CN101526700B - 液晶取向剂和液晶显示元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液晶取向剂和液晶显示元件。该液晶取向剂即使在VA型液晶显示元件的制造过程中采用ODF方式时,也能够形成不会产生显示不匀且显示高垂直取向控制力的液晶取向膜,并且作为液晶取向剂所需的各种性能特别是印刷性优良。上述液晶取向剂包括选自使四羧酸二酐与含有以下述式(A-10)表示的化合物为代表的特定二胺的二胺反应所制得的聚酰胺酸及其酰亚胺化聚合物构成的群组中的至少一种聚合物。
Description
技术领域
本发明涉及液晶取向剂和液晶显示元件。更具体地说,涉及即使在液晶显示元件制造的液晶填充工序中采用液晶滴下方式(ODF方式)时,也能够形成不会出现ODF不匀的液晶取向膜的液晶取向剂,以及即使进行长时间连续驱动显示品质也不会变差的液晶显示元件。
背景技术
目前,作为液晶显示元件,已知具有所谓TN型(扭曲向列)液晶盒的TN型液晶显示元件,其在设置了透明导电膜的基板表面上形成由聚酰胺酸、聚酰亚胺等形成的液晶取向膜,作为液晶显示元件用的基板,将两块该基板相对设置,在其间隙内形成具有正介电各向异性的向列型液晶层,构成夹层结构的盒,液晶分子的长轴从一块基板向另一块基板连续地扭转90度。并且,还开发了与TN型液晶显示元件相比能够实现高对比度的STN(超扭曲向列)型液晶显示元件和视角依赖性小的IPS(面内切换)型液晶显示元件、VA(垂直取向)型液晶显示元件、视角依赖性小的同时视频画面高速响应性优良的光学补偿弯曲(OCB)型液晶显示元件。
作为这些液晶显示元件中的液晶取向膜的材料,以前已知聚酰亚胺、聚酰胺和聚酯等,特别是聚酰亚胺,由于其耐热性、与液晶的亲和性、机械强度等优良,而被用于很多液晶显示元件中。
而近年来,液晶显示元件的制造工序已取得很大的进步。特别是与基板的大型化一起所采用的大型基板运送技术和液晶滴下方式(ODF)等技术已倍受关注。这种ODF方式,是在形成液晶取向膜的基板上滴下必需量的液晶,使其在真空下与另一块基板贴合后,将密封液晶的密封剂进行UV固化,使整个面板都填充液晶的方法,是与一直以来实施的真空注入方式相比,能够大幅缩短液晶填充工序的工程时间的技术。但是,如果在具有聚酰亚胺类液晶取向膜的VA型液晶显示元件的制造过程中采用ODF方式,会出现产生被称作为“ODF不匀”的显示不匀的麻烦。这种现象被认为是由于液晶取向膜的垂直取向控制力不够而导致的。
为了解决聚酰亚胺类液晶取向膜的这种问题,给出了例如采用由以高含有比率含有具有长链烷基等疏水性官能团的二胺的二胺制得的聚酰亚胺的方法(参考专利文献1和2)。该技术被认为是具有提高垂直取向控制力效果的优良技术,但是出现了损害液晶取向剂的印刷性的情况。
因此,需要不损害液晶取向剂所需的各种必需性能,特别是印刷性、能够形成不会产生上述ODF不匀的液晶取向膜的液晶取向剂,以及显示品质优良的液晶显示元件,特别是即使长时间连续驱动时画面质量也不会变差的液晶显示元件。
专利文献
【专利文献1】日本特开平9-241646号公报
【专利文献2】日本特开2001-305549号公报
发明内容
本发明的目的是,提供即使在VA型液晶显示元件的制造过程中采用ODF方式时,也能够形成不会产生显示不匀且显示高垂直取向控制力的液晶取向膜,并且作为液晶取向剂所需的各种性能,特别是印刷性优良的液晶取向剂,以及显示品质优异的液晶显示元件。
本发明进一步的其他目的和优点,可以由以下的说明看出。
根据本发明,本发明的上述目的和优点,第一,由一种液晶取向剂达成,其包括选自聚酰胺酸及其酰亚胺化聚合物构成的群组中的至少一种聚合物,该聚酰胺酸使四羧酸二酐与含有下述式(A)表示的化合物的二胺反应所制得,
(式(A)中,RI和RIII各自独立地为醚键、硫醚键、酯键或硫酯键,其中酯键和硫酯键的方向不限,RII为亚甲基或碳原子数为2~10的亚烷基,RIV为单键、亚甲基或亚乙基,X为具有甾体骨架的碳原子数为17~40的1价有机基团)。
本发明的上述目的和优点,第二,由具有由上述液晶取向剂形成的液晶取向膜的液晶显示元件达成。
具体实施方式
本发明的液晶取向剂包括选自聚酰胺酸及其酰亚胺化聚合物构成的群组中的至少一种聚合物,该聚酰胺酸使四羧酸二酐与含有上述式(A)表示的化合物的二胺反应所制得。
[聚酰胺酸]
本发明液晶取向剂可以包括的聚酰胺酸,可以通过使四羧酸二酐与含有上述式(A)表示的化合物的二胺反应而合成。
[四羧酸二酐]
作为本发明液晶取向剂可以包括的聚酰胺酸的合成中所用的四羧酸二酐,可以列举例如丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,3-二氯-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-四甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐、1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二环己基四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐、3,5,6-三羧基降冰片烷-2-醋酸二酐、2,3,4,5-四氢呋喃四羧酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-乙基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-7-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-7-乙基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-乙基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5,8-二甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二氧代四氢呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸二酐、双环[2.2.2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、3-氧杂双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氢呋喃-2’,5’-二酮)、5-(2,5-二氧代四氢-3-呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-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、4,9-二氧杂三环[5.3.1.02,6]十一烷-3,5,8,10-四酮、下述式(T-I)和(T-II)表示的化合物等脂肪族四羧酸二酐和脂环式四羧酸二酐;
(上述式中,R1和R3各自表示具有芳香环的2价有机基团,R2和R4各自表示氢原子或者烷基,存在的多个R2和R4各自可以相同,也可以不同);
均苯四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基砜四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基醚四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二甲基二苯基硅烷四羧酸二酐、3,3’,4,4’-四苯基硅烷四羧酸二酐、1,2,3,4-呋喃四羧酸二酐、4,4’-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基硫醚二酐、4,4’-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基砜二酐、4,4’-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基丙烷二酐、3,3’,4,4’-全氟异亚丙基二邻苯二甲酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐、2,2’,3,3’-联苯四羧酸二酐、二(邻苯二甲酸)苯膦氧化物二酐、对亚苯基-二(三苯基邻苯二甲酸)二酐、间亚苯基-二(三苯基邻苯二甲酸)二酐、二(三苯基邻苯二甲酸)-4,4’-二苯醚二酐、二(三苯基邻苯二甲酸)-4,4’-二苯基甲烷二酐、乙二醇-二(脱水偏苯三酸酯)、丙二醇-二(脱水偏苯三酸酯)、1,4-丁二醇-二(脱水偏苯三酸酯)、1,6-己二醇-二(脱水偏苯三酸酯)、1,8-辛二醇-二(脱水偏苯三酸酯)、2,2-二(4-羟苯基)丙烷-二(脱水偏苯三酸酯)、下述式(T-1)~(T-4)各自表示的化合物等芳香族四羧酸二酐。它们可以一种单独或两种以上组合使用。
本发明液晶取向剂可以包括的聚酰胺酸的合成中所用的四羧酸二酐,从能够使其表现良好的液晶取向性的角度出发,上述当中优选含有选自丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5,8-二甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、双环[2.2.2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、3-氧杂双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氢呋喃-2’,5’-二酮)、5-(2,5-二氧代四氢-3-呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-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、4,9-二氧杂三环[5.3.1.02,6]十一烷-3,5,8,10-四酮、均苯四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基砜四羧酸二酐、2,2’,3,3’-联苯四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、上述式(T-I)表示的化合物中的下述式(T-5)~(T-7)各自表示的化合物以及上述式(T-II)表示的化合物中的下述式(T-8)表示的化合物构成的群组中选出的至少一种(以下称为“特定四羧酸二酐(1)”)。
作为特定四羧酸二酐(1),特别优选选自1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、3-氧杂双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氢呋喃-2’,5’-二酮)、5-(2,5-二氧代四氢-3-呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-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、4,9-二氧杂三环[5.3.1.02,6]十一烷-3,5,8,10-四酮、均苯四酸二酐和上述式(T-5)表示的化合物构成的群组中的至少一种。
本发明液晶取向剂可以包括的聚酰胺酸的合成中所使用的四羧酸二酐中,相对于全部四羧酸二酐,优选含有20摩尔%以上的上述特定四羧酸二酐(1),更优选含有50摩尔%以上,特别优选含有80摩尔%以上。
[二胺]
本发明液晶取向剂中可以含有的聚酰胺酸的合成用二胺,是含有上述式(A)表示的化合物的二胺。
上述式(A)中的RI和RIII优选各自独立地为醚键或酯键。该酯键的方向不限。作为RII,优选碳原子数为2~4的亚烷基。作为RIV,优选单键或亚甲基。
上述式(A)的X中的甾体骨架,是指环戊烷-全氢菲骨架或其所含的碳-碳键中的一个或多个改为双键的骨架。作为具有这种甾体骨架的X基团,可以列举例如下述式(X-1)~(X-4)各自表示的基团,
(上述式中的XI,各自表示下述式任一者表示的基团,“*”表示为连接键),
(上述式中的“+”表示为连接键)。
作为X基团的具体例子,可以列举例如下述式(X-1-1)、(X-2-1)、(X-3-1)或(X-4-1)表示的基团,
(上述式中的“*”表示为连接键)。
作为上述式(A)表示的化合物的具体例子,可以列举例如下述式(A-1)~(A~29)各自表示的化合物。
这些化合物可以通过有机化学的常规方法合成。
例如上述式(A-1)、(A-2)、(A-7)或(A-8)表示的化合物,分别可以通过在胆甾醇或胆甾烷醇上加成琥珀酸酐后,用二氯亚砜等制成酰氯化物,将该酰氯化物在当量以上碱的存在下使酰氯化物与二硝基酚进行反应后,用氯化锡等适当的还原剂进行还原而合成。
上述式(A-3)、(A-4)、(A-9)或(A-10)表示的化合物,分别可以通过在胆甾醇或胆甾烷醇上加成琥珀酸酐后,在碳酸钾的存在下使上述加成物与二硝基苯甲酰氯进行酯形成反应,然后用氯化锡等适当的还原剂进行还原而合成。
上述式(A-5)或(A-11)表示的化合物,分别可以通过将胆甾醇或胆甾烷醇用甲苯磺酰氯等进行甲苯磺酰化,将所得的甲苯磺酰化胆甾醇或甲苯磺酰化胆甾烷醇与二硝基苯甲酰氯和过量的丁二醇在碱的存在下反应合成,得到二硝基苯甲酰基单丁二醇酯后,与之前的甲苯磺酰化胆甾烷醇在适当的有机溶剂中加热形成醚键,然后用氯化锡等适当的还原剂进行还原的方法合成。
上述式(A-6)或(A-12)表示的化合物,分别可以通过在胆甾醇或胆甾烷醇上加成琥珀酸酐后,用氢化铝锂等将上述加成物的羰基还原成亚甲基,然后在叔丁氧基钾等碱的存在下使上述还原物与2,4-二硝基氯苯进行酯形成反应后,用氯化锡等适当的还原剂进行还原的方法,或者
将上述同样地制得的甲苯磺酰化胆甾醇或甲苯磺酰化胆甾烷醇,与由2,4-二硝基氯苯和过量的丁二醇在叔丁氧基钾等碱的存在下反应所制得的1-(4-羟基丁氧基)-2,4-二硝基苯,在适当的有机溶剂中加热形成醚键后,用氯化锡等适当的还原剂进行还原的方法等而合成。
上述式(A-13)表示的化合物,可以通过例如将上述同样地制得的甲苯磺酰化胆甾烷醇,与由2,4-二硝基氯苯和过量的乙二醇在叔丁氧基钾等碱的存在下反应所制得的1-(4-羟基乙氧基)-2,4-二硝基苯,在适当的有机溶剂中加热形成醚键后,用氯化锡等适当的还原剂进行还原的方法而合成。
上述式(A-14)、(A-15)或(A-16)表示的化合物,除了分别采用羊毛甾醇、麦角甾醇或光甾醇作为起始物质以外,可以按照合成上述式(A-6)表示的化合物的方法进行合成。
上述式(A-17)或(A-18)表示的化合物,分别可以通过将胆甾醇或胆甾烷醇用甲磺酰氯进行甲磺酰化后,用过量的乙二醇进行置换反应合成单醚化合物,然后在碱的存在下使上述单醚化合物与3,5-二硝基苯甲酰氯反应合成二硝基化物后,将硝基用钯碳等适当的还原剂进行还原而制得。
上述式(A-19)或(A-20)表示的化合物,分别可以通过将胆甾醇或胆甾烷醇用氢化钾等制成醇盐后,使其与过量的二溴丙烷反应形成醚键制得中间体,然后在碳酸钾的存在下使上述中间体与3,5-二硝基苯甲酸反应合成二硝基化物后,将硝基用钯碳等适当的还原剂进行还原而制得。
上述式(A-21)或(A-22)表示的化合物,分别可以通过在胆甾醇或胆甾烷醇上加成琥珀酸酐后,采用N,N-二环己基碳化二亚胺使其与3,5-(N,N-二烯丙基)氨基苯酚反应,然后用1,3-二甲基巴比土酸和四(三苯基膦)钯除去烯丙基而制得。
上述式(A-23)或(A-24)表示的化合物,分别可以通过在胆甾醇或胆甾烷醇上加成琥珀酸酐后,采用硼烷-氧桥配合物将羰基还原制得醇中间体后,在碱的存在下使上述中间体与3,5-二硝基苯甲酰氯反应合成二硝基化物,然后将硝基用钯碳等适当的还原剂进行还原而制得。
上述式(A-25)或(A-26)表示的化合物,除了采用戊二酐代替琥珀酸酐以外,可以分别与上述式(A-4)或(A-10)表示的化合物同样地制得。
上述式(A-27)、(A-28)或(A-29)表示的化合物,除了将原料羊毛甾醇、麦角甾醇或光甾醇用适当的氢化催化剂进行氢化后再使用以外,可以分别与上述式(A-14)、(A-15)或(A-16)表示的化合物同样地制得。
作为本发明液晶取向剂中可以含有的聚酰胺酸的合成用二胺,可以仅使用上述式(A)表示的化合物,或者也可以将上述式(A)表示的化合物与其他的二胺一起联用。这里,作为可以与上述式(A)表示的化合物联用的其他二胺,可以列举例如对苯二胺、间苯二胺、4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基乙烷、4,4’-二氨基二苯基硫醚、4,4’-二氨基二苯基砜、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、4,4’-二氨基苯甲酰苯胺、4,4’-二氨基二苯醚、1,5-二氨基萘、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯、5-氨基-1-(4’-氨基苯基)-1,3,3-三甲基茚满、6-氨基-1-(4’-氨基苯基)-1,3,3-三甲基茚满、3,4’-二氨基二苯基醚、3,3’-二氨基二苯酮、3,4’-二氨基二苯酮、4,4’-二氨基二苯酮、2,2-二[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-二[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-二(4-氨基苯基)六氟丙烷、2,2-二[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜、1,4-二(4-氨基苯氧基)苯、1,3-二(4-氨基苯氧基)苯、1,3-二(3-氨基苯氧基)苯、9,9-二(4-氨基苯基)-10-氢蒽、2,7-二氨基芴、9,9-二甲基-2,7-二氨基芴、9,9-二(4-氨基苯基)芴、4,4’-亚甲基-二(2-氯苯胺)、2,2’,5,5’-四氯-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二氯-4,4’-二氨基-5,5’-二甲氧基联苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二氨基联苯、4,4’-(对亚苯基异亚丙基)二苯胺、4,4’-(间亚苯基异亚丙基)二苯胺、2,2’-二[4-(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4,4’-二氨基-2,2’-二(三氟甲基)联苯、4,4’-二[(4-氨基-2-三氟甲基)苯氧基]-八氟联苯等芳香族二胺;
1,1-间苯二甲胺、1,3-丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、壬二胺、1,4-二氨基环己烷、异佛尔酮二胺、四氢二环戊二烯二胺、六氢-4,7-甲撑茚二亚甲基二胺、三环[6.2.1.02,7]十一碳烯二甲二胺、4,4’-亚甲基二(环己胺)等脂肪族二胺和脂环式二胺;
2,3-二氨基吡啶、2,6-二氨基吡啶、3,4-二氨基吡啶、2,4-二氨基嘧啶、5,6-二氨基-2,3-二氰基吡嗪、5,6-二氨基-2,4-二羟基嘧啶、2,4-二氨基-6-二甲氨基-1,3,5-三嗪、1,4-二(3-氨基丙基)哌嗪、2,4-二氨基-6-异丙氧基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-甲氧基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-苯基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-甲基-s-三嗪、2,4-二氨基-1,3,5-三嗪、4,6-二氨基-2-乙烯基-s-三嗪、2,4-二氨基-5-苯基噻唑、2,6-二氨基嘌呤、5,6-二氨基-1,3-二甲基尿嘧啶、3,5-二氨基-1,2,4-三唑、6,9-二氨基-2-乙氧基吖啶乳酸酯、3,8-二氨基-6-苯基菲啶、1,4-二氨基哌嗪、3,6-二氨基吖啶、二(4-氨基苯基)苯基胺、3,6-二氨基咔唑、N-甲基-3,6-二氨基咔唑、N-乙基-3,6-二氨基咔唑、N-苯基-3,6-二氨基咔唑、N,N’-二(4-氨基苯基)联苯胺、下述式(D-I)表示的化合物,
(式(D-I)中,R5表示选自吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶以及哌嗪的具有含氮原子环状结构的1价有机基团,X1表示2价的有机基团)、下述式(D-II)表示的化合物,
(式(D-II)中,R6表示选自吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶以及哌嗪的具有含氮原子环状结构的2价有机基团,X2分别表示2价的有机基团,存在的多个X2各自可以相同,也可以不同)等分子内具有两个伯氨基以及该伯氨基以外的氮原子的二胺;下述式(D-III)表示的单取代苯二胺(但是上述式(A)表示的化合物除外),
(式(D-III)中,R7表示选自-O-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-和-CO-的2价有机基团,R8表示具有选自甾体骨架、三氟甲基苯基、三氟甲氧基苯基和氟代苯基中的基团的1价有机基团或者碳原子数为6~30的烷基);下述式(D-IV)表示的化合物等二氨基有机硅氧烷,
(式(D-IV)中,R9各自表示碳原子数为1~12的烃基,存在的多个R9各自可以相同,也可以不同,p各自为1~3的整数,q为1~20的整数);下述式(D-1)~(D-5)各自表示的化合物等,
(式(D-4)中的y为2~12的整数,式(D-5)中的z为1~5的整数)。
上述芳香族二胺、分子内具有两个伯氨基以及该伯氨基以外的氮原子的二胺、单取代苯二胺(但是上述式(A)表示的化合物除外)以及上述式(D-1)~(D~5)表示的化合物所含有的苯环,任选可被碳原子数为1~4的烷基(优选甲基)取代。
在本发明液晶取向剂中可以含有的聚酰胺酸的合成时,与上述式(A)表示的化合物一起联用的其他二胺,优选含有选自上述二胺中的对苯二胺、4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4’-二氨基二苯硫醚、1,5-二氨基萘、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯、2,7-二氨基芴、4,4’-二氨基二苯基醚、2,2-二[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、9,9-二(4-氨基苯基)芴、2,2-二[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-二(4-氨基苯基)六氟丙烷、4,4’-(对亚苯基二异亚丙基)二苯胺、4,4’-(间亚苯基二异亚丙基)二苯胺、1,4-环己烷二胺、4,4’-亚甲基二(环己胺)、1,4-二(4-氨基苯氧基)苯、4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯、上述式(D-1)~(D-5)各自表示的化合物、2,6-二氨基吡啶、3,4-二氨基吡啶、2,4-二氨基嘧啶、3,6-二氨基吖啶、3,6-二氨基咔唑、N-甲基-3,6-二氨基咔唑、N-乙基-3,6-二氨基咔唑、N-苯基-3,6-二氨基咔唑、N,N’-二(4-氨基苯基)联苯胺、上述式(D-I)表示的化合物中的下述式(D-6)表示的化合物、上述式(D-II)表示的化合物中的下述式(D-7)表示的化合物、
以及上述式(D-III)表示的化合物中的十二烷氧基-2,4-二氨基苯、十五烷氧基-2,4-二氨基苯、十六烷氧基-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、十五烷氧基-2,5-二氨基苯、十六烷氧基-2,5-二氨基苯、十八烷氧基-2,5-二氨基苯和下述式(D-8)~(D-16)
各自表示的化合物构成的群组中选出的至少一种(以下称为“其他特定二胺”)的二胺。
本发明液晶取向剂中可以含有的聚酰胺酸的合成中所用的二胺,优选相对于全部二胺,含有1摩尔%以上上述式(A)表示的化合物,更优选含有2~20摩尔%,特别优选含有5~10摩尔%。
本发明液晶取向剂中可以含有的聚酰胺酸的合成中所用的二胺,优选相对于全部二胺,进一步含有20~99摩尔%如上所述的其他特定二胺,更优选含有50~99摩尔%,特别优选含有80~99摩尔%。
[聚酰胺酸的合成]
本发明液晶取向剂中可以含有的聚酰胺酸,可以通过使如上所述的四羧酸二酐与二胺反应而制得。
供给聚酰胺酸合成反应的四羧酸二酐与二胺化合物的使用比率,优选相对于二胺化合物中所含的1当量氨基,使四羧酸二酐的酸酐基为0.2~2当量的比率,更优选使其为0.3~1.2当量的比率。
聚酰胺酸的合成反应,在有机溶剂中,优选于-20~150℃、更优选于0~100℃的温度条件下进行,反应时间优选为1~240小时,更优选为2~12小时。这里,作为有机溶剂,只要是能够溶解合成的聚酰胺酸的溶剂,则对其没有特别的限制,可以列举例如N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯、四甲基脲、六甲基磷酰三胺等非质子类极性溶剂;间甲基酚、二甲苯酚、苯酚、卤代苯酚等酚类溶剂。另外,有机溶剂的用量(a)(其中当有机溶剂与下述不良溶剂联用时,是指它们的合计量),优选为使四羧酸二酐和二胺化合物的总量(b)相对于反应溶液的总量(a+b)为0.1~30重量%的量。
上述有机溶剂中,在不使生成的聚酰胺酸析出的范围内,还可以联用聚酰胺酸的不良溶剂醇类、酮类、酯类、醚类、卤代烃类、烃类等。作为这种不良溶剂的具体例子,可以列举例如甲醇、乙醇、异丙醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、三甘醇、乙二醇单甲醚、乳酸乙酯、乳酸丁酯、丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、草酸二乙酯、丙二酸二乙酯、乙醚、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇正丙醚、乙二醇异丙醚、乙二醇正丁醚、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙醚乙酸酯、二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚、二甘醇单甲醚、二甘醇单乙醚、二甘醇单甲醚乙酸酯、二甘醇单乙醚乙酸酯、四氢呋喃、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁烷、三氯乙烷、氯苯、邻二氯苯、己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯、二甲苯、二异丁基酮、丙酸异戊酯、异丁酸异戊酯、异戊醚等。
在聚酰胺酸的合成时,当将有机溶剂与不良溶剂联用时,不良溶剂的使用比率,相对于有机溶剂和不良溶剂的合计量,优选为50重量%以下,更优选为10重量%以下。
如上所述,得到溶解了聚酰胺酸的反应溶液。可以将该反应溶液直接供给液晶取向剂的配制,也可以将反应溶液中所含的聚酰胺酸分离出来后供给液晶取向剂的配制,或者也可以将分离出的聚酰胺酸精制后再供给液晶取向剂的配制。聚酰胺酸的分离,可以通过将上述反应溶液投入到大量的不良溶剂中,得到析出物,再减压干燥该析出物的方法,或者将反应溶液用蒸发器减压馏出的方法进行。另外,通过进行一次或者几次使该聚酰胺酸再次溶解于有机溶剂中,然后用不良溶剂使其析出的方法,或用蒸发器减压馏出的工序,可以精制聚酰胺酸。
[酰亚胺化聚合物]
本发明液晶取向剂中可以含有的酰亚胺化聚合物,可以通过将如上所述的聚酰胺酸脱水闭环以酰亚胺化而制得。
作为酰亚胺化聚合物的合成中所用的四羧酸二酐,优选使用含有选自脂环式四羧酸二酐中的至少一种(以下称为“特定四羧酸二酐(2)”)的四羧酸二酐。作为特定四羧酸二酐(2),特别优选选自2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、3-氧杂双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氢呋喃-2’,5’-二酮)、5-(2,5-二氧代四氢-3-呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧基降冰片烷-2:3,5:6-二酐和4,9-二氧杂三环[5.3.1.02,6]十一烷-3,5,8,10-四酮构成的群组中的至少一种。
本发明液晶取向剂中可以含有的酰亚胺化聚合物的合成中所用的四羧酸二酐,优选相对于全部四羧酸二酐,含有20摩尔%以上如上所述的特定四羧酸二酐(2),更优选含有50摩尔%以上,特别优选含有80摩尔%以上。
作为上述酰亚胺化聚合物的合成中所用的二胺,可以列举与上述聚酰胺酸合成中所用的二胺相同的二胺。
上述酰亚胺化聚合物,可以是原料聚酰胺酸所具有的酰胺酸结构全部脱水闭环的完全酰亚胺化物,也可以是酰胺酸结构仅一部分脱水闭环、酰胺酸结构与酰亚胺环结构并存的部分酰亚胺化物。
本发明液晶取向剂中所含的酰亚胺化聚合物,其酰亚胺化率优选为20%以上,特别优选为40~80%。
上述酰亚胺化率,是指相对于酰亚胺化聚合物的酰胺酸结构数与酰亚胺环结构数的合计数量,酰亚胺环结构数所占的比率用百分率表示的值。此时,酰亚胺环的一部分还可以是异酰亚胺环。酰亚胺化率可以通过将酰亚胺化聚合物溶于适当的氘代溶剂(例如氘代二甲基亚砜)中,以四甲基硅烷为基准物质,在室温下测定1H-NMR,由测定结果按照下述公式(1)求出。
酰亚胺化率(%)=(1-A1/A2×α)×100 (1)
(公式(1)中,A1为化学位移10ppm附近出现的源于NH基质子的峰面积,A2为源于其他质子的的峰面积,α为相对于酰亚胺化聚合物前体(聚酰胺酸)中的1个NH基的质子,其他质子的个数比率)。
为了合成上述酰亚胺化聚合物的聚酰胺酸的脱水闭环,可以(i)通过加热聚酰胺酸的方法,或者(ii)通过将聚酰胺酸溶解于有机溶剂中,向该溶液中加入脱水剂和脱水闭环催化剂并根据需要加热的方法进行。
上述(i)的加热聚酰胺酸的方法中的反应温度,优选为50~200℃,更优选为60~170℃。当反应温度不足50℃时,则脱水闭环反应不能进行充分,若反应温度超过200℃,则会出现所得酰亚胺化聚合物的分子量下降的情况。反应时间优选为1~24小时,更优选为2~8小时。
在上述(ii)的在聚酰胺酸溶液中添加脱水剂和脱水闭环催化剂的方法中,作为脱水剂,可以使用例如醋酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。脱水剂的用量,优选相对于聚酰胺酸的1摩尔重复单元为0.01~20摩尔。另外,作为脱水闭环催化剂,可以使用例如吡啶、三甲吡啶、二甲吡啶、三乙胺等叔胺。但是,并不局限于这些。脱水闭环催化剂的用量,相对于1摩尔所用脱水剂,优选为0.01~10摩尔。另外,作为脱水闭环反应中所用的有机溶剂,可以列举作为聚酰胺酸合成中所用溶剂而例示的有机溶剂。并且,脱水闭环反应的反应温度,优选为0~180℃,更优选为10~150℃,反应时间优选为1~24小时,更优选为2~8小时。
上述方法(i)中制得的酰亚胺化聚合物,可以将其直接供给液晶取向剂的配制,或者也可以将制得的酰亚胺化聚合物精制后再供给液晶取向剂的配制。另外,在上述方法(ii)中,得到含有酰亚胺化聚合物的反应溶液。该反应溶液,可以将其直接供给液晶取向剂的配制,也可以从反应溶液中除去脱水剂和脱水闭环催化剂之后供给液晶取向剂的配制,还可以将酰亚胺化聚合物分离出来后供给液晶取向剂的配制,或者也可以将分离的酰亚胺化聚合物精制后再供给液晶取向剂的配制。从反应溶液中除去脱水剂和脱水闭环催化剂,可以采用例如溶剂置换等方法。酰亚胺化聚合物的分离、精制,可以采取与以上作为聚酰胺酸的分离、精制方法所描述的同样的操作而进行。
-末端修饰型的聚合物-
本发明液晶取向剂中可以含有的聚酰胺酸或其酰亚胺化聚合物还可以是进行了分子量调节的末端修饰型聚合物。通过使用末端修饰型的聚合物,可以在不损害本发明效果的前提下进一步改善液晶取向剂的涂敷性能等。这种末端修饰型聚合物可以通过在聚酰胺酸的合成时,向聚合反应体系中加入分子量调节剂而进行。作为分子量调节剂,可以列举单酐、单胺化合物、单异氰酸酯化合物等。
作为上述单酐,可以列举例如马来酸酐、邻苯二甲酸酐、衣康酸酐、正癸基琥珀酸酐、正十二烷基琥珀酸酐、正十四烷基琥珀酸酐、正十六烷基琥珀酸酐等。作为上述单胺化合物,可以列举例如苯胺、环己胺、正丁胺、正戊胺、正己胺、正庚胺、正辛胺、正壬胺、正癸胺、正十一烷胺、正十二烷胺、正十三烷胺、正十四烷胺、正十五烷胺、正十六烷胺、正十七烷胺、正十八烷胺、正二十烷胺等。作为上述单异氰酸酯化合物,可以列举例如异氰酸苯酯、异氰酸萘基酯等。
分子量调节剂的使用比率,相对于100重量份聚酰胺酸合成时所使用的四羧酸二酐和二胺的合计量,优选为20重量份以下,更优选为5重量份以下。
-溶液粘度-
如上制得的聚酰胺酸或酰亚胺化聚合物,优选当配成浓度为10重量%的溶液时,具有20~800mPa·s的溶液粘度,更优选具有30~500mPa·s的溶液粘度。
上述聚合物的溶液粘度(mPa·s),是对采用该聚合物的良溶剂(例如γ-丁内酯、N-甲基-2-吡咯烷酮等)配成的10重量%浓度的聚合物溶液,用E型旋转粘度计在25℃下测定的值。
<其他添加剂>
本发明的液晶取向膜含有选自如上所述的聚酰胺酸及其脱水闭环而制得的酰亚胺化聚合物构成的群组中的至少一种聚合物作为必需成分,并根据需要还可以含有其他成分。作为这种其他成分,可以列举例如分子内具有至少1个环氧基的化合物(以下称为“环氧基化合物”)、官能性硅烷化合物等。
作为上述环氧基化合物,优选的可以列举例如乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、三丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、2,2-二溴新戊二醇二缩水甘油醚、1,3,5,6-四缩水甘油基-2,4-己二醇、N,N,N’,N’-四缩水甘油基-间苯二甲胺、1,3-二(N,N-二缩水甘油基氨基甲基)环己烷、N,N,N’,N’-四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯基甲烷、N,N-二缩水甘油基-苄胺、N,N-二缩水甘油基-氨基甲基环己烷等。这些含环氧基化合物的混合比率,相对于100重量份聚合物的合计量(是指液晶取向剂中所含的聚酰胺酸及其酰亚胺化聚合物的合计量。下同),优选为40重量份以下,更优选为0.1~30重量份。
作为上述官能性硅烷化合物,可以列举例如3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2-氨基丙基三甲氧基硅烷、2-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、N-乙氧羰基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-乙氧羰基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-三乙氧基硅烷基丙基三亚乙基三胺、N-三甲氧基硅烷基丙基三亚乙基三胺、10-三甲氧基硅烷-1,4,7-三氮杂癸烷、10-三乙氧基硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、9-三甲氧基硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、9-三乙氧基硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、N-苄基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苄基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-二(氧乙烯基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-二(氧乙烯基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷等。
这些含官能性硅烷化合物的混合比率,相对于100重量份聚合物合计量,优选为40重量份以下。
本发明的液晶取向剂是将选自如上所述的聚酰胺酸及其酰亚胺化聚合物构成的群组中的至少一种聚合物以及根据需要任选配合的其他添加剂优选溶解含于有机溶剂中而构成的。
作为本发明液晶取向剂中可以使用的有机溶剂,可以列举作为聚酰胺酸合成反应中所用的溶剂而例示的溶剂。另外,还可以适当地选择联用作为聚酰胺酸的合成反应时可联用的而例示的不良溶剂。作为这种有机溶剂的优选例子,可以列举例如N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、γ-丁内酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇单甲醚、乳酸丁酯、乙酸丁酯、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、乙二醇异丙醚、乙二醇正丁醚(丁基溶纤剂)、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙醚乙酸酯、二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚、二甘醇单甲醚、二甘醇单乙醚、二甘醇单甲醚乙酸酯、二甘醇单乙醚乙酸酯、二异丁基酮、丙酸异戊酯、异丁酸异戊酯、异戊醚等。它们可以单独使用,或者也可以两种以上混合使用。
本发明液晶取向剂中固体含量浓度(液晶取向剂中除有机溶剂以外的成分的合计重量占液晶取向剂总重量的比率)考虑粘性、挥发性等而适当地选择,优选为1~10重量%的范围。也就是说,本发明的液晶取向剂,将其涂敷于基板表面,除去有机溶剂,形成作为液晶取向膜的涂膜,当固体含量浓度不足1重量%时,将出现该涂膜的厚度过小而难以获得良好的液晶取向膜的情况;另一方面,当固体含量浓度超过10重量%时,将出现涂膜厚度过厚而同样难以获得良好的液晶取向膜的情况,并且,出现液晶取向剂的粘性增大,导致涂敷性能变差的情况。
特别优选的固体含量浓度范围,根据将液晶取向剂涂敷于基板时所采用的方法而不同。例如,当采用旋涂法时,特别优选1.5~4.5重量%的范围。当采用印刷法时,特别优选使固体含量浓度为3~9重量%的范围,这样,可以使溶液粘度落在12~50mPa·s的范围。当采用喷墨法时,特别优选使固体含量浓度为1~5重量%的范围,这样,可以使溶液粘度落在3~15mPa·s的范围。
<液晶显示元件>
本发明的液晶显示元件具有由如上所述的本发明液晶取向剂形成的液晶取向膜。
本发明的液晶显示元件可以通过例如以下的方法制造。
(1)采用例如辊涂法、旋涂法、印刷法、喷墨法等方法,将本发明的液晶取向剂涂敷于设有形成图案的透明导电膜的基板一面上,接着,通过加热涂敷面形成涂膜。这里,作为基板,可以使用例如浮法玻璃、钠钙玻璃等玻璃;聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚砜、聚碳酸酯、脂环式聚烯烃等塑料制透明基板。作为基板一面上设置的透明导电膜,可以使用氧化锡(SnO2)制的NESA膜(美国PPG公司注册商标)、氧化铟-氧化锡(In2O3-SnO2)制的ITO膜等。形成图案的透明导电膜的制得,可采用例如在基板上形成无图案的透明导电膜后,通过光刻蚀形成所需图案的方法,在透明导电膜形成时,采用具有所需图案的掩模,直接形成图案状的透明导电膜的方法等。在涂敷液晶取向剂时,为了进一步改善基板表面与树脂膜的粘附性,还可以预先涂敷例如官能性硅烷化合物、官能性钛化合物等。液晶取向剂涂敷后,为了防止涂敷的取向剂液体下垂等的目的,优选进行预加热(预烘焙)。预烘焙温度优选为30~200℃,更优选为40~150℃,特别优选40~100℃。预烘焙时间优选为0.1~10分钟,更优选为0.5~3分钟。然后,为了完全除去溶剂等目的,进行烧成(后烘焙)工序。该后烘焙温度优选为80~300℃,更优选为120~250℃。后烘焙时间优选为1~180分钟,更优选为10~120分钟。
本发明的液晶取向剂通过涂敷后除去有机溶剂而形成作为取向膜的涂膜,而当本发明的液晶取向剂中所含的聚合物为聚酰胺酸或者同时存在酰亚胺环结构和酰胺酸结构的酰亚胺化聚合物时,还可以在形成涂膜后通过进一步加热使其进行脱水闭环反应,以形成进一步酰亚胺化的涂膜。
这里形成的涂膜的厚度,优选为0.001~1μm,更优选为0.005~0.5μm。
(2)预制两块如上形成液晶取向膜的基板,通过在该两块基板间布置液晶,制造液晶盒。液晶盒的制造,可以列举例如以下的两种方法。
第一种方法,是以前已知的方法。首先,通过将两块基板通过间隙(盒间隙)相对设置,使各自的液晶取向膜相对向,将两块基板的周边部位用密封剂贴合,向由基板表面和密封剂围成的盒间隙内填充液晶后,封闭注入孔,即可制得液晶盒。
第二种方法,是被称作为ODF(One Drop Fill)方式的方法。在形成液晶取向膜的两块基板中的一块基板上的规定部位,涂敷例如紫外线固化性密封剂材料,再在液晶取向膜面上滴下液晶后,贴合另一块基板,使液晶取向膜向对向,然后对基板整面照射紫外线,使密封剂固化,即可制得液晶盒。本发明的液晶取向剂,由于能够形成垂直取向性优良的液晶取向膜,因而具有即使采用ODF方法制造VA型液晶显示元件时,也能够制得不会产生ODF不匀的液晶显示元件的优点。
在采用任一方法的情况下,均需要通过接着将液晶盒加热至所用液晶呈各向同性相的温度后,缓慢冷却至室温,来除去注入时的流动取向。
然后,通过在液晶盒的外侧表面上贴合偏振片,即可制得本发明的液晶显示元件。
这里,作为密封剂,可以使用例如含作为固化剂和分隔物的氧化铝球的环氧树脂等。
作为液晶,可以列举向列型液晶和碟状型液晶。其中优选向列型液晶,可以使用例如希夫氏碱类液晶、氧化偶氮基类液晶、联苯类液晶、苯基环己烷类液晶、酯类液晶、三联苯类液晶、联苯基环己烷类液晶、嘧啶类液晶、二氧六环类液晶、双环辛烷类液晶、立方烷类液晶等。并且,这些液晶中还可以进一步添加例如氯化胆甾醇、胆甾醇壬酸酯、胆甾醇碳酸酯等胆甾型液晶或以商品名“C-15”、“CB-15”(メルク公司制)销售的手性剂等而进行使用。并且,还可以使用对癸氧基苯亚甲基-对氨基-2-甲基丁基肉桂酸酯等铁电性液晶。
另外,作为液晶盒外表面上贴合的偏振片,可以列举将聚乙烯醇延伸取向同时吸收碘所得的称作为“H膜”的偏振膜夹在醋酸纤维保护膜中而制成的偏振片或者H膜自身制成的偏振片。
【实施例】
实施例1(上述式(A-10)表示的化合物的合成)
上述式(A-10)表示的化合物(以下称为“化合物(A-10)”)按照下述合成路线1合成。
合成路线1
(1)化合物(A-10a)的合成
向装有搅拌器、氮气导入管和温度计的5L三颈烧瓶中,加入389gβ-胆甾烷醇、201g琥珀酸酐、15g N,N-二甲基氨基吡啶、170ml三乙胺和2L乙酸乙酯,在90℃下进行8小时反应。反应结束后,减压馏出除去乙酸乙酯,加入2L氯仿。有机层依次用稀盐酸洗涤3次,再用水洗涤4次后,用硫酸镁干燥。浓缩有机层,滤出生成的沉淀,除去溶剂,即制得223g化合物(A-10a)的白色粉末。
另外,化合物(A-10a)的合成,可根据需要重复上述规模,以确保以下实施例的必需量。
(2)化合物(A-10b)的合成
向装有搅拌器、温度计和氮气导入管的5L三颈烧瓶中,加入223g以上合成的化合物(A-10a)、108g 3,5-二硝基苯甲酰氯、207g碳酸钾、150g碘化钠和1500ml N,N-二甲基甲酰胺,在60℃下进行8小时反应。反应结束后,加入3L氯仿,将得到的有机层用水洗涤3次,然后用硫酸镁干燥。浓缩有机层,回收析出的固体,将其用乙醇洗涤,即制得280g化合物(A-10b)的淡黄色粉末。
(3)化合物(A-10)的合成
向装有搅拌器、温度计和氮气导入管的5L三颈烧瓶中,加入200g以上合成的化合物(A-10b)、680g氯化锡二水合物和2L乙酸乙酯,在回流下进行4小时反应。反应结束后,将反应混合物依次用氟化钾水溶液和水进行洗涤。将有机层用硫酸镁干燥,然后浓缩后,用乙醇重结晶,即制得58g化合物(A-10)的淡黄色晶体。
实施例2(上述式(A-18)表示的化合物的合成)
上述式(A-18)表示的化合物(以下称为“化合物(A-18)”)按照下述合成路线2合成。
合成路线2
(1)化合物(A-18a)的合成
向装有滴液漏斗、温度计和氮气导入管的1L三颈烧瓶中,加入117g β-胆甾烷醇、3.7g N,N-二甲基氨基吡啶、400ml四氢呋喃和55ml三乙胺,用冰冷却。在此,将加入到滴液漏斗中的甲磺酰氯31ml和四氢呋喃100ml组成的溶液经1小时滴入,再在室温下搅拌3小时进行反应。反应结束后,向反应混合物中加入500ml乙酸乙酯,将所得的有机层用水进行3次分液洗涤后,用硫酸镁干燥。然后,将有机层浓缩至约300ml后,将其分散至600ml乙醇中,滤取生成的白色沉淀,干燥,即制得117g化合物(A-18a)。
(2)化合物(A-18b)的合成
将46.7g以上制得的化合物(A-18a)、155g乙二醇和200ml1,4-二氧六环进行混合,在100℃下加热搅拌20小时进行反应。反应结束后,向反应混合物中加入500ml水和500ml氯仿,充分搅拌后,分离有机层,依次用500ml碳酸氢钠的饱和水溶液洗涤1次,用500ml水洗涤2次。将有机层用硫酸镁脱水,过滤并浓缩后,加入500ml乙醇,在0℃下搅拌后,静置一夜。滤出静置后生成的白色析出物后,浓缩滤液,除去溶剂,即制得26.3g化合物(A-18b)的粗产物粘性液体。
(3)化合物(A-18c)的合成
将26.3g以上制得的化合物(A-18b)和14g 3,5-二硝基苯甲酰氯混合,在300ml四氢呋喃溶剂中、0℃下搅拌10分钟。经10分钟向其中滴加8.4ml三乙胺后,在室温下搅拌3小时进行反应。反应结束后,浓缩反应液,加入500ml氯仿后,用300ml水洗涤4次。将有机层用硫酸镁脱水后,过滤、浓缩,回收粘性液体。将该粘性液体通过采用硅柱的柱层析(洗脱溶剂:氯仿)进行精制,即制得20g淡黄色油状化合物(A-18c)。
(4)化合物(A-18)的合成
在氮气环境下,将20g以上制得的(A-18c)和78g氯化锡(II)二水合物进行混合,在350ml乙酸乙酯溶剂中、回流下加热搅拌4小时。然后加入400ml 2mol/L的氟化钾水溶液并搅拌,滤出析出的盐。将有机层用400ml 2mol/L的氟化钾洗涤1次,用400ml水洗涤3次,再用硫酸镁脱水后,过滤、浓缩,得到淡黄色粉末。将该制得的粉末通过柱层析(洗脱溶剂:氯仿/乙醇=95/5(体积比))进行精制,即制得14g白色粉末的(A-18)。
实施例3(化合物(A-24)的合成)
上述式(A-24)表示的化合物(以下称为“化合物(A-24)”)按照下述合成路线3合成。
合成路线3
(1)化合物(A-24b)的合成
向装有滴液漏斗、氮气导入管和温度计的500ml三颈烧瓶中,加入24g化合物(A-10a)和150ml四氢呋喃,冷却至-18℃。经30分钟向其中滴加55ml浓度为0.9mol/L的硼烷-四氢呋喃配合物/四氢呋喃溶液后,在室温下进一步反应16小时。反应结束后,将反应混合物用冰冷却,向其中缓慢加入30ml水后,再加入乙酸乙酯,将获得的有机层依次用饱和碳酸氢钠水溶液分液洗涤2次,用水分液洗涤3次后,再将有机层用硫酸镁干燥,浓缩、干燥,即制得17g化合物(A-24b)的白色粉末。
(2)(A-24c)的合成
向装有滴液漏斗、氮气导入管和温度计的500ml三颈烧瓶中,加入15g以上制得的化合物(A-24b)、4.5ml三乙胺和100ml四氢呋喃,用冰冷却。在此,用滴液漏斗经1小时滴加溶于50ml四氢呋喃中的7.4g 3,5-二硝基苯甲酰氯,再在室温下反应2小时。反应结束后,向反应混合物中加入乙酸乙酯,将所得有机层依次用碳酸氢钠水溶液分液洗涤2次,用水洗涤3次后,将有机层用硫酸镁干燥,然后浓缩、干燥后,从乙醇中重结晶,即制得10g化合物(A-24c)。
(3)化合物(A-24)的合成
向装有回流管、氮气导入管和温度计的1L三颈烧瓶中,加入10g以上制得的(A-24c)、95mg 5重量%钯碳粉末、120ml乙醇、60ml四氢呋喃和3.8ml肼一水化物,在室温下搅拌1小时后,再在70℃下搅拌1小时进行反应。反应结束后,将反应混合物用硅藻土过滤,向所得滤液中加入300ml乙酸乙酯,将所得有机层用水分液洗涤3次后,浓缩、干燥。将该干燥物从乙醇中重结晶,即制得7g化合物(A-24)。
实施例4
上述式(A-22)表示的化合物(以下称为“化合物(A-22)”)按照下述合成路线4合成。
合成路线4
(1)化合物(A-22b)的合成
将47g化合物(A-10a)和28g 3,5-(N,N-二烯丙基)二氨基苯酚混合,在400ml四氢呋喃中、0℃下搅拌。向其中加入25g N,N-二环己基碳化二亚胺和2.4g N,N-二甲基氨基吡啶后,在25℃下搅拌4小时。然后加入氯仿,将有机层进行水洗后,浓缩。将浓缩物通过柱层析(洗脱溶剂:己烷∶乙酸乙酯=8∶1(体积比))进行精制,即制得化合物(A-22b)的粗精制物。
(2)化合物(A-22)的合成
将38g以上制得的(A-22b)、23g 1,3-二甲基巴比土酸和1.1g四(三苯基膦)钯混合,在200ml二氯甲烷中、35℃下搅拌7小时进行反应。反应结束后,将反应混合物依次用饱和碳酸氢钠水溶液和水洗涤后,浓缩有机层,除去溶剂,得到褐色的粘性液体。将该粘性液体通过柱层析(洗脱溶剂:氯仿∶乙醇=95∶5(体积比))进行精制后,再从乙醇中进行重结晶,即制得13g化合物(A-22)的淡黄色粉末。
实施例5
上述式(A-26)表示的化合物(以下称为“化合物(A-26)”)按照下述合成路线5合成。
合成路线5
(1)化合物(A-26a)的合成
向装有搅拌器、氮气导入管和温度计的10L三颈烧瓶中,加入778g β-胆甾烷醇、458g戊二酐、30g N,N-二甲基氨基吡啶、340ml三乙胺和4L乙酸乙酯,在90℃下反应8小时。反应结束后,减压馏出除去乙酸乙酯,加入2L氯仿。将有机层依次用稀盐酸洗涤3次,再用水洗涤4次后,用硫酸镁干燥。浓缩有机层,滤出生成的沉淀,除去溶剂,即制得498g化合物(A-26a)的白色粉末。
(2)化合物(A-26b)的合成
向装有搅拌器、温度计和氮气导入管的5L三颈烧瓶中,加入254g以上合成的化合物(A-26a)、108g 3,5-二硝基苯甲酰氯、207g碳酸钾、150g碘化钠和1500ml N,N-二甲基甲酰胺,在60℃下进行8小时反应。反应结束后,加入3L氯仿,将得到的有机层用水洗涤3次,然后用硫酸镁干燥。浓缩有机层,回收析出的固体,将其用乙醇洗涤,即制得305g化合物(A-26b)的淡黄色粉末。
(3)化合物(A-26)的合成
向装有搅拌器、温度计和氮气导入管的5L三颈烧瓶中,加入228g以上合成的化合物(A-26b)、680g氯化锡二水合物和2L乙酸乙酯,在回流下进行4小时反应。反应结束后,将反应混合物依次用氟化钾水溶液和水进行洗涤。将有机层用硫酸镁干燥,然后浓缩后,用乙醇重结晶,即制得60g化合物(A-26)的淡黄色晶体。
实施例6(酰亚胺化聚合物的合成例1)
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐65g(TCA),作为二胺化合物的对苯二胺31g和上述实施例1中合成的化合物(A-10)9.2g(相对于1摩尔当量TCA,相当于0.05摩尔当量)溶于420g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时,得到含20重量%聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为4700mPa·s。
然后,向所得聚酰胺酸溶液中追加980g N-甲基-2-吡咯烷酮,再加入23g吡啶和30g醋酸酐,在110℃下进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,通过将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换(在此操作中将脱水闭环反应中使用的吡啶和醋酸酐除去至体系外。下同),得到含有20重量%酰亚胺化率约为49%的酰亚胺化聚合物(PI-1)的溶液。取少量溶液,用N-甲基-2-吡咯烷酮稀释成聚合物浓度为6.0重量%的溶液,测定的溶液粘度为22mPa·s。
实施例7(酰亚胺化聚合物的合成例2)
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐60g(TCA),作为二胺化合物的对苯二胺27g和上述实施例1中合成的化合物(A-10)17g(相对于1摩尔当量TCA,相当于0.1摩尔当量)溶于420g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时,得到含20重量%聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为3700mPa·s。
然后,向所得聚酰胺酸溶液中追加980g N-甲基-2-吡咯烷酮,再加入21g吡啶和28g醋酸酐,在110℃下进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,通过将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换,得到含有20重量%酰亚胺化率约为50%的酰亚胺化聚合物(PI-2)的溶液。取少量该溶液,用N-甲基-2-吡咯烷酮稀释成聚合物浓度为6.0重量%的溶液,测定的溶液粘度为20mPa·s。
实施例8(酰亚胺化聚合物的合成例3)
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐21g(TCA)以及作为二胺化合物的对苯二胺9.0g和上述实施例2中合成的化合物(A-18)5.3g(相对于1摩尔当量TCA,相当于0.1摩尔当量)溶于140g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时,得到含20重量%聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为3500mPa·s。
然后,向所得聚酰胺酸溶液中追加325g N-甲基-2-吡咯烷酮,再加入15g吡啶和19g醋酸酐,在110℃下进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,通过将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换,得到含有20重量%酰亚胺化率约为78%的酰亚胺化聚合物(PI-3)的溶液。取少量该溶液,用N-甲基-2-吡咯烷酮稀释成聚合物浓度为6.0重量%的溶液,测定的溶液粘度为21mPa·s。
实施例9(酰亚胺化聚合物的合成例4)
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐20g(TCA)以及作为二胺化合物的对苯二胺8.9g和上述实施例3中合成的化合物(A-24)5.6g(相对于1摩尔当量TCA,相当于0.1摩尔当量)溶于140g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时,得到含20重量%聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为3600mPa·s。
然后,向所得聚酰胺酸溶液中追加325g N-甲基-2-吡咯烷酮,再加入14g吡啶和19g醋酸酐,在110℃下进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,通过将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换,得到含有20重量%酰亚胺化率约为80%的酰亚胺化聚合物(PI-4)的溶液。取少量该溶液,用N-甲基-2-吡咯烷酮稀释成聚合物浓度为6.0重量%的溶液,测定的溶液粘度为22mPa·s。
实施例10(酰亚胺化聚合物的合成例5)
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐20g(TCA)以及作为二胺化合物的对苯二胺8.9g和上述实施例4中合成的化合物(A-22)5.5g(相对于1摩尔当量TCA,相当于0.1摩尔当量)溶于140g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时,得到含20重量%聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为3700mPa·s。
然后,向所得聚酰胺酸溶液中追加325g N-甲基-2-吡咯烷酮,再加入14g吡啶和19g醋酸酐,在110℃下进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,通过将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换,得到含有20重量%酰亚胺化率约为79%的酰亚胺化聚合物(PI-5)的溶液。取少量该溶液,用N-甲基-2-吡咯烷酮稀释成聚合物浓度为6.0重量%的溶液,测定的溶液粘度为22mPa·s。
实施例11(酰亚胺化聚合物的合成例6)
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐20g(TCA)以及作为二胺化合物的对苯二胺8.9g和上述实施例5中合成的化合物(A-26)5.8g(相对于1摩尔当量TCA,相当于0.1摩尔当量)溶于140g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时,得到含20重量%聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为3400mPa·s。
然后,向所得聚酰胺酸溶液中追加325g N-甲基-2-吡咯烷酮,再加入14g吡啶和19g醋酸酐,在110℃下进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,通过将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换,得到含有20重量%酰亚胺化率约为78%的酰亚胺化聚合物(PI-6)的溶液。取少量该溶液,用N-甲基-2-吡咯烷酮稀释成聚合物浓度为6.0重量%的溶液,测定的溶液粘度为21mPa·s。
实施例12(酰亚胺化聚合物的合成例7)
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐65g(TCA)以及作为二胺化合物的对苯二胺31g和上述实施例1中合成的化合物(A-10)9.2g(相对于1摩尔当量TCA,相当于0.05摩尔当量)溶于420g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时,得到含20重量%聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为4700mPa·s。
然后,向所得聚酰胺酸溶液中追加980g N-甲基-2-吡咯烷酮,再加入46g吡啶和60g醋酸酐,在110℃下进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,通过将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换,得到含有20重量%酰亚胺化率约为78%的酰亚胺化聚合物(PI-7)的溶液。取少量该溶液,用N-甲基-2-吡咯烷酮稀释成聚合物浓度为6.0重量%的溶液,测定的溶液粘度为22mPa·s。
实施例13(酰亚胺化聚合物的合成例8)
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐60g(TCA)以及作为二胺化合物的对苯二胺27g和上述实施例1中合成的化合物(A-10)17g(相对于1摩尔当量TCA,相当于0.1摩尔当量)溶于420g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时,得到含20重量%聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为3700mPa·s。
然后,向所得聚酰胺酸溶液中追加980g N-甲基-2-吡咯烷酮,再加入42g吡啶和56g醋酸酐,在110℃下进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,通过将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换,得到含有20重量%酰亚胺化率约为80%的酰亚胺化聚合物(PI-8)的溶液。取少量该溶液,用N-甲基-2-吡咯烷酮稀释成聚合物浓度为6.0重量%的溶液,测定的溶液粘度为20mPa·s。
比较合成例1(酰亚胺化聚合物的比较合成例)
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐29g(TCA)、作为二胺化合物的对苯二胺11g和下述式(R-1)
表示的化合物9.9g(相对于1摩尔当量TCA,相当于0.2摩尔当量)溶于450g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时,得到含20重量%聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为3500mPa·s。
然后,向所得聚酰胺酸溶液中追加500g N-甲基-2-吡咯烷酮,再加入10g吡啶和13g醋酸酐,在110℃下进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,通过将体系内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮进行溶剂置换,得到含有20重量%酰亚胺化率约为49%的酰亚胺化聚合物(B-1)的溶液。取少量该溶液,用N-甲基-2-吡咯烷酮稀释成聚合物浓度为6.0重量%的溶液,测定的溶液粘度为19mPa·s。
实施例14(液晶取向剂的配制和评价)
<液晶取向剂的配制>
(1)印刷性评价用液晶取向剂的配制
向上述实施例6中制得的含酰亚胺化聚合物(PI-1)的溶液中加入N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和丁基溶纤剂(BC),配成溶剂组成为NMP∶B C=50∶50(重量比)、固体含量浓度为6.0重量%的溶液。将该溶液用孔径为1μm的滤器过滤,配制得印刷性评价用的液晶取向剂。
(2)制造液晶显示元件用的液晶取向剂的配制
向上述实施例6中制得的含酰亚胺化聚合物(PI-1)的溶液中加入N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和丁基溶纤剂(BC),配成溶剂组成为NMP∶BC=50∶50(重量比)、固体含量浓度为4重量%的溶液。将该溶液用孔径为1μm的滤器过滤,配制得制造液晶显示元件用的液晶取向剂。
<液晶取向剂的评价>
采用这些液晶取向剂中的任何一者,按照以下的方法进行评价。评价结果列于表1。
(1)印刷性的评价
对于上述配制的印刷性评价用液晶取向剂,采用液晶取向膜印刷机(日本写真印刷(株)制造),在下述条件下涂敷于带有ITO膜制透明电极的玻璃基板的透明电极面上,在80℃下加热1分钟(预烘焙)除去溶剂后,再在200℃下加热60分钟(后烘焙),形成膜厚为60nm的涂膜。对该涂膜进行目测观察,调查有无褶皱和涂敷不均,当印刷不均和针眼均没有观察到时,印刷性评价为“良好”。
(2)垂直取向控制力的评价
采用旋涂机将上述配制的制造液晶显示元件用的液晶取向剂涂敷在厚度为1mm的玻璃基板的一面上设置的ITO膜制透明导电膜上,在80℃下加热1分钟(预烘焙)除去溶剂后,再在200℃下加热60分钟,形成膜厚为0.08μm的涂膜。然后,采用装有缠绕人造纤维布的辊的打磨机,在辊转速为400rpm、操作台移动速度为3cm/秒,绒毛挤入长度为0.4mm的条件下,对该涂膜进行打磨处理。然后,在超纯水中用超声波洗涤10分钟后,接着在100℃的洁净烘箱中干燥10分钟,制得具有进行了打磨处理的液晶取向膜的基板。重复进行该操作,制作一对(2块)具有进行了打磨处理的液晶取向膜的基板。
然后,在上述一对基板的具有液晶取向膜的各外缘上,涂敷加入了直径为5.5μm的氧化铝球的环氧树脂粘合剂后,使液晶取向膜面逆平行地重合并压合,再使粘合剂固化。接着,通过液晶注入口向一对基板间填充向列型液晶(メルク社制,MLC-6608)后,用丙烯酸类光固化粘合剂将液晶注入口封闭,制造出垂直取向控制力评价用的液晶盒。
对该液晶显示元件,采用结晶旋转角法测定的预倾角为86°以上的情况,垂直取向控制力评价为“良好”,不到86°的情况,垂直取向控制力评价为“不合格”。
另外,已知上述进行的打磨处理,对液晶取向膜的垂直取向控制力具有消减效果。故而当即使进行打磨处理也显示86°以上预倾角的情形,垂直取向控制力可以说极其优良,能够获得这种结果的液晶取向剂,即使将其用于通过ODF方式制造VA型液晶显示元件时,根据经验也可以知道不会产生显示不匀。
(3)电压保持率的评价
除了不进行打磨处理以外,与上述(2)垂直取向控制力的评价中同样地制造液晶盒。
在60℃下,在16.7毫秒的时间跨度内,对该液晶盒施加5V的电压,电压施加时间为60微秒,然后测定从电压解除至16.7毫秒后的电压保持率。
(4)耐热性的评价(长期连续驱动耐受性的替代评价)
对与上述同样地制造的液晶盒,首先,在167毫秒的时间跨度下施加5V的电压,电压施加时间为60微秒,然后测定从电压解除至167毫秒后的电压保持率。此时的数值作为初期电压保持率(VHRBF)。
测定VHRBF后,将液晶显示元件置于100℃的烘箱中,施加1000小时的热应力。然后将液晶显示元件在室温下静置冷却至室温后,在与上述初期电压保持率的测定相同的条件下,测定施加热应力后的电压保持率(VHRAF)。
由下述公式(2)求出热应力施加前后的电压保持率的变化率(ΔVHR),
ΔVHR(%)=((VHRBF-VHRAF)÷VHRBF)×100 (2)
该变化率不足5%的情况,耐热性评价为“良好”,为5%以上的情况,耐热性评价为“不合格”。
评价结果列于表1。
实施例15~23、比较例1
除了液晶取向剂的组成分别如表1中所示以外,与上述实施例14同样地分别配制2种液晶取向剂,并进行评价。另外,实施例15和17~23中,在向聚合物溶液中加入规定的溶剂后,相对于100重量份聚合物进一步加入了20重量份下述式(E-1)表示的环氧基化合物。
各自的结果列于表1。
表1
Claims (5)
2.权利要求1所述的液晶取向剂,其中上述式(A)中的X基团为下述式(X-1-1)或(X-2-1)表示的基团,
上述式(X-1-1)或(X-2-1)中的“*”表示连接键。
3.一种液晶显示元件,其特征在于具有由权利要求1或2所述的液晶取向剂形成的液晶取向膜。
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