CN102147546A - 液晶显示元件的制造方法、聚合物组合物和液晶显示元件 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示元件的制造方法、聚合物组合物和液晶显示元件。更详细地说,涉及用于制造视野角度宽、响应速度快的液晶显示元件的新方法。
背景技术
在液晶显示元件中,作为垂直取向方式,目前已知的MVA(多畴垂直取向)型面板在液晶面板中形成突起物,由此限定液晶分子的倾斜方向,从而能扩大视野角度。然而,根据该方式,无法避免由于突起物导致的透射率和对比度的不足,此外,存在液晶分子响应速度缓慢这样的问题。
近年来,为了解决如上述MVA型面板的问题,提出了PSA(聚合物持续对准)方式。PSA方式的技术是:在由带图案状导电膜的基板和带无图案导电膜的基板构成的一对基板的间隙,或者由具有两张带图案状导电膜的基板构成的一对基板的间隙中挟持含有聚合性化合物的液晶组合物,在导电膜之间施加电压的状态下照射紫外线,将聚合性化合物聚合,由此体现出预倾角特性,控制液晶取向方向。根据该技术,通过使导电膜为特定结构,从而能扩大视野角度以及实现液晶分子响应的高速化,也能解决在MVA型面板中不可避免的透射率和对比度不足的问题。然而,在PSA方式中发现,为了将上述聚合性化合物聚合,例如,必须照射100000J/m2这样大量的紫外线,因此,会产生液晶分子分解这样的麻烦,除此之外,即使通过紫外线照射也会发生没有聚合的未反应化合物残留在液晶层中,这两点相结合,明显会产生下述问题,即显示不均匀、对电压保持特性产生不好的影响,或在面板的长期可靠性上产生问题。
对此,非专利文献1提出了使用由含有反应性介晶的聚酰亚胺类液晶取向剂形成的液晶取向膜的方法。根据非专利文献1,具有通过该方法形成的液晶取向膜的液晶取向元件,其液晶分子的响应速度较高。然而,在非专利文献1中,对于需要以什么量使用什么反应性介晶的方针,完全没有任何记载,此外,仍然需要大量必须的紫外线照射量,对于显示特性,尤其是电压保持特性的悬念还没有揭开。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010-97188号公报
专利文献2:日本特开平5-107544号公报
非专利文献
非专利文献1:Y.-J.Lee et.al.SID 09DIGEST,P.666(2009)
非专利文献2:T.J.Scheffer et.al.,J.Appl.Phys.Vol.48,p.1783(1977)
非专利文献3:F.Nakano,et.al.,JPN.J.Appl.Phys.vol.19,p.2013(1980)
发明内容
本发明是鉴于上述事情做出的,其目的在于提供一种视野角度宽,液晶分子的响应速度快,显示特性和长期可靠性优异的液晶显示元件的制造方法。
根据本发明,本发明的上述课题通过如下的液晶显示元件的制造方法实现:
其经过如下工序:
在具有导电膜的一对基板的该导电膜上,分别涂布含有(A)具有下式(A-I)表示的基团的聚合物以及(C)有机溶剂的聚合物组合物,形成涂膜,将形成上述涂膜的一对基板以夹着液晶分子的层的方式对向设置,使上述涂膜相对,从而形成液晶盒,在具有上述一对基板的导电膜之间施加电压的状态下,向上述液晶盒进行光照射,
在式(A-I)中,R为氢原子或甲基,Y1和Y2各自独立地为氧原子或硫原子。
通过本发明方法制备的液晶显示元件的视野角度宽、液晶分子的响应速度快,能显示出足够的透射率和对比度,显示特性优异,而且,即使长时间连续驱动也不会损坏显示特性。
此外,根据本发明的方法,照射所需要的光线的量很少即可,因此没有液晶分子分解的问题,还能减少液晶显示元件的制造成本。
因此,通过本发明的方法制造的液晶显示元件在性能方面和成本方面两者中,均比目前已知的液晶显示元件优异,可以优选在各种用途中使用。
附图说明
图1是表示通过实施例和比较例制备的具有图案化透明导电膜的液晶盒(1)中透明导电膜的图案的说明图。
图2是表示通过实施例和比较例制备的具有图案化透明导电膜的液晶盒(2)中透明导电膜的图案的说明图。
具体实施方式
在本发明的方法中使用的聚合物组合物包含
(A)具有下式(A-I)表示的基团的聚合物(以下,也称为“聚合物(A)”)以及(C)有机溶剂。
在式(A-I)中,R为氢原子或甲基,Y1和Y2各自独立地为氧原子或硫原子。
上述聚合物组合物中的聚合物(A)优选为(甲基)丙烯酸类聚合物,该聚合物组合物优选还含有(B)从聚酰胺酸、其酰亚胺化聚合物和聚有机硅氧烷构成的群组中选出的至少一种聚合物。
[聚合物(A)]
本发明中使用的聚合物(A)具有上式(A-I)表示的基团。上式(A-I)中的Y1和Y2各自优选为氧原子。
聚合物(A)优选在0.4~3.0mmol/g的范围内,更优选在1.0~2.5mmol/g的范围内含有上式(A-I)表示的基团。
聚合物(A)除了上式(A-I)表示的基团以外,优选还含有下式(P)表示的基团。
式(P)中,RI是碳原子数为4~40的烷基或碳原子数为4~40的氟代烷基,或是具有类固醇骨架的碳原子数为17~51的烃基;ZI为单键、*-O-、*-COO-、*-OCO-(其中,以上给与“*”的连接键在RI侧),
RII为亚环己基或亚苯基,
ZII为单键或*-(CH2)n5-(其中,给与“*”的连接键在RI侧,n5为1~5的整数),
n1为1~5的整数,
其中,在n1为2以上时,存在的多个RII和ZII可以各自互相相同或不相同,
n2为0或1;
ZIII为*-O-、*-COO-或*-OCO-(其中,以上给与“*”的连接键在RI侧),
n3为0~2的整数,
n4为0或1。
作为上式(P)中RI的碳原子数为4~40的烷基,优选为碳原子数为6~40的烷基,具体地说,可以列举例如己基、辛基、癸基、十二烷基、十六烷基、十八烷基等;
作为碳原子数为4~40的氟代烷基,优选碳原子数为4~20的氟代烷基,具体地说,可以列举例如三氟甲基丙基、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;作为具有类固醇骨架的17~51的烃基,可以列举例如胆甾烷基、胆甾醇基、羊毛甾烷基等。
上述烷基和氟代烷基各自优选为直链基团。
上式(P)中RII的亚环己基和亚苯基各自优选为1,4-亚环己基和1,4-亚苯基。
上式(P)中的n1优选为1~4的整数。
作为上式(P)中-(RII-ZII)n1-表示的2价基团,在n1为1的情况下,作为优选的基团,可以列举例如1,4-亚苯基、1,4-亚环己基等;
在n1为2的情况下,作为优选的基团,可以列举例如4,4’-联亚苯基、4,4’-二亚环己基、下式各自表示的基团等:
在上式中,给与“*”的连接键在RI侧。
在n1为3的情况下,作为优选的基团,可以列举下式表示的基团等:
在上式中,给与“*”的连接键在RI侧。
在n1为4的情况下,作为优选的基团,可以列举下式表示的基团等:
在上式中,给与“*”的连接键在RI侧。
上式(P)中的n3优选为2。作为ZII为*-(CH2)n5-情况下的n5,优选为1或2。
聚合物(A)优选在0.7mmol/g以下的范围内,更优选在0.1~0.5mmol/g的范围内含有上式(P)表示的基团。
对于聚合物(A),通过凝胶渗透色谱(GPC,溶出溶剂:四氢呋喃)测定的聚苯乙烯换算的重均分子量(以下,称为“Mw”)优选为1000~100000,更优选为3000~50000。此外,在同样的条件下测定的聚苯乙烯换算的数均分子量(以下,称为“Mn”)优选为700~80000,更优选为2000~40000。
聚合物(A)优选为(甲基)丙烯酸类聚合物。其中,所谓的“(甲基)丙烯酸类聚合物”,是指具有来自由丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯构成的群组中选出的至少一种结构单元的聚合物。
作为聚合物(A)的制造方法,只要满足上述要件,就没有特别的限制,例如,可以通过将具有基团Z1的聚合物和同时具有上式(A-I)表示的基团和基团Z2的化合物、或同时具有上式(A-I)表示的基团和基团Z2的化合物与没有上式(A-I)表示的基团,而具有基团Z2的化合物的混合物(其中,基团Z1和Z2各自为使其反应,能产生键合基团的基团)反应,从而制备。此时,通过使作为原料而使用的聚合物为除了基团Z1以外,还具有上式(P)表示的基团的聚合物,从而能获得同时具有上式(A-I)表示的基团和上式(P)表示基团的聚合物(A)。
作为上述基团Z1,可以列举例如羧基、羟基、酸酐基团等。作为基团Z2,在基团Z1为羧基时,优选环氧基;在基团Z1为羟基时,优选异氰酸酯基;在基团Z1为环氧基时,优选羧基;在基团Z1为酸酐基时,优选羟基或环氧基。
作为基团Z1具有羧基的聚合物(以下,称为“聚合物(b-1)”),可以列举例如具有羧基的聚合性不饱和化合物的聚合物、具有羧基的聚合性不饱和化合物与其他聚合性不饱和化合物的共聚物、聚酰胺酸、聚酰胺酸的部分酰亚胺化聚合物等。
由于聚合物(A)优选为(甲基)丙烯酸类聚合物,因此,作为其前体的聚合物(b-1)优选为(甲基)丙烯酸和由具有羧基的(甲基)丙烯酸酯选出的至少一种聚合性不饱和化合物的(共)聚合物、以及选自具有羧基的聚合性不饱和化合物和没有羧基的(甲基)丙烯酸酯的共聚物的(甲基)丙烯酸类聚合物。
作为上述具有羧基的聚合性不饱和化合物,优选使用例如由(甲基)丙烯酸、马来酸;(甲基)丙烯酸与内酯加成得到的不饱和化合物;和羟基烷基(甲基)丙烯酸酯与二元酸或其酸酐加成得到的不饱和化合物构成的群组中选出的一种以上。作为上述二元酸,可以列举例如琥珀酸、马来酸、苯二甲酸等。其中,优选使用由(甲基)丙烯酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基琥珀酸和ω-羧基聚己内酯单(甲基)丙烯酸酯构成的群组中选出的至少一种以上,更优选为(甲基)丙烯酸。
在聚合物(b-1)为具有羧基的聚合性不饱和化合物与其他聚合性不饱和化合物的共聚物的情况下,通过使其他的聚合性不饱和化合物的部分或全部为具有上式(P)表示的基团的聚合性不饱和化合物(以下,称为“化合物(P)”),从而能形成同时具有羧基和上式(P)表示的基团的聚合物。
作为上述化合物(P),优选具有上式(P)表示的基团的(甲基)丙烯酸酯。
作为该化合物(P),可以列举丙烯酸胆甾烷酯、甲基丙烯酸4-(4’-正丙基二环己-4-基)苯基酯、甲基丙烯酸4-(4’-正丁基二环己-4-基)苯基酯、甲基丙烯酸4-(4’-正戊基二环己-4-基)苯基酯、甲基丙烯酸4-(4’-正己基二环己-4-基)苯基酯、甲基丙烯酸4-(4’-正庚基二环己-4-基)苯基酯、丙烯酸4-(4’-正丙基二环己-4-基)苯基酯、丙烯酸4-(4’-正丁基二环己-4-基)苯基酯、丙烯酸4-(4’-正戊基二环己-4-基)苯基酯、丙烯酸4-(4’-正己基二环己-4-基)苯基酯、丙烯酸4-(4’-正庚基二环己-4-基)苯基酯、甲基丙烯酸4-(4-正庚基环己基)苯基酯、丙烯酸4-(4-正庚基环己基)苯基酯、甲基丙烯酸4-(4-正丙基环己基)苯基酯、丙烯酸4-(4-正丙基环己基)苯基酯、甲基丙烯酸4-(4-正丁基环己基)苯基酯、丙烯酸4-(4-正丁基环己基)苯基酯、甲基丙烯酸4-(4-正戊基环己基)苯基酯、丙烯酸4-(4-正戊基环己基)苯基酯、甲基丙烯酸4-(4-正己基环己基)苯基酯、丙烯酸4-(4-正己基环己基)苯基酯、甲基丙烯酸4-十二烷基-苯基酯、丙烯酸4-十二烷基-苯基酯、甲基丙烯酸4-十八烷基-苯基酯、丙烯酸4-十八烷基-苯基酯、甲基丙烯酸二十烷基酯等。
从垂直取向性的观点来看,特别优选使用由甲基丙烯酸4-(4’-正戊基二环己-4-基)苯基酯、甲基丙烯酸胆甾烷酯、丙烯酸4-(4’-正戊基二环己-4-基)苯基酯和丙烯酸胆甾烷酯构成的群组中选出的至少一种。
作为没有上式(P)表示的基团的聚合性不饱和化合物(以下,称为“化合物(Q-1)”),优选使用由(甲基)丙烯酸酯、乙烯基芳香族化合物、N-取代马来酰亚胺和大分子单体构成的群组中选出的至少一种。
特别优选使用由苯乙烯、α-甲基苯乙烯、苊、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸环己基酯、(甲基)丙烯酸苄基酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁基酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙基酯、(甲基)丙烯酸羟基丙基酯、单(甲基)丙烯酸甘油酯、(甲基)丙烯酸丁基酯、(甲基)丙烯酸异丁基酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯、(甲基)丙烯酸异冰片基酯、(甲基)丙烯酸三环[5.2.1.02.6]癸烷-8-基酯、对枯基苯基的环氧乙烷改性(甲基)丙烯酸酯、N-环己基马来酰亚胺、N-苄基马来酰亚胺和N-苯基马来酰亚胺构成的群组中选出的至少一种。
作为聚合物(b-1)的制造中,具有羧基的聚合性不饱和化合物的使用比例,相对于全部聚合性不饱和化合物的总重量,优选为4重量%以上,更优选为5~50重量%,进一步优选为10~40重量%。作为化合物(P)的使用比例,相对于全部聚合性不饱和化合物的总重量,优选为60重量%以下,更优选为5~50重量%,进一步优选为10~40重量%。作为化合物(Q-1)的使用比例,相对于全部聚合性不饱和化合物的总重量,优选为60重量%以下,更优选为5~50重量%,进一步优选为10~40重量%。
使用如上述的聚合性不饱和单体的聚合物(b-1)的制造可以通过公知的自由基聚合法进行。
在聚合物(b-1)为聚酰胺酸或其部分酰亚胺化聚合物的情况下,这些物质可以分别与后述聚合物(B)中聚酰胺酸或其酰亚胺化聚合物的合成同样制造。在作为聚合物(b-1),使用聚酰胺酸的部分酰亚胺化聚合物的情况下,为了使上式(A-I)表示的基团的导入比例为期望的值,优选聚合物的酰亚胺化率为50%以下,更优选为30%以下。在聚酰胺酸和聚酰胺酸的部分酰亚胺化聚合物具有上式(P)表示的基团的情况下,优选以相对于全部二胺为40mol%以下的范围内使用后述的特定二胺,更优选在10~30mol%的范围内使用。
通过使如上得到的聚合物(b-1)与同时具有上式(A-I)表示的基团和环氧基的化合物(以下,称为“化合物(c-1)”)反应,从而能获得聚合物(A)。
作为其中使用的化合物(c-1),优选使用由具有缩水甘油基和上式(A-I)表示的基团的不饱和化合物与具有脂环式环氧基和上式(A-I)表示的基团的不饱和化合物构成的群组中选出的至少一种。
特别优选使用选自(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯、烯丙基缩水甘油基醚、丙烯酸缩水甘油基-α-乙基酯、巴豆基缩水甘油基醚、(异)巴豆酸缩水甘油基醚、N-(3,5-二甲基-4-缩水甘油基)苄基丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸4-羟基丁基酯缩水甘油基醚、对乙烯基苄基缩水甘油基醚、(甲基)丙烯酸2-(2,3-环氧基环戊基)乙基酯、(甲基)丙烯酸2-(3,4-环氧基环戊基)乙基酯和(甲基)丙烯酸2-(7,8-环氧[三环[5.2.1.0]癸-2-基])乙基酯构成的群组中选出的至少一种。
作为在聚合物(b-1)与化合物(c-1)的反应中,化合物(c-1)的使用比例,相对于1mol聚合物(b-1)具有的羧基,优选为0.5~1.0mol,更优选为0.6~0.9mol。
聚合物(b-1)与化合物(c-1)的反应根据需要,可以在适当的溶剂,优选在催化剂的存在下进行。
作为其中使用的溶剂,可以列举例如二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇二乙醚、乙酸甲氧基丁酯、丙二醇单甲醚乙酸酯等。溶剂的使用比例优选为使反应溶液的固体成分浓度(是指反应溶液中除了溶剂以外的成分的总重量占反应溶液全部重量的比例。在聚合物(A)的说明中,以下相同。)为20~60重量%的比例。
作为使用的催化剂,可以列举例如叔胺、季铵盐、烷基尿素、咪唑化合物等。作为其具体例,
作为叔胺,可以列举例如二甲基苄基胺等;
作为上述季铵盐,可以列举例如四丁基铵溴化物、四丁基铵氯化物、四苯基铵溴化物等;
作为上述烷基尿素,可以列举例如3-(3’,4’-二氯苯基)-1,1-二甲基尿素等;
作为上述咪唑化合物,可以列举例如2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-苯基咪唑等。催化剂的使用比例相对于总计100重量份聚合物(b-1)和化合物(c-1),优选为0.001~10重量份。
反应温度优选为70~110℃,更优选为75~90℃。反应时间优选为2~15小时,更优选为5~10小时。
作为基团Z1,具有羟基的聚合物(以下,称为“聚合物(b-2)”),可以列举例如具有羟基的聚合性不饱和化合物的聚合物、具有羟基的聚合性不饱和化合物与其他聚合性不饱和化合物的共聚物等。
作为上述具有羟基的聚合性不饱和化合物,可以列举例如(甲基)丙烯酸4-羟基丁基酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙基酯、(甲基)丙烯酸羟基丙基酯、单(甲基)丙烯酸甘油酯等(甲基)丙烯酸羟基烷基酯,此外,还可以列举N-羟甲基丙烯酰胺、烯丙醇等,优选使用选自这些物质中的一种以上。
在聚合物(b-2)是具有羟基的聚合性不饱和化合物与其他聚合性不饱和化合物的共聚物的情况下,通过使其他聚合性不饱和化合物的部分和全部为具有上式(P)表示的基团的聚合性不饱和化合物,从而可以形成同时具有羟基和上式(P)表示基团的聚合物。其中,作为具有上式(P)表示基团的聚合性不饱和化合物,可以使用与上述化合物(P)相同的物质。
作为在聚合物(b-2)的制造中使用的没有上式(P)表示的基团的其他聚合性不饱和化合物(以下,称为“化合物(Q-2)”),优选使用由没有羟基和上式(P)表示的基团的(甲基)丙烯酸酯、乙烯基芳香族化合物、N-取代马来酰亚胺和大分子单体构成的群组中选出的至少一种。
特别优选使用由苯乙烯、α-甲基苯乙烯、苊、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苄基酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯、(甲基)丙烯酸异冰片基酯、(甲基)丙烯酸三环[5.2.1.02.6]癸烷-8-基酯、对枯基苯基的环氧乙烷改性(甲基)丙烯酸酯、N-环己基马来酰亚胺、N-苄基马来酰亚胺和N-苯基马来酰亚胺构成的群组中选出的至少一种。
作为在聚合物(b-2)的制造中,具有羟基的聚合性不饱和化合物的使用比例,相对于全部聚合性不饱和化合物的总重量,优选为20重量%以上,更优选为30~80重量%,进一步优选为40~70重量%。作为化合物(P)的使用比例,相对于全部聚合性不饱和化合物的总重量,优选为60重量%以下,更优选为5~50重量%,进一步优选为10~40重量%。作为化合物(Q-2)的使用比例,相对于全部聚合性不饱和化合物的总重量,优选为70重量%以下,更优选为5~60重量%,进一步优选为10~50重量%。
使用如上述聚合性不饱和单体的聚合物(b-2)的制造可以通过公知的自由基聚合法进行。
通过使如上获得的聚合物(b-2)与同时具有上式(A-I)表示的基团和异氰酸酯基的化合物(以下,称为“化合物(c-2)”)反应,从而能获得聚合物(A)。
作为其中使用的化合物(c-2),可以列举例如2-(甲基)丙烯酰氧基异氰酸酯、(甲基)丙烯酸2-(2-异氰酸酯乙氧基)乙酯、1,1-(二丙烯酰氧基甲基)乙基异氰酸酯等。
作为在聚合物(b-2)与化合物(c-2)的反应中,化合物(c-2)的使用比例,相对于1mol聚合物(b-2)具有的羟基,优选为0.4~0.9mol,更优选为0.5~0.8mol。
聚合物(b-2)与化合物(c-2)的反应根据需要,可以在适当的溶剂,优选在催化剂的存在下进行。
作为其中使用的溶剂,可以列举例如二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇二乙醚、乙酸甲氧基丁酯、丙二醇单甲醚乙酸酯等。溶剂的使用比例优选为使固体成分浓度为20~60重量%的比例。
作为使用的催化剂,可以列举例如胺化合物、有机金属化合物等。作为上述胺化合物,可以列举例如三乙胺、三丙胺、三亚乙基二胺、二氮杂环十一烷等;
作为有机金属化合物,可以列举锌酸锡、二丁基锡二乙酸、二丁基锡二月桂酸、锌酸二锡、癸酸二锡等。在使用催化剂的情况下,其使用比例相对于100重量份聚合物(b-2)和化合物(c-2),优选为0.001~2重量份。
反应温度优选为70~110℃,更优选为75~90℃。反应时间优选为2~15小时,更优选为5~10小时。
作为基团Z1,具有环氧基的聚合物(以下,称为“聚合物(b-3)”)可以列举例如具有环氧基的聚合性不饱和化合物的聚合物、具有环氧基的聚合性不饱和化合物与其他聚合性不饱和化合物的共聚物、环氧树脂等。
作为上述具有环氧基的聚合性不饱和化合物,优选使用由具有环氧基的(甲基)丙烯酸酯和具有环氧基的苯乙烯衍生物构成的群组中选出的至少一种。
特别优选使用由(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧丁基酯、(甲基)丙烯酸(3,4-环氧环己基)甲酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁基酯、缩水甘油基醚、间乙烯基苄基缩水甘油基醚、邻乙烯基苄基缩水甘油基醚、对乙烯基苄基缩水甘油基醚、2,4-二缩水甘油基氧基甲基苯乙烯和3,4,5-三缩水甘油基甲基苯乙烯构成的群组中选出的至少一种。
在聚合物(b-3)为具有环氧基的聚合性不饱和化合物与其他聚合性不饱和化合物的共聚物的情况下,通过使其他聚合性不饱和化合物的部分或全部为具有上式(P)表示的基团的聚合性不饱和化合物,从而可以形成同时具有环氧基和上式(P)表示的基团的聚合物。其中,作为具有上式(P)表示的基团的聚合性不饱和化合物,可以使用与上述化合物(P)相同的物质。
作为在聚合物(b-3)的制造中使用的没有上式(P)表示的基团的其他聚合性不饱和化合物(以下,称为“化合物(Q-3)”),优选使用由(甲基)丙烯酸酯、乙烯基芳香族化合物、N-取代马来酰亚胺和大分子单体构成的群组中选出的至少一种。
特别优选使用由苯乙烯、α-甲基苯乙烯、苊、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苄基酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁基酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙基酯、(甲基)丙烯酸羟基丙基酯、单(甲基)丙烯酸甘油酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯、(甲基)丙烯酸异冰片基酯、(甲基)丙烯酸三环[5.2.1.02.6]癸烷-8-基酯、对枯基苯基的环氧乙烷改性(甲基)丙烯酸酯、N-环己基马来酰亚胺、N-苄基马来酰亚胺和N-苯基马来酰亚胺构成的群组中选出的至少一种。
作为在聚合物(b-3)的制造中,具有环氧基的聚合性不饱和化合物的使用比例,相对于全部聚合物性不饱和化合物的总重量,优选为20重量%以上,更优选为30~90重量%,进一步优选为40~75重量%。作为化合物(P)的使用比例,相对于全部聚合性不饱和化合物的总重量,优选为60重量%以下,更优选为5~50重量%,进一步优选为10~40重量%。作为化合物(Q-3)的使用比例,相对于全部聚合性不饱和化合物的总重量,优选为60重量%以下,更优选为5~50重量%,进一步优选为5~40重量%。
使用如上述聚合性不饱和单体的聚合物(b-3)的制造可以通过公知的自由基聚合法进行。
在聚合物(b-3)为环氧树脂的情况下,作为该聚合物(b-3),可以列举例如双酚A型环氧树脂、双酚A型环氧树脂的醇性羟基与表氯醇反应得到的环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚F型环氧树脂的醇性羟基与表氯醇反应得到的环氧树脂、双酚S型环氧树脂、联苯缩水甘油基醚、苯酚酚醛型环氧树脂、甲酚酚醛型环氧树脂、三缩水甘油基异氰酸酯、三苯酚甲烷型环氧树脂、芴环氧树脂、脂环式环氧树脂、二环戊烷二烯型环氧树脂,此外,还可以使用共聚型的环氧树脂。
通过使如上获得或备好的聚合物(b-3)与同时具有上式(A-I)表示的基团和异氰酸酯基的化合物(以下,称为“化合物(c-3)”)反应,从而能获得聚合物(A)。
作为其中使用的化合物(c-3),可以列举例如(甲基)丙烯酸、ω-羧基-聚己内酯单(甲基)丙烯酸酯、2-(甲基)丙烯酰基乙基琥珀酸等。
作为在聚合物(b-3)与化合物(c-3)的反应中,化合物(c-3)的使用比例,相对于1mol聚合物(b-3)具有的环氧基,优选为0.2~1.0mol,更优选为0.4~0.9mol。
聚合物(b-3)与化合物(c-3)的反应根据需要,可以在适当的溶剂,优选在催化剂的存在下进行。
作为其中使用的溶剂,可以列举例如二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇二乙醚、乙酸甲氧基丁酯、丙二醇单甲醚乙酸酯等。溶剂的使用比例优选为使反应溶液的固体成分浓度为20~60重量%的比例。
作为使用的催化剂,可以列举例如叔胺、季铵盐、烷基尿素、咪唑化合物。作为其具体例,
作为叔胺,可以列举例如二甲基苄基胺等;
作为上述季铵盐,可以列举例如四丁基铵溴化物、四丁基铵氯化物、四苯基铵溴化物等;
作为上述烷基尿素,可以列举例如3-(3’,4’-二氯苯基)-1,1-二甲基尿素等;
作为上述咪唑化合物,可以列举例如2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-苯基咪唑等。催化剂的使用比例相对于总计100重量份聚合物(b-3)和化合物(c-3),优选为0.001~10重量份。
反应温度优选为70~110℃,更优选为75~90℃。反应时间优选为2~15小时,更优选为5~10小时。
作为基团Z1,具有酸酐基的聚合物(以下,称为“聚合物(b-4)”)可以列举例如具有酸酐基的聚合性不饱和化合物的聚合物、具有环氧基的聚合性不饱和化合物与其他聚合性不饱和化合物的共聚物等。
作为上述具有酸酐基的聚合性不饱和化合物,可以列举例如马来酸酐、甲基马来酸酐、四氢苯二甲酸酐、甲基四氢苯二甲酸酐、甲基萘酸酐等。
在聚合物(b-4)为具有酸酐基的聚合性不饱和化合物与其他聚合性不饱和化合物的共聚物的情况下,通过使其他聚合性不饱和化合物的部分和全部为具有上式(P)表示的基团的聚合性不饱和化合物,从而可以形成同时具有酸酐基和上式(P)表示基团的聚合物。其中,作为具有上式(P)表示的基团的聚合性不饱和化合物,可以使用与上述化合物(P)相同的物质。
作为在聚合物(b-4)的制造中使用的没有上式(P)表示的基团的其他聚合性不饱和化合物,可以使用与上述化合物(Q-1)相同的化合物。
作为在聚合物(b-4)的制造中,具有酸酐基的聚合性不饱和化合物的使用比例,相对于全部聚合物性不饱和化合物的总重量,优选为20重量%以上,更优选为30~80重量%,进一步优选为40~70重量%。作为化合物(P)的使用比例,相对于全部聚合性不饱和化合物的总重量,优选为60重量%以下,更优选为5~50重量%,进一步优选为10~40重量%。作为化合物(Q-1)的使用比例,相对于全部聚合性不饱和化合物的总重量,优选为70重量%以下,更优选为5~60重量%,进一步优选为10~50重量%。
使用如上述聚合性不饱和单体的聚合物(b-4)的制造可以通过公知的自由基聚合法进行。
通过使如上获得的聚合物(b-4)与同时具有上式(A-I)表示的基团和作为基团Z2的羟基的化合物(以下,称为“化合物(c-4)”)或同时具有上式(A-I)表示的基团和作为基团Z2的环氧基的化合物反应,从而能获得聚合物(A)。以下,对基团Z2为羟基的情况和环氧基的情况分别进行说明。
作为在基团Z2为羟基的情况下,使用的化合物(c-4),可以列举例如(甲基)丙烯酸羟基烷基酯、N-羟甲基丙烯酰胺、烯丙醇等。
作为在聚合物(b-4)与化合物(c-4)的反应中,化合物(c-4)的使用比例,相对于1mol聚合物(b-4)具有的酸酐基,优选为0.2~1.0mol,更优选为0.4~0.9mol。
聚合物(b-4)与化合物(c-4)的反应根据需要,可以在适当的溶剂中,优选在催化剂的存在下进行。
作为其中使用的溶剂,可以列举例如二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇二乙醚、乙酸甲氧基丁酯、丙二醇单甲醚乙酸酯等。溶剂的使用比例优选为使反应溶液的固体成分浓度为20~60重量%的比例。
作为使用的催化剂,可以列举例如咪唑化合物。作为其具体例,可以列举例如2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-苯基咪唑等。催化剂的使用比例相对于总计100重量份聚合物(b-4)和化合物(c-4),优选为0.001~1重量份。
反应温度优选为70~110℃,更优选为75~90℃。反应时间优选为2~15小时,更优选为5~10小时。
另一方面,作为在基团Z2为环氧基的情况下使用的,同时具有上式(A-I)表示的基团和环氧基的化合物,可以使用与上述化合物(c-1)相同的物质。
作为在聚合物(b-4)与化合物(c-1)反应中,化合物(c-1)的使用比例,相对于1mol聚合物(b-4)具有的酸酐基,优选为0.3~1.0mol,更优选为0.4~0.9mol。
聚合物(b-4)与化合物(c-1)的反应根据需要,可以在适当的溶剂中,优选在催化剂的存在下进行。
作为其中使用的溶剂,可以列举例如二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇二乙醚、乙酸甲氧基丁酯、丙二醇单甲醚乙酸酯等。溶剂的使用比例优选为使反应溶液的固体成分浓度为20~60重量%的比例。
作为使用的催化剂,可以列举例如咪唑化合物。作为其具体例,可以列举例如2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-苯基咪唑等。催化剂的使用比例相对于总计100重量份聚合物(b-4)和化合物(c-1),优选为0.001~2重量份。
反应温度优选为70~110℃,更优选为75~90℃。反应时间优选为2~15小时,更优选为5~10小时。
由此制造的聚合物(A)可以单独使用,或将两种以上混合使用。
[聚合物(B)]
本发明中任意使用的聚合物(B)为由聚酰胺酸、其酰亚胺化聚合物和聚硅氧烷构成的群组中选出的至少一种聚合物。聚合物(B)优选没有上式(A-I)表示的基团。聚合物(B)也可以具有上式(P)表示的集团。
-聚酰胺酸及其酰亚胺化聚合物-
上述聚酰胺酸可以通过例如使四羧酸二酐与二胺反应而合成。其中使用的四羧酸二酐和二胺各自优选没有上式(A-I)表示的基团。上述酰亚胺化聚合物可以通过使聚酰胺酸脱水闭环,进行酰亚胺化而合成。
[四羧酸二酐]
作为用于合成上述聚酰胺酸的四羧酸二酐,可以列举例如脂肪族四羧酸二酐、脂环式四羧酸二酐、芳香族四羧酸二酐等。作为它们的具体例,
作为脂肪族四羧酸二酐,可以列举例如丁烷四羧酸二酐等;
作为脂环式四羧酸二酐,可以列举例如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-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-3-呋喃基)-萘[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、3-氧杂双环[3.2.1]辛-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氢呋喃-2’,5’-二酮)、5-(2,5-二氧杂四氢-3-呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧基甲基降冰片烷基-2:3,5:6-二酐、4,9-二氧杂三环[5.3.1.02,6]十一碳-3,5,8,10-四烯等;
作为芳香族四羧酸二酐,可以列举例如均苯四酸二酐等,除此之外,还可以使用专利文献1(日本特开2010-97188号公报)中记载的四羧酸二酐。
作为用于合成上述聚酰胺酸的四羧酸二酐,其中,优选仅使用脂环式四羧酸二酐,或使用脂环式四羧酸二酐与芳香族四羧酸二酐的混合物。在后者的情况下,脂环式四羧酸二酐占全部四羧酸二酐中的比例优选为20mol%以上,更优选为40mol%以上。
{二胺}
作为用于合成上述聚酰胺酸的二胺,优选使用包含具有上式(P)表示的基团的二胺(以下,称为“特定二胺”)的二胺。由此,可以以所得聚酰胺酸及其酰亚胺化聚合物作为具有上式(P)表示的基团的化合物。
特定二胺中的上式(P)表示的基团优选ZII为单键,n1为1或2的基团。n1更优选为1。
作为本发明中的特定二胺,优选具有上式(P)表示的基团的芳香族二胺,作为其具体例,可以列举例如十二烷氧基-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-2,4-二氨基苯、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、胆甾烷氧基-3,5-二氨基苯、胆甾醇氧基-3,5-二氨基苯、3,5-二氨基苯甲酸胆甾烷、3,5-二氨基苯甲酸胆甾醇、3,5-二氨基苯甲酸羊毛甾烷等,可以使用其中的一种或两种以上。作为本发明中的特定二胺,特别优选使用由十六烷氧基-2,5-二氨基苯、十八烷氧基-2,5-二氨基苯、胆甾烷氧基-3,5-二氨基苯和胆甾醇氧基-3,5-二氨基苯构成的群组中选出的至少一种。
作为用于合成上述聚酰胺酸的二胺,可以仅使用如上述的特定二胺,也可以将特定二胺与其他二胺联用。
能在其中使用的其他二胺,为没有上式(P)表示的基团的二胺,例如是脂肪族二胺、脂环式二胺、芳香族二胺、二氨基有机硅氧烷等非上述的特定二胺。作为这些具体例,
作为脂肪族二胺,可以列举例如间二甲苯二胺、1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺等;
作为脂环式二胺,可以列举例如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)环己烷等;
作为芳香族二胺,可以列举例如对苯二胺、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、4,4’-二氨基-2,2’-二(三氟甲基)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’-(对苯二异亚丙基)二(苯胺)、4,4’-(间苯二异亚丙基)二(苯胺)、1,4-二(4-氨基苯氧基)苯、4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯、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’-二甲基联苯胺等;
作为二氨基有机硅氧烷,可以列举例如1,3-二(3-氨基苯基)-四甲基二硅氧烷等,除此之外,还可以使用专利文献1(日本特开2010-97188号公报)中记载的二胺。
作为用于合成上述聚酰胺酸的二胺,优选相对于全部二胺,含有2mol%以上如上述的特定二胺,更优选含有2~60mol%,进一步优选含有5~40mol%,特别优选含有10~30mol%。
[分子量调节剂]
在合成上述聚酰胺酸时,还可以使用如上述的四羧酸二酐和二胺,以及适当的分子量调节剂,从而合成末端修饰型的聚合物。通过形成该末端修饰型的聚合物,从而能在不用损害本发明的效果,改善聚合物组合物的涂布性(印刷性)。
作为上述分子量调节剂,可以列举例如酸单酐、单胺化合物、单异氰酸酯化合物等。作为这些物质的具体例,
作为酸单酐,可以列举马来酸酐、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、正辛胺等;
作为单异氰酸酯化合物,可以列举例如苯基异氰酸酯、萘基异氰酸酯等。
分子量调节剂的使用比例相对于总计100重量份使用的四羧酸二酐和二胺,优选为10重量份以下。
[聚酰胺酸的合成]
用于酰胺酸的合成反应的四羧酸二酐和二胺的使用比例相对于1当量二胺的氨基,优选为使四羧酸二酐的酸酐基为0.2~2当量的比例,更优选使其为0.3~1.2当量的比例。
聚酰胺酸的合成反应优选在有机溶剂中,优选在-20℃~150℃,更优选在0~100℃下进行优选0.1~24小时,更优选0.5~12小时而进行。
其中,作为有机溶剂,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、二甲基砜、γ-丁内酯、四甲基尿素、六甲基磷酰三胺等非质子性极性溶剂;间甲酚、二甲酚、苯酚、卤代苯酚等苯酚性溶剂。有机溶剂的使用量(a)优选四羧酸二酐和二胺的总量(b)相对于反应溶液的总量(a+b),为0.1~30重量%的量。
如上可以获得溶解聚酰胺酸的反应溶液。
该反应溶液可以直接供应于聚合物组合物的制备,也可以在将反应溶液中所含的聚酰胺酸分离后,供应于聚合物组合物的制备,或在将分离的聚酰胺酸精制后,供应于聚合物组合物的制备中。在将聚酰胺酸脱水闭环,形成酰亚胺化聚合物的情况下,可以将上述反应溶液直接供应于脱水闭环反应中,可以在将反应溶液中所含的聚酰胺酸分离后,供应于脱水闭环反应中,或者也可以在将分离的聚酰胺酸精制后,供应于脱水闭环反应中。聚酰胺酸的分离和精制可以根据公知的方法进行。
{酰亚胺化聚合物的合成}
上述酰亚胺化聚合物可以通过即将如上述合成的聚酰胺酸脱水闭环,酰亚胺化而获得。
本发明中的酰亚胺化聚合物可以是将作为前体的聚酰胺酸具有的全部酰胺酸结构脱水闭环的完全酰亚胺化物,也可以是仅将酰胺酸结构的一部分脱水闭环,酰胺酸结构和酰亚胺环结构并存的酰亚胺化物。本发明中的酰亚胺化聚合物优选其酰亚胺化率为40%以上。该酰亚胺化率是以百分比表示相对于酰亚胺化聚合物的酰胺酸结构的数量与酰亚胺环结构的数量的总和,酰亚胺环结构的数量所占的比例。
聚酰胺酸的脱水闭环优选通过加热聚酰胺酸的方法,或通过在有机溶剂中溶解聚酰胺酸,在该溶液中添加脱水剂和脱水闭环催化剂,根据需要进行加热的方法进行。其中,优选后者的方法。
在上述聚酰胺酸的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,可以使用例如乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。脱水剂的使用量相对于1mol聚酰胺酸的酰胺酸结构,优选为0.01~20mol。作为脱水闭环结构,可以使用例如吡啶、三甲基吡啶、二甲基吡啶、三乙胺等叔胺。脱水闭环催化剂的使用量相对于1mol使用的脱水剂,优选为0.01~10mol。作为在脱水闭环反应中使用的有机溶剂,可以列举作为在聚酰胺酸的合成中使用的溶剂所例示的有机溶剂。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1.0~120小时,更优选为2.0~30小时。
由此获得含有聚酰亚胺的反应溶液。该反应溶液可以直接将其供应至聚合物组合物的制备中,也可以在由反应溶液除去脱水剂和脱水闭环催化剂后,供应至聚合物组合物的制备中,还可以在分离聚酰亚胺后供应至聚合物组合物的制备中,或在将分离的聚酰亚胺精制后,供应至聚合物组合物的制备中。这些精制操作可以通过公知的方法进行。
[聚有机硅氧烷]
上述聚有机硅氧烷优选具有上式(P)表示的基团,可以在0.01mol/g以下的范围内含有该基团,作为上述聚有机硅氧烷具有的上式(P)表示的基团的比例,优选为0.0001~0.005mol/g,更优选为0.0002~0.002mol/g。
对于上述聚有机硅氧烷,通过凝胶渗透色谱测定的聚苯乙烯换算的重均分子量Mw优选为500~1000000,更优选为1000~100000,进一步优选为1000~50000。
上述聚有机硅氧烷可以通过任意的方法制造,可以通过例如将烷氧基硅烷化合物、优选具有上式(P)表示的基团和烷氧基的硅烷化合物(以下,称为“硅烷化合物(a1)”)、或硅烷化合物(a1)与其他烷氧基硅烷化合物(以下,称为“硅烷化合物(a2)”)的混合物在二羧酸和醇的存在下反应的方法(制造方法1)、或水解、缩合的方法(制造方法2)、或使具有环氧基和烷氧基的硅烷化合物(以下,称为“硅烷化合物(a2-1)”)、或硅烷化合物(a2-1)与其他烷氧基硅烷化合物(以下,称为“硅烷化合物(a2-2)”)的混合物在二羧酸和醇的存在下反应,然后再与具有上式(P)表示基团和羧基的化合物(以下,称为“特定羧酸”)反应的方法(制造方法3)、或水解、缩合,然后再与特定羧酸反应的方法(制造方法4)而制造。
上述硅烷化合物(a2-1)和(a2-2)各自优选没有上式(A-I)表示的基团,在该情况下,硅烷化合物(a2-1)和(a2-2)组合出的集合与硅烷化合物(a2)的范围一致。此外,上述硅烷化合物(a1)、(a2-1)和(a2-3)优选没有上式(A-I)表示的基团。
作为上述硅烷化合物(a1),可以列举下式(a1-1)表示的化合物。
在式(a1-1)中,RI、RII、ZI、ZII、ZIII、n1、n2、n3和n4各自与上式(P)中的定义相同,RI为苯基或碳原子数为1~12的烷基,或具有碳原子数为1~12的烷基的烷基苯基,n为1~3的整数。
式(a1-1)中的n优选为1。
作为该硅烷化合物(a1)的具体例,可以列举例如正丁基三甲氧基硅烷、正丁基三乙氧基硅烷、正丁基三正丙氧基硅烷、正丁基三异丙氧基硅烷、正丁基三正丁氧基硅烷、正丁基三仲丁氧基硅烷、正丁基三正戊氧基硅烷、正丁基三仲丁氧基硅烷、正丁基三苯氧基硅烷、正丁基三对甲基苯氧基硅烷、正戊基三甲氧基硅烷、正戊基三乙氧基硅烷、正戊基三正丙氧基硅烷、正戊基三异丙氧基硅烷、正戊基三正丁氧基硅烷、正戊基三仲丁氧基硅烷、正戊基三正戊氧基硅烷、正戊基三仲丁氧基硅烷、正戊基三苯氧基硅烷、正戊基三对甲基苯氧基硅烷、2-(全氟正己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(全氟正己基)乙基三乙氧基硅烷、2-(全氟正己基)乙基三正丙氧基硅烷、2-(全氟正己基)乙基三异丙氧基硅烷、2-(全氟正己基)乙基三正丁氧基硅烷、2-(全氟正己基)乙基三仲丁氧基硅烷、2-(全氟正辛基)乙基三甲氧基硅烷、2-(全氟正辛基)乙基三乙氧基硅烷、2-(全氟正辛基)乙基三正丙氧基硅烷、2-(全氟正辛基)乙基三异丙氧基硅烷、2-(全氟正辛基)乙基三正丁氧基硅烷、2-(全氟正辛基)乙基三仲丁氧基硅烷、正十二烷基三甲氧基硅烷、正十二烷基三乙氧基硅烷、正十二烷基三正丙氧基硅烷、正十二烷基三异丙氧基硅烷、正十二烷基三正丁氧基硅烷、正十二烷基三仲丁氧基硅烷等,可以使用由这些物质中选择的一种以上。
作为上述硅烷化合物(a2-1),可以列举例如3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基二甲基甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基二甲基乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)乙基三乙氧基硅烷等,可以使用由这些物质中选择的一种以上。
上述硅烷化合物(a2-2)优选为上述硅烷化合物(a1)和硅烷化合物(a2-1)以外的烷氧基硅烷化合物,例如,优选下式(a2-2-1)表示的化合物。
(R2)mSi(OR3)4-m (a2-2-1)
式(a2-2-1)中,R2为碳原子数为1~3的烷基、碳原子数为1~3的氟代烷基或苯基,或具有碳原子数为1~3的烷基的烷基苯基。
R3为苯基或碳原子数为1~12的烷基,或具有碳原子数为1~12的烷基的烷基苯基,
m为0~3的整数。
作为上式(a2-2-1)表示的化合物,优选使用由乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷构成的群组中选出的一种以上,特别优选使用由四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷构成的群组中选出的一种以上。
在制造本发明聚有机硅氧烷时,用作原料的各硅烷化合物相对于全部硅烷化合物的使用比例根据聚有机硅氧烷的制造方法如下所述。
(1)在聚有机硅氧烷通过制造方法1或2制造的情况下;
硅烷化合物(a1):优选为1mol%以上,更优选为2~40mol%,进一步优选为5~20mol%
硅烷化合物(a2):优选为99mol%以下,更优选为60~98mol%,进一步优选为80~95mol%
(2)在聚有机硅氧烷通过制造方法3或4制造的情况下;
硅烷化合物(a2-1):优选为50mol%以上,更优选为60~100mol%,进一步优选为80~100mol%
硅烷化合物(a2-2):优选为50mol%以下,更优选为0~40mol%,进一步优选为0~20mol%
以下,对通过制造方法1和3进行的,使硅烷化合物在二羧酸和醇的存在下反应的方法进行说明。
作为其中使用的二羧酸,可以是草酸、丙二酸、在碳原子数为2~4的烷基中键合两个羧基的化合物、苯二羧酸等。具体地说,可以列举例如草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸等,优选使用选自其中的一种以上。特别优选为草酸。
二羧酸的使用比例优选相对于1mol用作原料的硅烷化合物具有的烷氧基的总量,羧酸基的量为0.2~2.0mol,更优选为0.5~1.5mol。
作为上述醇,可以优选使用伯醇,优选使用碳原子数为1~4脂肪族伯醇,更优选使用由甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、异丁醇、仲丁醇和叔丁醇构成的群组中选出的一种以上,特别优选使用由甲醇和乙醇构成的群组中选出的一种以上。
制造方法1和3中醇的使用比例优选占反应溶液总量的硅烷化合物和二羧酸的比例为3~80重量%,更优选为25~70重量%。
反应温度优选为1~100℃,更优选为15~80℃。反应时间优选为0.5~24小时,更优选为1~8小时。
在制造方法1和3的硅烷化合物的反应中,优选除了如上述的醇以外,不使用其他的溶剂。
在如上述的制造方法中,推测通过使由硅烷化合物和二羧酸的反应产生的中间体与醇作用,从而能产生作为硅烷化合物的(共)缩合物的聚有机硅氧烷。
以下,对通过制造方法2和4进行的,硅烷化合物的水解、缩合反应进行说明。
该水解、缩合反应可以通过使硅烷化合物和水优选在催化剂的存在下,优选在适当的有机溶剂中反应而进行。
其中使用的水的比例以相对于1mol用作原料的硅烷化合物具有的烷氧基的总量,优选为0.5~2.5mol。
作为上述催化剂,可以列举酸、碱、金属化合物等。作为该催化剂的具体例,作为酸,可以列举例如盐酸、硫酸、硝酸、乙酸、甲酸、草酸、马来酸等。
作为碱,可以使用无机碱和有机碱的任一种,作为无机碱,可以列举例如氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾等;
作为有机碱,可以列举例如三乙胺、三正丙胺、三正丁胺、吡啶、4-二甲基氨基吡啶那样的叔有机胺;四甲基铵氢氧化物等。
作为金属化合物,可以列举钛化合物、锆化合物等。
催化剂的使用比例优选相对于100重量份用作原料的硅烷化合物的总量,为10重量份以下,更优选为0.001~10重量份,进一步优选为0.001~1重量份。
作为上述有机溶剂,可以列举例如醇、酮、酰胺、酯及其他非质子性化合物。作为上述醇,可以使用具有1个羟基的醇、具有多个羟基的醇和具有多个羟基的醇的部分酯的任一种。作为上述酮,可以优选使用单酮和β-二酮。其中,优选使用具有多个羟基的醇的部分酯,可以特别优选例示乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚等,特别优选使用选自其中的一种以上。
作为有机溶剂的使用比例,优选作为反应溶液中有机溶剂以外的成分的合计重量占反应溶液总量的比例为1~90重量%,更优选为10~70重量%。
在硅烷化合物的水解、缩合反应时添加的水可以在作为原料的硅烷化合物中或在有机溶剂中溶解了硅烷化合物的溶液中,间歇或连续地添加。
催化剂可以预先在作为原料的硅烷化合物中,或在有机溶剂中溶解了硅烷化合物的溶液中添加,或在添加的水中溶解或分散。
反应温度优选为1~100℃,更优选为15~80℃。反应时间优选为0.5~24小时,更优选为1~8小时。
通过以上方法,在制造方法1和2中,能直接获得本发明的聚合物组合物中能够包含的聚有机硅氧烷;
另一方面,在制造方法3和4中,能获得作为聚有机硅氧烷前体的具有环氧基聚有机硅氧烷。在制造方法3和4中,通过使该具有环氧基的聚有机硅氧烷与特定羧酸反应,从而能获得本发明聚合物组合物中所含的(A)聚有机硅氧烷。
其中使用的特定羧酸为具有上式(P)表示的基团和羧基的化合物。作为特定的羧酸,可以列举例如下式(C-1)表示的化合物。
在式(C-1)中,RI、RII、ZI、ZII、ZIII、n1、n2、n3和n4各自与上式(P)定义相同。
作为上式(C-1)表示的化合物的具体例,可以列举例如戊酸、己酸、辛酸、癸酸、十二烷基酸、十四烷基酸、4-(正戊基)苯甲酸、4-(正己基)苯甲酸、4-(正庚基)苯甲酸、4-(正辛基)苯甲酸、4-(正壬基)苯甲酸、4-(正癸基)苯甲酸、4-(正十二烷基)苯甲酸、4-(正十八烷基)苯甲酸、4-(4-戊基-环己基)苯甲酸、4-(4-庚基-环己基)苯甲酸等,可以使用选自其中的一种以上。
在与具有环氧基的聚有机硅氧烷的反应中使用的特定羧酸的使用比例相对于1mol前体聚有机硅氧烷具有的环氧基,优选为5~50mol%,更优选为10~40mol%。
具有环氧基的聚有机硅氧烷与特定羧酸的反应可以在适当的催化剂的存在下,优选在适当的有机溶剂中进行。
作为其中使用的催化剂,可以使用有机碱,除此之外,还可以使用公知的化合物作为促进环氧化合物与羧酸反应的所谓固化促进剂。作为该催化剂,优选使用有机季铵,特别优选可以例示四甲基铵氢氧化物等。
催化剂相对于100重量份具有环氧基的聚有机硅氧烷,优选为100重量份以下,更优选为0.01~100重量份,进一步优选为0.1~20重量份。
作为在具有环氧基的聚有机硅氧烷与特定羧酸反应时使用的有机溶剂,可以列举例如烃化合物、醚化合物、酯化合物、酮化合物、酰胺化合物、醇化合物等。其中,从原料和产物的溶解性以及产物的易精致性的观点出发,优选醚化合物、酯化合物、酮化合物。溶剂优选以使固体成分浓度(反应溶液中的溶剂以外的成分的总重量占溶液全部重量的比例)为0.1重量%以上的量使用,更优选为5~50重量%。
反应温度优选为0~200℃,更优选为50~150℃。反应时间优选为0.1~50小时,更优选为0.5~20小时。
通过制造方法1~4任一项的方法,如上述得到的(A)聚有机硅氧烷优选通过公知的适当的方法精制后,供应至聚合物组合物的制备中。
[(C)有机溶剂]
作为本发明中的(C)有机溶剂,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-4-甲基-2-戊酮、乙二醇单甲醚、乳酸丁酯、乙酸丁酯、甲基甲氧基丙酸酯、乙基乙氧基丙酸酯、乙二醇甲基醚、乙二醇乙基醚、乙二醇正丙基醚、乙二醇异丙基醚、乙二醇正丁基醚(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、二乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯、二异丁基酮、丙酸异戊酯、异丁酸异戊酯、二异戊基醚等。
[其他成分]
本发明中的聚合性组合物除了如上述的聚合物(A)、聚合物(B)和(C)有机溶剂以外,只要不减少本发明的效果,就可以根据需要含有其他成分。作为该其他成分,可以列举例如聚合性不饱和化合物、光聚合引发剂、自由基捕获剂、在分子内具有至少一个环氧基的化合物(以下,称为“环氧化合物”)、官能性硅合物、表面活性剂化合物等,可以使用选自其中的一种以上。
{聚合性不饱和化合物}
作为本发明中任选使用的聚合性不饱和化合物,可以列举例如具有联苯结构的二(甲基)丙烯酸酯、具有苯基-环己基结构的二(甲基)丙烯酸酯、具有2,2-二苯基丙烷结构的二(甲基)丙烯酸酯、具有二苯基甲烷结构的二(甲基)丙烯酸酯、具有二苯基硫醚结构的二硫代(甲基)丙烯酸酯、和其他化合物(B-1)、甲基丙烯酸-5ξ-胆甾烷-3-基、甲基丙烯酸4-(4’-苯基-二环己-4-基)苯基酯、甲基丙烯酸4-辛氧基苯基酯、甲基丙烯酸4-(4-戊基环己基)苯基酯等。
作为该聚合性不饱和化合物的使用比例,在不存在聚合物(B)的情况下,相对于100重量份聚合物(A),优选为100重量份以下,更优选为5-50重量份。又,在存在聚合物(B)的情况下的使用比例为,相对于总计100重量份聚合物(A)和聚合物(B),优选为100重量份以下,更优选为5~50重量份。
{光聚合引发剂}
作为上述光聚合引发剂,可以列举例如α-二酮、偶姻、偶姻醚、二苯酮化合物、苯乙酮化合物、喹啉化合物、卤素化合物、酰基膦氧化物、有机过氧化物等。
作为光聚合引发剂,从热稳定性高的观点出发,优选使用二苯酮化合物,特别优选使用由噻吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、噻吨酮-4-磺酸、二苯酮、4,4’-二(二甲基氨基)二苯酮、4,4’-二(二乙基氨基)二苯酮和苯基-(4-对甲苯基硫-苯基)-甲酮构成的群组中选出的一种以上。
本发明的聚合物组合物中光聚合引发剂的使用比例在不存在聚合性不饱和化合物的情况下,相对于100重量份聚合物(A),优选为30重量份以下,更优选为0.5-30重量份,特别优选为1-20重量份。又,存在聚合性不饱和化合物的情况下的使用比例,相对于总计100重量份的聚合物(A)以及聚合性不饱和化合物,优选为30重量份以下,更优选为0.5~30重量份,特别优选为1~20重量份。
{自由基捕获剂}
在基板上涂布本发明的聚合物组合物、形成涂膜时,优选进行的加热,为了避免由此引起聚合物(A)具有的聚合性碳-碳双键产生不优选的反应,可以在本发明的聚合物组合物中含有上述自由基捕获剂。
作为该自由基捕获剂的具体例,可以列举例如季戊四醇四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、硫代二亚乙基二[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、十八烷基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、N,N’-己烷-1,6-二基[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺)]、3,3’,3,”5,5’,5”-六叔丁基-α,α’,α”-(均三甲苯-2,4,6-三基)三对甲酚、4,6-二(辛基硫代甲基)-邻甲酚、4,6-二(十二烷基甲基)-邻甲酚、亚乙基二(氧基亚乙基)二[3-(5-叔丁基-4-羟基)间甲苯基]丙酸酯、六亚甲基二[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮等,可以使用选自其中的一种以上。
本发明中自由基捕获剂的使用比例在不存在聚合性不饱和化合物的情况下,相对于100重量份聚合物(A),优选为10重量份以下,更优选为0.1-5重量份。又,存在聚合性不饱和化合物的情况下的使用比例,相对于总计100重量份的聚合物(A)以及聚合性不饱和化合物,优选为10重量份以下,更优选为0.1~5重量份。
[环氧化合物]
上述环氧化合物是在分子内具有至少一个环氧基的化合物,但不包括上述聚合物(A)具有环氧基的情况。
作为本发明中的环氧化合物,优选N,N-二缩水甘油基氨基的化合物,作为其具体例,可以列举例如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、N,N-二缩水甘油基-环己基胺等,可以使用选自其中的一种以上。
这些环氧化合物的混合比例相对于100重量份聚合物(A),优选为40重量份以下,更优选为30重量份以下。
{官能性硅烷化合物}
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-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、10-三甲氧基硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷等。
这些官能性硅烷化合物的使用比例相对于100重量份聚合物(A),优选为2重量份以下,更优选为0.2重量份以下。
{表面活性剂}
作为上述表面活性剂,可以列举例如非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、硅氧烷表面活性剂、聚亚烷基氧化物表面活性剂、含氟表面活性剂等。
在本发明的聚合物组合物含有表面活性剂的情况下,作为其含有比例,相对于100重量份全部的聚合物组合物,优选为10重量份以下,更优选为1重量份以下。
[聚合物组合物]
本发明中使用的聚合物组合物优选如上述的聚合物(A)、或聚合物(A)与聚合物(B)的混合物,或与它们任选使用的其他成分溶解在如上述的(C)有机溶剂中,形成溶液而制备。
作为聚合物组合物中聚合物(B)的使用比例,相对于聚合物(A)和聚合物(B)的总和,优选为95重量%以下,更优选为50~95重量%,进一步优选为60~90重量%。
作为(C)有机溶剂的使用比例,优选为使聚合物组合物的固体成分浓度(聚合物组合物中的(C)有机溶剂以外的成分的总重量占聚合物组合物的全部重量的比例)为1~15重量%,更优选为1.5~8重量%。
<液晶显示元件的制造方法>
本发明液晶显示元件的制造方法的特征在于,其经过如下工序:
在具有导电膜的一对基板的该导电膜上,分别涂布如上述的聚合物组合物,从而形成涂膜,
上述形成涂膜的一对基板以夹着液晶分子的层的方式对向设置,使上述涂膜相对,从而形成液晶盒,
在上述具有一对基板的导电膜间施加电压,在该状态下向上述液晶盒进行光照射。
其中,作为基板,可以使用由例如浮法玻璃、苏打玻璃等玻璃;聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚醚砜、聚碳酸酯的塑料等构成的透明基板等。
作为上述导电膜,优选使用透明导电膜,可以使用例如由SnO2构成NESA(注册商标)膜、由In2O3-SnO2构成的ITO膜等。该导电膜分别优选划分为多个区域的图案状导电膜。只要为该导电膜结构,则在导电膜间施加电压时(后述),通过在各个区域中施加不同的电压,从而能在各区域中改变液晶分子预倾角的方向,由此能进一步提高视野角度的特性。
为了在该基板的导电膜上涂布聚合物组合物,可以通过例如辊涂法、旋涂法、印刷法、喷墨法等适当的涂布方法进行。在涂布后,将该涂布面预先加热(预烘焙),然后煅烧(后烘焙),从而形成涂膜。预烘焙的条件例如在40~120℃下进行0.1~5分钟,预烘焙的条件优选在120~300℃,更优选在150~250℃下,优选进行5~200分钟,更优选进行10~100分钟。后烘焙后涂膜的膜厚优选为0.001~1μm,更优选为0.005~0.5μm。
由此形成的涂膜可以直接供应于下一工序的液晶盒的制造中,或在先于液晶盒的制造,根据需要,对涂膜面进行打磨处理。该打磨处理可以对涂膜面,用包括了例如尼龙、人造丝、棉花等纤维构成的布的辊在一定方向上摩擦进行。其中,如在专利文献2(日本特开平5-107544号公报)中记载的那样,在打磨处理后,在部分涂膜面上形成抗蚀剂膜,再在与开始的打磨处理不同的方向上进行打磨处理,然后进行除去抗蚀剂膜的处理,在每个区域中形成不同的打磨方向,从而能进一步改善所得液晶显示元件的视野特性。
然后,将上述形成涂膜的一对基板以夹着液晶分子的层的方式对向设置,使上述涂膜相对,从而形成液晶盒。
作为其中使用的液晶分子,优选具有负的介电各向异性的向列型液晶,可以使用例如二氰基苯类液晶、哒嗪类液晶、席夫碱类液晶、氧化偶氮类液晶、联苯类液晶、苯基环己烷类液晶等。液晶分子的层的厚度优选为1~5μm。
为了使用该液晶制造液晶盒,可以列举例如以下两种方法。
作为第一种方法,可以通过间隙(盒间隙)将两张基板对向设置,使各个液晶取向膜对向,使用密封剂将两张基板的周边部分贴合,向通过基板表面和密封剂划分的盒间隙内注入填充液晶后,通过密封注入孔,从而能制造液晶盒。此外,作为第二方法,在形成液晶取向膜的两张基板中的一张基板上的规定部位,例如通过涂布紫外光固化性的密封剂,再在液晶取向膜面上滴入液晶,然后贴合其他基板,使液晶取向膜对向,且在整个基板面上使液晶铺开,然后在基板的整个面上照射紫外光,使密封剂固化,从而制造液晶盒。
然后,在上述具有一对基板的导电膜之间施加电压,在该状态下对上述液晶盒进行光照射。
其中施加的电压可以是例如5~50V的直流或交流。
作为照射的光,可以使用包含例如150~800nm波长光的紫外线和可见光线,优选包含300~400nm波长光的紫外线。作为照射光的光源,可以使用例如低压水银灯、高压水银灯、重氢灯、金属卤化物灯、氩气共振灯、氙气灯、受激准分子激光器等。上述优选波长区域的紫外线可以通过将上述光源与例如滤光器、衍射晶格等联用的方法等获得。作为光的照射量,优选为1000J/m2以上,不足100000J/m2,更优选为1000~50000J/m2。在目前已知的PSA模式的液晶显示元件的制造中,必须照射100000J/m2左右的光,但在本发明的方法中,即使在光照射量为50000J/m2以下,进而在10000J/m2以下的情况下,也能获得期望的液晶显示元件,除了能减少液晶显示元件的制造成本以外,还能回避由于强光照射引起的电特性的降低、长期可靠性的降低。
此外,通过在进行了如上述处理后的液晶盒的外侧表面上贴付偏光板,从而能获得液晶显示元件。作为其中使用的偏光板,可以列举用乙酸纤维素保护膜挟持将聚乙烯醇延伸取向并吸收了碘的被称为“H膜”的偏光膜的偏光板,或由H膜自身构成的偏光板等。
实施例
<聚合物(A)的合成>
合成例A-1
在具有冷凝管和搅拌器的烧瓶中,在300g二乙二醇二乙醚中溶解64g对乙烯基苄基缩水甘油基醚、20gN-苯基马来酰亚胺和16g甲基丙烯酸4-(4’-正戊基二环己-4-基)苯基酯,向其中再加入8g 2,2’-偶氮二异丁腈和8g α-甲基苯乙烯二聚物,用氮气置换。然后将反应体系缓慢搅拌,并鼓入氮气并升温至80℃,保持该温度聚合5小时。
然后,向该反应溶液中添加28g甲基丙烯酸、0.5g对甲氧基苯酚和4.4g四丁基铵溴化物,在120℃的温度下反应9小时。再添加12.5g琥珀酸酐,在100℃的温度下反应6小时,然后将反应混合物的温度保持在85℃,并直接水洗2次,减压进行浓缩,在所得浓缩物中添加二乙二醇二乙醚,进行稀释,从而获得含有聚合物(A-1)的溶液(聚合物浓度32.2重量%)。对于所得聚合物(A-1),测定GPC,Mw=7800,Mn=5200。
合成例A-2
在具有冷凝管和搅拌器的烧瓶中,混入3g 2,2’-偶氮二异丁腈和200g二乙二醇二乙醚,接着混入60g(甲基)丙烯酸2-羟基乙基酯、10g N-苯基马来酰亚胺、20g甲基丙烯酸胆甾烷基酯、10g苯乙烯和5g α-甲基苯乙烯二聚体(链转移剂),然后缓慢搅拌,并将反应体系升温至80℃,保持该温度聚合5小时。
然后,在该反应溶液中添加65g 2-(甲基)丙烯酰氧基乙基异氰酸酯,在120℃的温度下反应8小时,然后将反应体系的温度保持在85℃,并直接水洗2次,减压进行浓缩,在所得浓缩物中添加二乙二醇二乙醚,进行稀释,从而获得含有聚合物(A-2)的溶液(聚合物浓度33.8重量%)。对于所得聚合物(A-2),测定GPC,Mw=8900,Mn=5800。
<比较合成例>
合成例a-1
在具有冷凝管和搅拌器的烧瓶中,混入3g 2,2’-偶氮二异丁腈和200g二乙二醇二乙醚,接着混入15g甲基丙烯酸、30g N-苯基马来酰亚胺、35g甲基丙烯酸胆甾烷基酯、20g苯乙烯和5gα-甲基苯乙烯二聚体(链转移剂),然后缓慢搅拌,并将反应体系升温至80℃,保持该温度聚合3小时。然后,将反应体系升温至100℃,再加入0.5g 2,2’-偶氮二异丁腈,接着继续聚合1小时,从而获得含有聚合物(a-1)的溶液(聚合物浓度32.8重量%)。对于所得聚合物(a-1),测定GPC,Mw=11700,Mn=6100。
<聚合物(B)的合成>
[聚酰胺酸的合成]
合成例B-1
在由230g N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和2100gγ-丁内酯构成的混合溶剂中溶解作为四羧酸二酐的98g(0.50mol)1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐和110g(0.50mol)均苯四酸二酐以及作为二胺的200g(1.0mol)4,4’-二氨基二苯基甲烷,在40℃下反应3小时,然后再加入1350g γ-丁内酯,从而获得含有聚酰胺酸(B-1)的溶液(聚合物浓度10重量%,溶液粘度125mPa·s)。
合成例B-2
在由370g NMP和3300g γ-丁内酯构成的混合溶剂中溶解作为四羧酸二酐的200g(1.0mol)1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐,和210g(1.0mol)作为二胺的2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯,在40℃下反应3小时,从而获得含有聚酰胺酸(B-2)的溶液(聚合物浓度10重量%,溶液粘度160mPa·s)。
[酰亚胺化聚合物的合成]
合成例B-3
在830g NMP中溶解110g(0.50mol)作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐和43g(0.40mol)作为二胺的对苯二胺和52g(0.10mol)3-(3,5-二氨基苯偶姻氧基)胆甾烷,在60℃下反应6小时,从而获得聚酰胺酸溶液。少量取出所得聚酰胺酸溶液,加入NMP,以聚合物浓度10重量%的溶液进行测定,溶液粘度为60mPa·s。
然后,再在所得聚酰胺酸溶液中加入1900gNMP,添加40g吡啶和51g乙酸酐,在110℃下进行脱水闭环反应4小时。在脱水闭环反应后,用新的NMP对体系内的溶液进行溶液置换(通过本操作将在脱水闭环反应中使用的吡啶和乙酸酐排出体系外),从而获得含有约15重量%的酰亚胺化率约50%的酰亚胺化聚合物(B-3)。取出少量所得酰亚胺化聚合物,加入NMP,以聚合物浓度10重量%的溶液进行测定,溶液粘度为47mPa·s。
[聚有机硅氧烷的合成]
合成例B-4
在具有搅拌器、温度计、滴液漏斗和回流冷凝管的反应容器内混入45.2g丙二醇单甲醚、18.8g四乙氧基硅烷、3.3g十二烷基三乙氧基硅烷,将其搅拌,制备硅烷化合物的混合溶液。接着,将该溶液加热至60℃,然后向其中滴入由8.8g水和0.1g草酸构成的草酸溶液。在滴入结束后,在溶液温度90℃下加热3小时,然后冷却至室温。接着向其中加入76.2g丁基溶纤剂,从而制备含有聚有机硅氧烷(B-4)的溶液。
该溶液中含有的聚有机硅氧烷(B-4)的重均分子量Mw为11000。
实施例1
<聚合物组合物的制备>
将作为聚合物(A)的含有上述合成例A-1中得到的聚合物(A-1)的溶液和作为聚合物(B)的含有上述合成例B-1中得到的聚酰胺酸(B-1)的溶液混合,使各溶液中所含聚合物的重量比为(A-1)∶(B-1)=20∶80,再加入作为(C)有机溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和丁基溶纤剂(BC),进行稀释,BC浓度相对于全部有机溶剂为20重量%,形成固体成分浓度为6.0重量%的溶液。
使用孔径1μm的过滤器过滤该溶液,从而制备聚合物组合物。该聚合物组合物的有机溶剂组成为二乙二醇二乙醚∶NMP∶γ-丁内酯∶BC=3∶20∶57∶20(重量比)。
<液晶盒的制造>
使用上述制备的聚合物组合物,改变透明电极的图案(3种)和紫外线照射量(3种照射量),制备共9个液晶显示元件,如下进行评价。
[具有无图案的透明电极的液晶盒的制造]
使用液晶取向膜印刷机(日本写真印刷(株)制造),将上述制备的聚合物组合物涂布在具有由ITO膜构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,然后在150℃的热板上加热10分钟(后烘焙),形成平均膜厚的涂膜。
对于该涂膜,通过具有缠绕了人造丝布的辊的打磨器,在辊旋转数400rpm,平台移动速度3cm/秒,毛足挤压长度0.1mm下进行打磨处理。然后,在超纯水中进行超声波洗净1分钟,然后在100℃清洁烘箱中干燥10分钟,从而获得具有液晶取向膜的基板。重复该操作,获得一对(两张)具有液晶取向膜的基板。
另外,上述打磨处理是为了控制液晶的倒向,用简单的方法进行取向分配而进行的弱打磨处理。
接着,对上述一对基板中的一张,在具有液晶取向膜的面的外边缘上,涂布加入直径5.5μm的氧化铝球的环氧树脂粘合剂,然后将一对基板重合压附,使液晶取向膜相对,将粘合剂固化。然后,由液晶注入口向一对基板之间填充向列型液晶(メルク社制造,MLC-6608),然后用丙烯酸类光固化粘合剂密封液晶注入口,从而制造液晶盒。
重复上述操作,制备3个具有没有图案的透明电极的液晶盒。其中的1个直接用于后述的预倾角的评价中。对于剩下的两个液晶盒,分别通过下述方法,在导电膜间施加电压的状态下进行光照射,然后用于预倾角和电压保持率的评价中。
对于上述获得的液晶盒中的两个,分别在电极间施加频率数60Hz的交流10V,在液晶被驱动的状态下,在光源中采用使用金属卤化物灯的紫外线照射装置,通过10000J/m2或100000J/m2的照射量照射紫外线。另外,该照射量是使用以波长365nm基准测量的光量计测量的值。
[预倾角的评价]
对于上述制造的各液晶盒,分别根据在非专利文献2(T.J.Scheffer et.al.,J.Appl.Phys.Vol.48,p.1783(1977))和非专利文献3(F.Nakano,et.al.,JPN.J.Appl.Phys.vol.19,p.2013(1980))中记载的方法,将通过使用He-Ne激光的结晶衍射法测定的由液晶分子基板面倾斜角度的值作为预倾角。
在表1中示出未经光照射的液晶盒、照射量10000J/m2的液晶盒和照射量100000J/m2的液晶盒各自的预倾角。
[电压保持率的评价]
对于上述制造的各液晶盒,在23℃下,以60微秒的施加时间,167毫秒的间隔施加5V的电压,然后测定从停止施加167毫秒后的电压保持率。作为测定装置,使用(株)东阳テクニカ制造,VHR-1。
在表1中示出照射量10000J/m2的液晶盒和照射量10000J/m2的液晶盒各自的电压保持率。
[具有图案化透明电极的液晶盒(1)的制造]
将上述制备的聚合物组合物形成图1中所示条状的图案,使用液晶取向膜印刷机(日本写真印刷(株)制造),在分别具有划分为多个区域的ITO电极的玻璃基板A和B的各电极面上涂布,在80℃的热板上加热(预烘焙)1分钟,除去溶剂,然后在150℃的热板上加热(后烘焙)10分钟,形成平均膜厚的涂膜。对于该涂膜,在超纯水中进行超声波洗净1分钟,然后在100℃的清洁烘箱中干燥10分钟,从而获得具有液晶取向膜的基板。重复该操作,获得一对(两张)具有液晶取向膜的基板。
然后,对于上述一对基板中的1张基板,在具有取向膜的面的外边缘上,涂布加入直径5.5μm的氧化铝球的环氧树脂粘合剂,然后将一对基板重合压接,使液晶取向膜面相对,将粘合剂固化。然后,由液晶注入口向一对基板之间填充向列型液晶(メルク社制造,MLC-6608),然后用丙烯酸类光固化粘合剂密封液晶注入口,从而制造液晶盒。
重复上述操作,制备3个具有图案化透明电极的液晶盒。其中的一个直接用于后述的响应速度的评价中。对于剩下的两个液晶盒,通过与上述具有无图案的透明电极的液晶盒的制造相同的方法,在导电膜间施加电压的状态下,进行10000J/m2或100000J/m2的照射量的光照射,然后用于响应速度的评价中。
另外,其中使用的电极的图案,是与P SA模式中的电极图案相同的图案。
[响应速度的评价]
对于上述制造的各液晶盒,先不施加电压而照射可见光灯,通过照相万用表测定透过液晶盒光线的辉度,以该值为相对透射率0%。然后,与上述同样测定在液晶盒的电极间施加60V5秒时的透射率,将该值作为相对透射率100%。
在向此时的各液晶盒施加交流60V时,测定相对透射率从10%至90%的时间,将该时间定义为响应速度进行评价。
在表1中示出未光照射的液晶盒、照射量10000J/m2的液晶盒和照射量100000J/m2的液晶盒各自的响应速度。
[具有图案化透明电极的液晶盒(2)的制造]
除了使用上述制备的聚合物组合物,使用分别具有如图2所示鱼骨状图案的ITO电极的玻璃基板A和B以外,与具有上述图案化透明电极的液晶盒(1)的制造相同,制备未光照射的液晶盒、照射量10000J/m2的液晶盒和照射量100000J/m2的液晶盒,分别用于与上述相同的响应速度的评价。评价结果在表1中示出。
实施例2~4以及比较例1和2
除了在上述实施例1中,各成分的使用量分别如表1中记载的以外,与实施例1同样制备聚合物组合物,使用其制造各种液晶盒,进行评价。另外,在比较例2中,使用两种聚合物(B)。
评价结果在表1中示出。
实施例5
将含有作为聚合物(A)的上述合成例A-2中得到的聚合物(A-2)的溶液,和含有作为聚合物(B)的上述合成例B-4中得到的聚有机硅氧烷(B-4)的溶液混合,使各溶液中所含聚合物的重量比为(A-2)∶(B-4)=40∶60,再加入作为有机溶剂的二乙二醇二乙醚(DEGDEE)、丙二醇单甲醚(PGMME)和丁基溶纤素(BC),进行稀释,获得溶剂浓度为DEGDEE∶PGMME∶BC=5∶30∶65(重量比)、固体成分浓度为6.0重量%的溶液。使用孔径1μm的过滤器过滤该溶液,从而制备聚合物组合物。
使用上述制备的聚合物组合物制造各种液晶盒,进行评价。
在表1中示出评价结果。
由表1的结果发现,在本发明的方法中,如果紫外线照射量为100000J/m2(在PSA模式中,目前采用的值),则所得预倾角的程度过量,在10000J/m2或其以下的照射量中,形成适当的预倾角。此外,即使在照射量较少的情况下,也能获得足够快的响应速度,此外,电压保持率也优异。
因此,根据本发明的方法,能以较少的光照射量就实现PSA模式、或其他更新的动作模式的优点,因此能制造没有由于高光照射量引起的显示不均匀的产生、没有电压保持特性降低和长期可靠性不足的悬念、视野角度宽、液晶分子的响应速度快、透射率高、而且对比度高的液晶显示元件。
符号说明
1:ITO电极
2:狭缝部分
3:遮光膜
Claims (8)
2.如权利要求1所述的液晶显示元件的制造方法,其中,上述(A)聚合物是(甲基)丙烯酸酯类聚合物。
3.如权利要求2所述的液晶显示元件的制造方法,其中,上述聚合物组合物还含有(B)从聚酰胺酸、其酰亚胺化聚合物和聚有机硅氧烷构成的群组中选出的至少一种聚合物。
4.如权利要求3所述的液晶显示元件的制造方法,其中,上述(B)聚合物是由没有上式(A-I)表示的基团的聚酰胺酸及其酰亚胺化聚合物构成的群组中选出的至少一种聚合物。
5.如权利要求1~4任一项所述液晶显示元件的制造方法,其中,上述导电膜分别是划分为多个区域的图案状导电膜。
6.一种聚合物组合物,其特征在于含有(A)具有上式(A-I)表示的基团的(甲基)丙烯酸酯类聚合物,以及(B)由聚酰胺酸、其酰亚胺化聚合物和聚有机硅氧烷构成的群组中选出的至少一种聚合物。
7.上述聚合物组合物,其是权利要求6所述的聚合物组合物,其特征在于,在经过具有导电膜的一对基板的该导电膜上分别形成涂膜,将形成上述涂膜的一对基板以夹着液晶分子的层的方式对向设置,使上述涂膜相对,从而形成液晶盒,在具有上述一对基板的导电膜之间施加电压的状态下,向上述液晶盒进行光照射工序的液晶显示元件的制造方法中,为了形成上述涂膜而被使用。
8.一种液晶显示元件,其特征在于通过如权利要求1~5任一项所述液晶显示元件的制造方法而制造。
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