、蓄積電荷之降低及良好的殘像特性等的觀點來考慮。本實施之形態係全二胺成分(100莫耳%)中,較佳為式(1)表示之特定二胺含有40~70莫耳%、式(4)表示之二胺化合物(4)含有30莫耳%以上。此外,全二胺成分(100莫耳%)中,更佳為式(1)表示之特定二胺含有50~70莫耳%、式(4)表示之二胺化合物(4)含有30~50莫耳%含有。
本實施之形態的液晶配向劑中,含有特定二胺(1)與二胺化合物(4)時,另外的態樣為可併用與此等不同之另外的二胺化合物。另外的二胺化合物係如上述,例如具有含有氮原子之雜環的二胺化合物。此具有含有氮原子之雜環之二胺化合物的具體構造無特別限定,較佳為上述式(3)表示之二胺化合物(3)。二胺化合物(3)係由聚醯胺酸得到液晶配向膜時,與二胺化合物(4)組合,有助於膜之低電阻化。又,使用此液晶配向膜所得之液晶顯示元件中,也有助於改善離子密度特性。二胺化合物(3)不與二胺化合物(4)組合,以單獨用於聚醯胺酸之構成,成為液晶配向膜時,幾乎無助於膜之低電阻化。同時含有二胺化合物(3)、特定二胺(1)及二胺化合物(4)時,全二胺成分(100莫耳%)中,較佳為含有20莫耳%以下之量的二胺化合物(3)。本實施形態之液晶配向劑係成為聚醯胺酸之原料的二胺成分如上述,含有特定二胺(1)與二胺化合物(4)時,可含有二胺化合物(3)作為必須成分。藉此可具有更確實性,實現液晶配向膜之低電阻化。
成為聚醯胺酸之原料的二胺成分含有特定二胺(1)、二胺化合物(4)及二胺化合物(3)時,特定二胺(1)較佳為含有50莫耳%以上,且少於100莫耳%的量。此時,全二胺成分(100莫耳%)之剩餘成分中,含有二胺化合物(4)與二胺化合物(3)。此時,二胺化合物(4)與二胺化合物(3)係以二胺化合物(4):二胺化合物(3)=90:10~40:60之莫耳比含有較佳。如上述,本實施形態之液晶配向劑係含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸,其中聚醯胺酸原料之二胺成分為含有上述式(1)表示之特定二胺作為第1必須成分。又,二胺成分可使用選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物作為第2必須成分及上述式(4)表示之二胺化合物。此時,如上述,選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物與上述式(4)表示之二胺化合物,可各自獨立使用。或選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物與上述式(4)表示之二胺化合物,也可各自同時使用。
聚醯胺酸原料之二胺成分同時含有特定二胺(1)與選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物與二胺化合物(4)時,各自之含量係作為液晶配向膜時,考慮以可得到充分之摩擦耐性、液晶配向性、高的透過率、膜電阻較佳的光感度等來決定。同時也要從實現此液晶配向膜使用於液晶顯示元件時之液晶之預傾角之最佳化、離子密度之降低、蓄積電荷之降低及良好的殘像特性等的觀點來考慮。本實施形態係全二胺成分(100莫耳%)中,較佳為式(1)表示之特定二胺含有20~60莫耳%,選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物與式(4)表示之二胺化合物,以選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物:式(4)表示之二胺化合物=95:5~40:60之莫耳比表示,合計含有40~80莫耳%較佳。全二胺成分(100莫耳%)中,更佳為式(1)表示之特定二胺含有30~50莫耳%,及選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物與式(4)表示之二胺化合物,以選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物:式(4)表示之二胺化合物=95:5~60:40之莫耳比表示,合計含有50~70莫耳%。此外,全二胺成分(100莫耳%)中,特佳為式(1)表示之特定二胺含有30~50莫耳%,及選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物與式(4)表示之二胺化合物,以選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物:式(4)表示之二胺化合物=95:5~70:30之莫耳比表示,合計含有50~70莫耳%。此外,選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物中,較佳為使用p-苯二胺(2-1)。本實施形態之液晶配向劑係含有式(1)表示之特定二胺與選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物與式(4)表示之二胺化合物(4),此外可併用與此等不同之另外的二胺化合物。
另外的二胺化合物係如上述,例如具有含有氮原子之雜環的二胺化合物,具體例有上述式(3)表示之二胺化合物(3)。二胺化合物(3)係由聚醯胺酸得到液晶配向膜時,與二胺化合物(4)組合,有助於膜之低電阻化。又,使用此液晶配向膜所得之液晶顯示元件中,也有助於改善離子密度特性。二胺化合物(3)不與二胺化合物(4)組合,以單獨用於聚醯胺酸之構成,成為液晶配向膜時,幾乎無助於膜之低電阻化。
同時含有二胺化合物(3)、特定二胺(1)、選自由式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物及二胺化合物(4)時,全二胺成分(100莫耳%)中,較佳為含有20莫耳%以下之量的二胺化合物(3)。
綜合上述,本實施形態之液晶配向劑係含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸。聚醯胺酸原料之二胺成分係含有特定二胺(1)作為第1必須成分,含有二胺化合物作為第2必須成分。此二胺化合物係選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物與式(4)表示之二胺化合物。此等係各自獨立使用或各自併用來使用。又,聚醯胺酸原料之二胺成分可含有作為非必須成分之以式(3)表示之二胺化合物。或可含有以式(3)表示之二胺化合物作為第3必須成分,與選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物之組合。
本實施形態之液晶配向劑除上述式(1)、(2-1)~(2-3)、(3)、(4)表示之二胺化合物外,可含有其他之二胺化合物,作為聚醯胺酸的原料。
<其他之二胺化合物>本實施形態之液晶配向劑係如上述,含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸。聚醯胺酸原料之二胺成分係含有式(1)表示之特定二胺作為第1必須成分,其中第2必須成分為含有選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物或式(4)表示之二胺化合物或其兩者。又,二胺成分也可含有式(3)表示之二胺化合物作為第3之二胺成分。此外,二胺成分在不影響本發明之效果的範圍內,除了式(1)、(2-1)~(2-3)、(3)、(4)表示之二胺化合物外,也可含有其他之二胺化合物。其他之二胺無特別限定。其他之二胺化合物可以下述式(7)表示。
上述式(7)中,R5係表示2價有機基,R3及R4係各自獨立表示氫原子或1價有機基。R5之具體例有以下表[4-1]~表[4-4]所記載之2價有機基。
其他之二胺化合物例如有二胺側鏈上具有烷基、含氟烷基、芳香環、脂肪族環、雜環、及由彼等所構成之大環狀取代基的二胺,具體而言,例如有以下述式[DA1]~式[DA26]表示之二胺化合物。
式[DA1]~式[DA5]中,R1係碳數1以上22以下之烷基或含氟烷基。
式[DA6]~式[DA9]中,R2係表示-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-CH2-、-O-、-CO-、或-NH-,R3係表示碳數1以上22以下之烷基或含氟烷基。
式[DA10]及式[DA11]中,R4係表示-O-、-OCH2-、-CH2O-、-COOCH2-、或-CH2OCO-,R5係表示碳數1以上22以下之烷基、烷氧基、含氟烷基或含氟烷氧基。
式[DA12]~式[DA14]中,R6係表示-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-COOCH2-、-CH2OCO-、-CH2O-、-OCH2-、或-CH2-,R7係表示碳數1以上22以下之烷基、烷氧基、含氟烷基或含氟烷氧基。
式[DA15]及式[DA16]中,R8係表示-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-COOCH2-、-CH2OCO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2-、-O-、或-NH-,R9係表示氟基、氰基、三氟甲基、硝基、偶氮基、甲醯基、乙醯基、乙醯氧基或羥基。
此外,其他之二胺化合物,例如有下述式[DA27]表示之二胺基矽氧烷等。
式[DA27]中,m係1~10之整數。以上所列舉之其他之二胺化合物係配合作為液晶配向膜時之體積電阻率對光之感度、低體積電阻率、摩擦耐性、離子密度特性、透過率、液晶配向性、電壓保持特性及蓄積電荷等之特性,可使用1種類或混合2種類以上使用。
<四羧酸二酐成分>本實施形態之液晶配向劑所含有之聚醯胺酸係二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得。二胺成分係如上述,含有上述式(1)表示之特定二胺與上述其他之二胺化合物者。四羧酸衍生物較佳為四羧酸二酐成分。四羧酸二酐成分係以下述式(5)表示。其中,R6係表示可含有氧原子、硫原子、氟原子之4價烴基。R6之具體例有以下之[A-1]~[A-48]表示之4價基。
本實施形態係四羧酸二酐成分之50莫耳%以上,較佳為80莫耳%以上為R6具有如式[A-1]~式[A-25]之脂環式構造或脂肪族構造之式(5)表示的四羧酸二酐較佳。藉由形成這種成分組成,可提高液晶配向膜之電壓保持率,對光之感度降低。R6為此等脂環式構造或脂肪族構造中,使用選自式[A-1]、式[A-16]及式[A-19]所成群之四羧酸二酐時,可得到電荷之緩和更快速之液晶配向膜,故較佳。四羧酸二酐成分較佳為含有芳香族四羧酸二酐。藉此可提高液晶配向膜之配向性,可降低蓄積電荷。此時,相對於四羧酸二酐成分之全量,使用太多的量時,對光之感度變高,成為引起顯示不良的原因。因此,相對於四羧酸二酐之全量,芳香族四羧酸二酐較佳為50莫耳%以下,更佳為20莫耳%以下。上述二胺成分與四羧酸二酐成分(以下有時僅稱為四羧酸二酐)反應欲得到聚醯胺酸時,可使用公知的方法。以下說明使用四羧酸二酐的反應。本實施形態中,四羧酸二酐與二胺成分之聚合反應方法無特別限定。一般而言,藉由在有機溶劑中進行混合,產生聚合反應可成為聚醯胺酸。
使四羧酸二酐與二胺成分在有機溶劑中混合的方法,例如有使二胺成分分散或溶解於有機溶劑的溶液進行攪拌,且直接添加四羧酸二酐或將四羧酸二酐分散或溶解於有機溶劑中而進行添加的方法;將二胺成分添加於使四羧酸二酐分散或溶解於有機溶劑之溶液中的方法;交互添加四羧酸二酐與二胺成分的方法等。另外,四羧酸二酐及二胺成分中至少一方為由複數種化合物所構成時,可在預先混合此等複數種成分的狀態下進行聚合反應,或也可個別依序反應。
使四羧酸二酐與二胺成分在有機溶劑中進行聚合反應時之溫度,通常為0℃~150℃,較佳為5℃~100℃,更佳為10℃~80℃。溫度越高,聚合反應越快結束,但是溫度太高時,有時無法得到高分子量之聚合物。另外,聚合反應可在任意濃度下進行,但由於濃度太低時難以獲得高分子量的聚合物,濃度太高時,反應液體之黏性過高,使得均勻攪拌變得困難,因此較佳為1~50質量%,更佳為5~30質量%。反應初期可在高濃度下進行,之後,再追加有機溶劑。投入濃度係指四羧酸二酐與二胺成分之合計質量的濃度。
上述反應時所用的有機溶劑,只要是可溶解生成之聚醯胺酸者時,無特別限定。具體例有N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮、N-甲基己內醯胺、二甲基亞碸、四甲基尿素、吡啶、二甲基碸、六甲基亞碸或γ-丁內酯等。此等可單獨使用或混合使用。此外,可為不溶解聚醯胺酸的溶劑或在生成之聚醯胺酸不會析出的範圍內,可與上述溶劑混合使用。
有機溶劑中之水分會妨礙聚合反應,且成為使生成後之聚醯胺酸水解之原因,因此有機溶劑盡可能使用經脫水乾燥者。
欲得到聚醯胺酸用之聚合反應用的四羧酸二酐與二胺成分之比率,以莫耳比表示,較佳為1:0.8~1:1.2,此莫耳比越接近1:1時,由其所得之聚醯胺酸之分子量越大。聚醯胺酸之分子量過小時,所得之塗膜強度有時不足,相反的,聚醯胺酸之分子量過大時,由其所製造之液晶配向劑之黏度過高,有時塗膜形成時之作業性、塗膜之均勻性變差。因此,本發明之液晶配向劑用之聚醯胺酸的重量平均分子量,較佳為2,000~500,000,更佳為5,000~300,000。
本實施形態中,為了得到聚醯胺酸時,使用四羧酸二酐與二胺成分,其中二胺成分為使用含有上述式(1)表示之特定二胺與上述選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物的二胺成分、或含有上述式(1)表示之特定二胺與上述選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物與上述式(3)表示之二胺的二胺成分等之上述二胺成分。以使用選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物為例,進行以下說明。
使用選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物時,較適合使用之四羧酸二酐係上述式(5)中之R6為式[A-1]、式[A-2]、式[A-3]、式[A-5]、式[A-6]、式[A-8]、式[A-16]、式[A-18]、式[A-19]、式[A-21]、式[A-25]、式[A-26]、式[A-27]、式[A-31]、式[A-32]、式[A-35]、式[A-38]、式[A-46]或式[A-47]。
如此所得之聚醯胺酸可以下述式(6)之重複單位表示。
上述式(6)中,Ra、Rb、Rc係來自上述式(1)、選自由上述式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物或式(4)表示之二胺化合物等之基團,使用式(1)表示之二胺時,Ra及Rb係氫、Rc係-伸苯基-Y1-R1-NH-CX-HN-R2-Y2-伸苯基,使用式(4)表示之二胺時,Ra係H,Rb係H,Rc係X5。R6係與上述式(5)表示之四羧酸二酐中之R6相同意義。
<液晶配向劑>
本實施形態之液晶配向劑係含有如上述所得之聚醯胺酸者,通常為將此等之聚合物溶解於有機溶劑後的塗佈液。此液晶配向劑所含有之聚合物,除上述聚醯胺酸外,可含有具有其他構造的聚合物。液晶配向劑所含有之有機溶劑,只要是容藉含有之聚合物者,即無特別限定。
有機溶劑之具體例有N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-甲基己內醯胺、2-吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基亞碸、四甲基脲、吡啶、二甲基碸、六甲基亞碸、γ-丁內酯或1,3-二甲基-咪唑酮等。此等可單獨1種或混合2種以上使用。
又,即使單獨使用也無法溶解聚合物之溶劑,只要於聚合物不析出的範圍內,亦可與本實施形態之液晶配向劑混合。特別是乙基溶纖素、丁基溶纖素、乙基卡必醇、丁基卡必醇、乙基卡必醇乙酸酯、乙二醇、1-甲氧基-2-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇、1-丁氧基-2-丙醇、1-苯氧基-2-丙醇、丙二醇單乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、丙二醇-1-單甲基醚-2-乙酸酯、丙二醇-1-單乙基醚-2-乙酸酯、二丙二醇、2-(2-乙氧丙氧基)丙醇、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸n-丙酯、乳酸n-丁酯及乳酸異戊酯等具有低表面張力的溶劑,藉由混合此溶劑可提高對基板之塗膜均勻性。此等溶劑可單獨1種或混合2種以上使用。
具有低表面張力的溶劑的使用量較佳為液晶配向劑所含之全部溶劑之5~80質量%,更佳為20~60質量%。
本實施形態之液晶配向劑,除了上述聚合物及有機溶劑外,可含有各種添加劑。
例如提高膜厚之均勻性或表面平滑性的添加劑,例如有氟系界面活性劑、矽氧系界面活性劑或非離子系界面活性劑等。
例如有F TOP EF301、EF303、EF352(TOHKEMPRODUCTS公司製造)、Megafac F171、F173、R-30(大日本油墨公司製造)、Fluorad FC430、FC431(住友3M公司製造)、ASAHIGUARD AG710、Suflon S-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子公司製造)等。此等界面活性劑之使用比例係相對於液晶配向劑中所含之聚合物成分100質量份,較佳為0.01~2質量份,更佳為0.01~1質量份。
提高液晶配向膜與基板之密著性之添加劑的具體例有含有官能性矽烷之化合物、含有環氧基之化合物等。
例如有3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、2-胺基丙基三甲氧基矽烷、2-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-脲基丙基三甲氧基矽烷、3-脲基丙基三乙氧基矽烷、N-乙氧基羰基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-乙氧基羰基-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-三乙氧基矽烷基丙基三伸乙基三胺、N-三甲氧基矽烷基丙基三伸乙基三胺、10-三甲氧基矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、10-三乙氧基矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、9-三甲氧基矽烷基-3,6-二氮雜壬基乙酸酯、9-三乙氧基矽烷基-3,6-二氮雜壬基乙酸酯、N-苄基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-苄基-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-雙(氧伸乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-雙(氧伸乙基)-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、乙二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚、丙二醇二縮水甘油醚、三丙二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、1,6-己二醇二縮水甘油醚、丙三醇二縮水甘油醚、2,2-二溴新戊二醇二縮水甘油醚、1,3,5,6-四縮水甘油基-2,4-己二醇、N,N,N’,N’-四縮水甘油基-間-二甲苯二胺、1,3-雙(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)環己烷或N,N,N’,N’-四縮水甘油基-4,4’-二胺基二苯基甲烷等。此等化合物之添加量係相對於液晶配向劑中所含之聚合物成分100質量份,較佳為0.1~30質量份,更佳為1~20質量份。未達0.1質量份時,則無法期待密著性提高的效果,若多於30質量份時,則有液晶之配向性變差的情形。
本實施形態之液晶配向劑中,除上述以外,在不損及本發明效果的範圍內,可添加聚合物以外之聚合物成分。又,為了改變液晶配向膜之介電率或導電性等之電特性,亦可添加介電體或導電物質,為了提高作為液晶配向膜時之膜的硬度或緊密度,可添加交聯性化合物等。
本實施形態之液晶配向劑中之固體成分的濃度可依據目的之液晶配向膜的膜厚來適當變更,但是為了形成無缺陷之塗膜,且可得到作為液晶配向膜適當的膜厚,較佳為1~20質量%,更佳為2~10質量%。
本發明之液晶配向劑可摻合含有上述聚醯胺酸與由不同分子構造所構成之可溶性聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯胺酸酯等。此時,考慮所得之聚醯亞胺膜實現所要的特性時,上述聚醯胺酸之含量相對於其他含有之可溶性聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯胺酸酯等合併的全量(100莫耳%),較佳為10莫耳%~90莫耳%。
<液晶配向劑>
本實施形態之液晶配向劑係塗佈於基板上進行燒成後,以摩擦處理或光照射等進行配向處理。或於垂直配向性之液晶顯示元件用途時等,可未經配向處理,作為液晶配向膜使用。此時,使用的基板只要是透明性高的基板,則無特別限制,可使用玻璃基板或丙烯酸基板或聚碳酸酯基板等之塑膠基板等,但是從製程簡單化的觀點,較佳為使用形成驅動液晶用之ITO(Indium Tin Oxide)電極等的基板。又,反射型液晶顯示元件時,僅為單側基板時,也可使用矽晶圓等之不透明的基板。此時之電極亦可使用將鋁等的光反射的材料。
液晶配向劑之塗佈方法並無特別限定,工業上一般為以網版印刷、膠版印刷、彈性凸版印刷或噴墨等進行的方法。其他塗佈方法例如有浸漬法或使用輥塗佈機、狹縫塗佈機、旋轉器等的方法,可配合目的來使用這些塗佈機。
塗佈有液晶配向劑之基板的燒成,可藉由溫度100~350℃之任意溫度進行,較佳為溫度150~300℃,更佳為溫度180~250℃。液晶配向劑中含有聚醯胺酸或聚醯胺酸酯時,因此燒成溫度,對聚醯亞胺之轉化率會產生變化,但是本發明之液晶配向劑不一定需要100%醯亞胺化。因此。燒成時間可設定為任意時間,但是燒成時間過短時,因殘存溶劑之影響,有時會發生顯示不良,因此較佳為5~60分鐘,更佳為10~40分鐘。
燒成後之塗膜厚度,太厚時,對於液晶顯示元件之消耗電力較不利,過薄時,液晶顯示元件之可靠性有時會降低,因此較佳為5~300nm,更佳為10~100nm。使液晶水平配向或傾斜配向時,燒成後的塗膜以摩擦或偏光紫外線照射等進行處理。
<液晶顯示元件>
本實施形態之液晶顯示元件係藉由上述方法,由本實施形態之液晶配向劑得到附液晶配向膜之基板後,以公知方法製作液晶胞(cell),作成液晶顯示元件者。
舉出液晶胞製作之一例,如下述。首先,準備形成有液晶配向膜的一對基板。接著,在其一之基板的液晶配向膜上散佈間隔物,使液晶配向膜面成為內側,貼合另一基板後,減壓注入液晶進行封閉。或於散佈有間隔物的液晶配向膜面上滴入液晶後,貼合基板,進行封閉。此時之間隔物的厚度較佳為1~30μm,更佳為2~10μm。
使用本實施形態之液晶配向劑製作的液晶顯示元件係顯示品質及信賴性優異,可適用於大畫面且高精細之液晶電視等。
如上述,藉由使用本發明之液晶配向劑時,體積電阻率不易因光而變化,且顯示低的體積電阻率,摩擦處理時對膜表面之傷害或切削較少,液晶之配向性良好,可得到高透過率的液晶配向膜。又,使用本發明之液晶配向劑所得之液晶配向膜係低電阻,使用此等之液晶胞之殘留DC特性良好,離子密度也低,可提供殘像等級低之高品質的液晶顯示元件。又,本發明之液晶配向劑也可用於構成光配向性之配向膜。
[實施例]
以下舉實施例,詳細說明本實施形態,但是本發明不限於此等實施例。
下述實施例及比較例所使用的簡稱如下述。
DA-1:對苯二胺
DA-2:1,3-雙(4-胺基苯乙基)脲
DA-3:3,5-二胺基苯甲酸
DA-4:下述合成例2所記載之二胺化合物DA-4
DA-5:4,4’-二胺基二苯基胺
DA-6:4,4’-二胺基二苯基甲烷
CA-1:1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐
CA-2:苯均四酸二酐
CA-3:雙環[3,3,0]辛烷-2,4,6,8-四羧酸二酐
DMSO:二甲基亞碸
又,合成例中,1H-NMR係指分子內氫原子之核磁共振光譜,表示所得之化合物之光譜數據。
[合成例1]
DA-2:1,3-雙(4-胺基苯乙基)脲之合成
室溫下,經氮取代後之四口燒瓶中,加入2-(4-硝基苯基)乙胺鹽酸鹽[C](52.50g、259mmol)、碳酸雙(4-硝基苯基)酯[D](37.53g、123mmol)及THF(四氫呋喃)(1877g),其中再添加三乙胺(74.90g、740mmol)及4-N,N-二甲基胺基吡啶(3.01g、24.7mmol),以機械攪拌子攪拌。以HPLC(高速液體層析)追蹤反應,反應終了後,將反應溶液添加於純水(9L)中,攪拌30分鐘。然後,過濾,以純水(1L)洗淨,得到白色固體之粗物。此所得之白色固體以甲醇(488g),且使用超音波裝置分散洗淨後,進行過濾、乾燥,得到白色固体之二硝基化合物[E](得量42.3g、收率96%)。
1H-NMR(400MHz,DMSO-d6,δppm):8.11-8.08(4H,m),7.43-7.40(4H,m),5.89(2H,t),3.24-3.19(4H,q),2.76(4H,t)。
將化合物[E](42.32g、118mmol)、5%鈀碳(5%Pd/C)(4.23g)及1,4-二噁烷(2031g)之混合物以氮取代後,再以氫重新取代,在氫存在下,以室溫攪拌。以HPLC追蹤反應,反應終了後,以矽藻土過濾觸媒。然後,減壓下,餾除濾液之溶劑,得到白色固體之粗物。所得之粗物中添加2-丙醇(85g),以超音波裝置分散洗淨後,進行過濾、乾燥得到白色固體之二胺化合物[DA-2](得量31.9g、收率91%)。
1H-NMR(400MHz,DMSO-d6,δppm):6.85-6.82(4H,m),6.51-6.48(4H,m),5.78(2H,t),4.83(4H,s),3.14-3.09(4H,m),2.50-2.45(4H,m)。
[合成例2]二胺化合物DA-4之合成
二胺化合物DA-4之合成係依據以下反應式進行。
將化合物[G](29.92g,277mmol)及三乙胺(28.03g,277mmol)之四氫呋喃(300g)溶液冷卻至10℃以下,在注意發熱的狀態下,將化合物[F](60.76g,263mmol)之四氫呋喃(150g)溶液滴下。滴下終了後,使反應溫度提高至23℃,再進行反應。以HPLC(高速液體層析)確認反應終了後,將反應液全部倒入蒸餾水(2L)中,將析出的固体進行濾過、水洗後,以乙醇(450g)分散洗淨得到化合物[H](得量:72.91g,得率:92%)。
1H-NMR(400MHz,DMSO-d6,δppm):9.79(1H,t),9.10-9.09(2H,m),9.00-8.96(1H,m),8.61(1H,broad),8.50-8.48(1H,m),7.79-7.76(1H,m),7.40-7.36(1H,m),4.57(2H,s)。
接著,將化合物[H](72.00g,238mmol)、5%鈀碳(含水型,7.2g,10wt%)及1,4-二噁烷(720g)之混合物在氫存在下,以60℃攪拌。反應終了後,以矽藻土過濾觸媒後,使用蒸發器餾除溶劑得到粗物。所得之粗物以乙醇(360g)分散洗淨,得到二胺化合物[DA-4](得量:43.62g,得率:76%)。
1H-NMR(400MHz,DMSO-d6,δppm):8.64(1H,t),8.50(1H,d),8.44(1H,d),7.67(1H,d),7.34(1H,q),6.23(2H,d),5.94(1H,s),4.87(4H,s),4.39(2H,d)。
實施例1
在附攪拌裝置及氮導入管之100ml之四口燒瓶中,加入DA-1 2.65g(24.5mmol)及DA-2 3.14g(10.5mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮71g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 6.55g(33.4mmol),再使固體成分濃度成為12質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌4小時得到聚醯胺酸(A1)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為274mPa‧s。此聚醯胺酸溶液20.09g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮8.64g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液2.32g及丁基溶纖素7.76g,得到A1之濃度為6.0質量%的液晶配向劑。
表5係表示聚醯胺酸A1之合成使用之各二胺的量(莫耳)與四羧酸二酐的量(莫耳)及所得之聚醯胺酸溶液的黏度。同樣的,表5也表示以下說明之各實施例2~12及比較例1~3中,聚醯胺酸(A2~A12及B1~B3)之合成使用之各二胺的量(莫耳)與四羧酸的量(莫耳)及所得之聚醯胺酸溶液的黏度。
(摩擦耐性)
將上述實施例1所得之液晶配向劑以1.0μm之過濾器過濾後,旋轉塗佈於附透明電極之玻璃基板上,在80℃之加熱板上乾燥5分鐘後,以220℃進行燒成20分鐘,得到膜厚100nm之聚醯亞胺膜。此聚醯亞胺膜以生絲布摩擦(輥徑120mm、轉數1000rpm、移動速度20mm/sec、押入量0.4mm)。此膜表面使用共焦點雷射顯微鏡觀察表面狀態,以倍率10倍觀察有無切削屑與有無傷痕。結果為無切削屑與無傷痕。此結果如表6所示。
(體積電阻率之測定)
將上述所得之液晶配向劑以1.0μm之過濾器過濾後,旋轉塗佈於附ITO透明電極之玻璃基板上,在80℃之加熱板上乾燥5分鐘後,以220℃進行燒成20分鐘,形成膜厚200nm之塗膜(聚醯亞胺膜)。使此塗膜表面介於光罩蒸鍍鋁,形成1.0mmΦ之上部電極,作為體積電阻率測定用的試料。此試料之ITO電極與鋁電極之間施加10V的電壓,測定施加電壓180秒後之電流值,由此值與電極面積、膜厚之測定值計算得到體積電阻率。又,試料基板之下設置LED之背光,在亮燈下與熄燈下分別進行測定,測定因光造成之體積電阻率之變化。體積電阻率之值為未達1×1014Ω‧cm,且LED熄燈時之值(ρ1)除以LED亮燈時之值(ρ2)所得者(ρ1/ρ2)為0.7~1.5時,表示「良好」,此範圍以外表示「不良」。此結果如表7所示。ρ1/ρ2係1.1,表示「良好」。
(透過率測定)
將上述所得之液晶配向劑以1.0μm之過濾器過濾後,配向劑旋轉塗佈於石英基板上,在80℃之加熱板上乾燥5分鐘後,以220℃進行燒成20分鐘,形成膜厚100nm之塗膜(聚醯亞胺膜)。試料基板藉由島津製作所製UV-3100PC測定透過率。由所得之數據計算得到350nm-750nm之平均透過率,該值為95%以上者,表示「良好」,未達95%者定義為「不良」。此結果如表6所示為「良好」。
(液晶胞之製作)
將上述所得之液晶配向劑以1.0μm之過濾器過濾後,旋轉塗佈於附透明電極之玻璃基板上,在80℃之加熱板上乾燥5分鐘後,以220℃進行燒成20分鐘,得到膜厚100nm之塗膜(聚醯亞胺膜)。此聚醯亞胺膜以生絲布摩擦(輥徑120mm、轉數1000rpm、移動速度30mm/sec、押入量0.2mm)後,於純水中進行1分鐘超音波照射,以80℃乾燥10分鐘。這種附液晶配向膜之基板準備2片,其一基板之液晶配向膜面設置6μm之間隔件後,2片基板之摩擦方向成為逆平行的方式予以組合,剩下液晶注入口,將周圍密封,製作晶胞間隙為6μm之空晶胞。將液晶(MLC-2041、Merk公司製)以常溫真空注入於此晶胞中,封閉注入口,作成液晶配向為逆平行配向的液晶胞。
(液晶配向性)
以偏光顯微鏡觀察上述所得之液晶胞之配向狀態,有配向缺陷者表示「不良」,無配向缺陷者表示「良好」,結果液晶配向性為良好。此結果如表6所示。
(離子密度測定)
使用與上述同樣製作之液晶胞,使用東陽Technica公司製之6254型液晶物性評價裝置進行測定。測定係施加10V、0.01Hz之三角波,藉由三角形近似法算出相當於所得之波形之離子密度的面積,作為離子密度。測定時,液晶胞之溫度為60℃。此結果如表6所示。
(殘留DC之測定)
使用與上述同樣製作之液晶胞,使用東陽Technica公司製之6254型液晶物性評價裝置之誘電吸收法進行測定。測定係在60℃之環境下進行,對晶胞施加30分鐘之10V之直流電壓後,經過1秒放電,其20分鐘後之殘留DC量未達500mV者表示「良好」,而500mV以上者表示「不良」。此結果如表6所示為「良好」。
由以上評價結果得知,使用本實施例之液晶配向劑形成的聚醯亞胺膜,其摩擦耐性良好,透過率也良好。此外,體積電阻率也顯示低的值,且不易因光而變化,體積電阻率良好。作為液晶配向膜使用於液晶胞時,液晶之配向性良好,離子密度也低,殘留DC特性也良好。
實施例2
在附攪拌裝置及氮導入管之50ml之四口燒瓶中,加入DA-12.39g(8.0mmol)及DA-20.87g(8.0mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮30g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 2.92g(14.9mmol),再使固體成分濃度成為12質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌4小時得到聚醯胺酸(A2)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為281mPa‧s。此聚醯胺酸溶液16.98g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮8.09g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液2.03g及丁基溶纖素6.77g,得到A2之濃度為6.0質量%的液晶配向劑。
實施例3
在附攪拌裝置及氮導入管之100ml之四口燒瓶中,加入DA-1 2.65g(24.5mmol)及DA-2 3.14g(10.5mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮85g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 5.25g(26.8mmol),於氮氣氛下,以水溫攪拌2小時。然後添加CA-3 1.76g(7.0mmol),再使固體成分濃度成為12質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以50℃攪拌16小時得到聚醯胺酸(A3)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為289mPa‧s。此聚醯胺酸溶液15.55g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮7.02g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液1.83g及丁基溶纖素6.10g,得到A3之濃度為6.0質量%的液晶配向劑。
實施例4
在附攪拌裝置及氮導入管之50ml之四口燒瓶中,加入DA-1 1.37g(12.6mmol)及DA-2 1.62g(5.4mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮36.93g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 2.98g(15.2mmol),於氮氣氛下,以水溫攪拌2小時。然後添加CA-2 0.39g(1.8mmol),再使固體成分濃度成為12質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌3小時得到聚醯胺酸(A4)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為261mPa‧s。此聚醯胺酸溶液16.09g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮6.96g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液1.86g及丁基溶纖素6.22g,得到A4之濃度為6.0質量%的液晶配向劑。
實施例5
在附攪拌裝置及氮導入管之100ml之四口燒瓶中,加入DA-1 1.94g(18.0mmol)、DA-2 2.69g(9.0mmol)及DA-4 0.72g(3.0mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮64.5g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 5.67g(28.8mmol),再使固體成分濃度成為12質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌3小時得到聚醯胺酸(A5)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為281mPa‧s。此聚醯胺酸溶液15.58g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮6.47g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液1.78g及丁基溶纖素5.95g,得到A5之濃度為6.0質量%的液晶配向劑。
實施例6
在附攪拌裝置及氮導入管之50ml之四口燒瓶中,加入DA-1 0.64g(6.0mmol)、DA-2 2.98g(10.0mmol)及DA-30.60g(4.0mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮33.5g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 3.72g(19.0mmol),再使固體成分濃度成為15質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌4小時得到聚醯胺酸(A6)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為514mPa‧s。此聚醯胺酸溶液12.07g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮10.14g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液1.79g及丁基溶纖素5.99g,得到A6之濃度為6.0質量%的液晶配向劑。
實施例7
在附攪拌裝置及氮導入管之100ml之四口燒瓶中,加入DA-2 6.27g(21.0mmol)、DA-3 1.07g(7.0mmol)及DA-4 1.70g(7.0mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮60.3g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 6.67g(34.0mmol),再使固體成分濃度成為15質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌3小時得到聚醯胺酸(A7)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為433mPa‧s。此聚醯胺酸溶液14.94g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮14.6g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液2.39g及丁基溶纖素7.98g,得到A7之濃度為6.0質量%的液晶配向劑。
實施例8
在附攪拌裝置及氮導入管之100ml之四口燒瓶中,加入DA-2 8.96g(30.0mmol)、DA-3 3.04g(20.0mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮83.0g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 9.41g(48.0mmol),再使固體成分濃度成為15質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌6小時得到聚醯胺酸(A8)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為399mPa‧s。此聚醯胺酸溶液20.20g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮22.22g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液3.18g及丁基溶纖素10.61g,得到A8之濃度為5.5質量%的液晶配向劑。
實施例9
在附攪拌裝置及氮導入管之50ml之四口燒瓶中,加入DA-1 1.55g(14.4mmol)、DA-2 0.48g(1.6mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮31.2g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 3.04g(15.5mmol),再使固體成分濃度成為10質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌6小時得到聚醯胺酸(A9)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為180mPa‧s。此聚醯胺酸溶液20.20g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮4.89g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液2.02g及丁基溶纖素6.74g,得到A9之濃度為6.0質量%的液晶配向劑。
實施例10
在附攪拌裝置及氮導入管之200ml之四口燒瓶中,加入DA-1 4.41g(40.8mmol)、DA-2 6.09g(20.4mmol)、DA-5 1.35g(6.8mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮144.5g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 9.89g(50.5mmol),再使固體成分濃度成為12質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌2小時。然後,攪拌的狀態下,添加CA-2 2.96g(13.4mmol),再攪拌4小時得到聚醯胺酸(A10)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為288mPa‧s。此聚醯胺酸溶液57.14g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮24.26g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液6.60g及丁基溶纖素22g,得到A10之濃度為6.0質量%的液晶配向劑。
實施例11
在附攪拌裝置及氮導入管之200ml之四口燒瓶中,加入DA-13.67g(33.9mmol)、DA-26.08g(20.4mmol)、DA-52.70g(13.6mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮148.1g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 9.86g(49.8mmol),再使固體成分濃度成為12質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌2小時。然後,攪拌的狀態下,添加CA-22.96g(13.4mmol),再攪拌4小時得到聚醯胺酸(A11)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為307mPa‧s。此聚醯胺酸溶液57.54g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮23.86g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液6.60g及丁基溶纖素22g,得到A11之濃度為6.0質量%的液晶配向劑。
實施例12
在附攪拌裝置及氮導入管之200ml之四口燒瓶中,加入DA-14.41g(40.8mmol)、DA-26.09g(20.4mmol)、DA-51.35g(6.8mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮144.1g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 11.23g(57.3mmol),再使固體成分濃度成為12質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌2小時。然後,攪拌的狀態下,添加CA-2 1.49g(6.8mmol),再攪拌4小時得到聚醯胺酸(A12)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為288mPa‧s。此聚醯胺酸溶液57.84g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮23.56g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液6.60g及丁基溶纖素22g,得到A12之濃度為6.0質量%的液晶配向劑。
實施例13
在附攪拌裝置及氮導入管之300ml之四口燒瓶中,加入DA-619.83g(100.0mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮111.0g、γ-丁內酯111.0g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 8.43g(43.0mmol),以水溫攪拌2小時。然後,攪拌的狀態下,添加CA-210.91g(50.0mmol),再攪拌6小時得到聚醯胺酸(PA1)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為323mPa‧s。此聚醯胺酸溶液25.00g中添加γ-丁內酯25.1g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液3.58g及丁基溶纖素9.38g,得到PA1之濃度為6.0質量%的溶液。然後,將所得之PA1之濃度為6.0質量%之溶液5.0g與實施例1所得之A1之濃度為6.0質量%的溶液20.0g予以混合,得到PA1與A1之混合比為PA1:A1=1:4(重量比)的液晶配向劑。
比較例1
在附攪拌裝置及氮導入管之100ml之四口燒瓶中,加入DA-13.78g(35.0mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮83.0g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 6.52g(33.3mmol),再使固體成分濃度成為10質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌4小時,得到聚醯胺酸(B1)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為110mPa‧s。此聚醯胺酸溶液15.00g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮4.31g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液1.47g及丁基溶纖素3.67g,得到B1之濃度為6.0質量%的液晶配向劑。
比較例2
在附攪拌裝置及氮導入管之100ml之四口燒瓶中,加入DA-26.27g(21.0mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮83.0g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 3.92g(20.0mmol),再使固體成分濃度成為10質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌4小時,得到聚醯胺酸(B2)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為129mPa‧s。此聚醯胺酸溶液24.00g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮2.40g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液1.60g及丁基溶纖素12.00g,得到B2之濃度為6.0質量%的液晶配向劑。
比較例3
在附攪拌裝置及氮導入管之100ml之四口燒瓶中,加入DA-5 4.58g(23.0mmol),再添加N-甲基-2-吡咯烷酮65.0g,送入氮的狀態下攪拌溶解。將此二胺溶液進行攪拌的狀態下添加CA-1 4.33g(22.1mmol),再使固體成分濃度成為10質量%的狀態,添加N-甲基-2-吡咯烷酮,於氮氣氛下,以水溫攪拌4小時,得到聚醯胺酸(B3)之溶液。此聚醯胺酸溶液在25℃時之黏度以E型黏度計(東機產業公司製)確認為223mPa‧s。此聚醯胺酸溶液15.11g中添加N-甲基-2-吡咯烷酮7.74g、含有3-胺基丙基三乙氧基矽烷為1.0重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液1.52g及丁基溶纖素6.09g,得到B3之濃度為5.0質量%的液晶配向劑。
使用實施例2~實施例13及比較例1~比較例3所得之液晶配向膜處理劑,與實施例1同樣製作聚醯亞胺膜及液晶胞等之評價試料,測定摩擦耐性、液晶配向性、離子密度、殘留DC及體積電阻率。所得結果如表6及表7所示。
使用實施例2~實施例13之液晶配向劑所形成之聚醯亞胺膜係摩擦耐性良好,透過率也良好。體積電阻率也低,且不易因光而變化,體積電阻率良好。此外,作為液晶配向膜使用於液晶胞時,液晶之配向性良好,離子密度也低,殘留DC特性也良好。因此得知本實施例之液晶配向膜可有效降低或防止殘像顯示不良。
而二胺成分僅使用DA-1之比較例1得知摩擦耐性低,且離子密度也顯示高的值。二胺成分僅使用DA-2之比較例2係作為液晶配向膜使用於液晶胞時,殘留DC特性差,且體積電阻率評價也差。二胺成分僅使用DA-5之比較例3係透過率特性不良,上述體積電阻率評價也不良。此外,作為液晶配向膜使用於液晶胞時,液晶之配向特性不良,且離子密度也顯示高的值。
產業上之利用性
使用本發明之液晶配向劑可得到摩擦耐性優異,液晶之配向性也良好的液晶配向膜。此外,本發明之液晶配向膜係具有高的透過率,低電阻,電阻對光之感度也低,此外,使用於液晶胞時之離子密度也低,殘留DC特性良好,因此可用於要求高的顯示品質的液晶顯示元件。

Claims (9)

  1. 一種液晶配向劑,其係含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸的液晶配向劑,其特徵係前述二胺成分係以式(1)表示之二胺化合物含有5~60莫耳%,選自式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物含有40~95莫耳%, (式(1)中,X係氧原子或硫原子,Y1及Y2係各自獨立為單鍵、-O-、-S-、-OCO-或-COO-,R1及R2係各自獨立為碳數1~3之伸烷基)
  2. 如申請專利範圍第1項之液晶配向劑,其中前述二胺成分為含有20莫耳%以下之量之式(3)表示的二胺化合物, (式(3)中,X1係選自由-CONQ1-、-O-、-NQ1-、-NQ1CO-、-CH2O-及-OCO-所成群之至少一種2價有機基,Q1係氫原子或碳數1~3之烷基,X2係選自碳數1~20之脂肪族烴基、非芳香族環式烴基及芳香族烴基所成群之至少一種2價有機基或單鍵,X3係單鍵或選自由-O-、-NQ2-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種2價有機基,Q2係氫原子或碳數1~3之烷基,X4係1價含氮芳香族雜環,n係1~4之整數)。
  3. 一種液晶配向劑,其係含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸的液晶配向劑,其特徵係前述二胺成分係式(1)表示之二胺化合物含有40~70莫耳%,以式(4)表示之二胺化合物含有30莫耳%以上者, (式(1)中,X係氧原子或硫原子,Y1及Y2係各自獨立為單鍵、-O-、-S-、-OCO-或-COO-,R1及R2係各自獨立為碳數1~3之伸烷基) (式(4)中,X5係具有碳數6~30之芳香族環的有機基,n係1~4之整數)。
  4. 如申請專利範圍第3項之液晶配向劑,其中前述二胺成分為含有20莫耳%以下之量之式(3)表示的二胺化合物, (式(3)中,X1係選自由-CONQ1-、-O-、-NQ1-、-NQ1CO-、-CH2O-及-OCO-所成群之至少一種2價有機基,Q1係氫原子或碳數1~3之烷基,X2係選自由碳數1~20之脂肪族烴基、非芳香族環式烴基及芳香族烴基所成群之至少一種2價有機基或單鍵,X3係單鍵,或選自由-O-、-NQ2-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種2價有機基,Q2係氫原子或碳數1~3之烷基,X4係1價含氮芳香族雜環,n係1~4之整數)。
  5. 如申請專利範圍第4項之液晶配向劑,其係含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸的液晶配向劑,前述二胺成分含有以式(1)表示之二胺化合物20~60莫耳%,並且選自式(2-1)、式(2-2)及式(2-3)表示之二胺化合物所成群之至少一種二胺化合物與式(4)表示之二胺化合物以95:5~40:60之莫耳比,含有合計40~80莫耳%, (式(1)中,X係氧原子或硫原子,Y1及Y2係各自獨立為單鍵、-O-、-S-、-OCO-或-COO-,R1及R2係各自獨立為碳數1~3之伸烷基) (式(4)中,X5係具有碳數6~30之芳香族環的有機基,n係1~4之整數)。
  6. 如申請專利範圍第5項之液晶配向劑,其中前述二胺成分為含有20莫耳%以下之量之以式(3)表示的二胺化合物, (式(3)中,X1係選自由-CONQ1-、-O-、-NQ1-、-NQ1CO-、-CH2O-及-OCO-所成群之至少一種2價有機基,Q1係氫原子或碳數1~3之烷基,X2係選自碳數1~20之脂肪族烴基、非芳香族環式烴基及芳香族烴基所成群之至少一種2價有機基或單鍵,X3係單鍵或選自由-O-、-NQ2-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種2價有機基,Q2係氫原子或碳數1~3之烷基,X4係1價含氮芳香族雜環,n係1~4之整數)。
  7. 一種液晶配向劑,其係含有使二胺成分與四羧酸二酐成分反應所得之聚醯胺酸的液晶配向劑,其特徵係前述二胺成分含有50莫耳%以上之以式(1)表示之二胺化合物,並且剩餘的成分為以90:10~40:60之莫耳比含有式(4)表示之二胺化合物與式(3)表示之二胺化合物, (式(1)中,X係氧原子或硫原子,Y1及Y2係各自獨立為單鍵、-O-、-S-、-OCO-或-COO-,R1及R2係各自獨立為碳數1~3之伸烷基) (式(4)中,X5係具有碳數6~30之芳香族環的有機基,n係1~4之整數) (式(3)中,X1係選自由-CONQ1-、-O-、-NQ1-、-NQ1CO-、-CH2O-及-OCO-所成群之至少一種2價有機基,Q1係氫原子或碳數1~3之烷基,X2係選自碳數1~20之脂肪族烴基、非芳香族環式烴基及芳香族烴基所成群之至少一種2價有機基或單鍵,X3係單鍵或選自由-O-、-NQ2-、-CONQ2-、-NQ2CO-、-COO-、-OCO-及-O(CH2)m-(m係1~5之整數)所成群之至少一種2價有機基,Q2係氫原子或碳數1~3之烷基,X4係1價含氮芳香族雜環,n係1~4之整數)。
  8. 一種液晶配向膜,其特徵係由如申請專利範圍第1~7項中任一項之液晶配向劑所得者。
  9. 一種液晶顯示元件,其特徵係具有如申請專利範圍第8項之液晶配向膜。
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