TW201731958A - 液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件 - Google Patents
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Abstract
提供一種液晶配向劑,其可得到耐摩擦性或液晶配向的穩定性優異、累積電荷之緩和快速,進而驅動後瞬間的閃爍(閃爍等級)小的液晶配向膜,且其保存穩定性優異。一種液晶配向劑,其係含有具有式(Y1-1)之結構的特定之重複單位與具有式(Y2-1)的特定之重複單位的聚醯胺酸酯(A成分)、及具有特定之結構的聚醯胺酸(B成分)。□□(式中記號的定義與說明書中相同)。
Description
本發明係關於用於製作液晶配向膜之液晶配向劑、由前述液晶配向劑所得之液晶配向膜、及具有前述液晶配向膜之液晶顯示元件。
目前,液晶顯示元件廣為使用在數位照相機、個人電腦、攜帶型終端、電視等多種機器中之圖像顯示部分。如此之液晶顯示元件為將有流動性之液晶組成物以二片支持基板夾入封住的構造,接觸前述基板之液晶的面設有用以使液晶分子配向之液晶配向膜。液晶配向膜一般經由於前述基板上塗佈液晶配向劑之步驟來製作。又,使液晶分子配向成基板之面內方向時,對於由液晶配向劑所得之膜進行摩擦處理或光配向處理等。
液晶配向膜所求之基本特性雖為使液晶分子配向成特定之方向,但為了實現高性能之液晶顯示元件其它各種特性的改善為必需,進而,在穩定的工業生產中,液晶配向劑之塗佈性或保存穩定性等之特性亦為重要。例如專利文獻1中揭示一種液晶配向劑,其目的在於提供不
易產生摩擦處理所致之膜的磨損或損傷之液晶配向膜。又,專利文獻2揭示一種液晶配向劑,其目的在於提供膜的耐摩擦性之外,還能抑制摩擦方向與液晶配向方向的偏移,且做成液晶顯示元件時之電壓保持率高、可使累積之電荷快速緩和的液晶配向膜。
〔專利文獻1〕國際公開公報WO2010/053128號小冊子
〔專利文獻2〕國際公開公報WO2015/122413號小冊子
隨著近年來之液晶顯示元件越來越高性能化,液晶配向膜追求以較現今更高等級的方式實現各種特性。例如,由於液晶顯示元件高精細化,關於耐摩擦性,較以往小的磨損或損傷亦成為問題。亦還追求亦同時實現其他複數的特性。
由上述,本發明之課題在於提供一種保存穩定性優異之液晶配向劑,其可得到耐摩擦性或液晶配向之穩定性優異,液晶顯示元件之累積電荷的緩和快速的液晶配向膜,進而為使液晶顯示元件驅動後瞬間的閃爍(閃爍
等級)小的液晶配向膜。
本發明者深入研究的結果,終至完成本發明,本發明要旨如下。
一種液晶配向劑,其特徵為含有下述(A)成分及(B)成分,
(A)成分:含有下述式(1)所示之重複單位與下述式(2)所示之重複單位之聚醯胺酸酯。
(B)成分:具有下述式(3)所示之重複單位之聚醯胺酸。
(式(1)及式(2)中,複數個R1各自獨立為碳數1~6之烷基,複數個R2各自獨立為氫原子或碳數1~6之
烷基,Y1為下述式(Y1-1)所示之2價有機基,Y2為下述式(Y2-1)所示之2價有機基)。
式(Y1-1)中,2個R3各自獨立為單鍵、-O-、-S-、-OCO-、或-COO-,2個R4各自獨立為碳數1~3之伸烷基,R5為氧原子或硫原子。
式(Y2-1)中,A1及A5各自獨立為單鍵、亞甲基、碳數2~5之伸烷基、氮雜環丁烷二基、吡咯啶二基、或哌啶二基,B1及B2各自獨立為單鍵、-O-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-CONCH3-、或-NCH3CO-,A2及A4各自獨立為單鍵、亞甲基、或碳數2~5之伸烷基,A3為亞甲基、或碳數2~6之伸烷基,a為0或1,R為氫原子或甲基,D為因熱取代成氫原子之保護基。
式(3)中,X為4價有機基,Y為2價有機基,R6為氫原子或碳數1~4之烷基。
依據本發明可提供一種保存穩定性優異之液晶配向劑,其可得到耐摩擦性或液晶配向的穩定性優異,液晶顯示元件之累積電荷的緩和快速的液晶配向膜,進而為使液晶顯示元件驅動後瞬間的閃爍(閃爍等級)小的液晶配向膜,以及可提供由該液晶配向劑所得之液晶配向膜、及具備該液晶配向膜之高性能的液晶顯示元件。
<聚醯胺酸酯(A)>
前述(A)成分之聚醯胺酸酯為含有上述式(1)所示之重複單位與下述式(2)所示之重複單位之聚醯胺酸酯。
式(1)及式(2)中,複數個R1各自獨立為碳數1~6之烷基,宜為甲基或乙基。又,式(1)及式(2)
中,複數個R2各自獨立為氫原子或碳數1~6之烷基,宜為氫原子或甲基。
式(1)中,Y1為下述式(Y1-1)所示之2價有機基。
式(Y1-1)中,R3、R4、R5如上述所定義,其中,R3為單鍵、-O-為佳,R4為亞甲基為佳,R5為氧原子為佳。
以下雖列舉Y1之具體例,但本發明並不限定於此等。
上述之中,由液晶之配向穩定性的觀點來看以(Y1-1-1)~(Y1-1-8)為佳。又,式(1)所示之重複單位的(含有)比例,以(A)成分之聚醯胺酸酯所含之全部重複單位之中的1~70莫耳%為佳,更佳為5~50莫耳%。
前述式(2)中,Y2為下述式(Y2-1)所示之2價有機基。
式(Y2-1)中,A1、A5、B1、B2、A2、A3、A4、R,、a如上述所定義。其中,A1、A5為單鍵、亞甲基、伸乙基或、伸丙基為佳。又,A1或A5為氮雜環丁烷二基、吡咯啶二基、哌啶二基等之脂肪族雜環時,為氮雜環丁烷-1,3-二基、吡咯啶-1,3-二基、或哌啶-1,4-二基為佳,環內之氮原子鍵結於隣接之苯環者更佳。
又,B1及B2為單鍵、或-O-為佳。A2及A4為單鍵、亞甲基、伸乙基、或伸丙基為佳。A3為伸乙基為佳。a為0為佳。R為氫原子為佳。
式(Y2-1)中,D為因熱取代成氫原子之保護基,由液晶配向劑之保存穩定性的觀點來看,室溫下不脫離,且於液晶配向膜之製作步驟中之加熱下脫離取代成氫原子的基較適宜。較佳之脫離溫度為80~200℃,更佳為100~200℃,特佳為150~200℃。作為如此之基的具體例可舉例1,1-二甲基-2-氯乙氧基羰基、1,1-二甲基-2-氰基乙氧基羰基、tert-丁氧基羰基、或9-茀基甲氧基羰基等,宜為tert-丁氧基羰基、或9-茀基甲氧基羰基V基,特佳者為tert-丁氧基羰基。
上述式(Y2-1)所示之2價有機基之中,作為A1~A5、B1、B2及a之較佳組合,可舉例以下所示之類型1~類型3之組合,更佳為類型1或類型2,特佳者為類型1。
類型1:A1及A5獨立為單鍵、亞甲基、碳數2~5之伸烷基,B1及B2獨立為單鍵、-O-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-CONCH3-、或-NCH3CO-,A2及A4獨立為亞甲基、或碳數2~5之伸烷基,A3為亞甲基、或碳數2~6之伸烷基,a為0或1。
更佳為,A1及A5同為單鍵,B1及B2獨立為單鍵或-O-,A2及A4獨立為亞甲基、或碳數2~5之伸烷基,A3為亞甲基、或碳數2~6之伸烷基,a為0或1。
類型2:A1及A5獨立為單鍵、氮雜環丁烷二基、吡咯啶二基、或哌啶二基,B1及B2同為單鍵,A2及A4獨立為亞甲基、或碳數2~5之伸烷基,a為0。更佳為,A1為氮雜環丁烷二基、吡咯啶二基、或哌啶二基,A2為亞甲基、或碳數2~5之伸烷基,A4、A5、B1及B2為單鍵,a為0。
類型3:A1、A2、A4、A5、B1、B2為單鍵,A3為亞甲基、或碳數2~6之伸烷基,a為1。
以下雖列舉Y2之具體例,但本發明不限定於此等。此外下述結構中之D,與式(Y2-1)之定義相同。
式(2)所示之重複單位的(含有)比例,為(A)成分之聚醯胺酸酯所含之全部重複單位中之1~70莫耳%為佳,更佳為5~50莫耳%。
(A)成分之聚醯胺酸酯中,作為式(1)所示之重複單位與式(2)所示之重複單位之較佳比率,以莫耳比計為1:10~10:1,更佳為1:6~6:1。又,(A)成分之
聚醯胺酸酯所含之全部重複單位中,式(1)所示之重複單位與式(2)所示之重複單位的合計,以15莫耳%以上為佳,更佳為30莫耳%以上。
前述(A)成分之聚醯胺酸酯,亦可具有前述式(1)及式(2)以外之重複單位。式(1)及式(2)以外之重複單位的結構雖無特別限定,若舉出其具體例以下述式(4)所示之重複單位為佳。
式(4)中,R1,R2與式(1)相同定義,Y3表示前述式(Y1-1)及式(Y2-1)以外之2價有機基。式(4)中之Y3的結構若為前述式(Y1-1)及式(Y2-1)以外之2價有機基則無特別限定。以下雖顯示較佳之結構的具體例,但本發明並不限定於此等。
上述結構之中,以(Y-5)、(Y-10)~(Y-16)、(Y-18)、(Y-24)~(Y-29)等特佳。
以上(A)成分之聚醯胺酸酯,可以既知的合成手法得到。作為其例,可舉例使包含下述式(1a)所示之化合物的四羧酸衍生物成分與包含下述式(1b)及(2b)所示之化合物的二胺成分進行縮聚合的手法,或使包含下述式(1a’)所示之化合物的四羧酸二酐成分與包含下述式(1b)及(2b)所示之化合物的二胺成分進行加成聚合得
到聚醯胺酸後,再將羧基酯化的手法等。
式中,R為羥基或氯原子,R1,R2,Y1與式(1)相同定義,Y2與式(2)相同定義。
本發明之液晶配向劑中,(A)成分之聚醯胺酸酯的分子量雖無特別限定,但宜為以重量平均分子量計為2,000~500,000,更佳為5,000~300,000,再更佳為10,000~100,000。
<聚醯胺酸(B)>
前述(B)成分之聚醯胺酸具有下述式(3)所示之重複單位。此外,此聚醯胺酸所含之式(3)的結構可為1種亦可為2種以上。
式(3)中,X為4價有機基,Y為2價有機基,R6為氫原子或碳數1~4之烷基。
上述具有式(3)所示之重複單位的聚醯胺酸,例如,可藉由下述式(3a)所示之至少1種類的化合物與下述式(3b)所示之至少1種類的化合物之縮聚合而得。因此,式(3)之中,X可包含對應式(3a)所示之所有化合物的結構。同樣地,式(3)中之Y及R6可包含對應式(3b)所示之所有化合物的結構。
式(3a)及式(3b)中之X,Y,R6,與式(3)中之各個相同定義。
以下雖顯示式(3)中X之較佳結構的具體例,但本發明並不限定於此等。
上述(X-1)中,R7~R10各自獨立為氫原子或碳數1~6之烷基。
前述式(3)中之X,已選自上述(X-1)~(X-14)所成群組中之至少1種為佳,特佳者為選自上述(X-1)中R7~R10全為氫原子的結構、(X-2)、(X-3)、(X-5)、(X-6)、(X-7)、(X-8)、(X-10)、(X-11)、及(X-14)所成群組中之至少1種。
式(3)中之Y,雖只要是2價有機基則其結構並無特別限定,但由提高使液晶顯示元件驅動後瞬間的閃爍(閃爍等級)之改善效果的觀點來看,Y不包含式(Y1-1)或式(Y2-1)之重複單位為佳。
更具體而言,Y為下述(i)~(iii)所成群組中所選之2價有機基為佳。
(i)下述(c-1)或(c-2)所示之結構。
(ii)選自下述(c-1)~(c-4)中之結構的組合。
(iii)選自下述(c-1)~(c-4)中之結構的組合其中間包含選自下述(d-1)~(d-3)中之鍵結基。
式(c-1)中,R表示氫原子、甲基、或羧基。
上述中,選自(c-1)~(c-4)所成群組中之結構的組合中,可為使用複數之相同結構的組合。又,選自(d-1)~(d-3)所成群組中之鍵結基彼此不鄰接。由(i)~(iii)所成群組中所選之2價有機基的分子量為1000以下更佳。作為該Y之具體例,雖可舉例前述(Y-1)~(Y-34)等,但本發明並不限定於此等。其中,(Y-5)、(Y-8)、(Y-9)、(Y-12)、(Y-17)、(Y-18)~(Y-20)、或(Y-29)特佳。
本發明之液晶配向劑中,(B)成分之聚醯胺酸之分子量,宜為以重量平均分子量計為2,000~500,000,更佳為5,000~300,000,再更佳為10,000~100,000。
<液晶配向劑>
本發明之液晶配向劑所含有之聚醯胺酸酯(A)與聚醯胺酸(B)的質量(含有)比率(聚醯胺酸酯/聚醯胺酸),以1/9~9/1為佳,更佳為2/8~8/2。
本發明之液晶配向劑,以含有聚醯胺酸酯(A)與聚醯胺酸(B)之溶液的形態為佳。此時,聚醯胺酸酯(A)及聚醯胺酸(B)之合計含量,雖可依據欲使其形成之液晶配向膜的厚度之設定適當地變更,但由使其形成均勻且無缺陷之塗膜的點來看,為液晶配向劑全體的0.5質量%以上為佳,由溶液之保存穩定性的點來看,為15質量%以下為佳。特別是,0.5~10質量%更佳,1~10質量%特佳。
本發明之液晶配向劑所含有之有機溶劑,只要是聚醯胺酸酯(A)及聚醯胺酸(B)之聚合物成分均勻地溶解者便無特別限定。若舉出其具體例,可舉例N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二乙基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮、N-乙基-2-吡咯啶酮、N-甲基己內醯胺、2-吡咯啶酮、N-乙烯基-2-吡咯啶酮、二甲基亞碸、二甲基碸、γ-丁內酯、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、3-甲
氧基-N,N-二甲基丙醯胺等。此等可使用1種或混合2種以上使用。
此外,由本發明之液晶配向劑所含有之聚醯胺酸酯(A)與聚醯胺酸(B)之相溶性等的觀點來看,N-甲基-2-吡咯啶酮之含有比率,相對於液晶配向劑之總重量而言為30~80質量%為佳。又,即使為單獨不能均勻溶解聚合物成分的溶劑,只要是聚合物不析出的範圍內,亦可混合於上述有機溶劑中。
本發明之液晶配向劑,有機溶劑之外,亦可含有用以使將液晶配向劑塗佈於基板時之塗膜均勻性提升的溶劑。該溶劑,一般使用較上述有機溶劑低表面張力的溶劑。若舉出其具體例,可舉例乙基賽路蘇、丁基賽路蘇、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、丁基賽路蘇乙酸酯、二丙二醇、2-(2-乙氧基丙氧基)丙醇、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸n-丙酯、乳酸n-丁酯、乳酸異戊酯等。此等溶劑可併用2種類上。
本發明之液晶配向劑亦可含有矽烷耦合劑、交聯劑、醯亞胺化促進劑等之各種添加劑。
在使液晶配向膜與基板之密著性提升的目的下可添加矽烷耦合劑。又,矽烷耦合劑可為1種,亦可組合2種以上。矽烷耦合劑之含量,相對於聚合物成分100質量份而
言為0.01~5.0質量份為佳,0.1~2.0質量份更佳。
以下雖舉出矽烷耦合劑之具體例,但不限定於此等。3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-(2-胺基乙基)胺基丙基三甲氧基矽烷、3-(2-胺基乙基)胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-苯基胺基丙基三甲氧基矽烷、3-三乙氧基矽烷基-N-(1,3-二甲基-亞丁基)丙胺、3-胺基丙基二乙氧基甲基矽烷等之胺系矽烷耦合劑;乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基參(2-甲氧基乙氧基)矽烷、乙烯基甲基二甲氧基矽烷、乙烯基三乙醯氧基矽烷、乙烯基三異丙氧基矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷、p-苯乙烯基三甲氧基矽烷等之乙烯基系矽烷耦合劑;3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷等之環氧系矽烷耦合劑;3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、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甲基二乙氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷等之甲基丙烯酸基系矽烷耦合劑;3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷等之丙烯酸基系矽烷耦合劑;3-脲基丙基三乙氧基矽烷等之脲基系矽烷耦合劑;雙(3-(三乙氧基矽烷基)丙基)二硫化物、雙(3-(三乙氧基矽烷基)丙基)四硫化物等之硫化物系矽烷耦合劑;3-巰基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-辛醯基硫代-1-丙基三乙氧基
矽烷等之巰基系矽烷耦合劑;3-異氰酸酯丙基三乙氧基矽烷、3-異氰酸酯丙基三甲氧基矽烷等之異氰酸酯系矽烷耦合劑;三乙氧基矽烷基丁基醛等之醛系矽烷耦合劑;三乙氧基矽烷基丙基甲基胺甲酸酯、(3-三乙氧基矽烷基丙基)-t-丁基胺甲酸酯等之胺甲酸酯系矽烷耦合劑。
在使液晶配向膜之膜強度提高的目的下可使用上述交聯劑。又,交聯劑可為1種,亦可組合2種以上。交聯劑之使用量,相對於聚合物成分100質量份而言,為0.1~50質量份為佳,更佳為1~20質量份。
作為上述交聯劑,可舉例環氧基、異氰酸酯基、氧雜環丁烷基、環碳酸酯基、或具有羥基烷基醯胺基之交聯性化合物、羥基、具有選自羥基烷基及低級烷氧基烷基所成群組中之至少1種的取代基之交聯性化合物、或具有聚合性不飽和鍵之交聯性化合物等。此等取代基或聚合性不飽和鍵,以交聯性化合物中具有2個以上為佳。
以下雖舉出交聯劑之具體例,但不限定於此等。作為具有環氧基或異氰酸酯基之交聯性化合物,可舉例雙酚丙酮環氧丙基醚、酚酚醛清漆環氧樹脂、甲酚酚醛清漆環氧樹脂、三環氧丙基異三聚氰酸酯、四環氧丙胺基二伸苯基、四環氧丙基-m-二甲苯二胺、四環氧丙基-1,3-雙(胺基乙基)環己烷、四苯基環氧丙基醚乙烷、三苯基環氧丙基醚乙烷、雙酚六氟乙醯二環氧丙基醚、1,3-雙(1-(2,3-環氧丙氧基)-1-三氟甲基-2,2,2-三氟甲基)苯、4,4-雙(2,3-環氧丙氧基)八氟聯苯、三環氧丙基-p-
胺基酚、四環氧丙基間二甲苯二胺、2-(4-(2,3-環氧丙氧基)苯基)-2-(4-(1,1-雙(4-(2,3-環氧丙氧基)苯基)乙基)苯基)丙烷、1,3-雙(4-(1-(4-(2,3-環氧丙氧基)苯基)-1-(4-(1-(4-(2,3-環氧丙氧基)苯基)-1-甲基乙基)苯基)乙基)苯氧基)-2-丙醇等。
作為具有氧雜環丁烷基之交聯性化合物,可舉例國際公開公報WO2011/132751號小冊子之58~59頁所揭示之式〔4a〕~〔4k〕所示之交聯性化合物。作為具有環碳酸酯基之交聯性化合物,可舉例國際公開公報WO2012/014898號小冊子之76~82頁所揭示之式〔5-1〕~〔5-42〕所示之交聯性化合物。
作為具有羥基烷基醯胺基之交聯性化合物,可舉例國際公開公報WO2015/072554號小冊子之23頁〔化35〕所揭示之交聯性化合物。作為具有選自羥基及烷氧基所成群組中之至少1種的取代基之交聯性化合物,可舉例國際公開公報WO2011/132751號小冊子之62~66頁所揭示之式〔6-1〕~〔6-48〕所示之交聯性化合物。
作為具有聚合性不飽和鍵之交聯性化合物,可舉例國際公開公報WO2015/060357號小冊子58~59頁之〔0112〕~〔0113〕所揭示之交聯性化合物。
在將本發明之液晶配向劑之塗膜燒成時使聚醯胺酸酯(A)及聚醯胺酸(B)之醯亞胺化反應有效率地進行的目的下可使用醯亞胺化促進劑。醯亞胺化促進劑之使用量,相對於可醯亞胺化反應之醯胺酸部位及醯胺酸酯部位
1莫耳而言,宜為0.01莫耳以上,更佳為0.05莫耳以上,再更佳為0.1莫耳以上。又,燒成後之膜中所殘留之醯亞胺化促進劑本身,由使對液晶配向膜之諸特性的不良影響保持在最低限度的觀點來看,,宜為2莫耳以下,更佳為1莫耳以下,再更佳為0.5莫耳以下。
作為醯亞胺化促進劑之具體例,雖可舉例國際公開公報WO2010/114103號小冊子之29頁所揭示之式(B-1)~(B-17)所示之化合物,但不限定於於此。
<液晶配向膜>
本發明之液晶配向膜為使用上述記載之本發明之液晶配向劑所得之液晶配向膜。得到液晶配向膜之方法可使用既知之手法。例如,於基板塗佈液晶配向劑,藉由在經乾燥、燒成所得之塗膜進行摩擦處理或照射偏光紫外線而賦予液晶配向能的液晶配向膜。
作為塗佈液晶配向劑之基板只要是透明性高的基板便無特別限定,可使用玻璃基板、氮化矽基板、丙烯酸基板或聚碳酸酯基板等之塑膠基板等,使用形成有用以液晶驅動之ITO電極等的基板之事,由流程簡單化的觀點來看為佳。又,反射型之液晶顯示元件中可僅單側之基板使用矽晶圓等之不透明之物,此時之電極亦可使用鋁等之反射光的材料。作為液晶配向劑之塗佈方法,可舉例旋轉塗佈法、印刷法、噴墨法等。
塗佈液晶配向劑後之乾燥、燒成步驟,可選
擇任意之溫度與時間。通常,為了將含有之有機溶劑充分去除而以50~120℃使其乾燥1分鐘~10分鐘,之後以150~300℃燒成5~120分鐘。燒成後之塗膜的厚度雖無特別限定,但若太薄則有液晶顯示元件之可靠度降低之情形,故為5~300nm,宜為10~200nm。
作為將此塗膜進行配向處理的方法,雖可舉例摩擦法、光配向處理法等,但本發明之液晶配向劑以摩擦法使用時特別有用。
<液晶顯示元件>
本發明之液晶顯示元件為具有上述液晶配向膜之液晶顯示元件。更具體而言,藉由上述手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,以既知的方法製作液晶單元,做成液晶顯示元件。
若舉出液晶單元製作之一例,則如下述。首先,準備形成有液晶配向膜之一對基板。接著,以液晶配向膜面成為內側之方式,貼合另一邊的基板後,減壓注入液晶進行封裝。或者,於液晶配向膜面滴下液晶後貼合基板進行封裝亦可。此時,為了確保一對基板間液晶材料填充的空間,採取一邊的基板上設置柱狀突起、或一邊的基板上散佈隔板、或密封材料中混入隔板、或組合此等等之手段為佳。隔板之厚度宜為1~30μm,更佳為2~10μm。
作為上述液晶材料,可舉例向列型液晶、碟狀液晶,其中以向列型液晶為佳,可使用正型液晶材料或
負型液晶材料之任一者。接著,進行偏光板的設置。具體而言,於與2片基板之液晶層相反側之面貼附一對偏光板為佳。
此外,本發明之液晶配向膜及液晶顯示元件,並非限定於上述記載者,以其他周知手法製作者亦可。由液晶配向劑得到液晶顯示元件為止的步驟,除例如日本國特開2015-135393號公報之17頁〔0074〕~19頁〔0081〕等之外,多數的文獻中亦揭示。
以下舉出實施例,進一步具體說明本發明。但,本發明並非限定於此等實施例所解釋者。之後使用之化合物的縮寫、及各特性之測定方法如下。
<化合物之縮寫>
下述中,「Boc」為tert-丁氧基羰基。
<溶劑之縮寫>
NMP:N-甲基-2-吡咯啶酮、BCS:丁基賽路蘇
GBL:γ-丁內酯、IPA:異丙醇
<黏度>
聚合物溶液之黏度,使用E型黏度計TVE-22H(東機產業公司製),以樣本量1.1mL、錐形轉子TE-1(1°34’、R24)、溫度25℃來測定。
<分子量>
聚合物之分子量藉由GPC(常溫凝膠浸透色層分析法)裝置來測定,以聚乙二醇、聚環氧乙烷換算值算出數平均分子量(以下亦稱Mn)與重量平均分子量(以下亦稱Mw)。
GPC裝置:Shodex公司製(GPC-101)
管柱:Shodex公司製(KD803、KD805之直列)、管柱溫度:50℃
溶離液:N,N-二甲基甲醯胺(作為添加劑,溴化鋰-水合物(LiBr‧H2O)為30mmol/L,磷酸‧無水結晶(o-磷
酸)為30mmol/L,四氫呋喃(THF)為10ml/L),流速:1.0ml/分鐘
校正曲線作成用標準樣本:Tosoh公司製TSK標準聚環氧乙烷(重量平均分子量(Mw)約900,000、150,000、100,000、30,000),及Polymer Laboratory公司製 聚乙二醇(波峰頂分子量(Mp)約12,000、4,000、1,000)。測定為為了避免波峰重疊而分別測定混合900,000、100,000、12,000、1,000之4種的樣本,及混合150,000、30,000、4,000之3種的樣本之2樣本。
<耐摩擦性評估>
將液晶配向劑以1.0μm之過濾器過濾後,旋塗在附有透明電極之玻璃基板上,在80℃之加熱板上使其乾燥5分鐘後,以230℃燒成20分鐘,得到膜厚100nm之聚醯亞胺膜。此聚醯亞胺膜以嫘縈布摩擦1次(軋徑120mm,旋轉數1000rpm,移動速度20mm/sec、壓入量0.4mm)。將此膜表面使用共焦點雷射顯微鏡觀察表面狀態,以倍率100倍觀察磨損碎片的有無與損傷的有無。幾乎未見磨損碎片或損傷者評估定義為「良好」,見到很多磨損碎片或摩擦損傷者評估定義為「不良」。
<液晶顯示元件之製作>
首先準備附電極之基板。基板為30mm×35mm之大小,厚度為0.7mm之玻璃基板。基板上作為第1層構成
對向電極,形成有具備整體狀之圖型的IZO電極。第1層之對向電極上作為第2層,形成有藉由CVD法成膜之SiN(氮化矽)膜。第2層之SiN膜的膜厚為500nm,作為層間絕緣膜發揮機能。第2層之SiN膜上,作為第3層配置有IZO膜進行圖型化所形成之梳狀像素電極,形成有第1像素及第2像素之兩種像素。各像素之尺寸為長10mm寬約5mm。此時,第1層之對向電極與第3層之像素電極,藉由第2層之SiN膜的作用被電性絕緣。
第3層之像素電極,具有複數個中央部分彎曲之「ㄑ」字形的電極要素所排列構成之梳狀的形狀。各電極要素的寬度方向之寬度為3μm,電極要素間之間隔為6μm。由於形成各像素之像素電極係由複數個中央部分彎曲之「ㄑ」字形的電極要素所排列構成,故各像素之形狀並非長方形,與電極要素同樣為中央部分彎曲,具備近似粗體之「ㄑ」字的形狀。並且,各像素以其中央的彎曲部分為界被上下分割,具有彎曲部分之上側的第1區域與下側的第2區域。
若比較各像素之第1區域與第2區域,構成該等之像素電極的電極要素之形成方向不同。即,將後述液晶配向膜的摩擦方向作為基準時,像素之第1區域中,像素電極之電極要素以成為+10°之角度(順時針)的方式形成,像素之第2區域中,像素電極之電極要素以成為-10°之角度(順時針)的方式形成。即,各像素之第1區域與第2區域中,以藉由像素電極與對向電極之間的電壓
施加而誘發之液晶的、基板面內之旋轉動作(In-plane switching)的方向互為相反方向的方式來構成。
接著,將所得之液晶配向劑以1.0μm之過濾器過濾後,分別塗佈在所準備的上述附電極之基板、與作為對向基板之背面成膜有ITO膜且具有高度4μm之柱狀隔板的玻璃基板上。接著,在80℃之加熱板上乾燥5分鐘後,以230℃燒成20分鐘做成膜厚60nm之塗膜,各基板上得到聚醯亞胺膜。此聚醯亞胺膜上,以特定的摩擦方向,用嫘縈布摩擦(軋徑120mm,旋轉數500rpm,移動速度30mm/sec,壓入量0.3mm)後,在純水中進行超音波照射1分鐘,以80℃乾燥10分鐘。
之後,使用上述附液晶配向膜之2種基板,以各別之摩擦方向成為反平行之方式組合,留有液晶注入口將周圍密封,製作單元間隙為3.8μm的空單元。常溫下此空單元中真空注入液晶(MLC-2041,Merck公司製)後,將注入口密封成為反平行配向的液晶單元。所得之液晶單元構成FFS模式液晶顯示元件。之後,所得之液晶單元以120℃加熱1小時,放置一晚後用於各評估中。
<累積電荷之緩和特性的評估>
使用以下之光學系統等進行殘像的評估。將製作之液晶單元設置於以偏光軸直交的方式所配置的2片偏光板間,無施加電壓的狀態下使LED背光點亮,以透過光亮度成為最小的方式,調整液晶單元之配置角度。
接著,一邊對此液晶單元施加頻率30Hz之交流電壓一邊測定V-T曲線(電壓-透過率曲線),算出相對透過率為23%之交流電壓作為驅動電壓。
殘像評估中,一邊施加相對透過率為23%之頻率30Hz的交流電壓使液晶單元驅動,一邊同時施加1V之直流電壓,使其驅動60分鐘。之後,將施加的直流電壓值調為0V僅停止直流電壓之施加,在該狀態下進而驅動30分鐘。
評估為自施加直流電壓開始的時間點經過60分鐘為止,相對透過率降低至30%以下時,進行評估定義為「良好」。相對透過率降低至30%以下為止需要60分鐘以上時,進行評估定義為「不良」。
然後,依循上述方法之殘像評估係在液晶單元之溫度為23℃之狀態的溫度條件下進行。
<液晶配向之穩定性評估>
使用此液晶單元,在60℃之恆溫環境下,以頻率30Hz施加10VPP之交流電壓168小時。之後,使液晶單元之像素電極與對向電極之間成為短路之狀態,維持該狀態於室溫放置一日。
放置之後,將液晶單元設置於以偏光軸直交之方式所配置的2片偏光板之間,無施加電壓之狀態下使背光點亮,以透過光亮度成為最小之方式調整液晶單元之配置角度。然後,算出由第1像素之第2區域成為最暗之角度到
第1區域成為最暗之角度為止使液晶單元旋轉時的旋轉角度作為角度△。第2像素亦相同,比較第2區域與第1區域,散出同樣的角度△。然後,算出第1像素與第2像素之角度△值的平均值作為液晶單元的角度△。此液晶單元的角度△之值超過0.2度時,評估定義為「不良」。此液晶單元的角度△之值為超過0.2度時,評估定義為「良好」。
<驅動直後之閃爍等級的評估>
使用以下之光學系統等進行殘像的評估。
將製作之液晶單元設置於以偏光軸成為直交之方式所配置的2片偏光板之間,無施加電壓的狀態下使LED背光點亮,以透過光亮度成為最小的方式,調整液晶單元之配置角度。
接著,一邊對液晶單元施加頻率30Hz之交流電壓一邊測定V-T曲線(電壓-透過率曲線),算出相對透過率為23%之交流電壓作為驅動電壓。
閃爍等級的測定中,使其點亮之LED背光一旦熄滅遮光放置72小時後,再度點亮LED背光,在背光點亮開始同時施加相對透過率為23%之頻率30Hz的交流電壓,使液晶單元驅動60分鐘進行閃爍振幅的追跡。閃爍振幅係將通過2片偏光板及其間之液晶單元的LED背光的透過光,以經由光二極體及I-V轉換放大器連接的數據收集/數據記錄器開關單元34970A(Agilent technologies公
司製)來讀取。閃爍等級藉由以下數式來算出。
閃爍等級(%)={閃爍振幅/(2×z)}×100
上述式中,z為將以相對透過率為23%之頻率30Hz的交流電壓驅動時的亮度以數據收集/數據記錄器開關單元34970A讀取的值。
閃爍等級的評估,自LED背光點亮及施加交流電壓開始的時間點經過60分鐘為止,閃爍等級維持未達3%時,進行評估定義為「良好」。於60分鐘閃爍等級達到3%以時,評估定義為「不良」。
然後,依循上述方法之閃爍等級的評估,係在液晶單元之溫度為23℃之狀態的溫度條件下進行。
<保存穩定性的評估>
保存穩定性的評估,下述調整溶液在室溫保管1週前後之黏度變化為未達5mPa‧s時評估定為「良好」,5mPa‧s以上時評估定為「不良」。
<合成例>
(合成例1)
放入攪拌子之7L可分離燒瓶中,投入CE-1 119g(0.46mol)後,加入NMP 2372g進行攪拌使其溶解。接著,加入三乙胺146g(1.44mol)、DA-1 61g(0.26mol)、DA-3 21g(0.072mol)、及DA-5 49g(0.14mol),進行攪拌使其溶解。
將此溶液在冰冷下一邊攪拌,一邊添加DBOP 362g(0.94mol),進而加入NMP 326g,於室溫下攪拌12小時得到聚醯胺酸酯之溶液。此聚醯胺酸酯溶液的黏度為27.3mPa‧s。
將此聚醯胺酸酯溶液投入20739g之IPA中,將所得之沉澱物過濾分離。將此沉澱物以甲醇洗淨後,以溫度100℃進行減壓乾燥,得到聚醯胺酸酯之粉末。此聚醯胺酸酯的分子量為Mn=12,200,Mw=21,700。
於所得之聚醯胺酸酯的粉末中,以固形分濃度成為12重量%之方式加入NMP,以50℃攪拌30hr使其溶解,得到聚醯胺酸酯溶液(PAE-1)。
(合成例2)
放入攪拌子之300mL四口燒瓶中,投入CE-1 6.85g(26.3mmol)後,加入NMP 140g進行攪拌使其溶解。接著,加入三乙胺8.5g(84.0mmol)、DA-2 4.10g(16.8mmol)、及DA-5 3.82g(11.2mmol),進行攪拌使其溶解。
將此溶液在冰冷下一邊攪拌,一邊添加DBOP 20.7g(54.0mmol),進而加入NMP 19.2g,於室溫下攪拌12小時得到聚醯胺酸酯之溶液。此聚醯胺酸酯溶液的黏度為31.4mPa‧s。
將此聚醯胺酸酯溶液投入1218g之IPA中,將所得之沉澱物過濾分離。將此沉澱物以甲醇洗淨後,以溫度100
℃進行減壓乾燥,得到聚醯胺酸酯之粉末。此聚醯胺酸酯的分子量為Mn=11,600,Mw=20,500。
於所得之聚醯胺酸酯的粉末中,以固形分濃度成為12重量%之方式加入NMP,以50℃攪拌30hr使其溶解,得到聚醯胺酸酯溶液(PAE-2)。
(合成例3)
於附有攪拌裝置及氮導入管之5L可分離燒瓶中,取DA-4 243.9g(1.22mol)及DA-2 74.8g(0.31mol),加入溶劑(NMP:GBL=50wt%:50wt%)3154g,一邊供給氮一邊進行攪拌使其溶解。
一邊將此二胺溶液在冰冷下進行攪拌一邊添加CA-2 129.0g(0.66mol)、CA-1 166.8g(0.77mol),進而以固形分濃度成為12重量%之方式加入溶劑(NMP:GBL=50wt%:50wt%),於50℃攪拌12小時得到聚醯胺酸溶液(PAA-1)。此聚醯胺酸溶液之黏度為310mPa‧s。又,此聚醯胺酸之Mn=11,700,Mw=24,300。
(合成例4)
於附有攪拌裝置及氮導入管之200mL四口燒瓶中,取DA-4 4.1g(20.4mmol)、DA-6 5.4g(13.6mmol)、及DA-2 8.3g(34.0mol),加入NMP 173g加,一邊供給氮一邊進行攪拌使其溶解。
一邊將此二胺溶液在冰冷下進行攪拌一邊添加CA-2
5.3g(27.2mmol)、CA-1 7.4g(34.0mmol),進而以固形分濃度成為15重量%之方式加入NMP,於50℃攪拌12小時得到聚醯胺酸溶液(PAA-2)。此聚醯胺酸溶液之溫度25℃時的黏度為530mPa‧s。又,此聚醯胺酸的分子量為Mn=11,700,Mw=27,200。
(實施例1)
於放入攪拌子之20ml樣本管中,取PAE-1 2.31g、PAA-1 8.31g,加入NMP 1.31g、GBL 2.38g、BCS 4.0g、含1重量%之AD-1的NMP溶液1.2g、及AD-2 0.60g,以磁力攪拌器攪拌30分鐘得到液晶配向劑(A-1)。
(實施例2)
於放入攪拌子之20ml樣本管中,取PAE-1 3.46g、PAA-1 7.18g,加入NMP 0.73g、GBL 2.38g、BCS 4.0g、含1重量%之AD-1的NMP溶液1.2g、及AD-2 0.60g,以磁力攪拌器攪拌30分鐘得到液晶配向劑(A-2)。
(實施例3)
於放入攪拌子之20ml樣本管中,取PAE-1 4.62g、PAA-1 6.15g,加入NMP 0.15g、GBL 2.38g、BCS 4.0g、含1重量%之AD-1的NMP溶液1.2g、及AD-2 0.60g,以磁力攪拌器攪拌30分鐘得到液晶配向劑(A-3)。
(比較例1)
於放入攪拌子之20ml樣本管中,取PAE-2 2.40g、PAA-2 6.88g,加入GBL 4.92g、BCS 4.0g、含1重量%之AD-1的NMP溶液1.2g、及AD-2 0.60g,以磁力攪拌器攪拌30分鐘得到液晶配向劑(B-1)。
使用上述所得之液晶配向劑,進行耐摩擦性、累積電荷之緩和特性、液晶配向之穩定性、驅動後瞬間之閃爍等級、及保存穩定性的評估。結果表示於表1。
如上述,本發明之液晶配向膜,在耐摩擦性評估、殘像消去時間的評估、液晶配向之穩定性評估、驅動後瞬間之閃爍等級的評估之任一者中,皆顯示良好的結果。
由本發明之液晶配向劑所得之液晶配向膜,追求較現今更高級別地實現各種特性,可使用在包含IPS
驅動方式或FFS驅動方式之廣大範圍的液晶顯示元件中。
此外,此處引用2015年11月25日所申請之日本專利申請案2015-229489號之說明書、申請專利範圍、圖式、及摘要的全內容,引入作為本發明之說明書的揭示。
Claims (13)
- 一種液晶配向劑,其特徵為含有下述(A)成分及(B)成分,(A)成分:含有下述式(1)所示之重複單位與下述式(2)所示之重複單位之聚醯胺酸酯、(B)成分:具有下述式(3)所示之重複單位之聚醯胺酸,
(式(1)及式(2)中,複數個R1各自獨立為碳數1~6之烷基;複數個R2各自獨立為氫原子或碳數1~6之烷基;Y1為下述式(Y1-1)所示之2價有機基,Y2為下述式(Y2-1)所示之2價有機基), (式(Y1-1)中,2個R3各自獨立為單鍵、-O-、-S-、-OCO-、或-COO-;2個R4各自獨立為碳數1~3之伸烷基;R5為氧原子或硫原子), (式(Y2-1)中,A1及A5各自獨立為單鍵、亞甲基、碳數2~5之伸烷基、氮雜環丁烷二基、吡咯啶二基、或哌啶二基;B1及B2各自獨立為單鍵、-O-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-CONCH3-、或-NCH3CO-;A2及A4各自獨立為單鍵、亞甲基、或碳數2~5之伸烷基;A3為亞甲基、或碳數2~6之伸烷基;a為0或1;R為氫原子或甲基,D為因熱取代成氫原子之保護基), (式(3)中,X為4價有機基,Y為2價有機基,R6為氫原子或碳數1~4之烷基)。 - 如請求項1之液晶配向劑,其中式(Y1-1)係選自下述(Y1-1-1)~(Y1-1-8)所成群組中,
- 如請求項1或2之液晶配向劑,其中式(Y2-1)中,A1、A2、A4、A5、B1、B2為單鍵,A3為亞甲基或碳數2~6之伸烷基,a為1。
- 如請求項1~3中任一項之液晶配向劑,其中式(3)中,Y為選自下述(i)、(iii)及(iii)所成群組中之2價有機基,(i)下述(c-1)或(c-2)所示之結構,(ii)選自下述(c-1)~(c-4)所成群組中之結構的組合,(iii)選自下述(c-1)~(c-4)所成群組中之結構的 組合中間包含選自下述(d-1)~(d-3)所成群組中之鍵結基,
(式(c-1)中,R表示氫原子、甲基、或羧基)。 - 如請求項4之液晶配向劑,其中式(3)中,X為選自下述(X-1)~(X-14)所成群組中之至少1種的4價有機基,
- 如請求項1~5中任一項之液晶配向劑,其中式(1)所示之重複單位的比例或式(2)所示之重複單位的比例,為(A)成分之聚醯胺酸酯所含之全部重複單位中的1~70莫耳%。
- 如請求項1~6中任一項之液晶配向劑,其中前述(A)成分之聚醯胺酸酯中的式(1)所示之重複單位與下述式(2)所示之重複單位的含有比率(莫耳比)為1:10~10:1。
- 如請求項1~7中任一項之液晶配向劑,其中相對於液晶配向劑全體而言,前述(A)成分及(B)成分之合計含量為0.5~15質量%。
- 如請求項1~8中任一項之液晶配向劑,其中相對於前述(A)成分之100質量份而言,前述(A)成分與前述(B)成分之質量含有比率為1/9~9/1,且含有前述(B)成分100~400質量份。
- 如請求項1~9中任一項之液晶配向劑,其中含有選自N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二乙基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮、N-乙基-2-吡咯啶酮、N-甲基己內醯胺、2-吡咯吭酮、N-乙烯基-2-吡咯啶酮、二甲基亞碸、二甲基碸、γ-丁內酯、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、及3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺所成群組中之有機溶劑。
- 如請求項1~10中任一項之液晶配向劑,其中進一步含有矽烷耦合劑、交聯劑、或醯亞胺化促進劑。
- 一種液晶配向膜,其係使用如請求項1~11中任 一項之液晶配向劑而得。
- 一種液晶顯示元件,其具有如請求項12之液晶配向膜。
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