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TW201402701A - 液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件 - Google Patents

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TW201402701A
TW201402701A TW102122592A TW102122592A TW201402701A TW 201402701 A TW201402701 A TW 201402701A TW 102122592 A TW102122592 A TW 102122592A TW 102122592 A TW102122592 A TW 102122592A TW 201402701 A TW201402701 A TW 201402701A
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liquid crystal
group
compound
crystal alignment
decane
Prior art date
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TW102122592A
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English (en)
Inventor
Yoshihiko Kuroda
Hiroaki Tokuhisa
Original Assignee
Jsr Corp
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Abstract

本發明的目的在於提供一種可形成高速響應性等各種特性優異的IPS方式或FFS方式的液晶顯示元件的液晶配向劑,以及具備由該液晶配向劑形成的液晶配向膜的IPS方式或FFS方式的液晶顯示元件。本發明是一種IPS方式或FFS方式的液晶顯示元件中的液晶配向膜形成用的液晶配向劑,其特徵在於:包括[A]具有由下述式(1)所表示的基的化合物(以下,也稱為“[A]化合物”)。□式(1)中,R1為具有至少2個單環結構的基。R2為含有雙鍵、三鍵、醚鍵、酯鍵或氧原子的連結基。a為0~1的整數。

Description

液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件
本發明涉及一種液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件。
近年來,液晶顯示元件由於具有消耗電力小、或容易小型化及平面化等優點,因此從手機等小型的液晶顯示裝置至液晶電視機等大畫面液晶顯示裝置為止,在廣泛的用途中得到應用。
目前,作為液晶顯示裝置的驅動模式,對應於液晶分子的配向(排列)狀態的變化,已知有扭轉向列(Twisted Nematic,TN)、超扭轉向列(Super Twisted Nematic)、共面切換(In-Plane Switching,IPS)、邊緣場切換(Fringe Field Switching,FFS)、垂直配向(Vertical Alignment,VA)等。
這些驅動模式之中,已知藉由將電極對在一片基板面內配置成梳齒狀,施加電場時的液晶的驅動方向僅變成基板面內方向的IPS(In-Plane Switching)型液晶顯示元件,變更IPS型的電極構造並提高顯示元件部分的開口率來提升亮度的FFS(Fringe Field Switching)型液晶顯示元件的視角特性優異(參照日本專利特開昭56-91277、美國專利第5,928,733號、日本專利特開2008-216572號公報)。另外,已知由於液晶相對於基板始終並行地配向,因此由來自外部的壓力所引起的液晶混亂少、難以產生斑點等顯示不良。因此,IPS方式或FFS在搭載有觸摸屏功能的手機、平板電腦(Tablet Personal Computer)等的應用程序中的應用正擴大。
但是,近年來正將手機或平板電腦用作動畫顯示用裝置,作為對液晶顯示元件所要求的特性,為了流暢地顯示動畫並極力抑制殘像,而要求液晶響應速度的進一步的高速化。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開昭56-91277號公報
[專利文獻2]美國專利第5,928,733號公報
[專利文獻3]日本專利特開2008-216572號公報
本發明是基於如上所述的情況而完成的發明,其目的在於提供一種液晶配向劑,具備由該液晶配向劑形成的液晶配向膜的IPS方式或FFS方式的液晶顯示元件,所述液晶配向劑可形成滿足作為液晶顯示元件通常所要求的液晶配向性,並且液晶響應性優異的IPS方式或FFS方式的液晶顯示元件。
為了解決所述課題而完成的發明是一種液晶配向劑,其 是IPS方式或FFS方式的液晶顯示元件中的液晶配向膜形成用的液晶配向劑,其特徵在於:包括[A]具有由下述式(1)所表示的基的化合物(以下,也稱為“[A]化合物”)。
式(1)中,R1為具有至少2個單環結構的基。R2為含有雙鍵、三鍵、醚鍵、酯鍵或氧原子的連結基。a為0~1的整數。
該液晶配向劑含有[A]化合物,且液晶分子的配向控制性優異,所述[A]化合物具備具有介電異向性的所述基。因此,具備使用該液晶配向劑所形成的液晶配向膜的IPS方式或FFS方式的液晶顯示元件的液晶分子的配向性良好,可縮短響應時間。
[A]化合物優選包括:源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分、及源自具有由下述式(2)所表示的羧基的化合物(以下,也稱為“特定羧酸”)的部分。
式(2)中,R1、R2及a的含義與所述式(1)相同。R3為亞甲基或碳數為2~30的伸烷基、伸苯基或伸環己基,這些基可進一步具有取代基。
根據該液晶配向劑,藉由利用環氧基與羧基的反應性, 作為[A]化合物,可將作為側鏈的由所述式(1)所表示的具有介電異向性的結構容易地導入至作為主鏈的聚有機矽氧烷中。因此,該液晶配向劑可有效地對所獲得的液晶顯示元件賦予高速響應性。
所述R1優選由下述式(3)所表示的基。
式(3)中,R4為氫原子、氰基、氟原子、三氟甲基、烷氧基羰基、烷基或烷氧基。R5及R7分別獨立為伸苯基、伸聯苯基、伸萘基、伸環己基、雙伸環己基、伸環己基伸苯基或雜環,這些基可進一步具有取代基。R6為碳數為1~10的伸烷基,含有雙鍵、三鍵、醚鍵、酯鍵及雜環的任一個的連結基,這些基可進一步具有取代基。b為1~9的整數。當b為2以上時,多個R4可相同,也可以不同。c為0~1的整數。d為1~2的整數。當d為2時,多個R6、R7及c彼此可相同,也可以不同。
藉由將由所述式(3)所表示的結構導入至該液晶配向劑的[A]化合物中,可使所獲得的液晶顯示元件的響應性更高速化。
所述環氧基優選由下述式(X1-1)或(X1-2)所表示的基。
[化4]
式(X1-1)中,A為氧原子或單鍵。h為1~3的整數。i為0~6的整數。其中,當i為0時,A為單鍵。
式(X1-2)中,j為0~6的整數。
藉由使所述聚有機矽氧烷中含有由所述式(X1-1)或式(X1-2)所表示的基,而容易將由所述式(1)所表示的基導入至該液晶配向劑的[A]化合物中。
該液晶配向劑優選更包括[B]選自由聚醯胺酸及聚醯亞胺所組成的群組中的至少1種聚合物(以下,也稱為“[B]聚合物”)。若使用含有[B]聚合物的液晶配向劑來形成液晶配向膜,則可獲得液晶配向性得到進一步改善的液晶顯示元件。
本發明的液晶顯示元件是具備由該液晶配向劑所形成的液晶配向膜的IPS方式或FFS方式的液晶顯示元件。根據該液晶顯示元件,由所述液晶配向劑來形成液晶配向膜,由此液晶配向性高,可發揮優異的高速響應性。
如以上所說明般,根據本發明的液晶配向劑,可形成高速響應性等各種特性優異的IPS方式或FFS方式的液晶顯示元件。另外,本發明的液晶顯示元件作為IPS方式或FFS方式的元 件,可發揮高響應性等。
10‧‧‧玻璃
20‧‧‧配向膜
30‧‧‧透明頂電極
40‧‧‧透明底電極
50‧‧‧氮化矽
圖1是表示實施例及比較例中所製造的液晶顯示元件的構造的剖面圖。
圖2是表示實施例及比較例中所製造的液晶顯示元件的電極構造的概略圖(俯視圖)。
以下,對本發明的液晶配向劑、液晶顯示元件的形態進行詳細說明。
<液晶配向劑>
本發明的液晶配向劑是IPS方式或FFS方式的液晶顯示元件中的液晶配向膜形成用的液晶配向劑,其特徵在於含有[A]化合物。另外,該液晶配向劑可含有[B]聚合物等後述的“其他聚合物”。進而,在無損本發明的效果的範圍內,該液晶配向劑也可以含有其他任意成分。以下,對各成分進行詳述。
<[A]化合物>
[A]化合物為具有由所述式(1)所表示的基的化合物。由所述式(1)所表示的基具有介電異向性,含有[A]化合物的液晶配向劑的液晶分子的配向控制性優異。因此,具備使用該液晶配向劑所形成的液晶配向膜的IPS方式或FFS方式的液晶顯示元 件的液晶分子的配向性良好,可縮短響應時間。
所述式(1)中,R1為具有至少2個單環結構的基,優選顯示正或負的介電異向性。所謂單環結構,是指如下的結構:一個環結構獨立於其他環結構而存在、且一個環結構的鍵與其他環結構共有的不具有所謂的縮合環結構的結構。另外,作為單環結構,可為脂環式結構、芳香環式結構、雜環式結構的任一種,也可以將這些結構組合來含有。
R1只要是具有至少2個單環結構的基,則並無特別限定,但具有代表性的是R1優選由所述式(3)所表示的基。藉由將由所述式(3)所表示的結構導入至該液晶配向劑的[A]化合物的側鏈中,可使所獲得的液晶配向元件的液晶響應速度更高速化。
所述式(3)中,R4為氫原子、氰基、氟原子、三氟甲基、烷氧基羰基、烷基及烷氧基的任一個。作為烷氧基羰基,例如可列舉甲氧基羰基、乙氧基羰基、丙氧基羰基等;作為烷基,例如可列舉甲基、乙基、丙基、正丁基、異丁基等碳數為1~20的直鏈狀或支鏈狀的烷基等;作為烷氧基,例如可列舉甲氧基、乙氧基、丙氧基等。
所述式(3)中,當具有多個R4時,可將彼此不同的R4組合使用。作為具有多個R4時的組合,為了使所期望的介電異向性穩定地顯現,優選氟原子與氰基的組合、氟原子與烷基的組合、氰基與烷基的組合。再者,b為0~9的整數。
式(3)中,R5及R7分別獨立為伸苯基、伸聯苯基、伸 萘基、伸環己基、雙伸環己基、伸環己基伸苯基或雜環。作為雜環,例如可列舉:吡啶環、噠嗪環、嘧啶環等。
所述式(3)中,R6為碳數為1~10的伸烷基,含有雙鍵、三鍵、醚鍵、酯鍵及雜環的任一個且將R5與R7連結的連結基,這些基(伸烷基或雜環)可進一步具有取代基。可對應於[A]化合物所需的配向性或介電異向性而適宜選擇。再者,c為0或1的整數,因此可含有R6,也可以不含R6
所述式(3)中,d為1~2的整數。當d為2時,多個R6、R7及c彼此可相同,也可以不同。
作為由所述式(3)所表示的基,例如可列舉由下述式(D-1)~式(D-116)所表示的基。
[化5]
[化6]
[化7]
[化9]
[化10]
[化11]
式(D-1)~式(D-116)中,R為碳數為1~20的烷基(甲基、乙基、丙基、正丁基、異丁基、正戊基、正己基等)或烷氧基(甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、丁氧基等)。
所述式(1)中,R2為含有雙鍵、三鍵、醚鍵、酯鍵或氧原子的任一個的連結基。R2只要含有所述鍵的任一個即可,但也可以將各鍵組合來含有。再者,當後述的R3為伸苯基或伸環己基時,就所形成的配向膜的配向性或對於溶劑的溶解性的觀點而言,R2優選含有碳數為1~30的伸烷基。再者,a為0~1的整數。
作為[A]化合物,只要具有由所述式(1)所表示的基,則並無特別限定,但優選側鏈上具有由式(1)所表示的基的聚合物,就電特性方面而言,更優選將聚有機矽氧烷、聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚(苯乙烯-苯基順丁烯二醯亞胺)衍生物、纖維素衍生物、聚酯、聚醯胺、聚苯乙烯衍生物、 聚醯胺酸酯作為主鏈結構的化合物,就耐光性方面而言,進而更優選將聚有機矽氧烷作為主鏈結構的化合物。
作為將聚有機矽氧烷作為主鏈結構的[A]化合物,優選包括源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分、及源自由所述式(2)所表示的特定羧酸的部分的化合物。由於該液晶配向劑中的[A]化合物具有特定的結構單元,而在側鏈上導入有具有介電異向性的結構,從而具備使用該液晶配向劑所形成的液晶配向膜的液晶顯示元件進一步縮短響應時間。另外,藉由利用環氧基與羧基之間的反應性,可將作為側鏈的由所述式(1)所表示的具有介電異向性的結構容易地導入至作為主鏈的聚有機矽氧烷中。
當[A]化合物包括源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分、及源自所述特定羧酸的部分時,可認為主要作為聚有機矽氧烷的環氧基與特定羧酸的羧基的反應物而獲得,但為了使以後的說明變得容易,方便起見而分成源自具有環氧基的聚有機矽氧烷(及其衍生物)的部分、及源自特定羧酸的部分來對[A]化合物進行說明。
[源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分]
該部分的概念包含[A]化合物的結構之中,作為聚合物主鏈的聚有機矽氧烷骨架、及作為從該聚有機矽氧烷主鏈延伸出的側鏈的含有環氧基的骨架。如上所述,在[A]化合物中,可認為大部分的環氧基與特定羧酸進行反應而不具有其初期的結構,但也可能存在特定羧酸與環氧基以外的部分進行鍵結的情況。因此, 在本發明中包含兩者的形態來稱為“源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分”。
藉由[A]化合物具有縮水甘油基、縮水甘油氧基、含有環氧環己基的基等環氧基,該液晶配向劑的配向性或高速響應性等電特性進一步提升。作為環氧基,優選由所述式(X1-1)或式(X1-2)所表示的基。藉由使聚有機矽氧烷含有由所述式(X1-1)或式(X1-2)所表示的基,在[A]化合物中,容易利用特定羧酸來將由所述式(1)所表示的基導入至側鏈中。
所述式(X1-1)或式(X1-2)之中,優選由下述式所表示的基。
具有環氧基的聚有機矽氧烷的利用凝膠滲透色譜法(Gel Permeation Chromatography,GPC)所測定的聚苯乙烯換算的重量平均分子量優選500~100,000,更優選1,000~50,000,特優選1,000~20,000。
[具有環氧基的聚有機矽氧烷的合成方法]
此種具有環氧基的聚有機矽氧烷可藉由如下方式來合成:優選在適當的有機溶劑、水及催化劑的存在下,優選使具有環氧基的矽烷化合物、或具有環氧基的矽烷化合物與其他矽烷化 合物的混合物進行水解或水解.縮合。
作為所述具有環氧基的矽烷化合物,例如可列舉:3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基二甲基甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基二甲基乙氧基矽烷、2-縮水甘油氧基乙基三甲氧基矽烷、2-縮水甘油氧基乙基三乙氧基矽烷、2-縮水甘油氧基乙基甲基二甲氧基矽烷、2-縮水甘油氧基乙基甲基二乙氧基矽烷、2-縮水甘油氧基乙基二甲基甲氧基矽烷、2-縮水甘油氧基乙基二甲基乙氧基矽烷、4-縮水甘油氧基丁基三甲氧基矽烷、4-縮水甘油氧基丁基三乙氧基矽烷、4-縮水甘油氧基丁基甲基二甲氧基矽烷、4-縮水甘油氧基丁基甲基二乙氧基矽烷、4-縮水甘油氧基丁基二甲基甲氧基矽烷、4-縮水甘油氧基丁基二甲基乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三乙氧基矽烷、3-(3,4-環氧環己基)丙基三甲氧基矽烷、3-(3,4-環氧環己基)丙基三乙氧基矽烷等。這些矽烷化合物可單獨使用、或使用2種以上。
作為所述其他矽烷化合物,例如可列舉:四氯矽烷、四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、四-正丙氧基矽烷、四-異丙氧基矽烷、四-正丁氧基矽烷、四-第二丁氧基矽烷、三氯矽烷、三甲氧基矽烷、三乙氧基矽烷、三-正丙氧基矽烷、三-異丙氧基矽烷、三-正丁氧基矽烷、三-第二丁氧基矽烷、氟三氯矽烷、氟三甲氧基矽烷、氟 三乙氧基矽烷、氟三-正丙氧基矽烷、氟三-異丙氧基矽烷、氟三-正丁氧基矽烷、氟三-第二丁氧基矽烷、甲基三氯矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三-正丙氧基矽烷、甲基三-異丙氧基矽烷、甲基三-正丁氧基矽烷、甲基三-第二丁氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三氯矽烷、2-(三氟甲基)乙基三甲氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三乙氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三-正丙氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三-異丙氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三-正丁氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三-第二丁氧基矽烷、2-(全氟-正己基)乙基三氯矽烷、2-(全氟-正己基)乙基三甲氧基矽烷、2-(全氟-正己基)乙基三乙氧基矽烷、2-(全氟-正己基)乙基三-正丙氧基矽烷、2-(全氟-正己基)乙基三-異丙氧基矽烷、2-(全氟-正己基)乙基三-正丁氧基矽烷、2-(全氟-正己基)乙基三-第二丁氧基矽烷、2-(全氟-正辛基)乙基三氯矽烷、2-(全氟-正辛基)乙基三甲氧基矽烷、2-(全氟-正辛基)乙基三乙氧基矽烷、2-(全氟-正辛基)乙基三-正丙氧基矽烷、2-(全氟-正辛基)乙基三-異丙氧基矽烷、2-(全氟-正辛基)乙基三-正丁氧基矽烷、2-(全氟-正辛基)乙基三-第二丁氧基矽烷、羥甲基三氯矽烷、羥甲基三甲氧基矽烷、羥乙基三甲氧基矽烷、羥甲基三-正丙氧基矽烷、羥甲基三-異丙氧基矽烷、羥甲基三-正丁氧基矽烷、羥甲基三-第二丁氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三氯矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三-正丙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三-異丙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧 基丙基三-正丁氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三-第二丁氧基矽烷、3-巰基丙基三氯矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三乙氧基矽烷、3-巰基丙基三-正丙氧基矽烷、3-巰基丙基三-異丙氧基矽烷、3-巰基丙基三-正丁氧基矽烷、3-巰基丙基三-第二丁氧基矽烷、巰基甲基三甲氧基矽烷、巰基甲基三乙氧基矽烷、乙烯基三氯矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三-正丙氧基矽烷、乙烯基三-異丙氧基矽烷、乙烯基三-正丁氧基矽烷、乙烯基三-第二丁氧基矽烷、烯丙基三氯矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷、烯丙基三乙氧基矽烷、烯丙基三-正丙氧基矽烷、烯丙基三-異丙氧基矽烷、烯丙基三-正丁氧基矽烷、烯丙基三-第二丁氧基矽烷、苯基三氯矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、苯基三-正丙氧基矽烷、苯基三-異丙氧基矽烷、苯基三-正丁氧基矽烷、苯基三-第二丁氧基矽烷、甲基二氯矽烷、甲基二甲氧基矽烷、甲基二乙氧基矽烷、甲基二-正丙氧基矽烷、甲基二-異丙氧基矽烷、甲基二-正丁氧基矽烷、甲基二-第二丁氧基矽烷、二甲基二氯矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二甲基二-正丙氧基矽烷、二甲基二-異丙氧基矽烷、二甲基二-正丁氧基矽烷、二甲基二-第二丁氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟-正辛基)乙基]二氯矽烷、(甲基)[2-(全氟-正辛基)乙基]二甲氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟-正辛基)乙基]二乙氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟-正辛基)乙基]二-正丙氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟-正辛基)乙基]二-異丙氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟-正辛基)乙基]二-正丁氧基矽烷、(甲基)[2-(全 氟-正辛基)乙基]二-第二丁氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二氯矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二甲氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二乙氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二-正丙氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二-異丙氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二-正丁氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二-第二丁氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二氯矽烷、(甲基)(乙烯基)二甲氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二乙氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二-正丙氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二-異丙氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二-正丁氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二-第二丁氧基矽烷、二乙烯基二氯矽烷、二乙烯基二甲氧基矽烷、二乙烯基二乙氧基矽烷、二乙烯基二-正丙氧基矽烷、二乙烯基二-異丙氧基矽烷、二乙烯基二-正丁氧基矽烷、二乙烯基二-第二丁氧基矽烷、二苯基二氯矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、二苯基二乙氧基矽烷、二苯基二-正丙氧基矽烷、二苯基二-異丙氧基矽烷、二苯基二-正丁氧基矽烷、二苯基二-第二丁氧基矽烷、氯二甲基矽烷、甲氧基二甲基矽烷、乙氧基二甲基矽烷、氯三甲基矽烷、溴三甲基矽烷、碘三甲基矽烷、甲氧基三甲基矽烷、乙氧基三甲基矽烷、正丙氧基三甲基矽烷、異丙氧基三甲基矽烷、正丁氧基三甲基矽烷、第二丁氧基三甲基矽烷、第三丁氧基三甲基矽烷、(氯)(乙烯基)二甲基矽烷、(甲氧基)(乙烯基)二甲基矽烷、(乙氧基)(乙烯基)二甲基矽烷、(氯)(甲基)二苯基矽烷、(甲氧基)(甲基)二苯基矽烷、(乙氧基)(甲基)二苯基矽烷等具有1個矽原子的矽烷化合物。
作為市售品,例如可列舉: KC-89、KC-89S、X-21-3153、X-21-5841、X-21-5842、X-21-5843、X-21-5844、X-21-5845、X-21-5846、X-21-5847、X-21-5848、X-22-160AS、X-22-170B、X-22-170BX、X-22-170D、X-22-170DX、X-22-176B、X-22-176D、X-22-176DX、X-22-176F、X-40-2308、X-40-2651、X-40-2655A、X-40-2671、X-40-2672、X-40-9220、X-40-9225、X-40-9227、X-40-9246、X-40-9247、X-40-9250、X-40-9323、X-41-1053、X-41-1056、X-41-1805、X-41-1810、KF6001、KF6002、KF6003、KR212、KR-213、KR-217、KR220L、KR242A、KR271、KR282、KR300、KR311、KR401N、KR500、KR510、KR5206、KR5230、KR5235、KR9218、KR9706(以上,信越化學工業公司);Glass Resin(昭和電工公司);SH804、SH805、SH806A、SH840、SR2400、SR2402、SR2405、SR2406、SR2410、SR2411、SR2416、SR2420(以上,東麗道康寧公司);FZ3711、FZ3722(以上,日本尤尼卡(Nippon Unicar)公司);DMS-S12、DMS-S15、DMS-S21、DMS-S27、DMS-S31、DMS-S32、DMS-S33、DMS-S35、DMS-S38、DMS-S42、DMS-S45、DMS-S51、DMS-227、PSD-0332、PDS-1615、PDS-9931、XMS-5025(以上,智索(Chisso)公司);矽酸甲酯MS51、矽酸甲酯MS56(以上,三菱化學公司); 矽酸乙酯28、矽酸乙酯40、矽酸乙酯48(以上,可爾可特(Colcoat)公司);GR100、GR650、GR908、GR950(以上,昭和電工公司)等部分縮合物。
這些其他矽烷化合物之中,就所獲得的液晶配向劑的配向性及保存穩定性的觀點而言,優選四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷、烯丙基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三乙氧基矽烷、巰基甲基三甲氧基矽烷、巰基甲基三乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷。
可優選用於本發明的具有環氧基的聚有機矽氧烷為了以足夠量導入具有介電異向性的側鏈,其環氧當量優選100 g/莫耳~10,000 g/莫耳,更優選150 g/莫耳~1,000 g/莫耳,特優選150 g/莫耳~300 g/莫耳。因此,當合成具有環氧基的聚有機矽氧烷的前驅物時,優選以所獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷的環氧當量成為所述範圍的方式進行製備來設定矽烷化合物與其他矽烷化合物的使用比例。當合成本發明中所使用的具有環氧基的聚有機矽氧烷時,更優選僅使用矽烷化合物,而不使用其他矽烷化合物。
作為可在合成具有環氧基的聚有機矽氧烷時使用的有機 溶劑,例如可列舉:烴化合物、酮化合物、酯化合物、醚化合物、醇化合物等。
作為所述烴,例如可列舉甲苯、二甲苯等;作為所述酮,例如可列舉甲基乙基酮、甲基異丁基酮、甲基正戊基酮、二乙基酮、環己酮等;作為所述酯,例如可列舉醋酸乙酯、醋酸正丁酯、醋酸異戊酯、丙二醇單甲醚醋酸酯、3-甲氧基丁基醋酸酯、乳酸乙酯等;作為所述醚,例如可列舉乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、四氫呋喃、二惡烷等;作為所述醇,例如可列舉1-己醇、4-甲基-2-戊醇、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單-正丙醚、乙二醇單-正丁醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單-正丙醚等。這些有機溶劑之中,優選非水溶性的有機溶劑。這些有機溶劑可單獨使用、或使用2種以上。
相對於所有矽烷化合物100質量份,有機溶劑的使用量優選10質量份~10,000質量份,更優選50質量份~1,000質量份。相對於所有矽烷化合物,製造具有環氧基的聚有機矽氧烷時的水的使用量優選0.5倍莫耳~100倍莫耳,更優選1倍莫耳~30倍莫耳。
作為所述催化劑,例如可使用酸、鹼金屬化合物、有機鹼、鈦化合物、鋯化合物等。
作為所述鹼金屬化合物,例如可列舉氫氧化鈉、氫氧化鉀、甲醇鈉(Sodium methoxide)、甲醇鉀、乙醇鈉、乙醇鉀等。
作為所述有機鹼,例如可列舉乙胺、二乙胺、哌嗪、哌 啶、吡咯烷、吡咯等一級有機胺~二級有機胺;三乙胺、三-正丙胺、三-正丁胺、吡啶、4-二甲胺基吡啶、二氮雜雙環十一烯等三級有機胺;氫氧化四甲基銨等四級有機胺等。這些有機鹼之中,考慮到反應平穩地進行這一點,優選三乙胺、三-正丙胺、三-正丁胺、吡啶、4-二甲胺基吡啶等三級有機胺;氫氧化四甲基銨等四級有機胺。
作為製造具有環氧基的聚有機矽氧烷時的催化劑,優選鹼金屬化合物或有機鹼。藉由將鹼金屬化合物或有機鹼用作催化劑,可不產生環氧基的開環等副反應,而以高水解.縮合速度獲得作為目標的聚有機矽氧烷,因此生產穩定性變得優異而優選。另外,含有將鹼金屬化合物或有機鹼用作催化劑所合成的具有環氧基的聚有機矽氧烷與特定羧酸的反應物的該液晶配向劑由於保存穩定性極其優異,因此合適。推測其原因如下:如《化學評論(Chemical Reviews)》,95卷,p1409(1995年)中所指出般,若在水解、縮合反應中使用鹼金屬化合物或有機鹼作為催化劑,則形成無規結構、梯型結構或籠型結構,可獲得矽烷醇基的含有比例少的聚有機矽氧烷。推測由於矽烷醇基的含有比例少,因此矽烷醇基彼此的縮合反應得到抑制,進而,當該液晶配向劑為含有後述的其他聚合物的液晶配向劑時,矽烷醇基與其他聚合物的縮合反應得到抑制,因此變成保存穩定性優異的結果。
作為催化劑,特優選有機鹼。有機鹼的使用量根據有機鹼的種類、溫度等反應條件等而不同,應適宜地設定,例如相對 於所有矽烷化合物,優選0.01倍莫耳~3倍莫耳,更優選0.05倍莫耳~1倍莫耳。
製造具有環氧基的聚有機矽氧烷時的水解或水解.縮合反應優選藉由如下方式來實施:使具有環氧基的矽烷化合物與視需要的其他矽烷化合物溶解在有機溶劑中,將該溶液與有機鹼及水混合後,利用例如油浴等進行加熱。
在水解.縮合反應時,理想的是將油浴的加熱溫度優選設為130℃以下,更優選設為40℃~100℃,且優選進行0.5小時~12小時的加熱,更優選進行1小時~8小時的加熱。在加熱過程中,可對混合液進行攪拌,也可以置於回流下。
反應結束後,優選利用水對從反應液中分離取出的有機溶劑層進行清洗。在該清洗時,藉由利用含有少量的鹽的水,例如0.2質量%左右的硝酸銨水溶液等進行清洗,就清洗操作變得容易的觀點而言優選。清洗進行至清洗後的水層變成中性為止,其後,視需要利用無水硫酸鈣、分子篩等乾燥劑對有機溶劑層進行乾燥後,將溶劑去除,由此可獲得作為目標的具有環氧基的聚有機矽氧烷。
在本發明中,也可以使用作為具有環氧基的聚有機矽氧烷所銷售的市售品。作為此種市售品,例如可列舉:DMS-E01、DMS-E12、DMS-E21、EMS-32(以上,智索公司)等。
[A]化合物也可以含有源自具有環氧基的聚有機矽氧烷本身經水解而產生的水解物的部分、或源自具有環氧基的聚有機 矽氧烷彼此進行水解縮合而成的水解縮合物的部分。作為該部分的構成材料的所述水解物或水解縮合物也可以與具有環氧基的聚有機矽氧烷的水解、縮合條件同樣地製備。
[源自特定羧酸的部分]
源自由所述式(2)所表示的特定羧酸的該部分相當於該液晶配向劑中所含有的[A]化合物的結構之中,主要從聚有機矽氧烷主鏈延伸出的側鏈結構,所述側鏈結構將與源自環氧基的結構進行鍵結的源自羧基的結構作為起點。但是,在本發明中,也包含特定羧酸與環氧基以外的部分進行鍵結的情況在內來稱為“源自特定羧酸的部分”。
所述式(2)中的R1及R2與所述式(1)中的R1及R2相同。
所述式(2)的R3為亞甲基或碳數為2~30的伸烷基、伸苯基或伸環己基,這些基可進一步具有取代基。
作為碳數為2~30的伸烷基,可列舉:伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸戊基、伸己基、伸辛基、伸壬基、伸癸基、伸十一烷基、伸十二烷基、伸十四烷基、伸十六烷基、伸十八烷基、伸十九烷基、伸二十烷基、伸二十一烷基、伸二十二烷基、伸二十三烷基、伸二十四烷基、伸二十五烷基、伸二十六烷基、伸二十七烷基、伸二十八烷基、伸二十九烷基、及伸三十烷基等。這些伸烷基之中,為了使液晶配向穩定地顯現,優選伸戊基、伸己基、伸辛基、伸壬基、伸癸基、伸十一烷基、伸十二烷基、伸十四烷 基、伸十六烷基、伸十八烷基、伸十九烷基、伸二十烷基等碳數為5以上、20以下的伸烷基。
作為具有由所述式(2)所表示的羧基的化合物,例如可列舉由下述式(E-1)~式(E-25)所表示的化合物。
式(E-1)~式(E-25)中,R1的含義與所述式(2)相同。m為1~30的整數。
[特定羧酸的合成方法]
特定羧酸的合成程序並無特別限定,可將先前公知的方法加以組合來進行。作為具有代表性的合成程序,例如可例示如下方法等:(1)在鹼性條件下,使具有酚骨架的化合物與利用鹵素取代了高級脂肪酸酯的烷基鏈部分的化合物進行反應,形成酚骨架的羥基與由鹵素取代的碳的鍵結,其後將酯還原而製成特定羧酸的方法;(2)使具有酚骨架的化合物與碳酸乙烯酯進行反應而生成末端醇化合物,然後使末端醇化合物的羥基與鹵化苯磺醯氯進行反應來加以活化,其後使活化部分與含有羥基的苯甲酸甲酯進行反應,而使磺醯基部分脫離,並且生成末端醇化合物的羥基與含有羥基作為取代基的苯甲酸甲酯的羥基的鍵結,繼而將酯還原而製成特定羧酸的方法。但是,特定羧酸的合成程序並不限定於這些方法。
<[A]化合物的合成方法>
作為[A]化合物的合成方法,並無特別限定,可藉由一般的公知的方法來合成。當[A]化合物包括源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分與源自特定羧酸的部分時,可藉由使具有環氧基的聚有機矽氧烷與特定羧酸優選在催化劑的存在下進行反應來合成。
此處,相對於聚有機矽氧烷所具有的環氧基1莫耳,特定羧酸優選使用0.001莫耳~10莫耳,更優選使用0.01莫耳~5莫耳,進而更優選使用0.05莫耳~2莫耳。
本發明中,在無損本發明的效果的範圍內,也可以由以下述式(4)所表示的化合物取代特定羧酸的一部分來使用。在此情況下,[A]化合物的合成可藉由使具有環氧基的聚有機矽氧烷、與特定羧酸及以下述式(4)所表示的化合物的混合物進行反應來進行。
[化14]A1-L0-L1-Z (4)
所述式(4)中,A1為碳數為1~30的直鏈狀或分支狀的烷基、可由碳數為1~20的烷基或烷氧基取代的碳數為3~10的環烷基。其中,所述烷基及烷氧基的氫原子的一部分或全部可由氰基、氟原子、三氟甲基等取代基取代。
L0為單鍵、*-O-、*-COO-或*-OCO-。帶有“*”的結合鍵與A1鍵結。
L1為單鍵、碳數為1~20的伸烷基、伸苯基、伸聯苯基、伸環己基、雙伸環己基或由下述式(L1-1)或(L1-2)所表示的基。
Z為可與[A]聚有機矽氧烷化合物中的環氧基進行反應而形成結合基的一價的有機基。
其中,當L1為單鍵時,L0為單鍵。
[化15]
所述式(L1-1)及式(L1-2)中,帶有“*”的結合鍵分別與Z鍵結。
Z優選羧基。
作為所述式(4)中A1所表示的碳數為1~30的直鏈狀或分支狀的烷基,例如可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基、正戊基、3-甲基丁基、2-甲基丁基、1-甲基丁基、2,2-二甲基丙基、正己基、4-甲基戊基、3-甲基戊基、2-甲基戊基、1-甲基戊基、3,3-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、1,1-二甲基丁基、正庚基、5-甲基己基、4-甲基己基、3-甲基己基、2-甲基己基、1-甲基己基、4,4-二甲基戊基、3,4-二甲基戊基、2,4-二甲基戊基、1,4-二甲基戊基、3,3-二甲基戊基、2,3-二甲基戊基、1,3-二甲基戊基、2,2-二甲基戊基、1,2-二甲基戊基、1,1-二甲基戊基、2,3,3-三甲基丁基、1,3,3-三甲基丁基、1,2,3-三甲基丁基、正辛基、6-甲基庚基、5-甲基庚基、4-甲基庚基、3-甲基庚基、2-甲基庚基、1-甲基庚基、2-乙基己基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正十九烷基等。
作為可由碳數為1~20的烷基或烷氧基取代的碳數為3 ~10的環烷基,例如可列舉:環戊基、環己基、環庚基、環辛基、環壬基、環癸基、環十二烷基等。
作為所述式(4)中的A1,優選選自碳數為1~20的烷基、碳數為1~20的氟烷基中的基。
作為由所述式(4)所表示的化合物,優選由下述式(4-1)~式(4~5)的任一個所表示的化合物。
所述式(4-1)~式(4-5)中,u為1~5的整數。v為1~18的整數。w為1~20的整數。k為1~5的整數。p為0或1。q為0~18的整數。r為0~18的整數。s及t分別獨立為0~2的整數。
這些化合物之中,更優選由下述式(4-6)~式(4-11)所表示的化合物。
[化18]
在本說明書中,以下有時將由所述式(4)所表示的化合物稱為“其他羧酸化合物”。
在本發明中,當併用特定羧酸與其他羧酸化合物時,相對於聚有機矽氧烷所具有的環氧基1莫耳,特定羧酸及其他羧酸化合物的合計的使用比例優選0.001莫耳~1.5莫耳,更優選0.01莫耳~1莫耳,進而更優選0.05莫耳~0.9莫耳。在此情況下,相對於與特定羧酸的合計,其他羧酸化合物在優選40莫耳%以下,更優選20莫耳%以下的範圍內使用。若其他預傾角顯現性化合物的使用比例超過40%,則有時會對液晶顯示元件的視角特性造成不良影響。
作為聚有機矽氧烷中的環氧基與其他羧酸化合物的反應中所使用的催化劑,可使用有機鹼、或促進環氧化合物與酸酐的反應的作為所謂的硬化促進劑而公知的化合物。
作為所述有機鹼,例如可列舉乙胺、二乙胺、哌嗪、哌 啶、吡咯烷、吡咯等一級有機胺~二級有機胺;三乙胺、三-正丙胺、三-正丁胺、吡啶、4-二甲胺基吡啶、二氮雜雙環十一烯等三級有機胺;氫氧化四甲基銨等四級有機胺等。這些有機鹼之中,優選三乙胺、三-正丙胺、三-正丁胺、吡啶、4-二甲胺基吡啶、氫氧化四甲基銨。
作為所述硬化促進劑,例如可列舉:苄基二甲胺、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、環己基二甲胺、三乙醇胺等三級胺;2-甲基咪唑、2-正庚基咪唑、2-正十一烷基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-甲基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-正十一烷基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-苯基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羥甲基咪唑、2-苯基-4,5-二(羥甲基)咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-苯基-4,5-二[(2'-氰基乙氧基)甲基]咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-正十一烷基咪唑鎓偏苯三酸鹽、1-(2-氰基乙基)-2-苯基咪唑鎓偏苯三酸鹽、1-(2-氰基乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑鎓偏苯三酸鹽、2,4-二胺基-6-[2'-甲基咪唑基-(1')]乙基-均三嗪、2,4-二胺基-6-(2'-正十一烷基咪唑基)乙基-均三嗪、2,4-二胺基-6-[2'-乙基-4'-甲基咪唑基-(1')]乙基-均三嗪、2-甲基咪唑的異三聚氰酸加成物、2-苯基咪唑的異三聚氰酸加成物、2,4-二胺基-6-[2'-甲基咪唑基-(1')]乙基-均三嗪的異三聚氰酸加成物等咪唑化合物; 二苯基膦、三苯基膦、亞磷酸三苯酯等有機磷化合物;氯化苄基三苯基鏻、溴化四-正丁基鏻、溴化甲基三苯基鏻、溴化乙基三苯基鏻、溴化正丁基三苯基鏻、溴化四苯基鏻、碘化乙基三苯基鏻、乙基三苯基鏻醋酸鹽、四-正丁基鏻O,O-二乙基二硫代磷酸酯、四-正丁基鏻苯並三唑鹽、四-正丁基鏻四氟硼酸鹽、四-正丁基鏻四苯基硼酸鹽、四苯基鏻四苯基硼酸鹽等四級鏻鹽;1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一烯-7或其有機酸鹽等二氮雜雙環烯;辛酸鋅、辛酸錫、乙醯丙酮鋁錯合物等有機金屬化合物;溴化四乙基銨、溴化四-正丁基銨、氯化四乙基銨、氯化四-正丁基銨等四級銨鹽;三氟化硼、硼酸三苯酯等硼化合物;氯化鋅、氯化錫等金屬鹵素化合物;二氰二醯胺或胺與環氧樹脂的加成物等胺加成型促進劑等高熔點分散型潛在性硬化促進劑;利用聚合物包覆所述咪唑化合物、有機磷化合物或四級鏻鹽等硬化促進劑的表面而成的微膠囊型潛在性硬化促進劑;胺鹽型潛在性硬化促進劑;路易斯酸(Lewis Acid)鹽、布朗斯台德酸(Bronsted Acid)鹽等高溫離解型的熱陽離子聚合型潛在性硬化促進劑等潛在性硬化促進劑等。
這些催化劑之中,優選溴化四乙基銨、溴化四-正丁基銨、 氯化四乙基銨、氯化四-正丁基銨等四級銨鹽。
相對於具有環氧基的聚有機矽氧烷100質量份,催化劑以優選100質量份以下,更優選0.01質量份~100質量份,進而更優選0.1質量份~20質量份的量來使用。
反應溫度優選0℃~200℃,更優選50℃~150℃。反應時間優選0.1小時~50小時,更優選0.5小時~20小時。
[A]化合物的合成反應視需要可在有機溶劑的存在下進行。作為該有機溶劑,例如可列舉:烴化合物、醚化合物、酯化合物、酮化合物、醯胺化合物、醇化合物等。這些有機溶劑之中,就原料及產物的溶解性、以及產物的精製的容易性的觀點而言,優選醚化合物、酯化合物、酮化合物。溶劑是以固體成分濃度(反應溶液中的溶劑以外的成分的質量在溶液的總質量中所占的比例)優選變成0.1質量%以上、70質量%以下,更優選變成5質量%以上、50質量%以下的量來使用。
以所述方式獲得的[A]化合物的由凝膠滲透色譜法所測定的苯乙烯換算的重量平均分子量並無特別限定,但優選1,000~200,000,更優選2,000~20,000。藉由處於此種分子量範圍內,可確保液晶顯示元件的良好的配向性及穩定性。
所述[A]化合物藉由特定羧酸的羧酸酯部分的對於環氧基的開環加成,而將源自特定羧酸的結構導入至具有環氧基的聚有機矽氧烷上。該製造方法簡便,而且就可提高源自特定羧酸的結構的導入率的觀點而言是極其合適的方法。
<任意成分>
除所述[A]化合物以外,只要無損本發明的效果,則該液晶配向劑也可以含有例如[A]化合物以外的聚合物(以下,有時稱為“其他聚合物”)、硬化劑、硬化催化劑、硬化促進劑、分子內具有至少一個環氧基的化合物(以下,有時稱為“環氧化合物”)、官能性矽烷化合物、界面活性劑等其他任意成分。
[其他聚合物]
其他聚合物可用於進一步改善該液晶配向劑的溶液特性及所獲得的液晶顯示元件的電特性。作為其他聚合物,例如可列舉:選自由聚醯胺酸及聚醯亞胺所組成的群組中的至少1種聚合物([B]聚合物);選自由以下述式(5)所表示的聚有機矽氧烷、其水解物及其水解物的縮合物所組成的群組中的至少1種(以下,有時稱為“其他聚有機矽氧烷”);聚醯胺酸酯、聚酯、聚醯胺、纖維素衍生物、聚縮醛、聚苯乙烯衍生物、聚(苯乙烯-苯基順丁烯二醯亞胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等。
式(5)中,X1為羥基、鹵素原子、碳數為1~20的烷基、 碳數為1~6的烷氧基或碳數為6~20的芳基。Y1為羥基或碳數為1~10的烷氧基。
<[B]聚合物>
[B]聚合物為選自由聚醯胺酸及聚醯亞胺所組成的群組中的至少1種聚合物。以下,對聚醯胺酸及聚醯亞胺進行詳述。
[聚醯胺酸]
聚醯胺酸可藉由使四羧酸二酐與二胺化合物進行反應而獲得。作為可用於聚醯胺酸的合成的四羧酸二酐,例如可列舉:2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐、丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-環戊烷四羧酸二酐、3,5,6-三羧基降冰片烷-2-醋酸二酐、2,3,4,5-四氫呋喃四羧酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘並[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-8-甲基-萘並[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二氧代四氫呋喃基)-3-甲基-3-環己烯-1,2-二羧酸酐、雙環[2.2.2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、由下述式(F-1)~式(F-14)所表示的四羧酸二酐等脂肪族四羧酸二酐或脂環式四羧酸二酐;[化20]
均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-聯苯碸四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、3,3',4,4'-聯苯醚四羧酸二酐、3,3',4,4'-二甲基二苯基矽烷四羧酸二酐、3,3',4,4'-四苯基矽烷四羧酸二酐、1,2,3,4-呋喃四羧酸二酐、4,4'-雙(3,4-二羧基苯氧基)二苯硫醚二酐、4,4'-雙(3,4-二羧基苯氧基)二苯基碸二酐、4,4'-雙(3,4-二羧基苯氧基)二苯基丙烷二酐、3,3',4,4'-全氟伸異丙基四羧酸二酐、3,3',4,4'-聯苯四羧酸二酐、雙(鄰苯二甲酸)苯基氧化膦二酐、對伸苯基-雙(三苯基鄰苯二甲酸)二酐、間伸苯基-雙(三苯基鄰苯二甲酸)二酐、雙(三苯基鄰苯二甲酸)-4,4'-二苯基醚二酐、雙(三 苯基鄰苯二甲酸)-4,4'-二苯基甲烷二酐等芳香族四羧酸二酐等。
這些四羧酸二酐之中,優選由1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘並[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-8-甲基-萘並[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐、丁烷四羧酸二酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-聯苯碸四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、3,3',4,4'-聯苯醚四羧酸二酐所表示的四羧酸二酐。這些四羧酸二酐可單獨使用、或使用2種以上。
作為可用於聚醯胺酸的合成的二胺化合物,例如可列舉:鄰苯二胺、間苯二胺、對苯二胺、4,4'-二胺基二苯基甲烷、4,4'-二胺基二苯硫醚、1,5-二胺基萘、2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯、4,4'-二胺基-2,2'-雙(三氟甲基)聯苯、2,7-二胺基芴、4,4'-二胺基二苯基醚、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、9,9-雙(4-胺基苯基)芴、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-雙(4-胺基苯基)六氟丙烷、4,4'-(對伸苯基二伸異丙基)雙苯胺、4,4'-(間伸苯基二伸異丙基)雙苯胺、1,4-雙(4-胺基苯氧基)苯、4,4'-雙(4-胺基苯氧基)聯苯、2,6-二胺基吡啶、3,4-二胺基吡啶、2,4-二胺基嘧啶、3,6-二胺基吖啶、3,6-二胺基哢唑、N-甲基-3,6-二胺基哢唑、N-乙基-3,6-二胺基哢唑、N-苯基-3,6-二胺基哢唑、N,N'-雙(4-胺基苯基)-聯苯胺、N,N'-雙(4-胺基苯基)-N,N'-二甲基聯苯胺、1,4-雙-(4-胺基苯基)-哌嗪、3,5-二胺基苯甲酸、十二烷氧基-2,4-二胺基苯、十四烷氧基 -2,4-二胺基苯、十五烷氧基-2,4-二胺基苯、十六烷氧基-2,4-二胺基苯、十八烷氧基-2,4-二胺基苯、十二烷氧基-2,5-二胺基苯、十四烷氧基-2,5-二胺基苯、十五烷氧基-2,5-二胺基苯、十六烷氧基-2,5-二胺基苯、十八烷氧基-2,5-二胺基苯、膽甾烷氧基-3,5-二胺基苯、膽甾烯氧基-3,5-二胺基苯、膽甾烷氧基-2,4-二胺基苯、膽甾烯氧基-2,4-二胺基苯、3,5-二胺基苯甲酸膽甾烷基酯、3,5-二胺基苯甲酸膽甾烯基酯、3,5-二胺基苯甲酸羊毛甾烷基酯、3,6-雙(4-胺基苯甲醯氧基)膽甾烷、3,6-雙(4-胺基苯氧基)膽甾烷、4-(4'-三氟甲氧基苯甲醯氧基)環己基-3,5-二胺基苯甲酸酯、4-(4'-三氟甲基苯甲醯氧基)環己基-3,5-二胺基苯甲酸酯、1,1-雙(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-丁基環己烷、1,1-雙(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-庚基環己烷、1,1-雙(4-((胺基苯氧基)甲基)苯基)-4-庚基環己烷、1,1-雙(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-(4-庚基環己基)環己烷、2,4-二胺基-N,N-二烯丙基苯胺、4-胺基苄胺、3-胺基苄胺、1-(2,4-二胺基苯基)哌嗪-4-羧酸、4-(嗎啉-4-基)苯-1,3-二胺、1,3-雙(N-(4-胺基苯基)哌啶基)丙烷、α-胺基-ω-胺基苯基伸烷基、4-胺基苯基=4-胺基苯甲酸酯、4,4'-[4,4'-丙烷-1,3-二基雙(哌啶-1,4-二基)]二苯胺、二乙二醇(二-4-胺基苯基)醚、二胺基四苯基噻吩等具有雜原子的芳香族二胺;間苯二甲胺、1,3-丙二胺、四亞甲基二胺、五亞甲基二胺、六亞甲基二胺、七亞甲基二胺、八亞甲基二胺、九亞甲基二胺、4,4-二胺基七亞甲基二胺、1,4-二胺基環己烷、環己烷雙(甲胺)、 異佛爾酮二胺、四氫二環五二伸乙基二胺、六氫-4,7-橋亞甲基伸茚滿基二亞甲基二胺、三環[6.2.1.02,7]-伸十一烷基二甲基二胺、4,4'-亞甲基雙(環己胺)等脂肪族或脂環式二胺;二胺基六甲基二矽氧烷等二胺基有機矽氧烷等。
這些二胺化合物之中,優選由對苯二胺、4,4'-二胺基二苯基甲烷、4,4'-二胺基-2,2'-二甲基聯苯、環己烷雙(甲胺)、1,5-二胺基萘、2,7-二胺基芴、4,4'-二胺基二苯基醚、4,4'-(對伸苯基伸異丙基)雙苯胺、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-雙(4-胺基苯基)六氟丙烷、2,2-雙[4-(4-胺基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4,4'-二胺基-2,2'-雙(三氟甲基)聯苯、4,4'-雙[(4-胺基-2-三氟甲基)苯氧基]-八氟聯苯、1-十六烷氧基-2,4-二胺基苯、1-十八烷氧基-2,4-二胺基苯、1-膽甾醇氧基-2,4-二胺基苯、1-膽甾烷氧基-2,4-二胺基苯、十六烷氧基(3,5-二胺基苯甲醯基)、十八烷氧基(3,5-二胺基苯甲醯基)、膽甾醇氧基(3,5-二胺基苯甲醯基)、膽甾烷氧基(3,5-二胺基苯甲醯基)、4-胺基苯基=4-胺基苯甲酸酯、4,4'-[4,4'-丙烷-1,3-二基雙(哌啶-1,4-二基)]二苯胺、二乙二醇(二-4-胺基苯基)醚所表示的二胺。這些二胺可單獨使用、或使用2種以上。
相對於二胺化合物中所含有的胺基1當量,供於聚醯胺酸的合成反應的四羧酸二酐與二胺化合物的使用比例優選四羧酸二酐的酸酐基變成0.2當量~2當量的比例,更優選四羧酸二酐的酸酐基變成0.3當量~1.2當量的比例。
聚醯胺酸的合成反應優選在有機溶劑中,且優選在-20℃ ~150℃,更優選在0℃~100℃的溫度條件下,優選進行0.5小時~24小時,更優選進行2小時~10小時。此處,作為有機溶劑,只要是可溶解所合成的聚醯胺酸的有機溶劑,則並無特別限制,例如可列舉:N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基咪唑烷酮、二甲基亞碸、γ-丁內酯、四甲基脲、六甲基磷醯三胺等非質子系極性溶劑;間甲酚、二甲酚、苯酚、鹵化酚等酚系溶劑。有機溶劑的使用量(a)優選設為如下的量,即相對於反應溶液的總量(a+b),四羧酸二酐及二胺化合物的總量(b)優選變成0.1質量%~50質量%,更優選變成5質量%~30質量%。
再者,在所述有機溶劑中,可在所生成的聚醯胺酸不析出的範圍內併用作為聚醯胺酸的不良溶劑的醇、酮、酯、醚、鹵化烴、烴類等。作為該不良溶劑,例如可列舉:甲醇、乙醇、異丙醇、環己醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、三乙二醇、二丙酮醇、乙二醇單甲醚、乳酸乙酯、乳酸丁酯、丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、碳酸丙烯酯、草酸二乙酯、丙二酸二乙酯、二乙醚、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇-正丙醚、乙二醇-異丙醚、乙二醇單丁醚(丁基溶纖劑)、乙二醇二甲醚、乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單甲醚醋酸酯、二乙二醇單乙醚醋酸酯、四氫呋喃、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁 烷、三氯乙烷、氯苯、鄰二氯苯、己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯、二甲苯等。這些不良溶劑可單獨使用、或使用2種以上。
以所述方式獲得使聚醯胺酸溶解而成的反應溶液。該反應溶液可直接供於液晶配向劑的製備,也可以在使反應溶液中所含有的聚醯胺酸離析後供於液晶配向劑的製備、或者也可以在對經離析的聚醯胺酸進行精製後供於液晶配向劑的製備。聚醯胺酸的離析可藉由如下的方法來進行:將所述反應溶液注入至大量的不良溶劑中而獲得析出物,並減壓下對該析出物進行乾燥的方法;或者,利用蒸發器將反應溶液減壓餾去的方法。另外,可藉由如下的方法對聚醯胺酸進行精製:使該聚醯胺酸再次溶解在有機溶劑中,繼而利用不良溶劑使其析出的方法;或者,將利用蒸發器進行減壓餾去的步驟進行1次或幾次的方法。
[聚醯亞胺]
所述聚醯亞胺可藉由對以所述方式獲得的聚醯胺酸所具有的醯胺酸結構進行脫水閉環來製造。此時,可對全部醯胺酸結構進行脫水閉環而完全醯亞胺化、或者也可以僅對醯胺酸結構中的一部分進行脫水閉環而製成醯胺酸結構與醯亞胺結構並存的部分醯亞胺化物。
聚醯胺酸的脫水閉環可藉由如下方法來進行:(i)對聚醯胺酸進行加熱的方法;或者(ii)使聚醯胺酸溶解在有機溶劑中,向該溶液中添加脫水劑及脫水閉環催化劑且視需要進行加熱的方法。
所述(i)的對聚醯胺酸進行加熱的方法中的反應溫度優選50℃~200℃,更優選60℃~170℃。藉由將反應溫度設為50℃以上,可使脫水閉環反應充分地進行,藉由將反應溫度設為200℃以下,可抑制所獲得的醯亞胺化聚合物的分子量的下降。對聚醯胺酸進行加熱的方法中的反應時間優選0.5小時~48小時,更優選2小時~20小時。
另一方面,在所述(ii)的向聚醯胺酸的溶液中添加脫水劑及脫水閉環催化劑的方法中,作為脫水劑,例如可使用醋酸酐、丙酸酐、三氟醋酸酐等酸酐。相對於聚醯胺酸結構單元1莫耳,脫水劑的使用量優選設為0.01莫耳~20莫耳。另外,作為脫水閉環催化劑,例如可使用吡啶、三甲基吡啶、二甲基吡啶、三乙胺等三級胺。但是,並不限定於這些脫水閉環催化劑。相對於所使用的脫水劑1莫耳,脫水閉環催化劑的使用量優選設為0.01莫耳~10莫耳。作為脫水閉環反應中所使用的有機溶劑,可列舉作為聚醯胺酸的合成中所使用的有機溶劑所例示的有機溶劑。脫水閉環反應的反應溫度優選0℃~180℃,更優選10℃~150℃,反應時間優選0.5小時~20小時,更優選1小時~8小時。
在方法(ii)中,以所述方式獲得含有聚醯亞胺的反應溶液。該反應溶液可直接供於液晶配向劑的製備,也可以在從反應溶液中去除脫水劑及脫水閉環催化劑後供於液晶配向劑的製備,也可以在使聚醯亞胺離析後供於液晶配向劑的製備、或者也可以在對經離析的聚醯亞胺進行精製後供於液晶配向劑的製備。當從 反應溶液中去除脫水劑及脫水閉環催化劑時,例如可應用溶劑置換等方法。聚醯亞胺的離析、精製可藉由進行與作為聚醯胺酸的離析、精製方法所述的操作相同的操作來進行。
[其他聚有機矽氧烷]
除含有源自聚有機矽氧烷的部分的[A]化合物以外,該液晶配向劑也可以包含其他聚有機矽氧烷。其他聚有機矽氧烷優選選自由以所述式(5)所表示的聚有機矽氧烷、其水解物及其水解物的縮合物所組成的群組中的至少1種。再者,當該液晶配向劑包含其他聚有機矽氧烷時,其他聚有機矽氧烷的大部分獨立於[A]化合物而存在,其一部分可作為與[A]化合物的縮合物而存在。
所述式(5)中的X1及Y1中,作為碳數為1~20的烷基,例如可列舉甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正月桂基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正十九烷基、正二十烷基等;作為碳數為1~16的烷氧基,例如可列舉甲氧基、乙氧基等;作為碳數為6~20的芳基,例如可列舉苯基等。
其他聚有機矽氧烷例如可藉由如下方式來合成:優選在適當的有機溶劑中,且在水及催化劑的存在下,使選自由烷氧基矽烷化合物及鹵化矽烷化合物所組成的群組中的至少1種矽烷化 合物(以下,有時稱為“原料矽烷化合物”)進行水解或水解.縮合。
作為此處可使用的原料矽烷化合物,例如可列舉:四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、四-正丙氧基矽烷、四-異丙氧基矽烷、四-正丁氧基矽烷、四-第二丁氧基矽烷、四-第三丁氧基矽烷、四氯矽烷;甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三-正丙氧基矽烷、甲基三-異丙氧基矽烷、甲基三-正丁氧基矽烷、甲基三-第二丁氧基矽烷、甲基三-第三丁氧基矽烷、甲基三苯氧基矽烷、甲基三氯矽烷、乙基三甲氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、乙基三-正丙氧基矽烷、乙基三-異丙氧基矽烷、乙基三-正丁氧基矽烷、乙基三-第二丁氧基矽烷、乙基三-第三丁氧基矽烷、乙基三氯矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、苯基三氯矽烷;二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二甲基二氯矽烷;三甲基甲氧基矽烷、三甲基乙氧基矽烷、三甲基氯矽烷等。這些原料矽烷化合物之中,優選四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、三甲基甲氧基矽烷、三甲基乙氧基矽烷。
當合成其他聚有機矽氧烷時,作為可任意地使用的有機溶劑,例如可列舉:醇化合物、酮化合物、醯胺化合物或酯化合物或者其他非質子性化合物。這些有機溶劑可單獨使用、或使用2種以上。
作為醇化合物,例如可列舉:甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、第二丁醇、第三丁醇、正戊醇、異戊醇、2-甲基丁醇、第二戊醇、第三戊醇、3-甲氧基丁醇、正己醇、2-甲基戊醇、第二己醇、2-乙基丁醇、第二庚醇、庚醇-3、正辛醇、2-乙基己醇、第二辛醇、正壬醇、2,6-二甲基庚醇-4、正癸醇、第二十一醇、三甲基壬醇、第二十四醇、第二十七醇、苯酚、環己醇、甲基環己醇、3,3,5-三甲基環己醇、苄醇、二丙酮醇等一元醇化合物;乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、戊二醇-2,4、2-甲基戊二醇-2,4、己二醇-2,5、庚二醇-2,4、2-乙基己二醇-1,3、二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇、三丙二醇等多元醇化合物;乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丙醚、乙二醇單丁醚、乙二醇單己醚、乙二醇單苯醚、乙二醇單-2-乙基丁醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丙醚、二乙二醇單丁醚、二乙二醇單己醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單丙醚、丙二醇單丁醚、二丙二醇單甲醚、二丙二醇單乙醚、二丙二醇單丙醚等多元醇化合物的部分醚等。這些醇化合物可單獨使用、或使用2種以上。
作為酮化合物,例如可列舉:丙酮、甲基乙基酮、甲基-正丙基酮、甲基-正丁基酮、二乙基酮、甲基-異丁基酮、甲基-正戊基酮、乙基-正丁基酮、甲基-正己基酮、二-異丁基酮、三甲基壬酮、環己酮、2-己酮、甲基環 己酮、2,4-戊二酮、丙酮基丙酮、苯乙酮、葑酮等一元酮化合物;乙醯丙酮、2,4-己二酮、2,4-庚二酮、3,5-庚二酮、2,4-辛二酮、3,5-辛二酮、2,4-壬二酮、3,5-壬二酮、5-甲基-2,4-己二酮、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮、1,1,1,5,5,5-六氟-2,4-庚二酮等β-二酮化合物等。這些酮化合物可單獨使用、或使用2種以上。
作為所述醯胺化合物,例如可列舉:甲醯胺、N-甲基甲醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N-乙基甲醯胺、N,N-二乙基甲醯胺、乙醯胺、N-甲基乙醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-乙基乙醯胺、N,N-二乙基乙醯胺、N-甲基丙醯胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲醯基嗎啉、N-甲醯基哌啶、N-甲醯基吡咯烷、N-乙醯基嗎啉、N-乙醯基哌啶、N-乙醯基吡咯烷等。這些醯胺化合物可單獨使用、或使用2種以上。
作為酯化合物,例如可列舉:碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、醋酸甲酯、醋酸乙酯、γ-丁內酯、γ-戊內酯、醋酸正丙酯、醋酸異丙酯、醋酸正丁酯、醋酸異丁酯、醋酸第二丁酯、醋酸正戊酯、醋酸第二戊酯、醋酸3-甲氧基丁酯、醋酸甲基戊酯、醋酸2-乙基丁酯、醋酸2-乙基己酯、醋酸苄酯、醋酸環己酯、醋酸甲基環己酯、醋酸正壬酯、乙醯醋酸甲酯、乙醯醋酸乙酯、醋酸乙二醇單甲醚、醋酸乙二醇單乙醚、醋酸二乙二醇單甲醚、醋酸二乙二醇單乙醚、醋酸二乙二醇單-正丁醚、醋酸丙二醇單甲醚、醋酸丙二醇單乙醚、醋酸丙二醇單丙醚、醋酸丙二醇單丁醚、醋酸二丙二醇單甲醚、醋酸二丙二醇單乙醚、乙二醇二醋酸酯、 甲氧基三乙二醇醋酸酯、丙酸乙酯、丙酸正丁酯、丙酸異戊酯、草酸二乙酯、草酸二-正丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丁酯、乳酸正戊酯、丙二酸二乙酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯等。這些酯化合物可單獨使用、或使用2種以上。
作為其他非質子性化合物,例如可列舉:乙腈、二甲基亞碸、N,N,N',N'-四乙基硫醯胺、六甲基磷酸三醯胺、N-甲基嗎啉酮、N-甲基吡咯、N-乙基吡咯、N-甲基-△3-吡咯啉、N-甲基哌啶、N-乙基哌啶、N,N-二甲基哌嗪、N-甲基咪唑、N-甲基-4-哌啶酮、N-甲基-2-哌啶酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、1,3-二甲基四氫-2(1H)-嘧啶酮等。這些溶劑之中,特優選多元醇化合物、多元醇化合物的部分醚或酯化合物。
作為合成其他聚有機矽氧烷時所使用的水的量,相對於原料矽烷化合物所具有的烷氧基及鹵素原子的總量1莫耳,優選0.01莫耳~100莫耳,更優選0.1莫耳~30莫耳,進而更優選1莫耳~1.5莫耳。
作為合成其他聚有機矽氧烷時可使用的催化劑,例如可列舉:金屬螯合化合物、有機酸、無機酸、有機鹼、氨、鹼金屬化合物等。
作為所述金屬螯合化合物,例如可列舉:三乙氧基.單(乙醯丙酮)鈦、三-正丙氧基.單(乙醯丙酮)鈦、三-異丙氧基.單(乙醯丙酮)鈦、三-正丁氧基.單(乙醯丙酮)鈦、三-第二丁氧基.單(乙醯丙酮)鈦、三-第三丁氧基.單(乙醯丙酮)鈦、二乙氧基.雙(乙醯丙酮)鈦、 二-正丙氧基.雙(乙醯丙酮)鈦、二-異丙氧基.雙(乙醯丙酮)鈦、二-正丁氧基.雙(乙醯丙酮)鈦、二-第二丁氧基.雙(乙醯丙酮)鈦、二-第三丁氧基.雙(乙醯丙酮)鈦、單乙氧基.三(乙醯丙酮)鈦、單-正丙氧基.三(乙醯丙酮)鈦、單-異丙氧基.三(乙醯丙酮)鈦、單-正丁氧基.三(乙醯丙酮)鈦、單-第二丁氧基.三(乙醯丙酮)鈦、單-第三丁氧基.三(乙醯丙酮)鈦、四(乙醯丙酮)鈦、三乙氧基.單(乙醯醋酸乙酯)鈦、三-正丙氧基.單(乙醯醋酸乙酯)鈦、三-異丙氧基.單(乙醯醋酸乙酯)鈦、三-正丁氧基.單(乙醯醋酸乙酯)鈦、三-第二丁氧基.單(乙醯醋酸乙酯)鈦、三-第三丁氧基.單(乙醯醋酸乙酯)鈦、二乙氧基.雙(乙醯醋酸乙酯)鈦、二-正丙氧基.雙(乙醯醋酸乙酯)鈦、二-異丙氧基.雙(乙醯醋酸乙酯)鈦、二-正丁氧基.雙(乙醯醋酸乙酯)鈦、二-第二丁氧基.雙(乙醯醋酸乙酯)鈦、二-第三丁氧基.雙(乙醯醋酸乙酯)鈦、單乙氧基.三(乙醯醋酸乙酯)鈦、單-正丙氧基.三(乙醯醋酸乙酯)鈦、單-異丙氧基.三(乙醯醋酸乙酯)鈦、單-正丁氧基.三(乙醯醋酸乙酯)鈦、單-第二丁氧基.三(乙醯醋酸乙酯)鈦、單-第三丁氧基.三(乙醯醋酸乙酯)鈦、四(乙醯醋酸乙酯)鈦、單(乙醯丙酮)三(乙醯醋酸乙酯)鈦、雙(乙醯丙酮)雙(乙醯醋酸乙酯)鈦、三(乙醯丙酮)單(乙醯醋酸乙酯)鈦等鈦螯合化合物;三乙氧基.單(乙醯丙酮)鋯、三-正丙氧基.單(乙醯丙酮)鋯、三-異丙氧基.單(乙醯丙酮)鋯、三-正丁氧基.單(乙醯丙酮)鋯、三-第二丁氧基.單(乙醯丙酮)鋯、三-第三丁氧基.單(乙醯丙酮)鋯、二乙氧基.雙(乙醯丙酮)鋯、二-正丙氧基.雙(乙醯丙酮)鋯、二-異丙 氧基.雙(乙醯丙酮)鋯、二-正丁氧基.雙(乙醯丙酮)鋯、二-第二丁氧基.雙(乙醯丙酮)鋯、二-第三丁氧基.雙(乙醯丙酮)鋯、單乙氧基.三(乙醯丙酮)鋯、單-正丙氧基.三(乙醯丙酮)鋯、單-異丙氧基.三(乙醯丙酮)鋯、單-正丁氧基.三(乙醯丙酮)鋯、單-第二丁氧基.三(乙醯丙酮)鋯、單-第三丁氧基.三(乙醯丙酮)鋯、四(乙醯丙酮)鋯、三乙氧基.單(乙醯醋酸乙酯)鋯、三-正丙氧基.單(乙醯醋酸乙酯)鋯、三-異丙氧基.單(乙醯醋酸乙酯)鋯、三-正丁氧基.單(乙醯醋酸乙酯)鋯、三-第二丁氧基.單(乙醯醋酸乙酯)鋯、三-第三丁氧基.單(乙醯醋酸乙酯)鋯、二乙氧基.雙(乙醯醋酸乙酯)鋯、二-正丙氧基.雙(乙醯醋酸乙酯)鋯、二-異丙氧基.雙(乙醯醋酸乙酯)鋯、二-正丁氧基.雙(乙醯醋酸乙酯)鋯、二-第二丁氧基.雙(乙醯醋酸乙酯)鋯、二-第三丁氧基.雙(乙醯醋酸乙酯)鋯、單乙氧基.三(乙醯醋酸乙酯)鋯、單-正丙氧基.三(乙醯醋酸乙酯)鋯、單-異丙氧基.三(乙醯醋酸乙酯)鋯、單-正丁氧基.三(乙醯醋酸乙酯)鋯、單-第二丁氧基.三(乙醯醋酸乙酯)鋯、單-第三丁氧基.三(乙醯醋酸乙酯)鋯、四(乙醯醋酸乙酯)鋯、單(乙醯丙酮)三(乙醯醋酸乙酯)鋯、雙(乙醯丙酮)雙(乙醯醋酸乙酯)鋯、三(乙醯丙酮)單(乙醯醋酸乙酯)鋯等鋯螯合化合物;三(乙醯丙酮)鋁、三(乙醯醋酸乙酯)鋁等鋁螯合化合物等。
作為所述有機酸,例如可列舉:醋酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、草酸、順丁烯二酸、甲基丙二酸、己二酸、癸二酸、沒食子酸、酪酸、苯六甲酸、花生四 烯酸、莽草酸、2-乙基己酸、油酸、硬脂酸、亞麻油酸、次亞麻油酸、水楊酸、苯甲酸、對胺基苯甲酸、對甲苯磺酸、苯磺酸、單氯醋酸、二氯醋酸、三氯醋酸、三氟醋酸、甲酸、丙二酸、磺酸、鄰苯二甲酸、反丁烯二酸、檸檬酸、酒石酸等。
作為所述無機酸,例如可列舉:鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸、磷酸等。
作為所述有機鹼,例如可列舉:吡啶、吡咯、哌嗪、吡咯烷、哌啶、甲基吡啶、三甲胺、三乙胺、單乙醇胺、二乙醇胺、二甲基單乙醇胺、單甲基二乙醇胺、三乙醇胺、二氮雜雙環辛烯、二氮雜雙環壬烷、二氮雜雙環十一烯、氫氧化四甲基銨等。
作為所述鹼金屬化合物,例如可列舉:氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、氫氧化鈣等。這些催化劑可單獨使用、或使用2種以上。
這些催化劑之中,優選金屬螯合化合物、有機酸、無機酸。作為金屬螯合化合物,更優選鈦螯合化合物。
相對於原料矽烷化合物100質量份,催化劑的使用量優選0.001質量份~10質量份,更優選0.001質量份~1質量份。
催化劑可事先添加至作為原料的矽烷化合物中、或使矽烷化合物溶解在有機溶劑中而成的溶液中,或者也可以先溶解或分散在所添加的水中。
合成其他聚有機矽氧烷時所添加的水可斷續地或連續地添加至作為原料的矽烷化合物中、或使矽烷化合物溶解在有機溶 劑中而成的溶液中。
作為其他聚有機矽氧烷的合成時的反應溫度,優選0℃~100℃,更優選15℃~80℃。反應時間優選0.5小時~24小時,更優選1小時~8小時。
當該液晶配向劑為含有[A]化合物與其他聚合物的液晶配向劑時,作為其他聚合物的含量,相對於[A]化合物100質量份,優選10,000質量份以下。其他聚合物的更優選的含量根據其他聚合物的種類而不同。
作為該液晶配向劑含有[A]化合物及[B]聚合物時的兩者的優選的使用比例,相對於[A]化合物100質量份,[B]聚合物的合計量優選100質量份~5,000質量份,更優選200質量份~3,000質量份。
另一方面,關於該液晶配向劑為含有[A]化合物及其他聚有機矽氧烷的液晶配向劑時的兩者的優選的使用比例,相對於[A]化合物100質量份的其他聚有機矽氧烷的量為100質量份~2,000質量份。
當該液晶配向劑為含有[A]化合物與其他聚合物的液晶配向劑時,作為其他聚合物,優選[B]聚合物、或其他聚有機矽氧烷。
[硬化劑、硬化催化劑及硬化促進劑]
硬化劑及硬化催化劑能夠以使[A]化合物的交聯反應變得更牢固為目的而包含於該液晶配向劑中。硬化促進劑能夠以促 進硬化劑所擔當的硬化反應為目的而包含於該液晶配向劑中。
作為硬化劑,可使用具有環氧基的硬化性化合物、或含有具有環氧基的化合物的硬化性組合物的硬化中通常所使用的硬化劑。作為此種硬化劑,例如可列舉:多元胺、多元羧酸酐、多元羧酸。
作為多元羧酸酐,例如可列舉:環己烷三羧酸的酐及其他多元羧酸酐。
作為環己烷三羧酸酐,例如可列舉:環己烷-1,3,4-三羧酸-3,4-酐、環己烷-1,3,5-三羧酸-3,5-酐、環己烷-1,2,3-三羧酸-2,3-酸酐等。作為其他多元羧酸酐,例如可列舉4-甲基四氫鄰苯二甲酸酐、甲基納迪克酸酐、十二烯基丁二酸酐、丁二酸酐、順丁烯二酸酐、鄰苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐、由下述式(6)所表示的化合物、聚醯胺酸的合成中通常所使用的四羧酸二酐,除此以外,可列舉α-萜品烯,別羅勒烯等具有共軛雙鍵的脂環式化合物與順丁烯二酸酐的狄爾斯-阿爾德反應(Diels-Alder reaction)產物及它們的氫化物等。
式(6)中,x為1~20的整數。
作為硬化催化劑,例如可使用:六氟化銻化合物、六氟 化磷化合物、三乙醯丙酮鋁等。這些催化劑可藉由加熱來對環氧基的陽離子聚合進行催化。
作為所述硬化促進劑,例如可列舉:咪唑化合物;四級磷化合物;四級胺化合物;1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一烯-7或其有機酸鹽等二氮雜雙環烯;辛酸鋅、辛酸錫、乙醯丙酮鋁錯合物等有機金屬化合物;三氟化硼、硼酸三苯酯等硼化合物;氯化鋅、氯化錫等金屬鹵素化合物;二氰二醯胺、胺與環氧樹脂的加成物等胺加成型促進劑等高熔點分散型潛在性硬化促進劑;利用聚合物包覆四級鏻鹽等的表面而成的微膠囊型潛在性硬化促進劑;胺鹽型潛在性硬化促進劑;路易斯酸鹽、布朗斯台德酸鹽等高溫離解型的熱陽離子聚合型潛在性硬化促進劑等。
[環氧化合物]
就提升所形成的液晶配向膜的對於基板表面的黏著性的觀點而言,可使該液晶配向劑含有所述環氧化合物。
作為環氧化合物,優選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、甘油二縮水甘油醚、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、N,N,N',N'-四縮水甘油基-4,4'-二胺基二苯基甲烷、N,N,-二縮水甘油基-苄胺、N,N-二縮水甘油基-胺基甲基環己烷。
當該液晶配向劑含有環氧化合物時,作為其含有比例,相對於所述[A]聚有機矽氧烷化合物與任意地使用的其他聚合物的合計100質量份,優選0.01質量份~40質量份以下,更優選0.1質量份~30質量份。
再者,當該液晶配向劑含有環氧化合物時,為了使其交聯反應高效率地產生,也可以併用1-苄基-2-甲基咪唑等鹼催化劑。
[官能性矽烷化合物]
官能性矽烷化合物能夠以提升所獲得的液晶配向膜與基板的黏著性為目的而使用。作為官能性矽烷化合物,例如可列舉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-三乙氧基甲矽烷基丙基三乙烯三胺、N-三甲氧基甲矽烷基丙基三乙烯三胺、10-三甲氧基甲矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、10-三乙氧基甲矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、9-三甲氧基甲矽烷基-3,6-二氮雜壬基醋酸酯、9-三乙氧基甲矽烷基-3,6-二氮雜壬基醋酸酯、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(氧乙烯)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-雙(氧乙烯)-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽 烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷等,進而可列舉日本專利特開昭63-291922號公報中所記載的四羧酸二酐與具有胺基的矽烷化合物的反應物等。
當該液晶配向劑含有官能性矽烷化合物時,作為其含有比例,相對於所述[A]化合物與任意地使用的其他聚合物的合計100質量份,優選50質量份以下,更優選20質量份以下。
[界面活性劑]
作為界面活性劑,例如可列舉:非離子界面活性劑、陰離子界面活性劑、陽離子界面活性劑、兩性界面活性劑、矽酮界面活性劑、聚環氧烷界面活性劑、含氟界面活性劑等。
當該液晶配向劑含有界面活性劑時,作為其含有比例,相對於液晶配向劑的整體100質量份,優選10質量份以下,更優選1質量份以下。
<液晶配向劑的製備方法>
如上所述,該液晶配向劑含有[A]化合物作為必需成分,視需要可含有其他任意成分,但優選作為使各成分溶解在有機溶劑中而成的溶液狀的組合物來製備。
作為可用於製備該液晶配向劑的有機溶劑,優選溶解[A]化合物及任意地使用的其他成分,且不與它們進行反應的溶劑。可優選用於該液晶配向劑的有機溶劑根據任意添加的其他聚合物的種類而不同。
作為該液晶配向劑含有[A]化合物及[B]聚合物時的優選 的有機溶劑,可列舉所述作為聚醯胺酸的合成中所使用的有機溶劑所例示的有機溶劑。此時,也可以併用作為本發明的聚醯胺酸的合成中所使用的不良溶劑所例示的不良溶劑。這些有機溶劑可單獨使用、或使用2種以上。
另一方面,作為該液晶配向劑僅含有[A]化合物作為聚合物時、或含有[A]化合物及其他聚有機矽氧烷時的優選的有機溶劑,例如可列舉:1-乙氧基-2-丙醇、丙二醇單乙醚、丙二醇單丙醚、丙二醇單丁醚、丙二醇單醋酸酯、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇二甲醚、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丙醚、乙二醇單丁醚(丁基溶纖劑)、乙二醇單戊醚、乙二醇單己醚、二乙二醇、甲基溶纖劑醋酸酯、乙基溶纖劑醋酸酯、丙基溶纖劑醋酸酯、丁基溶纖劑醋酸酯、甲基卡必醇、乙基卡必醇、丙基卡必醇、丁基卡必醇、醋酸正丙酯、醋酸異丙酯、醋酸正丁酯、醋酸異丁酯、醋酸第二丁酯、醋酸正戊酯、醋酸第二戊酯、醋酸3-甲氧基丁酯、醋酸甲基戊酯、醋酸2-乙基丁酯、醋酸2-乙基己酯、醋酸苄酯、醋酸正己酯、醋酸環己酯、醋酸辛酯、醋酸戊酯、醋酸異戊酯等。這些有機溶劑之中,優選醋酸正丙酯、醋酸異丙酯、醋酸正丁酯、醋酸異丁酯、醋酸第二丁酯、醋酸正戊酯、醋酸第二戊酯。
用於該液晶配向劑的製備的優選的溶劑根據有無使用其他聚合物及其種類,可將所述有機溶劑的1種以上加以組合而獲得。此種溶劑是在下述的優選的固體成分濃度下液晶配向劑中所 含有的各成分不析出、且液晶配向劑的表面張力變成25 mN/m~40 mN/m的範圍的溶劑。
該液晶配向劑的固體成分濃度,即液晶配向劑中的溶劑以外的所有成分的重量在液晶配向劑的總重量中所占的比例是考慮黏性、揮發性等來選擇,但優選1質量%~10質量%的範圍。將該液晶配向劑塗布在基板表面,形成成為液晶配向膜的塗膜,但當固體成分濃度為1質量%以上時,該塗膜的膜厚變得過小而難以獲得良好的液晶配向膜。另一方面,當固體成分濃度為10質量%以下時,可抑制塗膜的膜厚變得過大而獲得良好的液晶配向膜,另外,可防止液晶配向劑的黏性增大而使塗布特性變得良好。特優選的固體成分濃度的範圍根據將液晶配向劑塗布在基板上時所採用的方法而不同。例如,在利用旋轉器法的情況下,特優選1.5質量%~4.5質量%的範圍。在利用印刷法的情況下,特優選將固體成分濃度設為3質量%~9質量%的範圍,由此使溶液黏度變成12 mPa.s~50 mPa.s的範圍。在利用噴墨法的情況下,特優選將固體成分濃度設為1質量%~5質量%的範圍,由此使溶液黏度變成3 mPa.s~15 mPa.s的範圍。製備該液晶配向劑時的溫度優選0℃~200℃,更優選0℃~40℃。
<液晶顯示元件>
本發明的液晶顯示元件是具備由該液晶配向劑所形成的液晶配向膜的IPS方式或FFS方式的液晶顯示元件。根據該液晶顯示元件,由所述液晶配向劑形成液晶配向膜,由此液晶配向性、 電壓保持率高,可發揮優異的高速響應性。以下,對液晶顯示元件的實施形態進行說明。
以下,對本發明的液晶顯示元件的製造方法進行說明,並且在該說明中也對本發明的液晶配向膜的製造方法進行說明。本發明的液晶顯示元件例如可藉由以下(1)~(3)的步驟來製造。
[步驟(1):塗膜的形成]
首先,將本發明的液晶配向劑塗布在基板上,繼而對塗布面進行加熱,由此在基板上形成塗膜。將本發明的液晶配向劑分別塗布在設置有圖案化成梳齒型的電極對的基板、或在電極對間設置有絕緣層的基板、及未設置電極對的對向基板的一面上,繼而對各塗布面進行加熱,由此形成塗膜。優選利用膠版(offset)印刷法、旋塗法、輥塗機法或噴墨印刷法分別塗布本發明的液晶配向劑,繼而,對各塗布面進行加熱(優選包含預加熱(預烘烤)及煅燒(後烘烤)的二階段加熱),由此形成塗膜。此處,作為基板,例如可使用浮法玻璃、鈉玻璃等玻璃;包含聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚醚碸、聚碳酸酯、聚(脂環式烯烴)等塑料的透明基板。作為設置在基板的一面上的透明導電膜,可使用包含氧化錫(SnO2)的NESA膜(美國PPG公司的注冊商標)、包含氧化銦-氧化錫(In2O3-SnO2)的氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)膜、鉻等,當要獲得經圖案化的電極時,例如可利用如下的方法等:在形成無圖案的電極膜後,藉由光蝕刻來形成圖案的方 法;在形成電極膜時使用具有所期望的圖案的遮罩的方法。當塗布液晶配向劑時,為了使基板表面及電極膜與塗膜的黏著性變得更良好,也可以對基板表面中的應形成塗膜的面實施預先塗布官能性矽烷化合物、官能性鈦化合物等的前處理。
繼而,對塗布液晶配向劑後的塗布面進行預加熱(預烘烤),進而進行煅燒(後烘烤),由此形成塗膜。預烘烤條件例如為在40℃~120℃下進行0.1分鐘~5分鐘的預烘烤,後烘烤條件為優選在120℃~300℃,更優選在150℃~250℃下,優選進行5分鐘~200分鐘,更優選進行10分鐘~100分鐘的後烘烤。將液晶配向劑塗布在基板上後,將有機溶劑去除,由此形成成為配向膜的塗膜。此時,在本發明的液晶配向劑中所含有的聚合物為聚醯胺酸、或具有醯亞胺環結構與醯胺酸結構的醯亞胺化聚合物的情況下,也可以在形成塗膜後進一步進行加熱,由此進行脫水閉環反應,而製成經進一步醯亞胺化的塗膜。所形成的塗膜的膜厚優選0.001 μm~1 μm,更優選0.005 μm~0.5 μm。
[步驟(2):摩擦處理]
當製造液晶顯示元件時,實施如下的摩擦處理:利用例如捲繞有包含尼龍、人造絲、棉等纖維的布的輥,在固定方向上摩擦以所述方式形成的塗膜。由此,液晶分子的配向能力被賦予至塗膜中而變成液晶配向膜。
[步驟(3):液晶單元的構築]
針對以所述方式形成有液晶配向膜的一對基板,以兩片 基板的液晶配向膜的摩擦方向變成反向平行的方式隔著間隙(單元間隙)進行對向配置,使用密封劑將兩片基板的周邊部貼合,朝由基板表面及密封劑所劃分的單元間隙內注入填充液晶後,對注入孔進行密封而構成液晶單元。然後,將偏光板以其偏光方向與形成在各基板上的液晶配向膜的摩擦方向一致或正交的方式,貼合在液晶單元的外表面,由此可獲得液晶顯示元件。
作為密封劑,例如可使用含有硬化劑及作為間隔物的氧化鋁球的環氧樹脂等。
作為液晶,可列舉向列型液晶及層列型液晶,其中,優選向列型液晶,例如可使用希夫鹼(schiff base)系液晶、氧化偶氮(azoxy)系液晶、聯苯系液晶、苯基環己烷系液晶、酯系液晶、三聯苯系液晶、聯苯環己烷系液晶、嘧啶系液晶、二惡烷系液晶、雙環辛烷系液晶、立方烷系液晶等。另外,可在這些液晶中添加例如以下的化合物來使用:氯化膽甾醇、膽甾醇壬酸酯、膽甾醇碳酸酯等膽甾醇型液晶;如作為商品名“C-15”、“CB-15”(默克(Merck)公司製造)所銷售的手性劑;對癸氧基亞苄基-對胺基-2-甲基丁基肉桂酸酯等強介電性液晶等。
作為貼合在液晶單元的外表面的偏光板,可列舉利用醋酸纖維素保護膜夾持被稱為“H膜”的偏光膜而成的偏光板、或包含H膜本身的偏光板,所述H膜是一面使聚乙烯醇延伸配向一面吸收碘而成的偏光膜。
[實施例]
以下,藉由合成例及實施例來更詳細地說明本發明,但本發明並不限定於這些實施例。
以下的實施例中所獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷及[A]化合物的重量平均分子量(Mw)是藉由下述規格的GPC所測定的聚苯乙烯換算值。
管柱:東曹(Tosoh)公司,TSKgelGRCXLII
溶劑:四氫呋喃
溫度:40℃
壓力:68 kgf/cm2
再者,以下的實施例中所使用的原料化合物及聚合物的所需量是藉由將下述的合成例中所示的合成規模下的原料化合物及聚合物的合成視需要加以重複來確保。
以下的實施例中所獲得的聚醯胺酸的黏度及聚醯亞胺的醯亞胺化率是以如下方式進行測定。
[聚合物溶液的溶液黏度]
聚合物溶液的溶液黏度(mPa.s)是針對使用規定的溶劑將聚合物濃度調整成10 wt%的溶液,利用E型旋轉黏度計在25℃下進行測定所得。
[聚醯亞胺的醯亞胺化率]
將聚醯亞胺的溶液投入至純水中,在室溫下對所獲得的沉澱充分地進行減壓乾燥後,溶解在氘化二甲基亞碸中,將四甲基矽烷作為基準物質並在室溫下測定1H-NMR。根據所獲得的 1H-NMR光譜,利用由下述數式(1)所表示的式子求出醯亞胺化率。
醯亞胺化率(%)=(1-A1/A2×α)×100…(1)
數式(1)中,A1為在化學位移10 ppm附近所出現的源自NH基的質子的峰面積,A2為源自其他質子的峰面積,α為聚合物的前驅物(聚醯胺酸)中的其他質子相對於NH基的1個質子的個數比例。
<具有環氧基的聚有機矽氧烷的合成>
[合成例1]
向具備攪拌機、溫度計、滴加漏斗及回流冷卻管的反應容器中加入2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷(ECETS)100.0 g、甲基異丁基酮500 g及三乙胺10.0 g,並在室溫下進行混合。繼而,從滴加漏斗歷時30分鐘滴加去離子水100 g後,在回流下進行混合,並在80℃下反應6小時。反應結束後,取出有機層,利用0.2質量%硝酸銨水溶液清洗至清洗後的水變成中性為止後,在減壓下將溶劑及水餾去,由此獲得作為黏稠的透明液體的具有環氧基的聚有機矽氧烷。
對該具有環氧基的聚有機矽氧烷進行1H-NMR分析的結果,在化學位移(δ)=3.2 ppm附近如理論強度般獲得基於環氧基的波峰,已確認在反應中未產生環氧基的副反應。
<特定羧酸的合成>
根據下述反應流程來合成特定羧酸1。
[合成例2]
向具備冷卻管的500 mL的三口燒瓶中添加4-氰基-4'-羥基聯苯6.3 g、11-溴十一烷酸甲酯10 g、碳酸鉀14.2 g、N,N-二甲基甲醯胺200 mL,並在160℃下加熱攪拌5小時。利用薄層色譜法(Thin Layer Chromatography,TLC)來確認反應的結束後,將反應溶液冷卻至室溫為止。將反應溶液投入至水500 mL中,並進行混合攪拌。濾取所析出的白色固體,並利用水進一步進行清洗。在80℃下對所獲得的固體進行真空乾燥,由此獲得11 g的化合物1。
[合成例3]
繼而,向具備冷卻管的200 mL的三口燒瓶中添加10 g的化合物1、氫氧化鋰一水合物1.6 g、甲醇30 mL、水15 mL,並在80℃下加熱攪拌4小時。利用TLC來確認反應的結束後,將反應溶液冷卻至室溫為止。在對反應溶液進行了攪拌的狀態下,將稀鹽酸緩慢地滴加至反應溶液中。對析出固體進行過濾,然後以 水、乙醇的順序進行清洗。在80℃下對所獲得的固體進行真空乾燥,由此獲得8 g的特定羧酸1。
根據下述反應流程來合成特定羧酸2。
[合成例4]
向具備冷卻管的500 mL的三口燒瓶中添加4-氰基-4'-羥基聯苯15 g、碳酸乙烯酯13.5 g、溴化四丁基銨(TBAB)2.5 g、N,N-二甲基甲醯胺300 mL,並在150℃下加熱攪拌9小時。利用TLC來確認反應的結束後,將反應溶液冷卻至室溫為止。利用醋酸乙酯300 mL、1 N-氫氧化鈉水溶液100 mL的混合溶液對反應溶液進行分液清洗。對有機層進行萃取後,進而以1 N-氫氧化鈉水溶液100 mL、水100 mL的順序進行分液清洗。利用硫酸鎂對有機層進行乾燥後,將有機溶劑餾去。對所獲得的固體進行真空乾 燥後,利用乙醇100 mL/己烷250 mL進行再結晶,由此獲得13.1 g的化合物2。
[合成例5]
向具備冷卻管、滴加漏斗的200 mL的三口燒瓶中添加12 g的化合物2、4-氯苯磺醯氯12.7 g、脫水二氯甲烷60 mL並進行混合。在利用冰浴對反應溶液進行了冷卻的狀態下,歷時10分鐘滴加三乙胺6.6 g的脫水二氯甲烷10 mL溶液。直接在冰浴狀態下攪拌30分鐘,恢復成室溫後進而攪拌6小時。向反應溶液中添加氯仿150 mL,並利用水100 mL進行4次分液清洗。利用硫酸鎂對經萃取的有機層進行乾燥,然後將有機溶劑餾去。利用乙醇對所獲得的固體進行清洗,由此獲得16.1 g的化合物3。
[合成例6]
向具備冷卻管的300 mL的三口燒瓶中添加15 g的化合物3、4-羥基苯甲酸甲酯11 g、碳酸鉀12.5 g、N,N-二甲基甲醯胺180 mL,並在80℃下加熱攪拌9小時。利用TLC來確認反應的結束後,將反應溶液冷卻至室溫為止。將反應溶液投入至水500 mL中,並進行混合攪拌。濾取所析出的白色固體,並利用乙醇進一步進行清洗。在80℃下對所獲得的固體進行真空乾燥,由此獲得10 g的化合物4。
[合成例7]
向具備冷卻管的100 mL的三口燒瓶中添加9.5 g的化合物4、氫氧化鋰一水合物1.6 g、甲醇30 mL、四氫呋喃15 mL、水 15 mL,並在80℃下加熱攪拌4小時。利用TLC來確認反應的結束後,將反應溶液冷卻至室溫為止。在對反應溶液進行了攪拌的狀態下,將稀鹽酸緩慢地滴加至反應溶液中。對析出固體進行過濾,然後以水、乙醇的順序進行清洗。在80℃下對所獲得的固體進行真空乾燥,由此獲得9 g的特定羧酸2。
根據下述反應流程來合成特定羧酸3。
[合成例8]
在合成例2中,使用2,3,5,6-四氟-4-(五氟苯基)苯酚10.7 g來代替4-氰基-4'-羥基聯苯,由此獲得13.7 g的化合物5。
[合成例9]
在合成例3中,使用13.5 g的化合物5來代替化合物1,由此獲得11.2 g的特定羧酸3。
根據下述反應流程來合成特定羧酸4。
[合成例10]
在合成例4中,使用2,3,5,6-四氟-4-(五氟苯基)苯酚25.5 g來代替4-氰基-4'-羥基聯苯,由此獲得23.1 g的化合物6。
[合成例11]
在合成例5中,使用18.9 g的化合物6來代替化合物2,由此獲得24.1 g的化合物7。
[合成例12]
在合成例6中,使用20 g的化合物7來代替化合物3,由此獲得15.4 g的化合物8。
[合成例13]
在合成例7中,使用13 g的化合物8來代替化合物4,由此獲得11.4 g的特定羧酸4。
根據下述反應流程來合成特定羧酸5。
[合成例14]
以與特定羧酸1的合成相同的方式,合成15 g的將亞甲基的數量從10變更成5的特定羧酸5。
根據下述反應流程來合成特定羧酸6。
[化29]
[合成例15]
向具備冷卻管的500 mL的三口燒瓶中添加2,2',3,3'-四氟-4'-丙基-4-羥基聯苯10.1 g、11-溴十一烷酸甲酯10 g、碳酸鉀14.2 g、N,N-二甲基甲醯胺200 mL,並在160℃下加熱攪拌5小時。利用TLC來確認反應的結束後,將反應溶液冷卻至室溫為止。將反應溶液投入至水500 mL中,並進行混合攪拌。濾取所析出的白色固體,並利用水進一步進行清洗。在80℃下對所獲得的固體進行真空乾燥,由此獲得10.8 g的化合物9。
[合成例16]
繼而,向具備冷卻管的200 mL的三口燒瓶中添加10 g的化合物9、氫氧化鋰一水合物1.6 g、甲醇30 mL、水15 mL,並在80℃下加熱攪拌4小時。利用TLC來確認反應的結束後,將反應溶液冷卻至室溫為止。在對反應溶液進行了攪拌的狀態下,將稀鹽酸緩慢地滴加至反應溶液中。對析出固體進行過濾,然後以 水、乙醇的順序進行清洗。在80℃下對所獲得的固體進行真空乾燥,由此獲得6 g的特定羧酸6。
<[A]化合物的合成>
[合成例17]
向100 mL的三口燒瓶中加入所述合成例1中所獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷9.8 g、甲基異丁基酮28 g、5.0 g的所述合成例3中所獲得的特定羧酸1、作為由所述式(4)所表示的化合物之一而例示的由式(4-10)所表示的4-辛氧基苯甲酸3.3 g、及UCAT 18X(三亞普羅(San-Apro)公司的四級胺鹽)0.20 g,並在80℃下攪拌12小時。反應結束後,利用甲醇進行再沉澱,使沉澱物溶解在醋酸乙酯中而獲得溶液,對該溶液進行3次水洗後,將溶劑餾去,由此獲得14.5 g的作為白色粉末的[A]化合物A-1。
[A]化合物A-1的Mw為6,500。
[合成例18]
除使用4 g的合成例7中所獲得的特定羧酸2來代替特定羧酸1以外,與合成例24同樣地進行操作,而獲得[A]化合物A-2的白色粉末12.8 g。[A]化合物A-2的Mw為6,000。
[合成例19]
除使用6.8 g的合成例9中所獲得的特定羧酸3來代替特定羧酸1以外,與合成例24同樣地進行操作,而獲得[A]化合物A-3的白色粉末14.7 g。[A]化合物A-3的Mw為8,100。
[合成例20]
除使用5.6 g的合成例13中所獲得的特定羧酸4來代替特定羧酸1以外,與合成例24同樣地進行[A]化合物的合成。其結果,獲得[A]化合物A-4的白色粉末15.0 g。[A]化合物A-4的Mw為7,500。
[合成例21]
向100 mL的三口燒瓶中加入所述合成例1中所獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷9.8 g、甲基異丁基酮28 g、10 g的所述合成例3中所獲得的特定羧酸1及UCAT 18X(三亞普羅公司的四級胺鹽)0.20 g,並在80℃下攪拌12小時。反應結束後,利用甲醇進行再沉澱,使沉澱物溶解在醋酸乙酯中,對該溶液進行3次水洗後,將溶劑餾去,由此獲得16.0 g的作為白色粉末的[A]化合物A-5。[A]化合物A-5的Mw為8,500。
[合成例22]
除使用4.1 g的合成例14中所獲得的特定羧酸5來代替特定羧酸1以外,與合成例21同樣地進行操作,而獲得[A]化合物A-6的白色粉末12.4 g。[A]化合物A-6的Mw為6,200。
[合成例23]
除使用作為由所述式(4)所表示的化合物之一而例示的由式(4-11)所表示的4-(4-戊基環己基)苯甲酸3.6 g來代替4-辛氧基苯甲酸以外,與合成例21同樣地進行操作,而獲得[A]化合物A-7的白色粉末13.4 g。[A]化合物A-7的Mw為7,900。
[合成例24]
向100 mL的三口燒瓶中添加所述合成例1中所獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷9.8 g、甲基異丁基酮28 g、8.0 g的所述合成例3中所獲得的特定羧酸1、由所述式(4-11)所表示的4-(4-戊基環己基)苯甲酸1.4 g、及UCAT 18X(三亞普羅公司的四級胺鹽)0.20 g,並在80℃下攪拌12小時。反應結束後,利用甲醇進行再沉澱,使沉澱物溶解在醋酸乙酯中,對該溶液進行3次水洗後,將溶劑餾去,由此獲得13.9 g的作為白色粉末的[A]化合物A-8。[A]化合物A-8的Mw為8,900。
[合成例25]
向100 mL的三口燒瓶中加入所述合成例1中所獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷9.8 g、甲基異丁基酮28 g、2.0 g的所述合成例3中所獲得的特定羧酸1、由所述式(4-11)所表示的4-(4-戊基環己基)苯甲酸5.8 g、及UCAT 18X(三亞普羅公司的四級胺鹽)0.20 g,並在80℃下攪拌12小時。反應結束後,利用甲醇進行再沉澱,使沉澱物溶解在醋酸乙酯中而獲得溶液,對該溶液進行3次水洗後,將溶劑餾去,由此獲得13.4 g的作為白色粉末的[A]化合物A-9。[A]化合物A-9的Mw為7,600。
[合成例26]
除使用6.1 g的合成例16中所獲得的特定羧酸6來代替特定羧酸1以外,與合成例21同樣地進行操作,而獲得[A]化合物A-10的白色粉末18.4 g。[A]化合物A-10的Mw為7,300。
[比較合成例1]
向100 mL的三口燒瓶中加入所述合成例1中所獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷9.8 g、甲基異丁基酮28 g、4-辛氧基苯甲酸3.3 g、及UCAT 18X(三亞普羅公司的四級胺鹽)0.10 g,並在80℃下攪拌12小時。反應結束後,利用甲醇進行再沉澱,使沉澱物溶解在醋酸乙酯中,對該溶液進行3次水洗後,將溶劑餾去,由此獲得9.6 g的作為白色粉末的[A]化合物CA-1。化合物CA-1的Mw為6,000。
<聚醯胺酸的合成>
[合成例27]
使作為四羧酸二酐的均苯四甲酸二酐11 g(0.05莫耳)、1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐190 g(0.95莫耳)、作為二胺化合物的4-胺基苯基=4-胺基苯甲酸酯160 g(0.71莫耳)、4,4'-[4,4'-丙烷-1,3-二基雙(哌啶-1,4-二基)]二苯胺110 g(0.29莫耳)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)1300 g、γ-丁內酯(γ-BL)1300 g中,並在40℃下反應6小時,而獲得固體成分濃度為15%,溶液黏度為420 mPa.s的聚醯胺酸(將其作為聚醯胺酸(PA-1))溶液。
[合成例28]
使作為四羧酸二酐的均苯四甲酸二酐40 g(0.20莫耳)、1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐160 g(0.80莫耳)、作為二胺化合物的4-胺基苯基=4-胺基苯甲酸酯140 g(0.62莫耳)、4,4'-[4,4'-丙烷-1,3-二基雙(哌啶-1,4-二基)]二苯胺110 g(0.29莫耳)、二乙二醇(二-4-胺基苯基)醚26 g(0.09莫耳)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP) 1400 g、γ-丁內酯(γ-BL)1400 g中,並在40℃下反應6小時,而獲得固體成分濃度為15%,溶液黏度為850 mPa.s的聚醯胺酸(將其作為聚醯胺酸(PA-2))溶液。
[合成例29]
使作為四羧酸二酐的均苯四甲酸二酐200 g(0.90莫耳)、1,2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐22 g(0.10莫耳)、作為二胺化合物的對苯二胺22 g(0.50莫耳)、4,4-二胺基二苯基醚100 g(0.20莫耳)、3,5-二胺基苯甲酸46 g(0.30莫耳)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)1100 g、γ-丁內酯(γ-BL)1100 g中,並在40℃下反應4小時,而獲得固體成分濃度為15%,溶液黏度為410 mPa.s的聚醯胺酸(將其作為聚醯胺酸(PA-3))溶液。
<聚醯亞胺的合成>
[合成例30]
使作為四羧酸二酐的2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐220 g(1.00莫耳)、作為二胺化合物的對苯二胺87 g(0.80莫耳)、2,2'-雙三氟甲基-4,4'-二胺基聯苯32 g(0.10莫耳)、4,4'-二胺基二苯基甲烷20 g(0.10莫耳)溶解在NMP 2700 g中,並在60℃下反應6小時。分離取出少量的所獲得的聚醯胺酸溶液,添加NMP而以固體成分濃度為10%的溶液來測定黏度,結果為35 mPa.s。繼而,向所獲得的聚醯胺酸溶液中追加NMP 2200 g,並添加吡啶160 g及醋酸酐200 g,然後在110℃下進行4小時脫水閉環。醯亞胺化反應後,利用新的NMP對系統內的溶劑進行溶劑置換(藉由本操 作來將用於醯亞胺化反應的吡啶、醋酸酐去除至系統外),而獲得含有醯亞胺化率約為78%的聚醯亞胺(PI-1)約15 wt%的溶液。分離取出少量的所獲得的聚醯胺酸溶液,添加NMP後作為聚醯亞胺濃度為6.5 wt%的溶液所測定的溶液黏度為13 mPa.s。
[合成例31]
使作為四羧酸二酐的2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐220 g(1.00莫耳)、作為二胺化合物的對苯二胺110 g(1.00莫耳)溶解在NMP 3000 g中,並在60℃下反應4小時。分離取出少量的所獲得的聚醯胺酸溶液,添加NMP而以固體成分濃度為10%的溶液來測定黏度,結果為68 mPa.s。繼而,向所獲得的聚醯胺酸溶液中追加NMP 3300 g,並添加吡啶400 g及醋酸酐310 g,然後在110℃下進行4小時脫水閉環。醯亞胺化反應後,利用新的NMP對系統內的溶劑進行溶劑置換(藉由本操作來將用於醯亞胺化反應的吡啶、醋酸酐去除至系統外),而獲得含有醯亞胺化率約為88%的聚醯亞胺(PI-2)約11 wt%的溶液。分離取出少量的所獲得的聚醯胺酸溶液,添加NMP後作為聚醯亞胺濃度為6.8 wt%的溶液所測定的溶液黏度為32 mPa.s。
<液晶配向劑的製備>
[實施例1]
將含有合成例27中所獲得的聚醯胺酸PA-1的溶液換算成其所含有的聚醯胺酸PA-1並取相當於1,000質量份的量,添加[A]化合物A-1(100質量份),進而添加γ-丁內酯、N-甲基-2-吡 咯烷酮及丁基溶纖劑,而製成溶劑組成為γ-丁內酯:N-甲基-2-吡咯烷酮:丁基溶纖劑=40:40:20(質量比)、固體成分濃度為4.0質量%的溶液。使用孔徑為0.45 μm的過濾器對該溶液進行過濾,由此製成液晶配向劑S-1。
[實施例2~實施例14及比較例1~比較例4]
除將作為[B]聚合物的聚醯胺酸或聚醯亞胺、作為[A]成分的聚有機矽氧烷化合物的組合變成如表2中所記載般以外,與實施例1同樣地進行操作,而製成液晶配向劑S-2~液晶配向劑S-14及液晶配向劑CS-1~液晶配向劑CS-4。
[實施例15]
將含有合成例30中所獲得的聚醯亞胺PI-1的溶液換算成其所含有的聚醯亞胺PI-1並取相當於800質量份的量,將含有合成例29中所獲得的聚醯胺酸PA-3的溶液換算成其所含有的聚醯胺酸PA-3並取相當於200質量份的量,添加[A]化合物A-1(100質量份),進而添加γ-丁內酯、N-甲基-2-吡咯烷酮及丁基溶纖劑,而製成溶劑組成為γ-丁內酯:N-甲基-2-吡咯烷酮:丁基溶纖劑=40:40:20(質量比)、固體成分濃度為4.0質量%的溶液。使用孔徑為0.45 μm的過濾器對該溶液進行過濾,由此製成液晶配向劑S-15。
[實施例16、比較例5]
除將作為[B]聚合物的聚醯胺酸及聚醯亞胺、作為[A]成分的聚有機矽氧烷化合物的組合變成如表2中所記載般以外,與實 施例15同樣地進行操作,而製成液晶配向劑S-16、液晶配向劑CS-5。
<液晶顯示元件的製造>
作為使用液晶配向劑S-1的液晶顯示元件,將設置有經圖案化的電極對的基板的示意圖示於圖1、圖2。將未形成有電極膜的平坦的玻璃用於對向側的基板。圖1中,符號10表示玻璃,符號20表示配向膜,符號30表示透明頂電極(狹縫結構),符號40表示透明底電極,符號50表示氮化矽(SiNx)。
在這些基板上,藉由旋塗法並使用液晶配向劑S-1而形成液晶配向膜,在加熱板上以70℃進行80秒的煅燒來作為預烘烤,並利用潔淨烘箱以230℃進行15分鐘(氮氣下)的煅燒來作為後烘烤。進而,利用棉布在圖2中所圖示的方向上實施摩擦處理。以基板的摩擦方向彼此變成反向平行的的方式,隔著直徑為3.5 μm的間隔物而將這些基板貼合,從而製成未注入液晶的空單元。向該單元中注入液晶MLC-6221(默克公司製造)。進而,以2片偏光板的偏光方向彼此正交的方式,將偏光板貼合在基板的外側兩面,由此製成實施例1的液晶顯示元件。
除使用表2中所示的液晶配向劑來代替液晶配向劑S-1以外,進行與所述相同的操作,而製成使用實施例2~實施例16及比較例1~比較例5的液晶配向劑的液晶顯示元件。
<評價>
對所製造的液晶顯示元件進行以下的評價。將結果匯總 並示於表2中。
[配向性]
針對以所述方式製造的液晶顯示元件,在背光源照射下,以目視來觀察在未施加電壓的狀態下有無漏光.配向混亂,將無漏光.配向混亂的情況設為“○”,將在一部分中存在漏光.配向混亂的情況設為“△”,就完全未獲得垂直配向狀態的情況設為“×”。
[響應速度(上升時的光電響應性)]
利用包含偏光顯微鏡、光檢測器、及脈衝產生機的裝置來測定液晶響應的上升的時間。此處,所謂液晶響應速度,是指當從未施加電壓的狀態對所製作的液晶顯示元件施加最多1秒的5 V的電壓時,從透過率10%變成透過率90%所需要的時間(msec.)。
如根據表1的結果而明確般,可知具備使用實施例1~實施例16的液晶配向劑所製作的液晶配向膜的液晶顯示元件不僅配向性優異,而且與比較例的液晶顯示元件相比,液晶的響應速度快約3/4左右以上。
(產業上的可利用性)
本發明的液晶配向劑可適宜地用於高速響應性優異的IPS方式或FFS方式的液晶顯示元件的製造。

Claims (7)

  1. 一種液晶配向劑,其是共面切換方式或邊緣場切換方式的液晶顯示元件中的液晶配向膜形成用的液晶配向劑,其特徵在於包括:[A]具有由下述式(1)所表示的基的化合物, 式(1)中,R1為具有至少2個單環結構的基;R2為含有雙鍵、三鍵、醚鍵、酯鍵或氧原子的連結基;a為0~1的整數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑,其中所述[A]化合物包括:源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分、及源自具有由下述式(2)所表示的羧基的化合物的部分, 式(2)中,R1、R2及a的含義與所述式(1)相同;R3為亞甲基或碳數為2~30的伸烷基、伸苯基或伸環己基,這些基可進一步具有取代基。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑,其中所述R1為由下述式(3)所表示的基, 式(3)中,R4為氫原子、氰基、氟原子、三氟甲基、烷氧基羰基、烷基或烷氧基;R5及R7分別獨立為伸苯基、伸聯苯基、伸萘基、伸環己基、雙伸環己基、伸環己基伸苯基或雜環,這些基可進一步具有取代基;R6為碳數為1~10的伸烷基,含有雙鍵、三鍵、醚鍵、酯鍵及雜環的任一個的連結基,這些基可進一步具有取代基;b為1~9的整數;當b為2以上時,多個R4可相同,也可以不同;c為0~1的整數;d為1~2的整數;當d為2時,多個R6、R7及c彼此可相同,也可以不同。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的液晶配向劑,其中所述環氧基為由下述式(X1-1)或(X1-2)所表示的基, 式(X1-1)中,A為氧原子或單鍵;h為1~3的整數;i為0~6的整數;其中,當i為0時,A為單鍵;式(X1-2)中,j為0~6的整數。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的液晶配向劑,其中更包括[B]選自由聚醯胺酸及聚醯亞胺所組成的群組中的至少1種聚合物。
  6. 一種共面切換方式的液晶顯示元件,其特徵在於:包括由如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的液晶配向劑所形成的液晶配向膜。
  7. 一種邊緣場切換方式的液晶顯示元件,其特徵在於:包括由如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的液晶配向劑所形成的液晶配向膜。
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