TW202336217A - 液晶配向劑、液晶配向膜、液晶元件及聚合物 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種液晶配向劑,其可形成液晶配向性良好且與基板的密接性優異的液晶配向膜,並且可獲得由於受到外力而引起的品質下降得到抑制的液晶元件。使液晶配向劑中含有具有式(1)所表示的部分結構(a)的聚合物[A]。式(1)中,A
1、A
2及A
3為二價芳香環基。A
1~A
3所表示的二價芳香環基中的至少一個具有“-CH
2OR
1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構。B
1及B
2為-O-、-S-、-NR
2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-等二價基。
Description
本發明關於一種液晶配向劑、液晶配向膜、液晶元件及聚合物。
從前,作為液晶元件,開發出電極結構或所使用的液晶分子的物性等不同的多種驅動方式,例如已知有扭轉向列(Twisted Nematic,TN)型或超扭轉向列(Super Twisted Nematic,STN)型、垂直配向(Vertical Alignment,VA)型、多域垂直配向(Multi-domain Vertical Alignment,MVA)型、共面切換型(IPS(In-Plane Switching)型)、邊緣場切換(Fringe Field Switching,FFS)型、光學補償彎曲型(OCB(Optically Compensated Bend)型)等各種液晶元件。這些液晶元件具有用以使液晶分子配向的液晶配向膜。一般而言,液晶配向膜是通過將使聚合物成分溶解或分散於有機溶媒中而成的液晶配向劑塗布於基板表面,優選為進行加熱而形成於基板上。
近年來,大畫面且高精細的液晶電視成為主體,另外,智慧型手機或平板電腦(personal computer,PC)等小型顯示終端的普及推進,對液晶顯示裝置的高品質化的要求進一步提高。為了應對此種高品質化的要求,提出了多種液晶配向劑(例如參照專利文獻1、專利文獻2)。
專利文獻1中公開了使液晶配向劑中一併含有聚醯亞胺或聚醯亞胺前體、以及作為提高液晶配向膜的硬度的低分子化合物的交聯性添加劑。另外,專利文獻2中公開了使液晶配向劑中含有由特定結構的二胺獲得的聚合物。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2020/171128號
[專利文獻2]國際公開第2020/203110號
[發明所欲解決之課題]
伴隨著液晶元件的高精細化或多用途化,對品質的要求變得更加嚴格。例如,對於液晶元件,不僅要求進一步改善液晶配向性及電壓保持率,而且要求品質不因輸送時的振動或敲擊(tapping)等的物理壓力而受損。
另一方面,在液晶顯示裝置中,薄型化的要求正在加快,液晶顯示裝置的基材(主要是玻璃基板)正朝著薄膜化的方向發展。因此,施加到液晶元件內部的應力比從前增加,在考慮到近年來應力增大的出貨前敲擊試驗中,發生起點不良成為問題。然而,若像從前那樣僅使用交聯性添加劑,則膜強度不充分,難以維持品質。
另外,近年來,在以智慧型手機或平板計算機(Personal Computer,PC)等為代表的移動用途的顯示裝置中,為了進一步擴大觸控面板的工作面積,並且使顯示裝置的小型化並存,正在進行窄邊框化。作為實現窄邊框化的方法之一,已知有在基板表面整體上形成液晶配向膜後,將密封劑塗布在液晶配向膜上,使基板彼此貼合的方法。另一方面,當在液晶配向膜上配置密封劑的情況下,容易對配置有密封劑的液晶配向膜部分施加力,伴隨於此,存在容易產生基板彼此的剝離的傾向。為了使品質不因輸送時的振動或敲擊等的物理壓力而受損,還要求液晶配向膜對基板的密接性高。
本發明是鑒於所述課題而成,主要目的在於提供一種液晶配向劑,其可形成液晶配向性良好且與基板的密接性優異的液晶配向膜,並且可獲得由於受到外力而引起的品質下降得到抑制的液晶元件。
[解決課題之手段]
本發明者等人為了解決所述課題而進行了努力研究,發現通過使用具有特定結構的聚合物,可解決所述課題,從而完成了本發明。具體而言,根據本發明而提供以下手段。
<1> 一種液晶配向劑,含有具有下述式(1)所表示的部分結構(a)的聚合物[A]。
[化1]
(式(1)中,A
1、A
2及A
3分別獨立地為二價芳香環基。m為0~2的整數。其中,在m為0的情況下,A
1及A
3所表示的二價芳香環基中的至少一個具有“-CH
2OR
1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構,在m為1或2的情況下,A
1、A
2及A
3所表示的二價芳香環基中的至少一個具有“-CH
2OR
1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構。R
1為氫原子或一價有機基。B
1及B
2分別獨立地為-O-、-S-、-NR
2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR
2-CO-、-CO-NR
2-、-NR
2-CO-NR
3-或碳數1~14的烷二基,或者為碳數2~14的烷二基中的任意的亞甲基經-O-、-S-、-NR
2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR
2-CO-、-CO-NR
2-及-NR
2-CO-NR
3-中的至少任一者取代而成的二價基。R
2及R
3分別獨立地為氫原子或一價有機基。在m為2的情況下,式中的多個A
2相同或不同,多個B
2相同或不同。“*”表示鍵結鍵)
<2> 一種液晶配向膜,是使用根據所述<1>所述的液晶配向劑而形成。
<3> 一種液晶元件,包括根據所述<2>所述的液晶配向膜。
<4> 一種聚醯胺酸、聚醯胺酸酯及聚醯亞胺,具有所述式(1)所表示的部分結構。
[發明的效果]
通過本發明的液晶配向劑,可形成液晶配向性良好且與基板的密接性優異的液晶配向膜。另外,可獲得在受到外力(例如基於振動或敲擊等的外力)的情況下品質的下降也得到抑制的液晶元件。
《液晶配向劑》
以下,對本公開的液晶配向劑中所含的各成分、及視需要任意調配的其他成分進行說明。
再者,本說明書中,所謂“烴基”是包含鏈狀烴基、脂環式烴基以及芳香族烴基的含義。所謂“鏈狀烴基”是指主鏈不含環狀結構,僅由鏈狀結構構成的直鏈狀烴基及分支狀烴基。其中,鏈狀烴基可為飽和也可為不飽和。所謂“脂環式烴基”是指僅包含脂環式烴的結構作為環結構,不含芳香環結構的烴基。其中,脂環式烴基無需僅由脂環式烴的結構構成,也包括在其一部分中具有鏈狀結構的基。所謂“芳香族烴基”是指包含芳香環結構作為環結構的烴基。其中,芳香族烴基無需僅由芳香環結構構成,也可在其一部分中包含鏈狀結構或脂環式烴的結構。
所謂“主鏈”是指聚合物的原子鏈中最長的“主幹”的部分。再者,容許所述“主幹”部分包含環結構。所謂“側鏈”是指從聚合物的“主幹”分支的部分。“芳香環”是包含芳香族烴環及芳香族雜環的含義。所謂“有機基”是指從包含碳的化合物(即有機化合物)中去除任意的氫原子而成的原子團。“四羧酸衍生物”是包含四羧酸二酐、四羧酸二酯及四羧酸二酯二鹵化物的含義。
本公開的液晶配向劑含有具有下述式(1)所表示的部分結構(a)的聚合物[A]。
[化2]
(式(1)中,A
1、A
2及A
3分別獨立地為二價芳香環基。m為0~2的整數。其中,在m為0的情況下,A
1及A
3所表示的二價芳香環基中的至少一個具有“-CH
2OR
1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構,在m為1或2的情況下,A
1、A
2及A
3所表示的二價芳香環基中的至少一個具有“-CH
2OR
1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構。R
1為氫原子或一價有機基。B
1及B
2分別獨立地為-O-、-S-、-NR
2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR
2-CO-、-CO-NR
2-、-NR
2-CO-NR
3-或碳數1~14的烷二基,或者為碳數2~14的烷二基中的任意的亞甲基經-O-、-S-、-NR
2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR
2-CO-、-CO-NR
2-及-NR
2-CO-NR
3-中的至少任一者取代而成的二價基。R
2及R
3分別獨立地為氫原子或一價有機基。在m為2的情況下,式中的多個A
2相同或不同,多個B
2相同或不同。“*”表示鍵結鍵)
<聚合物[A]>
·關於部分結構(a)
部分結構(a)具有兩個以上的芳香環,且包含由“-CH
2OR
1”所表示的基與兩個以上的芳香環中的至少一個芳香環鍵結而成的結構(以下,也稱為“特定芳香環結構”)。另外,部分結構(a)一併包含特定芳香環結構、以及芳香環彼此通過特定的二價基連結而成的間隔物結構。通過將包含特定芳香環結構及所述間隔物結構的部分結構(a)導入液晶配向膜的聚合物成分中,可獲得高強度且液晶配向性優異的液晶配向膜。
式(1)中,A
1、A
2及A
3所表示的二價芳香環基是從芳香環的環部分去除任意兩個氫原子後的基。二價芳香環基中所含的芳香環可為芳香族烴環,也可為芳香族雜環。作為芳香族烴環,可列舉:苯環、萘環及蒽環等。作為芳香族雜環,可列舉含氮芳香族雜環、含氧芳香族雜環及含硫芳香族雜環等。作為芳香族雜環的具體例,含氮芳香族雜環可列舉:吡啶環、嘧啶環、噠嗪環及吡嗪環等;含氧芳香族雜環可列舉呋喃環等;含硫芳香族雜環可列舉噻吩環等。
就實現液晶配向膜的高密度化、使液晶配向膜的強度及液晶配向性更優異的觀點而言,其中,A
1、A
2及A
3中所含的芳香環優選為苯環、萘環或吡啶環,更優選為苯環。
部分結構(a)具有由“-CH
2OR
1”所表示的基與二價芳香環基(在m=0的情況下為A
1及A
3,在m=1或2的情況下為A
1、A
2及A
3)中所含的芳香環的至少一個芳香環鍵結而成的結構作為特定芳香環結構。即,在m為0的情況下,部分結構(a)中所含的合計兩個芳香環基(A
1及A
3)中的至少任一者具有由“-CH
2OR
1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構。在m為1的情況下,部分結構(a)中所含的合計三個芳香環基(A
1、A
2及A
3)中的至少任一者具有由“-CH
2OR
1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構。在m為2的情況下,部分結構(a)中所含的合計四個芳香環基(一個A
1、兩個A
2及一個A
3)中的至少任一者具有由“-CH
2OR
1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構。就合成的容易度或液晶配向性等觀點而言,m優選為0或1。
作為R
1所表示的一價有機基,可列舉:一價烴基、通過熱及光的至少任一者而脫離並被氫原子取代的一價基(以下,也稱為“脫離性基”)。作為一價烴基的具體例,可列舉:碳數1~6的烷基、碳數4~10的環烷基、碳數6~10的芳基及碳數6~10的芳烷基等。這些中,優選為碳數1~3的烷基及苯基,更優選為碳數1~3的烷基。
一價脫離性基優選為通過熱(優選為膜形成時的加熱)而脫離的基(以下,也稱為“熱脫離性基”)。作為熱脫離性基的具體例,可列舉:第三丁氧基羰基(Boc基)、苄基氧基羰基、1,1-二甲基-2-鹵代乙基氧基羰基、烯丙基氧基羰基、2-(三甲基矽烷基)乙氧基羰基等胺基甲酸酯系脫離性基;碳數1~7的烷基、苄基、對甲氧基苄基等醚系脫離性基;甲氧基甲基、乙氧基乙基、2-四氫吡喃基等縮醛系脫離性基;乙醯基、苯甲醯基等醯基系脫離性基;烯丙基、甲基烯丙基等烯丙基系脫離性基;三甲基矽烷基、三乙基矽烷基、第三丁基二甲基矽烷基等矽烷基醚系脫離性基。就實現由熱引起的脫離容易性及保存穩定性的並存的觀點而言,這些中,優選為胺基甲酸酯系脫離性基、醚系保護基、縮醛系保護基或乙醯基,更優選為第三丁氧基羰基、碳數1~3的烷基、2-四氫吡喃基、甲氧基甲基、1-乙氧基乙基或乙醯基。
其中,R
1優選為氫原子、碳數1~3的烷基或一價的熱脫離性基,更優選為氫原子、碳數1~3的烷基、第三丁氧基羰基、2-四氫吡喃基、甲氧基甲基、1-乙氧基乙基或乙醯基。
就平衡性良好地顯現出膜強度的提高與良好的液晶配向性的觀點而言,每一個部分結構(a)所具有的“-CH
2OR
1”的數量優選為1個~4個,更優選為1個或2個。另外,在特定芳香環結構中,與1個芳香環鍵結的“-CH
2OR
1”的數量優選為1個或2個。
再者,A
1、A
2及A
3中所含的芳香環也可具有“-CH
2OR
1”所表示的基以外的取代基(以下,也稱為“其他取代基”)。作為其他取代基,可列舉:碳數1~3的烷基、碳數1~3的烷氧基、鹵素原子、氫原子、氰基等。就促進“-CH
2OR
1”所表示的基的交聯反應、獲得膜強度充分高的液晶配向膜的觀點而言,關於A
1、A
2及A
3中所含的芳香環所具有的其他取代基的數量,每一個芳香環優選為0個~2個,更優選為0個或1個,進而優選為0個(即,不具有其他取代基)。
B
1及B
2為-O-、-S-、-NR
2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR
2-CO-、-CO-NR
2-、-NR
2-CO-NR
3-或碳數1~14的烷二基,或者為碳數2~14的烷二基中的任意的亞甲基經-O-、-S-、-NR
2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR
2-CO-、-CO-NR
2-及-NR
2-CO-NR
3-中的至少任一個基(以下,也稱為“特定的含雜原子的基”)取代而成的二價基(以下,也稱為“二價基E
1”)。B
1與B
2可彼此相同,也可不同。
B
1及B
2所表示的碳數1~14的烷二基可為直鏈狀也可為分支狀。就形成液晶配向性良好的液晶配向膜的觀點而言,B
1及B
2所表示的烷二基優選為直鏈狀。就液晶配向性的觀點而言,其中,優選為碳數1~10的直鏈狀的烷二基,更優選為碳數2~10的直鏈狀的烷二基,進而優選為碳數4~10的直鏈狀的烷二基。
作為R
2及R
3所表示的一價有機基,可列舉一價的烴基及脫離性基。作為一價烴基的具體例,可應用R
1所表示的一價烴基的例示及優選例的說明。一價脫離性基優選為熱脫離性基。具體而言,優選為第三丁氧基羰基、9-芴基甲基氧基羰基,尤其優選為第三丁氧基羰基(Boc基)。R
2及R
3優選為氫原子、碳數1~3的烷基或一價熱脫離性基,更優選為氫原子、碳數1~3的烷基或第三丁氧基羰基,進而優選為氫原子或第三丁氧基羰基。
就可使液晶配向性良好的方面而言,B
1及B
2所表示的二價基E
1優選為直鏈狀的烷二基中的任意的亞甲基經所述特定的含雜原子的基取代而成的基。在所述情況下,就可提高膜強度的改善效果的方面而言,特定的含雜原子的基優選為供電子性基(-O-、-S-、-NR
2-、*-O-CO-、*-O-CS-、*-NR
2-CO-、-NR
2-CO-NR
3-(其中,“*”表示與芳香環的鍵結鍵))。
對於二價基E
1,在與基E
1鄰接的二價芳香環基(A
1、A
2或A
3)具有“-CH
2OR
1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構的情況下,優選為通過-O-、-S-、-NR
2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR
2-CO-、-CO-NR
2-或-NR
2-CO-NR
3-而鍵結於“-CH
2OR
1”所表示的基所鍵結的芳香環。通過這些基與特定芳香環結構直接鍵結,就可獲得良好的液晶配向性及與基板的密接性良好的液晶配向膜的方面而言、以及就可提高抑制由振動或敲擊所引起的顯示品質下降的效果而言優選。
二價基E
1具體而言優選為下述式(G-1)所表示的基。
[化3]
(式(G-1)中,X
1及X
2分別獨立地為-O-、-S-、-NR
2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR
2-CO-、-CO-NR
2-或-NR
2-CO-NR
3-。R
4為碳數1~6的烷二基。n為1或2。R
2及R
3與式(1)為相同含義。“*”表示鍵結鍵)
式(G-1)中,就維持液晶配向性且獲得膜強度的改善效果高的液晶配向膜的觀點而言,X
1及X
2優選為-O-、-S-、-NR
2-、*-O-CO-、*-O-CS-、*-NR
2-CO-、-NR
2-CO-NR
3-(其中,“*”表示與芳香環的鍵結鍵),更優選為-O-、-S-或-NR
2-。
就可形成顯示出良好的液晶配向性的有機膜的方面而言,所述中,B
1及B
2優選為碳數1~14的烷二基或二價基E
1。另外,就可在保持良好的液晶配向性的狀態下提高膜強度的改善效果的方面而言,B
1及B
2更優選為二價基E
1,進而優選為式(G-1)所表示的基。
作為部分結構(a)的具體例,可列舉下述式(1-1)~式(1-29)分別所表示的結構。
[化4]
[化5]
[化6]
[化7]
(式中,“*”表示鍵結鍵)
聚合物[A]可在主鏈中具有部分結構(a),也可在側鏈中具有部分結構(a)。就提高通過導入部分結構(a)而改善液晶配向膜的液晶配向性及膜強度的效果的觀點而言,聚合物[A]優選為在主鏈中具有部分結構(a)。再者,當聚合物[A]“在主鏈中具有部分結構(a)”的情況下,不僅包括聚合物[A]僅在主鏈中具有部分結構(a)的情況,還包括在主鏈中與側鏈中具有部分結構(a)的情況。
聚合物[A]中,就獲得顯現出良好的液晶配向性且顯示出高密接性的液晶元件的觀點而言,相對於聚合物[A]所具有的單體單元的總量,部分結構(a)的含有比例優選為2莫耳%以上。就所述觀點而言,相對於聚合物[A]所具有的單體單元的總量,部分結構(a)的含有比例更優選為5莫耳%以上,進而優選為7莫耳%以上。另外,部分結構(a)的含有比例可根據聚合物[A]的主鏈適宜設定,相對於聚合物[A]所具有的單體單元的總量,例如為60莫耳%以下,優選為50莫耳%以下。再者,聚合物[A]中,部分結構(a)可僅為一種,也可為兩種以上。
聚合物[A]的主骨架並無特別限定。就可形成與液晶的親和性及機械強度高且可靠性高的液晶配向膜的方面而言、以及就容易將部分結構(a)導入聚合物主鏈中的方面而言,其中,聚合物[A]優選為選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯及聚醯亞胺所組成的群組中的至少一種。
製造聚合物[A]的方法只要可將部分結構(a)導入聚合物中即可,並無特別限定。就容易將部分結構(a)導入聚合物中的方面而言,聚合物[A]優選為通過使用具有部分結構(a)的單體進行聚合的方法來製造。就可形成與液晶的親和性及機械強度高的液晶配向膜的方面而言、以及就單體設計的自由度高的方面而言,具有部分結構(a)的單體優選為具有部分結構(a)的二胺化合物(以下,也稱為“特定二胺”)。
(特定二胺)
特定二胺只要是具有部分結構(a)及兩個一級胺基的化合物即可,關於其他部分結構,並無特別限定。具體而言,特定二胺優選為下述式(2)所表示的化合物。
[化8]
(式(2)中,D
1及D
2分別獨立地為單鍵或二價有機基。A
1、A
2、A
3、B
1、B
2及m與式(1)為相同含義)
式(2)中,作為D
1及D
2所表示的二價有機基,可列舉:鏈狀烴基、脂環式烴基、芳香族烴基及含氮雜環基等。這些中,D
1及D
2所表示的二價有機基優選為芳香族烴基及含氮雜環基,更優選為經取代或未經取代的伸苯基。在經取代的伸苯基中,作為取代基,可列舉:碳數1~5的烷基、碳數1~5的烷氧基、鹵素原子等。D
1及D
2優選為單鍵、經取代或未經取代的伸苯基、或者經取代或未經取代的亞吡啶基,更優選為經取代或未經取代的伸苯基。
再者,關於A
1、A
2、A
3、B
1、B
2及m的具體例及優選例,應用式(1)的說明。
在一級胺基(更詳細而言為參與聚合的一級胺基)與特定芳香環結構中所含的芳香環鍵結的情況下,“-CH
2OR
1”所表示的基優選為相對於一級胺基位於鄰位或間位,就可進一步提高膜強度的改善效果的方面而言,更優選為位於間位。
作為特定二胺的具體例,可列舉下述式(3-1)~式(3-29)分別所表示的化合物等。
[化9]
[化10]
[化11]
[化12]
[化13]
<聚醯胺酸>
在聚合物[A]為聚醯胺酸的情況下,所述聚醯胺酸(以下,也稱為“聚醯胺酸[A]”)例如可通過使四羧酸二酐與包含特定二胺的二胺化合物反應而獲得。
(四羧酸二酐)
在合成聚醯胺酸[A]時,作為四羧酸二酐,可單獨使用一種,或者也可組合使用兩種以上。作為聚醯胺酸[A]的合成中使用的四羧酸二酐,例如可列舉脂肪族四羧酸二酐及芳香族四羧酸二酐等。脂肪族四羧酸二酐包含鏈狀四羧酸二酐及脂環式四羧酸二酐。
作為四羧酸二酐的具體例,鏈狀四羧酸二酐可列舉:1,2,3,4-丁烷四羧酸二酐、乙二胺四乙酸二酐等。脂環式四羧酸二酐可列舉: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、2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐、5-(2,5-二氧代四氫呋喃-3-基)-3a,4,5,9b-四氫萘並[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二氧代四氫呋喃-3-基)-8-甲基-3a,4,5,9b-四氫萘並[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、2,4,6,8-四羧基雙環[3.3.0]辛烷-2:4,6:8-二酐、環戊烷四羧酸二酐、環己烷四羧酸二酐、3,5,6-三羧基-2-羧基甲基降冰片烷-2:3,5:6-二酐等。
芳香族四羧酸二酐可列舉:均苯四甲酸二酐、4,4'-(六氟亞異丙基)二鄰苯二甲酸酐、乙二醇雙偏苯三酸酐酯、4,4'-羰基二鄰苯二甲酸酐、3,3',4,4'-聯苯四羧酸二酐等。另外,在合成聚醯胺酸[A]時,作為四羧酸二酐,也可使用日本專利特開2010-97188號公報中所記載的四羧酸二酐。
就可獲得溶解性高且顯示出良好的液晶配向性及電特性的液晶配向膜的方面而言,聚醯胺酸[A]的合成中使用的四羧酸二酐優選為包含脂肪族四羧酸二酐,更優選為包含脂環式四羧酸二酐。相對於聚醯胺酸[A]的合成中使用的四羧酸二酐的總量,脂環式四羧酸二酐的使用量優選為20莫耳%以上,更優選為40莫耳%以上,進而優選為50莫耳%以上。
(二胺化合物)
在合成聚醯胺酸[A]時,作為二胺化合物,可單獨使用一種,或者也可組合使用兩種以上。聚醯胺酸[A]的合成中使用的二胺化合物可僅為特定二胺,也可包含不具有部分結構(a)的二胺化合物(以下,也稱為“其他二胺”)。作為其他二胺,例如可列舉:脂肪族二胺、芳香族二胺及二胺基有機矽氧烷等。脂肪族二胺包含鏈狀二胺及脂環式二胺。
作為其他二胺的具體例,鏈狀二胺可列舉:間苯二甲胺(meta-xylylenediamine)、六亞甲基二胺等。脂環式二胺可列舉:1,4-二胺基環己烷、4,4'-亞甲基雙(環己基胺)等。二胺基有機矽氧烷可列舉1,3-雙(3-胺基丙基)-四甲基二矽氧烷等。
芳香族二胺可列舉:對苯二胺、4,4'-二胺基二苯基甲烷、4,4'-二胺基二苯基乙烷、4-胺基苯基-4-胺基苯甲酸酯、4,4'-二胺基偶氮苯、3,5-二胺基苯甲酸、1,5-雙(4-胺基苯氧基)戊烷、1,2-雙(4-胺基苯氧基)乙烷、1,3-雙(4-胺基苯氧基)丙烷、1,6-雙(4-胺基苯氧基)己烷、6,6'-(五亞甲基二氧基)雙(3-胺基吡啶)、N,N'-二(5-胺基-2-吡啶基)-N,N'-二(第三丁氧基羰基)乙二胺、雙[2-(4-胺基苯基)乙基]己二酸、4,4'-二胺基二苯基醚、4,4'-二胺基二苯基胺、4,4'-二胺基二苯乙基脲、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-雙(4-胺基苯基)六氟丙烷、1,4-雙(4-胺基苯氧基)苯、4,4'-雙(4-胺基苯氧基)聯苯、2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯、4,4'-(伸苯基二亞異丙基)雙苯胺、2,6-二胺基嘧啶、2,4-二胺基嘧啶、3,6-二胺基哢唑、N-甲基-3,6-二胺基哢唑、3,6-二胺基吖啶、含有二苯基胺結構的單體、下述式(F-1)
[化14]
(式(F-1)中,R
21及R
22分別獨立地為烷二基。R
23為氫原子、碳數1~3的烷基或脫離性基。r1為1~3的整數。在r1為2或3的情況下,多個R
22相互相同或不同,多個R
23相互相同或不同)
所表示的化合物等主鏈型二胺;
十六烷氧基-2,4-二胺基苯、十八烷氧基-2,4-二胺基苯、十八烷氧基-2,5-二胺基苯、膽甾烷基氧基-3,5-二胺基苯、膽甾醇基氧基-3,5-二胺基苯、膽甾烷基氧基-2,4-二胺基苯、膽甾醇基氧基-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醇基酯、3,5-二胺基苯甲酸羊毛甾烷基酯、3,6-雙(4-胺基苯甲醯基氧基)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、1,1-雙(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-丁基環己烷、3,5-二胺基苯甲酸=5ξ-膽甾烷-3-基、下述式(E-1)
[化15]
(式(E-1)中,X
I及X
II分別獨立地為單鍵、-O-、*-COO-或*-OCO-(其中,“*”表示與X
I的鍵結鍵)。R
I為碳數1~3的烷二基。R
II為單鍵或碳數1~3的烷二基。R
III為碳數1~20的烷基、烷氧基、氟烷基或氟烷氧基。a為0或1。b為0~3的整數。c為0~2的整數。d為0或1。其中,1≦a+b+c≦3)
所表示的化合物等側鏈型二胺等。
作為式(F-1)所表示的化合物,例如可列舉下述式(F-1-1)~式(F-1-3)分別所表示的化合物等。作為式(E-1)所表示的化合物,例如可列舉下述式(E-1-1)~式(E-1-4)分別所表示的化合物等。作為其他二胺,可單獨使用一種或者組合使用兩種以上。
[化16]
在製造聚醯胺酸[A]時,相對於聚醯胺酸[A]的合成中使用的二胺化合物的總量,特定二胺的使用量優選為設為5莫耳%以上,更優選為設為10莫耳%以上,進而優選為設為20莫耳%以上。
(聚醯胺酸的合成)
聚醯胺酸[A]可通過使四羧酸二酐及二胺化合物視需要與分子量調整劑一起反應而獲得。
在聚醯胺酸[A]的合成反應中,四羧酸二酐與二胺化合物的使用比例優選為相對於二胺化合物的胺基1當量而四羧酸二酐的酸酐基成為0.2當量~2當量的比例。作為分子量調整劑,例如可列舉:馬來酸酐、鄰苯二甲酸酐、衣康酸酐等酸單酐,苯胺、環己基胺、正丁基胺等單胺化合物,異氰酸苯酯、異氰酸萘酯等單異氰酸酯化合物等。相對於所使用的四羧酸二酐以及二胺化合物的合計100質量份,分子量調整劑的使用比例優選為設為20質量份以下。
聚醯胺酸[A]的合成反應優選為在有機溶媒中進行。此時的反應溫度優選為-20℃~150℃,反應時間優選為0.1小時~24小時。作為用於反應的有機溶媒,例如可列舉:非質子性極性溶媒、酚系溶媒、醇系溶媒、酮系溶媒、酯系溶媒、醚系溶媒、鹵化烴、烴等。這些中,優選為使用選自由N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-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、間甲酚、二甲酚及鹵化苯酚所組成的群組中的一種以上作為反應溶媒,或者使用這些溶媒的一種以上與其他有機溶媒(例如丁基溶纖劑、二乙二醇二乙醚等)的混合物。有機溶媒的使用量優選為設為相對於反應溶液的總量而四羧酸二酐與二胺化合物的合計量成為0.1質量%~50質量%的量。
以所述方式可獲得使聚醯胺酸[A]溶解而成的聚合物溶液。所述聚合物溶液可直接供於液晶配向劑的製備,也可在將聚合物溶液中所含的聚醯胺酸[A]分離後供於液晶配向劑的製備。
<聚醯胺酸酯>
在聚合物[A]為聚醯胺酸酯的情況下,所述聚醯胺酸酯(以下,也稱為“聚醯胺酸酯[A]”)例如可通過如下方法等而獲得:[I]使聚醯胺酸[A]與酯化劑反應的方法;[II]使四羧酸二酯與包含特定二胺的二胺化合物反應的方法;[III]使四羧酸二酯二鹵化物與包含特定二胺的二胺化合物反應的方法。聚醯胺酸酯[A]可僅具有醯胺酸酯結構,也可為使醯胺酸結構與醯胺酸酯結構並存的部分酯化物。使聚醯胺酸酯[A]溶解而成的反應溶液可直接供於液晶配向劑的製備,也可在將反應溶液中所含的聚醯胺酸酯[A]分離後供於液晶配向劑的製備。
<聚醯亞胺>
在聚合物[A]為聚醯亞胺的情況下,所述聚醯亞胺(以下,也稱為“聚醯亞胺[A]”)例如可通過對以所述方式合成的聚醯胺酸[A]進行脫水閉環並進行醯亞胺化而獲得。聚醯亞胺[A]可為將作為其前體的聚醯胺酸[A]所具有的醯胺酸結構全部脫水閉環而成的完全醯亞胺化物,也可為將醯胺酸結構的僅一部分脫水閉環而醯胺酸結構與醯亞胺環結構並存的部分醯亞胺化物。聚醯亞胺[A]優選為醯亞胺化率為20%~99%,更優選為30%~90%。再者,醯亞胺化率是以百分率來表示醯亞胺環結構的數量相對於聚醯亞胺的醯胺酸結構的數量與醯亞胺環結構的數量的合計而言所占的比例。此處,醯亞胺環的一部分可為異醯亞胺環。
聚醯胺酸[A]的脫水閉環優選為通過如下方法來進行:將聚醯胺酸[A]溶解於有機溶媒中,在所述溶液中添加脫水劑及脫水閉環催化劑,視需要進行加熱。所述方法中,作為脫水劑,例如可使用乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。相對於聚醯胺酸[A]的醯胺酸結構的1莫耳,脫水劑的使用量優選為設為0.01莫耳~20莫耳。作為脫水閉環催化劑,例如可使用:吡啶、三甲吡啶、二甲吡啶、三乙基胺等三級胺。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為設為0.01莫耳~10莫耳。作為脫水閉環反應中所使用的有機溶媒,可列舉作為用於合成聚醯胺酸[A]的有機溶媒而例示的有機溶媒。脫水閉環反應的反應溫度優選為0℃~180℃。反應時間優選為1.0小時~120小時。再者,含有聚醯亞胺[A]的反應溶液可直接供於液晶配向劑的製備,也可將聚醯亞胺[A]分離後供於液晶配向劑的製備。
在聚合物[A]為選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯及聚醯亞胺所組成的群組中的至少一種的情況下,在製成濃度10質量%的溶液時,聚合物[A]的溶液黏度優選為具有10 mPa·s~800 mPa·s的溶液黏度,更優選為具有15 mPa·s~500 mPa·s的溶液黏度。再者,溶液黏度(mPa·s)是對於使用聚合物[A]的良溶媒(例如,γ-丁內酯、N-甲基-2-吡咯烷酮等)所製備的濃度10質量%的聚合物溶液,使用E型旋轉黏度計在25℃下測定而得的值。
聚合物[A]的通過凝膠滲透色譜法(gel permeation chromatography,GPC)測定而得的聚苯乙烯換算的重量平均分子量(Mw)優選為1,000~500,000,更優選為2,000~300,000。另外,由Mw與通過GPC測定而得的聚苯乙烯換算的數量平均分子量(Mn)的比所表示的分子量分佈(Mw/Mn)優選為7以下,更優選為5以下。再者,在製備液晶配向劑時,作為聚合物[A],可單獨使用一種,也可組合使用兩種以上。
相對於液晶配向劑中所含的固體成分(液晶配向劑的溶媒以外的成分的合計)100質量份,液晶配向劑中的聚合物[A]的含量優選為5質量份以上,更優選為10質量份以上,進而優選為15質量份以上。在聚合物[A]的含量為所述範圍時,就可充分地獲得膜強度、與基板的密接性及液晶配向性的改善效果的方面而言適合。
<其他成分>
液晶配向劑除了聚合物[A]以外,也可視需要含有與聚合物[A]不同的成分(以下,也稱為“其他成分”)。
(聚合物[Q])
本公開的液晶配向劑可還含有不具有部分結構(a)的聚合物(以下,也稱為“聚合物[Q]”)作為聚合物成分。
聚合物[Q]的主骨架並無特別限定。作為聚合物[Q],例如可列舉:聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚醯亞胺、聚有機矽氧烷、聚酯、聚烯胺(polyenamine)、聚脲、聚醯胺、聚醯胺醯亞胺、聚苯並噁唑前體、聚苯並噁唑、纖維素衍生物、聚縮醛、加成聚合物等。就獲得可靠性高的液晶元件的觀點而言,聚合物[Q]優選為選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚醯亞胺、聚有機矽氧烷及加成聚合物所組成的群組中的至少一種。作為加成聚合物,可列舉:(甲基)丙烯酸系聚合物、苯乙烯系聚合物、馬來醯亞胺系聚合物及苯乙烯-馬來醯亞胺系共聚物等。
當在本公開的液晶配向劑中一併含有聚合物[A]、以及聚合物[Q]的情況下,相對於聚合物[A]與聚合物[Q]的合計量,聚合物[Q]的含量優選為1質量%以上,更優選為2質量%以上。另外,相對於聚合物[A]與聚合物[Q]的合計量,聚合物[Q]的含量優選為95質量%以下,更優選為90質量%以下。作為聚合物[Q],可單獨使用一種或者組合使用兩種以上。
(溶劑)
本公開的液晶配向劑作為使聚合物成分及視需要而使用的其他成分優選為在適當的溶媒中分散或溶解而成的液狀的組合物來製備。
作為溶劑,可優選地使用有機溶媒。作為其具體例,可列舉:N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、1,2-二甲基-2-咪唑啉酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、苯酚、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、二丙酮醇、1-己醇、2-己醇、丙烷-1,2-二醇、3-甲氧基-1-丁醇、乙二醇單甲醚、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸乙酯、丙酸乙酯、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、乙二醇乙醚乙酸酯、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、二乙二醇單甲醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、二異丁基酮、丙酸異戊酯、異丁酸異戊酯、二異戊醚、碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、丙二醇單甲醚(propylene glycol monomethyl ether,PGME)、二乙二醇二乙醚乙酸酯、丙二醇單甲醚乙酸酯(propylene glycol monomethyl ether acetate,PGMEA)、丙二醇二乙酸酯、環戊酮、環己酮等。作為溶劑,可單獨使用一種或混合使用兩種以上。
作為液晶配向劑中所含的其他成分,除了所述以外,例如可列舉:交聯劑、抗氧化劑、金屬螯合物化合物、硬化促進劑、表面活性劑、填充劑、分散劑、光增感劑等。其他成分的調配比例可在無損本公開的效果的範圍內,根據各化合物適宜選擇。
液晶配向劑中的固體成分濃度(液晶配向劑的溶媒以外的成分的合計質量占液晶配向劑的總質量的比例)是考慮黏性、揮發性等而適宜選擇,優選為1質量%~10質量%的範圍。若固體成分濃度為1質量%以上,則可充分確保塗膜的膜厚、可獲得顯示出更良好的液晶配向性的液晶配向膜,就此方面而言適合。另一方面,若固體成分濃度為10質量%以下,則存在如下傾向:可將塗膜設為適度的厚度,容易獲得顯示出良好的液晶配向性的液晶配向膜,另外,液晶配向劑的黏性變得適度,可使塗布性良好。
此處,通過包含聚合物[A]的液晶配向劑,可獲得液晶配向性及與基板的密接性得到改善並且膜強度高、因受到外力而引起的品質下降得到抑制的液晶元件,此理由尚不清楚,但作為一個理由,認為由於聚合物[A]具有特定芳香環結構,因此例如通過膜形成時的加熱,且通過“-CH
2OR
1”,聚合物彼此容易高密度地交聯,由此可獲得膜斷裂的發生得到抑制的液晶配向膜。再者,在聚合物[A]中,設想通過與部分結構(a)所具有的電子豐富的芳香環的縮合反應、或與羧酸的加成反應、與酯的交換反應等進行交聯。另外,進而,認為由於聚合物[A]的芳香環彼此通過間隔物結構連結,因此具有高的膜強度,同時顯示出良好的液晶配向性。其中,這些推測並不限定本公開。
《液晶配向膜及液晶元件》
本公開的液晶配向膜可通過以所述方式製備的液晶配向劑而製造。另外,本公開的液晶元件包括使用上文中所說明的液晶配向劑而形成的液晶配向膜。液晶元件中的液晶的驅動方式並無特別限定,例如可應用於TN型、STN型、VA型(包括VA-MVA型、VA-圖案垂直配向(Patterned Vertical Alignment,PVA)型等)、IPS(In-Plane Switching)型、FFS(Fringe Field Switching)型、光學補償彎曲(Optically Compensated Bend,OCB)型、聚合物穩定配向(Polymer Sustained Alignment,PSA)型等多種模式。液晶元件例如可通過包含以下步驟1~步驟3的方法而製造。步驟1中使用基板視所需的動作模式而不同。步驟2以及步驟3在各動作模式中共通。
<步驟1:塗膜的形成>
首先,通過在基板上塗布液晶配向劑,優選為對塗布面進行加熱而在基板上形成塗膜。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。在製造TN型、STN型或VA型的液晶元件的情況下,使用兩枚設置有經圖案化的透明導電膜的基板。另一方面,在製造IPS型或FFS型的液晶元件的情況下,使用設置有經圖案化為梳齒型的電極的基板、與未設置電極的相向基板。作為透明導電膜,可使用包含氧化錫(SnO
2)的奈塞(NESA)膜(美國PPG公司注冊商標)、包含氧化銦-氧化錫(In
2O
3-SnO
2)的氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)膜等。
向基板塗布液晶配向劑的方法並無特別限定。液晶配向劑向基板的塗布例如可通過旋塗方式、印刷方式(例如,膠版印刷方式、柔版印刷方式等)、噴墨方式、狹縫塗布方式、棒塗機方式、擠出模(extrusion die)方式、直接凹版塗布機(direct gravure coater)方式、腔室刮刀塗布機(chamber doctor coater)方式、膠版凹版塗布機(offset gravure coater)方式、含浸塗布機方式、MB塗布機方式等來進行。
在塗布液晶配向劑後,出於防止所塗布的液晶配向劑的流掛等目的,優選為實施預加熱(預烘烤)。預烘烤溫度優選為30℃~200℃,預烘烤時間優選為0.25分鐘~10分鐘。然後,將溶劑完全去除,視需要以對聚合物中所存在的醯胺酸結構進行熱醯亞胺化為目的而實施煆燒(後烘烤)步驟。此時的煆燒溫度(後烘烤溫度)優選為80℃~280℃,更優選為80℃~250℃。後烘烤時間優選為5分鐘~200分鐘。所形成的膜的厚度(膜厚)優選為0.001 μm~1 μm。
<步驟2:配向處理>
在製造TN型、STN型、IPS型或FFS型液晶元件的情況下,實施對所述步驟1中形成的塗膜賦予液晶配向能力的處理(配向處理)。由此,液晶分子的配向能力被賦予至塗膜而形成液晶配向膜。作為配向處理,優選為使用對基板上所形成的塗膜的表面利用棉花或尼龍等進行擦拭的摩擦處理、或對塗膜進行光照射以對其賦予液晶配向能力的光配向處理。在製造垂直配向型的液晶元件的情況下,可將所述步驟1中形成的塗膜直接用作液晶配向膜,為了進一步提高液晶配向能力,也可對塗膜實施配向處理。
用於光配向的光照射可通過如下方法等來進行:對後烘烤步驟後的塗膜進行照射的方法;對預烘烤步驟後且後烘烤步驟前的塗膜進行照射的方法;在預烘烤步驟及後烘烤步驟的至少任一者中,在塗膜的加熱過程中對塗膜進行照射的方法。作為照射至塗膜的放射線,例如可使用:包含150 nm~800 nm的波長的光的紫外線及可見光線。優選為包含200 nm~400 nm的波長的光的紫外線。在放射線為偏光的情況下,可為直線偏光,也可為部分偏光。在所使用的放射線為直線偏光或部分偏光的情況下,照射可自垂直於基板面的方向進行,也可自斜方向進行,或者也可將這些方向加以組合而進行。非偏光的放射線時的照射方向設為斜方向。
作為所使用的光源,例如可列舉:低壓水銀燈、高壓水銀燈、氘燈、金屬鹵化物燈、氬共振燈、氙燈、准分子激光等。放射線的照射量優選為200 J/m
2~30,000 J/m
2,更優選為500 J/m
2~10,000 J/m
2。在用於賦予配向能力的光照射後,也可進行對基板表面使用例如水、有機溶媒(例如,甲醇、異丙醇、1-甲氧基-2-丙醇乙酸酯、丁基溶纖劑、乳酸乙酯等)或這些的混合物進行清洗的處理、或對基板進行加熱的處理。
<步驟3:液晶單元(cell)的構築>
本步驟中,準備兩枚形成有液晶配向膜的基板,通過在相向配置的兩枚基板間配置液晶來製造液晶單元。在製造液晶單元時,例如可列舉如下方法等:以液晶配向膜相向的方式隔著間隙將兩枚基板相向配置,利用密封劑將兩枚基板的周邊部貼合,在由基板表面與密封劑所包圍的單元間隙內注入填充液晶並將注入孔密封的方法、利用液晶滴注(One Drop Fill,ODF)方式的方法。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(nematic liquid crystal)、層列型液晶(smectic liquid crystal),其中優選為向列液晶。
在PSA模式中,進行如下處理:與液晶一起將聚合性化合物(例如,多官能(甲基)丙烯酸酯化合物等)填充在單元間隙內,並且在構築液晶單元後,在對一對基板所具有的導電膜間施加電壓的狀態下,對液晶單元進行光照射。在製造PSA模式的液晶元件時,相對於液晶的合計100質量份,聚合性化合物的使用比例為0.01質量份~3質量份,優選為0.1質量份~1質量份。
在製造液晶顯示裝置的情況下,接著,在液晶單元的外側表面上貼合偏光板。作為偏光板,可列舉:利用乙酸纖維素保護膜將一面使聚乙烯醇延伸配向一面使其吸收碘而成的被稱為“H膜”的偏光膜夾持而成的偏光板、或包含H膜本身的偏光板。
本公開的液晶元件可有效地應用於各種用途。具體而言,例如可用作鐘錶、便攜式遊戲機(portable game)、文字處理器(word processor)、電腦(筆記本型、桌上型)、汽車導航系統(car navigation system)、攝像機(camcorder)、個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA)、數位照相機(digital camera)、移動電話、智慧型手機、各種監視器、液晶電視、信息顯示器等各種顯示裝置或調光裝置、相位差膜等。
通過以上詳細敘述的本公開,可提供以下手段。
〔手段1〕 一種液晶配向劑,含有具有所述式(1)所表示的部分結構(a)的聚合物[A]。
〔手段2〕 根據手段1所述的液晶配向劑,其中所述式(1)中的B
1及B
2中,和具有由“-CH
2OR
1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構的二價芳香環基鄰接的基通過-O-、-S-、-NR
2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR
2-CO-、-CO-NR
2-或-NR
2-CO-NR
3-而鍵結於“-CH
2OR
1”所表示的基所鍵結的芳香環。
〔手段3〕 根據手段1或手段2所述的液晶配向劑,其中所述聚合物[A]包含源自具有所述部分結構(a)的二胺的結構單元。
〔手段4〕 根據手段3所述的液晶配向劑,其中所述二胺為所述式(2)所表示的化合物。
〔手段5〕 根據手段1~手段4中任一項所述的液晶配向劑,其中所述聚合物[A]為選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯及聚醯亞胺所組成的群組中的至少一種。
〔手段6〕 根據手段1~手段5中任一項所述的液晶配向劑,還含有不具有所述部分結構(a)的聚合物[Q]。
〔手段7〕 根據手段6所述的液晶配向劑,其中所述聚合物[Q]為選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚醯亞胺、聚有機矽氧烷及加成聚合物所組成的群組中的至少一種。
〔手段8〕 一種液晶配向膜,是利用根據手段1~手段7中任一項所述的液晶配向劑而形成。
〔手段9〕 一種液晶元件,包括根據手段8所述的液晶配向膜。
〔手段10〕 一種聚合物,為聚醯胺酸、聚醯胺酸酯或聚醯亞胺,具有所述式(1)所表示的部分結構。
[實施例]
以下,基於實施例而對實施方式進行更詳細的說明,但並不由以下的實施例而對本發明限定性地解釋。
在以下的例子中,聚合物溶液中的聚醯亞胺的醯亞胺化率是通過以下方法而測定。
[聚醯亞胺的醯亞胺化率]
將聚醯亞胺的溶液投入至純水中,將所得的沉澱在室溫下充分地減壓乾燥後,溶解於氘化二甲基亞碸中,以四甲基矽烷作為基準物質,在室溫下進行
1H-核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)測定。根據所得的
1H-NMR光譜通過下述數式(1)而求出醯亞胺化率[%]。
醯亞胺化率[%]=(1-(A
1/(A
2×α)))×100 ···(1)
(數式(1)中,A
1是在化學位移10 ppm附近出現的源自NH基的質子的峰值面積,A
2為源自其他質子的峰值面積,α為其他質子相對於聚合物的前體(聚醯胺酸)中的NH基的一個質子的個數比例)
以下的實施例中所使用的原料化合物及聚合物的需要量是通過視需要重複進行下述合成例中所示的合成規模下的合成來確保。再者,只要無特別說明,則實施例、比較例中的“份”及“%”為質量基準。
化合物的簡稱為如以下所述。再者,以下有時將式(X)所表示的化合物簡單表示為“化合物(X)”。
(四羧酸二酐)
[化17]
(二胺化合物)
[化18]
[化19]
[化20]
[化21]
[化22]
(其他化合物)
[化23]
<聚合物的合成>
1.聚醯胺酸的合成
[合成例1]
將作為四羧酸二酐的1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐(化合物(b-1))100莫耳份、作為二胺化合物的化合物(DA-1)100莫耳份溶解於N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)中,在室溫下進行6小時反應,獲得含有15質量%的聚醯胺酸(將其設為聚合物(PAA-1))的溶液。
[合成例2~合成例27]
除了將所使用的四羧酸二酐及二胺化合物的種類及量如表1中記載那樣變更以外,進行與合成例1相同的操作,獲得聚醯胺酸(聚合物(PAA-2)~聚合物(PAA-19)及聚合物(paa-1)~聚合物(paa-8))。再者,表1中,四羧酸二酐(酸二酐1~酸二酐3)的數值表示各化合物相對於聚醯胺酸的合成中所使用的四羧酸二酐的總量100莫耳份的比例(莫耳比)。二胺化合物(二胺1~二胺4)的數值表示各化合物相對於聚醯胺酸的合成中所使用的二胺化合物的總量100莫耳份的比例(莫耳比)。
[表1]
| 聚合物名稱 | 酸二酐1 | 酸二酐2 | 酸二酐3 | 二胺1 | 二胺2 | 二胺3 | 二胺4 | ||||||||
| 種類 | 莫耳比 | 種類 | 莫耳比 | 種類 | 莫耳比 | 種類 | 莫耳比 | 種類 | 莫耳比 | 種類 | 莫耳比 | 種類 | 莫耳比 | ||
| 合成例1 | PAA-1 | b-1 | 100 | DA-1 | 100 | ||||||||||
| 合成例2 | PAA-2 | b-1 | 100 | DA-2 | 100 | ||||||||||
| 合成例3 | PAA-3 | b-1 | 100 | DA-3 | 100 | ||||||||||
| 合成例4 | PAA-4 | b-1 | 100 | DA-4 | 100 | ||||||||||
| 合成例5 | PAA-5 | b-1 | 100 | DA-5 | 100 | ||||||||||
| 合成例6 | PAA-6 | b-1 | 100 | DA-6 | 100 | ||||||||||
| 合成例7 | PAA-7 | b-1 | 100 | DA-7 | 100 | ||||||||||
| 合成例8 | PAA-8 | b-1 | 100 | DA-8 | 100 | ||||||||||
| 合成例9 | PAA-9 | b-1 | 100 | DA-9 | 100 | ||||||||||
| 合成例10 | PAA-10 | b-1 | 100 | DA-10 | 100 | ||||||||||
| 合成例11 | PAA-11 | b-1 | 100 | DA-11 | 100 | ||||||||||
| 合成例12 | PAA-12 | b-1 | 100 | DA-12 | 100 | ||||||||||
| 合成例13 | PAA-13 | b-5 | 95 | b-3 | 5 | DA-2 | 50 | a-1 | 50 | ||||||
| 合成例14 | PAA-14 | b-1 | 5 | b-3 | 35 | b-4 | 60 | DA-2 | 30 | a-2 | 40 | a-3 | 10 | a-4 | 20 |
| 合成例15 | PAA-15 | b-1 | 40 | b-4 | 60 | DA-8 | 30 | a-5 | 50 | a-6 | 20 | ||||
| 合成例16 | PAA-16 | b-1 | 95 | b-3 | 5 | DA-9 | 30 | a-7 | 50 | a-8 | 20 | ||||
| 合成例17 | PAA-17 | b-1 | 5 | b-3 | 35 | b-4 | 60 | DA-4 | 30 | a-9 | 10 | a-10 | 20 | a-4 | 40 |
| 合成例18 | PAA-18 | b-2 | 100 | DA-4 | 30 | a-11 | 50 | a-4 | 20 | ||||||
| 合成例19 | PAA-19 | b-1 | 100 | DA-8 | 20 | a-1 | 20 | a-12 | 30 | a-13 | 30 | ||||
| 合成例20 | paa-1 | b-1 | 100 | a-14 | 100 | ||||||||||
| 合成例21 | paa-2 | b-1 | 100 | a-18 | 100 | ||||||||||
| 合成例22 | paa-3 | b-1 | 100 | a-19 | 100 | ||||||||||
| 合成例23 | paa-4 | b-1 | 100 | a-20 | 50 | a-3 | 50 | ||||||||
| 合成例24 | paa-5 | b-1 | 5 | b-3 | 35 | b-4 | 60 | a-4 | 90 | a-10 | 10 | ||||
| 合成例 25 | paa-6 | b-2 | 100 | a-11 | 50 | a-4 | 50 | ||||||||
| 合成例26 | paa-7 | b-1 | 100 | a-1 | 20 | a-12 | 30 | a-13 | 50 | ||||||
| 合成例27 | paa-8 | b-6 | 100 | a-5 | 20 | a-6 | 80 |
2.聚醯亞胺的合成
[合成例28]
將作為四羧酸二酐的化合物(b-2)100莫耳份、作為二胺化合物的化合物(DA-2)20莫耳份、化合物(a-11)50莫耳份及化合物(a-4)30莫耳份溶解於NMP中,在室溫下進行6小時反應,獲得含有15質量%的聚醯胺酸的溶液。繼而,在所得的聚醯胺酸溶液中追加NMP,製成聚醯胺酸濃度10質量%的溶液,添加吡啶及乙酸酐,在60℃下進行4小時脫水閉環反應。在脫水閉環反應後,利用新的NMP對系統內的溶媒進行溶媒置換,由此獲得含有15質量%的醯亞胺化率約為80%的聚醯亞胺(將其設為聚合物(PI-1))的溶液。
[合成例29~合成例39]
除了將所使用的四羧酸二酐及二胺化合物的種類及量如表2中記載那樣變更以外,進行與合成例28相同的操作,獲得聚醯亞胺(聚合物(PI-2)~聚合物(PI-9)及聚合物(pi-1)~聚合物(pi-3))。再者,表2中,二胺化合物(二胺1~二胺4)的數值表示各化合物相對於聚醯亞胺的合成中所使用的二胺化合物的總量100莫耳份的比例(莫耳比)。
[表2]
| 聚合物名稱 | 酸二酐1 | 二胺1 | 二胺2 | 二胺3 | 二胺4 | ||||||
| 種類 | 莫耳比 | 種類 | 莫耳比 | 種類 | 莫耳比 | 種類 | 莫耳比 | 種類 | 莫耳比 | ||
| 合成例28 | PI-1 | b-2 | 100 | DA-2 | 20 | a-11 | 50 | a-4 | 30 | ||
| 合成例29 | PI-2 | b-2 | 100 | DA-4 | 30 | a-11 | 50 | a-4 | 20 | ||
| 合成例30 | PI-3 | b-2 | 100 | DA-8 | 30 | a-14 | 40 | a-15 | 20 | a-7 | 10 |
| 合成例31 | PI-4 | b-2 | 100 | DA-9 | 20 | a-12 | 50 | a-4 | 30 | ||
| 合成例32 | PI-5 | b-2 | 100 | DA-10 | 20 | a-11 | 50 | a-4 | 20 | a-13 | 10 |
| 合成例33 | PI-6 | b-1 | 100 | DA-2 | 20 | a-1 | 20 | a-11 | 30 | a-13 | 30 |
| 合成例34 | PI-7 | b-3 | 100 | DA-2 | 15 | a-16 | 20 | a-9 | 35 | a-17 | 30 |
| 合成例35 | PI-8 | b-2 | 100 | DA-13 | 30 | a-11 | 50 | a-4 | 20 | ||
| 合成例36 | PI-9 | b-2 | 100 | DA-14 | 30 | a-11 | 50 | a-4 | 20 | ||
| 合成例37 | pi-1 | b-2 | 100 | a-11 | 50 | a-4 | 50 | ||||
| 合成例38 | pi-2 | b-1 | 100 | a-1 | 20 | a-12 | 30 | a-13 | 50 | ||
| 合成例39 | pi-3 | b-3 | 100 | a-16 | 20 | a-9 | 50 | a-17 | 30 |
3.聚有機矽氧烷的合成
[合成例40]
向1000 ml三口燒瓶中投入2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷(化合物(s-1))100.0 g、甲基異丁基酮500 g及三乙基胺10.0 g,在室溫下混合。繼而,在自滴加漏斗歷時30分鐘滴加脫離子水100 g後,在回流下混合且在80℃下進行6小時反應。在反應結束後,取出有機層,利用0.2質量%硝酸銨水溶液將所述有機層清洗至清洗後的水成為中性為止,然後在減壓下將溶媒及水蒸餾去除。添加適量的甲基異丁基酮,獲得作為具有環氧基的聚有機矽氧烷的聚合物(ESSQ-1)的50質量%溶液。
向500 ml三口燒瓶中加入化合物(c-1)3.10 g(相對於聚合物(ESSQ-1)所具有的環氧基量為20莫耳%)、化合物(c-2)3.24 g(相對於聚合物(ESSQ-1)所具有的環氧基量為10莫耳%)、四丁基溴化銨1.00 g、含有聚合物(ESSQ-1)的溶液20.0 g、以及甲基異丁基酮290.0 g,在90℃下攪拌18小時。在冷卻至室溫後,利用蒸餾水重複進行10次分液清洗操作。然後,回收有機層,在通過旋轉蒸發器將濃縮與NMP稀釋重複進行2次後,使用NMP,以固體成分濃度成為10質量%的方式進行調整,獲得聚有機矽氧烷(將其設為聚合物(PSQ-1))的NMP溶液。
4.苯乙烯-馬來醯亞胺系共聚物的合成
[合成例41]
在氮下,向100 mL二口燒瓶中加入作為聚合單體的化合物(M-1)5.00 g、化合物(M-2)1.05 g、化合物(M-3)4.80 g及化合物(M-4)2.26 g、作為自由基聚合引發劑的2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)0.39 g、作為鏈轉移劑的2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯0.39 g、以及作為溶媒的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)52.5 ml,在70℃下聚合6小時。在甲醇中再沉澱後,對沉澱物進行過濾,在室溫下真空乾燥8小時,由此獲得目標聚合物(將其設為聚合物(MI-1))。
<液晶配向劑的製備以及評價>
[實施例1:光FFS型液晶顯示元件]
1.液晶配向劑的製備
將合成例1中獲得的包含聚合物(PAA-1)90質量份的溶液、以及合成例35中獲得的包含聚合物(pi-1)10質量份的溶液混合,通過NMP及丁基溶纖劑(butyl cellosolve,BC)進行稀釋,製成溶劑組成為NMP/BC=80/20(質量比)、固體成分濃度為3.5質量%的溶液。利用孔徑為0.2 μm的過濾器對所述溶液進行過濾,由此製備液晶配向劑(AL-1)。
2.使用光配向法的FFS型液晶顯示元件的製造
準備將平板電極(底部電極)、絕緣層及梳齒狀電極(頂部電極)依次層疊在單面上的玻璃基板(設為第一基板)、以及未設置電極的玻璃基板(設為第二基板)。繼而,利用旋轉器將液晶配向劑(AL-1)分別塗布於第一基板的電極形成面及第二基板的其中一基板面上,利用80℃的熱板加熱(預烘烤)1分鐘。然後,在對庫內進行了氮置換的230℃的烘箱中進行30分鐘乾燥(後烘烤),形成平均膜厚0.1 μm的塗膜。使用Hg-Xe燈自基板法線方向對所得的塗膜照射包含經直線偏光的254 nm的亮線的紫外線1,000 J/m
2而實施光配向處理。再者,所述照射量是使用以波長254 nm為基準測量的光量計進行測量而得的值。繼而,將實施了光配向處理的塗膜在230℃的潔淨烘箱中加熱30分鐘而進行熱處理,形成液晶配向膜。
其次,對於形成有液晶配向膜的一對基板中的其中一基板,通過絲網印刷將裝入有直徑3.5 μm的氧化鋁球的環氧樹脂接著劑塗布於具有液晶配向膜的面的外緣。然後,以光照射時的偏光軸在基板面上的投影方向成為反平行的方式,將基板重疊壓接,在150℃下歷時1小時使接著劑進行熱硬化。繼而,自液晶注入口對一對基板間填充負型液晶(默克(Merck)公司製造,MLC-6608)後,以環氧系接著劑將液晶注入口密封,而獲得液晶單元。進而,為了去除液晶注入時的流動配向,將其在120℃下加熱後緩緩冷卻至室溫為止。另外,通過分別將後烘烤後的紫外線照射量在100 J/m
2~10,000 J/m
2的範圍內進行變更而實施所述一系列的操作,而製造紫外線照射量不同的三個以上的液晶單元,將顯示出最良好的配向特性的曝光量(最優曝光量)的液晶單元用於以下的液晶配向性、初始VHR、VHR可靠性及膜強度的評價。
3.液晶配向性的評價
將所述2.中製造的液晶單元在27,000 cd/m
2的高亮度背光上靜置500小時,根據背光的照射前後的延遲變化率評價液晶配向性。首先,對於所述2.中製造的液晶顯示元件,利用光電子科學(Opto Science)公司製造的愛克蘇(Axoscan)測定延遲,利用下述數式(z-1)算出背光照射前後的延遲的變化率α。可以說變化率α越小,液晶配向性越良好。將變化率α為1%以下的情況設為“良好(○)”,將大於1%且為2%以下的情況設為“可(△)”,將大於2%的情況設為“不良(×)”。
α=Δθ/θ1 ···(z-1)
(式(z-1)中,Δθ表示照射前後的延遲差,θ1表示照射前的延遲值)
其結果,所述實施例的液晶配向性的評價為“可(△)”的評價。
4.對基板的密接性評價
使用旋轉器將液晶配向劑(AL-1)塗布於玻璃基板上,利用80℃的熱板預烘烤2分鐘後,在對庫內進行了氮置換的230℃的烘箱中進行30分鐘加熱(後烘烤),由此形成平均膜厚0.10 μm的塗膜。通過重複進行與此相同的操作,製作兩片形成有塗膜的玻璃基板。在形成有塗膜的一片玻璃基板的塗膜上,以寬度成為1 mm的方式塗布ODF密封劑(積水化學公司製造,S-WB42),且以另一片玻璃基板的塗膜與ODF密封劑接觸的方式進行貼合。然後,使用金屬鹵化物燈照射30,000 J/m
2(以365 nm進行換算)的光後,在120℃的烘箱中加熱1小時。加熱後,使用今田製作所的拉伸壓縮試驗機(型號:SDWS-0201-100SL)測定密接力,由此評價膜對基板的密接性。關於評價,將密接力為200 N/cm
2以上的情況設為“良好(○)”,將100 N/cm
2以上且小於200 N/cm
2的情況設為“可(△)”,將小於100 N/cm
2的情況設為“不良(×)”。其結果,在所述實施例中密接力為204 N/cm
2,是密接性“良好(○)”的評價。
5.膜強度(耐摩擦性)的評價
使用旋轉器將所述1.中製備的液晶配向劑(AL-1)塗布於玻璃基板上,利用110℃的熱板加熱(預烘烤)3分鐘。然後,在對庫內進行了氮置換的230℃的烘箱中進行30分鐘乾燥(後烘烤),形成平均膜厚0.08 μm的塗膜。對於所述塗膜,使用霧度計(haze meter)測定塗膜的霧度值。繼而,利用具有捲繞有棉布的輥的摩擦機,以輥轉速1000 rpm、載物台移動速度3 cm/秒、毛壓入長度0.3 mm對塗膜實施5次摩擦處理。然後,使用霧度計測定液晶配向膜的霧度值,計算出與摩擦處理前的霧度值的差(霧度變化值)。在將摩擦處理前的膜的霧度值設為Hz1(%)且將摩擦處理後的膜的霧度值設為Hz2(%)的情況下,霧度變化值由下述式(z-2)表示。
霧度變化值(%)=Hz2-Hz1 ···(z-2)
將液晶配向膜的霧度變化值小於1.0的情況評價為“良好(○)”,將霧度變化值為1.0以上且1.5以下的情況評價為“可(△)”,將大於1.5的情況評價為“不良(×)”。若霧度變化值為1.5以下(更優選為小於1.0),則可以說膜強度充分高,耐摩擦性高,即膜的力學特性良好。其結果,所述實施例中為膜強度“良好(○)”的評價。
6.膜強度(耐按鍵試驗性)的評價
對於所述2.中製造的液晶單元,評價耐按鍵試驗性。評價以如下方式來進行。首先,在偏光顯微鏡正交尼科耳下觀察液晶單元,對亮點的個數進行計數。其次,在固定盤上固定液晶單元,通過上下移動按鍵棒,對液晶單元重複施加載荷。此時的載荷設為250 gf,重複次數設為10萬次,速度設為10 Hz/sec。按鍵後,再次觀察液晶單元,對亮點的個數進行計數。在按鍵前後的亮點的個數的差小於10個的情況下評價為“良好(○)”,在10個以上且小於50個的情況下評價為“可(△)”,在50個以上的情況下評價為“不可(×)”。若亮點的個數的差小於50個(更優選為小於10個),則可以說膜對於按鍵的力學強度良好。其結果,所述實施例中為膜強度“良好(○)”的評價。
[實施例2~實施例28及比較例1~比較例6]
除了將液晶配向劑的組成如表3所示變更以外,與實施例1同樣地製備液晶配向劑。另外,使用所得的液晶配向劑,與實施例1同樣地通過光配向法製造FFS型液晶單元,進行各種評價。將這些的結果示於表3中。再者,實施例26、比較例5及比較例6中,與聚合物成分一起調配作為添加劑成分的N,N,N',N'-四縮水甘油基-4,4'-二胺基二苯基甲烷(將其設為化合物(N-1))。表3中,質量比一欄的數值表示相對於液晶配向劑的製備中使用的聚合物成分的總量100質量份而言的各化合物(聚合物、添加劑)的以固體成分計的調配比例(質量份)。
[表3]
| 配向劑 | 組成 | 作為配向劑的特性評價 | |||||||||
| 聚合物1 | 聚合物2 | 添加劑 | 配向性 | 密接性 | 膜強度 耐摩擦性 | 膜強度 耐按鍵試驗性 | |||||
| 種類 | 質量比 | 種類 | 質量比 | 種類 | 質量比 | ||||||
| 實施例1 | AL-1 | PAA-1 | 90 | pi-1 | 10 | △ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例2 | AL-2 | PAA-2 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例3 | AL-3 | PAA-3 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | △ | ||
| 實施例4 | AL-4 | PAA-4 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例5 | AL-5 | PAA-5 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例6 | AL-6 | PAA-6 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | △ | ||
| 實施例7 | AL-7 | PAA-7 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | △ | ||
| 實施例8 | AL-8 | PAA-8 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例9 | AL-9 | PAA-9 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例10 | AL-10 | PAA-10 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例11 | AL-11 | PAA-11 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例12 | AL-12 | PAA-12 | 90 | pi-1 | 10 | △ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例13 | AL-13 | PAA-13 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例14 | AL-14 | PAA-14 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例15 | AL-15 | PAA-15 | 70 | pi-1 | 30 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例16 | AL-16 | PAA-16 | 70 | pi-1 | 30 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例17 | AL-17 | PAA-17 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例18 | AL-18 | PAA-18 | 30 | paa-4 | 70 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例19 | AL-19 | PI-1 | 10 | paa-4 | 90 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例20 | AL-20 | PI-2 | 10 | paa-5 | 90 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例21 | AL-21 | PI-3 | 10 | paa-5 | 90 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例22 | AL-22 | PI-4 | 10 | paa-1 | 90 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例23 | AL-23 | PI-5 | 10 | paa-1 | 90 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例24 | AL-24 | PI-1 | 20 | PAA-14 | 80 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例25 | AL-25 | PI-2 | 20 | PAA-13 | 80 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例26 | AL-26 | PAA-2 | 90 | pi-1 | 10 | N-1 | 10 | △ | ○ | ○ | ○ |
| 實施例27 | AL-27 | PI-8 | 20 | paa-8 | 80 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例28 | AL-28 | PI-9 | 20 | paa-5 | 80 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 比較例1 | AL-29 | paa-1 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | × | △ | × | ||
| 比較例2 | AL-30 | paa-2 | 90 | pi-1 | 10 | ○ | ○ | ○ | × | ||
| 比較例3 | AL-31 | paa-3 | 90 | pi-1 | 10 | △ | × | △ | × | ||
| 比較例4 | AL-32 | paa-6 | 30 | paa-4 | 70 | ○ | × | △ | × | ||
| 比較例5 | AL-33 | paa-1 | 90 | pi-1 | 10 | N-1 | 10 | △ | △ | ○ | × |
| 比較例6 | AL-34 | paa-1 | 90 | pi-1 | 10 | N-1 | 20 | × | ○ | ○ | ○ |
如表3所示,使用包含具有部分結構(a)的聚合物[A]的液晶配向劑的實施例1~實施例28與使用不含聚合物[A]的液晶配向劑的比較例1~比較例5相比,在膜強度(特別是耐按鍵試驗性)方面為良好的結果,膜強度、液晶配向性及對基板的密接性取得平衡。另外,關於在比較例5的配向劑組成中增加了具有交聯性基的低分子化合物即化合物(N-1)的量的比較例6,雖然膜強度及密接性良好,但液晶配向性為不良的評價。
其中,實施例1~實施例28中,使用在部分結構(a)中包含碳數2以上的亞烷基鏈的聚合物的例子(實施例2~實施例11、實施例13~實施例25、實施例27、實施例28)中,液晶配向性為“良好(○)”的評價,顯示出在維持液晶配向性的同時可改善膜的密接性及膜強度(耐摩擦性)。另外,使用部分結構(a)中的B
1、B
2為-O-或-NR
2-的聚合物的例子(實施例1、實施例2、實施例4、實施例5、實施例8~實施例28)中,膜強度(耐按鍵試驗性)為“良好(○)”的評價,而更優異。
[實施例29:摩擦FFS型液晶顯示元件]
1.液晶配向劑的製備
通過NMP及丁基溶纖劑(BC)對合成例4中獲得的聚合物(PAA-4)的溶液進行稀釋,製成溶劑組成為NMP/BC=80/20(質量比)、固體成分濃度為3.5質量%的溶液。利用孔徑為0.2 μm的過濾器對所述溶液進行過濾,由此製備液晶配向劑(AL-35)。
2.使用摩擦法的FFS型液晶顯示元件的製造
準備將平板電極(底部電極)、絕緣層及梳齒狀電極(頂部電極)依次層疊在單面上的玻璃基板(設為第一基板)、以及未設置電極的玻璃基板(設為第二基板)。繼而,利用旋轉器將液晶配向劑(AL-35)分別塗布於第一基板的電極形成面及第二基板的單面上,利用110℃的熱板加熱(預烘烤)3分鐘。然後,在對庫內進行了氮置換的230℃的烘箱中進行30分鐘乾燥(後烘烤),形成平均膜厚0.08 μm的塗膜。繼而,利用具有捲繞有人造絲布的輥的摩擦機,以輥轉速1000 rpm、載物台移動速度3 cm/秒、毛壓入長度0.3 mm對塗膜表面進行摩擦處理。然後,在超純水中進行1分鐘超聲波清洗,繼而在100℃潔淨烘箱中乾燥10分鐘,由此獲得具有液晶配向膜的一對基板。
繼而,對於具有液晶配向膜的一對基板,在形成有液晶配向膜的面的緣部殘留液晶注入口,對裝入有直徑3.5 μm的氧化鋁球的環氧樹脂接著劑進行絲網印刷塗布。然後,將基板重疊壓接,在150℃下歷時1小時使接著劑進行熱硬化。繼而,自液晶注入口對一對基板間的間隙填充負型液晶(默克(Merck)公司製造,MLC-6608)後,以環氧系接著劑將液晶注入口密封。進而,為了去除液晶注入時的流動配向,將其在120℃下加熱後緩緩冷卻至室溫為止,從而製造液晶單元。再者,在將一對基板重疊時,各基板的摩擦方法成為反平行。
3.評價
對於所述2.中製造的液晶單元,通過與實施例1相同的方法評價液晶配向性。另外,使用液晶配向劑(AL-35),與實施例1同樣地評價密接性及膜強度。將評價結果示於表4中。
[實施例30~實施例39及比較例7~比較例11]
除了將液晶配向劑的組成如表4所示變更以外,與實施例29同樣地製備液晶配向劑。另外,使用所得的液晶配向劑,與實施例29同樣地利用摩擦法製造FFS型液晶單元,進行各種評價。將這些的結果示於表4中。再者,實施例31~實施例37、實施例39及比較例10、比較例11中,使用兩種聚合物作為聚合物成分。表4中,質量比一欄的數值表示相對於液晶配向劑的製備中使用的聚合物成分的總量100質量份而言的各化合物(聚合物、添加劑)的以固體成分計的調配比例(質量份)。
[表4]
| 配向劑 | 組成 | 作為配向劑的特性評價 | |||||||||
| 聚合物1 | 聚合物2 | 添加劑 | 配向性 | 密接性 | 膜強度 耐摩擦性 | 膜強度 耐按鍵試驗性 | |||||
| 種類 | 質量比 | 種類 | 質量比 | 種類 | 質量比 | ||||||
| 實施例29 | AL-35 | PAA-4 | 100 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||||
| 實施例30 | AL-36 | PAA-10 | 100 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||||
| 實施例31 | AL-37 | PAA-2 | 70 | paa-7 | 30 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例32 | AL-38 | PAA-4 | 70 | paa-7 | 30 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例33 | AL-39 | PAA-13 | 70 | paa-7 | 30 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例34 | AL-40 | PAA-14 | 70 | paa-7 | 30 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例35 | AL-41 | PAA-15 | 70 | paa-7 | 30 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例36 | AL-42 | PAA-19 | 70 | paa-7 | 30 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例37 | AL-43 | PAA-4 | 70 | pi-2 | 30 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 實施例38 | AL-44 | PI-6 | 100 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||||
| 實施例39 | AL-45 | PI-6 | 30 | paa-4 | 70 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 比較例7 | AL-46 | paa-1 | 100 | ○ | × | △ | × | ||||
| 比較例8 | AL-47 | paa-2 | 100 | ○ | ○ | ○ | × | ||||
| 比較例9 | AL-48 | paa-3 | 100 | △ | × | △ | × | ||||
| 比較例10 | AL-49 | paa-2 | 70 | paa-7 | 30 | ○ | ○ | ○ | × | ||
| 比較例11 | AL-50 | pi-2 | 30 | paa-4 | 70 | ○ | × | △ | × |
如表4所示,使用包含具有部分結構(a)的聚合物[A]的液晶配向劑的實施例29~實施例39與使用不含聚合物[A]的液晶配向劑的比較例7~比較例11相比,在膜強度(特別是耐按鍵試驗性)方面為良好的結果。另外,實施例29~實施例39的液晶配向性及與基板的密接性也良好
[實施例40:PSA型液晶顯示元件]
1.液晶配向劑的製備
將包含合成例40中獲得的聚合物(PSQ-1)5質量份的溶液、以及包含合成例34中獲得的聚合物(PI-7)95質量份的溶液混合,利用NMP及BC進行稀釋,製成溶劑組成為NMP/BC=50/50(質量比)、固體成分濃度為3.5質量%的溶液。利用孔徑0.2 μm的過濾器對所述溶液進行過濾,由此製備液晶配向劑(AL-51)。
2.液晶組合物的製備
相對於向列液晶(默克(Merck)公司製造,MLC-6608)10 g,添加5質量%的下述式(L1-1)所表示的液晶性化合物以及0.3質量%的下述式(L2-1)所表示的光聚合性化合物並進行混合,獲得液晶組合物LC1。
[化24]
3.PSA型液晶顯示元件的製造
使用旋轉器將所述製備的液晶配向劑(AL-51)塗布於包含ITO膜的帶有透明電極的玻璃基板的透明電極面上,在80℃的熱板上進行1分鐘預烘烤後,在置換為氮的烘箱中在200℃下加熱1小時來去除溶媒,由此形成膜厚0.08 μm的塗膜(液晶配向膜)。利用具有捲繞有人造絲布的輥的摩擦機,以輥轉速400 rpm、載物台移動速度3 cm/秒、毛壓入長度0.1 mm對所述塗膜進行摩擦處理。然後,在超純水中進行1分鐘超聲波清洗,繼而在100℃潔淨烘箱中乾燥10分鐘,由此獲得具有液晶配向膜的基板。重複所述操作,獲得一對(兩枚)具有液晶配向膜的基板。再者,所述摩擦處理是出於控制液晶的倒塌、且利用簡易方法進行配向分割的目的而進行的弱的摩擦處理。
通過絲網印刷將裝入有直徑3.5 μm的氧化鋁球的環氧樹脂接著劑塗布於所述基板中的一片基板的具有液晶配向膜的面的外周,然後使一對基板的液晶配向膜面相向,重疊並壓接,在150℃下進行1小時加熱將接著劑熱硬化。繼而,自液晶注入口對基板的間隙填充液晶組合物LC1後,利用環氧系接著劑將液晶注入口密封,進而為了去除液晶注入時的流動配向,將其在150℃下加熱10分鐘後緩緩冷卻至室溫。
繼而,針對所得的液晶單元,對電極之間施加頻率為60 Hz的交流10 V,並在液晶驅動的狀態下,利用光源使用了金屬鹵化物燈的紫外線照射裝置以50,000 J/m
2的照射量照射紫外線。再者,所述照射量是使用以波長365 nm為基準而測量的光量計進行測量而得的值。由此,製造PSA型液晶單元。
4.評價
對於所述3.中製造的液晶單元,通過與實施例1相同的方法評價液晶配向性、密接性及膜強度。將評價結果示於表5中。
[比較例12]
除了將液晶配向劑的組成如表5所示變更以外,與實施例40同樣地製備液晶配向劑。另外,使用所得的液晶配向劑,與實施例40同樣地製造PSA型液晶單元,進行各種評價。將評價結果示於表5中。表5中,質量比一欄的數值表示相對於液晶配向劑的製備中使用的聚合物成分的總量100質量份而言的各化合物(聚合物、添加劑)的以固體成分計的調配比例(質量份)。
[表5]
| 配向劑 | 組成 | 作為配向劑的特性評價 | |||||||||
| 聚合物1 | 聚合物2 | 添加劑 | 配向性 | 密接性 | 膜強度 耐摩擦性 | 膜強度 耐按鍵試驗性 | |||||
| 種類 | 質量比 | 種類 | 質量比 | 種類 | 質量比 | ||||||
| 實施例40 | AL-51 | PI-7 | 95 | PSQ-1 | 5 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 比較例12 | AL-52 | pi-3 | 95 | PSQ-1 | 5 | ○ | △ | △ | × |
如表5所示,使用包含聚合物[A]的液晶配向劑的實施例40中,液晶配向性、密接性及膜強度均為良好的評價。與此相對,使用不含聚合物[A]的液晶配向劑的比較例12中,密接性及膜強度(耐摩擦性)為“可”的評價,膜強度(耐按鍵試驗性)為“不良”的評價。
[實施例41:光VA型液晶顯示元件]
1.液晶配向劑的製備
將包含合成例41中獲得的聚合物(MI-1)30質量份的溶液、以及合成例2中獲得的聚合物(PAA-2)70質量份的溶液混合,利用NMP及BC進行稀釋,製成溶劑組成為NMP/BC=80/20(質量比)、固體成分濃度為3.5質量%的溶液。利用孔徑0.2 μm的過濾器對所述溶液進行過濾,由此製備液晶配向劑(AL-53)。
2.光VA型液晶顯示元件的製造
利用旋轉器將所述製備的液晶配向劑(AL-53)塗布於包含ITO膜的帶有透明電極的玻璃基板的透明電極面上,在80℃的熱板上進行1分鐘預烘烤。然後,在對庫內進行了氮置換的烘箱中,在230℃下加熱1小時而形成膜厚0.1 μm的塗膜。繼而,使用Hg-Xe燈及格蘭-泰勒棱鏡(glan-taylor prism),從自基板法線傾斜40°的方向對所述塗膜表面照射包含313 nm的亮線的偏光紫外線1,000 J/m
2而賦予液晶配向能力。重複進行相同的操作,製成一對(兩枚)具有液晶配向膜的基板。
通過絲網印刷將裝入有直徑3.5 μm的氧化鋁球的環氧樹脂接著劑塗布於所述基板中的一枚基板的具有液晶配向膜的面的外周後,使一對基板的液晶配向膜面相向,以各基板的紫外線的光軸在基板面的投影方向成為反平行的方式進行壓接,在150℃下歷時1小時使接著劑熱硬化。繼而,自液晶注入口對基板間的間隙填充負型液晶(默克(Merck)公司製造,MLC-6608)後,以環氧系接著劑將液晶注入口密封。進而,為了去除液晶注入時的流動配向,將其在130℃下進行加熱後緩緩冷卻至室溫。
3.評價
對於所述2.中製造的液晶單元,通過與實施例1相同的方法評價液晶配向性、密接性及膜強度。將評價結果示於表6中。
[比較例13]
除了將液晶配向劑的組成如表6所示變更以外,與實施例41同樣地製備液晶配向劑。另外,使用所得的液晶配向劑,與實施例41同樣地製造光VA型液晶單元,進行各種評價。將這些結果示於表6中。表6中,質量比一欄的數值表示相對於液晶配向劑的製備中使用的聚合物成分的總量100質量份而言的各化合物(聚合物、添加劑)的以固體成分計的調配比例(質量份)。
[表6]
| 配向劑 | 組成 | 作為配向劑的特性評價 | |||||||||
| 聚合物1 | 聚合物2 | 添加劑 | 配向性 | 密接性 | 膜強度 耐摩擦性 | 膜強度 耐按鍵試驗性 | |||||
| 種類 | 質量比 | 種類 | 質量比 | 種類 | 質量比 | ||||||
| 實施例41 | AL-53 | PAA-2 | 70 | MI-1 | 30 | ○ | ○ | ○ | ○ | ||
| 比較例13 | AL-54 | paa-1 | 70 | MI-1 | 30 | ○ | ○ | △ | × |
如表6所示,使用包含聚合物[A]的液晶配向劑的實施例41中,液晶配向性、密接性及膜強度均為良好的評價。與此相對,使用不含聚合物[A]的液晶配向劑的比較例13中,膜強度(耐摩擦性)為“可”的評價,膜強度(耐按鍵試驗性)為“不良”的評價。
根據以上的結果而明確,通過包含具有部分結構(a)的聚合物[A]的液晶配向劑,可獲得液晶配向性優異的液晶元件,且可形成具有高密接性與膜強度的液晶配向膜。
Claims (10)
- 一種液晶配向劑,含有具有下述式(1)所表示的部分結構(a)的聚合物[A], 式(1)中,A 1、A 2及A 3分別獨立地為二價芳香環基;m為0~2的整數;其中,在m為0的情況下,A 1及A 3所表示的二價芳香環基中的至少一個具有“-CH 2OR 1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構,在m為1或2的情況下,A 1、A 2及A 3所表示的二價芳香環基中的至少一個具有“-CH 2OR 1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構;R 1為氫原子或一價有機基;B 1及B 2分別獨立地為-O-、-S-、-NR 2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR 2-CO-、-CO-NR 2-、-NR 2-CO-NR 3-或碳數1~14的烷二基,或者為碳數2~14的烷二基中的任意的亞甲基經-O-、-S-、-NR 2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR 2-CO-、-CO-NR 2-及-NR 2-CO-NR 3-中的至少任一者取代而成的二價基;R 2及R 3分別獨立地為氫原子或一價有機基;在m為2的情況下,式中的多個A 2相同或不同,多個B 2相同或不同;“*”表示鍵結鍵。
- 如請求項1所述的液晶配向劑,其中所述式(1)中的B 1及B 2中,和具有由“-CH 2OR 1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構的二價芳香環基鄰接的基通過-O-、-S-、-NR 2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR 2-CO-、-CO-NR 2-或-NR 2-CO-NR 3-而鍵結於“-CH 2OR 1”所表示的基所鍵結的芳香環。
- 如請求項1所述的液晶配向劑,其中所述聚合物[A]包含源自具有所述部分結構(a)的二胺的結構單元。
- 如請求項3所述的液晶配向劑,其中所述二胺為下述式(2)所表示的化合物, 式(2)中,D 1及D 2分別獨立地為單鍵或二價有機基;A 1、A 2、A 3、B 1、B 2及m與所述式(1)為相同含義。
- 如請求項1所述的液晶配向劑,其中所述聚合物[A]為選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯及聚醯亞胺所組成的群組中的至少一種。
- 如請求項1所述的液晶配向劑,還含有不具有所述部分結構(a)的聚合物[Q]。
- 如請求項6所述的液晶配向劑,其中所述聚合物[Q]為選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚醯亞胺、聚有機矽氧烷及加成聚合物所組成的群組中的至少一種。
- 一種液晶配向膜,是利用如請求項1至7中任一項所述的液晶配向劑而形成。
- 一種液晶元件,包括如請求項8所述的液晶配向膜。
- 一種聚合物,為聚醯胺酸、聚醯胺酸酯或聚醯亞胺,具有下述式(1)所表示的部分結構, 式(1)中,A 1、A 2及A 3分別獨立地為二價芳香環基;m為0~2的整數;其中,在m為0的情況下,A 1及A 3所表示的二價芳香環基中的至少一個具有“-CH 2OR 1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構,在m為1或2的情況下,A 1、A 2及A 3所表示的二價芳香環基中的至少一個具有“-CH 2OR 1”所表示的基與芳香環鍵結而成的結構;R 1為氫原子或一價有機基;B 1及B 2分別獨立地為-O-、-S-、-NR 2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR 2-CO-、-CO-NR 2-、-NR 2-CO-NR 3-或碳數1~14的烷二基,或者為碳數2~14的烷二基中的任意的亞甲基經-O-、-S-、-NR 2-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CS-O-、-O-CS-、-NR 2-CO-、-CO-NR 2-及-NR 2-CO-NR 3-中的至少任一者取代而成的二價基;R 2及R 3分別獨立地為氫原子或一價有機基;在m為2的情況下,式中的多個A 2相同或不同,多個B 2相同或不同;“*”表示鍵結鍵。
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