CN102002371B - 液晶取向剂、液晶取向膜、液晶显示元件、化合物以及该化合物的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液晶取向剂、液晶取向膜、液晶显示元件、化合物以及该化合物的制造方法。该液晶取向剂作为该液晶取向膜的形成材料的适合印刷的性质优异,其中该液晶取向膜充分满足作为液晶显示元件而在实用方面要求的垂直取向性、电压保持率和耐候性等性质,而且产生缺陷时的返工中容易剥离。该液晶取向剂包含:[A]选自由聚酰胺酸和聚酰亚胺构成的群组的至少一种聚合物,以及[B]下式(1)所示的化合物。
Description
技术领域
本发明涉及液晶取向剂、液晶取向膜、液晶显示元件、化合物以及该化合物的制造方法。
背景技术
液晶显示元件由于具有耗电量少、容易小型化和平板化等优点,所以广泛用于移动电话、液晶显示器等液晶显示装置。作为该液晶显示装置的显示方式,例如在专利文献1~4中,根据液晶分子的取向状态的变化,公开了具有扭曲向列型(TN型)、超扭曲向列型(STN型)、面内切换型(IPS型)、垂直取向型(VA)型等液晶盒的液晶显示元件。任意的显示方式中,由于液晶分子的取向状态都是由液晶取向膜控制,所以液晶取向膜以及作为该液晶取向膜的材料的液晶取向剂所具有的性质影响着液晶显示元件性质的表现。
液晶取向膜的液晶分子在基板上垂直取向的能力(垂直取向性)通过使用包含在侧链具有大体积取代基的聚合物的液晶取向剂来显现是已知的。例如,在专利文献5中,公开了一种液晶取向剂,该液晶取向剂通过大量使用具有大体积取代基的1-十八烷氧基-2,4-二氨基苯等单体(以下,有时也称作“预倾角表现性单体”),合成聚合物,从而可以形成显示出稳定的垂直取向性的液晶取向膜。但是,认为该液晶取向剂的印刷性可能会变差,无法同时实现良好的垂直取向性和印刷性。
另外,基于获得高电压保持率以及耐候性(对长时间驱动产生的热和光应力引起的电性质以及显示品质低下的耐受性)优异的液晶显示元件的目的,公开了包含聚酰胺酸或聚酰亚胺的同时,还含有多官能的环氧化合物的液晶取向剂(参照专利文献6和7)。
另一方面,产生了液晶取向膜的制造工序产生的涂膜气孔、涂布不均等缺陷的基板有可能剥去涂膜再次利用(返工),在该返工中,要求液晶取向膜对基板有剥离性。然而,如果使用大量含有上述多官能的环氧化合物的液晶取向剂,则由于烘焙时的环氧基的交联反应,可能会降低返工时液晶取向膜的剥离性。
基于这种状况,希望开发出一种液晶取向剂,该液晶取向剂可以形成一种液晶取向膜,该液晶取向膜可以同时实现良好的垂直取向性和印刷性,电压保持率和耐候性优异,而且产生缺陷时的返工中容易剥离。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开平4-153622号公报
【专利文献2】日本特开昭60-107020号公报
【专利文献3】日本特开昭56-91277号公报
【专利文献4】美国第5,928,733号专利
【专利文献5】日本特开平6-136122号公报
【专利文献6】日本特许第3799700号公报
【专利文献7】日本特开2008-299318号公报
发明内容
本发明是根据上述问题提出的,其目的在于提供一种液晶取向膜、作为该液晶取向膜的形成材料的适合印刷的性质优异的液晶取向剂、具有该液晶取向膜的液晶显示元件、化合物以及化合物的制造方法,其中该液晶取向膜充分满足作为液晶显示元件而在实用方面要求的垂直取向性、电压保持率以及耐候性等性质,而且产生缺陷时的返工中容易剥离。
为了解决上述问题而提出的发明是一种液晶取向剂,其包含:
[A]选自由聚酰胺酸和聚酰亚胺构成的群组的至少一种聚合物,以及
[B]下式(1)所示的化合物。
(式(1)中、R各自独立地是氢原子、羟甲基、碳原子数为2~7的烷氧基甲基或-CH2OQ。Q是下式(2a)表示的基团。其中,至少一个R是-CH2OQ-)。
(式(2a)中,
RI是碳原子数为4~40的烷基、碳原子数为1~40的氟代烷基、或具有甾族骨架的碳原子数为17~51的烃基。
RII是亚环己基或者亚苯基。
ZI是单键、-O-、*-COO-或者*-OCO-。其中,带*的连接键是RI侧。
ZII是-O-、*-COO-或者*-OCO-。其中,带*的连接键是RI侧。
n1是1~3的整数。n2是0或者1。n3是0~2的整数。n4是0或者1。其中,n1为2以上时,多个RII各自独立地满足上述定义。n2和n4为0时,RI是碳原子数为7~40的烷基、碳原子数为1~40的氟代烷基、或者具有甾族骨架的碳原子数为17~51的烃基)。
该液晶取向剂通过含有[A]聚合物和[B]化合物,可以形成充分满足作为液晶显示元件在实用方面要求的垂直取向性、电压保持率以及耐候性等性质,而且产生缺陷时的返工中容易剥离的液晶取向膜。另外,该液晶取向剂印刷性优异,在基板上印刷涂布时,几乎不会产生印刷不均,有助于赋予均匀且良好的垂直取向性。
含有该液晶取向剂的上述[B]化合物优选为(b1)下式(1x)所示的化合物(以下,有时也称作“(b1)化合物”)和(b2)下式(2)所示的化合物(以下,有时也称作“(b2)化合物”)的反应产物。
(式(1x)中,Rx各自独立地是氢原子、羟甲基或者碳原子数为2~7的烷氧基甲基。其中,Rx的至少一个是羟甲基或者碳原子数为2~7的烷氧基甲基)。
Q-OH (2)
(式(2)中,Q是上式(2a)所示的基团)。
通过使上式(b1)化合物和(b2)化合物反应,可以容易地得到[B]化合物。
上述n4优选为0。另外,Q更优选为选自由下式(2a-1)~(2a-5)所示的基团构成的群组的至少一种。
Rz- (2a-1)
(式(2a-1)~(2a-5)中,Rz是碳原子数为7~40的烷基或者具有甾族骨架的碳原子数为17~51的烃基。Ry是碳原子数为4~40的烷基。)
[B]化合物通过具有上述特定基团,增加液晶取向膜的刚直性,耐候性更优异。
相对于[A]聚合物100质量份,[B]化合物的使用比例优选为0.1质量份以上、100质量份以下。相对于具有极性的[A]聚合物,通过如上含有特定量的非极性的[B]化合物,可以进一步提高预倾角的显现和产生缺陷时的返工中的剥离性。
由该液晶取向剂形成的液晶取向膜和具有该液晶取向膜的液晶显示元件也适合包含在本发明中。该液晶显示元件可以用于各种装置,例如台式计算器、手表、座钟、计数显示板、文字处理器、个人电脑、液晶显示器等显示装置。
本发明包含下式(1)所示的化合物。
(式(1)中,R各自独立地是氢原子、羟甲基、碳原子数为2~7的烷氧基甲基或者-CH2OQ。Q是下式(2a)所示的基团。其中,至少一个R是-CH2OQ)。
(式(2a)中,
RI是碳原子数为4~40的烷基、碳原子数为1~40的氟代烷基、或者具有甾族骨架的碳原子数为17~51的烃基。
RII是亚环己基或者亚苯基。
ZI是单键、-O-、*-COO-或者*-OCO-。其中,带*的连接键是RI侧。
ZII是-O-、*-COO-或者*-OCO-。其中,带*的连接键是RI侧。
n1是1~3的整数。n2是0或者1。n3是0~2的整数。n4是0或者1。其中,在n1为2以上时,多个RII各自独立地满足上述定义。在n2和n4为0时,RI是碳原子数为7~40的烷基、碳原子数为1~40的氟代烷基、或者具有甾族骨架的碳原子数为17~51的烃基)。
该化合物适合用作形成液晶取向膜使用的液晶取向剂等的成分。
本发明中,包含具有使下式(1x)所示的化合物和下式(2)所示的化合物反应的工序的该化合物的制造方法。
(式(1x)中、Rx各自独立地是氢原子、羟甲基或者碳原子数为2~7的烷氧基甲基。其中,至少一个Rx是羟甲基或者碳原子数为2~7的烷氧基甲基。)
Q-OH (2)
(式(2)中,Q是上式(2a)所示的基团。)
根据本发明,可以提供一种液晶取向膜、作为该液晶取向膜的形成材料的适合印刷的性质优异的液晶取向剂、具有该液晶取向膜的液晶显示元件、化合物以及化合物的制造方法,其中该液晶取向膜充分满足作为液晶显示元件而在实用方面要求的垂直取向性、电压保持率以及耐候性等性质,而且产生缺陷时的返工中容易剥离。因此,本发明的液晶显示元件可以有效地用于各种装置,例如台式计算器、手表、座钟、计数显示板、文字处理器、个人电脑、液晶显示器等显示装置。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方案进行详细描述。
<液晶取向剂>
本发明的液晶取向剂包含[A]选自由聚酰胺酸和聚酰亚胺构成的群组的至少一种聚合物(以下,有时也称作“[A]聚合物”)、以及[B]上式(1)所示的化合物(以下,有时也称作[B]化合物)。另外,该液晶取向剂在不损害本发明的效果的范围内,可以含有任意成分。以下,对[A]聚合物、[B]化合物和任意成分进行详细描述。
<[A]聚合物>
作为[A]聚合物的聚酰胺酸通过四羧酸二酐和二胺反应得到,聚酰亚胺通过将该聚酰胺酸脱水闭环得到。以下,对四羧酸二酐和二胺进行详细描述。
[四羧酸二酐]
作为四羧酸二酐,可以列举出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、1,3-二氯代-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’-环己烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐、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)-萘并[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)-萘并[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)-萘并[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)-萘并[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)-萘并[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)-萘并[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)-萘并[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)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、二环[2.2.2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、3-氧杂二环[3.2.1]辛-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-1,2-二甲酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧甲基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、4,9-二氧杂三环[5.3.1.02,6]十一碳-3,5,8,10-四酮、下式(T-1)、式(T-2)所示的化合物、均苯四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-联苯砜四羧酸二酐、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’-全氟代亚异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)苯基氧化膦二酐、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’-二苯基醚二酐、二(三苯基邻苯二甲酸)-4,4’-二苯基甲烷二酐、乙二醇-二(苯偏三酸酐)、丙二醇-二(苯偏三酸酐)、1,4-丁二醇-二(苯偏三酸酐)、1,6-己二醇-二(苯偏三酸酐)、1,8-辛二醇-二(苯偏三酸酐)、2,2-二(4-羟基苯基)丙烷-二(苯偏三酸酐)、以及下式(T-3)~式(T-6)所示的化合物等。它们可以单独或组合两种以上使用。
上式中,R1和R2各自独立地是具有芳环的2价的有机基团。R2和R4各自独立地是氢原子或者烷基。
作为上式(T-1)和(T-2)所示的化合物,可以列举出例如下式(T-1-1)~(T-2-1)所示的化合物。
这些四羧酸二酐中,在显现出良好的液晶取向性方面,优选使用选自由丁烷四羧酸二酐、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乙酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-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-六氢-8-甲基-5-(四氢-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-六氢-5,8-二甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、二环[2.2.2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、3-氧杂二环[3.2.1]辛-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-1,2-二甲酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧甲基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、4,9-二氧杂三环[5.3.1.02,6]十一碳-3,5,8,10-四酮、均苯四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-联苯基砜四羧酸二酐、2,2’,3,3’-联苯基四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、上式(T-1-1)~(T-1-3)和式(T-2-1)所示的化合物构成的群组的至少一种(以下,有时也称作“特定四羧酸二酐”)。
作为特定的四羧酸二酐,优选选自由1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-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-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、3-氧杂二环[3.2.1]辛-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-1,2-二甲酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧甲基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、4,9-二氧杂三环[5.3.1.02,6]十一碳-3,5,8,10-四酮、均苯四酸二酐和上式(T-1-1)所示的化合物构成的群组的至少一种。
作为特定的四羧酸二酐的使用比例,相对于全部四羧酸二酐,优选为10mol%以上,更优选为20mol%以上,特别优选为40mol%以上,最优选只使用特定四羧酸二酐。
[二胺]
作为二胺,可以列举出例如对苯二胺、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、4,4’-二氨基苯酰替苯胺、4,4’-二氨基二苯基醚、1,5-二氨基萘、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯基、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯基、2,2’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯基、3,3’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯基、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’-二氨基二苯甲酮、3,4’-二氨基二苯甲酮、4,4’-二氨基二苯甲酮、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、4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯基、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-氯代苯胺)、2,2’,5,5’-四氯代-4,4’-二氨基联苯基、2,2’-二氯代-4,4’-二氨基-5,5’-二甲氧基联苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二氨基联苯基、4,4’-(对亚苯基亚异丙基)二(苯胺)、4,4’-(间亚苯基亚异丙基)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)联苯基、4,4’-二[(4-氨基-2-三氟甲基)苯氧基]-八氟代联苯基、3,5-二氨基苯甲酸、1,4-二-(4-氨基苯基)-哌嗪、以及下式(D-1)~式(D-5)所示的化合物等芳香族二胺;
(式(D-4)中,y是2~12的整数。上式(D-5)中,z是重复的数值为1~5的整数。)
1,1-亚间二甲苯二胺、1,3-丙二胺、四亚甲基二胺、五亚甲基二胺、六亚甲基二胺、七亚甲基二胺、八亚甲基二胺、九亚甲基二胺、1,4-二氨基环己烷、异佛尔酮二胺、亚四氢二环戊二烯二胺、六氢-4,7-桥亚甲基亚茚基(methano indenylidene)二亚甲基二胺、三环[6.2.1.02,7]-亚十一烯二甲基二胺、4,4’-亚甲基二(环己基胺)、1,3-二(氨基甲基)环己烷和1,4-二(氨基甲基)环己烷等脂肪族二胺以及脂环二胺;
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-6-二甲基氨基-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、N,N’-二(4-氨基苯基)-N,N’-二甲基-联苯胺、下式(D-6)所示的化合物和下式(D-7)所示的化合物等在分子内具有2个伯氨基和该伯氨基以外的氮原子的二胺;
(式(D-6)中,R5是选自由吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶和哌嗪的群组的具有含氮原子的环结构的1价有机基团。X1是2价有机基团。R6是碳原子数为1~4的烷基。a1是0~3的整数。)
(式(D-7)中,R7是选自由吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶和哌嗪的群组的具有含氮原子的环结构的2价有机基团。X2各自独立地是2价有机基团。R8各自独立地是碳原子数为1~4的烷基。a2各自独立地是0~4的整数。)
下式(D-8)所示的化合物等取代的亚苯基二胺;
(式(D-8)中,R9是-O-、-COO-*、-OCO-*、-NHCO-*、-CONH-*或者CO-。其中,带*的连接键和R10连接。R10是具有选自由甾族骨架、三氟甲基苯基、三氟甲氧基苯基和氟代苯基的群组的骨架或基团的1价有机基团或碳原子数为6~30的烷基。R11是碳原子数为1~4的烷基。a3是0~3的整数。)
下式(D-9)所示的化合物等二氨基有机硅氧烷等。它们可以单独或组合两种以上使用。
(式(D-9)中,R12各自独立地是碳原子数为1~12的烃基。p各自独立地是1~3的整数。q是1~20的整数。)
上述芳香族二胺的苯环可以被1个或者2个以上的碳原子数为1~4的烷基(优选为甲基)取代。作为上式(D-6)、(D-7)和(D-8)中的R6、R8和R11,分别优选甲基。作为a1、a2和a3分别优选为0或1,更优选为0。
作为上式(D-8)中的R10的具有甾族骨架的1价有机基团,优选碳原子数为17~51,更优选碳原子数为17~30。作为该具有甾族骨架的R10,可以列举出例如胆甾烷-3-基、胆甾烷-5-烯-3-基、胆甾烷-24-烯-3-基、胆甾烷-5,24-二烯-3-基、羊毛甾烷-3-基等。
作为上式(D-6)和式(D-7)所示的化合物,可以列举出例如下式(D-6-1)、(D-7-1)所示的化合物。
作为上式(D-8)所示的化合物,可以列举出例如十二烷氧基-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-2,5-二氨基苯、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-2,5-二氨基苯以及下式(D-8-1)~式(D-8-9)所示的化合物。
这些二胺中,优选包含选自由对苯二胺、4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基硫醚、1,5-二氨基萘、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯基、2,2’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯基、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’-(对亚苯基二亚异丙基)二(苯胺)、4,4’-(间亚苯基二亚异丙基)二(苯胺)、1,4-二(4-氨基苯氧基)苯、4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯基、1,4-二氨基环己烷、4,4’-亚甲基二(环己基胺)、1,3-二(氨基甲基)环己烷、3,5-二氨基苯甲酸、1,4-二(4-氨基苯基)-哌嗪、上式(D-1)~(D-5)分别表示的化合物、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、N,N’-二(4-氨基苯基)-N,N’-二甲基联苯胺、上式(D-6-1)所示的化合物、上式(D-7-1)所示的化合物和1,3-二(3-氨基丙基)-四甲基二硅氧烷构成的群组的至少一种(以下,有时也称作“特定二胺(1)”),以及选自由上式(D-8)所示的化合物构成的群组的至少一种(以下,有时也称作“特定二胺(2)”)。
作为特定二胺(1),优选选自由对苯二胺、4,4’-二氨基二苯基甲烷、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯基、2,2’-二(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯基、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、2,2-二(4-氨基苯基)六氟丙烷、1,4-二(4-氨基苯氧基)苯、4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯基、1,4-二氨基环己烷、4,4’-亚甲基二(环己基胺)、1,3-二(氨基甲基)环己烷、上式(D-1)~(D-3)所示的化合物、2,6-二氨基吡啶、3,6-二氨基咔唑、N-甲基-3,6-二氨基咔唑、N,N’-二(4-氨基苯基)-联苯胺、N,N’-二(4-氨基苯基)-N,N’-二甲基联苯胺、3,5-二氨基苯甲酸、1,4-二-(4-氨基苯基)-哌嗪和1,3-二(3-氨基丙基)-四甲基二硅氧烷构成的群组的至少一种。
作为特定二胺(2),优选选自由上式(D-8-1)、式(D-8-3)、式(D-8-4)、式(D-8-7)和式(D-8-8)所示的化合物构成的群组的至少一种。
作为合成该液晶取向剂中的聚酰胺酸时使用的上述特定二胺(1)的用量,相对全部二胺,优选为10mol%以上,更优选为20mol%以上,特别优选为40mol%以上。另外,作为上述特定二胺(2)的用量,相对于全部二胺,优选为1mol%~60mol%,更优选为5mol%~50mol%,特别优选为8mol%~40mol%。
[聚酰胺酸的合成]
该液晶取向剂中的聚酰胺酸通过使上述四羧酸二酐和二胺反应得到。作为聚酰胺酸的合成反应中使用的四羧酸二酐和二胺的使用比例,相对于1当量二胺中含有的氨基,四羧酸二酐的酸酐基优选0.5当量~2当量,更优选0.7当量~1.2当量。
聚酰胺酸的合成反应优选在有机溶剂中进行,作为反应温度优选为-20℃~150℃,更优选0℃~100℃。作为反应时间,优选0.2小时~120小时,更优选0.5小时~72小时。作为有机溶剂,只要是可以溶解聚酰胺酸的,就没有特别的限定,可以列举出例如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性极性溶剂;间甲酚、二甲苯酚、苯酚、卤代苯酚等酚类溶剂。作为有机溶剂的用量(a是指在将有机溶剂和后述的不良溶剂一起使用时,它们的总量),四羧酸二酐和二胺的总量b,相对于反应溶液的全部量(a+b)优选为0.1质量%~30质量%这样的量。
上述有机溶剂中,可以在不会析出生成的聚酰胺酸的范围内,和作为聚酰胺酸的不良溶剂的醇、酮、酯、醚、卤代烃、烃等一起使用。作为不良溶剂,可以列举出例如甲醇、乙醇、异丙醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、三甘醇、乳酸乙酯、乳酸丁酯、丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮、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、草酸二乙酯、丙二酸二乙酯、二乙基醚、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单正丙基醚、乙二醇单异丙基醚、乙二醇单正丁基醚、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、二乙二醇单甲基醚、二乙二醇单乙基醚、二乙二醇单甲基醚乙酸酯、二乙二醇单乙基醚乙酸酯、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、二异戊基醚等。
合成聚酰胺酸时,将有机溶剂和上述不良溶剂一起使用时,作为不良溶剂的使用比例,相对于有机溶剂和不良溶剂的总量,优选为25质量%以下,更优选为10质量%以下。
如上可以得到溶解聚酰胺酸形成的反应溶液。该反应溶液可以直接用于制备液晶取向剂,也可以在分离反应溶液中含有的聚酰胺酸后,用于制备液晶取向剂,或者将分离的聚酰胺酸精制后,用于制备液晶取向剂。将聚酰胺酸脱水闭环形成聚酰亚胺时,可以将上述反应溶液直接用于脱水闭环反应;也可以分离反应溶液中含有的聚酰胺酸分离后,用于脱水闭环反应;或者将分离的聚酰胺酸精制后,用于脱水闭环反应。聚酰胺酸的分离可以通过将上述反应溶液注入大量的不良溶剂中,得到析出物,将该析出物减压干燥的方法;或者通过蒸发器减压馏出反应溶液中的有机溶剂的方法进行。另外,也可以通过将该聚酰胺酸再次溶解到有机溶剂中,然后在不良溶剂中析出的方法;或者通过重复进行一次或多次用蒸发器减压馏出的方法精制聚酰胺酸。
[聚酰亚胺的合成]
可以在该液晶取向剂中含有的聚酰亚胺可以通过将四羧酸二酐和二胺反应得到的聚酰胺酸脱水闭环,酰亚胺化得到。
作为聚酰亚胺的合成中使用的四羧酸二酐和二胺,可以列举出和聚酰胺酸的合成中使用的四羧酸二酐与二胺相同的化合物。作为二胺优选包含上述特定二胺(1)的那些,更优选包含选自由选自对亚苯基二胺、4,4’-二氨基二苯基甲烷、3,5-二氨基苯甲酸、1,4-二(4-氨基苯基)-哌嗪、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯基、1,3-二(氨基甲基)环己烷和1,3-二(3-氨基丙基)-四甲基二硅氧烷构成的群组的至少一种(以下,有时也称作“特定二胺(1’)”),与上式(D-8)所示的化合物(以下,有时也称作“特定二胺(2’)”)的那些。
作为上述特定二胺(1’)的用量,相对于全部二胺,优选为10mol%以上,更优选为20mol%以上,特别优选为40mol%以上。另外,作为上述特定二胺(2’)的用量,相对于全部二胺,优选为1mol%~60mol%,更优选为5mol%~50mol%,特别优选为8mol%~40mol%。
上述聚酰亚胺可以是作为原料的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;也可以只是酰胺酸结构的一部分脱水闭环,酰胺酸结构和酰亚胺环并存的部分酰亚胺化物。作为该液晶取向剂中的聚酰亚胺的酰亚胺化率优选为20%以上,更优选为35%~99%,特别优选为45%~95%。上述酰亚胺化率是以百分率表示酰亚胺环结构的数量占据聚酰亚胺的酰胺酸结构的数量和酰亚胺环结构的数量的总量的比例。此时,酰亚胺环的一部分可以是异酰亚胺环。酰亚胺化率可以通过聚酰亚胺的1H-NMR知道。另外,本说明书中的酰亚胺化率可以通过将聚酰亚胺在室温下充分减压干燥后,溶解到重氢化二甲基亚砜中,以四甲基硅烷作为基准物质,从室温下测定的1H-NMR,根据下述数学式(1)求得。
酰亚胺化率(%)={1-(A1/A2)×α}×100 (1)
上述数学式(1)中,A1是表示来自化学位移10ppm附近出现的NH基的质子的峰面积,A2是表示来自其它质子的峰面积,α是其它质子的个数相对于1个聚酰亚胺的前体(聚酰胺酸)中的NH基的质子的比例。
用于合成上述聚酰亚胺的聚酰胺酸的脱水闭环可以通过(i)加热聚酰胺酸的方法,或者(ii)将聚酰胺酸溶解在有机溶剂中,在该溶液中添加脱水剂和脱水闭环催化剂,根据需要加热的方法进行。
作为(i)的方法中的反应温度优选为50℃~200℃,更优选60℃~170℃。反应温度小于50℃时,无法充分进行脱水闭环反应;如果反应温度超过200℃,则所得的聚酰亚胺的分子量可能低下。作为反应时间,优选为0.5小时~168小时,更优选为0.5小时~72小时。
在(ii)的方法中,作为脱水剂,可以列举出例如乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐等。作为脱水剂的用量,相对于1mol聚酰胺酸的重复单元,优选为0.01mol~20mol。
作为脱水闭环催化剂,可以列举出例如吡啶、三甲基吡啶、二甲基吡啶、三乙胺等叔胺。作为脱水闭环催化剂的用量相对于1mol使用的脱水剂,优选为0.01~10mol。作为脱水闭环反应中使用的有机溶剂,可以列举出作为合成聚酰胺酸使用的溶剂例示的有机溶剂。作为脱水闭环反应的反应温度优选为0~180℃,更优选为10~150℃。作为反应时间优选为0.5小时~168小时,更优选为0.5小时~72小时。
在(i)的方法中得到的聚酰亚胺可以将其直接用于制备液晶取向剂,或者将所得的聚酰亚胺精制后,用于制备液晶取向剂。另一方面,在上述方法(ii)中,可以得到含有聚酰亚胺的反应溶液。该反应溶液可以将其直接用于制备液晶取向剂,也可以从反应溶液除去脱水剂和脱水闭环催化剂后,用于制备液晶取向剂;还可以分离聚酰亚胺后,用于制备液晶取向剂;或者将分离的聚酰亚胺精制后,用于制备液晶取向剂。为了从反应溶液除去脱水剂和脱水闭环催化剂,例如适合使用溶剂置换等方法。聚酰亚胺的分离、精制可以通过聚酰胺酸的分离、精制方法而进行的上述同样的操作进行。
该液晶取向剂可以含有的聚酰胺酸或聚酰亚胺可以是调节了分子量的末端修饰型聚合物。通过使用末端修饰型聚合物,可以不损害本发明的效果地进一步改善液晶取向剂的涂布性质等。这种末端修饰型聚合物在合成聚酰胺酸时,可以通过在聚合反应体系中添加分子量调节剂进行。作为分子量调节剂,可以列举出例如酸单酐、单胺化合物、单异氰酸酯化合物等。
作为上述酸单酐,可以列举出例如马来酸酐、邻苯二甲酸酐、衣康酸酐、正癸基水杨酸酐、正十二烷基水杨酸酐、正十四烷基水杨酸酐、正十六烷基水杨酸酐等。
作为上述单胺化合物,可以列举出例如苯胺、环己基胺、正丁胺、正戊胺、正己胺、正庚胺、正辛基胺、正壬基胺、正癸基胺、正十一烷基胺、正十二烷基胺、正十三烷基胺、正十四烷基胺、正十五烷基胺、正十六烷基胺、正十七烷基胺、正十八烷基胺、正二十烷基胺等。
作为上述单异氰酸酯化合物,可以列举出例如异氰酸苯基酯、异氰酸萘基酯等。
作为分子量调节剂的使用比例,相对于合成聚酰胺酸时使用的四羧酸二酐和二胺的总计100质量份,优选为10质量份以下,更优选为6质量份以下。
如上得到的聚酰胺酸或聚酰亚胺在形成浓度10质量%的溶液时,优选为20mPa·s~800mPa·s的溶液粘度,更优选为30mPa·s~500mPa·s的溶液粘度。另外,本说明书中的聚合物的溶液粘度(mPa·s)是使用该聚合物的良溶剂(例如,γ-丁内酯、N-甲基-2-吡咯烷酮等),对制备的浓度10质量%的聚合物溶液,使用E型旋转粘度计,在25℃下测定的值。
<[B]化合物>
该液晶取向剂中的[B]化合物是上式(1)所示的化合物。[B]化合物优选使1mol份(b1)化合物和1~(n-1)mol份的(b2)化合物(其中,n是(b1)化合物所具有的-CH2OQ的个数)反应得到。以下,对(b1)化合物和(b2)化合物进行详细说明。
[(b1)化合物]
作为上式(1x)中的Rx,优选碳原子数为2~5的烷氧基甲基,更优选甲氧基甲基、乙氧基甲基、丁氧基甲基,特别优选甲氧基甲基。
作为(b1)化合物,可以列举出例如N,N,N’,N’,N”,N”-六(烷氧基甲基)三聚氰胺等烷氧基甲基化三聚氰胺。作为商品,可以列举出サイメル300、サイメル301、サイメル303、サイメル350、サイメル370、サイメル325、サイメル327、サイメル703、サイメル712、マイコ一ト715、サイメル701、サイメル285、サイメル232、サイメル235、サイメル236、サイメル238、サイメル211、サイメル254、マイコ一ト212、サイメル202、マイコ一ト508(MITSU-CYTEC,LTD公司)等。
[(b2)化合物]
作为上式(2)的Q中的RI表示的碳原子数为4~40的烷基,优选碳原子数为5~24的烷基,可以列举出例如戊基、己基、辛基、癸基、十二烷基、十六烷基、十八烷基等(其中,作为在n2和n4为0时的RI表示的碳原子数为7~40的烷基,优选碳原子数为8~24的烷基,可以列举出例如辛基、癸基、十二烷基、十六烷基、十八烷基等);
作为碳原子数为1~40的氟代烷基,优选碳原子数为4~20的氟代烷基,可以列举出例如三氟甲基丙基、三氟甲基丁基、三氟甲基己基、三氟甲基癸基、五氟乙基丙基、五氟乙基丁基、五氟乙基辛基等;
作为具有甾族骨架的17~51的烃基,可以列举出例如下式(RI-1)~式(RI-3)所示的基团等。
上式(RI-1)~式(RI-3)中,其中,带*的连接键是ZI侧。
作为上式(2)的Q中的RII表示亚环己基和亚苯基,优选1,4-亚环己基和1,4-亚苯基。上式(2)中,作为-(RII)n1-所示的2价基团,在n1为1时,优选1,4-亚苯基、1,2-亚环己基等。在n1为2时,优选4,4’-亚联苯基、4,4’-亚联环己基和下式所示的基团。
(式中,带*的连接键是RI侧。)
在n1为3时,优选下式所示的基团。
(式中,带*的连接键是RI侧。)
上式(2a)中的n3优选为2。作为(b2)化合物,可以列举出例如1-戊醇、1-己醇、1-辛醇、1-十二烷醇、硬脂醇、4-十二烷基苯酚、4-己氧基苯酚、4-辛氧基苯酚、4-癸氧基苯酚、4-十二烷氧基苯酚、4-十八烷氧基苯酚、4-三氟甲基苯酚、4-三氟代甲氧基苯酚、4-三氟甲基丙氧基苯酚、4-三氟甲基丁氧基苯酚、4-六氟代丙氧基苯酚、以及下式(b2-1)~式(b2-6)所示的化合物等。
(式(b2-2)、式(b2-4)~式(b2-6)中,RI和式(2a)中的定义相同。)
作为可以在上述反应中使用的有机溶剂,可以列举出作为合成上述聚酰胺酸使用的溶剂而例示的有机溶剂。它们之中,优选非质子性有机溶剂,可以列举出例如N-甲基-2-吡咯烷酮、乙腈、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基咪唑啉酮、二甲基亚砜、γ-丁内酯、四甲基脲、六甲基磷酰三胺、四氢呋喃等。作为有机溶剂的使用比例,优选为反应溶液中的(b1)化合物和(b2)化合物的总质量的比例为1质量%以上的比例,更优选为5质量%~50质量%的比例。
作为反应温度优选为20℃~250℃,更优选为50℃~180℃。作为反应时间优选为0.1小时~72小时,更优选为0.5小时~48小时。
含有所得的[B]化合物的溶液,可以直接用于制备该液晶取向剂,或者从反应溶液分离、精制[B]化合物后,用于制备该液晶取向剂。作为从反应溶液分离、精制[B]化合物的方法,可以列举出例如液-液萃取法、气相色谱法、蒸馏法、重结晶等。
作为本发明中优选的[B]化合物具有(b1)化合物所具有的-CH2OQ的一部分和(b2)化合物反应,来自(b1)化合物的-CH2OQ,以及来自(b2)化合物的基团RI。该液晶取向剂通过含有该[B]化合物,可以不损害液晶取向剂的印刷性,形成垂直取向性优异的液晶取向膜。
作为[B]化合物,更优选上述Q是上式(2a-1)~(2a-5)所示的化合物。
相对于100质量份[A]聚合物,该液晶取向剂中的[B]化合物的使用比例,优选为0.1质量份~100质量份,更优选为0.5质量份~50质量份,特别优选为1质量份~30质量份。
<任意成分>
该液晶取向剂含有上述[A]聚合物和[B]化合物,根据需要可以含有[C]在分子内具有至少一个环氧基的化合物(以下,有时也称作“[C]环氧化合物”)、[D]官能性硅烷化合物、[E]多官能(甲基)丙烯酸酯、[F]三聚氰胺化合物(但是,除了[B]化合物以外)等任意成分。以下,对各成分进行详细描述。
[[C]环氧化合物]
上述[C]环氧化合物是基于进一步提高形成的液晶取向膜对基板表面的粘结性的观点使用的。作为优选的[C]环氧化合物,可以列举出例如乙二醇二缩水甘油基醚、1,6-己二醇二缩水甘油基醚、甘油二缩水甘油基醚、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-间二甲苯二胺、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-苄基胺、N,N-二缩水甘油基-氨基甲基环己烷等。作为[C]环氧化合物的混合比例,相对于100质量份[A]聚合物,优选为30质量份以下,更优选为0.1质量份~25质量份。
[[D]官能性硅烷化合物]
上述[D]官能性硅烷化合物可以从进一步提高该液晶取向剂的印刷性的观点出发使用。作为[D]官能性硅烷化合物,可以列举出例如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-酰脲丙基三甲氧基硅烷、3-酰脲丙基三乙氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-三乙氧基甲硅烷基丙基三亚乙基三胺、N-三甲氧基甲硅烷基丙基三亚乙基三胺、10-三甲氧基甲硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、10-三乙氧基甲硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、9-三甲氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、9-三乙氧基甲硅烷基-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(氧化烯基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-二(氧化烯基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷等。作为[D]官能性硅烷化合物的使用比例,相对于100质量份[A]聚合物,优选为2质量份以下,更优选为1质量份以下。
[[E]多官能(甲基)丙烯酸酯]
上述[E]多官能(甲基)丙烯酸酯是从提高该液晶取向剂的耐候性的观点出发使用。作为[E]多官能(甲基)丙烯酸酯,可以列举出例如乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、1,9-壬二醇二丙烯酸酯、1,9-壬二醇二甲基丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯、四甘醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、二苯氧基乙醇芴二丙烯酸酯、二苯氧基乙醇芴二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇四甲基丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇五甲基丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、二季戊四醇六甲基丙烯酸酯、三(2-丙烯酰氧基乙基)磷酸酯、三(2-甲基丙烯酰氧基乙基)磷酸酯等。
作为市售品,可以列举出例如アロニツクスM-210、アロニツクスM-240、アロニツクスM-6200、アロニツクスM-309、アロニツクス-400、アロニツクス-402、アロニツクス-405、アロニツクス-450、アロニツクス-1310、アロニツクス-1600、アロニツクス-1960、アロニツクス-7100、アロニツクス-8030、アロニツクス-8060、アロニツクス-8100、アロニツクス-8530、アロニツクス-8560、アロニツクス-9050、アロニツクスTO-1450(以上,东亚合成公司),KAYARAD HDDA、KAYARAD HX-220、KAYARAD R-604、UX-2201、UX-2301、UX-3204、UX-3301、UX-4101、UX-6101、UX-7101、UX-8101,MU-2100、MU-4001、KAYARAD TMPTA、KAYARAD DPHA、KAYARAD DPCA-20、KAYARAD DPCA-30、KAYARAD DPCA-60、KAYARADDPCA-120、KAYARAD MAX-3510(以上,日本化药公司),ビスコ一ト260、ビスコ一ト312、ビスコ一ト335HP、ビスコ一ト295、ビスコ一ト300、ビスコ一ト360、ビスコ一トG PT、ビスコ一ト3PA、ビスコ一ト400(以上,大阪有机化学工业公司),ニユ一フロンテイアR-1150(以上,第一工业制药公司),KAYARADDPHA-40H(以上,日本化药公司)等。
作为[E]多官能(甲基)丙烯酸酯的使用比例,相对于100质量份[A]聚合物,优选为100质量份以下,更优选为50质量份以下。
[[F]三聚氰胺化合物]
上述[F]三聚氰胺化合物可以从进一步提高该液晶取向剂的耐候性的观点出发使用。作为[F]三聚氰胺化合物,可以列举出例如上述(b1)化合物。作为[F]三聚氰胺化合物的使用比例,相对于100质量份[A]聚合物,优选为100质量份以下,更优选为50质量份以下。
<液晶取向剂的制备方法>
该液晶取向剂将上述[A]聚合物、[B]化合物、根据需要使用的任意成分优选溶解到有机溶剂中,形成溶液状的组合物制备。
作为有机溶剂,可以列举出作为聚酰胺酸的合成反应中使用的溶剂而例示的溶剂。另外,还可以适当选择可以在聚酰胺酸的合成反应时一起使用的不良溶剂而例示的不良溶剂一起使用。作为优选的有机溶剂,可以列举出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、乳酸丁酯、乙酸丁酯、甲基甲氧基丙酸酯、乙基乙氧基丙酸酯、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单正丙基醚、乙二醇单异丙基醚、乙二醇单正丁基醚(丁基溶纤剂)、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、二乙二醇单甲基醚、二乙二醇单乙基醚、二乙二醇单甲基醚乙酸酯、二乙二醇单乙基醚乙酸酯、二异丁基酮、丙酸异戊基酯、异丁酸异戊基酯、二异戊基醚。它们可以单独或组合两种以上使用。作为更优选的溶剂组成是组合上述溶剂得到的组成,即在液晶取向剂中,不会析出[A]聚合物、[B]化合物和任意成分,而且液晶取向剂的表面张力为25mN/m~40mN/m的范围的组成。
该液晶取向剂的固体成分浓度(液晶取向剂中,除去有机溶剂的成分的总质量占据液晶取向剂的全部质量的比例)考虑粘性、挥发性等适当选择,优选为1质量%~10质量%。将该液晶取向剂涂敷到基板表面,除去有机溶剂,形成液晶取向膜的涂膜时,在固体成分浓度小于1质量%的情况下,该涂膜的膜厚过小,可能难以得到良好的液晶取向膜;另一方面,在固体成分浓度超过10质量%的情况下,涂膜厚度过大,同样可能难以得到良好的液晶取向膜,而且液晶取向剂的粘性增大,涂敷性质可能变差。
作为更优选的固体成分浓度的范围根据在基板上涂敷液晶取向剂时使用的方法而异。例如,采用旋涂法涂敷时,优选为1.5质量%~4.5质量%的范围。采用印刷法涂敷时,为3质量%~9质量%的范围,溶液粘度优选为12mPa·s~50mPa·s的范围。采用喷墨法涂敷时,为1质量%~5质量%的范围,溶液粘度优选为3mPa·s~15mPa·s的范围。
作为制备液晶取向剂时的温度,优选为0℃~100℃,更优选为20℃~60℃。该液晶取向剂特别适合用于形成垂直取向型液晶显示元件使用的液晶取向膜。
<液晶取向膜及其形成方法>
由该液晶取向剂形成的液晶取向膜也适合包含在本发明中。以下,对使用该液晶取向剂形成液晶取向膜的方法进行详细描述。
本发明的液晶取向膜通过在基板上涂敷该液晶取向剂,然后加热该涂布面,从而在基板上形成。详细地,将设置了形成图案的透明导电膜的两块基板形成一对,在各透明性导电膜的形成面上,优选通过辊涂法、旋涂法、印刷法、喷墨法分别涂敷本发明的液晶取向剂,接着加热各涂敷面,形成涂膜。该液晶取向剂由于印刷性优异,所以优选采用印刷法作为涂布方法。
作为基板,可以列举出例如包含浮法玻璃、钠玻璃等玻璃基板,聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚醚砜、聚碳酸酯、脂环式烯烃等塑料基材的透明基板等。
作为在基板的一面上设置的透明导电膜,可以使用由氧化锡(SnO2)形成的NESA膜(美国PPG公司的注册商标)、氧化铟-氧化锡(In2O3-SnO2)形成的ITO膜等。
作为得到形成图案的透明导电膜的方法,可以列举出例如形成无图透明导电膜后,通过光蚀刻形成图案的方法;形成透明导电膜时,使用具有所希望的图案的掩膜的方法等得到。涂敷液晶取向剂时,为了使基板表面和透明导电膜与涂膜的粘结性更好,可以在基板表面的形成涂膜的面上,预先涂敷官能性硅烷化合物、官能性钛化合物等进行前处理。
涂敷该液晶取向剂后,基于防止液体滴流等目的,优选进行预备加热(预烘焙)。作为预烘焙的温度,优选为30℃~200℃,更优选为40℃~150℃,特别优选为40℃~100℃。作为预烘焙的时间,优选为0.1~10分钟,更优选为0.5~5分钟。
接着,基于完全除去溶剂,根据需要将聚酰胺酸加热酰亚胺化的目的,进行烧制(后烘焙)。作为后烘焙的温度,优选为80℃~300℃,更优选为120℃~250℃。作为后烘焙的时间优选为1分钟~300分钟,更优选为2分钟~120分钟。该液晶取向剂是通过在涂敷后除去有机溶剂,形成液晶取向膜的涂膜,但是在该液晶取向剂中含有的聚合物是兼具聚酰胺酸或酰亚胺环结构和酰胺酸结构的聚酰亚胺时,通过在形成涂膜形成后进一步加热,进行脱水闭环反应,可以形成更好酰亚胺化的涂膜。
作为形成的涂膜的膜厚,优选为0.001μm~1μm,更优选为0.005μm~0.5μm。
这样形成的涂膜可以将其直接作为垂直取向型液晶显示元件用的液晶取向膜使用,也可以对该涂膜面进行任意的打磨处理。打磨处理可以通过卷绕例如由尼龙、人造丝、棉花等纤维形成的布的辊,在一定方向摩擦涂膜面进行。
<液晶显示元件及其制造方法>
本发明的液晶显示元件具有该液晶取向膜。作为本发明的液晶显示元件中的优选的运作模式,可以列举出垂直取向型。以下,对具有本发明的液晶取向膜的垂直取向型液晶显示元件的制造方法进行详细描述。
准备两块形成该液晶取向膜的基板,通过在对向配置的两块基板间配置液晶,制造液晶盒。此时,对涂膜进行打磨处理时,两块基板以各涂膜中打磨方向相互形成一定角度,例如正交或逆平行地对向配置。制造液晶盒可以列举出例如以下两种方法。
第一种方法是目前已知的方法。首先,为了使各液晶取向膜对向设置,通过间隙(盒间隙),将两块基板对向配置,使用密封剂,将两块基板的周边部位贴合,在由基板表面和密封剂分割的盒间隙内注入填充液晶后,密封注入孔,可以制造液晶盒。
第二种方法是称作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个基板上的规定位置,涂敷例如紫外光固化性密封材料,然后在液晶取向膜表面上滴加液晶后,贴合另一个基板使液晶取向膜对向,然后,在基板的整面照射紫外光,使密封剂固化,制造液晶盒。
在任一种方法的情况下,希望对如上制造的液晶盒,接着加热到使用的液晶各向同性的温度后,缓慢冷却到室温,除去注入时的流动取向。然后,通过在液晶盒的外侧表面贴合偏振片,可以得到该液晶显示元件。
作为前述密封剂,可以列举出例如含有作为分隔片的氧化铝球和固化剂的环氧树脂等。
作为液晶,可以列举出例如向列型液晶、碟型液晶等。它们之中,优选向列型液晶。在为VA型液晶盒时,优选具有负的介电各向异性的向列型液晶。作为这种液晶,可以列举出二氰基苯类液晶、哒嗪类液晶、西夫碱类液晶、氧化偶氮基类液晶、联苯类液晶、苯基环己烷类液晶等。在为TN型液晶盒或STN型液晶盒时,优选具有正的介电各向异性的向列型液晶。作为这种液晶,可以列举出例如联苯类液晶、苯基环己烷晶、酯类液晶、三联苯类液晶、联苯基环己烷类液晶、嘧啶类液晶、二烷类液晶、双环辛烷类液晶、立方烷类液晶等。另外,在上述液晶中,可以进一步添加使用例如氯化二氢胆固醇(cholestyl chloride)、胆固醇壬酸酯、胆固醇碳酸酯等胆固醇液晶,以(メルク公司,“C-15”、“CB-15”)销售的手性试剂;对癸氧基亚苄基-对氨基-2-甲基丁基肉桂酸酯等强介电性液晶等。
作为贴合到液晶盒外表面的偏振片,可以列举出边将聚乙烯醇延展取向,边用醋酸纤维素保护膜夹住吸收碘称作“H膜”的偏光膜形成的偏振片或由H膜本身形成的偏振片。
<化合物>
本发明的化合物如上式(1)所示。该化合物适合作为用于形成液晶取向膜的液晶取向剂等的成分使用。对该化合物和化合物的制造方法的详细说明,由于在该液晶取向剂中包含的[B]化合物的说明项中进行过了,所以在此处省略。
【实施例】
以下,基于实施例,对本发明进行详细描述,但是并不是根据该实施例的记载对本发明进行限定解释。
<[A]聚合物的合成>
[合成例1~合成例13]
将下述表1所示的种类和量的二胺和四羧酸二酐,以该顺序加入到N-甲基-2-吡咯烷酮中,形成单体浓度20质量%的溶液,在60℃下反应4小时,得到含有聚酰胺酸的溶液。少量分取各溶液,加入N-甲基-2-吡咯烷酮中,形成聚酰胺酸浓度10质量%的溶液,测定得到的溶液粘度合并到表1中表示。接着,在上述各聚酰胺酸溶液中,相对于1mol聚酰胺酸具有的酰胺酸单位,分别以表1中记载的倍摩尔数添加吡啶和乙酸酐后,加热到110℃,进行4小时脱水闭环反应。脱水闭环反应后,系统内的溶剂用新的N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂置换(本操作中,将脱水闭环反应中使用的吡啶和乙酸酐除去到系统外),从而得到分别含有16质量%的聚酰亚胺(PI-1)~(PI-13)的溶液。这些聚酰亚胺溶液中含有的各聚酰亚胺的酰亚胺化率,以及形成聚酰亚胺浓度10质量%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液,将测定的溶液粘度合并到表1表示。
[合成例14~合成例16]
除了使二胺和四羧酸二酐的种类和量分别是表1记载的种类和量以外,通过和上述合成例1~合成例13同样的操作,得到含有聚酰胺酸(PA-1)~(PA-3)的溶液。少量分取各溶液,加入N-甲基-2-吡咯烷酮,形成聚酰胺酸浓度10质量%的溶液,测定的溶液粘度合并到表1中表示。
表1中的二胺和四羧酸二酐的简称如下所示。
[二胺]
d-1:对苯二胺
d-2:4,4’-二氨基二苯基甲烷
d-3:2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯基
d-4:1,3-二(氨基甲基)环己烷
d-5:1,3-二(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷
d-6:上式(D-8-3)所示的二胺
d-7:上式(D-8-1)所示的二胺
[四羧酸二酐]
t-1:2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐
t-2:1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐
<[B]化合物的合成>
[实施例1]
将320g福尔马林、8mL的1N氢氧化钠、20g三聚氰胺在35℃下溶解后,在室温下放置一昼夜,抽滤析出的六羟甲基三聚氰胺的结晶后,用甲醇洗涤后,真空干燥,得到48g六羟甲基三聚氰胺的精制物。接着,在该六羟甲基三聚氰胺中加入250mL四氢呋喃、130g硬脂醇,加热到70℃后,加入1mL的0.5N盐酸水溶液,反应8小时后,用0.5N的氢氧化钠水溶液中和,完成反应。接着,将反应液注入到2L的水中,过滤得到的沉淀,该沉淀通过以氯仿/乙醇为展开溶剂的硅胶柱精制,从而得到十八烷基的平均取代数为1.8的化合物(B-1)。平均取代数通过GPC分析。
[实施例2]
除了使用93g上式(b2-3)所示的化合物代替硬脂醇以外,和实施例1同样地操作,得到具有甾族骨架的基团的平均取代数为1.0的化合物(B-2)。
[实施例3]
除了使用59g上式(b2-5)所示的化合物(其中,式中的RI是戊基)代替硬脂醇以外,和实施例1同样地操作,得到具有环己基苯基骨架的基团的平均取代数为1.1的化合物(B-3)。
[实施例4]
除了使用10g的1-辛醇代替硬脂醇以外,和实施例1同样地,得到辛基的平均取代数为0.4的化合物(B-4)。
<液晶取向剂的制备>
[实施例5和实施例5’]
将[A]聚合物换算为聚酰亚胺(PI-1)相当于100质量份的量,在含有作为该[A]聚合物的(PI-1)的溶液中,加入γ-丁内酯、N-甲基-2-吡咯烷酮和乙二醇单正丁基醚,然后加入含有作为[B]化合物的化合物(B-1)的溶液,且其量换算为其中含有的[B]化合物相当于5质量份,以及10质量份作为[C]环氧化合物的N,N,N’,N’-四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯基甲烷,得到溶剂组成是γ-丁内酯∶N-甲基-2-吡咯烷酮∶乙二醇-单正丁基醚=40∶30∶30(质量比)、固体成分浓度为6.5质量%的溶液。目视观察该溶液时,是没有浑浊的透明溶液。该溶液使用孔径0.2μm的过滤器过滤,制备印刷性评价用液晶取向剂,为实施例5。
另外,和上述同样地,制备溶剂组成为γ-丁内酯∶N-甲基-2-吡咯烷酮∶乙二醇-单正丁基醚=40∶30∶30(质量比)、固体成分浓度为4.0质量%的溶液,使用孔径0.2μm的过滤器过滤,制备垂直取向性和电压保持率评价用液晶取向剂,为实施例5’。
[实施例6~19(6’~19’)和比较例1~4(1’~4’)]
除了混合的化合物的种类和用量分别是表2记载的种类和量以外,和实施例5(实施例5’)同样地操作,制备液晶取向剂,形成固体成分浓度6.5质量%的液晶取向剂为实施例6~19和比较例1~4(固体成分浓度4.0质量%的液晶取向剂为实施例6’~19’和比较例1’~4’)。
<印刷性的评价>
上述制备的固体成分浓度为6.5质量%的各液晶取向剂使用液晶取向膜印刷机(日本写真印刷公司,オングストロ一マ一),涂敷到带有由ITO膜形成的透明电极的玻璃基板的透明电极面上,在80℃的热板上,加热1分钟(预烘焙),除去溶剂后,在200℃的热板上加热10分钟(后烘焙),形成平均膜厚的涂膜。目视观察该涂膜,研究印刷不均的程度。这里,涂膜面完全没有发现有条状的不均和表面凹凸时,评价为“++”;在涂膜面看到少量条状的不均或者表面凹凸时,评价为“+”;在涂膜面明显确认有条状不均或者表面凹凸或者这两者时,将印刷评价为“-”。结果如表2所示。
表2
表2中的[C]环氧化合物、其它化合物的简称如下所示。
[[C]环氧化合物]
C-1:N,N,N’,N’-四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯基甲烷
C-2:N,N,N’,N’-四缩水甘油基间二甲苯二胺
[[E]多官能(甲基)丙烯酸酯]
E-1:二季戊四醇五丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯的混合物(アロニツクスM402,东亚合成公司)
[[F]三聚氰胺化合物]
F-1:六甲氧基羟甲基三聚氰胺(サイメルC300,MITSU-CYTEC公司)
F-2:具有甲氧基羟甲基、丁氧基羟甲基和亚胺基的三聚氰胺(サイメルC211,MITSU-CYTEC公司)
<液晶显示元件的制造>
使用旋涂器,将上述制备的固体成分浓度4.0质量%的液晶取向剂涂敷在设置在厚度1mm的玻璃基板的一面的由ITO膜形成的透明导电膜上,接着,在80℃的热板上,加热1分钟(预烘焙)除去溶剂后,在200℃的清洁烘箱内加热60分钟(后烘焙),形成膜厚0.08μm的涂膜。对该涂膜,使用具有卷绕了人造丝布的辊的摩擦器,在辊转数400rpm、台板移动速度3cm/s和绒毛的压入长度0.4mm的条件下,进行打磨处理。将具有该打磨处理后的涂膜的基板,在纯水中超声波洗涤1分钟,再在100℃的清洁烘箱中加热10分钟,干燥,制造具有打磨处理完毕的涂膜的基板。重复该一系列的操作,制造一对(两块)具有打磨处理完毕的涂膜的基板。在这些一对基板的涂膜形成面的各自的外围,涂敷加入了直径3.5μm的氧化铝球的环氧树脂粘合剂后,使两基板的液晶取向膜面相对,而且各涂膜的摩擦方面为逆平行地重叠压合,使粘合剂固化。接着,从液晶注入口,在基板间填充负型液晶(メルク公司制造,MLC-6608)后,用丙烯酸类光固化粘合剂密封液晶注入口,然后在基板的外侧两面贴合偏振片,制造垂直取向性评价用的液晶显示元件。
<垂直取向性的评价>
驱动上述液晶显示元件,目视观察元件,评价垂直取向性。虽然已知打磨处理会消除预倾角表现性,但是即使进行打磨处理时,也可以观察到良好的取向性的液晶取向膜为“+”;没有观察到良好的取向性的液晶取向膜为“-”。结果如表3所示。
<电压保持率的评价>
在制造上述液晶显示元件中,除了不进行打磨处理以及之后的超纯水洗涤和干燥操作以外,通过同样的操作制造电压保持率评价用液晶显示元件。该液晶显示元件在60℃时,以60微秒的施加时间、167微秒的间隔施加5V的电压后,测定解除施加电压167毫秒后的电压保持率。结果如表3所示。
<液晶取向膜的返工性的评价>
通过旋涂器,在厚度1mm的玻璃基板的一面上设置的由ITO形成的透明导电膜上,涂敷上述制备的液晶取向剂,在热板上,在100℃时,进行90秒钟预烘焙,形成膜厚约0.08μm的涂膜。重复该操作,制造两块带涂膜的基板。接着,将所得的两块基板,在氮气氛下,保管在25℃的暗室中。从开始保管起12小时后、72小时后,分别从暗室取出,在放入了40℃的NMP的烧杯中,浸渍2分钟。2分钟后,从烧杯取出基板,用超纯水洗涤几次后,通过吹入空气除去表面的水滴,观察基板,通过光学显微镜观察是否残留涂膜。经过72小时后,从暗室取出,浸渍NMP后,没有残留涂膜,剥离性良好,为“++”;经过72小时后,从暗室取出的基板虽然没有剥离,但是12小时后,从暗室取出的基板,可以剥离的,是“+”;没有剥离的,是“-”。结果如表3所示。
<耐候性的评价>
对上述制造的液晶显示元件,在70℃下,以60微秒的施加时间、167微秒的间隔时间,施加5V的电压后,测定解除施加起167毫秒后的电压保持率(東陽テクニカ公司,VHR-1),将该值作为初期电压保持率(VH1N)。接着,对测定初期电压保持率后的液晶盒,使用以碳电弧为光源的耐候仪(weather meter),进行1000小时的光照射。对光照射后的液晶盒,通过和上述同样的方法,再次测定电压保持率,将该值作为光照射后的电压保持率(VHAF)。此处,是将以VHIN-VHAF求得的电压保持率的减少量定义为ΔVHR算出。电压保持率的减少量ΔVHR不足2.5%时,为“++”;为2.5%以上、不足5%时,是“+”;为5%以上时,是“-”。结果如表3所示。
从表2和表3的结果,可以知道本发明的液晶取向剂的印刷性优异。另外,还可以知道由该液晶取向剂形成的液晶取向膜充分满足作为液晶显示元件在实用方面要求的垂直取向性、电压保持率和耐候性等性质,而且返工时容易剥离。
工业实用性
根据本发明,提供一种液晶取向膜、作为该液晶取向膜的形成材料的适合印刷的性质优异的液晶取向剂、具有该液晶取向膜的液晶显示元件、化合物以及化合物的制造方法,其中该液晶取向膜充分满足作为液晶显示元件而在实用方面要求的垂直取向性、电压保持率和耐候性等性质,而且产生缺陷时的返工中容易剥离。因此,本发明的该液晶显示元件可以用于各种装置,例如台式计算器、手表、座钟、计数显示板、文字处理器、个人电脑、液晶显示器等显示装置。
Claims (9)
1.一种液晶取向剂,其包含:
[A]选自由聚酰胺酸和聚酰亚胺构成的群组的至少一种聚合物,以及
[B]下式(1)所示的化合物,
式(1)中、R各自独立地是氢原子、羟甲基、碳原子数为2~7的烷氧基甲基或-CH2OQ;Q是下式(2a)表示的基团;其中,至少一个R是-CH2OQ;
式(2a)中,
RI是碳原子数为4~40的烷基、碳原子数为1~40的氟代烷基、或具有甾族骨架的碳原子数为17~51的烃基;
RII是亚环己基或者亚苯基;
ZI是单键、-O-、*-COO-或者*-OCO-;其中,带*的连接键是RI侧;
ZII是-O-、*-COO-或者*-OCO-;其中,带*的连接键是RI侧;
n1是1~3的整数;n2是0或者1;n3是0~2的整数;n4是0或者1;其中,n1为2以上时,多个RII各自独立地满足上述定义;n2和n4为0时,RI是碳原子数为7~40的烷基、碳原子数为1~40的氟代烷基、或者具有甾族骨架的碳原子数为17~51的烃基。
3.根据权利要求1所记载的液晶取向剂,其中上述n4是0。
5.根据权利要求1~4任一项所记载的液晶取向剂,其中[B]化合物的使用比例,相对于100质量份[A]聚合物,为0.1质量份以上、100质量份以下。
6.由权利要求1~5任一项所记载的液晶取向剂形成的液晶取向膜。
7.具有权利要求6记载的液晶取向膜的液晶显示元件。
8.下式(1)所示的化合物,
式(1)中、R各自独立地是氢原子、羟甲基、碳原子数为2~7的烷氧基甲基或-CH2OQ;Q是下式(2a)表示的基团;其中,至少一个R是-CH2OQ;
式(2a)中,
RI是碳原子数为4~40的烷基、碳原子数为1~40的氟代烷基、或具有甾族骨架的碳原子数为17~51的烃基;
RII是亚环己基或者亚苯基;
ZI是单键、-O-、*-COO-或者*-OCO-;其中,带*的连接键是RI侧;
ZII是-O-、*-COO-或者*-OCO-;其中,带*的连接键是RI侧;
n1是1~3的整数;n2是0或者1;n3是0~2的整数;n4是0或者1;其中,n1为2以上时,多个RII各自独立地满足上述定义;n2和n4为0时,RI是碳原子数为1~40的氟代烷基、或者具有甾族骨架的碳原子数为17~51的烃基。
9.权利要求8所记载的化合物的制造方法,其包括使下式(1x)所示的化合物与下式(2)所示的化合物反应的工序;
式(1x)中,Rx各自独立地是氢原子、羟甲基或者碳原子数为2~7的烷氧基甲基;其中,至少一个Rx是羟甲基或者碳原子数为2~7的烷氧基甲基;
Q-OH (2)
式(2)中,Q是上式(2a)所示的基团。
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