CN102559207A - 液晶取向剂、聚合物、聚合物的制造方法、液晶取向膜及液晶显示元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液晶取向剂、聚合物、聚合物的制造方法、液晶取向膜及液晶显示元件。本发明提供可以解决:使用高沸点溶剂所导致的问题及使用对塑料基板的溶解性高的溶剂所导致的问题中的至少一个问题的液晶取向剂。该液晶取向剂含有具有酰胺酸酯结构的聚合物,该酰胺酸酯结构通过将酰胺酸所具有的羧基酯化而得到,前述酰胺酸酯结构具有从前述羧基的缩醛酯结构、前述羧基的缩酮酯结构、前述羧基的1-烷基环烷基酯结构及前述羧基的叔烷基酯结构构成的群组中选出的至少一种结构。
Description
技术领域
本发明涉及液晶取向剂、聚合物、聚合物的制造方法、液晶取向膜及液晶显示元件,具体涉及在对基板涂布的同时进行加热而使用的液晶取向剂、适宜作为该液晶取向剂的构成成分的聚合物、该聚合物的制造方法、以及使用该液晶取向剂形成的液晶取向膜及液晶显示元件。
背景技术
液晶显示元件是在设置有透明导电膜的基板表面上相对配置形成有液晶取向膜的液晶显示元件用基板、同时将液晶分子以取向状态封入该一对基板之间而形成的。作为所述液晶显示元件,已知有液晶分子的长轴从一个基板到另一基板连续扭转成90°的所谓TN(扭曲向列)型元件。另外,还开发出了与TN型元件相比可实现高对比度的STN(超扭曲向列)型元件、视角依赖性小的IPS(面内切换)型元件、视角依赖性小且液晶取向时不需要摩擦处理的VA(垂直取向)型元件、视角依赖性小的同时影像画面的高速响应性优异的光学补偿弯曲(OCB)型液晶显示元件。
作为在这些液晶显示元件中使用的液晶取向膜,例如如专利文献1~3中所示,是通过在1-甲基-2-吡咯烷酮及γ-丁内酯等溶剂中溶解而含有聚酰亚胺或聚酰胺酸,从而得到液晶取向剂,并将其涂布在基板上,然后对其进行加热而形成的。通过使用聚酰亚 胺或聚酰胺酸作为液晶取向剂,可以得到耐热性、对液晶的亲和性、机械强度等优异的液晶取向膜。
现有技术文献
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
专利文献3:日本特开平9-278724号公报
发明内容
此处,使聚酰亚胺及聚酰胺酸溶解而形成液晶取向剂时,如上所述需要使用1-甲基-2-吡咯烷酮及γ-丁内酯等。但是,如果使用这种溶剂,则将液晶取向剂涂布在基板上而形成液晶取向膜时会出现问题。
具体来说,1-甲基-2-吡咯烷酮及γ-丁内酯等是高沸点(例如200℃)的溶剂,在使用这种高沸点溶剂的情况下,形成液晶取向膜时需要进行高温加热。如果这样,例如使用塑料基板代替玻璃基板来开发柔性液晶显示器时,由于形成液晶取向膜时的高温加热,可能会导致塑料基板产生变形。
另外,液晶取向膜的形成是针对形成了滤色器的基板实施的。例如,作为滤色器,使用含有染料的射线敏感性组合物时,由于染料的耐热性不高,如果形成液晶取向膜时进行高温加热,就可能会对滤色器造成不良影响。
另外,例如形成液晶取向膜时需要高温加热的情况下,制造工艺的总热量会相应增加,对应二氧化碳的排出量也相应增加。
另一方面,1-甲基-2-吡咯烷酮及γ-丁内酯等是对塑料基板溶解性高的溶剂。因而,如果使用这种溶剂,例如使用塑料基板代 替玻璃基板进行液晶显示器的开发时,可能会导致液晶取向剂中所含的溶剂使塑料基板溶解。
本发明的主要目的是提供在使用聚酰亚胺及聚酰胺酸的情况下,可以解决使用高沸点溶剂所导致的上述问题及使用对塑料基板的溶解性高的溶剂所导致的上述问题中的至少一个问题的液晶取向剂、适宜作为该液晶取向剂的构成成分的聚合物、该聚合物的制造方法、由该液晶取向剂形成的液晶取向膜及具备该液晶取向膜的液晶显示元件。
为了解决如上所述的现有技术问题,本发明人进行了深入研究,结果发现利用具有特定酰胺酸酯结构的聚合物可以解决上述问题,从而完成了本发明。具体来说,根据本发明可提供以下液晶取向剂、聚合物、聚合物的制造方法、液晶取向膜及液晶显示元件。
本发明的液晶取向剂的特征在于,含有具有酰胺酸酯结构的聚合物,该酰胺酸酯结构通过将酰胺酸带有的羧基酯化而得到,前述酰胺酸酯结构具有从前述羧基的缩醛酯结构、前述羧基的缩酮酯结构、前述羧基的1-烷基环烷基酯结构及前述羧基的叔烷基酯结构构成的群组中选出的至少一种结构。
根据本发明的液晶取向剂,可以认为与聚酰胺酸及其酰亚胺化聚合物相比,聚合物的疏水性有所提高,从而可以使用例如180℃以下的所谓低沸点溶剂,可以解决使用1-甲基-2-吡咯烷酮(以下称为NMP)等高沸点溶剂所导致的上述现有的问题。另外,可以使用与NMP等相比对塑料基板的溶解性更低的溶剂,解决了使用对塑料基板的溶解性高的溶剂所导致的上述现有的问题。另外,通过采用上述各种酯结构中的任意一种,在将具有上述聚合 物的液晶取向剂涂布到基板上之后,为了形成液晶取向膜而进行加热时,容易脱离形成酯结构的基团。由此,即使是引入了酰胺酸酯结构的构成,也不会使液晶取向膜的功能变差。
另外,前述酰胺酸酯结构优选具有从由下述式(1-1)表示的基团形成的羧基的缩醛酯结构、由下述式(2-1)表示的基团形成的羧基的缩酮酯结构及羧基的叔烷基酯结构构成的群组中选出的至少一种结构作为前述羧基被酯化的结构。
(上述式(1-1)中,R1为碳原子数1~20的烷基,R2为可以被氟原子取代的碳原子数1~20的烷基、碳原子数3~20的脂环式基团、碳原子数6~20的芳基或碳原子数7~20的芳烷基。上述式(2-1)中,R3及R4为碳原子数1~12的烷基,R5为可以被氟原子取代的碳原子数1~12的烷基、碳原子数3~20的脂环式基团、碳原子数6~20的芳基或碳原子数7~20的芳烷基。)
在这种情况下,对羧基加成而形成酯结构的基团由于在形成液晶取向膜而进行加热时容易脱离,同时还可以提高分子链的可挠性,从而提高了上述聚合物对溶剂的溶解性。
特别是当对羧基加成而形成酯结构的基团在为形成液晶取向膜而进行加热时容易脱离时,优选前述酰胺酸酯结构具有由上述 式(1-1)表示的基团形成的羧基的缩醛酯结构作为前述羧基被酯化的结构,而且前述R1为甲基,前述R2为碳原子数1~12的烷基。
另外,优选上述液晶取向剂还含有交联剂。由此,提高了电压保持率等电气特性。
另外,根据本发明,还提供一种具有酰胺酸酯结构的聚合物,该酰胺酸酯结构通过将酰胺酸带有的羧基酯化而得到,该酰胺酸酯结构具有从前述羧基的缩醛酯结构、前述羧基的缩酮酯结构、前述羧基的1-烷基环烷基酯结构及前述羧基的叔烷基酯结构构成的群组中选出的至少一种结构。
在这种情况下,作为该聚合物的制造方法,通过使带有不饱和双键的化合物与酰亚胺化聚合物进行反应来获得,该酰亚胺化聚合物由聚酰胺酸或其一部分经过酰亚胺化而形成,从而可以谋求制造的简便化。
另外,根据本发明,还提供由上述液晶取向剂形成的液晶取向膜及具备该液晶取向膜的液晶显示元件。
具体实施方式
本发明的液晶取向剂含有具有特定的酰胺酸酯结构的聚合物。以下对本发明的液晶取向剂进行详细说明。
<具有酰胺酸酯结构的聚合物>
酰胺酸酯结构具有:酰胺酸带有的羧基被酯化的结构,即-COO-R的结构。
作为该结构,具体来说可列举羧基的缩醛酯结构、羧基的缩酮酯结构、羧基的1-烷基环烷基酯结构及羧基的叔烷基酯结构。
以下,对羧基的缩醛酯结构、羧基的缩酮酯结构、羧基的1- 烷基环烷基酯结构及羧基的叔烷基酯结构进行详细说明。
[缩醛酯结构]
作为形成羧基的缩醛酯结构的基团,可以列举下述式(1-1)及(1-2)分别表示的基团。
(式(1-1)中,R1及R2各自为可以被氟原子取代的碳原子数1~20的烷基、碳原子数3~20的脂环式基团、碳原子数6~20的芳基或碳原子数7~20的芳烷基。式(1-2)中,n1为2~10的整数。)
上述式(1-1)中的R1优选为未被氟原子取代的基团,如果是烷基则优选甲基,如果是脂环式基团则优选环己基,如果是芳基则优选苯基,如果是芳烷基则优选苄基。另外,R2优选为未被氟原子取代的基团,如果是烷基则优选碳原子数1~12的烷基,如果是脂环式基团则优选碳原子数6~10的脂环式基,如果是芳基则优选苯基,如果是芳烷基则优选苄基或2-苯基乙基。
作为式(1-2)中的n1,优选为3或4。
作为上述式(1-1)表示的基团,可以列举例如1-甲氧基乙氧羰基、1-乙氧基乙氧羰基、1-正丙氧基乙氧羰基、1-仲丙氧基乙氧羰基、1-异丙氧基乙氧羰基、1-正丁氧基乙氧羰基、1-异丁氧基乙氧羰基、1-仲丁氧基乙氧羰基、1-叔丁氧基乙氧羰基、1-正戊氧基乙氧羰基、1-正己氧基乙氧羰基、1-正庚氧基乙氧羰基、1-正辛氧基 乙氧羰基、1-正壬氧基乙氧羰基、1-正癸氧基乙氧羰基、1-正十一烷氧基乙氧羰基、1-正十二烷氧基乙氧羰基、1-正十三烷氧基乙氧羰基、1-正十四烷氧基乙氧羰基、1-正十五烷氧基乙氧羰基、1-正十六烷氧基乙氧羰基、1-正十七烷氧基乙氧羰基、1-正十八烷氧基乙氧羰基、1-正十九烷氧基乙氧羰基、1-正二十烷氧基乙氧羰基等支链状的结构;
1-环戊氧基乙氧羰基、1-环己氧基乙氧羰基、1-降冰片氧基乙氧羰基、1-冰片氧基乙氧羰基、(环己基)(甲氧基)甲氧基羰基、(环己基)(乙氧基)甲氧基羰基、(环己基)(正丙氧基)甲氧基羰基、(环己基)(异丙氧基)甲氧基羰基、(环己基)(环己氧基)甲氧基羰基等脂环式的结构;
1-苯氧基乙氧羰基、1-(1-萘氧基)乙氧羰基、1-苄氧基乙氧羰基、1-苯乙氧基乙氧羰基、(环己基)(苯氧基)甲氧基羰基、(环己基)(苄氧基)甲氧基羰基、(苯基)(甲氧基)甲氧基羰基、(苯基)(乙氧基)甲氧基羰基、(苯基)(正丙氧基)甲氧基羰基、(苯基)(异丙氧基)甲氧基羰基、(苯基)(环己氧基)甲氧基羰基、(苯基)(苯氧基)甲氧基羰基、(苯基)(苄氧基)甲氧基羰基、(苄基)(甲氧基)甲氧基羰基、(苄基)(乙氧基)甲氧基羰基、(苄基)(正丙氧基)甲氧基羰基、(苄基)(异丙氧基)甲氧基羰基、(苄基)(环己氧基)甲氧基羰基、(苄基)(苯氧基)甲氧基羰基、(苄基)(苄氧基)甲氧基羰基等芳香环式的结构。
另外,作为上述式(1-2)表示的基团,可以分别列举例如2-四氢呋喃基氧基羰基、2-四氢吡喃基氧基羰基等。
[缩酮酯结构]
作为形成羧基的缩酮酯结构的基团,可以列举下述式(2-1)~(2-3)分别表示的基团。
(式(2-1)中,R3为可以被氟原子取代的碳原子数1~12的烷基,R4及R5各自为可以被氟原子取代的碳原子数1~12的烷基、碳原子数3~20的脂环式基、碳原子数6~20的芳基或碳原子数7~20的芳烷基。式(2-2)中,R6为可以被氟原子取代的碳原子数1~12的烷基,n2为2~8的整数。式(2-3)中,R7为可以被氟原子取代的碳原子数1~12的烷基,n3为2~8的整数。)
上述式(2-1)中的R3优选未被氟原子取代,具体来说优选甲基。另外,R4优选未被氟原子取代,如果是烷基则优选甲基,如果是脂环式基团则优选环己基,如果是芳基则优选苯基,如果是芳烷基则优选苄基。另外,R5优选未被氟原子取代,如果是烷基则优选碳原子数1~12的烷基,如果是脂环式基团则优选碳原子数6~10的脂环式基团,如果是芳基则优选苯基,如果是芳烷基则优选苄基或2-苯基乙基。
作为上述式(2-2)中R6的烷基,优选甲基。另外,优选n2为3或4。
作为上述式(2-3)中R7的烷基,优选甲基。另外,优选n3为3或4。
作为上述式(2-1)表示的基团,可以列举例如1-甲基-1-甲氧基乙氧羰基、1-甲基-1-乙氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正丙氧基乙氧羰基、1-甲基-1-仲丙氧基乙氧羰基、1-甲基-1-异丙氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正丁氧基乙氧羰基、1-甲基-1-异丁氧基乙氧羰基、1-甲基-1-仲丁氧基乙氧羰基、1-甲基-1-叔丁氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正戊氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正己氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正庚氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正辛氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正壬氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正癸氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正十一烷氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正十二烷氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正十三烷氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正十四烷氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正十五烷氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正十六烷氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正十七烷氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正十八烷氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正十九烷氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正二十烷氧基乙氧羰基等支链状的结构;
1-甲基-1-环戊氧基乙氧羰基、1-甲基-1-环己氧基乙氧羰基、1-甲基-1-降冰片氧基乙氧羰基、1-甲基-1-冰片氧基乙氧羰基、1-环己基-1-甲氧基乙氧羰基、1-环己基-1-乙氧基乙氧羰基、1-环己基-1-正丙氧基乙氧羰基、1-环己基-1-异丙氧基乙氧羰基、1-环己基-1-环己氧基乙氧羰基等脂环式的结构;
1-甲基-1-苯氧基乙氧羰基、1-甲基-1-(1-萘氧基)乙氧羰基、1-甲基-1-苄氧基乙氧羰基、1-甲基-1-苯乙氧基乙氧羰基、1-环己基-1-苯氧基乙氧羰基、1-环己基-1-苄氧基乙氧羰基、1-苯基-1-甲氧基乙氧羰基、1-苯基-1-乙氧基乙氧羰基、1-苯基-1-正丙氧基乙氧羰基、1-苯基-1-异丙氧基乙氧羰基、1-苯基-1-环己氧基乙氧羰基、 1-苯基-1-苯氧基乙氧羰基、1-苯基-1-苄氧基乙氧羰基、1-苄基-1-甲氧基乙氧羰基、1-苄基-1-乙氧基乙氧羰基、1-苄基-1-正丙氧基乙氧羰基、1-苄基-1-异丙氧基乙氧羰基、1-苄基-1-环己氧基乙氧羰基、1-苄基-1-苯氧基乙氧羰基、1-苄基-1-苄氧基乙氧羰基等芳香环式的结构。
作为上述式(2-2)表示的基团,可以列举例如2-(2-甲基四氢呋喃基)氧基羰基、2-(2-甲基四氢吡喃基)氧基羰基等。
作为上述式(2-3)表示的基团,可以分别列举例如1-甲氧基环戊氧基羰基、1-甲氧基环己氧基羰基等。
[1-烷基环烷基酯结构]
作为形成羧基的1-烷基环烷基酯结构的基团,可以列举下述式(3)表示的基团。
(上述式中,R8为可以被氟原子取代的碳原子数1~12的烷基,n4为1~8的整数。)
优选上述式(3)中的R8未被氟原子取代,具体来说优选碳原子数1~10的烷基。另外,优选n4为3或4。
作为上述式(3)表示的基团,可以列举例如1-甲基环丙氧羰基、1-甲基环丁氧羰基、1-甲基环戊氧羰基、1-甲基环己氧羰基、1-甲基环庚氧羰基、1-甲基环辛氧羰基、1-甲基环壬氧羰基、1-甲基环癸氧羰基、1-乙基环丙氧羰基、1-乙基环丁氧羰基、1-乙基环戊氧羰基、1-乙基环己氧羰基、1-乙基环庚氧羰基、1-乙基环辛氧羰基、1-乙基环壬氧羰基、1-乙基环癸氧羰基、1-(异)丙基环丙氧羰基、1-(异)丙基环丁氧羰基、1-(异)丙基环戊氧羰基、1-(异)丙基环己氧 羰基、1-(异)丙基环庚氧羰基、1-(异)丙基环辛氧羰基、1-(异)丙基环壬氧羰基、1-(异)丙基环癸氧羰基、1-(异)丁基环丙氧羰基、1-(异)丁基环丁氧羰基、1-(异)丁基环戊氧羰基、1-(异)丁基环己氧羰基、1-(异)丁基环庚氧羰基、1-(异)丁基环辛氧羰基、1-(异)丁基环壬氧羰基、1-(异)丁基环癸氧羰基、1-(异)戊基环丙氧羰基、1-(异)戊基环丁氧羰基、1-(异)戊基环戊氧羰基、1-(异)戊基环己氧羰基、1-(异)戊基环庚氧羰基、1-(异)戊基环辛氧羰基、1-(异)戊基环壬氧羰基、1-(异)戊基环癸氧羰基、1-(异)己基环丙氧羰基、1-(异)己基环丁氧羰基、1-(异)己基环戊氧羰基、1-(异)己基环己氧羰基、1-(异)己基环庚氧羰基、1-(异)己基环辛氧羰基、1-(异)己基环壬氧羰基、1-(异)己基环癸氧羰基、1-(异)庚基环丙氧羰基、1-(异)庚基环丁氧羰基、1-(异)庚基环戊氧羰基、1-(异)庚基环己氧羰基、1-(异)庚基环庚氧羰基、1-(异)庚基环辛氧羰基、1-(异)庚基环壬氧羰基、1-(异)庚基环癸氧羰基、1-(异)辛基环丙氧羰基、1-(异)辛基环丁氧羰基、1-(异)辛基环戊氧羰基、1-(异)辛基环己氧羰基、1-(异)辛基环庚氧羰基、1-(异)辛基环辛氧羰基、1-(异)辛基环壬氧羰基、1-(异)辛基环癸氧羰基等。
[叔烷基酯结构]
作为形成羧基的叔烷基酯结构的基团,其中所含的叔烷基可以被氟原子取代,但优选未被氟原子取代。另外,优选该叔烷基的碳原子数为4~12。
作为形成叔烷基酯结构的基团,可以列举例如叔丁氧羰基、叔戊氧羰基、叔己氧羰基、叔庚氧羰基、叔辛氧羰基、叔壬氧羰基、叔癸氧羰基、叔十一烷氧羰基、叔十二烷氧羰基等。
本发明的具有酰胺酸酯结构的聚合物含有上述缩醛酯结构、上述缩酮酯结构、上述1-烷基环烷基酯结构及上述叔烷基酯结构 中的至少一种。
上述聚合物可以是具有在上述缩醛酯结构、上述缩酮酯结构、上述1-烷基环烷基酯结构及上述叔烷基酯结构中,仅从一种类型选出的一个酯结构的物质,也可以是具有从多种类型选出的一个酯结构的物质,还可以是具有从多种酯结构中选出的各一种的物质,也可以是具有多种类型的多种酯结构中至少一个酯结构的物质。另外,可以是单一的重复单元中具有多种类型的结构,也可以具有规定的重复单元之间种类有所不同的结构。
其中,从制造的容易化方面考虑,优选仅具有一种类型的一个酯结构,该酯结构从上述缩醛酯结构、上述缩酮酯结构、上述1-烷基环烷基酯结构及上述叔烷基酯结构中选出。
作为上述聚合物具有的酯结构,优选以下1~3中的任一种。
1.是由上述式(1-1)表示的基团形成的羧基的缩醛酯结构,并且R1为碳原子数1~20的烷基,R2为可以被氟原子取代的碳原子数1~20的烷基、碳原子数3~20的脂环式基团、碳原子数6~20的芳基或碳原子数7~20的芳烷基的酯结构
2.是由上述式(2-1)表示的基团形成的羧基的缩酮酯结构,并且R3及R4各自为碳原子数1~12的烷基,R5为可以被氟原子取代的碳原子数1~12的烷基、碳原子数3~20的脂环式基团、碳原子数6~20的芳基或碳原子数7~20的芳烷基的酯结构
3.羧基的叔烷基酯结构
在这种情况下,对羧基加成而形成酯结构的基团由于在形成液晶取向膜进行加热时容易脱离,同时还可以提高分子链的可挠性,从而提高了上述聚合物对溶剂的溶解性。
另外,在加热形成液晶取向膜时容易转变为酰胺酸结构的基础上,作为上述聚合物具有的酯结构,优选在180℃以下分解而转 变为酰胺酸结构的酯结构,更优选在150℃以下分解而转变为酰胺酸结构的酯结构。
作为上述缩醛酯结构、上述缩酮酯结构及上述叔烷基酯结构的各自优选的结构,更具体来说,在上述缩醛酯结构的情况下,优选上述式(1-1)表示的基团中上述R1为甲基同时上述R2为碳原子数1~12的烷基的结构。另外,更优选R2为碳原子数4~6的烷基的结构。具体来说,优选1-正丁氧基乙氧羰基、1-正戊氧基乙氧羰基或1-正己氧基乙氧羰基。
在上述缩酮酯结构的情况下,优选上述式(2-1)表示的基团中上述R3及R4为甲基同时R5为碳原子数1~12的烷基的结构。另外,更优选R5为碳原子数4~6的烷基的结构。具体来说,优选1-甲基-1-正丁氧基乙氧羰基、1-甲基-1-正戊氧基乙氧羰基或1-甲基-1-正己氧基乙氧羰基。
在上述叔烷基酯结构的情况下,优选叔丁氧羰基。
上述酰胺酸酯结构具体地用以下通式(Ae)表示。
(上述式中,Ra为来自四羧酸二酐的4价有机基团,Rb为来自二胺的2价有机基团。另外,R为羧基的缩醛酯结构、羧基的缩酮酯结构、羧基的1-烷基环烷基酯结构或羧基的叔烷基酯结构,R′为羧基、羧基的缩醛酯结构、羧基的缩酮酯结构、羧基的1-烷基环烷基酯结构或羧基的叔烷基酯结构。)
作为上述式(Ae)中Ra表示的4价有机基团及Rb表示的2价有机基团,具体来说,可以分别列举脂肪族链状烃基、脂环式烃基、芳香族烃基或杂环基,这些基团可以被取代。另外,也可以是这 些基团按规定的组合直接或通过交联基团相互连接形成的多环式化合物基团。
作为比NMP等对塑料基板的溶解度低的溶剂及低沸点溶剂,在提高上述聚合物对其的溶解性方面,在上述式(Ae)中优选R′为羧基的缩醛酯结构、羧基的缩酮酯结构、羧基的1-烷基环烷基酯结构及羧基的叔烷基酯结构中的任选一种。这些各种酯结构如已说明的那样。
作为具有酰胺酸酯结构的聚合物,可以是其全部重复单元为酰胺酸酯结构,也可以是其一部分重复单元为酰胺酸酯结构。
一部分重复单元为酰胺酸酯结构时,其余重复单元可以是酰胺酸结构,也可以是该酰胺酸结构被酰亚胺化的结构。另外,作为该其余重复单元,在具有酰胺酸结构的重复单元的同时,也可以是具有酰亚胺化结构的重复单元。
<具有酰胺酸酯结构的聚合物的制造方法>
具有酰胺酸酯结构的聚合物可以通过对(a)聚酰胺酸的至少一部分羧基进行酯化来制造。(b)另外,也可以通过对聚酰胺酸部分酰亚胺化形成的部分酰亚胺化聚合物的羧基进行酯化来制造。
以下,对聚酰胺酸及部分酰亚胺化聚合物的制造方法进行说明。还有,以下说明的四羧酸二酐的具体例子相当于上述式(Ae)中,作为Ra表示的4价有机基团来源的四羧酸二酐的具体例子,同时,以下说明的二胺的具体例子相当于上述式(Ae)中,作为Rb表示的2价有机基团来源的二胺的具体例子。
[四羧酸二酐]
作为用于合成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。
作为这些各种的四羧酸二酐,具体来说,作为脂肪族四羧酸 二酐可以列举例如丁烷四羧酸二酐等;
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-羧基甲基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、2,4,6,8-四羧基双环[3.3.0]辛烷-2,4,6,8-二酐、4,9-二氧杂三环[5.3.1.02,6]十一烷-3,5,8,10-四酮等;
芳香族四羧酸二酐可以列举例如均苯四酸二酐等;
此外,还可以使用日本特开2010-97188号中记载的四羧酸二酐。
作为用于合成前述聚酰胺酸的四羧酸二酐,在这些物质中,优选含有脂环式四羧酸二酐的物质,更优选含有2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐或1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐的物质,特别优选含有2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐的物质。
作为用于合成前述聚酰胺酸的四羧酸二酐,优选相对于全部四羧酸二酐含有10摩尔%以上、更优选20摩尔%以上的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐或1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐,最优选仅由2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐或1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐组成的物质。
[二胺]
作为用于合成聚酰胺酸的二胺,可以列举例如脂肪族二胺、脂环式二胺、芳香族二胺、二氨基有机硅氧烷等。
作为这些二胺的具体例子,脂肪族二胺可以列举例如间苯二甲胺、1,3-丙二胺、四亚甲基二胺、五亚甲基二胺、六亚甲基二胺 等;
脂环式二胺可以列举例如1,4-二氨基环己烷、4,4′-亚甲基双(环己基胺)、1,3-双(氨基甲基)环己烷等;
芳香族二胺可以列举例如邻苯二胺、间苯二胺、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′-双(三氟甲基)联苯、2,7-二氨基芴、4,4′-二氨基二苯基醚、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、9,9-双(4-氨基苯基)芴、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双(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-双(4-氨基苯氧基)苯、4,4′-双(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′-双(4-氨基苯基)-联苯胺、N,N′-双(4-氨基苯基)-N,N′-二甲基联苯胺、1,4-双-(4-氨基苯基)-哌嗪、3,5-二氨基苯甲酸、十二烷氧基-2,4-二氨基苯、十四烷氧基-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、十四烷氧基-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、胆甾烯氧基-3,5-二氨基苯、胆甾烷氧基-2,4-二氨基苯、胆甾烯氧基-2,4-二氨基苯、3,5-二氨基苯甲酸胆甾烷酯、3,5-二氨基苯甲酸胆甾烯酯、3,5-二氨基苯甲酸羊毛甾烯基酯、3,6-双(4-氨基苯甲酰氧基)胆甾烷、3,6-双(4-氨基苯氧基)胆甾烷、4-(4′-三氟甲氧基苯甲酰氧基)环己基-3,5-二氨基苯甲酸酯、4-(4′-三氟甲基苯甲酰氧基)环己基-3,5-二氨基苯甲酸酯、1,1-双(4-((氨基苯基)甲基)苯基)-4-丁基环己烷、1,1-双(4-((氨基苯基)甲 基)苯基)-4-庚基环己烷、1,1-双(4-((氨基苯氧基)甲基)苯基)-4-庚基环己烷、1,1-双(4-((氨基苯基)甲基)苯基)-4-(4-庚基环己基)环己烷、2,4-二氨基-N,N-二烯丙基苯胺、4-氨基苄基胺、3-氨基苄基胺、1-(2,4-二氨基苯基)哌嗪-4-甲酸、4-(吗啉-4-基)苯-1,3-二胺、1,3-双(N-(4-氨基苯基)哌啶基)丙烷、α-氨基-ω-氨基苯基烷撑及下述式(A-1)表示的化合物等,
(式(A-1)中,XI及XII各自为单键、*-O-、*-COO-或*-OCO-(其中,带“*”的键合点与二氨基苯基或RI结合),RI为单键、亚甲基或碳原子数2或3的亚烷基,a为0或1,b为0~2的整数,c为1~20的整数。其中,a及b不同时为0,XI、XII及RI不同时为单键);
二氨基有机硅氧烷可以列举例如1,3-双(3-氨基丙基)-四甲基二硅氧烷等,此处,还可以使用日本特开2010-97188号中记载的二胺。
作为上述式(A-1)中XI-RI-XII-表示的2价基团,优选为亚甲基、 碳原子数2或3的亚烷基、*-O-、*-COO-或*-O-CH2CH2-O-(其中,带“*”的键合点与二氨基苯基结合)。作为基团CcH2c+1-的具体例子,可以列举例如甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正十九烷基、正二十烷基等。优选二氨基苯基中的2个氨基相对于其它基团处于2,4-位或3,5-位。
作为上述式(A-1)表示的化合物的具体例子,可以列举例如下述式(A-1-1)~(A-1-3)分别表示的化合物等。
[分子量调节剂]
合成前述聚酰胺酸时,与如上所述的四羧酸二酐及二胺一起,可以使用适当的分子量调节剂合成末端修饰型聚合物。通过形成所述末端修饰型的聚合物,可以在不损害本发明效果的情况下进一步改善液晶取向剂的涂布性(印刷性)。
作为前述分子量调节剂,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子,酸单酐可以列举例如马来酸酐、邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸酐、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;
单胺化合物可以列举例如苯胺、环己基胺、正丁基胺、正戊基胺、正己基胺、正庚基胺、正辛基胺等;
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。
作为分子量调节剂的使用比例,相对于使用的四羧酸二酐及二胺的合计100重量份,优选为20重量份以下,更优选为10重量份以下。
[聚酰胺酸的合成]
作为提供到聚酰胺酸的合成反应的四羧酸二酐和二胺的使用比例,优选相对于二胺的1当量氨基,四羧酸二酐的酸酐基为0.2~2当量的比例,更优选其为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进行。此时的反应温度优选为-20℃~150℃,更优选为0~100℃。另外,反应时间优选为0.1~24小时,更优选为0.5~12小时。
此处,作为有机溶剂,可以列举例如非质子性极性溶剂、酚及其衍生物、醇、酮、酯、醚、卤化烃、烃等。
作为这些有机溶剂的具体例子,上述非质子性极性溶剂可以列举例如N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯、四甲基脲、六甲基磷酰三胺等;
上述酚衍生物可以列举例如间甲酚、二甲苯酚、卤化苯酚等;
上述醇可以列举例如甲醇、乙醇、异丙醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、三乙二醇、乙二醇单甲基醚等;
上述酮可以列举例如丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮等;
上述酯可以列举例如乳酸乙酯、乳酸丁酯、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲基甲氧基丙酸酯、乙基乙氧基丙酸酯、草酸二乙酯、丙二酸二乙酯等;
上述醚可以列举例如二乙基醚、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、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙基醚醋酸酯、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、二乙二醇单甲基醚醋酸酯、二乙二醇单乙基醚醋酸酯、四氢呋喃等;
上述卤化烃可以列举例如二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁烷、三氯乙烷、氯苯、邻二氯苯等;
上述烃可以列举例如己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯、二甲苯、丙酸异戊酯、异丁酸异戊酯、二异戊基醚等。
在这些有机溶剂中,优选使用从非质子性极性溶剂及酚和其衍生物构成的群组(第一组有机溶剂)中选择的一种以上有机溶剂、或使用从前述第一组有机溶剂中选择的一种以上有机溶剂和从醇、酮、酯、醚、卤化烃及烃(第二组有机溶剂)中选择的一种以上有机溶剂的混合物。在后一种情况下,作为第二组有机溶剂的使用比例,相对于第一组有机溶剂及第二组有机溶剂的合计,优选为50重量%以下,更优选为40重量%以下,进一步优选为30重量%以下。
作为有机溶剂的使用量(a),优选设定为使四羧酸二酐及二胺的合计量(b)相对于反应溶液的总量(a+b)达到0.1~50重量%的量。
按以上方式可以得到溶解聚酰胺酸形成的反应溶液。该反应溶液可直接用于具有酰胺酸酯结构的聚合物的合成,也可以将反应溶液中所含的聚酰胺酸分离后,用于具有酰胺酸酯结构的聚合物的合成,或者也可以对分离的聚酰胺酸进行精制后,用于具有酰胺酸酯结构的聚合物的合成。聚酰胺酸的分离及精制可以按公知的方法进行。
[部分酰亚胺化聚合物]
部分酰亚胺化聚合物可以通过使上述合成的聚酰胺酸的一部分脱水闭环,进行酰亚胺化来获得。在这种情况下,可以将聚酰胺酸溶解形成的上述反应溶液直接用于脱水闭环反应,也可以将反应溶液中所含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。
对于本发明中的部分酰亚胺化聚合物,优选其酰亚胺化率为30%以上70%以下,更优选为40%以上60%以下。该酰亚胺化率 表示相对于聚酰亚胺的酰胺酸结构数和酰亚胺环结构数的合计,酰亚胺环结构数所占的以百分率表示的比例。此处,酰亚胺环的一部分可以为异酰亚胺环。
聚酰胺酸的脱水闭环优选通过对聚酰胺酸加热的方法,或将聚酰胺酸溶解在有机溶剂中,在该溶液中添加脱水剂及脱水闭环催化剂并根据需要进行加热的方法来进行。其中,优选采用后一种方法。
在上述向聚酰胺酸的溶液中添加脱水剂及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、三氟醋酸酐等酸酐。作为脱水剂的使用量,相对于聚酰胺酸的酰胺酸结构1摩尔,优选为0.01~20摩尔。作为脱水闭环催化剂,可以使用例如吡啶、三甲基吡啶、二甲基吡啶、三乙基胺等叔胺。作为脱水闭环催化剂的使用量,优选相对于使用的脱水剂1摩尔为0.01~10摩尔。作为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合成中使用的溶剂而例示的有机溶剂。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。
按这种方式可以得到含有部分酰亚胺化聚合物的反应溶液。该反应溶液可以直接用于具有酰胺酸酯结构的聚合物的合成,也可以将反应溶液中所含的部分酰亚胺化聚合物分离后,用于具有酰胺酸酯结构的聚合物的合成,或者也可以将分离的部分酰亚胺化聚合物精制后,用于具有酰胺酸酯结构的聚合物的合成。这些精制操作可以按公知的方法进行。
[酯化反应]
具有酰胺酸酯结构的聚合物可以通过使带有不饱和双键的化合物对如上所述合成的聚酰胺酸或如上所述合成的部分酰亚胺化 聚合物进行加成反应来获得。
作为制造具有羧基的缩醛酯结构的聚合物中使用的化合物,可以列举可生成对于上述式(1-1)及上述式(1-2)具体列举的基团的化合物等,例如可以列举例如乙基乙烯基醚、正丁基乙烯基醚、叔丁基乙烯基醚、正己基乙烯基醚等乙烯基醚及3,4-二氢-2H-吡喃等。
作为制造具有羧基的缩酮酯结构的聚合物中使用的化合物,可以列举可生成对于上述式(2-1)~(2-3)具体列举的基团的化合物等,例如可以列举例如乙基异丙烯基醚、正丁基异丙烯基醚、叔丁基异丙烯基醚、正己基异丙烯基醚等异丙烯基醚及2-甲基-3,4-二氢-2H-吡喃等。
作为制造具有羧基的1-烷基环烷基酯结构的聚合物中使用的化合物,可以列举可生成对于上述式(3)具体列举的基团的化合物等,例如可以列举例如1-甲基环丙烯、1-甲基环丁烯、1-甲基环戊烯等。
作为制造具有羧基的叔烷基酯结构的聚合物中使用的化合物,可以列举例如可生成作为形成叔烷基酯结构的基团而具体列举的基团的化合物等,例如可列举异丁烯等。
作为进行加成反应时使用的催化剂,可以使用酸催化剂。另外,作为酸催化剂,可以列举氢氯酸、硫酸、硝酸、甲酸、草酸、磷酸、醋酸、三氟醋酸、三氟甲烷磺酸、酸性离子交换树脂、各种路易斯酸等,优选磷酸。
反应温度优选为0~200℃,更优选为20~100℃,进一步优选为30~70℃。反应时间优选为1~168小时,更优选为4~72小时,进一步优选为8~48小时。作为上述带有不饱和双键的化合物的加入量,相对于1摩尔酰胺酸结构单元,通常为0.1~10摩尔,优选 为0.5~1.5摩尔,更优选为0.8~1.2摩尔。
[聚合物的溶液粘度]
上述具有酰胺酸酯结构的聚合物形成其浓度为10重量%的溶液时,优选具有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)是对于使用该聚合物的良溶剂(例如醋酸丁酯等)配制的浓度为10重量%的聚合物溶液,使用E型旋转粘度计在25℃下测定的值。
<液晶取向剂>
本发明的液晶取向剂是在有机溶剂中溶解、含有上述具有酰胺酸酯结构的聚合物而构成的。
[有机溶剂]
作为可在液晶取向剂中使用的有机溶剂,为了实现形成液晶取向膜时的加热温度达到低温化的目的,优选使用在150℃以下实现低温焙烧的低沸点溶剂。
作为所述有机溶剂的优选例子,可以列举例如4-羟基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇单甲基醚、乳酸丁酯、醋酸丁酯、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、乙二醇乙基醚醋酸酯、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、二乙二醇单甲基醚醋酸酯、二乙二醇单乙基醚醋酸酯、二异丁基酮、异戊基丙酸酯、异戊基异丁酸酯、二异戊基醚、醋酸丁酯等。这些溶剂可以单独使用,或混合使用两种以上。
另外,如果是这些有机溶剂,则与γ-丁内酯及N-甲基-2-吡咯烷酮等相比,对塑料基板的溶解性低。
另外,对于如上所述的有机溶剂,还可以混合作为聚酰胺酸的合成反应中使用的溶剂而例示的溶剂中的一种或两种以上。
[添加剂]
本发明的液晶取向剂含有上述具有酰胺酸酯结构的聚合物,根据需要也可以含有其它成分。作为所述其它成分,可以列举例如上述具有酰胺酸酯结构的聚合物以外的其它聚合物、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”)、官能性硅烷化合物、酰亚胺化促进剂等。
[其它聚合物]
上述其它聚合物可以是为了改善溶液特性及电特性而使用的。作为所述其它聚合物,可以列举例如使四羧酸二酐和二胺反应而得到的聚酰胺酸、该聚酰胺酸脱水闭环而形成的酰亚胺化聚合物(聚酰亚胺)、上述具有酰胺酸酯结构的聚合物以外的聚酰胺酸酯、聚酯、聚酰胺、聚硅氧烷、纤维素衍生物、聚缩醛、聚苯乙烯衍生物、聚(苯乙烯-苯基马来酰亚胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等。在这些聚合物中,优选聚酰胺酸或聚酰亚胺,更优选聚酰胺酸。
作为用于合成上述聚酰胺酸或聚酰亚胺的四羧酸二酐,可以列举与用作合成上述具有酰胺酸酯结构的聚合物的四羧酸二酐的上述四羧酸二酐相同的物质,优选使用从1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、均苯四酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐及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-1,3-二酮构成的群组中选出的至少一种物质。
作为用作合成上述聚酰胺酸或聚酰亚胺的二胺,优选使用从作为合成上述具有酰胺酸酯结构的聚合物时可以并用的二胺而在上述内容中例示的物质中选出的至少一种。作为用于合成聚酰胺 酸或聚酰亚胺的二胺,优选使用从4,4′-二氨基二苯基甲烷、4,4′-二氨基二苯基醚、2,2′-二甲基-4,4′-二氨基联苯、胆甾烷氧基-2,4-二氨基苯、3,5-二氨基苯甲酸及1,4-双-(4-氨基苯基)-哌嗪构成的群组中选出的至少一种物质。
作为其它聚合物的使用比例,相对于聚合物的合计(是上述的特定聚合物及其它聚合物的合计,下同)优选为90重量%以下,更优选为0.1~70重量%,进一步优选为0.1~30重量%。
[环氧化合物]
通过使用环氧化合物作为液晶取向膜的交联剂,可以谋求液晶取向膜的机械强度的提高。另外,也可以使电压保持率等电特性得到提高。特别是通过使用低沸点溶剂作为液晶取向剂的有机溶剂,在实现形成液晶取向膜时的加热温度低温化的情况下,酰亚胺化率低,结果电压保持率等电特性就可能会降低,但是通过添加环氧化合物作为交联剂,可以抑制该电特性的降低。另外,还可以抑制进行摩擦处理时膜的剥离等(可以提高耐摩擦性),进而可以抑制液晶显示元件的显示不良。另外,环氧化合物也可以是为提高液晶取向膜和基板的粘接性而使用的。
作为上述环氧化合物,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、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、2,2-二溴新戊二醇二缩水甘油醚、N,N,N′,N′-四缩水甘油基-间二甲苯二胺、1,3-双(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-环己基胺等作为优选。
作为这些环氧化合物的配合比例,相对于聚合物的合计100重量份,优选为40重量份以下,更优选为0.1~30重量份。
[官能性硅烷化合物]
通过使用官能性硅烷化合物作为液晶取向膜的交联剂,可以抑制摩擦处理时膜的剥离等(可以提高耐摩擦性),进而可以抑制液晶显示元件的显示不良。另外,官能性硅烷化合物也可以是为了提高液晶取向膜和基板的粘接性而使用的。
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-3,6-二氮杂壬基醋酸酯、9-三甲氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬基醋酸酯、9-三乙氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬基醋酸酯、9-三甲氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬酸甲酯、9-三乙氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬酸甲酯、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、环氧丙氧基甲基三甲氧基硅烷、环氧丙氧基甲基三乙氧基硅烷、2-环氧丙氧基乙基三甲氧基硅烷、2-环氧丙氧基乙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷等。
作为这些官能性硅烷化合物的配合比例,相对于聚合物的合 计100重量份,优选为2重量份以下,更优选为0.02~0.2重量份。
<酰亚胺化促进剂>
作为酰亚胺化促进剂,优选使用在低温下对具有酰胺酸酯结构的聚合物的固化反应有促进作用的低温固化促进剂。通过使用低沸点溶剂作为液晶取向剂的有机溶剂,在实现形成液晶取向膜时的加热温度低温化的情况下,酰亚胺化率低,结果电压保持率等电特性就可能会降低,但是通过事先添加低温酰亚胺化促进剂,可以谋求提高酰亚胺化率,抑制了该电特性的降低。另外,作为上述低温固化促进剂,优选对如上所述的低沸点溶剂的溶解性良好。
具体来说,可以列举咪唑、1,2,4-三唑、苯并咪唑、萘并咪唑、嘌呤、喹啉、异喹啉、哒嗪、酞嗪、喹唑啉、噌啉、萘啶、吖啶、菲啶、苯并喹啉、苯并异喹啉、苯并噌啉、苯并酞嗪、苯并喹唑啉、菲咯啉、吩嗪、咔啉、萘嵌间二氮杂苯、2,2′-联吡啶、2,4′-联吡啶、4,4′-联吡啶、2,2′-联喹啉、2-羟基吡啶、3-羟基吡啶、4-羟基吡啶、2-羟基喹啉、3-羟基喹啉、4-羟基喹啉、5-羟基喹啉、6-羟基喹啉、7-羟基喹啉、8-羟基喹啉、吡啶酰胺、烟酰胺、异烟酰胺、N,N-二甲基烟酰胺、N,N-二乙基烟酰胺、N,N-二甲基异烟酰胺、N,N-二乙基异烟酰胺、羟基烟酸、吡啶甲酸酯、烟酸酯、异烟酸酯、2-吡啶磺酰胺、3-吡啶磺酰胺、4-吡啶磺酰胺、吡啶-2-甲醛、烟碱醛、异烟碱醛、3-硝基吡啶、3-乙酰氧基吡啶、2-氨基吡啶、3-氨基吡啶、4-氨基吡啶、2-吡啶甲醛肟、烟碱醛肟、异烟碱醛肟、2-(羟基甲基)吡啶、3-(羟基甲基)吡啶、4-(羟基甲基)吡啶、2-(羟基乙基)吡啶、3-(羟基乙基)吡啶、4-(羟基乙基)吡啶、N-氧化-3-羟基吡啶、N-氧化-4-羟基吡啶、N-氧化-4-羟基喹啉、N-羟基吡咯-2,5-二酮、N-羟基异吲哚-1,3-二酮、N-羟基吡咯烷-2,5-二酮、 N-羟基苯并[de]异喹啉-1,3-二酮、三亚乙基二胺、六亚甲基四胺、乙内酰脲、组氨酸、尿嘧啶、巴比妥酸、径尿酸、胞核嘧啶、N-苯基甘氨酸、2-(吡啶基)甘氨酸、色氨酸、脯氨酸、N-乙酰甘氨酸、马尿酸、N-皮考啉酰甘氨酸、N-烟酰甘氨酸、N-异烟酰甘氨酸、N-乙酰丙氨酸、N-苯甲酰丙氨酸、N-皮考啉酰丙氨酸、N-烟酰丙氨酸、N-异烟酰丙氨酸、α-(乙酰氨基)丁酸、α-(苯甲酰氨基)丁酸、α-(皮考啉酰氨基)丁酸、α-(烟酰氨基)丁酸、α-(异烟酰氨基)丁酸、N-乙酰缬氨酸、N-苯甲酰缬氨酸、N-皮考啉酰缬氨酸、N-烟酰缬氨酸、N-异烟酰缬氨酸、苯三醇、二羟基苯乙酮、三羟基苯乙酮、二羟基二苯甲酮、三羟基二苯甲酮、四羟基二苯甲酮、二羟基苯甲酸酯、三羟基苯甲酸酯、二羟基苯甲酰胺、三羟基苯甲酰胺、二羟基苄醇、三羟基苄醇、烷氧基苯二醇、烷氧基苯三醇、二羟基苯甲醛、三羟基苯甲醛、硝基苯二醇、二羟基-N,N-二甲基苯胺、二羟基二苯基胺、三羟基二苯基胺、四羟基二苯基胺、二羟基三苯基胺、三羟基三苯基胺、四羟基三苯基胺、二羟基联苯、三羟基联苯、四羟基联苯、二羟基二苯基醚、三羟基二苯基醚、四羟基二苯基醚、二羟基二苯基砜、三羟基二苯基砜、四羟基二苯基砜、二羟基二苯基甲烷、三羟基二苯基甲烷、四羟基二苯基甲烷、二羟基二苯基乙烷、三羟基二苯基乙烷、四羟基二苯基乙烷、二羟基二苯基丙烷、三羟基二苯基丙烷、四羟基二苯基丙烷、二羟基二苯基六氟丙烷、三羟基二苯基六氟丙烷、四羟基二苯基六氟丙烷、三苯基甲烷三醇、二羟基品红酮、萘二醇、萘三醇、萘四醇、蒽二醇、蒽三醇、蒽四醇、芴二醇、芴三醇、芴四醇、芴酮二醇、芴酮三醇、及芴酮四醇等。
以上这种酰亚胺化促进剂可以单独使用,也可以混合使用两种以上。在液晶取向剂中添加这些低温酰亚胺化促进剂时,相对 于具有酰胺酸酯结构的聚合物的重复单元1摩尔当量,为0.1摩尔当量以上,优选为0.2~4.0摩尔当量,最优选为0.5~2.5摩尔当量。
[液晶取向剂的配制]
液晶取向剂中的固体成分浓度(液晶取向剂的溶剂以外的成分的合计重量占液晶取向剂的总重量的比例)可考虑粘性、挥发性等进行适当地选择,但优选在1~10重量%的范围内。即,对于本发明的液晶取向剂,如下述那样涂布在基板表面,通过加热而形成作为液晶取向膜的涂膜或变成液晶取向膜的涂膜,但是固体成分浓度不足1重量%时,该涂膜的膜厚过小,不能得到良好的液晶取向膜,另一方面,固体成分浓度超过10重量%时,涂膜的膜厚过大,难以得到良好液晶取向膜,另外,液晶取向剂的粘性增大,涂布特性变差。
特别优选的固体成分浓度范围根据在基板上涂布液晶取向剂时采用的方法而变化。例如采用旋涂法时特别优选固体成分浓度在1.5~4.5重量%的范围内。采用印刷法时,特别优选固体成分浓度在3~9重量%的范围内,由此使溶液粘度处于12~50mPa·s的范围内。采用喷墨法时,特别优选固体成分浓度在1~5重量%的范围内,由此使溶液粘度处于3~15mPa·s的范围内。
配制本发明的液晶取向剂时的温度优选为10~50℃,更优选为20~30℃。
<液晶取向膜及液晶显示元件>
本发明的液晶取向膜由上述的液晶取向剂形成。另外,本发明的液晶显示元件具备该液晶取向膜。关于液晶显示元件中的作用模式,可以应用IPS型及TN型、STN型这种水平取向型,也可以应用VA型这样的垂直取向型。
以下对本发明的液晶显示元件的制造方法进行说明,同时也 在该说明中对本发明的液晶取向膜的制造方法进行说明。本发明的液晶显示元件可以通过例如以下(P1)~(P3)的工序进行制造。
[工序(P1):涂膜的形成]
首先在基板上涂布本发明的液晶取向剂,然后通过加热涂布面在基板上形成涂膜。
(P1-1)制造TN型、STN型或VA型液晶显示元件时,将设置了形成图案的透明导电膜的两片基板作为一对,在各透明性导电膜形成面上,优选通过胶版印刷法、旋涂法、辊涂法或喷墨印刷法分别涂布本发明的液晶取向剂,然后,通过对各涂布面进行加热(优选由预加热(预烘焙)及焙烧(后烘焙)组成的两阶段加热)而形成涂膜。此处,由于本发明的液晶取向剂的印刷性优异,采用胶版印刷法作为涂布方法时,从最大限度地发挥本发明的优异效果上考虑是优选的。
作为基板,可以使用例如浮法玻璃、钠玻璃等玻璃基材、由聚萘二甲酸乙二酯、三醋酸纤维素(TAC)、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚醚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚(脂环式烯烃)等塑料形成的透明基板。在这种情况下,作为本发明的液晶取向剂,由于主要使用低沸点的对塑料基板的溶解性低于NMP等的有机溶剂,因而即使在由塑料组成的透明基板上涂布液晶取向剂,也不容易使该透明基板溶解,而且由于可以实现后烘焙中加热温度的低温化,进行该后烘焙时,可以抑制由塑料组成的透明基板发生变形。另外,还可以抑制滤色器的褪色。
作为设置于基板的一个面上的透明导电膜,可以使用由氧化锡(SnO2)组成的NESA膜(美国PP G公司注册商标)、由氧化铟-氧化锡(In2O3-SnO2)组成的ITO膜等,为了得到形成图案的透明导电 膜,可以采用例如在形成无图案的透明导电膜后通过光蚀刻形成图案的方法、在形成透明导电膜时使用具有预期图案的掩模的方法等。涂布液晶取向剂时,为了使基板表面及透明导电膜与涂膜的粘接性更好,也可以实施在基板表面中将要形成涂膜的表面上预先涂布官能性硅烷化合物、官能性钛化合物等的预处理。
然后对涂布液晶取向剂后的涂布面进行预加热(预烘焙),再通过焙烧(后烘焙)形成涂膜。预烘焙温度优选为30~150℃,更优选为40~120℃,特别优选为40~100℃。预烘焙时间优选为0.25~10分钟,更优选为0.5~5分钟。焙烧(后烘焙)温度优选为80~150℃,更优选为100~120℃。后烘焙时间优选为5~200分钟,更优选为10~100分钟。按这种方式形成的膜的膜厚优选为0.001~1μm,更优选为0.005~0.5μm。
(P1-2)另一方面,在制造IPS型液晶显示元件时,在设置了梳齿型形成图案的透明导电膜的基板的导电膜形成面和未设置导电膜的相对基板的一个面上,分别涂布本发明的液晶取向剂,然后通过对各涂布面进行加热而形成涂膜。关于此时使用的基板及透明导电膜的材质、涂布方法、涂布后的加热条件、透明导电膜的形成图案方法、基板的预处理及形成的涂膜的优选膜厚,与上述(P1-1)相同。
在上述(P1-1)及(P1-2)任一种情况下,在基板上涂布液晶取向剂后,通过除去有机溶剂来形成作为取向膜的涂膜。在这种情况下,也可以在形成涂膜后再次通过加热进行脱水闭环反应,形成进一步酰亚胺化的涂膜。
[工序(P2):摩擦处理]
制造TN型、STN型或IPS型液晶显示元件时,对于按上述方式形成的涂膜,利用由例如尼龙、人造丝、棉花等纤维组成的布 卷成的辊子按一定方向进行摩擦的抛光处理。由此,赋予涂膜以液晶分子的取向能,形成液晶取向膜。
另外,对于上述液晶取向膜,通过用紫外线照射液晶取向膜的一部分进行改变液晶取向膜部分区域的预倾角的处理,以及进行在液晶取向膜表面的一部分上形成抗蚀剂膜后,按照与先前的抛光处理不同的方向进行抛光处理,然后除去抗蚀剂膜的处理,可以通过使液晶取向膜在各区域具有不同的液晶取向能而改善得到的液晶显示元件的视野特性。
还有,制造VA型液晶显示元件时,可以将按如上所述方式形成的涂膜直接用作液晶取向膜,但是也可以施加上述摩擦处理。
[工序(P3):液晶盒的制造]
对于在基板间配置液晶,可以列举例如以下两种方法。
第一种方法是一直以来公知的方法。首先,按照使各液晶取向膜相对的方式相对地配置两片基板并使中间保持间隙(盒间隙),用密封剂贴合两片基板的周边部分,在由基板表面及密封剂划定的盒间隙内注入和填充液晶,然后封堵注入孔,从而可以制成液晶盒。
第二种方法是被称为ODF(滴注)方式的方法,在形成了液晶取向膜的两片基板中的一个基板上的规定部位涂布例如紫外光固化性密封材料,再在液晶取向膜表面上滴加液晶,然后按照使液晶取向膜相对的方式贴合另一个基板,接着对基板的整个面进行紫外光照射,使密封剂固化,从而可以制成液晶盒。
在采用任一种方法的情况下,对于按上述方式制造的液晶盒,最好再加热到使用的液晶呈现各向同性相的温度,然后慢慢冷却到室温,从而除去液晶注入时的流动取向。
作为密封剂,可以使用例如含有固化剂及作为分隔物的氧化 铝球的环氧树脂等。
作为液晶,可以列举向列型液晶及近晶型液晶,其中优选向列型液晶,例如可以使用席夫碱类液晶、氧化偶氮类液晶、联苯类液晶、苯基环己烷类液晶、酯类液晶、三联苯类液晶、联苯环己烷类液晶、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。另外,在这些液晶中,可以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;作为商品名“C-15”、“CB-15”(メルク公司制造)出售的那种手性剂;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进行使用。
通过在液晶盒的外侧表面上粘贴偏光片,可以得到本发明的液晶显示元件。作为偏光片,可以列举用醋酸纤维素保护膜夹持一边拉伸取向聚乙烯醇一边吸收碘而得到被称为“H膜”的偏光膜所形成的偏光片或由H膜本身构成的偏光片。
本发明的液晶显示元件可以被有效地应用于各种装置中,例如可用于钟表、便携型游戏机、文字处理机、笔记本电脑、汽车导航系统、摄像机、PDA、数码相机、手机、各种监视器、液晶电视等显示装置中。
实施例
以下,通过实施例对本发明进行更详细地说明,但是,本发明并不受这些实施例的限定。各种物性值的测定方法如下所示。
[合成例1](聚酰胺酸的合成例)
将82g作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基醋酸二酐(TCA)、20g作为二胺的对苯二胺及98g 3,5-二氨基苯甲酸胆甾烷酯溶解在800g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃进行6小时的反应,得到含有20重量%聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸溶液(PAA-1)的溶 液粘度为1,900mPa·s。
[实施例1]
添加50g由上述合成例1得到的聚酰胺酸溶液(PAA-1)、50g四氢呋喃、7.6g正丁基乙烯基醚及0.018g磷酸,在50℃下搅拌24小时。反应结束后,添加100mL醋酸丁酯,用水进行5次分液洗涤,然后浓缩到50g,再添加醋酸丁酯浓缩到100g,从而得到具有酰胺酸酯结构的聚合物(PAE-1)的10%醋酸丁酯溶液。
[液晶取向剂的配制及评价]
[实施例2]
[液晶取向剂配制]
在由上述实施例1得到的含有聚合物(PAE-1)溶液中,按照相对于该聚合物(PAE-1)100质量份(固体成分)为20质量份的量添加N,N,N′,N′-四缩水甘油基-间苯二甲胺。再添加醋酸丁酯及丁基溶纤剂(BC),溶剂组成为醋酸丁酯∶BC=40∶60(重量比),配制成固体成分浓度溶液的固体成分浓度为4.0重量%的液晶取向剂。
[液晶显示元件的制造]
在设置于厚度为120μm的聚萘二甲酸乙二酯的单面上的由ITO膜组成的透明导电膜上,利用旋涂器涂布上述配制的液晶取向剂,在80℃的加热板上预烘焙1分钟,然后在150℃的烘箱中后烘焙60分钟,从而形成膜厚为0.08μm的涂膜(液晶取向膜)。重复该操作,得到一对(两片)透明导电膜上带有液晶取向膜的玻璃基板。
对于上述一对具有液晶取向膜的聚萘二甲酸乙二酯基板,在具有液晶取向膜的表面的各个边缘上,涂布加入了直径为3.5μm的氧化铝球的环氧树脂粘接剂,然后按照使液晶取向膜表面相对的方式叠合压接,使粘接剂固化。然后,从液晶注入口向基板的 间隙中注入和填充负型液晶(メルク公司制造,MLC-6608),然后用丙烯酸类光固化粘接剂封堵液晶注入口,并在基板外侧的两个面上粘贴偏光片,从而制成VA型液晶显示元件。
[液晶取向性的评价]
对于上述制造的VA型液晶显示元件,利用显微镜观察在正交尼可尔棱镜下开、关电压时是否有异常区域,未观察到异常区域时评价为液晶取向性“良好”,观察到异常域时评价为液晶取向性“不好”,该VA型液晶显示元件的液晶取向性为“良好”。
[电压保持率的评价]
对于上述制造的VA型液晶显示元件,首先按施加60微秒,间隔167毫秒的方式施加5V电压,然后测定从施加电压解除至167毫秒后的电压保持率在99%,认为良好。
[比较例1]
使用聚酰胺酸溶液(PAA-1)代替聚合物(PAE-1),按照NMP∶BC=40∶60(重量比)配制固体成分浓度溶液的固体成分浓度为4.0重量%的液晶显示元件制造用液晶取向剂,进行与实施例2相同的评价时,液晶取向性为良好,但VHR在96%,认为不够充分。
Claims (9)
1.一种液晶取向剂,其特征在于,含有具有酰胺酸酯结构的聚合物,所述酰胺酸酯结构通过将酰胺酸带有的羧基酯化而得到,前述酰胺酸酯结构具有从前述羧基的缩醛酯结构、前述羧基的缩酮酯结构、前述羧基的1-烷基环烷基酯结构及前述羧基的叔烷基酯结构构成的群组中选出的至少一种结构。
2.权利要求1所述的液晶取向剂,其特征在于,前述酰胺酸酯结构具有从由下述式(1-1)表示的基团形成的羧基的缩醛酯结构、由下述式(2-1)表示的基团形成的羧基的缩酮酯结构及羧基的叔烷基酯结构构成的群组中选出的至少一种结构作为前述羧基被酯化的结构,
上述式(1-1)中,R1为碳原子数1~20的烷基,R2为可以被氟原子取代的碳原子数1~20的烷基、碳原子数3~20的脂环式基团、碳原子数6~20的芳基或碳原子数7~20的芳烷基,上述式(2-1)中,R3及R4为碳原子数1~12的烷基,R5为可以被氟原子取代的碳原子数1~12的烷基、碳原子数3~20的脂环式基团、碳原子数6~20的芳基或碳原子数7~20的芳烷基。
3.权利要求2所述的液晶取向剂,其特征在于,前述酰胺酸酯结构具有由上述式(1-1)表示的基团形成的羧基的缩醛酯结构作为前述羧基被酯化的结构,而且前述R1为甲基,前述R2为碳原子数1~12的烷基。
4.权利要求1所述的液晶取向剂,其特征在于,还含有交联剂。
6.一种聚合物,其特征在于,具有酰胺酸酯结构,该酰胺酸酯结构通过将酰胺酸带有的羧基酯化而得到,该酰胺酸酯结构具有从前述羧基的缩醛酯结构、前述羧基的缩酮酯结构、前述羧基的1-烷基环烷基酯结构及前述羧基的叔烷基酯结构构成的群组中选出的至少一种结构。
7.权利要求6所述的聚合物的制备方法,其特征在于,通过使带有不饱和双键的化合物与聚酰胺酸或其一部分经过酰亚胺化而形成的酰亚胺化聚合物进行反应来获得。
8.由权利要求1至5中任一项所述的液晶取向剂形成的液晶取向膜。
9.一种液晶显示元件,其具备权利要求8所述的液晶取向膜。
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