TW201418326A - 液晶配向劑、液晶配向膜、液晶顯示元件的相位差膜及液晶顯示元件的液晶單元 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種液晶配向劑,所述液晶配向劑可提供具有經改善的液晶配向性、電特性、耐熱性等的液晶配向膜,並且塗布性(印刷性)優異。所述液晶配向劑的特徵在於:包括選自由聚有機矽氧烷、聚醯胺、聚(硫)酯及(甲基)丙烯酸共聚物所組成的群組中的至少1種聚合物,其中所述聚合物具有由下述式(1)所表示的二價的基。(式(1)中,Q為四價的有機基,Y1及Y2分別為二價的有機基,“*”分別表示鍵結在聚合物鏈上的結合鍵)[化1]□
Description
本發明涉及一種液晶配向劑。
本發明提供一種具有超越含有聚醯胺酸的部分醯亞胺化聚合物的液晶配向劑的特性的液晶配向劑。
液晶顯示元件具備具有使液晶分子在固定的方向上配向的功能的液晶配向膜。該液晶配向膜通常經由將含有聚合物的液晶配向劑塗布(印刷)在基板上的步驟而形成。作為液晶配向劑中所含有的聚合物,已知有聚醯胺酸、聚醯胺酸的醯亞胺化聚合物、聚醯胺、聚酯、聚有機矽氧烷等(專利文獻1~專利文獻3)。
這些聚合物之中,含有聚醯胺酸作為聚合物的液晶配向劑雖然塗布性(印刷性)優異,但所獲得的液晶配向膜的電特性及耐熱性存在改善的餘地。含有聚醯胺酸的醯亞胺化聚合物的液晶配向劑雖然提供液晶配向性、
電特性等優異的液晶配向膜,但液晶配向劑本身的塗布性並不充分。聚醯胺、聚酯或聚有機矽氧烷對於通用的有機溶劑的溶解性優異,因此含有這些聚合物的液晶配向劑的塗布性優異,但所形成的液晶配向膜的液晶配向性並不充分。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第3764250號說明書
[專利文獻2]日本專利第3912859號說明書
[專利文獻3]日本專利第3757514號說明書
[專利文獻4]日本專利特開2010-97188號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]“紫外線(UV)固化型液晶與其應用”,液晶,第3卷第1號(1999年),第34頁~第42頁
[非專利文獻2]T.J.雪弗(Scheffer)等人,《應用物理學雜誌(J.Appl.Phys)》第48卷,第1783頁(1977)
[非專利文獻3]F.中野(Nakano)等人,《日本應用物理學雜誌(JPN.J.Appl.Phys)》第19卷,第2013頁(1980)
本發明是欲解决如上所述的現狀而完成的發明,其目的在於提供一種液晶配向劑,該液晶配向劑可提供具有經改善的液晶配向性、電特性、耐熱性等的液晶配向膜,並且塗布性(印刷性)優異。
根據本發明,本發明的所述目的及優點通過如下的液晶配向劑來
達成:該液晶配向劑的特徵在於包括選自由聚有機矽氧烷、聚醯胺、聚(硫)酯及(甲基)丙烯酸共聚物所組成的群組中的至少1種聚合物,其中該聚合物具有由下述式(1)所表示的二價的基。
(式(1)中,Q為四價的有機基,Y1及Y2分別為二價的有機基,“*”分別表示鍵結在聚合物鏈上的結合鍵)
在本說明書中,以下將滿足所述條件的聚合物也稱為“特定聚合物”。
本發明提出一種液晶配向膜,其特徵在於:由所述液晶配向劑形成。
本發明提出一種液晶顯示元件的相位差膜,其特徵在於:包括由所述液晶配向劑形成的液晶配向膜。
本發明提出一種液晶顯示元件的液晶單元,其特徵在於:包括由所述液晶配向劑形成的液晶配向膜。
根據本發明,而提供一種液晶配向劑,該液晶配向劑的塗布性(印刷性)優異,並且可提供液晶配向性、電特性、耐熱性等優異的液晶配向
膜。即,本發明的液晶配向劑中所含有的聚合物具有有助於液晶配向劑的塗布性的溶解性高的聚合物骨架,及有助於所獲得的液晶配向膜的液晶配向性、電特性及耐熱性的醯亞胺環結構兩者,因此兩者的平衡變得優異。
a‧‧‧玻璃基板
b‧‧‧液晶配向膜
c‧‧‧頂電極
d‧‧‧氮化矽膜
e‧‧‧底電極
f‧‧‧偏光紫外線的偏光面的方向
圖1是用以說明實施例FFS-1中所製造的FFS型液晶顯示元件所具有的電極對的構造的剖面概略圖。
圖2(a)及圖2(b)是用以說明實施例FFS-1中所製造的FFS型液晶顯示元件所具有的頂電極的梳齒構造的平面概略圖。
本發明的液晶配向劑含有特定聚合物。
<特定聚合物>
本發明中的特定聚合物為選自由聚有機矽氧烷、聚醯胺、聚(硫)酯及(甲基)丙烯酸共聚物所組成的群組中的至少1種聚合物,且具有由所述式(1)所表示的二價的基。
由所述式(1)所表示的二價的基中,附加“*”的2個結合鍵“鍵結在聚合物鏈上”表示該二價的基存在於聚合物的主鏈中、或作為使聚合物鏈彼此二維或三維地鍵結的交聯鍵的一部分而存在。即,該二價的基並非作為聚合物的側鏈或其一部分、或者交聯結構的側鏈或其一部分而存在的基。但是,特定聚合物只要由所述式(1)所表示的二價的基存在於聚合物的主鏈或交聯結構中即可,並不禁止具有同類的結構作為聚合物的側鏈或其一部分、或者交聯結構的側鏈或其一部分。
特定聚合物中的由所述式(1)所表示的二價的基的含有比例優選
1.0×10-4mol/g以上,更優選3.0×10-4mol/g~2.0×10-3mol/g。
特定聚合物例如可為如下的聚合物:使二胺與由下述式(C)所表示的化合物(以下,稱為“化合物(C)”)進行反應而獲得的聚醯胺;使選自由二醇化合物、二硫醇化合物及二環氧化合物所組成的群組中的至少1種與化合物(C)進行反應而獲得的聚(硫)酯;使由下述式(E)所表示的化合物(以下,稱為“化合物(E)”)與二羧酸進行反應而獲得的聚(硫)酯;使含有(甲基)丙烯酸及由下述式(A)所表示的化合物(以下,稱為“化合物(A)”)的聚合性不飽和化合物的混合物進行加成聚合而獲得的(甲基)丙烯酸共聚物;使含有由下述式(S)所表示的化合物(以下,稱為“化合物(S)”)的矽烷化合物進行水解、縮合而獲得的聚有機矽氧烷等。
(式(C)中,Q、Y1及Y2的含義分別與所述式(1)中的Q、Y1及Y2相同,n3及n4分別獨立為1或2)
[化3]
(式(E)中,Q、Y1及Y2的含義分別與所述式(1)中的Q、Y1及Y2相同,Z1及Z2分別獨立為羥基、硫醇基或環氧基)
(式(A)中,Q、Y1及Y2的含義分別與所述式(1)中的Q、Y1及Y2相同,R3及R4分別獨立為氫原子或甲基)
[化5]
(式(S)中,Q、Y1及Y2的含義分別與所述式(1)中的Q、Y1及Y2相同,R1及R2分別獨立為碳數為1~12的烷基或碳數為6~12的芳基,X1及X2分別獨立為碳數為1~12的烷氧基或鹵素原子,n1及n2分別獨立為1~3的整數)
如根據所述化學式而明確般,由所述式(1)所表示的二價的基源自化合物(C)、化合物(E)、化合物(A)或化合物(S)。如後述般,這些化合物可通過由下述式(T-1)所表示的四羧酸二酐與一級胺化合物的反應而獲得,因此所述式(1)中的由下述式(T)所表示的單元(因此,化合物(C)、化合物(E)、化合物(A)或化合物(S)中的由下述式(T)所表示的單元)為源自由下述式(T-1)所表示的四羧酸二酐的四價的基。
(式(T)中,Q的含義與所述式(1)中的Q相同,“*”分別表示結
合鍵)
(式(T-1)中,Q的含義與所述式(1)中的Q相同)
所謂源自由所述式(T-1)所表示的四羧酸二酐的四價的基,是指從該四羧酸二酐中去除2個構成環的氧原子而獲得的四價的基。
作為由所述式(T-1)所表示的四羧酸二酐,可無特別限制地使用作為用於製造液晶配向劑中所含有的聚醯胺酸或其醯亞胺化聚合物的四羧酸二酐而公知的四羧酸二酐。作為此種四羧酸二酐,例如可列舉:專利文獻4(日本專利特開2010-97188號公報)中所記載的四羧酸二酐。特優選的四羧酸二酐為選自由1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐、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-8-甲基-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘並[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、3-氧雜雙環[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺-3'-(四氫呋喃-2',5'-二酮)、5-(2,5-二氧代四氫-3-呋喃基)-3-甲基-3-環己烯-1,2-二羧酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、4,9-二氧雜三環[5.3.1.02,6]十一烷-3,5,8,10-四酮、雙環[3.3.0]辛烷-2,4,6,8-四羧酸二酐及均苯四甲酸二酐所組
成的群組中的至少1種。
關於應與如上所述的四羧酸二酐進行反應的一級胺化合物,在針對化合物(C)、化合物(E)、化合物(A)或化合物(S)的說明中進行敘述。
[化合物(C)的合成]
化合物(C)例如可通過由所述式(T-1)所表示的四羧酸二酐與氨基酸的反應而獲得。該氨基酸為分子內具有1個一級氨基、及1個或2個羧基的化合物。在此情況下,所述式(C)中的基Y1(因此所述式(1)中的基Y1)為從所述氨基酸中去除氨基及羧基而獲得的二價或三價的基。
作為所述氨基酸,作為具有1個羧基的氨基酸,例如可列舉:甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯基丙氨酸、纈氨酸、4-氨基丁酸等;作為具有2個羧基的氨基酸,例如可列舉:天冬氨酸、谷氨酸、2-氨基己二酸、羧甲半胱氨酸(carbocisteine)、2,3-二羧基苯胺、3,4-二羧基苯胺、3-氨基-1,2-二羧基萘、4-氨基-1,2-二羧基萘、5-氨基-1,2-二羧基萘、6-氨基-1,2-二羧基萘、7-氨基-1,2-二羧基萘、8-氨基-1,2-二羧基萘、1-氨基-2,3-二羧基萘、4-氨基-2,3-二羧基萘、5-氨基-2,3-二羧基萘、6-氨基-2,3-二羧基萘、7-氨基-2,3-二羧基萘、8-氨基-2,3-二羧基萘等,可使用選自這些氨基酸中的1種以上。
由所述式(T-1)所表示的四羧酸二酐與氨基酸的反應可通過優選在適當的溶劑中對這些化合物的混合物進行加熱來進行。
關於該反應中的兩種化合物的比例,作為相對於四羧酸二酐的1莫耳的氨基酸的使用比例,優選設為1.0莫耳~4.0莫耳,更優選設為1.5莫耳~3.0莫耳,進而更優選設為1.8莫耳~2.5莫耳。
作為該反應中所使用的溶劑,優選有機溶劑,例如可使用:非質子性
極性溶劑、酚及其衍生物、醇、酮、酯、醚、鹵化烴、烴等。
作為這些有機溶劑的具體例,作為所述非質子性極性溶劑,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、二甲基亞碸、γ-丁內酯、四甲基脲、六甲基磷醯三胺、吡啶、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶等;作為所述酚衍生物,例如可列舉:間甲酚、二甲酚、鹵化酚等;作為所述醇,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、乙二醇單甲醚等;作為所述酮,例如可列舉:丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等;作為所述酯,例如可列舉:乳酸乙酯、乳酸丁酯、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、草酸二乙酯、丙二酸二乙酯等;作為所述醚,例如可列舉: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-正丁醚、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、四氫呋喃等;作為所述鹵化烴,例如可列舉:二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁烷、三氯乙烷、氯苯、鄰二氯苯等;作為所述烴,例如可列舉:己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯、二甲苯、丙酸異戊酯、異丁酸異戊酯、二異戊醚等,優選使用選自這些有機溶劑中的1種以上。
作為溶劑的使用比例,相對於四羧酸二酐及氨基酸的合計100重量份,優選設為50重量份~5,000重量份,更優選設為100重量份~3,000
重量份,進而更優選設為100重量份~2,000重量份。
所述四羧酸二酐與氨基酸的反應優選在50℃~300℃,更優選在80℃~200℃的溫度下,優選進行0.1小時~10小時,更優選進行0.1小時~20小時。視需要,也可以在所述溫度及反應時間的範圍內,一面階段性地或連續地使反應溫度上升一面進行反應。
[化合物(E)的合成]
化合物(E)中的Z1及Z2為羥基或硫醇基的化合物可對應於Z1及Z2的種類,例如通過由所述式(T-1)所表示的四羧酸二酐與氨基醇、氨基苯酚或氨基硫醇的反應而獲得。在此情況下,所述式(E)中的基Y1(因此所述式(1)中的基Y1)為從所述氨基醇或氨基硫醇中去除氨基與羥基或硫醇基而獲得的二價的基。
作為所述氨基醇,例如可列舉:2-氨基乙醇、3-氨基丙醇、4-氨基苄醇、2-(4-氨基苯基)乙醇等;作為所述氨基苯酚,例如可列舉:4-氨基苯酚等;作為所述氨基硫醇,例如可列舉:3-硫醇苯胺、4-硫醇苯胺、1-硫醇-3-氨基丙烷等。
四羧酸二酐與氨基醇、氨基苯酚或氨基硫醇的反應可通過優選在適當的溶劑中對這些化合物的混合物進行加熱來進行。
關於該反應中的兩種化合物的使用比例,作為相對於四羧酸二酐的1莫耳的氨基醇、氨基苯酚或氨基硫醇的使用比例,優選設為1.0莫耳~4.0莫耳,更優選設為1.5莫耳~3.0莫耳,特優選設為1.8莫耳~2.5莫耳。
作為該反應中所使用的溶劑,可使用與以上作為化合物(C)的合成中可使用的溶劑所例示的溶劑相同的溶劑。作為溶劑的使用比例,相對於四
羧酸二酐與氨基醇、氨基苯酚或氨基硫醇的合計100重量份,優選設為50重量份~5,000重量份,更優選設為100重量份~3,000重量份,進而更優選設為100重量份~2,000重量份。
該反應優選在50℃~300℃,更優選在80℃~200℃的溫度下,優選進行0.1小時~10小時,更優選進行0.1小時~20小時。視需要,也可以在所述溫度及反應時間的範圍內,一面階段性地或連續地使反應溫度上升一面進行反應。
如此,可獲得所述式(E)中基Z1及基Z2分別為羥基的二醇化合物、或基Z1及基Z2分別為硫醇基的二硫醇化合物。
化合物(E)中的Z1及Z2分別為環氧基的化合物例如可通過以所述方式獲得的二醇化合物或二硫醇化合物、與具有環氧基及鹵素原子的化合物的反應而獲得。在此情況下,所述式(E)中的基Y1(因此所述式(1)中的基Y1)為以所述方式獲得的二醇化合物或二硫醇化合物中的二價的基Y1、與從具有環氧基及鹵素原子的化合物中去除環氧基及鹵素原子而獲得的二價的基通過醚鍵進行鍵結而成的二價的基。
此處,作為環氧基,可為環氧乙烷基及氧雜環丁基的任一種。作為具有環氧乙烷基與鹵素原子的化合物,例如可列舉:表氯醇、2-(氯甲基)-1,2-環氧基丙烷、2-(氯甲基)-1,2-環氧基丁烷、2-(溴甲基)-1,2-環氧基丙烷、2-(溴甲基)-1,2-環氧基丁烷等;作為具有氧雜環丁基與鹵素原子的化合物,例如可列舉:3-(氯甲基)氧雜環丁烷、3-(氯甲基)-3-甲基氧雜環丁烷、3-(溴甲基)氧雜環丁烷、3-(溴甲基)-3-甲基氧雜環丁烷等;作為具有(甲基)丙烯醯基與鹵素原子的化合物,例如可列舉(甲基)丙烯
醯氯等,可使用選自這些化合物中的1種以上。
該反應可通過優選在適當的催化劑的存在下,且優選在適當的溶劑中對以所述方式獲得的二醇化合物或二硫醇化合物、與具有環氧基及鹵素原子的化合物的混合物進行加熱來進行。
關於二醇化合物或二硫醇化合物、與具有環氧基及鹵素原子的化合物的使用比例,相對於前者的1莫耳,優選使用後者0.5莫耳~10莫耳,更優選使用後者1.0莫耳~3.0莫耳,特優選使用後者1.8莫耳~2.5莫耳。
作為可用於該反應的催化劑,例如可列舉四級胺鹽等,作為其具體例,例如可列舉:氯化四丁基銨、溴化四丁基銨等。相對於二醇化合物或二硫醇化合物的100重量份,催化劑的使用比例優選設為20重量份以下,更優選設為0.001重量份~10重量份。
此處所使用的溶劑優選有機溶劑,可使用與以上作為化合物(C)的合成中所使用的溶劑所例示的溶劑相同的溶劑。
相對於二醇化合物或二硫醇化合物、以及具有環氧基及鹵素原子的化合物的合計100重量份,溶劑的使用比例優選設為10重量份~3,000重量份,更優選設為50重量份~2,000重量份,進而更優選設為50重量份~1,000重量份。
該反應優選在-78℃~60℃,更優選在-78℃~40℃的溫度下,優選進行0.5小時~30小時,更優選進行2小時~15小時。視需要,也可以在所述溫度及反應時間的範圍內,一面階段性地或連續地使反應溫度上升一面進行反應。
[化合物(A)的合成]
化合物(A)例如可通過所述式(E)中基Z1及基Z2分別為羥基的二
醇化合物與(甲基)丙烯酸的反應而獲得。在此情況下,所述式(A)中的基Y1(因此所述式(1)中的基Y1)與用作原料的化合物(E)中的基Y1相同。此處,(甲基)丙烯酸優選通過公知的方法加以醯氯化後供於反應。
關於作為二醇化合物的化合物(E)與優選經醯氯化的(甲基)丙烯酸的使用比例,優選將相對於化合物(E)1莫耳的(甲基)丙烯酸的使用比例設為0.5莫耳~10莫耳,更優選設為1.0莫耳~3.0莫耳,特優選設為1.8莫耳~2.5莫耳。
反應可利用如下方法來進行:事先使作為二醇化合物的化合物(E)溶解在適當的溶劑中,優選在使經醯氯化的(甲基)丙烯酸視需要溶解在適當的溶劑中的狀態下進行滴加。
作為此處可使用的溶劑,可使用與以上作為化合物(C)的合成中可使用的溶劑所例示的溶劑相同的溶劑。溶劑的使用比例優選設為作為二醇化合物的化合物(E)及(甲基)丙烯酸的合計重量在反應溶液中所占的比例變成0.5wt%(重量百分比)~50wt%的比例,更優選設為作為二醇化合物的化合物(E)及(甲基)丙烯酸的合計重量在反應溶液中所占的比例變成1wt%~30wt%的比例。
反應優選在-100℃~100℃,更優選在-20℃~40℃的溫度下進行。此處,在使(甲基)丙烯酸直接進行反應的情況下,優選將反應溫度設為室溫(25℃)以上的溫度;在將(甲基)丙烯酸加以醯氯化後進行反應的情況下,優選將反應溫度設為比室溫低的溫度。反應時間優選0.1小時~40小時,更優選0.5小時~20小時。在通過(優選經醯氯化的)(甲基)丙烯酸的滴加來進行反應的情況下,從滴加結束後開始測定該反應時間。
[化合物(S)的合成]
化合物(S)例如可通過如下方式而獲得:使所述式(E)中基Z1及基Z2分別為羥基的二醇化合物脫水而在末端生成雙鍵後,通過矽氫化反應而在該雙鍵上加成烷氧基矽烷化合物。在此情況下,所述式(S)中的基Y1(因此所述式(1)中的基Y1)與用作原料的化合物(E)中的基Y1相同。
所述二醇化合物的脫水反應可通過優選在適當的有機溶劑中,使該二醇化合物與硫酸接觸來進行。
作為此處可使用的有機溶劑,例如可列舉:醋酸、醋酸酐、四氫呋喃、乙腈、氯仿、二氯甲烷、二乙醚、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、甲基乙基酮、二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、己烷、1,4-二惡烷等。相對於作為二醇化合物的化合物(E)100重量份,有機溶劑的使用比例優選50重量份~2,000重量份,更優選100重量份~1,000重量份。
相對於作為二醇化合物的化合物(E)100重量份,硫酸的使用比例優選0.0001重量份~100重量份,更優選0.001重量份~10重量份。優選將硫酸緩慢地添加至反應系統中。
所述二醇化合物的脫水反應優選在0℃~300℃,更優選在25℃~150℃的溫度下,優選進行0.1小時~40小時,更優選進行0.5小時~20小時。在通過硫酸的滴加來進行反應的情況下,從滴加結束後開始測定所述反應時間。
在以所述方式獲得的脫水產物中加成烷氧基矽烷化合物的反應可依據公知的矽氫化反應來進行。
此處所使用的烷氧基矽烷化合物為具有至少1個H-Si鍵、及至少1個烷氧基-Si鍵的化合物,具體而言,例如可列舉如二甲基甲氧基矽烷、二甲基乙氧基矽烷、甲基二甲氧基矽烷、二乙基甲氧基矽烷、二苯基甲氧基矽
烷般的有機氫矽烷等,可使用選自這些化合物中的1種以上。
關於烷氧基矽烷化合物的使用比例,作為相對於脫水產物1莫耳的烷氧基矽烷化合物的比例,優選設為0.5莫耳~5.0莫耳,更優選設為1.0莫耳~3.0莫耳,特優選設為1.8莫耳~2.5莫耳。
該矽氫化反應優選在適當的催化劑的存在下,且優選在適當的有機溶劑中來進行。
此處可使用的催化劑例如可列舉氯鉑酸、威爾金森(wilkinson)絡合物(RhCl(P(C6H5)3)3)、卡斯特(karstedt)催化劑(氯鉑酸的乙烯基矽氧烷絡合物)、斯皮爾(Speier)催化劑(氯鉑酸的醇溶液)等,可使用選自這些催化劑中的1種以上。相對於1莫耳的烷氧基矽烷化合物,催化劑的使用比例優選0.01微莫耳~200微莫耳(μmol),更優選0.05微莫耳~50微莫耳。
作為此處可使用的有機溶劑,可列舉:烴、鹵化烴、醚、酯等。這些有機溶劑之中,優選使用烴,特優選使用選自甲苯、庚烷、己烷、苯、二甲苯等中的至少1種。相對於脫水產物100重量份,有機溶劑的使用比例優選設為10重量份~2,000重量份,更優選設為50重量份~1,000重量份。
矽氫化反應優選在30℃~200℃,更優選在50℃~120℃的溫度下,優選進行0.1小時~60小時,更優選進行0.5小時~40小時。
[特定聚合物的製造]
其次,對本發明中的特定聚合物的製造方法進行說明。含有使用下述所例示的單體,並通過以下所說明的方法所製造的特定聚合物的液晶配向劑作為對塗膜進行摩擦處理而形成的液晶配向膜,可適宜地應用於扭轉向列(Twisted Nematic,TN)型、超扭轉向列(Super Twisted Nematic,STN)
型、共面切換(In-Plane Switching,IPS)型、邊緣電場切換(Fringe Field Switching,FFS)型等的液晶顯示元件。但是,當使用具有預傾角顯現性基的單體作為單體的至少一部分時,含有該特定聚合物的液晶配向劑作為不對塗膜實施摩擦處理而形成的液晶配向膜,可適宜地應用於垂直配向(Vertical Alignment,VA)型的液晶顯示元件;當使用具有光配向性基的單體作為單體的至少一部分時,作為對塗膜進行光照射而形成的液晶配向膜,可適宜地應用於任意類型的液晶顯示元件。
其後對所述預傾角顯現性基及光配向性基進行敘述。
(1)聚醯胺的製造
作為本發明中的特定聚合物的一例的聚醯胺可通過使二胺與以所述方式獲得的化合物(C)進行反應而獲得。此處,化合物(C)優選通過公知的方法加以醯氯化後供於反應。
作為所述二胺,例如可列舉:對苯二胺、4,4'-二氨基二苯基甲烷、2,2'-二甲基-4,4'-二氨基聯苯、4,4'-二氨基-2,2'-雙(三氟甲基)聯苯、2,2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-雙(4-氨基苯基)六氟丙烷、2-(2,4-二氨基苯氧基)甲基丙烯酸乙酯、十二烷氧基-2,4-二氨基苯、十八烷氧基-2,4-二氨基苯、十二烷氧基-2,5-二氨基苯、十八烷氧基-2,5-二氨基苯、膽甾烷(cholestanyl)氧基-3,5-二氨基苯、膽甾烯(cholestenyl)氧基-3,5-二氨基苯、膽甾烷氧基-2,4-二氨基苯、膽甾烯氧基-2,4-二氨基苯、3,5-二氨基苯甲酸膽甾烷基酯、3,5-二氨基苯甲酸膽甾烯基酯、1,1-雙(4-((氨基苯基)甲基)苯基)-4-庚基環己烷、1,1-雙(4-((氨基苯氧基)甲基)苯基)-4-庚基環己烷等,可使用選自這些二胺中的1種以上。
可單獨使用化合物(C),也可以並用化合物(C)與其他多元羧
酸。作為此處所使用的其他多元羧酸,優選二羧酸,例如可列舉:草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、5-癸醯氧基間苯二甲酸等,可使用選自這些二羧酸中的1種以上。
當並用化合物(C)與其他多元羧酸時,相對於化合物(C)與其他多元羧酸的合計,化合物(C)的使用比例優選設為5莫耳%以上,更優選設為10莫耳%以上。
關於二胺的使用比例,將相對於化合物(C)及其他多元羧酸所具有的羧基的合計1莫耳的二胺的使用比例優選設為0.7莫耳~1.2莫耳,更優選設為0.9莫耳~1.1莫耳。
反應可利用如下方法來進行:事先使二胺溶解在適當的溶劑中,將化合物(C)或化合物(C)與其他多元羧酸的混合物(以下,在該項中,也將它們總稱為“多元羧酸類”)優選加以醯氯化後,視需要在溶解於適當的溶劑(例如四氫呋喃)中的狀態下進行滴加。
作為此處可使用的溶劑,可使用與以上作為化合物(C)的合成中可使用的溶劑所例示的溶劑相同的溶劑。溶劑的使用比例優選設為多元羧酸類及二胺的合計重量在反應溶液中所占的比例變成3wt%~50wt%的比例。
反應優選在-100℃~200℃,更優選在-20℃~150℃的溫度下進行。此處,在使多元羧酸類直接進行反應的情況下,優選將反應溫度設為室溫(25℃)以上的溫度;在將多元羧酸類加以醯氯化後進行反應的情況下,優選將反應溫度設為比室溫低的溫度。反應時間優選0.1小時~40小時,更優選0.5小時~20
小時。在通過(優選經醯氯化的)多元羧酸類的滴加來進行反應的情況下,從滴加結束後開始測定該反應時間。
作為本發明中的特定聚合物的聚醯胺的Mw(表示通過凝膠滲透層析法(Gel Permeation Chromatography,GPC)所測定的聚苯乙烯換算的重量平均分子量。以下相同)優選1,000~500,000,更優選5,000~300,000。
(2)聚(硫)酯的製造
作為本發明中的特定聚合物的一例的聚(硫)酯可通過如下的方法而獲得:使選自由二醇化合物、二硫醇化合物及二環氧化合物所組成的群組中的至少1種與化合物(C)進行反應的方法;或者使化合物(E)與二羧酸進行反應的方法。
作為所述二醇化合物,例如可列舉:3,6-二羥基膽甾烷、3,5-二羥基苯甲酸-3-膽甾烷基酯、3,5-二羥基苯甲酸、乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-環己二醇、苯基-1,2-乙二醇、二甲基-2,3-丁二醇、α,α'-對苯二甲基(xylylene)二醇、α,α'-間苯二甲基二醇、對苯二酚、甲基對苯二酚、叔丁基對苯二酚、氯對苯二酚、2-甲氧基對苯二酚、苯基對苯二酚、2,3-二甲基對苯二酚、2,3,5,6-四甲基對苯二酚、2,3,5,6-四氯對苯二酚、間苯二酚、2-甲基間苯二酚、4-己基間苯二酚、5-苯基間苯二酚、1,4-二羥基萘等;作為所述二硫醇化合物,例如可列舉:苯-1,4-二硫醇、2-甲基丙烷-1,1-二硫醇、丁烷-1,1-二硫醇、2-甲基丁烷-1,1-二硫醇、3-甲基丁烷-1,1-二硫醇、戊烷-1,1-二硫醇、2-甲基戊烷-1,1-二硫醇、3-甲基戊烷-1,1-二硫醇、己烷-1,1-二硫醇、2-甲基己烷-1,1-二硫醇、3-甲基己烷-1,1-二硫醇等;作為所述二環氧化合物,例如可列舉: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等,分別可使用選自所述化合物中的1種以上。
當通過選自由二醇化合物、二硫醇化合物及二環氧化合物所組成的群組中的至少1種與化合物(C)的反應來合成聚(硫)酯時,可單獨使用化合物(C),也可以並用化合物(C)與其他多元羧酸。作為此處所使用的其他多元羧酸,可使用與以上作為在聚醯胺的合成時可與化合物(C)一同使用的多元羧酸所例示的多元羧酸相同者。當並用化合物(C)與其他多元羧酸時,相對於化合物(C)與其他多元羧酸的合計,化合物(C)的使用比例優選設為5莫耳%以上,更優選設為10莫耳%以上。
通過使選自由二醇化合物、二硫醇化合物及二環氧化合物所組成的群組中的至少1種與化合物(C)進行反應的聚(硫)酯的合成反應除使用選自由二醇化合物、二硫醇化合物及二環氧化合物所組成的群組中的至少1種來代替二胺以外,可與所述聚醯胺的合成大致相同地進行。
作為通過使化合物(E)與二羧酸進行反應的方法來合成聚(硫)酯時所使用的化合物(E),優選所述式(E)中的Z1及Z2均為環氧基的二環氧化合物。可單獨使用作為二環氧化合物的化合物(E),也可以並用化合物(E)與其他二環氧化合物。作為此處所使用的其他二環氧化合物,可使用與以上作為在用於合成聚(硫)酯的前者的方法中可使用的二環氧化合物所例示的二環氧化合物相同者。當並用化合物(E)與其他二環氧化合物時,相對於化合物(E)與其他二環氧化合物的合計,化合物(E)的使用比例優選設為5莫耳%以上,更優選設為10莫耳%以上。
作為所述二環氧化合物的化合物(E)及其他二環氧化合物優選分別為
二環氧乙烷基化合物。
作為本反應中的二羧酸,可使用與以上作為在聚醯胺的合成時可與化合物(C)一同使用的多元羧酸所例示者中的二羧酸相同的二羧酸。
通過使化合物(E)與二羧酸進行反應的聚(硫)酯的合成反應除使用化合物(E)(或化合物(E)與其他二環氧化合物的混合物)來代替二胺以外,可與所述聚醯胺的合成大致相同地進行。
作為本發明中的特定聚合物的聚(硫)酯的Mw優選1,000~500,000,更優選5,000~300,000。
(3)(甲基)丙烯酸共聚物的製造
作為本發明中的特定聚合物的一例的(甲基)丙烯酸共聚物可通過使含有(甲基)丙烯酸及化合物(A)的聚合性不飽和化合物的混合物進行加成聚合而獲得。
在此情況下,作為不飽和化合物,可僅使用(甲基)丙烯酸及化合物(A),也可以除(甲基)丙烯酸及化合物(A)以外,並用其他聚合性不飽和化合物。作為此處可使用的其他聚合性不飽和化合物,例如可列舉:共軛二烯、芳香族乙烯基化合物、(甲基)丙烯酸酯、α,β-不飽和腈化合物、順丁烯二醯亞胺化合物等。作為這些化合物的具體例,作為所述共軛二烯,例如可列舉:1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-氯-1,3-丁二烯等;作為所述芳香族乙烯基化合物,例如可列舉:苯乙烯、α-甲基苯乙烯、對甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、氯苯乙烯、二乙烯基苯等;作為所述(甲基)丙烯酸酯,例如可列舉:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸羥基甲酯、(甲基)丙烯酸羥基乙酯、(甲基)丙烯酸4-(4-正丙基環己基)苯酯、由下述式(MA-2)
所表示的化合物等;作為所述α,β-不飽和腈化合物,例如可列舉:丙烯腈、甲基丙烯腈、α-氯丙烯腈、α-乙基丙烯腈、二氰亞乙烯等;作為順丁烯二醯亞胺化合物,例如可列舉:N-環己基順丁烯二醯亞胺、N-苯基順丁烯二醯亞胺等,分別可使用選自所述化合物中的1種以上。
在(甲基)丙烯酸共聚物中,源自(甲基)丙烯酸的重複單元的含有比例優選0.1wt%~80wt%,更優選5wt%~60wt%;源自化合物(A)的重複單元的含有比例優選0.1wt%~15wt%,更優選0.5wt%~10wt%。
(甲基)丙烯酸共聚物可使用如上所述的聚合性不飽和化合物,並通過例如公知的溶液聚合來合成。該溶液聚合可在有機溶劑中,在適當的聚合起始劑的存在下,優選進而在適當的鏈轉移劑的存在下進行。
作為所述有機溶劑,例如可使用:醇、醚、二醇醚、乙二醇烷基醚醋酸酯、二乙二醇烷基醚、丙二醇單烷基醚、丙二醇烷基醚醋酸酯、丙二醇烷基醚丙酸酯、芳香族烴、酮、酯等。相對於聚合性不飽和化合物的合計100重量份,有機溶劑的使用比例優選120重量份~600重量份,更優選150重量份~400重量份。
作為所述聚合起始劑,例如可列舉:過氧化氫異丙苯、過氧化苯甲醯、叔丁基過氧化氫、過氧化乙醯、過氧化氫二異丙苯、1,1,3,3-四甲基丁基過氧化氫、偶氮雙異丁腈、1,1'-偶氮雙(環己甲腈)、2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)等,可使用選自這些聚合起始劑中的1種以上。相對於聚合性不飽和化合物的合計100重量份,聚合起始劑的使用比例優選2重量份~10重量份,更優選3重量份~8重量份。
作為所述鏈轉移劑,例如可列舉:黃原酸化合物、秋蘭姆化合物、酚衍生物、烯丙基化合物、鹵化烴化合物、乙烯基醚化合物、三苯基乙烷、五苯基乙烷、丙烯醛、甲基丙烯醛、硫代乙醇酸、硫代蘋果酸、巰基乙酸(thioglycollate)2-乙基己酯、α-甲基苯乙烯二聚物等,可使用選自這些鏈轉移劑中的1種以上。相對於聚合性不飽和化合物的合計100重量份,鏈轉移劑的使用比例優選3重量份以下,更優選0.1重量份~1.5重量份。
用於合成(甲基)丙烯酸共聚物的溶液聚合優選在50℃~100℃,更優選在60℃~90℃的溫度下,優選以30分鐘~500分鐘,更優選以60分鐘~300分鐘的反應時間來進行。
作為本發明中的特定聚合物的(甲基)丙烯酸共聚物的Mw優選1,000~500,000,更優選5,000~300,000。
(4)聚有機矽氧烷的製造
作為本發明中的特定聚合物的一例的聚有機矽氧烷可通過優選在適當的有機溶劑及催化劑的存在下,使含有化合物(S)的矽烷化合物進行水解、縮合而獲得
作為矽烷化合物,可僅使用化合物(S),也可以並用化合物(S)與其他矽烷化合物。作為此處可使用的其他矽烷化合物,例如可列舉: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、十八烷基三甲氧基矽烷、十八烷基三乙氧基矽烷、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、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-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三乙氧基矽烷等,可使用選自這些矽烷化合物中的1種以上。
當並用化合物(S)與其他矽烷化合物時,相對於化合物(S)與其他矽烷化合物的合計,化合物(S)的使用比例優選設為5莫耳%以上,更優選設為10莫耳%以上。
作為可在合成聚有機矽氧烷時使用的有機溶劑,例如可列舉烴、酮、酯、醚、醇等,可使用選自這些有機溶劑中的1種以上。作為這些有機溶劑的具體例,可使用與以上作為在化合物(C)的合成中可使用的溶劑中的
烴、酮、酯、醚或醇所例示的有機溶劑相同的有機溶劑。作為有機溶劑,優選使用非水溶性的有機溶劑。相對於所有矽烷化合物100重量份,有機溶劑的使用比例優選10重量份~10,000重量份,更優選50重量份~1,000重量份。
作為所述催化劑,例如可使用:酸、鹼、有機鹼、鈦化合物、鋯化合物等。這些催化劑之中,優選使用鹼。
作為所述鹼,可列舉:有機鹼、鹼性的鹼金屬化合物等。作為這些鹼的具體例,作為有機鹼,例如可列舉:乙胺、二乙胺、呱嗪、呱啶、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、4-二甲氨基吡啶、二氮雜雙環十一烯等三級有機胺;氫氧化四甲基銨等四級的有機胺等。這些有機鹼之中,優選使用三乙胺、三-正丙胺、三-正丁胺、吡啶、4-二甲氨基吡啶或氫氧化四甲基銨。作為所述鹼性的鹼金屬化合物,例如可列舉:氫氧化鈉、氫氧化鉀、甲醇鈉、甲醇鉀、乙醇鈉、乙醇鉀等。
相對於用作原料的矽烷化合物的總量1莫耳,催化劑的使用比例優選可設為0.01莫耳~5莫耳,更優選0.05莫耳~3莫耳。
相對於用作原料的矽烷化合物的總量1莫耳,合成聚有機矽氧烷時的水的使用比例優選0.5莫耳~100莫耳,更優選1莫耳~30莫耳。
聚有機矽氧烷的合成反應優選在0℃~200℃,更優選在10℃~150℃的溫度下,優選以0.1小時~40小時,更優選以0.5小時~20小時的反應時間來進行。
作為本發明中的特定聚合物的聚有機矽氧烷的Mw優選1,000~
500,000,更優選5,000~300,000。
[特定聚合物具有預傾角顯現性基或光配向性基的情況]
本發明中的特定聚合物能夠以所述方式合成。
其次,對本發明中的特定聚合物具有預傾角顯現性基或光配向性基的情況進行說明。
預傾角顯現性基是具有使液晶分子進行配向而賦予預傾角的性質的基,例如可列舉:碳數為4~30的直鏈的烷基(但是,包含於下述的化學式(A-1)中的情況除外)、碳數為4~30的直鏈的氟烷基、具有類固醇結構的基、由下述式(A-1)所表示的基等。
(式(A-1)中,a為0或1,b為0~2的整數,但是,a及b不同時成為0,c為1~20的整數,“*”表示結合鍵)
作為所述式(A-1)中的基CcH2c+1-的具體例,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。
作為由所述式(A-1)所表示的基的具體例,例如可列舉由下述式(A-1-1-1)、式(A-1-1-2)及式(A-1-2)的各式所表示的基等。
[化10]
(所述式中,“n-”分別表示直鏈狀,“*”分別表示結合鍵)
所述光配向性基是具有通過光的照射而產生異構化及二聚化中的至少一者的性質的基。作為此種光配向性基,例如可列舉:具有偶氮苯結構的基、具有肉桂酸結構的基、具有查耳酮結構的基、具有二苯甲酮結構的基、具有香豆素結構的基等。這些基之中,就液晶配向性高、單體的合成及朝聚合物中的導入容易的觀點而言,優選應用具有肉桂酸結構的基。該肉桂酸結構可為順式及反式的任一種。
當將本發明的液晶配向劑用於形成對塗膜進行摩擦處理而形成的液晶配向膜時,作為如上所述的具有預傾角顯現性基的單體及具有光配向性基的單體的合計的莫耳數相對於所有單體的莫耳數的比例,優選以15莫耳%以下的比例來使用如上所述的具有預傾角顯現性基的單體及具有光
配向性基的單體,更優選以10莫耳%以下的比例來使用如上所述的具有預傾角顯現性基的單體及具有光配向性基的單體,特優選不使用如上所述的具有預傾角顯現性基的單體及具有光配向性基的單體。
當將本發明的液晶配向劑用於形成不對塗膜實施摩擦處理而形成的液晶配向膜(例如應用於VA型的液晶顯示元件等)時,相對於所有單體,優選以2莫耳%以上的比例來使用如上所述的具有預傾角顯現性基的單體,更優選以3莫耳%~30莫耳%的比例來使用如上所述的具有預傾角顯現性基的單體,進而更優選以5莫耳%~20莫耳%的比例來使用如上所述的具有預傾角顯現性基的單體。
當將本發明的液晶配向劑用於形成對塗膜進行光照射而形成的液晶配向膜時,相對於所有單體,優選以2莫耳%以上的比例來使用如上所述的具有光配向性基的單體,更優選以5莫耳%以上的比例來使用如上所述的具有光配向性基的單體,進而更優選以10莫耳%以上的比例來使用如上所述的具有光配向性基的單體。
本發明中的特定聚合物可同時具有預傾角顯現性基及光配向性基兩者。
<其他成分>
本發明的液晶配向劑含有如上所述的特定聚合物作為必需的成分。除特定聚合物以外,本發明的液晶配向劑也可以含有任意使用的其他成分。
作為此處可使用的其他成分,例如可列舉:特定聚合物以外的聚合物、分子內具有至少1個環氧基的化合物(以下,也稱為“環氧化合物”)、官能性矽烷化合物等。
[特定聚合物以外的聚合物]
所述特定聚合物以外的聚合物可用於改善溶液特性及電特性。該其他聚合物為不具有由所述式(1)所表示的二價的基的聚合物,例如可為如下的聚合物:選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸的醯亞胺化聚合物、聚醯胺酸酯、聚酯、聚醯胺、聚矽氧烷、纖維素衍生物、聚縮醛、聚苯乙烯及其衍生物、聚(苯乙烯-苯基順丁烯二醯亞胺)及其衍生物、以及聚(甲基)丙烯酸酯所組成的群組中的1種以上,且不具有由所述式(1)所表示的二價的基。
相對於聚合物的合計(稱為特定聚合物及特定聚合物以外的聚合物的合計。以下相同),特定聚合物以外的聚合物的使用比例優選設為50wt%以下,更優選設為20wt%以下,進而更優選設為10wt%以下。特優選不含特定聚合物以外的聚合物。
[環氧化合物]
作為所述環氧化合物,例如可列舉: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、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、2,2-二溴新戊二醇二縮水甘油醚、N,N,N',N'-四縮水甘油基-間二甲苯二胺、1,3-雙(N,N-二縮水甘油基氨基甲基)環己烷、N,N,N',N'-四縮水甘油基-4,4'-二氨基二苯基甲烷、N,N-二縮水甘油基-苄基胺、N,N-二縮水甘油基-氨基甲基環己烷、N,N-二縮水甘油基-環己胺等,可使用選自這些環氧化合物中的1種以上。
相對於聚合物的合計100重量份,這些環氧化合物的使用比例優選40重量份以下,更優選0.1重量份~30重量份。
[官能性矽烷化合物]
作為所述官能性矽烷化合物,例如可列舉:3-氨基丙基三甲氧基矽烷、3-氨基丙基三乙氧基矽烷、2-氨基丙基三甲氧基矽烷、2-氨基丙基三乙氧基
矽烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基矽烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨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-氨基丙基三甲氧基矽烷、N-乙氧基羰基-3-氨基丙基三乙氧基矽烷、N-三乙氧基矽烷基丙基三亞乙基三胺、N-三甲氧基矽烷基丙基三亞乙基三胺、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-3,6-二氮雜壬基醋酸酯、9-三甲氧基矽烷基-3,6-二氮雜壬基醋酸酯、9-三乙氧基矽烷基-3,6-二氮雜壬基醋酸酯、9-三甲氧基矽烷基-3,6-二氮雜壬酸甲酯、9-三乙氧基矽烷基-3,6-二氮雜壬酸甲酯、N-苄基-3-氨基丙基三甲氧基矽烷、N-苄基-3-氨基丙基三乙氧基矽烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基矽烷、N-苯基-3-氨基丙基三乙氧基矽烷、縮水甘油氧基甲基三甲氧基矽烷、縮水甘油氧基甲基三乙氧基矽烷、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、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等,可使用選自這些官能性矽烷化合物中的1種以上。
相對於聚合物的合計100重量份,這些官能性矽烷化合物的使用比例優選2重量份以下,更優選0.02重量份~0.2重量份。
<液晶配向劑的製備>
本發明的液晶配向劑作為如下的組合物來構成:使特定聚合物及視需要而任意使用的其他成分優選溶解包含於有機溶劑中而成的溶液狀的組合物。
作為本發明的液晶配向劑中所使用的有機溶劑,例如可例示:N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁內酯、γ-丁內醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇單甲醚、乳酸丁酯、醋酸丁酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、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-正丁醚(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、二異丁基酮、丙酸異戊酯、異丁酸異戊酯、二異戊醚、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等,可對應於所使用的特定聚合物的種類,使用選自所述有機溶劑中的1種以上。
本發明的液晶配向劑中的固體成分濃度(液晶配向劑中的溶劑以外的成分的合計重量在液晶配向劑的總重量中所占的比例)是考慮黏性、揮發性等而適宜選擇,但優選1wt%~10wt%的範圍。通過設為該範圍的固體成分濃度,能夠以良好的塗布性形成膜厚適當的液晶配向膜,而優選。
製備本發明的液晶配向劑時的溫度優選10℃~50℃,更優選20℃~30℃。
<液晶配向膜的形成>
使用本發明的液晶配向劑,例如通過至少經由將本發明的液晶配向劑塗布在基板上來形成塗膜的步驟(塗膜形成步驟)而可形成液晶配向膜。
含有優選相對於所有單體,以2莫耳%以上的比例使用具有預傾角顯現性基的單體所獲得的特定聚合物的液晶配向劑可將通過所述塗膜形成步驟所形成的塗膜直接作為液晶配向膜,應用於VA型的液晶顯示元件或相位差膜,但視需要也可以在對所形成的塗膜進行下述的液晶配向性賦予步驟後使用。在除此以外的情況下,可在對通過塗膜形成步驟所形成的塗膜進行下述的液晶配向性賦予步驟後,應用於任意類型的液晶顯示元件或相位差膜。
(1)塗膜形成步驟
當將本發明的液晶配向劑應用於TN型、STN型、VA型等具有縱向電場方式的液晶單元的液晶顯示元件時,將2片設置有經圖案化的透明導電
膜的基板作為一對,在2片基板的各透明性導電膜形成面上塗布本發明的液晶配向劑來形成塗膜。當將本發明的液晶配向劑應用於IPS型、FFS型等具有橫向電場方式的液晶單元的液晶顯示元件時,將在一面上具有一對將透明導電膜或金屬膜圖案化成梳齒狀而成的電極的基板、與未設置有電極的對向基板作為一對,在梳齒狀電極的形成面與對向基板的一面上分別塗布本發明的液晶配向劑來形成塗膜。進而,當將本發明的液晶配向劑應用於相位差膜時,在1片基板(不具有電極的基板)上塗布本發明的液晶配向劑來形成塗膜。
所述之中,當將本發明的液晶配向劑應用於液晶顯示元件時,作為基板,例如可使用:浮法玻璃(float glass)、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、聚碳酸酯等塑膠的透明基板等。作為所述透明導電膜,例如可使用:包含In2O3-SnO2的氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)膜、包含SnO2的NESA(注册商標)膜等。作為所述金屬膜,例如可使用包含鉻等金屬的膜。透明導電膜及金屬膜的圖案化例如可利用如下的方法等:在形成無圖案的透明導電膜後,通過光蝕刻(photo-etching)法、濺鍍法等來形成圖案的方法;在形成透明導電膜時使用具有所期望的圖案的遮罩的方法。
另一方面,當將本發明的液晶配向劑應用於相位差膜時,作為基板,可適宜地例示包含三乙醯纖維素(Triacetyl Cellulose,TAC)、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚醚碸、聚醯胺、聚醯亞胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等合成樹脂的透明基板。這些之中,TAC通常用作液晶顯示元件中的偏光膜的保護層。
在多數情況下,相位差膜是與偏光膜組合使用。此時,為了可發揮其
所預期的光學特性,必須將相對於偏光膜的偏光軸的角度精密地控制成特定的方向來貼合相位差膜。因此,此處只要將在規定角度的方向上具有液晶配向能力的液晶配向膜形成於TAC膜上,便可省略在偏光膜上一面控制相位差膜的角度一面貼合相位差膜的步驟,而可有助於提升液晶顯示元件的生產性。在規定角度的方向上具有液晶配向能力的液晶配向膜的形成可使用含有包含具有光配向能力的液晶配向性基的(B)聚合物的液晶配向劑,並通過光配向法來進行。
因此,通過使用TAC膜作為形成相位差膜的基板,除可享有所述優點以外,也有助於液晶顯示元件的小型化、輕量化,進而也可以應用於可撓性(flexible)顯示器。
當朝基板上塗布液晶配向劑時,為了使基板及電極與塗膜的黏結性變成更良好,也可以在基板及電極上實施事先塗布官能性矽烷化合物、鈦酸酯等後進行加熱的前處理。
朝基板上塗布液晶配向劑可優選通過平版(offset)印刷法、旋塗法、輥塗機法、噴墨印刷法等適宜的塗布方法來進行。塗布後,對塗布面進行預加熱(預烘烤),繼而進行煆燒(後烘烤),由此可形成塗膜。預烘烤的條件為例如40℃~120℃的加熱溫度、0.1分鐘~5分鐘的加熱時間,後烘烤的條件為例如120℃~300℃、優選150℃~250℃的加熱溫度,例如5分鐘~200分鐘、優選10分鐘~100分鐘的加熱時間。後烘烤後的塗膜的膜厚優選設為0.001μm~1μm,更優選設為0.005μm~0.5μm。
(2)液晶配向性賦予步驟
[摩擦(rubbing)處理步驟]
當本發明的液晶配向劑中所含有的特定聚合物為如下的聚合物時,即
作為具有預傾角顯現性基的單體及具有光配向性基的單體的合計的莫耳數相對於所有單體的莫耳數的比例,以優選2莫耳%以下的比例使用所述單體所獲得的聚合物,由所述(1)塗膜形成步驟所形成的塗膜可通過對其進行摩擦處理而對塗膜賦予液晶配向能力來作為液晶配向膜。
摩擦處理是利用例如捲繞有包含尼龍、人造絲、棉等長纖維的布的輥(roll),對由所述(1)塗膜形成步驟所形成的塗膜實施在固定方向上進行摩擦的摩擦處理。由此,液晶分子的配向能力被賦予至塗膜中而可製成液晶配向膜。
通過摩擦處理而被賦予了液晶配向性的液晶配向膜可優選應用於TN型、STN型、IPS型或FFS型的液晶顯示元件或者相位差膜。
[光照射處理步驟]
當本發明的液晶配向劑中所含有的特定聚合物為相對於所有單體,優選以2莫耳%以上的比例使用具有光配向性基的單體所獲得的聚合物時,由所述(1)塗膜形成步驟所形成的塗膜可通過對其照射經偏光的光而對塗膜賦予液晶配向能力來作為液晶配向膜。
作為此處所照射的光,例如可使用含有150nm~800nm的波長的光的紫外線、可見光線等。優選含有200nm~400nm的波長的光的紫外線。作為所使用的光源,例如可使用:低壓水銀燈、高壓水銀燈、氘燈、金屬鹵化物燈、氬共振燈、氙燈、Hg-Xe燈、準分子雷射等。所述優選的波長區域的紫外線可通過將所述光源與例如濾光器(filter)、繞射光栅等並用的方法等而獲得。
在光照射時所使用的光偏光(直線偏光或部分偏光)的情況下,可從相對於塗膜面垂直的方向進行照射,也可以為了賦予預傾角而從傾斜方向進行照射。另一方面,在照射非偏光的光的情況下,照射優選從相對於塗
膜面傾斜的方向進行。
作為光的照射量,優選1J/m2以上、未滿10,000J/m2,更優選10J/m2~3,000J/m2。
通過光照射處理而被賦予了液晶配向性的液晶配向膜可對應於液晶配向劑中所含有的聚合物的結構,而優選應用於任意類型的液晶顯示元件。
<液晶顯示元件及相位差膜>
可使用具有以所述方式形成的液晶配向膜的基板,製造液晶顯示元件及相位差膜。
[液晶顯示元件的製造]
可使用以所述方式形成有液晶配向膜的基板,以下述方式製造液晶顯示元件。
首先,構成在將形成有液晶配向膜的一對基板對向配置的間隙(單元間隙)中夾持液晶的構造的液晶單元。
構成液晶單元時可利用如下方法等:利用配置在形成有液晶配向膜的2片基板的周邊部的密封劑,以液晶配向膜面相對的方式將2片基板貼合,朝由液晶配向膜面及密封劑所劃分的單元間隙內注入填充液晶,然後將注入孔密封的方法;在形成有液晶配向膜的2片基板中的一個基板上的規定的位置上,配置例如紫外線硬化性的密封劑,進而將液晶配置在液晶配向膜面上的規定的幾個部位後,以液晶配向膜對向的方式貼合另一個基板並進行壓接由此使液晶擴散至液晶配向膜整個面,繼而對基板的整個面照射紫外線來使密封劑硬化的方法。
在所述任一種情況下,當在形成液晶配向膜時進行摩擦處理時,優選以2片基板的液晶配向膜的摩擦方向變成正交或反向平行的方式進行配置;
當在形成液晶配向膜時照射偏光時,優選以照射光的偏光面投影在2片基板面上的方向變成正交或反向平行的方式進行配置。
而且,可通過在規定的方向上將偏光板貼合在液晶單元的外表面來製造液晶顯示元件。
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,可使用向列型液晶或層列型液晶。這些液晶之中,優選向列型液晶。作為其具體例,例如可列舉: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(terphenyl)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。可向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-對氨基-2-甲基丁基肉桂酸酯等强介電性液晶等。
作為貼合在液晶單元的外表面的偏光板,例如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。
以所述方式獲得的液晶顯示元件可有效地應用於各種裝置,例如可用於時鐘、便携式遊戲機、文字處理機(word processor)、筆記型個人電腦(note personal computer)、汽車導航系統(car navigation system)、攝錄機(camcorder)、個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA)、數位照相機(digital camera)、手機、各種監視器、液晶電視機等顯示裝置。
[相位差膜]
相位差膜可通過如下方式來製造:準備1片以所述方式形成有液晶配向膜的基板,在該基板上形成聚合性液晶的塗膜,繼而使該聚合性液晶的塗膜硬化而形成液晶層。
所述聚合性液晶是通過加熱及光照射中的至少1種處理來進行聚合的液晶化合物或液晶組合物。
作為此種聚合性液晶,例如可列舉非專利文獻1(“UV固化型液晶與其應用”,液晶,第3卷第1號(1999年),第34頁~第42頁)中所記載的向列型液晶化合物。也可以是膽甾醇型液晶;圓盤型液晶;添加有手性劑的扭轉向列配向型液晶等。聚合性液晶也可以是多種液晶化合物的混合物。聚合性液晶也可以是進而含有公知的聚合起始劑、適當的溶劑等的組合物。
當在所形成的液晶配向膜上塗布如上所述的聚合性液晶時,例如可採用:棒式塗布機法、輥塗機法、旋轉器法、印刷法、噴墨法等適宜的塗布方法。
繼而,對以所述方式形成的聚合性液晶的塗膜實施選自加熱及光照射中的1種以上的處理,由此使該塗膜硬化而形成液晶層。就可獲得良好的配向而言,優選重疊地進行這些處理。
塗膜的加熱溫度應根據所使用的聚合性液晶的種類而適宜地選擇。例如當使用默克公司製造的RMS03-013C時,優選在40℃~80℃的範圍的溫度下進行加熱。加熱時間優選0.5分鐘~5分鐘。
作為照射光,可優選使用具有200nm~500nm的範圍的波長的非偏光的紫外線。作為光的照射量,優選設為50mJ/cm2~10,000mJ/cm2,更優選設為100mJ/cm2~5,000mJ/cm2。
作為所形成的液晶層的厚度,根據所期望的光學特性而適宜地設定。例如當製造波長540nm的可見光下的1/2波長板時,選擇如所形成的相位差膜的相位差變成240nm~300nm般的厚度,若為1/4波長板,則選擇如相位差變成120nm~150nm般的厚度。可獲得目標相位差的液晶層的厚度根據所使用的聚合性液晶的光學特性而不同。例如當使用默克製造的RMS03-013C時,用以製造1/4波長板的厚度為0.6μm~1.5μm的範圍。
以所述方式獲得的相位差膜可適宜地用作液晶顯示元件的相位差膜。
應用使用本發明的液晶配向劑所製造的相位差膜的液晶顯示元件的驅動方式並無限制,例如可為TN方式、STN方式、IPS方式、FFS方式、VA方式(包含VA-多象限垂直配向(Multi-Domain Vertical Alignment,MVA)方式、VA-圖案化垂直配向(Patterned Vertical Alignment,PVA)方式等)等公知的各種方式。
液晶顯示元件通常具有如下的構造:將偏光膜貼附於在形成有電極對及液晶配向膜的一對基板間夾持液晶而成的液晶單元的兩面的構造。所述相位差膜是將基板側的面貼附在液晶顯示元件的收看者側的偏光膜的外側面來使用。因此,最優選將相位差膜的基板設為TAC製,使該相位差膜的基板也作為偏光膜的保護膜發揮功能的形態。
具備使用如上所述的本發明的液晶配向劑所製造的相位差膜的液晶顯示元件具有優異的液晶配向性長期穩定地顯現這一優點。
[實施例]
在以下的合成例中,視需要以各合成例中所記載的規模反覆合成,由此在其後的合成例中確保必要量的化合物。
<具有由式(1)所表示的二價的基的單體的合成>
[化合物(C)的合成]
合成例C-1
根據下述流程1來合成化合物(C-1)。
在具備回流管的2L三口燒瓶中混合均苯四甲酸二酐218.12g、L-天冬氨酸266.2g及吡啶1,000mL,並在45℃下攪拌2小時,繼而在回流下進行4小時反應。反應後,通過減壓蒸餾來去除溶劑,由此獲得化合物(C-1)448g。
合成例C-2
根據下述流程2來合成化合物(C-2)。
在具備回流管的2L三口燒瓶中混合均苯四甲酸二酐218.12g、4-氨基丁酸206.24g及二甲基甲醯胺1,000mL,並在45℃下攪拌2小時,繼而在回流下進行4小時反應。反應後,添加蒸餾水來進行晶析後,濾取固體並進行回收。利用乙醇對所回收的固體進行再結晶,由此獲得化合物(C-2)322g。
[化合物(E)的合成]
合成例E-1
根據下述流程3來合成化合物(E-1)。
在具備回流管的2L三口燒瓶中混合2,4,6,8-四羧基雙環[3.3.0]辛烷-2:4,6:8-二酐250.2g、3-氨基丙醇150.22g及吡啶1,000mL,並在45℃下攪拌2小時,繼而在回流下進行4小時反應。反應後,添加蒸餾水來進行晶析後,濾取固體並進行回收。利用乙醇對所回收的固體進行清洗後,在減壓下,以60℃進行加熱來進行乾燥,由此獲得化合物(E-1)306g。
合成例E-2
根據下述流程4來合成化合物(E-2)。
向具備滴加漏斗的2L三口燒瓶中加入表氯醇200g、2N(當量)氫氧化鈉水溶液500mL及溴化四丁基銨2.71g。從滴加漏斗向其中緩慢地滴加使以與所述合成例E-1相同的方式獲得的化合物(E-1)306g溶解在200mL的四氫呋喃中而成的溶液。滴加過程中,利用冰浴對燒瓶進行冷卻,並以內溫不超過40℃的方式保持。滴加結束後,在攪拌下以80℃進行8小時反應。反應後,向反應混合物中添加醋酸乙酯2,000mL。向其中添加蒸餾水500mL進行分液清洗來進行廢棄水層的分液清洗操作。重複該分液清洗操作,進行合計4次的分液清洗操作。其後,通過減壓蒸餾來將有機層濃縮,而獲得固體狀的粗產物。從將醋酸乙酯作為良溶劑、將己烷作為不良溶劑的混合溶劑對該粗產物進行再結晶,由此獲得化合物(E-2)210g。
[化合物(A)的合成]
合成例A-1
根據下述流程5來合成化合物(A-1)。
向具備滴加漏斗的2L三口燒瓶中加入以與所述合成例E-1相同的方式合成的化合物(E-1)364g、三乙胺303g及四氫呋喃800mL。從滴加漏斗向其中緩慢地滴加使丙烯醯氯210g溶解在200mL的四氫呋喃中而成的溶液。滴加過程中,利用冰浴對燒瓶進行冷卻,並以內溫不超過40℃
的方式保持。滴加結束後,在室溫下進行6小時反應。反應後,向反應混合物中添加醋酸乙酯2,000mL。進而,向其中添加蒸餾水500mL進行分液清洗來進行廢棄水層的分液清洗操作。重複該分液清洗操作,進行合計4次的分液清洗操作。其後,通過減壓蒸餾來去除溶劑,而獲得固體狀的粗產物。從乙醇對該粗產物進行再結晶,由此獲得化合物(A-1)338g。
[化合物(S)的合成]
合成例S-1
根據下述流程6來合成化合物(S-1)。
[化16]
向具備滴加漏斗的2L三口燒瓶中加入以與所述合成例E-1相同的方式合成的化合物(E-1)364g、醋酸800mL。從滴加漏斗向其中緩慢地滴加硫酸200mL。滴加過程中,利用冰浴對燒瓶進行冷卻,並以內溫不超過10℃的方式保持。滴加結束後,在室溫下進行6小時反應。反應後,向反應混合物中添加醋酸乙酯2,000mL。進而,向其中添加蒸餾水500mL
進行分液清洗來進行廢棄水層的分液清洗操作。重複該分液清洗操作,進行合計4次的分液清洗操作。其後,通過減壓蒸餾來去除溶劑,而獲得液體狀的粗產物。使該粗產物溶解在醋酸乙酯中後利用二氧化矽管柱進行精製,進而去除溶劑,由此獲得所述化合物(S-1a)308g。繼而,向具備回流管及氮氣導入管的1000mL的三口燒瓶中加入化合物(S-1a)262.7g、甲苯400mL及濃度為0.2mol/L的氯鉑酸六水合物的異丙醇溶液40μL,在氮氣氣流下使其起泡約10分鐘來進行系統內的氮氣置換後,添加二甲基單甲氧基矽烷145g,然後在氮氣下並在回流下進行10小時反應。使反應混合物在矽膠的短柱中穿過後,利用二氧化矽管柱進行精製,進而去除溶劑,由此獲得所述化合物(S-1)85g。
<聚合物的合成>
[聚矽氧烷的合成]
合成例P-1~合成例P-3
以表1中所記載的莫耳比向具備攪拌機、溫度計、滴加漏斗及回流冷卻管的反應容器中加入矽烷化合物,然後以矽烷化合物的合計濃度變成20wt%的方式添加甲基異丁基酮來進行溶解。進而,相對於矽烷化合物的合計莫耳數,向其中僅加入相當於10莫耳%的量的三乙胺,並在室溫下進行混合。從滴加漏斗向其中滴加相當於甲基異丁基酮的0.2倍重量的量的去離子水後,在80℃下進行6小時反應。
反應結束後,取出有機層,使用0.2wt%硝酸銨水溶液清洗至清洗後的廢水變成中性為止後,在減壓下將溶劑及水蒸餾去除,由此分別獲得聚矽氧烷(P-1)~聚矽氧烷(P-3)。
[聚醯胺的合成]
合成例P-4
以1,4-二氨基苯30莫耳%、3,5-二氨基苯甲酸60莫耳%及2,4-二氨基-正十八烷氧基苯10莫耳%的莫耳比,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1,4-二氨基苯、3,5-二氨基苯甲酸及2,4-二氨基-正十八烷氧基苯,然後以二胺化合物的合計濃度變成20wt%的方式添加四氫呋喃來進行溶解。相對於所述二胺化合物的合計莫耳數,向其中僅加入相當於300莫耳%的量的三乙胺,並在室溫下進行混合。進而,從滴加漏斗向其中緩慢地滴加如下的溶液來進行聚合反應,所述溶液是使利用亞硫醯氯將相對於二胺化合物的合計莫耳數為100莫耳%的化合物(C-2)(所述合成例C-2中獲得的化合物)加以醯氯化而成者以20wt%的濃度溶解在四氫呋喃中而成的溶液。反應結束後,將反應混合物注入至極其過剩的甲醇中,使反應產物沉澱。利用甲醇對所回收的沉澱物進行清洗後,在減壓下,以40℃乾燥15小時,由此獲得聚醯胺(P-4)。
[聚酯及聚硫酯的合成]
合成例P-5~合成例P-11
以表2中所記載的莫耳比,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二醇化合物、二環氧化合物或二硫醇化合物(化合物(A)),然後以這些化合物的合計濃度變成20wt%的方式添加四氫呋喃來進行溶解。進而,相對於所述化合物的合計莫耳數,向其中僅加入相當於300莫耳%的量的三乙胺,並在室溫下進行混合。從滴加漏斗向其中緩慢地滴加如下的溶液來進行聚合反應,所述溶液是使利用亞硫醯氯將表2中所記載的莫耳比的二羧基化合物加以醯氯化而成者以20wt%的濃度溶解在四氫呋喃中而成的溶液。反應結束後,將反應混合物注入至極其過剩的甲醇中,使反應產物沉澱。利用甲醇對所回收的沉澱物進行清洗後,在減壓下,以40℃乾燥15小時,由此獲得聚酯(P-5)~聚酯(P-9)及聚酯(P-11)、以及聚硫酯(P-10)。
表2中的化合物名稱的略稱分別為以下的含義。
HY-1:對苯二酚
HY-2:3,5-二羥基苯甲酸
HY-3:3,6-二羥基-膽甾烷
HY-4:3,5-二羥基苯甲酸-3-膽甾烷基酯
SH-1:苯-1,4-二硫醇
CA-1:1,4-二羧基苯
CA-2:1,3-二羧基苯
CA-3:1,3-二羧基-5-正十八烷氧基苯
[甲基丙烯酸共聚物的合成]
合成例P-12及合成例P-13
以表3中所記載的莫耳比,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聚合性不飽和化合物,然後以聚合性不飽和化合物的合計濃度變成50wt%的方式添加二乙二醇乙基甲基醚來進行溶解。相對於聚合性不飽和化合物的合計莫耳數,向其中僅加入3莫耳%的作為聚合起始劑的2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)、及所述聚合起始劑的重量的0.5倍重量的作為鏈轉移劑的α-甲基苯乙烯二聚物。繼而,在氮氣氣流下起泡10分鐘來進行系統內的氮氣置換後,在氮氣環境下,以70℃進行5小時聚合反應。反應結束後,將反應混合物注入至極其過剩的甲醇中,使反應產物沉澱。利用甲醇對所回收的沉澱物進行清洗後,在減壓下,以40℃乾燥15小時,由此獲得(甲基)丙烯酸共聚物(P-12)及(甲基)丙烯酸共聚物(P-13)。
表3中的化合物名稱的略稱分別為以下的含義。
MA-1:甲基丙烯酸4-(4-正丙基環己基)苯酯
MA-2:由所述式MA-2所表示的化合物
[聚醯胺酸的合成]
合成例P-14
使作為四羧酸二酐的均苯四甲酸二酐13.179g及1,2,3,4-環丁酸二酐11.835g、以及作為二胺的4,4'-二氨基二苯基甲烷23.478g及3,6-雙(4-氨基苯甲醯氧基)膽甾烷1.554g溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮200g中,並在室溫下進行6小時反應。繼而,將反應混合物注入至極其過剩的甲醇中,使反應產物沉澱。利用甲醇對所回收的沉澱物進行清洗後,在減壓下,以40℃乾燥15小時,由此獲得聚醯胺酸(P-14)48.5g。
[醯亞胺化聚合物的合成]
在以下的合成例中,醯亞胺化聚合物的醯亞胺化率是以如下方式進行測定。
使所獲得的醯亞胺化聚合物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,利用下述數學式(1)來求出醯亞胺化率。
醯亞胺化率(%)=(1-A1/A2×α)×100(1)
(數學式(1)中,A1為化學位移10ppm附近所出現的源自NH基的質子的峰面積(peak area),A2為源自其他質子的峰面積,α為其他質子對於聚合物的前驅物(聚醯胺酸)中的NH基的1個質子的個數比例)
合成例P-15
使作為四羧酸二酐的2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐3.53g、1,2,3,4-環丁酸二酐24.72g及2,4,6,8-四羧基雙環[3.3.0]辛烷-2:4,6:8-二酐3.94g,以及作為二胺的1,4-二氨基苯16.70g及由下述式
所表示的化合物1.108g溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮200g中,並在室溫下進行6小時反應,而獲得聚醯胺酸溶液。
繼而,向所獲得的聚醯胺酸溶液中追加N-甲基-2-吡咯烷酮250g,添
加吡啶37.39g及醋酸酐80.43g後在90℃下進行6小時脫水閉環反應。繼而,將反應混合物注入至極其過剩的甲醇中,使反應產物沉澱。利用甲醇對所回收的沉澱物進行清洗後,在減壓下,以40℃乾燥15小時,由此獲得醯亞胺化率為94%的醯亞胺化聚合物(P-15)47.1g。
合成例P-16
使作為四羧酸二酐的2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐25.895g,以及作為二胺的3-(3,5-二氨基苯甲醯氧基)膽甾烷12.079g、1,4-二氨基苯4.997g及2,5-二氨基苯甲酸7.030g溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮200g中,並在60℃下進行6小時反應,而獲得聚醯胺酸溶液。
繼而,向所獲得的聚醯胺酸溶液中追加N-甲基-2-吡咯烷酮250g,添加吡啶18.27g及醋酸酐23.59g後在110℃下進行6小時脫水閉環反應。將所獲得的反應混合物注入至極其過剩的甲醇中,使反應產物沉澱。利用甲醇對所回收的沉澱物進行清洗後,在減壓下,以40℃乾燥15小時,由此獲得醯亞胺化率為96%的醯亞胺化聚合物(P-16)49.1g。
<液晶配向劑的製備及評價>
[針對TN型液晶顯示元件的應用例]
實施例TN-1
(1)液晶配向劑的製備
使作為聚合物的所述合成例P-1中所獲得的聚矽氧烷(P-1)溶解在包含N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)及丁基溶纖劑(BC)的混合溶劑(NMP:BC=50:50(質量比))中,製成固體成分濃度為6.5wt%的溶液。對該溶液進行充分攪拌後,利用孔徑為0.2μm的過濾器進行過濾,由此製備液晶配向劑。
(2)印刷性的評價
使用液晶配向膜印刷機(日本寫真印刷(股份)製造),將所述“(1)液晶配向劑的製備”中所製備的液晶配向劑塗布在包含ITO膜的帶有透明電極的玻璃基板的透明電極面上,在80℃的加熱板上進行1分鐘加熱(預烘烤)而去除溶劑後,在200℃的加熱板上進行10分鐘加熱(後烘烤),從而形成平均膜厚為600Å的塗膜。利用倍率為20倍的顯微鏡觀察該塗膜並調查有無印刷不均及針孔,結果印刷不均及針孔兩者均未觀察到,印刷性為“良好”。
(3)TN型液晶單元的製造
使用液晶配向膜印刷機(日本寫真印刷(股份)製造),將所述“(1)液晶配向劑的製備”中所製備的液晶配向劑塗布在包含ITO膜的帶有透明電極的玻璃基板的透明電極面上,在80℃的加熱板上進行1分鐘加熱(預烘烤)而去除溶劑後,在200℃的加熱板上進行10分鐘加熱(後烘烤),從而形成平均膜厚為600Å的塗膜。利用具有捲繞有人造絲布的輥的摩擦機,以500rpm的輥轉速、3cm/sec的平臺移動速度、0.4mm的毛壓入長度對該塗膜進行摩擦處理,而賦予液晶配向能力。其後,在超純水中進行1分鐘超音波清洗,繼而在100℃的潔淨烘箱中進行10分鐘乾燥,由此獲得具有液晶配向膜的基板。
重複所述操作,獲得一對(2片)具有液晶配向膜的基板。
其次,在所述一對基板中的1片基板的具有液晶配向膜的面的外緣,塗布放入有直徑為5.5μm的氧化鋁球的環氧樹脂黏結劑後,以液晶配向膜面相對的方式使一對基板重疊後進行壓接,並使黏結劑硬化。繼而,從液晶注入口朝一對基板間填充向列型液晶(默克公司製造,MLC-6221)後,利用丙烯酸系光硬化型黏結劑將液晶注入口密封,由此製造TN型液晶單元。
重複所述方法,製造合計3個TN型液晶單元,並1個1個地供於下述的液晶配向性的評價、預傾角穩定性的評價及耐熱性的評價。
(4)TN型液晶單元的評價
i)液晶配向性的評價
針對以所述方式製造的液晶單元,利用倍率為100倍的顯微鏡觀察在正交偏光(crossed nicols)下接通.斷開5V的電壓時有無異常區域,將未觀察到異常區域的情況評價為液晶配向性“良好”,利用倍率為50倍的顯微鏡進行觀察,將未觀察到異常區域的情況評價為“可”,將即便在50倍的倍率下仍觀察到異常區域的情況評價為液晶配向性“不良”,結果該液晶單元的液晶配向性為“良好”。
ii)預傾角穩定性的評價
針對以所述方式製造的液晶單元,通過使用He-Ne雷射的結晶旋轉法來測定從液晶分子的自基板面起的傾斜的角度,並將該值設為初始預傾角(θIN)。結晶旋轉法是依據非專利文獻2(T.J.Scheffer等人.,《應用物理學雜誌》第48卷,第1783頁(1977))、及非專利文獻3(F.Nakano等人,《日本應用物理學雜誌》第19卷,第p2013頁(1980))中所記載的方法來進行。
對如所述般測定預傾角(θIN)後的液晶單元施加5V的交流電壓100小時。其後,通過與所述相同的方法再次測定預傾角,並將該值設為電壓施加後的預傾角(θAF)。
將這些測定值代入至下述數學式(2)中,求出電壓施加前後的預傾角的變化量(△θ(°))。
△θ=| θAF-θIN | (2)
該值△θ未滿0.05°時將預傾角穩定性評價為“良好”,該值△θ為0.05°以上、未滿0.2°時評價為“可”,該值△θ為0.2°以上時評價為“不良”,結果該液晶單元中的預傾角的變化量△θ為1%,預傾角穩定性為“良好”。
iii)耐熱性的評價
以60微秒的施加時間、167毫秒的跨度(span)對以所述方式製造的液晶單元施加5V的電壓後,使用東陽特克尼卡(TOYO Corporation)(股份)製造的‘“VHR-1”測定解除施加後經過167毫秒後的電壓保持率(初始電壓保持率(VHRBF)),結果為99.4%。
將所述VHRBF測定後的液晶顯示元件靜置於100℃的烘箱中,並施加1,000小時熱應力。其後,將該液晶顯示元件靜置於室溫下,放置冷卻至室溫為止後,以與所述初始電壓保持率的測定相同的條件測定施加熱應力後的電壓保持率(VHRAF)。
然後,通過下述數學式(3)來求出施加熱應力前後的電壓保持率的變化率(△VHR(%))。
△VHR(%)=((VHRBF-VHRAF)÷VHRBF)×100(3)
將該變化率未滿4%的情況評價為耐熱性“良好”,將該變化率為4%以上、未滿5%的情況評價為耐熱性“可”,將該變化率為5%以上的情況評價為耐熱性“不良”,結果該液晶單元的耐熱性為“良好”。
實施例TN-2~實施例TN-8及比較例TN-1~比較例TN-4
在所述實施例TN-1中,將用於液晶配向劑的製備的聚合物的種類設為如表4中所記載般,除此以外,以與實施例TN-1相同的方式製備液晶配向
劑,並進行評價。
將評價結果示於表4。
再者,在比較例TN-2及比較例TN-3中,由於在印刷性的評價中觀察到印刷不均,因此將印刷性設為“不良”。
[針對VA型液晶顯示元件的應用例]
實施例VA-1
(1)液晶配向劑的製備
使作為聚合物的所述合成例P-8中所獲得的聚酯(P-8)溶解在包含N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)及丁基溶纖劑(BC)的混合溶劑(NMP:BC=50:50(質量比))中,製成固體成分濃度為6.5wt%的溶液。對該溶液進行充分攪拌後,利用孔徑為0.2μm的過濾器進行過濾,由此製備液晶配向劑。
(2)印刷性的評價
使用以所述方式製備的液晶配向劑,以與所述實施例TN-1中的“(2)印刷性的評價”相同的方式調查印刷性,結果印刷不均及針孔(pinhole)
兩者均未觀察到,印刷性為“良好”。
(3)VA型液晶單元的製造
使用液晶配向膜印刷機(日本寫真印刷(股份)製造),將以所述方式製備的液晶配向劑塗布在包含ITO膜的帶有透明電極的玻璃基板(厚度為1mm)的透明電極面上,在80℃的加熱板上進行1分鐘加熱(預烘烤),進而在200℃的加熱板上進行60分鐘加熱(後烘烤),從而形成平均膜厚為800Å的塗膜(液晶配向膜)。重複該操作,獲得一對(2片)在透明導電膜上具有液晶配向膜的玻璃基板。
其次,在所述一對基板中的1片基板的具有液晶配向膜的面的外緣,塗布放入有直徑為5.5μm的氧化鋁球的環氧樹脂黏結劑後,以液晶配向膜面相對的方式使一對基板重疊後進行壓接,並使黏結劑硬化。繼而,從液晶注入口朝一對基板間填充向列型液晶(默克公司製造,MLC-6608)後,利用丙烯酸系光硬化黏結劑將液晶注入口密封,由此製造VA型液晶單元。
(4)VA型液晶單元的評價
針對以所述方式製造的液晶單元,以與實施例TN-1相同的方式評價液晶配向性及耐熱性,結果液晶配向性為“良好”,初始電壓保持率為99.0%,耐熱性(熱應力施加前後的電壓保持率變化率)為“可”。
實施例VA-2及比較例VA-1
在所述實施例VA-1中,將用於液晶配向劑的製備的聚合物的種類設為如表5中所記載般,除此以外,以與實施例VA-1相同的方式製備液晶配向劑,並進行評價。
將評價結果示於表5。
再者,在比較例VA-1中,由於在印刷性的評價中觀察到印刷不均,因此將印刷性設為“不良”。
[針對FFS型液晶顯示元件的應用例]
實施例FFS-1
(1)液晶配向劑的製備
使作為聚合物的所述合成例P-13中所獲得的丙烯酸共聚物(P-13)溶解在包含N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)及丁基溶纖劑(BC)的混合溶劑(NMP:BC=50:50(質量比))中,製成固體成分濃度為3.0wt%的溶液。對該溶液進行充分攪拌後,利用孔徑為0.2μm的過濾器進行過濾,由此製備液晶配向劑。
(2)塗布性的評價
使用旋轉器將以所述方式製備的液晶配向劑塗布在玻璃基板上,在80℃的加熱板上進行1分鐘預烘烤後,在對箱內進行了氮氣置換的200℃的烘箱中進行1小時加熱(後烘烤),由此形成平均膜厚為1,000Å的塗膜。利用倍率為20倍的顯微鏡觀察該塗膜並調查有無膜厚不均及針孔,結果膜厚不均及針孔兩者均未觀察到,塗膜性為“良好”。
(3)FFS型液晶顯示元件的製造
將在一面上具有電極對的2個系統的玻璃基板a與未設置有電極的對向玻璃基板a用作一對,所述電極對依次積層有不具有圖案的底電極
(bottom electrode)e及氮化矽膜d、以及圖案化成梳齒狀的頂電極(top electrode)c。
以下,將所述2個系統的電極對中的各系統分別稱為“電極A”及“電極B”。將這些電極對中的一對的剖面示意圖及頂電極c的平面示意圖分別示於圖1及圖2(a)及圖2(b)。圖2(b)為由圖2(a)的虛線所包圍的部分的放大圖。
使用旋轉器,在玻璃基板a的具有電極對的面與對向玻璃基板a的一面上分別塗布以所述方式製備的液晶配向劑,在80℃的加熱板上進行1分鐘預烘烤後,在對箱內進行了氮氣置換的烘箱中以200℃進行1小時加熱(後烘烤),而形成平均膜厚為1,000Å的塗膜。繼而,使用Hg-Xe燈及格蘭-泰勒棱鏡(Glan-Taylor prism),從玻璃基板a法線方向分別對這些塗膜的各表面照射包含313nm的明線的偏光紫外線300J/m2,而獲得具有液晶配向膜b的一對玻璃基板a。
在所述玻璃基板a中的1片玻璃基板a的具有液晶配向膜b的面的外周,通過網版印刷來塗布放入有直徑為5.5μm的氧化鋁球的環氧樹脂黏結劑後,使1對玻璃基板a的液晶配向膜b的面對向,以朝玻璃基板a上投影的方向變成平行的方式使偏光紫外線的偏光面重疊並進行壓接,然後在150℃下歷時1小時使黏結劑熱硬化。繼而,從液晶注入口朝玻璃基板a間隙填充默克公司製造的液晶“MLC-6221”後,利用環氧樹脂黏結劑將液晶注入口密封。其後,為了去除注入液晶時的流動配向,將其加熱至150℃為止後緩慢冷卻至室溫為止。
繼而,在玻璃基板a的外側兩面貼合偏光板,由此製成FFS型液晶顯示元件。此時,偏光板中的1片是以其偏光方向與液晶配向膜b的偏光紫外線的偏光面的朝玻璃基板a的面上的投影方向變成平行的方式進行貼
附,另1片是以其偏光方向與現有的偏光板的偏光方向正交的方式進行貼附。
重複所述方法,製造合計3個FFS型液晶單元,並1個1個地供於下述的液晶配向性的評價、耐熱性的評價及殘像特性的評價。
(4)FFS型液晶顯示元件的評價
i)液晶配向性的評價
針對以所述方式製造的液晶顯示元件,利用倍率為50倍的顯微鏡觀察接通、斷開(施加、解除)5V的電壓時的明暗的變化中的異常區域的有無。將未觀察到異常區域的情況評價為液晶配向性“良好”,將觀察到異常區域的情況評價為液晶配向性“不良”,結果該液晶顯示元件的液晶配向性為“良好”。
ii)耐熱性的評價
針對以所述方式製造的液晶顯示元件,以與實施例TN-1相同的方式評價耐熱性,結果初始電壓保持率為99.2%,耐熱性(熱應力施加前後的電壓保持率變化率)為“良好”。
iii)殘像特性的評價
將以所述方式製造的液晶顯示元件置於25℃、1個大氣壓的環境下,不對電極B施加電壓,而對電極A施加包含交流電壓3.5V及直流電壓5V的合成電壓2小時。其後不久,對電極A及電極B兩者施加交流4V的電壓。而且,測定從開始對兩電極施加交流4V的電壓的時間點起、至以目視確認不到電極A及電極B的透光性的差為止的時間(殘像消去時間),並調查該時間相當於以下的5個階段的哪個階段。
A:未滿20秒
B:20秒以上、未滿60秒
C:60秒以上、未滿100秒
D:100秒以上、未滿150秒
E:150秒以上
該時間越短,越難以產生殘像。
本實施例的液晶顯示元件的殘像評價時間被評價為處於最短的“A”等級。
[針對相位差膜的應用例]
實施例PD-1
(1)相位差膜的製造
使用棒式塗布機,在作為基板的TAC膜的一面上塗布所述實施例FFS-1中所製備的液晶配向劑,並在烘箱內以120℃進行2分鐘烘烤而形成膜厚為100nm的塗膜。繼而,使用Hg-Xe燈及格蘭-泰勒棱鏡,從基板的法線方向對該塗膜表面照射包含313nm的明線的偏光紫外線100J/m2,從而形成液晶配向膜。
在以所述方式形成的液晶配向膜上,通過棒式塗布機來塗布利用孔徑為0.2μm的過濾器對聚合性液晶(默克公司製造,商品名“RMS03-013C”)進行過濾而成者後,在設定成50℃的烘箱中進行1分鐘烘烤,而形成聚合性液晶的膜。繼而,使用Hg-Xe燈,對該聚合性液晶的膜面照射包含365nm的明線的非偏光的紫外線10,000J/m2來使聚合性液晶硬化,由此製成相位差膜。
(2)相位差膜的評價
i)液晶配向性
針對以所述方式製造的相位差膜,通過正交偏光下的目視及偏光顯微鏡來觀察液晶配向性。當在目視下配向性良好、且在偏光顯微鏡中未觀察
到異常區域時,將液晶配向性設為優良;當在目視下配向性良好,但在偏光顯微鏡中觀察到異常區域時,將液晶配向性設為良好;當在目視下觀察到液晶配向性的異常時,將液晶配向性設為不良,結果該相位差膜的液晶配向性被評價為“優良”。
ii)密接性
針對以所述方式製造的相位差膜,使用具有導向(guide)的等間隔間隔物並利用切刀(cutter knife)在1mm間隔處切入切口,而形成10×10的格子圖案。繼而,使玻璃紙帶(cellophane tape)密接在所述格子圖案上後,將玻璃紙帶剝離。以目視觀察剝離玻璃紙帶後的格子圖案的切口部。此時,當沿著切口線、或在格子圖案的交叉部完全未確認到圖案的剝離時,將密接性評價為“優良”;當產生了剝離的格子的個數未滿15個時,將密接性評價為“良好”;當產生了剝離的格子的個數為15個以上時,將密接性評價為“不良”,結果該相位差膜的密接性為“優良”。
a‧‧‧玻璃基板
b‧‧‧液晶配向膜
c‧‧‧頂電極
d‧‧‧氮化矽膜
e‧‧‧底電極
Claims (11)
- 一種液晶配向劑,其特徵在於:包括選自由聚有機矽氧烷、聚醯胺、聚(硫)酯及(甲基)丙烯酸共聚物所組成的群組中的至少1種聚合物,其中所述聚合物具有由下述式(1)所表示的二價的基,
所述式(1)中,Q為四價的有機基,Y1及Y2分別為二價的有機基,*分別表示鍵結在聚合物鏈上的結合鍵。 - 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑,其中所述聚合物為使含有由下述式(S)所表示的化合物的矽烷化合物進行水解、縮合而獲得的聚有機矽氧烷,
所述式(S)中,Q、Y1及Y2的含義分別與所述式(1)中的Q、Y1及Y2相同,R1及R2分別獨立為碳數為1~12的烷基或碳數為6~12的芳基,X1及X2分別獨立為碳數為1~12的烷氧基或鹵素原子,n1及n2分別獨立為1~3的整數。 - 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑,其中所述聚合物為使二胺與由下述式(C)所表示的化合物進行反應而獲得的聚醯胺,
所述式(C)中,Q、Y1及Y2的含義分別與所述式(1)中的Q、Y1及Y2相同,n3及n4分別獨立為1或2。 - 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑,其中所述聚合物為使選自由二醇化合物、二硫醇化合物及二環氧化合物所組成的群組中的至少1種與由下述式(C)所表示的化合物進行反應而獲得的聚(硫)酯,[化18]
所述式(C)中,Q、Y1及Y2的含義分別與所述式(1)中的Q、Y1及Y2相同,n3及n4分別獨立為1或2。 - 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑,其中所述聚合物為使由下述式(E)所表示的化合物與二羧酸進行反應而獲得的聚(硫)酯,
所述式(E)中,Q、Y1及Y2的含義分別與所述式(1)中的Q、Y1及Y2相同,Z1及Z2分別獨立為羥基、硫醇基或環氧基。 - 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑,其中所述聚合物為使含有(甲基)丙烯酸及由下述式(A)所表示的化合物的聚合性不飽和化合物的混合物進行加成聚合而獲得的(甲基)丙烯酸共聚物,[化4]
所述式(A)中,Q、Y1及Y2的含義分別與所述式(1)中的Q、Y1及Y2相同,R3及R4分別獨立為氫原子或甲基。 - 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的液晶配向劑,其用於形成液晶顯示元件的相位差膜中的液晶配向膜。
- 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的液晶配向劑,其用於形成液晶顯示元件的液晶單元中的液晶配向膜。
- 一種液晶配向膜,其特徵在於:由如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的液晶配向劑形成。
- 一種液晶顯示元件的相位差膜,其特徵在於:包括由如申請專利範圍第7項所述的液晶配向劑形成的液晶配向膜。
- 一種液晶顯示元件的液晶單元,其特徵在於:包括由如申請專利範圍第8項所述的液晶配向劑形成的液晶配向膜。
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