TWI567134B - 液晶配向劑、液晶配向膜及其製造方法以及液晶顯示元件 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種液晶配向劑、液晶配向膜及其製造方法、以及液晶顯示元件。
先前,液晶顯示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、共面切換(InPlane Switching,IPS)型、邊緣場切換(Fringe Field Switching,FFS)型等各種液晶顯示元件。該些液晶顯示元件具有用於使液晶分子配向的液晶配向膜。就耐熱性、機械強度、與液晶的親和性等各種特性良好的方面而言,液晶配向膜的材料通常使用聚醯胺酸或聚醯亞胺。液晶配向膜通常是藉由將聚醯胺酸等聚合物溶解於溶劑中而得的液晶配向劑塗佈於基板上,對該塗佈面進行加熱而形成。
近年來,液晶顯示元件不僅如先前般用於個人電腦等顯
示終端,而且用於例如液晶電視或汽車導航系統(car navigation system)、行動電話、智慧型手機、資訊顯示器(information display)等多種用途。另外,伴隨著此種多用途化,謀求液晶顯示元件的顯示品質的進一步高品質化,為了滿足上述要求而提出了多種液晶配向劑(例如參照專利文獻1或專利文獻2)。
例如,專利文獻1中提出:除了聚醯胺酸或者聚醯亞胺以外,使極少量的選自分子內具有1個羧基的化合物、分子內具有1個羧酸酐基的化合物以及分子內具有1個三級胺基的化合物中的化合物含有於液晶配向劑中,藉此改善所形成的液晶顯示元件的電壓保持率以及殘像特性。另外,專利文獻2中提出:藉由使抗氧化劑以及具有環氧基的化合物與聚醯胺酸或者聚醯亞胺一起含有於液晶配向劑中,不僅改善於光應力、熱、濕氣等嚴酷的環境下進行長時間的連續驅動的情況下的電特性,而且改善二次加工(rework)性。
作為對使用液晶配向劑而形成的高分子薄膜賦予液晶配向能力的方法,近年來,提出有利用光異構化或光二聚化、光分解等的光配向法作為代替摩擦法的技術(例如參照專利文獻3)。該光配向法是藉由對形成於基板上的感放射線性高分子薄膜照射偏光或者非偏光的放射線,來對膜賦予各向異性,藉此控制液晶分子的配向的技術。依據該方法,與現有的摩擦法相比,可抑制步驟內的灰塵或靜電的產生,因此可抑制由灰塵等所引起的顯示不良的產生或良率的下降。另外,亦具有對形成於基板上的
塗膜均勻地賦予液晶配向能力的優點。
[專利文獻1]日本專利特開平8-76128號公報
[專利文獻2]日本專利特開2012-194538號公報
[專利文獻3]日本專利特開2003-307736號公報
近年來,液晶顯示元件的利用範圍擴大,設想於較先前更嚴酷的環境下使用液晶顯示元件。因此,液晶配向膜要求能夠耐受在較先前的液晶配向膜的使用環境更嚴酷的環境下使用(可靠性高)。另外,就製品的良率提高的觀點而言,液晶配向劑要求可於對基板的塗佈範圍中形成均勻且平滑的膜,即勻平性良好。
另外,於藉由紫外線等的照射而產生化學變化的光配向法的情況下,與現有的藉由摩擦處理的液晶配向膜相比較,存在於液晶的配向限制力的方面差的傾向。因此,於利用光配向法來進行配向能力賦予的情況下,存在液晶配向性並不充分,或例如於橫向電場方式的液晶顯示元件中燒印成為問題的情況。
本發明是鑒於上述課題而形成,主要目的為提供一種用於獲得高性能的液晶顯示元件的液晶配向劑。具體而言,目的之一為提供用於獲得可靠性高、且勻平性良好的液晶配向膜的液晶配向劑。另外,其他另一目的為提供用於獲得液晶配向性良好且燒印少的液晶顯示元件的液晶配向劑。
本發明者等人為了達成如上所述的現有技術的課題而進行積極研究,結果發現,可藉由使特定的化合物與聚醯胺酸或聚醯亞胺等聚合物一起含有於液晶配向劑中,來解決上述課題,從而完成本發明。具體而言,藉由本發明來提供以下的液晶配向劑、液晶配向膜以及液晶顯示元件。
本發明的一方面為提供一種液晶配向劑,其含有化合物(B')、及聚合物成分(其中,相當於上述化合物(B')的化合物除外),上述化合物(B')的自40℃起以20℃/分鐘的升溫條件測定而得的120℃下的熱重量減少量為30%以下,且250℃下的熱重量減少量為90%以上。
本發明的一方面為提供如下液晶配向劑,其含有選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯以及聚醯亞胺所組成的組群中的至少一種聚合物(A)、及下述式(b)所表示的化合物(B)。
(式(b)中,X1及Y1分別獨立地為氫原子、羥基、碳數1~6的烷基、碳數1~6的鹵化烷基、胺基、環氧基、環氧甲基、苯基、乙烯基、(甲基)丙烯醯基、巰基或者羧基;R1及R2分別獨
立地為氫原子、氟原子、碳數1~6的烷基、碳數1~6的鹵化烷基或者苯基。m為1~5的整數,n為2~20的整數;其中,於m為2以上的情況下,重複單元中的多個R1及R2分別可相同亦可不同;每個重複單元的R1、R2及m分別可相同亦可不同。)
本發明的另一方面為提供如下液晶配向劑,其包含如下的聚合物來作為上述聚合物成分,上述聚合物為選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯以及聚醯亞胺所組成的組群中的至少一種,上述聚合物於主鏈上具有選自由下述式(ph-1)所表示的結構、可具有取代基的環丁烷環、碳-碳不飽和鍵以及偶氮苯骨架所組成的組群中的至少一種結構。
另外,另一方面為提供一種液晶配向膜的製造方法,其包括:膜形成步驟,將含有化合物(B')、及聚合物成分(其中,相當於化合物(B')的化合物除外)的液晶配向劑塗佈於基板上而形成塗膜,上述化合物(B')的自40℃起以20℃/分鐘的升溫條件測定而得的120℃下的熱重量減少量為30%以下,且250℃下的熱重量減少量為90%以上;以及光照射步驟,對上述塗膜進行光照射而製成液晶配向膜。另外,提供如下液晶配向膜的製造方法,其中上述膜形成步驟包括:預烘烤步驟,對塗佈於上述基板上的液晶配向劑進行預加熱;以及後烘烤步驟,對上述預烘烤後的塗膜進一步加熱;上述光照射步驟是對上述預烘烤步驟後且上述後烘烤步驟前的塗膜進行光照射的步驟。
本發明的其他另一方面為提供使用上述液晶配向劑而
形成的液晶配向膜。另外,其他另一方面為提供包括該液晶配向膜的液晶顯示元件。
藉由使用上述液晶配向劑來形成液晶配向膜,可獲得高性能的液晶顯示元件。具體而言,依據上述液晶配向劑,可形成可靠性高、且勻平性(面內均勻性、平滑性)良好的液晶配向膜。另外,藉由具有使用該液晶配向劑來形成的液晶配向膜,可製成伴隨使用的顯示品質的下降少、可靠性高的液晶顯示元件。
另外,依據上述液晶配向劑,可獲得液晶配向性良好的液晶顯示元件。另外,於用於製造橫向電場方式的液晶顯示元件的情況下,可獲得燒印少的液晶顯示元件。
11‧‧‧電極A
12‧‧‧電極B
圖1是表示經圖案化為梳齒狀的一對電極的電極圖案的圖。
本發明的液晶配向劑含有聚合物成分與特定的化合物(B')。以下,對本發明的液晶配向劑中所含的各成分、以及視需要而任意調配的其他成分進行說明。
上述液晶配向劑中所含的聚合物例如可列舉:將聚醯胺酸、聚醯亞胺、聚醯胺酸酯、聚酯、聚醯胺、聚有機矽氧烷、纖維素衍生物、聚縮醛衍生物、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)丙烯酸酯衍生物等作為主骨架的聚合物。上述聚合物可根據液晶顯示元件的用途等,適當選擇具有選自上述聚合物中的骨架的聚合物的1種以上來使用。此外,(甲基)丙烯酸酯是指包含丙烯酸酯以及甲基丙烯酸酯。
上述液晶配向劑中所含的聚合物較佳為含有選自由上述聚合物中的聚醯胺酸、聚醯胺酸酯以及聚醯亞胺所組成的組群中的至少一種聚合物(A)。
作為聚合物(A)的聚醯胺酸可藉由使四羧酸二酐與二胺進行反應而獲得。
用於合成聚醯胺酸的四羧酸二酐例如可列舉:脂肪族四羧酸二酐、脂環式四羧酸二酐、芳香族四羧酸二酐等。作為該些四羧酸二酐的具體例,脂肪族四羧酸二酐例如可列舉:1,2,3,4-丁烷四羧酸二酐等;脂環式四羧酸二酐例如可列舉: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、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[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)-萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、3-氧雜雙環[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺環-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-羧基甲基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、2,4,6,8-四羧基雙環[3.3.0]辛烷-2:4,6:8-二酐、4,9-二氧雜三環[5.3.1.02,6]十一烷-3,5,8,10-四酮、環己烷四羧酸二酐等;芳香族四羧酸二酐例如可列舉:均苯四甲酸二酐等,除此以外,還可使用日本專利特開2010-97188號公報中記載的四羧酸二酐。此外,上述四羧酸二酐可單獨使用1種或者將2種以上組合使用。
就透明性以及對溶劑的溶解性等觀點而言,較佳為包含脂環式四羧酸二酐作為用於合成的四羧酸二酐。另外,脂環式四羧酸二酐中,較佳為包含選自由2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[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)-萘并[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、以及1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐所組成的組群中的至少一種,更佳為包含選自由2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐以及1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐所組成的組群中的至少一種。
於包含選自由2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐以及1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐所組成的組群中的至少一種作為四羧酸二酐的情況下,相對於用於合成聚醯胺酸的四羧酸二酐的總量,該些化合物的合計的含量較佳為10莫耳%以上,更佳為20莫耳%~100莫耳%,尤佳為50莫耳%~100莫耳%。
用於合成聚醯胺酸的二胺例如可列舉:脂肪族二胺、脂環式二胺、芳香族二胺、二胺基有機矽氧烷等。作為該些二胺的具體例,脂肪族二胺例如可列舉:間二甲苯二胺(m-xylylenediamine)、1,3-丙二胺、四亞甲基二胺、五亞甲基二胺、六亞甲基二胺等;脂環式二胺例如可列舉:1,4-二胺基環己烷、4,4'-亞甲基雙(環己基胺)、1,3-雙(胺基甲基)環己烷等;芳香族二胺例如可列舉:對苯二胺、4,4'-二胺基二苯基甲烷、4,4'-二胺基二苯基硫醚、1,5-二胺基萘、2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯、2,2'-雙(三氟甲基)-4,4'-二胺基聯苯、2,7-二胺基茀、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)茀、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'-(對伸苯基二亞異丙基)雙苯胺、4,4'-(間伸苯基二亞異丙基)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、3,6-二胺基咔唑、N-甲基-3,6-二胺基咔唑、N-乙基-3,6-二胺基咔唑、N-苯基-3,6-二胺基咔唑、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、1-(4-胺基苯基)-2,3-二氫-1,3,3-三甲基-1H-茚-5-胺、1-(4-胺基苯基)-2,3-二氫-1,3,3-三甲基-1H-茚-6-胺、3,5-二胺基苯甲酸、膽甾烷氧基-3,5-二胺基苯(cholestanyloxy-3,5-diaminobenzene)、膽甾烯氧基-3,5-二胺基苯
(cholestenyloxy-3,5-diaminobenzene)、膽甾烷氧基-2,4-二胺基苯(cholestanyloxy-2,4-diaminobenzene)、膽甾烯氧基-2,4-二胺基苯(cholestenyloxy-2,4-diaminobenzene)、3,5-二胺基苯甲酸膽甾烷基酯(cholestanyl 3,5-diaminobenzoate)、3,5-二胺基苯甲酸膽甾烯基酯(cholestenyl 3,5-diaminobenzoate)、3,5-二胺基苯甲酸羊毛甾烷基酯(lanostanyl 3,5-diaminobenzoate)、3,6-雙(4-胺基苯甲醯基氧基)膽甾烷(3,6-bis(4-aminobenzoyloxy)cholestane)、3,6-雙(4-胺基苯氧基)膽甾烷(3,6-bis(4-aminophenoxy)cholestane)、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-胺基苄基胺、3-胺基苄基胺、1,3-二胺基-4-十八烷氧基苯、3-(3,5-二胺基苯甲醯基氧基)膽甾烷、3,6-雙(4-胺基苯甲醯基氧基)膽甾烷、以及下述式(D-1-1)~式(D-1-4)
分別所表示的化合物等;二胺基有機矽氧烷例如可列舉:1,3-雙(3-胺基丙基)-四甲基二矽氧烷等;除此以外,還可使用日本專利特開2010-97188號公報中記載的二胺。此外,該些二胺可單獨使用1種或者將2種以上組合使用。
合成聚醯胺酸時使用的二胺較佳為相對於全部二胺而包含30莫耳%以上的芳香族二胺,更佳為包含50莫耳%以上,尤佳為包含80莫耳%以上。
於對使用本發明的液晶配向劑而形成的塗膜,利用光配向法來賦予液晶配向能力的情況下,較佳為包含聚合物(A-1)作為聚合物(A),上述聚合物(A-1)具有藉由光異構化或光二聚化、光分解等而顯示出光配向性的結構(以下亦稱為「光配向性結構」)。該聚合物(A-1)的較佳具體例可列舉:主鏈上具有例如選自由下述式(ph-1)所表示的結構、可具有取代基的環丁烷環、碳-碳不飽和鍵以及偶氮苯骨架所組成的組群中的至少一種結構作為光配向性結構的聚合物等。
(式(ph-1)中,X3為硫原子、氧原子或者-NH-;「*」分別表示結合鍵;其中,2個「*」中至少一個鍵結於芳香環上。)
與上述式(ph-1)中的「*」鍵結的芳香環例如可列舉:苯環、萘環、蒽環等。該些芳香環中,就液晶配向性以及透明性的觀點而言,較佳為苯環。與上述式(ph-1)中的2個「*」中的另一個「*」鍵結的結構並無特別限定,例如可列舉:鏈狀烴結構、脂肪族環、芳香環、雜環等。該些結構中,就對光的感度的方面而言,較佳為2個「*」的其中一個鍵結於芳香環上,另一個與選自由芳香環、脂肪族環以及雜環所組成的組群中的至少一種鍵結,特佳為2個「*」均鍵結於芳香環上。就對光的感度的方面而言,X3較佳為硫原子,就容易獲取的方面以及可使用的單體的選擇範圍廣的方面而言,較佳為氧原子。
導入至聚合物(A)的主鏈上的環丁烷環可具有取代基,具體而言可由下述式(ph-2)所表示。
(式(ph-2)中,R41、R42、R43及R44分別獨立地為氫原子或者碳數1~4的有機基;「*」分別表示與-CO-的結合鍵。)
上述式(ph-2)的R41、R42、R43及R44中,碳數1~4的有機基例如可列舉:碳數1~4的烷基、烷氧基、烷氧基烷基等。R41、R42、R43及R44相互可相同亦可不同。就液晶配向性的方面而言,R41、R42、R43及R44較佳為全部為氫原子。
於上述聚合物(A-1)為具有上述碳-碳不飽和鍵的聚合物的情況下,較佳為例如將下述式(ph-3-1)~式(ph-3-7)分別所表示的基團以及下述式(ph-3-8)所表示的桂皮酸酯結構中的任意1個以上導入至聚合物(A-1)的主鏈上。
(式中,「*」表示結合鍵。)
(式(ph-3-8)中,R45為取代基,i為0~4的整數;「*」表示結合鍵。)
上述式(ph-3-8)中的R45的取代基例如可列舉:碳數1~10的烷基、鹵素原子(氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等)等。i為0~4的整數,較佳為0~2。
主鏈上具有上述光配向性結構的聚醯胺酸可藉由在四羧酸二酐與二胺的反應中,使用具有上述光配向性結構的四羧酸二酐以及具有上述光配向性結構的二胺的至少任一者來合成。
上述具有光配向性結構的四羧酸二酐較佳為可使用選自由具有上述式(ph-1)所表示的結構的四羧酸二酐、具有可具有取代基的環丁烷環的四羧酸二酐、具有碳-碳不飽和鍵的四羧酸二酐以及具有偶氮苯骨架的四羧酸二酐所組成的組群中的至少一種。
具有上述式(ph-1)所表示的結構的四羧酸二酐例如可列舉下述式(t1)所表示的化合物。
(式(t1)中,X3為硫原子、氧原子或者-NH-;R61及R62分別獨立地為具有1個酸酐基的1價有機基,R61及R62中至少一個
具有芳香環;「-CO-X3-」的至少一個結合鍵鍵結於芳香環上。)
上述式(t1)的R61及R62的1價有機基只要具有酸酐基,則它的其餘結構並無特別限定。酸酐基以外的部分的結構例如可列舉:碳數1~40的烴基,該烴基的氫原子經鹵素原子等所取代的基團,或者於該烴基的碳-碳鍵間包含「-O-」、「-S-」、「-CO-」、「-CO-O-」、「-CO-S-」、「-SO2-」、「-N=N-」、「-NH-」、「-CO-NH-」等的基團等。
此處,本說明書中的「烴基」可為飽和烴基,亦可為不飽和烴基,是指包含鏈狀烴基、脂環式烴基以及芳香族烴基的含義。另外,所謂「鏈狀烴基」,是指主鏈上不包含環狀結構,而是僅由鏈狀結構所構成的直鏈狀烴基以及分支狀烴基。所謂「脂環式烴基」,環結構是指僅包含脂環式烴的結構,而不包含芳香環結構的烴基。其中,不需要僅由脂環式烴的結構所構成,亦包含於其一部分中具有鏈狀結構的烴基。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,不需要僅由芳香環結構所構成,亦可於其一部分中包含鏈狀結構或脂環式烴的結構。
其中,上述式(t1)所表示的化合物較佳為下述式(t1-1)所表示的化合物。
[化8]
(式(t1-1)中,X5為單鍵、*-COO-、*-OCO-、*-COS-、*-SCO-、-O-、*-NHCO-、*-CONH-或者-NH-,X6為*-COO-、*-OCO-、*-COS-或者*-SCO-(其中,「*」表示與R63的結合鍵);R63為碳數1~12的烷烴二基或者該烷烴二基的1個以上氫原子經氟原子取代的基團、1,4-伸苯基或者2,6-伸萘基。)
上述式(t1-1)中的R63的碳數1~12的烷烴二基例如可列舉:亞甲基、伸乙基、丙烷二基、丁烷二基、戊烷二基、己烷二基、庚烷二基、辛烷二基、壬烷二基、癸烷二基、十二烷二基等,該些烷烴二基可為直鏈狀,亦可為分支狀。較佳為直鏈狀。就於和具有上述式(ph-1)所表示的結構的二胺加以組合的情況下可獲得光反應性高的聚合物的方面而言,R63較佳為碳數1~12的烷烴二基,更佳為碳數2~10的直鏈狀烷烴二基。
X5較佳為*-COO-、*-OCO-、*-COS-或者*-SCO-。
上述式(t1)所表示的化合物的具體例例如可列舉下述式(t1-1-1)~式(t1-1-18)分別所表示的化合物等。
[化9]
上述式(t1-1-1)~式(t1-1-18)中,較佳為可使用上述式(t1-1)所表示的化合物,例如較佳為可使用上述式(t1-1-5)、式(t1-1-15)~式(t1-1-17)分別所表示的化合物等。
其中,具有可具有取代基的環丁烷環的四羧酸二酐較佳為可使用1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐。另外,具有偶氮苯骨架的四羧酸二酐例如可列舉上述式(t1-1-13)所表示的化合物等。
具有碳-碳不飽和鍵的四羧酸二酐例如可列舉下述式(t2)所表示的化合物等。
(式(t2)中,A1及A2分別獨立地為3價有機基,Y2為包含碳-碳不飽和鍵的2價有機基。)
上述式(t2)中的A1及A2的3價有機基例如可列舉:自碳數6~20的芳香環中去除3個氫原子而得的基團、碳數1~20
的3價鏈狀烴基或者碳數5~20的3價脂環式烴基等。A1及A2可在與Y2的鍵間包含氧基或者羰基。該些基團中,就光反應性以及電氣特性的方面而言,較佳為具有芳香環,更佳為具有苯環。
Y2所具有的碳-碳不飽和鍵可為僅包含碳-碳雙鍵的形態、僅包含碳-碳三鍵的形態、以及包含碳-碳雙鍵與碳-碳三鍵的形態的任一種。碳-碳不飽和鍵的數量分別就光反應性、光穩定性以及著色性的方面而言,碳-碳雙鍵較佳為1個或2個,更佳為1個。另外,碳-碳三鍵較佳為1個~3個,更佳為2個或3個。Y2的較佳具體例例如可列舉上述式(ph-3-1)~式(ph-3-7)分別所表示的基團等。
具有上述碳-碳不飽和鍵的四羧酸二酐的具體例例如可列舉下述式(t2-1)~式(t2-5)分別所表示的化合物等。
合成上述具有光配向性結構的聚合物(A-1)時,可僅使用上述具有光配向性結構的四羧酸二酐,亦可將該化合物以外
的其他四羧酸二酐併用。其他的四羧酸二酐的具體例例如可列舉:2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[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)-萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、3-氧雜雙環[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺環-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-羧基甲基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、2,4,6,8-四羧基雙環[3.3.0]辛烷-2:4,6:8-二酐、2,3,5,6-四羧基雙環[2.2.1]庚烷-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、均苯四甲酸二酐、4,4'-(六氟亞異丙基)二鄰苯二甲酸酐等。
上述具有光配向性結構的二胺較佳為可使用選自由具有上述式(ph-1)所表示的結構的二胺、具有碳-碳不飽和鍵的二胺以及具有偶氮苯骨架的二胺所組成的組群中的至少一種。
具有上述式(ph-1)所表示的結構的二胺例如可列舉下述式(d1)所表示的化合物。
(式(d1)中,X3為硫原子或者氧原子;R64及R65分別獨立
地為2價有機基,R64及R65中至少一個具有芳香環;「-CO-X3-」中的至少一個結合鍵鍵結於芳香環上。)
上述式(d1)中的R64及R65的2價有機基例如可列舉:碳數1~30的烴基、該烴基的氫原子經鹵素原子等所取代的基團、於該烴基的碳-碳鍵間包含「-O-」、「-S-」、「-CO-」、「-CO-O-」、「-CO-S-」、「-N=N-」等的基團、具有雜環的基團等。
上述式(d1)所表示的化合物的較佳具體例例如可列舉下述式(d1-1)所表示的化合物等。
(式(d1-1)中,Ar1、Ar2及Ar3分別獨立地為1,4-伸苯基、2,6-伸萘基、2,5-伸吡啶基、2,4-伸吡啶基或者3,5-伸吡啶基;X7為*-COO-、*-OCO-、*-COS-、*-SCO-、*-NHCO-或者*-CONH-(其中,「*」表示與Ar1的結合鍵);X8為*-COO-、*-OCO-、*-COS-、*-SCO-、-O-CnH2n-O-(n為1~6的整數)、*-CH2-S-、*-S-CH2-、*-NHCO-或者*-CONH-(其中,「*」表示與Ar2的結合鍵);p1為0~2的整數。)
其中,上述式(d1-1)中的Ar1、Ar2及Ar3較佳為1,4-伸苯基。
具體而言,具有上述式(ph-1)所表示的結構的二胺例如可
列舉:4-胺基苯基-4'-胺基苯甲酸酯(下述式(d-1-1)所表示的化合物)、3,3'-二甲基-4-胺基苯基-4'-胺基苯甲酸酯、3,3',5,5'-四甲基-4-胺基苯基-4'-胺基苯甲酸酯、3-甲基-4-胺基苯基-4'-胺基苯甲酸酯、下述式(d-1-2)~式(d-1-23)分別所表示的化合物等。此外,特定二胺可將該些二胺中的1種單獨使用或者將2種以上組合使用。
[化16]
上述中,就對光的感度高的方面而言,較佳為具有「-芳香環-CO-X3-芳香環-」的結構的二胺,具體而言較佳為使用上述式(d-1-1)、式(d-1-3)~式(d-1-13)、式(d-1-15)~式(d-1-20)、式(d-1-23)分別所表示的化合物。其中,較佳為使用相當於上述式(d1-1)所表示的化合物的二胺,例如較佳為使用上述式(d-1-1)、式(d-1-5)~式(d-1-11)、式(d-1-20)、式(d-1-23)分別所表示的化合物。
具有碳-碳不飽和鍵的二胺例如可列舉下述式(d2)所表示的化合物等。
[化18]H2N-A3-Y3-A4-NH2 (d2)
(式(d2)中,A3及A4分別獨立地為2價有機基,Y3為包含碳-碳不飽和鍵的2價有機基。)
上述式(d2)中的A3及A4的2價有機基例如可列舉:碳數6~20的芳香族烴基、碳數1~20的鏈狀烴基以及碳數5~20的脂環式烴基等。A3及A4可在與Y3的鍵間包含氧基或者羰基。該些基團中,就光反應性、液晶配向性以及電氣特性的方面而言,A3及A4較佳為芳香族烴基,更佳為具有苯環。
對於Y3可應用上述式(t2)的Y2的說明。
具有碳-碳不飽和鍵的二胺的具體例例如可列舉:上述式(d-1-17)以及式(d-1-18)分別所表示的化合物、下述式(d-2-1)~式(d-2-5)分別所表示的化合物、上述式(d-1-2)~式(d-1-4)所表示的化合物、下述式(d-2-6)~式(d-2-8)分別所表示的化合物等。
[化19]
具有偶氮苯骨架的二胺的較佳具體例例如可列舉:上述式(d-1-15)以及式(d-1-16)分別所表示的化合物、下述式(d-3-1)~式(d-3-7)分別所表示的化合物等。
合成上述具有光配向性結構的聚合物(A-1)時,可僅使用上述具有光配向性結構的二胺,亦可將該二胺以外的其他二胺併用。該其他二胺的具體例可列舉:於不進行配向能力賦予處
理的情況等的聚醯胺酸合成的說明中所例示的二胺、或下述式(d-4-1)~式(d-4-4)分別所表示的含氮原子的二胺等。
就藉由光照射而表現出充分的液晶配向性的方面而言,相對於用於合成聚醯胺酸的單體的總量,上述具有光配向性結構的四羧酸二酐以及上述具有光配向性結構的二胺的合計的使用比例較佳為設為30莫耳%~100莫耳%,更佳為設為50莫耳%~100莫耳%。
此外,於聚合物(A-1)具有多種上述光配向性結構的情況下,多種光配向性結構可全部含有於單一種的聚合物中,亦可作為具有多種光配向性結構中的一部分的聚合物與具有其餘一部分的聚合物的混合物來使用。另外,作為聚合物(A-1),可將3種以上的聚醯胺酸混合使用,亦可將具有相同的光配向性結構的2種以上的聚醯胺酸混合使用。
合成聚醯胺酸時,亦可將適當的分子量調節劑與如上所述的四羧酸二酐以及二胺一起使用來合成末端修飾型的聚合物。藉由
製成該末端修飾型的聚合物,可不損及本發明的效果,而進一步改善液晶配向劑的塗佈性(印刷性)。
分子量調節劑例如可列舉:酸單酐、單胺化合物、單異氰酸酯化合物等。作為該些化合物的具體例,酸單酐例如可列舉:順丁烯二酸酐、鄰苯二甲酸酐、衣康酸酐、正癸基丁二酸酐、正十二烷基丁二酸酐、正十四烷基丁二酸酐、正十六烷基丁二酸酐等;單胺化合物例如可列舉:苯胺、環己基胺、正丁基胺、正戊基胺、正己基胺、正庚基胺、正辛基胺、正十二烷基胺、正十八烷基胺等;單異氰酸酯化合物例如可列舉:異氰酸苯基酯、異氰酸萘基酯等。
相對於所使用的四羧酸二酐以及二胺的合計100重量份,分子量調節劑的使用比例較佳為20重量份以下,更佳為10重量份以下。
相對於二胺的胺基1當量,提供給本發明的聚醯胺酸的合成反應的四羧酸二酐與二胺的使用比例較佳為四羧酸二酐的酸酐基成為0.2當量~2當量的比例,更佳為成為0.3當量~1.2當量的比例。另外,聚醯胺酸的合成反應較佳為於有機溶劑中進行。此時的反應溫度較佳為-20℃~150℃,更佳為0℃~100℃。另外,反應時間較佳為0.1小時~24小時,更佳為0.5小時~12小時。
此處,用於反應的有機溶劑例如可列舉:非質子性極性溶劑、酚系溶劑、醇、酮、酯、醚、鹵化烴、烴等。
作為該些有機溶劑的具體例,非質子性極性溶劑例如可列舉:N-甲基-2-吡咯啶酮、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮(1,3-dimethyl-2-imidazolidinone)、N-乙基-2-吡咯啶酮、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、六甲基磷醯三胺等;酚系溶劑例如可列舉:間甲酚、二甲酚、鹵化苯酚等;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;酮例如可列舉:丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等;酯例如可列舉:乳酸乙酯、乳酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲基甲氧基丙酸酯、乙基乙氧基丙酸酯、乙二酸二乙酯、丙二酸二乙酯、丙酸異戊酯、異丁酸異戊酯等;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、四氫呋喃、二異戊醚等;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;烴例如可列舉:己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯、二甲苯等。
該些有機溶劑中,較佳為使用:選自由非質子性極性溶劑以及酚系溶劑所組成的組群中(第一組群的有機溶劑)中的一
種以上;或者選自第一組群的有機溶劑中的一種以上與選自由醇、酮、酯、醚、鹵化烴以及烴所組成的組群中(第二組群的有機溶劑)的一種以上的混合物。於後一種情況下,相對於第一組群的有機溶劑與第二組群的有機溶劑的合計量,第二組群的有機溶劑的使用比例較佳為50重量%以下,更佳為40重量%以下,尤佳為30重量%以下。
有機溶劑的使用量(a)較佳為相對於反應溶液的總量(a+b),四羧酸二酐以及二胺的合計量(b)成為0.1重量%~50重量%的量。
如上所述,獲得將聚醯胺酸溶解而成的反應溶液。該反應溶液可直接提供給液晶配向劑的製備,亦可將反應溶液中所含的聚醯胺酸離析後再提供給液晶配向劑的製備,或者可將所離析的聚醯胺酸純化後再提供給液晶配向劑的製備。於將聚醯胺酸脫水閉環而製成聚醯亞胺的情況下,可將上述反應溶液直接提供給脫水閉環反應,亦可將反應溶液中所含的聚醯胺酸離析後再提供給脫水閉環反應,或者可將所離析的聚醯胺酸純化後再提供給脫水閉環反應。聚醯胺酸的離析以及純化可依據公知的方法來進行。
作為本發明的聚合物(A)的聚醯胺酸酯例如可利用以下方法來獲得:[I]藉由使用含羥基的化合物等,將利用上述合成反應而獲得的聚醯胺酸進行酯化來合成;[II]使四羧酸二酯與二胺反應的方法;以及[III]使四羧酸二酯二氯化物與二胺反應的方法等。
此處,方法[I]中所使用的含羥基的化合物例如可列舉:甲醇、乙醇、丙醇等醇類;苯酚、甲酚等酚類等。另外,鹵化物例如可列舉:溴甲烷、溴乙烷、溴代十八烷、氯甲烷、氯代十八烷、1,1,1-三氟-2-碘乙烷等,含環氧基的化合物例如可列舉:環氧丙烷等。
方法[II]中所使用的四羧酸二酯例如可藉由使用上述醇類,將上述聚醯胺酸的合成中例示的四羧酸二酐開環而獲得。方法[II]的反應較佳為於適當的脫水觸媒的存在下進行。脫水觸媒例如可列舉:4-(4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪-2-基)-4-甲基嗎啉鎓鹵化物、羰基咪唑、磷系縮合劑等。方法[III]中所使用的四羧酸二酯二鹵化物例如可藉由使以如上所述的方式獲得的四羧酸二酯與亞硫醯氯等適當的氯化劑進行反應而獲得。
方法[II]以及方法[III]中所使用的二胺可列舉聚醯胺酸的合成中所例示的二胺。此外,聚醯胺酸酯可僅具有醯胺酸酯結構,亦可為醯胺酸結構與醯胺酸酯結構併存的部分酯化物。
作為本發明的液晶配向劑中所含有的聚合物(A)的聚醯亞胺可藉由將以上述方式合成的聚醯胺酸進行脫水閉環,加以醯亞胺化而獲得。
上述聚醯亞胺可為將作為其前驅物的聚醯胺酸所具有的醯胺酸結構全部進行脫水閉環而得的完全醯亞胺化物,亦可為僅將醯胺酸結構的一部分脫水閉環而使醯胺酸結構與醯亞胺環結
構併存的部分醯亞胺化物。本發明的聚醯亞胺較佳為其醯亞胺化率為30%以上,更佳為40%~99%,尤佳為50%~99%。該醯亞胺化率是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,將醯亞胺環結構的數量所佔的比例以百分率表示。此處,醯亞胺環的一部分可為異醯亞胺環。
聚醯胺酸的脫水閉環較佳為利用以下方法來進行:對聚醯胺酸進行加熱的方法;或者將聚醯胺酸溶解於有機溶劑中,於該溶液中添加脫水劑以及脫水閉環觸媒,視需要進行加熱的方法。其中,較佳為利用後一種方法。
於聚醯胺酸的溶液中添加脫水劑以及脫水閉環觸媒而進行醯亞胺化的方法中,脫水劑例如可使用:乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。相對於聚醯胺酸的醯胺酸結構的1莫耳,脫水劑的使用量較佳為設為0.01莫耳~20莫耳。脫水閉環觸媒例如可使用:吡啶、三甲吡啶、二甲吡啶、三乙胺等三級胺。相對於所使用的脫水劑1莫耳,脫水閉環觸媒的使用量較佳為設為0.01莫耳~10莫耳。脫水閉環反應中使用的有機溶劑可列舉作為聚醯胺酸的合成中使用的溶劑而例示的有機溶劑。脫水閉環反應的反應溫度較佳為0℃~180℃,更佳為10℃~150℃。反應時間較佳為1.0小時~120小時,更佳為2.0小時~30小時。
以上述方式獲得含有聚醯亞胺的反應溶液。該反應溶液可直接提供給液晶配向劑的製備,亦可自反應溶液中去除脫水劑以及脫水閉環觸媒後再提供給液晶配向劑的製備,還可將聚醯亞
胺離析後再提供給液晶配向劑的製備,或者可將所離析的聚醯亞胺純化後再提供給液晶配向劑的製備。該些純化操作可依據公知的方法來進行。
以上述方式獲得的聚醯胺酸、聚醯胺酸酯以及聚醯亞胺較佳為當將其製成濃度10重量%的溶液時,具有10mPa.s~800mPa.s的溶液黏度者,更佳為具有15mPa.s~500mPa.s的溶液黏度者。此外,上述聚合物的溶液黏度(mPa.s)是對使用該聚合物的良溶劑(例如γ-丁內酯、N-甲基-2-吡咯啶酮等)來製備的濃度10重量%的聚合物溶液,利用E型旋轉黏度計於25℃下測定而得的值。另外,關於本發明的液晶配向劑中所含的聚醯胺酸、聚醯胺酸酯以及聚醯亞胺,利用凝膠滲透層析法(gel permeation chromatography,GPC)來測定的聚苯乙烯換算的重量平均分子量(Mw)較佳為500~100,000,更佳為1,000~50,000。
本發明的液晶配向劑除了含有上述聚合物(A)以外,還含有化合物(B'),該化合物(B')的自40℃起以20℃/分鐘的升溫條件測定而得的120℃下的熱重量減少量為30%以下,且250℃下的熱重量減少量為90%以上。
上述化合物(B')只要是於上述升溫條件下測定而得的熱重量減少量的範圍在上述範圍內的化合物即可。上述化合物(B')的具體例例如可列舉具有下述式(c1)所表示的重複單元的化合物、下述式(c2-1)~式(c2-6)分別所表示的化合物等。
(式(c1)中,R1及R2分別獨立地為氫原子、氟原子、碳數1~6的烷基、碳數1~6的鹵化烷基或者苯基;X4為氧原子、羰基、碳酸酯基、羰基氧基、-CH=N-、或者-CR13(OH)-(其中,R13為氫原子或者碳數1~6的烷基);r1為1~6的整數;其中,於r1為2以上的情況下,重複單元中的多個R1、R2可相同亦可不同;R1、R2及r1可於所有重複單元中相同,亦可於重複單元間不同。)
(式(c2-1)中,R51為碳數1~12的烷基;R52及R53分別獨立地為碳數1~12的烷基,或者相互鍵結而與R52及R53所鍵結的碳原子一起形成2價脂環式烴基;s為1~4的整數;R54於s為1、3或4的情況下為s價有機基,於s=2的情況下為單鍵或者s價有機基。)
[化24]
(式(c2-2)中,R55及R56分別獨立地為碳數1~12的烷基,或者相互鍵結而與R55及R56所鍵結的碳原子一起形成1價環狀醚基;t為1~4的整數;R57於t為1、3或4的情況下為t價有機基,於t=2的情況下為單鍵或者t價有機基。)
(式(c2-3)中,R33及R34分別獨立地為碳數1~6的烷基,X31及X32分別獨立地為單鍵、-O-、-COO-或者-CO-;X33及X34分別獨立地為鹵素原子;k1、k2、k3及k4分別獨立地為0~5的整數,滿足k1+k3≦5及k2+k4≦5。)
(式(c2-4)中,R35及R36分別獨立地為碳數1~18的烷基,X35及X36分別獨立地為單鍵、-O-、-COO-或者-CO-。)
(式(c2-5)中,R71為碳數3~5的1價鏈狀烴基或者於該鏈狀烴基中的碳-碳鍵間包含「-O-」的1價基。)
(式(c2-6)中,R72及R73分別獨立地為氫原子、碳數1~6的1價鏈狀烴基、或者於該鏈狀烴基的碳-碳鍵間包含「-O-」的1價基,R72與R73可相互鍵結而形成環結構;R74為碳數1~6的烷基。)
關於上述式(c1)的R1及R2,碳數1~6的烷基例如可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、第二丙基、正丁基、異丁基、第
二丁基、第三丁基、正戊基、正己基等。另外,碳數1~6的鹵化烷基例如可列舉碳數1~6的烷基中的至少1個氫原子經氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等鹵素原子所取代的基團,具體而言,例如可列舉:單氟甲基、全氟甲基、單氯甲基、單溴甲基、單氟乙基、二氟乙基、全氟乙基等。
R1及R2較佳為氫原子、氟原子或者碳數1~6的烷基,較佳為氫原子或者碳數1~6的烷基,更佳為氫原子或者甲基。
X4為氧原子(-O-)、羰基(-CO-)、碳酸酯基(-O-CO-O-)、羰基氧基(-CO-O-)、-CH=N-、或者-CR13(OH)-。該些基團中,就熱分解溫度低的方面而言,較佳為氧原子、羰基氧基或者-CR13(OH)-,更佳為氧原子。
上述化合物中,具有上述式(c1)所表示的重複單元的化合物較佳為使用選自由以下化合物所組成的組群中的至少一種:聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇與聚丙二醇的嵌段共聚物;具有下述式(c1-1)所表示的重複單元的化合物以及具有下述式(c1-2)所表示的重複單元的化合物。
具有上述式(c1)所表示的重複單元的化合物中,其重
複單元數較佳為2~1,000。更佳的數值範圍可根據液晶配向劑的用途或所需的效果來適當設定。例如,於製成光配向用的液晶配向劑的情況下,重複單元數較佳為5~1,000,更佳為5~500,尤佳為5~300。
具有上述式(c1)所表示的重複單元的化合物可使用合成的化合物,亦可作為市售品而獲取。作為市售品的具體例,聚醚例如可例示:PEG600(和光純藥工業(股)製造)、Epiol E-400、Epiol E-1000(以上由日油(股)製造)、SR-8EG、SR-TPG、SR-4PG(以上由阪本藥品工業(股)製造)、Blaunon PEG-400、Blaunon 600、Blaunon P-172、Blaunon P-101M(以上由青木油脂工業(股)製造)等;聚乙烯基醇例如可例示:K-05、K-17E、K-17C、K-24E、H-12、H-17、H-24、B-05、B-17(以上由電氣化學工業(股)製造)、和光純藥工業(股)製造的聚乙烯基醇(聚合度約500)等。
上述化合物(B')為具有上述式(c1)所表示的重複單元的化合物的情況可列舉下述式(b)所表示的化合物(B)。
(式(b)中,X1及Y1分別獨立地為氫原子、羥基、碳數1
~6的烷基、碳數1~6的鹵化烷基、胺基、環氧基、環氧甲基(-CH2-C2H3O)、苯基、乙烯基、(甲基)丙烯醯基、巰基或者羧基;m為1~5的整數,n為2~20的整數;R1及R2與上述式(c1)含義相同;其中,於m為2以上的情況下,重複單元中的多個R1、R2可相同亦可不同;R1、R2及m可於所有重複單元中相同,亦可於重複單元間不同。)
關於上述式(b)的X1、Y1、R1及R2,碳數1~6的烷基以及碳數1~6的鹵化烷基可使用上述式(c1)的R1及R2的說明。X1及Y1中的(甲基)丙烯醯基為包含丙烯醯基以及甲基丙烯醯基的含義。
其中,X1及Y1較佳為氫原子、羥基、碳數1~3的烷基或者胺基(-NH2)。此外,化合物(B)的1分子中,X1與Y1可相同亦可不同。另外,R1及R2較佳為氫原子、氟原子或者碳數1~3的烷基,更佳為氫原子。
m為1~5的整數,較佳為2~4,更佳為2或3。
n為2~20的整數,較佳為3~20。另外,尤其就於在例如小於200℃的低溫下進行膜形成時的加熱的情況下,亦獲得可靠性高的液晶配向膜的方面而言,n更佳為4以上,尤佳為4~6。另外,就所形成的塗膜的勻平性方面而言,n更佳為6以上,尤佳為6~12。於設為n=6的情況下,就可兼顧藉由低溫加熱時的膜的可靠性與塗膜的勻平性的方面而言較佳。
此處,若於液晶配向膜的形成時必須進行高溫下的熱處
理,則存在產生以下不良情況的顧慮:於例如塑膠基板中的應用受到限制,或於彩色液晶顯示元件的情況下,彩色濾光片中所含的染料由於熱而變色等。另一方面,若降低加熱溫度,則存在電壓保持率下降的傾向。就該方面而言,藉由將化合物(B)的重複單元數(n)設為4以上,即便於比較低的溫度下進行膜形成時的加熱,亦可確保膜的可靠性,故而較佳。另外,若可實現藉由低溫的塗膜形成,則可減少製造製程中的總熱量,就CO2排出量的削減或成本減少的觀點而言亦較佳。
具體而言,上述式(b)所表示的化合物例如可列舉:聚乙二醇(m=2、X1=H、Y1=OH)、聚丙二醇(m=3、X1=H、Y1=OH)、聚烯烴二醇烷基醚(X1=OH、Y1=CrHr+1(其中,r為1~6的整數))、聚醚胺(X1=Y1=NH2)、酯系二醇醚(X1=(甲基)丙烯醯基)、芳香族系二醇醚(X1=苯基)、聚縮水甘油基醚(X1=環氧基或者環氧甲基)、聚乙烯基醚(X1=乙烯基)等。
作為該些化合物的具體例,聚乙二醇例如可列舉:二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、五乙二醇、六乙二醇、七乙二醇、八乙二醇、十二乙二醇、十四乙二醇等;聚丙二醇例如可列舉:二丙二醇、三丙二醇、四丙二醇、五丙二醇、六丙二醇、七丙二醇、八丙二醇、十二丙二醇、十四丙二醇等;聚烯烴二醇烷基醚例如可列舉:二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二丙二醇單甲醚、三乙二醇單甲醚、四乙二醇單甲醚、
六乙二醇單甲醚、六乙二醇單乙醚、七乙二醇單甲醚、七乙二醇單乙醚、八乙二醇單甲醚、八乙二醇單乙醚等;聚醚胺例如可列舉:三乙二醇二胺、四乙二醇二胺、二乙二醇雙(3-胺基丙基)醚等;酯系二醇醚例如可列舉:二乙二醇單甲醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、二乙二醇單丁醚乙酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯等;芳香族系二醇醚例如可列舉:二乙二醇單苯基醚、三乙二醇單苯基醚、二丙二醇單苯基醚、三丙二醇單苯基醚等;聚縮水甘油基醚例如可列舉:二乙二醇二縮水甘油基醚、三乙二醇二縮水甘油基醚、四乙二醇二縮水甘油基醚等;聚乙烯基醚例如可列舉:二乙二醇單乙烯基醚、二乙二醇二乙烯基醚、三乙二醇單乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚、四乙二醇二乙烯基醚等。此外,上述化合物(B)可將上述化合物單獨使用1種,或者將2種以上組合使用。
上述化合物中,上述化合物(B)較佳為選自由聚乙二醇、聚丙二醇、聚烯烴二醇烷基醚以及聚醚胺所組成的組群中的至少一種,該些化合物中特佳為重複數(n)為3以上的化合物。另外,若就降低膜形成時的加熱溫度的方面而言,則較佳為選自由聚乙二醇、聚丙二醇、聚烯烴二醇烷基醚以及聚醚胺所組成的組群中的至少一種中,重複數(n)為4以上的化合物,若就提高塗膜的勻平性的方面而言,則較佳為選自由聚乙二醇、聚丙二醇、
聚烯烴二醇烷基醚以及聚醚胺所組成的組群中的至少一種中,重複數(n)為6以上的化合物。具體而言,就降低膜形成時的加熱溫度的方面而言,較佳為選自由四乙二醇、六乙二醇、十二乙二醇、六乙二醇單乙醚、八丙二醇以及四乙二醇二胺所組成的組群中的至少一種,更佳為選自由四乙二醇、六乙二醇以及四乙二醇二胺所組成的組群中的至少一種。另外,就提高塗膜的勻平性的方面而言,較佳為選自由六乙二醇、十二乙二醇、六乙二醇單乙醚、八丙二醇以及四乙二醇二胺所組成的組群中的至少一種。
上述式(c2-1)的R51、R52及R53中的碳數1~12的烷基可為直鏈狀,亦可為分支狀,但較佳為直鏈狀。碳數較佳為1~6,更佳為1~3。
R52及R53可與R52及R53所鍵結的碳原子一起形成2價脂環式烴基。該2價脂環式烴基例如可列舉:自環戊烷環、環己烷環、環庚烷環等中去除了2個氫原子的基團等。
R54中的有機基例如可列舉:氧原子、羰基、羰基氧基、碳酸酯基、碳數1~12的烴基、該烴基中的至少1個亞甲基經氧原子、羰基、羰基氧基等所取代而成的基團等。於R54為碳數1~12的烴基的情況下,該烴基較佳為鏈狀烴基或者脂環式烴基。
s為1~4的整數,較佳為2。此外,於s=2且R54為單鍵的情況下,成為2個羰基氧基的碳原子彼此鍵結的結構。
上述式(c2-1)所表示的化合物的較佳具體例例如可列舉下述
式(c2-1-1)~式(c2-1-14)分別所表示的化合物等。
(式中,R58及R60分別獨立地為碳數1~12的烷基。)
上述化合物中,上述式(c2-1)所表示的化合物較佳為可使用式(c2-1-2)、式(c2-1-3)、式(c2-1-9)、式(c2-1-10)、式(c2-1-12)、式(c2-1-13)分別所表示的化合物。
關於上述式(c2-2)的R55及R56的烷基,可應用上述式(c2-1)的R52及R53的說明。與R55及R56所鍵結的碳原子一起形成的1價環狀醚基例如可列舉自氧雜環丁烷(oxetane)、四氫呋喃、四氫
吡喃等中去除了1個氫原子的基團等。
R57中的有機基可應用上述式(c2-1)的R54的說明。t為1~4的整數,較佳為1或2。
上述式(c2-2)所表示的化合物的較佳具體例例如可列舉下述式(c2-2-1)~式(c2-2-6)分別所表示的化合物等。
上述化合物中,上述式(c2-2)所表示的化合物較佳為使用式(c2-2-4)、式(c2-2-5)、式(c2-2-6)分別所表示的化合物,特佳為可使用該些式中的R58及R59為正丁基的化合物。
上述式(c2-3)的R33及R34的碳數1~6的烷基可為直鏈狀,亦可為分支狀,但較佳為分支狀。k1+k2較佳為1以上。
上述式(c2-3)所表示的化合物的具體例例如可列舉下述式(c2-3-1)~式(c2-3-5)分別所表示的化合物等。另外,上述式(c2-4)所表示的化合物的具體例例如可列舉下述式(c2-4-1)所表示的化合物等。
(式(c2-4-1)中,R61及R62分別獨立地為碳數1~18的烷基。)
上述式(c2-5)中的R71的碳數3~5的1價鏈狀烴基例如可列舉:碳數3~5的烷基、烯基、炔基等。另外,於該鏈狀烴基中的碳-碳鍵間包含「-O-」的1價基例如可列舉碳數3~5的烷氧基烷基等。
作為該些基團的具體例,碳數3~5的烷基例如可列舉:丙基、丁基、戊基等;碳數3~5的烯基例如可列舉:1-丙烯基、2-丙烯基、3-丁烯基等;碳數3~5的炔基例如可列舉:2-丙炔基、2-丁炔基等;碳數3~5的烷氧基烷基例如可列舉:甲氧基乙基、甲氧基丙基、甲氧基丁基、乙氧基甲基、乙氧基乙基等;該些基團可為直鏈狀,亦可為分支狀。上述基團中,R71較佳為碳數3~5的
烷基或者烷氧基烷基。
上述式(c2-5)所表示的化合物的具體例例如可列舉:N-(正丙基)-2-吡咯啶酮、N-(正丁基)-2-吡咯啶酮、N-(第三丁基)-2-吡咯啶酮、N-(正戊基)-2-吡咯啶酮、N-甲氧基丙基-2-吡咯啶酮、N-乙氧基乙基-2-吡咯啶酮、N-甲氧基丁基-2-吡咯啶酮等。該些化合物中,特佳為可使用N-(正戊基)-2-吡咯啶酮、N-(第三丁基)-2-吡咯啶酮、N-甲氧基丙基-2-吡咯啶酮。此外,上述式(c2-5)所表示的化合物可將該些例示的化合物單獨使用1種或者將2種以上組合使用。
關於上述式(c2-6)所表示的化合物,R72及R73的碳數1~6的1價鏈狀烴基例如可列舉:碳數1~6的烷基、碳數2~6的烯基、碳數2~6的炔基等。另外,於該鏈狀烴基中的碳-碳鍵間包含「-O-」的1價基例如可列舉碳數2~6的烷氧基烷基等。
藉由R72與R73相互鍵結,可與R72及R73所鍵結的氮原子一起形成環。R72、R73相互鍵結而形成的環例如可列舉:吡咯啶環、哌啶環等,該些環上亦可鍵結甲基等1價鏈狀烴基。
R72及R73較佳為氫原子或者碳數1~6的烷基,更佳為氫原子或者碳數1~3的烷基,尤佳為氫原子或者甲基。
上述式(c2-6)所表示的化合物的具體例例如可列舉:3-丁氧基-N,N-二甲基丙醯胺(3-butoxy-N,N-dimethyl propanamide)、3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺、3-己氧基-N,N-二甲基丙醯胺、異丙氧
基-N-異丙基-丙醯胺(isopropoxy-N-isopropyl-propionamide)、正丁氧基-N-異丙基-丙醯胺等。此外,上述式(c2-6)所表示的化合物可單獨使用1種或者將2種以上組合使用。
上述化合物(B')可將上述中的1種單獨使用或者將2種以上組合使用。上述化合物(B')較佳為選自由具有上述式(c1)所表示的重複單元的化合物以及上述式(c2-1)~式(c2-4)分別所表示的化合物所組成的組群中的至少一種,更佳為選自由具有上述式(c1)所表示的重複單元的化合物、上述式(c2-1)所表示的化合物以及上述式(c2-2)所表示的化合物所組成的組群中的至少一種。
當將液晶配向劑中所含的聚合物成分(其中,於化合物(B')為聚合物的情況,化合物(B')除外)的整體量設為100重量份時,上述化合物(B')的調配比例較佳為設為0.1重量份~50重量份。藉由設為0.1重量份以上,可適宜獲得藉由化合物(B')的添加而帶來的效果,藉由設為50重量份以下,可減小對液晶配向膜的各種性能造成的影響。更佳為0.5重量份~30重量份,尤佳為1重量份~20重量份,特佳為1重量份~5重量份。
於使用上述化合物(B)作為上述化合物(B')的情況下,相對於液晶配向劑中所含有的聚合物的合計100重量份,上述化合物(B)的調配比例較佳為0.1重量份~50重量份。藉由將化合物(B)的調配比例設為該範圍內,可適宜獲得能夠形成勻平性良好且可靠性高的液晶配向膜的效果。更佳為0.5重量份~30
重量份,尤佳為1重量份~20重量份。
此外,可藉由使用包含上述化合物(B)的液晶配向劑來獲得可靠性高且勻平性良好的液晶配向膜的原因並不明確,但認為其原因之一為:藉由液晶配向劑中所含的化合物(B)作為塑化劑來發揮作用,聚合物(A)變得容易活動。因此推測:例如可於對基板的塗佈後的烘烤時進行醯胺酸結構的脫水閉環反應,可製成更醯亞胺化的塗膜,結果可發揮上述效果。另外,關於光配向用的液晶配向劑亦不明確,但推測:由於聚合物(A)變得容易活動,故而經光配向的部位的周圍的聚合物成分追隨,藉此配向膜的各向異性增幅,其結果為,可改善液晶顯示元件的液晶配向性或殘像特性。
本發明的液晶配向劑視需要可含有其他成分。該其他成分例如可列舉分子內具有至少一個環氧基的化合物(以下稱為「含環氧基的化合物」)、官能性矽烷化合物等。
含環氧基的化合物可為了提高液晶配向膜的與基板表面的黏接性或電氣特性而使用。此種含環氧基的化合物例如可列舉以下化合物作為較佳者:乙二醇二縮水甘油基醚、聚乙二醇二縮水甘油基醚、丙二醇二縮水甘油基醚、三丙二醇二縮水甘油基醚、聚丙二醇二縮水甘油基醚、新戊二醇二縮水甘油基醚、1,6-己二醇二縮水甘油基醚、甘油二縮水甘油基醚、三羥甲基丙烷三縮水甘油
基醚、2,2-二溴新戊二醇二縮水甘油基醚、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-苄基胺、N,N-二縮水甘油基-胺基甲基環己烷、N,N-二縮水甘油基-環己基胺等。除此以外,含環氧基的化合物的例子亦可使用國際公開第2009/096598號記載的含環氧基的聚有機矽氧烷。
於將該些環氧化合物添加於液晶配向劑中的情況下,相對於液晶配向劑中所含的聚合物的合計100重量份,該些環氧化合物的調配比例較佳為40重量份以下,更佳為0.1重量份~30重量份。
上述官能性矽烷化合物可出於提高液晶配向劑的印刷性的目的而使用。此種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-三乙氧基矽烷基丙基三伸乙基三胺、10-三甲氧基矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、9-三甲氧基矽烷基-3,6-二氮雜壬基乙酸酯、9-三甲氧基矽烷基-3,6-二氮雜壬酸甲酯、N-苄基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、縮水甘油氧基甲基三甲氧基矽烷、2-縮水甘油氧基乙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷等。
於將該些官能性矽烷化合物添加於液晶配向劑中的情況下,相對於液晶配向劑中所含的聚合物的合計100重量份,該些官能性矽烷化合物的調配比例較佳為2重量份以下,更佳為0.02重量份~0.2重量份。
此外,除了上述化合物以外,其他成分可使用分子內具有至少一個氧雜環丁基的化合物或抗氧化劑、光增感劑等。
本發明的液晶配向劑是將上述聚合物成分以及化合物(B')、以及視需要而任意調配的其他成分較佳為溶解於有機溶劑中來構成。
此處,用於製備本發明的液晶配向劑的溶劑例如可列舉:N-甲基-2-吡咯啶酮、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、乙酸丁酯、甲基甲氧基丙酸酯、乙基乙氧基丙酸酯、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(丁基賽珞蘇)、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、二異丁基酮、丙酸異戊酯、異丁酸異戊酯、二異戊基醚、碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯等。該些溶解可單獨使用1種或者將2種以上混合使用。
本發明的液晶配向劑中的固體成分濃度(液晶配向劑的溶劑以外的成分的合計重量於液晶配向劑的總重量中所佔的比例)是考慮到黏性、揮發性等來適當選擇,較佳為1重量%~10
重量%的範圍。即,本發明的液晶配向劑藉由以後述方式塗佈於基板表面,較佳為進行加熱,而形成作為液晶配向膜的塗膜或者成為液晶配向膜的塗膜,此時,於固體成分濃度小於1重量%的情況下,該塗膜的膜厚變得過小,無法獲得良好的液晶配向膜。另一方面,於固體成分濃度超過10重量%的情況下,塗膜的膜厚變得過大,無法獲得良好的液晶配向膜;另外,液晶配向劑的黏性增大,塗佈特性變差。
特佳的固體成分濃度的範圍根據於基板上塗佈液晶配向劑時所使用的方法而不同。例如於利用旋轉器法的情況下,固體成分濃度特佳為1.5重量%~4.5重量%的範圍。於利用印刷法的情況下,特佳為將固體成分濃度設為3重量%~9重量%的範圍,藉此將溶液黏度設為12mPa.s~50mPa.s的範圍。於利用噴墨法的情況下,特佳為將固體成分濃度設為1重量%~5重量%的範圍,藉此將溶液黏度設為3mPa.s~15mPa.s的範圍。製備液晶配向劑時的溫度較佳為10℃~50℃,更佳為20℃~30℃。
本發明的液晶配向劑的較佳形態例如可列舉以下的形態。
[I]包含選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯以及聚醯亞胺所組成的組群中的至少一種聚合物(A)作為聚合物成分,且含有上述式(b)所表示的化合物(B)作為化合物(B')的實施方式。
[II]包含具有光配向性結構的聚合物(A-1)作為聚合物成分,且含有化合物(B')的實施方式。
上述中,[I]較佳為可用作對於使用液晶配向劑而形成的塗膜不進行配向能力賦予處理的情況或者藉由摩擦處理來賦予液晶配向能力的情況下的液晶配向劑,[II]較佳為可用作對於使用液晶配向劑而形成的塗膜,藉由光配向處理來賦予液晶配向能力的情況下的液晶配向劑。
本發明的液晶配向膜是利用以上述方式製備的液晶配向劑來形成。另外,本發明的液晶顯示元件包括使用本發明的液晶配向劑而形成的液晶配向膜。應用本發明的液晶顯示元件的驅動模式並無特別限定,可應用於TN型、STN型、IPS型、FFS型、VA型、MVA型等多種驅動模式。
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)根據所需的驅動模式而使用不同的基板。步驟(2)及步驟(3)在各驅動模式中共通。
首先,藉由在基板上塗佈本發明的液晶配向劑,繼而對塗佈面進行加熱而於基板上形成塗膜。
(1-1)於製造TN型、STN型或者VA型液晶顯示元件的情況下,將設置有經圖案化的透明導電膜的兩塊基板作為一對,於各塊基板的透明性導電膜形成面上,較佳為利用膠版印刷(offset
printing)法、旋轉塗佈法、輥塗佈機法或者噴墨印刷法來分別塗佈本發明的液晶配向劑。此處,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、聚(脂環式烯烴)等塑膠的透明基板。設置於基板的其中一面的透明導電膜可使用包含氧化錫(SnO2)的NESA膜(美國PPG公司註冊商標)、包含氧化銦-氧化錫(In2O3-SnO2)的ITO膜等。為了獲得經圖案化的透明導電膜,例如可使用:形成無圖案的透明導電膜後藉由光.蝕刻而形成圖案的方法、形成透明導電膜時使用具有所需圖案的遮罩的方法等。塗佈液晶配向劑時,為了使基板表面以及透明導電膜與塗膜的黏接性更良好,亦可對基板表面中形成塗膜的面實施預先塗佈官能性矽烷化合物、官能性鈦化合物等的前處理。
塗佈液晶配向劑後,出於防止所塗佈的配向劑的流掛等目的,較佳為實施預加熱(預烘烤)。預烘烤溫度較佳為30℃~200℃,更佳為40℃~150℃,特佳為40℃~100℃。預烘烤時間較佳為0.25分鐘~10分鐘,更佳為0.5分鐘~5分鐘(實施例為80℃、1分鐘)。然後,出於將溶劑完全去除的目的,另外,視需要出於將聚合物中所存在的醯胺酸結構進行熱醯亞胺化的目的而實施煅燒(後烘烤)步驟。此時的煅燒溫度(後烘烤溫度)較佳為80℃~250℃,更佳為120℃~230℃。尤其,本發明的液晶配向劑藉由包含化合物(B)作為添加劑,可藉由用於形成塗膜的加熱而進行醯胺酸結構的脫水閉環反應,可製成更醯亞胺化的塗
膜。後烘烤時間較佳為5分鐘~200分鐘,更佳為10分鐘~100分鐘。如上所述,所形成的膜的膜厚較佳為0.001μm~1μm,更佳為0.005μm~0.5μm。
(1-2)於製造IPS型或者FFS型液晶顯示元件的情況下,藉由在設置有包含經圖案化為梳齒型的透明導電膜或者金屬膜的電極的基板的電極形成面、及未設置電極的對向基板的一面,分別塗佈本發明的液晶配向劑,繼而對各塗佈面進行加熱,來形成塗膜。關於此時使用的基板以及透明導電膜的材質、塗佈方法、塗佈後的加熱條件、透明導電膜或者金屬膜的圖案化方法、基板的前處理、以及所形成的塗膜的較佳膜厚,與上述(1-1)相同。金屬膜可使用例如包含鉻等金屬的膜。
於上述(1-1)以及(1-2)的任一種情況下,藉由在基板上塗佈液晶配向劑後,去除有機溶劑來形成成為配向膜的塗膜。此時,於本發明的液晶配向劑中所含有的聚合物為聚醯胺酸,或者為具有醯亞胺環結構及醯胺酸結構的醯亞胺化聚合物的情況下,亦可藉由在塗膜形成後進一步加熱來進行脫水閉環反應,製成更醯亞胺化的塗膜。
於製造TN型、STN型、IPS型或者FFS型液晶顯示元件的情況下,實施如下摩擦處理:利用例如捲繞有包含尼龍、嫘縈、棉等纖維的布的輥,將上述步驟(1)中形成的塗膜向規定方向擦拭。藉此,液晶分子的配向能力賦予至塗膜而成為液晶配向膜。另一
方面,於製造VA型液晶顯示元件的情況下,可將上述步驟(1)中形成的塗膜直接用作液晶配向膜,但亦可對該塗膜實施摩擦處理。
此外,可對摩擦處理後的液晶配向膜進一步進行以下處理:藉由對液晶配向膜的一部分照射紫外線而使液晶配向膜的一部分區域的預傾角變化的處理;或於液晶配向膜表面的一部分形成抗蝕劑膜後,向與先前的摩擦處理不同的方向進行摩擦處理,然後去除抗蝕劑膜的處理;從而使液晶配向膜於每個區域具有不同的液晶配向能力。該情況下,可改善所得液晶顯示元件的視野特性。
通過準備形成有以上述方式形成的液晶配向膜的2塊基板,於對向配置的2塊基板間配置液晶來製造液晶單元。為了製造液晶單元,例如可列舉以下的2種方法。
第一方法為先前已知的方法。該方法中,首先以各液晶配向膜對向的方式,隔著間隙(單元間隙)將2塊基板對向配置,使用密封劑將2塊基板的周邊部貼合,在由基板表面以及密封劑劃分的單元間隙內注入填充液晶後,將注入孔密封,藉此製造液晶單元。另外,第二方法為稱為液晶滴注(One Drop Fill,ODF)方式的方法。該方法中,於形成有液晶配向膜的2塊基板中的其中一塊基板上的規定部位,塗佈例如紫外光硬化性的密封材料,進而於液晶配向膜面上的規定的數個部位滴加液晶後,以液晶配向膜對向的方式貼合另一塊基板。然後,將液晶在基板的整個面上
鋪開,繼而對基板的整個面照射紫外光,使密封劑硬化,藉此製造液晶單元。於利用任一種方法的情況下,理想的是藉由對以上述方式製造的液晶單元,進而加熱至所使用的液晶成為各向同性相的溫度後,緩緩冷卻至室溫,從而去除液晶填充時的流動配向。
密封劑例如可使用含有硬化劑以及作為間隔物的氧化鋁球的環氧樹脂等。
液晶可列舉:向列型液晶(nematic liquid crystal)以及層列型液晶(smectic liquid crystal),其中較佳為向列型液晶,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、聯三苯(terphenyl)系液晶、聯苯環己烷系液晶、嘧啶系液晶、二噁烷系液晶、雙環辛烷系液晶、立方烷(cubane)系液晶等。另外,亦可於該些液晶中添加以下物質來使用:例如氯化膽甾醇(cholesteryl chloride)、膽甾醇壬酸酯(cholesteryl nonanoate)、膽甾醇碳酸酯(cholesteryl carbonate)等膽甾相液晶(cholesteric liquid crystal);以商品名「C-15」、「CB-15」(默克(Merck)公司製造)來銷售的手性劑;對癸氧基苯亞甲基-對胺基-2-甲基丁基桂皮酸酯(p-decyloxybenzylidene-p-amino-2-methylbutylcinnamate)等鐵電液晶(ferroelectric liquid crystal)等。
接著,可藉由在液晶單元的外側表面貼合偏光板而獲得液晶顯示元件。貼合於液晶單元的外表面的偏光板可列舉:以乙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者
包含H膜其本身的偏光板,所述「H膜」是一邊使聚乙烯基醇延伸配向一邊使其吸收碘而成的偏光膜。此外,於對塗膜進行摩擦處理的情況下,2塊基板是以各塗膜的摩擦方向相互成為規定的角度,例如正交或者反平行的方式對向配置。
《藉由光配向處理來賦予液晶配向能力的情況》
於使用本發明的液晶配向劑,且利用光配向法來形成液晶配向膜的情況下,可較佳地應用於TN型、STN型或者橫向電場方式的液晶顯示元件。其中,尤其是藉由應用於IPS型或FFS型等橫向電場方式的液晶顯示元件,可最大限度地發揮減少液晶顯示元件的燒印的效果,故而較佳。該液晶配向膜可利用包括以下步驟的方法來製造:膜形成步驟,將液晶配向劑塗佈於基板上而形成塗膜;以及光照射步驟,對該所形成的塗膜進行光照射而形成液晶配向膜。
[膜形成步驟]
本步驟中,藉由於基板上塗佈液晶配向劑,繼而對塗佈面進行加熱而於基板上形成塗膜。此時使用的液晶配向劑較佳為製成包含具有光配向性結構的聚合物(A-1)作為聚合物成分且含有化合物(B')的液晶配向劑。關於此時使用的基板以及透明導電膜的材質、塗佈方法、塗佈後的加熱條件、透明導電膜或者金屬膜的材質以及圖案化方法、基板的前處理、以及所形成的塗膜的較佳膜厚,與上述步驟(1)相同。
[光照射步驟]
本步驟中,藉由對形成於基板上的塗膜照射偏光或者非偏光的放射線而賦予液晶配向能力。放射線照射可利用以下方法來進行:[1]對後烘烤步驟後的塗膜進行照射的方法;[2]對預烘烤步驟後且後烘烤步驟前的塗膜進行照射的方法;以及[3]於預烘烤步驟以及後烘烤步驟的至少任一步驟中在塗膜的加熱中對塗膜進行照射的方法等。就液晶顯示元件的燒印減少的效果更高的方面而言,較佳為方法[2]。
放射線例如可使用包括150nm~800nm波長的光的紫外線以及可見光線。於放射線為偏光的情況下,可為直線偏光,亦可為部分偏光。另外,於所使用的放射線為直線偏光或者部分偏光的情況下,可從與基板面垂直的方向進行照射,亦可從傾斜方向進行照射,或者將它們組合來進行照射。於照射非偏光的放射線的情況下,照射的方向設為傾斜方向。
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、準分子雷射等。較佳的波長區域的紫外線可藉由將光源與例如濾光器、繞射光柵等併用的手段等來獲得。放射線的照射量較佳為100J/m2~50,000J/m2,更佳為300J/m2~20,000J/m2。另外,為了提高反應性,可一邊對塗膜進行加溫一邊進行對塗膜的光照射。加溫時的溫度通常為30℃~250℃,較佳為40℃~200℃,更佳為50℃~150℃。如此,於基板上形成液晶配向膜。
藉由準備形成有以上述方式形成的液晶配向膜的2塊基板,於對向配置的2塊基板間配置液晶來製造液晶單元。關於製造液晶單元的方法、密封劑、液晶、所使用的偏光板,與上述步驟(3)相同。
本發明的液晶顯示元件可有效地應用於多種裝置,例如可用於:鐘錶、便攜式遊戲機(portable game)、文字處理器(word processor)、筆記型個人電腦(note type 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)、行動電話、智慧型手機、各種監視器、液晶電視等的顯示裝置。
以下,藉由實施例來對本發明進一步進行具體說明,但本發明並不限定於該些實施例。
以下的實施例以及比較例中,利用以下方法來測定聚合物溶液中的聚醯亞胺的醯亞胺化率以及聚合物溶液的溶液黏度。
將聚醯亞胺的溶液投入至純水中,將所得的沈澱於室溫下充分地減壓乾燥後,溶解於氘化二甲基亞碸中,將四甲基矽烷作為基準物質,於室溫下測定1H-核磁共振(1H-Nuclear magnetic resonance,1H-NMR)。根據所得的1H-NMR光譜,根據下述數式(x)來求出醯亞胺化率[%]。
醯亞胺化率[%]=(1-A1/A2×α)×100...(x)
(數式(x)中,A1為化學位移10ppm附近出現的源自NH基的質子的峰值面積,A2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驅物(聚醯胺酸)中的NH基的1個質子的個數比例。)
使用規定的溶劑,且使用E型旋轉黏度計,於25℃下對製備成聚合物濃度為10重量%的溶液測定聚合物溶液的溶液黏度[mPa.s]。
將作為四羧酸二酐的1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐98g(0.50莫耳)及均苯四甲酸二酐109g(0.50莫耳),作為二胺的1,4-苯二胺76g(0.7莫耳)、1,3-二胺基-4-十八烷氧基苯19g(0.05莫耳)、4,4'-二胺基二苯基甲烷50g(0.25莫耳),溶解於包含230g的N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)以及γ-丁內酯2,060g的混合溶劑中,於40℃下進行3小時反應。反應結束後,追加γ-丁內酯1,350g,藉此獲得含有10重量%的聚醯胺酸(A-1)的溶液。該溶液的溶液黏度為125mPa.s。
將作為四羧酸二酐的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐110g(0.50莫耳)、作為二胺的對苯二胺43g(0.40莫耳)及3-(3,5-二胺基苯甲醯基氧基)膽甾烷52g(0.10莫耳)溶解於830g的NMP中,於60℃下進行6小時反應。分取少量所得的聚醯胺酸溶液,添加NMP,利用固體成分濃度為10%的溶液測定黏度,結果為60mPa.s。繼而,於所得的聚醯胺酸溶液中追加1900g的NMP,添加吡啶40g以及乙酸酐51g,於110℃下進行4小時脫水閉環。醯亞胺化反應後,將系統內的溶劑以新的NMP進行溶劑置換(藉由本操作,將醯亞胺化反應中使用的吡啶、乙酸酐去除至系統外),獲得含有約15重量%的醯亞胺化率約為50%的聚醯亞胺(A-2)的溶液。分取少量的所得聚醯亞胺溶液,添加NMP而製成聚醯亞胺濃度為10重量%的溶液,測定而得的溶液黏度為47mPa.s。
將作為四羧酸二酐的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐110g(0.50莫耳)及1,3,3a,4,5,9b-六氫-8-甲基-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮160g(0.50莫耳),作為二胺的對苯二胺94g(0.87莫耳)、1,3-雙(3-胺基丙基)四甲基二矽氧烷25g(0.10莫耳)、及3,6-雙(4-胺基苯甲醯基氧基)膽甾烷9.6g(0.015莫耳),以及作為單胺的十八烷基胺8.1g(0.030莫耳),溶解於960g的NMP中,於60℃下進行6小時反應。分取少量的所得的聚醯胺酸溶液,添加NMP,利用固體成分濃度為10%的溶液測定黏度,結
果為60mPa.s。繼而,於所得的聚醯胺酸溶液中追加2700g的NMP,添加吡啶400g以及乙酸酐410g,於110℃下進行4小時脫水閉環。醯亞胺化反應後,將系統內的溶劑以新的γ-丁內酯進行溶劑置換,獲得含有約15重量%的醯亞胺化率約為95%的聚醯亞胺(A-3)的溶液。分取少量的所得聚醯亞胺溶液,添加γ-丁內酯而製成聚醯亞胺濃度為10重量%的溶液,測定而得的溶液黏度為70mPa.s。
將作為四羧酸二酐的1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐200g(1.0莫耳)、作為二胺的2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯210g(1.0莫耳)溶解於370g的NMP及γ-丁內酯3300g的混合溶劑中,於40℃下進行3小時反應,藉此獲得含有10重量%的聚醯胺酸(A-4)的溶液。該溶液的溶液黏度為160mPa.s。
於含有聚醯胺酸(A-1)作為聚合物(A)的溶液中,添加作為有機溶劑的NMP、γ-丁內酯(BL)以及丁基賽珞蘇(BC)後,相對於聚合物的合計100重量份而添加5重量份作為化合物(B)的三乙二醇,製成溶劑組成為NMP:BL:BC=30:30:40(重量比)、固體成分濃度為6.0重量%的溶液。使用孔徑為1μm的過濾器將該溶液進行過濾,藉此製備液晶配向劑。
使用液晶配向膜印刷機(日本寫真印刷(股)製造),將上述所製備的液晶配向劑塗佈於包含ITO膜的帶有透明電極的玻璃基板的透明電極面,於80℃的加熱板上加熱(預烘烤)1分鐘而去除溶劑後,於230℃的加熱板上加熱(後烘烤)10分鐘,形成平均膜厚為100nm的塗膜。
對於該塗膜,利用具有捲繞有嫘縈布的輥的摩擦機器,以輥轉速500rpm、平台移動速度3cm/秒、毛壓入長度0.4mm進行摩擦處理,來賦予液晶配向能力。然後,於超純水中進行1分鐘超音波清洗,繼而於100℃潔淨烘箱中乾燥10分鐘,藉此獲得具有液晶配向膜的基板。重複該操作,獲得一對(2塊)具有液晶配向膜的基板。
繼而,對上述一對基板分別於具有液晶配向膜的面的外緣塗佈加入有直徑為5.5μm的氧化鋁球的環氧樹脂黏接劑後,以液晶配向膜面相對的方式重疊壓接,使黏接劑硬化。繼而,自液晶注入口向一對基板間填充正型液晶(默克公司製造,MLC-6221)後,以丙烯酸系光硬化黏接劑將液晶注入口密封,藉此製造液晶單元(1)。
除了將後烘烤溫度由230℃變更為170℃的方面以外,進行與上述液晶單元(1)的製造相同的操作,藉此來製造液晶單元(2)。
對上述所得的液晶單元,以60微秒的施加時間、167毫秒的
跨距(span)施加5V的電壓後,測定自施加解除起167毫秒後的電壓保持率(Voltage Holding Ratio,VHR1)。繼而,將液晶單元於LED燈照射下的80℃烘箱中靜置200小時後,於室溫下靜置,自然冷卻至室溫。冷卻後,對液晶單元,以60微秒的施加時間、167毫秒的跨距施加5V的電壓後,測定自施加解除起167毫秒後的電壓保持率(VHR2)。此外,測定裝置是使用東陽特克尼卡(Toyo Technica)(股)製造的「VHR-1」。根據下述數式(y)來算出應力賦予前與賦予後的VHR變化率(△VHR),根據△VHR來評價液晶配向膜的可靠性。以如下方式進行評價:將△VHR為5%以下的情況評價為可靠性「非常良好(◎)」,將大於5%且為10%以下的情況評價為可靠性「良好(○)」,將大於10%且小於15%的情況評價為可靠性「可(△)」,將15%以上的情況評價為可靠性「不良(×)」。另外,對液晶單元(1)以及液晶單元(2)分別進行液晶配向膜的可靠性的評價。將它們的結果示於下述表1中。
△VHR[%]=(VHR1-VHR2)/(VHR1)×100...(y)
使用液晶配向膜印刷機(日本寫真印刷(股)製造),將上述所製備的液晶配向劑塗佈於矽晶圓上,然後於80℃的加熱板上進行60秒預烘烤。然後,於230℃的加熱板上進行15分鐘後烘烤,形成膜厚為100nm的塗膜。使用原子力顯微鏡Nano Scope IIIa(數
位儀器(Digital Instrument)公司製造),測定所得塗膜的表面粗糙度Ra(算術平均高度),藉此對勻平性進行評價。以如下方式進行評價:將表面粗糙度Ra為0.3nm以下的情況評價為勻平性「非常良好(◎)」,將0.3nm~0.6nm的情況評價為勻平性「良好(○)」,將0.6nm以上的情況評價為勻平性「不良(×)」。將其結果示於下述表1中。
表1中,化合物(B)的「添加量」表示相對於液晶配向劑中所含的聚合物的合計100重量份的調配比例[重量份]。n表示重複單元數,m表示重複單元中的碳數。「可靠性(230℃)」表示將後烘烤溫度設為230℃時的評價結果,「可靠性(170℃)」表示將後烘烤溫度設為170℃時的評價結果。
除了將所使用的聚合物(A)的種類、以及化合物(B)的種類及量變更為如上述表1所示以外,以與實施例1相同的方式製備液晶配向劑。此外,實施例8中,使用以聚合物的固體成分重量成為聚醯亞胺(A-3):聚醯胺酸(A-4)=20:80(重量比)的方式將2種聚合物(A)混合而得的溶液來製備液晶配向劑。另外,關於實施例2、實施例4~實施例8以及比較例1,以與實施例1相同的方式製造液晶單元,關於實施例3以及比較例2,除了將所使用的液晶變更為負型液晶(默克公司製造,MLC-6608)以外,以與實施例1相同的方式製造液晶單元。對該些所製造的各液晶單元,以與實施例1相同的方式進行各種特性的評價。將它們的結果示於上述表1中。
如表1所示可知,藉由在液晶配向劑中調配化合物(B),則與不含化合物(B)的比較例1、比較例2相比,可形成可靠性高、且勻平性良好的液晶配向膜。另外,關於液晶配向膜的可靠性,利用實施例的液晶配向劑,於將後烘烤溫度設為170℃的情況下亦獲得「非常良好」、「良好」以及「可」的任一種結果,尤其於包含四乙二醇或者六乙二醇作為化合物(B)的實施例2、實施例3、實施例8中,膜的可靠性優異。另外,包含n為6以上的聚醚化合物作為化合物(B)的實施例3~實施例8的液晶配向劑的勻平性優異。
於各合成例中,使用下述化合物來合成聚合物(A)。
將作為四羧酸二酐的化合物(G-3-1)4.60g、化合物(G-1)2.44g以及作為二胺的化合物(H-2)7.96g溶解於N-甲基-2-吡咯
啶酮85g中,於室溫下進行4小時反應,藉此獲得含有15重量%的聚醯胺酸(A-5)的溶液。該溶液的溶液黏度為1,500mPa.s。
除了將所使用的四羧酸二酐的種類及量、以及所使用的二胺的種類及量變更為如下述表2所示以外,以與合成例5相同的方式合成聚醯胺酸。此外,表2中,四羧酸二酐的投入量的數值表示相對於用於合成的四羧酸二酐的整體量的各化合物的調配比例[莫耳%]。四羧酸二酐(合計量)與二胺使用等莫耳量。
將作為四羧酸二酐的化合物(G-3-2)8.16g以及作為二胺的化合物(H-2)6.84g溶解於N-甲基-2-吡咯啶酮85g中,於室溫下進行4小時反應後,添加N-哌啶0.95g以及乙酸酐0.98g,於120℃下進行4小時的醯亞胺化反應。繼而,將該反應混合液注入至大量過剩的甲醇中,使反應產物沈澱。然後,將所得的沈澱物以甲醇清洗,於減壓下乾燥15小時,藉此獲得聚醯亞胺(A-19)10g。聚醯亞胺(A-19)的醯亞胺化率為35%。
於上述合成例5中獲得的含有聚醯胺酸(A-5)的溶液中,添加N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)、丁基賽珞蘇(BC)以及聚乙二醇(商品名「PEG600」,自和光純藥工業(股)獲取的數平均分子量約為600的聚乙二醇),充分攪拌,製成溶劑組成為NMP:BC=60:40(重量比)、固體成分濃度為2.5質量%的溶液。使用孔徑為1μm的過濾器將該溶液進行過濾,藉此製備液晶配向劑(E-1)。使用該液晶配向劑(E-1),進行下述液晶配向性的評價以及殘像特性的評價。
.液晶顯示元件的製造(1)
以膜厚成為0.1μm的方式,使用旋轉器,將上述所製備的液晶配向劑(E-1)塗佈於包含ITO膜的帶有透明電極的玻璃基板的
透明電極面上,於80℃的加熱板上進行1分鐘預烘烤。對該塗膜表面,使用Hg-Xe燈,自基板法線方向照射包括254nm明線的偏光的紫外線8,000J/m2,於230℃下進行1小時乾燥(後烘烤)。繼而,對進行了光照射處理的一對基板,於形成有液晶配向膜的面的邊緣,殘留著液晶注入口,將加入有直徑5.5μm的氧化鋁球的環氧樹脂黏接劑進行網版印刷塗佈後,以光照射時的偏光軸對基板面的投影方向成為反平行的方式重疊壓接基板,於150℃下花1小時使黏接劑熱硬化。繼而,自液晶注入口向一對基板間填充向列型液晶(默克公司製造,MLC-7028)後,利用環氧系黏接劑將液晶注入口密封。進而,為了消除液晶注入時的流動配向,而將其於150℃下加熱後再緩緩冷卻至室溫。繼而,於基板的外側兩面貼合偏光板來製作液晶顯示元件。
.評價
對於上述所製造的液晶顯示元件,利用偏光顯微鏡來觀察接通.斷開(ON.OFF)(施加.解除)電壓時的異常區域的有無,將無異常區域的情況判定為「良好」,將僅有一個異常區域的情況亦判定為「不良」。該液晶顯示元件的液晶配向性「良好」。
.液晶顯示元件的製造(2)
除了將單面具有圖1所示的經圖案化為梳齒狀的包含鉻的2系統的金屬電極、電極A(11)以及電極B(12)的玻璃基板與未設置電極的對向玻璃基板作為一對基板來使用以外,進行與上述
「液晶顯示元件的製造(1)」相同的操作,藉此製造橫向電場方式的液晶顯示元件。
.評價
將上述所製造的橫向電場方式液晶顯示元件放置於25℃、1氣壓的環境下,對電極B不施加電壓,且對電極A施加4小時的交流電壓3.5V與直流電壓5V的合成電壓。然後立即對電極A以及電極B這兩者施加交流4V的電壓。測定自對兩電極開始施加交流4V的電壓的時刻起,至目視時無法確認到電極A以及電極B的光透過性之差為止的時間。將該時間小於100秒時的殘像特性評價為「優良」,將100秒以上、150秒以下時的殘像特性評價為「良好」,將超過150秒的情況下的殘像特性評價為「不良」。該液晶顯示元件的殘像特性為「優良」。
除了將所使用的聚合物(A)的種類、以及化合物(B')的種類及量變更為如下述表3所述以外,以與實施例5相同的方式製備液晶配向劑(E-2)~液晶配向劑(E-21)、液晶配向劑(R-1)、液晶配向劑(R-2)。另外,使用所製備的液晶配向劑,以與實施例5相同的方式製造2種液晶顯示元件,並且進行液晶配向性以及殘像特性的評價。將它們的結果示於下述表4中。
表3中,化合物(B')的簡稱分別如以下所述。
PEG600:聚乙二醇(商品名「PEG600」,和光純藥工業(股)製造)
(c2-1-2):上述式(c2-1-2)所表示的化合物
(c1-1-1):聚乙烯基醇(商品名「K24-E」,電化學工業(股)製造)
(c2-3-1):上述式(c2-3-1)所表示的化合物
(c2-4-1):上述式(c2-4-1)中R61及R62分別為正己基的化合物
如表4所示可知,藉由在液晶配向劑中調配化合物(B'),可獲得能夠平衡性良好地表現出液晶配向性與殘像特性的液晶顯示元件。與此相對,比較例3中液晶配向性以及殘像特性
均為「不良」,比較例4中雖然液晶配向性為「良好」,但殘像特性為「不良」。
11‧‧‧電極A
12‧‧‧電極B
Claims (12)
- 一種液晶配向劑,其含有化合物(B')、及聚合物成分(其中,相當於上述化合物(B')的化合物除外),上述化合物(B')的自40℃起以20℃/分鐘的升溫條件測定而得的120℃下的熱重量減少量為30%以下,且250℃下的熱重量減少量為90%以上。
- 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑,其含有選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯以及聚醯亞胺所組成的組群中的至少一種聚合物(A)作為上述聚合物成分。
- 如申請專利範圍第2項所述的液晶配向劑,其包含主鏈上具有選自由下述式(ph-1)所表示的結構、可具有取代基的環丁烷環、碳-碳不飽和鍵以及偶氮苯骨架所組成的組群中的至少一種結構的聚合物作為上述聚合物(A):
- 如申請專利範圍第2項或第3項所述的液晶配向劑,其中上述化合物(B')為具有下述式(c1)所表示的重複單元的化合物:[化2]
- 如申請專利範圍第2項或第3項所述的液晶配向劑,其中上述化合物(B')為選自由下述式(c2-1)~式(c2-4)分別所表示的化合物所組成的組群中的至少一種:
- 如申請專利範圍第2項或第3項所述的液晶配向劑,其中上述化合物(B')為下述式(b)所表示的化合物(B):
- 如申請專利範圍第6項所述的液晶配向劑,其中相對於上述聚合物成分的合計100重量份,上述化合物(B)的含有比例為0.1重量份~50重量份。
- 如申請專利範圍第6項所述的液晶配向劑,其中上述n為3以上的整數。
- 一種液晶配向膜的製造方法,其包括:膜形成步驟,將如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的液晶配向劑塗佈於基板上而形成塗膜;以及光照射步驟,對上述塗膜進行光照射而形成液晶配向膜。
- 如申請專利範圍第9項所述的液晶配向膜的製造方法,其中上述膜形成步驟包括:預烘烤步驟,對塗佈於上述基板上的液晶配向劑進行預加熱;以及後烘烤步驟,對上述預烘烤後的塗膜進一步加熱,並且上述光照射步驟是對上述預烘烤步驟後且上述後烘烤步驟前的塗膜進行光照射的步驟。
- 一種液晶配向膜,其是使用如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的液晶配向劑而形成。
- 一種液晶顯示元件,其包括如申請專利範圍第11項所述的液晶配向膜。
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