CN102649909A - 液晶取向剂、液晶取向膜及液晶显示元件以及用于制造它们的聚酰胺酸及聚酰亚胺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶取向剂、液晶取向膜及液晶显示元件、以及用于制造它们的聚酰胺酸及聚酰亚胺,该液晶取向剂用于获得残影特性优异的液晶显示元件。所述液晶取向剂含有由四羧酸二酐与二胺进行反应而获得的聚酰胺酸及其酰亚胺化聚合物组成的群中选出的至少一种聚合物,前述四羧酸二酐包含芳香族四羧酸二酐,前述二胺包含由下述式(1)表示的化合物。
Description
技术领域
本发明涉及液晶取向剂、液晶取向膜及液晶显示元件、以及用于制造它们的聚酰胺酸及聚酰亚胺。
背景技术
液晶显示元件中为了使液晶分子取向而具备液晶取向膜。作为液晶取向膜的材料,为使耐热性、机械强度、与液晶的亲和性等各种特性良好,通常使用聚酰胺酸、聚酰亚胺。
为了实现液晶显示元件的高品位化,需要提高残影特性。为了提高上述残影特性而需要获得如下那样的液晶取向膜,所述液晶取向膜满足:施加直流电压时的残留电荷少、以及因直流电压而蓄积的残留电荷的缓和快这两个条件中的至少一个。
作为这样的液晶取向膜,专利文献1中公开有包含聚酰亚胺的液晶取向剂,该聚酰亚胺使用具有胆甾烷醇骨架的二胺而获得。另外,专利文献2中公开有包含聚酰胺等的液晶取向剂,该聚酰胺使用具有色原烷结构的二胺而获得。这些专利文献1,2中,通过在液晶取向剂中含有上述结构的聚酰亚胺或聚酰胺等来谋求提高残影特性。
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2001-97969号公报
发明内容
发明要解决的问题
此处,液晶显示元件适用于液晶电视这样的高品质监控器,对于这样的高品质监控器要求其即使在长时间(例如1天)的连续使用后残影特性也为良好。与此相对,上述专利文献1中记载的液晶取向剂和上述专利文献2中记载的液晶取向剂完全没有考虑在长时间的连续使用后的残影特性这一点。
本发明鉴于上述情形而开发,其主要目的在于提供:用于获得残影特性优异的液晶显示元件的液晶取向剂、可用作该液晶取向剂的成分的聚酰胺酸及聚酰亚胺、以及使用它们制作的液晶取向膜以及液晶显示元件。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决如上所述的现有技术中的课题而进行了深入研究,结果发现,在液晶取向剂中含有聚合物可解决上述课题,以至完成本发明,该聚合物通过使用芳香族四羧酸二酐和具有叔氮原子的特定结构的二胺而获得。本发明具体提供以下的液晶取向剂、液晶取向膜、液晶显示元件、聚酰胺酸及聚酰亚胺。
本发明提供液晶取向剂,其特征在于,其含有由四羧酸二酐与二胺进行反应而获得的聚酰胺酸及其酰亚胺化聚合物组成的群中选出的至少一种聚合物,前述四羧酸二酐包含芳香族四羧酸二酐,前述二胺包含由下述式(1)表示的化合物。
(式(1)中,A各自独立地为亚苯基、亚萘基、亚吡啶基、亚嘧 啶基或亚三嗪基,它们可具有取代基。B为具有芳香环结构的1价基团、碳原子数1~30的1价链状烃基或碳原子数3~30的1价脂环式烃基,链状烃基或脂环式烃基可具有取代基,部分亚甲基可被氧原子、羰基或-COO-取代。其中,B中与式(1)中的氮原子结合的是亚甲基、形成脂环式结构的碳原子或形成芳香环结构的碳原子)
根据本发明的液晶取向剂,可形成即使在长时间(例如1天)的连续使用后也显现出良好的残影特性的液晶取向膜。由此可获得残影特性优异的液晶显示元件。另外,可提高预倾角的稳定性,并且可将电压保持率的变化率(以下亦称为可靠性)控制为很低。
另外,在使上述残影特性、预倾角的稳定性以及可靠性成为更良好的方面,前述B优选为,碳原子数1~6的烷基(该烷基可具有取代基并且亚甲基的一部分可被氧原子、羰基或-COO-取代)、或可具有取代基的芳基。另外,前述A优选为可具有取代基的亚苯基。
另外,本发明提供通过上述记载的液晶取向剂形成的液晶取向膜、以及具备该液晶取向膜的液晶显示元件。
本发明提供一种聚酰胺酸,其特征在于,其为使四羧酸二酐与二胺进行反应而获得的聚酰胺酸,前述四羧酸二酐包含芳香族四羧酸二酐,前述二胺包含由上述式(1)表示的化合物。另外提供一种聚酰亚胺,其通过对该聚酰胺酸进行脱水闭环而成。
另外,在本说明书中,“烃基”可以为饱和烃基,也可以为不饱和烃基。另外,“链状烃基”是指仅由链状结构构成的烃基,可以为直链状也可以为支链状。“脂环式烃基”是指仅包含脂环式结构作为环结构且不包含芳香环结构的烃基。并且不需仅由脂环式结构构成,可在其一部分中包含链状结构。“芳香族烃基”是指具 有芳香环结构作为环结构的烃基。并且不需仅由芳香环结构构成,可在其一部分中包含链状结构、脂环式结构。
具体实施方式
本发明的液晶取向剂含有使四羧酸二酐与二胺进行反应而获得的聚酰胺酸及其酰亚胺化聚合物中的至少任一聚合物。以下,对本发明的液晶取向剂进行详细说明。
<聚酰胺酸>
[四羧酸二酐]
用于合成本发明中的聚酰胺酸的四羧酸二酐包含芳香族四羧酸二酐。
此处,芳香族四羧酸二酐是指,包含结合于芳香环的至少一个羧基而且4个羧基进行分子内脱水而获得的酸二酐。
作为芳香族四羧酸二酐,优选为结合于相同或不同的芳香环的4个羧基进行分子内脱水而获得的酸二酐。芳香环的数目优选为1~4。在此情况下,如果芳香环为一个,那么优选为结合于该芳香环的4个羧基进行分子内脱水而获得的酸二酐。另外,如果芳香环为两个以上,那么优选为:结合于一个芳香环的两个羧基进行分子内脱水并且结合于另一个芳香环的两个羧基进行分子内脱水而获得的酸二酐,或者结合于相邻的两个芳香环之中的一个芳香环的羧基与结合于另一个芳香环的羧基进行分子内脱水、并且结合于相邻的两个芳香环之中的一个芳香环的羧基与结合于另一个芳香环的羧基进行分子内脱水而获得的酸二酐。
作为这样的酸二酐,具体可列举出由下述式(Ar-1)表示的物质。
式(Ar-1)中,Ar为源自以下各结构的芳香族基中的任一。
(在上述式(Ar-1)中,*1为结合于一个酸酐基的连接键,*2为结合于另一个酸酐基的连接键)
上述Ar中,碳原子所具有的氢原子中的至少一个可由卤素原子或碳原子数1~6的烷基或氟烷基等取代。
作为卤素原子,列举出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等。作为碳原子数1~6的烷基,可以为直链状也可以为支链状,具体列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、正己基、异己基等。另外,作为碳原 子数1~6的氟代烷基,可列举出作为上述的碳原子数1~6的烷基而列举出的基团中的至少一个氢原子被氟原子取代得到的基团。另外,Ar可具有仅一个或多个单独一种的上述取代基,也可具有两种以上。
作为优选的芳香族四羧酸二酐,可更具体列举出:均苯四酸二酐、1,4-二氟-均苯四酸二酐、2,5-三氟甲基均苯四酸二酐、三氟甲基均苯四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四酸二酐、氧化-4,4’-二邻苯二甲酸二酐、2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐、萘-1,4,5,8-四酸二酐、乙二醇二苯甲酸酯四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基砜四酸二酐、苯-1,4-二基双(1,3-二氧代-1,3-二氢-2-苯并呋喃-5-羧酸酯)等。另外,此外可使用日本特开2010-97188号公报中记载的芳香族四羧酸二酐,并且是除了上述以外的芳香族四羧酸二酐。
它们之中,优选为均苯四酸二酐、1,4-二氟-均苯四酸二酐、2,5-三氟甲基均苯四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基砜四酸二酐、苯-1,4-二基双(1,3-二氧代-1,3-二氢-2-苯并呋喃-5-羧酸酯)、或乙二醇二苯甲酸酯四酸二酐。
上述那样的芳香族四羧酸二酐可单独使用一种或组合使用两种以上。
通过使用芳香族四羧酸二酐,可使得所制作的液晶显示元件经过长时间(例如1天)的连续使用后的残影特性为良好。另外,可提高预倾角的稳定性,并且可将电压保持率的变化率抑制为低。并且,作为四羧酸二酐,可仅使用上述芳香族四羧酸二酐,也可在上述芳香族四羧酸二酐的基础上还使用脂肪族四羧酸二酐以及脂环式四羧酸二酐中的至少一个。
脂肪族四羧酸二酐是指结合于链状烃结构的4个羧基进行分 子内脱水而获得的酸二酐。并且不需要仅由链状烃结构构成,也可在其一部分中具有脂环式结构、芳香环结构。
脂环式四羧酸二酐是指,包含结合于脂环式结构的至少一个羧基而且4个羧基进行分子内脱水而获得的酸二酐。并且,这4个羧基都没有结合于芳香环。另外,不需仅由脂环式结构构成,也可在其一部分中具有链状烃结构、芳香环结构。
作为脂肪族四羧酸二酐,例如列举出1,2,3,4-丁烷四羧酸二酐。另外,作为脂环式四羧酸二酐,例如可列举出1,2,3,4-环丁烷四酸二酐、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-羧甲基降莰烷-2:3,5:6-二酐、2,4,6,8-四羧基双环[3.3.0]辛烷-2:3,5:6-二酐、4,9-二氧杂三环[5.3.1.0 2,6]十一烷-3,5,8,10-四酮等。此外可使用日本特开2010-97188号公报中记载的脂肪族四羧酸二酐以及脂环式四羧酸二酐并且是除了上述以外的脂肪族四羧酸二酐以及脂环式四羧酸二酐。
作为四羧酸二酐,在脂肪族四羧酸二酐以及脂环式四羧酸二酐之中,从溶解性的观点考虑,优选包含脂环式四羧酸二酐,更优选包含2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐或1,2,3,4-环丁烷四酸二酐,特别优选包含2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐。
在使用上述那样的脂肪族或脂环式四羧酸二酐的情况下,这些脂肪族或脂环式四羧酸二酐可单独使用一种或组合使用两种以上。
作为四羧酸二酐不仅包含芳香族四羧酸二酐,还包含脂肪族或脂环式四羧酸二酐的情况下,芳香族四羧酸二酐的比率相对于 四羧酸二酐的总量优选为0.1~90摩尔%,更优选为0.5~80摩尔%,更加优选为1~70摩尔%,特别优选为2~50摩尔%。通过设为这样的范围,可使经过长时间的连续使用后的残影特性更良好。另外,可提高预倾角的稳定性,并且可将电压保持率的变化率控制为很低。
[二胺]
为了合成本发明中的聚酰胺酸而使用的二胺,包含由下述式(1)表示的化合物(以下亦称为二胺(D-1))。
(式(1)中,A各自独立地为亚苯基、亚萘基、亚吡啶基、亚嘧啶基或亚三嗪基,它们可具有取代基。B为具有芳香环结构的1价基团、碳原子数1~30的1价链状烃基或碳原子数3~30的1价脂环式烃基,链状烃基或脂环式烃基可具有取代基,亚甲基的一部分可被氧原子、羰基或-COO-取代。其中,B中与式(1)中的氮原子结合的是亚甲基、形成脂环式结构的碳原子或形成芳香环结构的碳原子)
上述式(1)中的A之中,
作为亚苯基,可列举出1,3-亚苯基、1,4-亚苯基等;
作为亚萘基,可列举出1,4-亚萘基、1,5-亚萘基等;
作为亚吡啶基,可列举出2,4-亚吡啶基、2,5-亚吡啶基等;
作为亚嘧啶基,可列举出2,5-亚嘧啶基等;
作为亚三嗪基,可列举出2,4-亚三嗪基等;
作为这些基团可具有的取代基,例如可列举出卤素原子或碳原子数1~6的烷基、烷氧基或氟烷基等。它们之中,关于卤素原子、碳原子数1~6的烷基、以及碳原子数1~6的氟烷基,可列举 出作为上述Ar的取代基而例示的基团。另外,作为碳原子数1~6的烷氧基,可列举出作为上述的碳原子数1~6的烷基而列举出的基团结合于氧原子而得到的烷氧基,具体可列举出甲氧基、乙氧基等。
它们之中,作为A优选为可具有取代基的亚苯基。即,本发明中的二胺优选包含由下述式(2)表示的化合物(以下亦称为二胺(D-1-1))。由此可推测,在所形成的液晶取向膜中,在二胺部分(供体)与酸酐部分(受体)间发生CT相互作用从而产生光电流,使得离子的不均匀存在或者取向膜自身的极化的发生受抑制。因此,可以使液晶取向性为良好。
(式(2)中,Ra各自独立地为卤素原子、或碳原子数1~6的烷基、烷氧基、或氟烷基。k各自独立地为0~4的整数。B的定义与上述式(1)相同)
上述式(2)的Ra的具体例子可列举出与上述A可具有的取代基同样的取代基。作为k,优选为0~2,更优选为0。在上述式(2)中的苯环中,伯胺基的结合位置没有特别限定,但是相对于式(2)中的氮原子而言,优选为3-位或4-位,更优选为4-位。
作为上述式(1)中以及上述式(2)中的B中的碳原子数1~30的1价链状烃基,优选为碳原子数1~12的烷基。该碳原子数1~12的烷基可以为直链状也可以为支链状,例如列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、正己基、异己基、3-甲基戊基、2,2-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正 十二烷基等。
另外,如果与上述式(1)、上述式(2)中的氮原子结合的是亚甲基,那么如上述式(1)中所示的亚甲基的一部分也可被取代。另外,碳原子所具有的氢原子中的至少一个也可被卤素原子(氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等)、羟基、氰基等取代。
B为链状烃基的情况下,可具有取代基,优选为亚甲基的一部分可被氧原子、羰基或-COO-取代的碳原子数1~6的烷基,更优选为碳原子数1~6的烷基或氟烷基,特别优选为碳原子数1~6的烷基。
上述B的碳原子数3~30的1价脂环式烃基可仅由脂环式结构构成,也可在其一部分中包含链状结构。作为脂环式结构,列举出环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、降莰烷、金刚烷等。
另一方面,在一部分中具有链状结构的情况下,该链状结构可将上述式(1)、上述式(2)中的氮原子与上述链状结构连结的方式存在,也可以不连结的方式存在。另外,上述脂环式烃基也可一同包含该连结的链状结构和该不连结的链状结构。
另外,关于上述1价的脂环式烃基,如果与上述式(1)、上述式(2)中的氮原子结合的是亚甲基或形成脂环式结构的碳原子,那么如上述式(1)中所示的部分亚甲基也可被取代。另外,可具有取代基这一点与上述链状烃基相同。
上述1价的脂环式烃基可以为碳原子数17~30的具有甾体骨架的基团。所述甾体骨架是指,环戊烷全氢菲骨架、或该骨架所具有的碳原子间的单键之中一个或多个单键成为双键而得到的骨架。作为具有这样的甾体骨架的基团,例如可列举出胆甾烷基、胆甾烯基等。
上述B的具有芳香环结构的1价基团可仅由芳香环结构构成, 也可在其一部分中包含链状结构及脂环式结构中的至少一个。
作为芳香环结构,可以为苯环,也可以为萘环、蒽环、菲环、茚环、芘环等稠合苯环,也可以为噻吩环、吡咯环、呋喃环、吡啶环、嘧啶环、三嗪环等杂芳香环。
作为脂环式结构,列举出碳原子数3~12的单环烷、双环烷、三环烷等,具体列举出环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、降莰烷、金刚烷等。作为链状结构,列举出碳原子数3~12的饱和烃或不饱和烃。另外,这些脂环式结构、链状结构也可在其一部分中具有-O-、羰基以及-COO-中的至少一个。
上述具有芳香环结构的1价基团可仅具有一个芳香环结构,也可具有多个。具有多个的情况下,这些多个芳香环结构可通过单键结合,在此情况下具体列举出联苯、三联苯等。另外,也可按照连结多个芳香环结构的方式存在链状结构或脂环式结构。
这些芳香环结构、链状结构及脂环式结构中的至少一个结构可具有取代基。作为该取代基列举出与上述链状烃基同样的取代基。
就上述具有芳香环结构的1价基团而言,如果结合于上述式(1)、上述式(2)中的氮原子的原子为亚甲基、形成脂环式结构的碳原子或形成芳香环结构的碳原子,那么该具有芳香环结构的1价基团可以为芳香环结构结合于该氮原子的基团,也可以为按照将这个氮原子和芳香环结构连结的方式存在有链状结构及脂环式结构中的至少一个的基团。其中,在使经过长时间的连续使用后的残影特性、预倾角的稳定性以及可靠性为良好方面,具有芳香环结构的1价基团优选为芳香环结构结合于上述氮原子的具有芳香环结构的1价基团。另外,更优选的是该芳香环结构为苯环,或者萘环、蒽环、菲环、茚环、芘环等稠合苯环的具有芳香环结构 的1价基团。也就是,可具有取代基的芳基。另外,特别优选下述式(3)所示的结构。
(式(3)中,Rb为卤素原子、碳原子数1~30的烷基、碳原子数3~30的1价脂环式烃基、或具有芳香环结构的碳原子数6~30的1价基团,烷基或脂环式烃基可具有取代基,亚甲基的一部分可被氧原子、羰基或-COO-取代。m为0~4的整数,m为2~4时,多个Rb各自独立地具有上述定义。“*”表示结合于上述式(1)、上述式(2)中的氮原子的连接键)
作为Rb的卤素原子,列举出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等,优选为氟原子。
作为Rb的碳原子数1~30的烷基,优选为碳原子数1~12的烷基,具体列举出作为上述B中的碳原子数1~30的1价链状烃基而例示的基团。另外,该烷基的部分亚甲基可被取代,具体包括烷氧基、-CO-Ra1、-COO-Ra1、-OCO-Ra1、-Ra2-O-Ra1、-Ra2-CO-Ra1、-Ra2-COO-Ra1、-Ra2-OCO-Ra1(Ra1为可具有取代基的烷基、Ra2为可具有取代基的烷二基)。
作为Rb的碳原子数3~30的1价脂环式烃基,列举出作为上述B中的碳原子数1~30的1价脂环式烃基而例示的基团。另外,在一部分中具有链状结构的情况下,该链状结构可以将上述式(3)中的苯环和脂环式结构连结的方式存在,也可以不连结的方式存在。另外,该脂环式烃基也可一同包含该连结的链状结构和该不连结的链状结构。
作为脂环式烃基,优选为碳原子数17~30的具有甾体骨架的 基团。具体列举出胆甾烷基、胆甾烯基、胆甾烷基氧基羰基、胆甾烯基氧基羰基、胆甾烷基氧基、胆甾烯基氧基等。
作为Rb的具有芳香环结构的碳原子数6~30的1价基团,列举出作为上述B中的具有芳香环结构的1价基团而例示的基团。在此情况下,在一部分中具有链状结构、脂环式结构的情况下,这些链状结构、脂环式结构可以将上述式(3)中的苯环和芳香环结构连结的方式存在,也可以不连结的方式存在。另外,该1价基团也可一同包含该连结的链状结构及脂环式结构中的至少一个和该不连结的链状结构及脂环式结构中的至少一个。作为该1价基团,优选为苯基。
作为Rb可具有的取代基,列举出作为上述B中的碳原子数1~30的1价链状烃基可具有的取代基而例示的基团。
作为Rb,优选为氟原子、或碳原子数1~9的烷基、烷氧基、或氟烷基,更优选为碳原子数1~9的烷基。
m优选为0~2,更优选为0或1。m为1时,Rb的结合位置没有特别限定,但是优选相对于上述式(1)、上述式(2)中的氮原子为3-位或4-位,更优选为4-位。
作为二胺(D-1),上述式(2)中的B优选为碳原子数1~6的烷基、或由上述式(3)表示的基团。具体可列举出:N,N-双(4-氨基苯基)-甲基胺、N,N-双(4-氨基苯基)-丙基胺、N,N-双(4-氨基苯基)-己基胺、N,N-双(4-氨基苯基)-苯胺、N,N-双(4-氨基苯基)-对甲基苯胺、N,N-双(4-氨基苯基)-对己基苯胺、N,N-双(4-氨基苯基)-对辛基苯胺、N,N-双(4-氨基苯基)-对(1-甲基十四烷基)苯胺、N,N-双(4-氨基苯基)-对(胆甾烷氧基羰基)苯胺、N,N-双(4-氨基苯基)-对(胆甾烯基氧基羰基)苯胺、N,N-双(4-氨基苯基)-对(胆甾烷基氧基)苯胺、N,N-双(4-氨基苯基)-对(胆甾烯基氧基)苯胺等。
通过将这些化合物中的至少任一与上述芳香族四羧酸二酐一同使用,从而在聚酰胺酸的主链导入3个以上的苯环,并且导入结合于至少两个苯环的叔氮原子。由此,可以使所制作的液晶显示元件经过长时间的连续使用后的残影特性为良好。另外,可提高预倾角的稳定性,并且可将电压保持率的变化率抑制为很低。
作为用于合成本发明中的聚酰胺酸的二胺,可仅使用上述二胺(D-1),也可将二胺(D-1)与其它的二胺一同合用。
作为此处可使用的其它的二胺,例如可列举出下述所示的脂肪族二胺、脂环式二胺、芳香族二胺、二氨基有机硅氧烷等。作为它们的具体例子,作为脂肪族二胺,例如可列举出间苯二甲胺、1,3-丙二胺、四亚甲基二胺、五亚甲基二胺、己二胺等;
作为脂环式二胺,例如可列举出1,4-二氨基环己烷、4,4’-亚甲基双(环己胺)、1,3-双(氨基甲基)环己烷等;
作为芳香族二胺,例如可列举出邻苯二胺、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’-(对亚苯基二亚异丙基)双(苯胺)、4,4’-(间亚苯基二亚异丙基)双(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烷酯、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-氨基苄胺、3-氨基苄胺、1-(2,4-二氨基苯基)哌嗪-4-羧酸、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-氨基苯基烯属烃、1-(2-丙炔基氧基)-2,4-苯二胺、4-氨基苯基4-氨基苯甲酸酯、4,4′-[4,4′-丙烷-4,4-丙烷-1,3-二基双(哌啶-1,4-二基)]二苯胺等;
作为二氨基有机硅氧烷,例如可列举出1,3-双(3-氨基丙基)-四甲基二硅氧烷等,除此之外,还可使用日本特开2010-97188号公报中记载的二胺。
另外,作为芳香族二胺,除了如上述那样列举的化合物以外,还包括由下述式(A-1)表示的化合物。通过使用上述化合物,便可使得预倾特性为良好。
(式(A-1)中,XI、XII以及XIII各自独立地为单键、-O-或-COO-,RI为碳原子数1~3的烷二基,a为0或1,b为0~2的整数,并且a以及b不需要同时为0,c为1~20的整数,n为0或1)
作为由上述式(A-1)中的-XI-(RI-XII)n-表示的2价基团,优选为碳原子数1~3的烷二基、*-O-、*-COO-或*-O-CH2CH2-O-(其中带有了“*”的连接键与二氨基苯基结合)。作为基CcH2c+1-的具体例子,例如可列举出甲基、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。二氨基苯基中的两个伯胺基相对于其它的基团优选处于2,4-位或3,5-位。
作为由上述式(A-1)表示的化合物的具体例子,例如可列举出下述式(d2-1)~(d2-6)中各个所表示的化合物等。
在合成聚酰胺酸的情况下,上述二胺(D-1)相对于二胺的总量 的比率优选为包含0.1摩尔%以上,更优选为包含0.5~80摩尔%,更加优选包含1~70摩尔%,特别优选包含2~50摩尔%。通过设为这样的范围,可使经过长时间的连续使用后的残影特性更良好。另外,可提高预倾角的稳定性,并且可将电压保持率的变化率控制为低。
[分子量调节剂]
在合成聚酰胺酸时,也可与上述那样的四羧酸二酐及二胺一同使用适当的分子量调节剂而合成末端修饰型的聚合物。通过制成所述末端修饰型的聚合物,可不损害本发明的效果而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,例如可列举出酸单酐、单胺化合物、单异氰酸酯化合物等。作为它们的具体例子,作为酸单酐,例如可列举出马来酸酐、邻苯二甲酸酐、衣康酸酐、正癸基丁二酸酐、正十二烷基丁二酸酐、正十四烷基丁二酸酐、正十六烷基丁二酸酐等;
作为单胺化合物,例如可列举出苯胺、环己胺、N-丁基胺、N-戊基胺、N-己基胺、N-庚胺、N-辛胺等;
作为单异氰酸酯化合物,例如可列举出苯基异氰酸酯、萘基异氰酸酯等。
分子量调节剂的使用比例相对于所使用的四羧酸二酐及二胺的总量100重量份优选为20重量份以下,更优选为10重量份以下。
<二胺(D-1)的合成>
由上述式(1)表示的二胺(D-1)可通过有机化学的常规方法而适宜制造。具体而言,在上述式(1)中B为由上述式(3)表示的基团的情况下,例如,首先,使由下述式表示的化合物(M-1)与化合物 (M-2)进行反应,从而获得中间体(M-3)(参照下述反应式(I))。另外,在上述式(1)中B为1价的链状烃基或1价的脂环式烃基的情况下(以下称为B1),例如,首先使由下述式表示的化合物(M-4)与化合物(M-5)进行反应,从而获得中间体(M-6)(参照下述反应式(II))。
(式中,Y为卤素原子,A与上述式(1)的定义相同;Rb及m与上述式(3)的定义相同)
(式中,Y为卤素原子,B1为碳原子数1~30的1价链状烃基或碳原子数3~30的1价脂环式烃基,它们可具有取代基,部分亚甲基可被氧原子、羰基或-COO-取代。其中,B1中与叔氮原子结合的是亚甲基或形成脂环式结构的碳原子。A与上述(1)的定义相同)
作为Y的卤素原子,列举出溴原子、氯原子、碘原子、氟原子等。它们之中,从反应性的观点考虑优选氟原子。
反应式(I)和(II)的反应优选在碱的存在下进行。作为碱,例如列举出氟化铯、氟化钾、氟化钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、乙醇钠、叔丁醇钠、乙酸钠等。
反应式(I)和(II)的反应温度根据反应方法来适宜设定即可,但优选为0~150℃,更优选为80~150℃。作为反应中使用的有机溶 剂,例如列举出二甲基亚砜、二甲基乙酰胺等。
接着,如果是在上述反应式(I)之后,则在催化还原条件下对中间体(M-3)进行硝基的还原以及羟基的还原性去除,如果是在上述反应式(II)之后则在催化还原条件下对中间体(M-6)进行硝基的还原以及羟基的还原性去除。由此可获得二胺(D-1)中所含的二胺(D-1-a)、二胺(D-1-b)(参照下述反应式(III)以及下述反应式(IV))。
(式中,A与上述式(1)的定义相同;Rb及m与上述式(3)的定义相同)
(式中,A与上述式(1)的定义相同;B1与上述式(II)的定义相同)
反应式(III)和(IV)的反应优选使用镍、钯-碳、PtO2、Pd(OH)2等催化剂,在-20~150℃进行,更优选在0~120℃进行。作为反应中使用的溶剂,例如列举出四氢呋喃、乙醇、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮等。
<聚酰胺酸的合成>
本发明中的聚酰胺酸可通过使包含芳香族四羧酸二酐的四羧酸二酐与二胺进行反应而获得,该二胺包含由上述式(1)表示的化合物,优选包含由上述式(2)表示的化合物。关于供给于聚酰胺酸 的合成反应的四羧酸二酐与二胺的使用比例,相对于二胺的氨基1当量而言,四羧酸二酐的酸酐基优选为0.2~2当量的比例,进一步优选为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,例如可列举出非质子性极性溶剂、酚及其衍生物、醇、酮、酯、醚、卤代烃、烃等。
作为这些有机溶剂的具体例子,作为上述非质子性极性溶剂,例如可列举出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、四甲基尿素、六甲基磷酰三胺等;
作为上述酚衍生物,例如可列举出间甲酚、二甲苯酚、卤代苯酚等;
作为上述醇,例如可列举出甲醇、乙醇、异丙醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、三乙二醇、乙二醇单甲醚等;
作为上述酮,例如可列举出丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮等;
作为上述酯,例如可列举出乳酸乙酯、乳酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、乙二酸二乙酯、丙二酸二乙酯等;
作为上述醚,例如可列举出乙醚、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、乙二醇二甲醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯、四氢呋喃等;
作为上述卤代烃,例如可列举出二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁烷、三氯乙烷、氯苯、邻二氯苯等;
作为上述烃,例如可列举出己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯、二甲苯、异戊基丙酸酯、异戊基异丁酸酯、二异戊基醚等。
这些有机溶剂之中,优选使用由非质子性极性溶剂以及酚及其衍生物组成的群(第一组的有机溶剂)中选出的一种以上,或优选使用选自前述第一组的有机溶剂中的一种以上与由醇、酮、酯、醚、卤代烃以及烃组成的群(第二组的有机溶剂)中选出的一种以上的混合物。后一情况下,第二组的有机溶剂的使用比例相对于第一组的有机溶剂和第二组的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。
关于有机溶剂的用量(a),优选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)为0.1~50重量%那样的量。
如上所述,可获得溶解聚酰胺酸而成的反应溶液。可将此反应溶液直接供于液晶取向剂的制备,也可在单独分离出反应溶液中所含的聚酰胺酸的基础上供于液晶取向剂的制备,或也可在精制了单独分离出的聚酰胺酸的基础上供于液晶取向剂的制备。对聚酰胺酸进行脱水闭环而制成聚酰亚胺的情况下,可将上述反应溶液直接供于脱水闭环反应,也可在单独分离出反应溶液中所含的聚酰胺酸的基础上供于脱水闭环反应,或也可在精制了单独分离出的聚酰胺酸的基础上供于脱水闭环反应。聚酰胺酸的单独分离及精制可按照公知方法来进行。
<酰亚胺化聚合物的合成>
本发明中的酰亚胺化聚合物(聚酰亚胺)可通过对如上述那样操作而合成的聚酰胺酸进行脱水闭环而酰亚胺化而获得。
本发明中的聚酰亚胺可以为完全酰亚胺化物,该完全酰亚胺 化物对全部的作为其前体的聚酰胺酸所具有的酰胺酸结构进行脱水闭环而得到;也可以为仅对酰胺酸结构的一部分进行脱水闭环、使酰胺酸结构和酰亚胺环结构并存的部分酰亚胺化物。本发明中的聚酰亚胺的酰亚胺化率优选为30%以上,更优选为35~99%,更优选为40~99%。关于此酰亚胺化率,相对于聚酰亚胺的酰胺酸结构的数目与酰亚胺环结构的数目的合计,酰亚胺环结构的数目所占的比例以百分率来表示。此处,酰亚胺环的一部分也可以为异酰亚胺环。
聚酰胺酸的脱水闭环优选通过加热聚酰胺酸的方法来进行,或通过将聚酰胺酸溶解于有机溶剂、向此溶液中添加脱水剂以及脱水闭环催化剂并且根据需要加热的方法来进行。其中,优选基于后一方法。
向上述聚酰胺酸的溶液中添加脱水剂以及脱水闭环催化剂的方法中,作为脱水剂,例如可使用乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。脱水剂的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,例如可使用吡啶、三甲基吡啶、二甲基吡啶、三乙胺等叔胺。关于脱水闭环催化剂的用量,相对于所使用的脱水剂1摩尔优选为0.01~10摩尔。作为脱水闭环反应中使用的有机溶剂,可列举出作为聚酰胺酸的合成中使用的有机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。
可通过这样操作而获得含聚酰亚胺的反应溶液。此反应溶液可直接供于液晶取向剂的制备,也可在从反应溶液去除了脱水剂以及脱水闭环催化剂的基础上供于液晶取向剂的制备,也可在单独分离出聚酰亚胺的基础上供于液晶取向剂的制备,或也可在精 制了单独分离出的聚酰亚胺的基础上供于液晶取向剂的制备。这些精制操作可按照公知方法来进行。
<聚合物的溶液粘度>
如以上那样操作而获得的本发明中的聚酰胺酸或酰亚胺化聚合物(以下亦称为特定聚合物)优选在将其制成浓度10重量%的溶液时具有10~800mPa·s的溶液粘度,更优选具有15~500mPa·s的溶液粘度。
上述特定聚合物的溶液粘度(mPa·s)为:在25℃使用E型旋转粘度计,对使用该特定聚合物的良溶剂(例如γ-丁内酯、N-甲基-2-吡咯烷酮等)而制备出的浓度10重量%的聚合物溶液进行测定得到的值。
<其它的添加剂>
本发明的液晶取向膜含有上述那样的特定聚合物作为必需成分,但是也可根据需要含有其它的成分。作为上述其它的成分,例如可列举出其它的聚合物、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”)、官能性硅烷化合物等。
[其它的聚合物]
上述其它的聚合物可用于改善溶液特性以及电特性。上述的其它的聚合物为除了特定聚合物以外的聚合物,例如可列举出:使不含芳香族四羧酸二酐的四羧酸二酐与包含二胺(D-1)的二胺进行反应而获得的聚酰胺酸(以下称为“其它的聚酰胺酸(1)”)、对该聚酰胺酸进行脱水闭环而成的聚酰亚胺(以下称为“其它的聚酰亚胺(1)”)、使不含二胺(D-1)的二胺与四羧酸二酐进行反应而获得的聚酰胺酸(以下称为“其它的聚酰胺酸(2)”)、对该聚酰胺酸进行脱水闭环而成的聚酰亚胺(以下称为“其它的聚酰亚胺(2)”)、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。它们之中,优选为其它的聚酰胺酸(1)、其它的聚酰胺酸(2)、其它的聚酰亚胺(1)或其它的聚酰亚胺(2),更优选为其它的聚酰胺酸(1)或其它的聚酰胺酸(2)。
作为用于合成上述其它的聚酰胺酸(1)、(2)或其它的聚酰亚胺(1)、(2)的四羧酸二酐,可列举出与作为用于合成特定聚合物的四羧酸二酐而在以上叙述的四羧酸二酐同样的四羧酸二酐,优选使用由1,2,3,4-环丁烷四酸二酐、均苯四酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐以及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-1,3-二酮组成的群中选出的至少一种。
作为用于合成上述其它的聚酰胺酸(1)、(2)或其它的聚酰亚胺(1)、(2)的二胺,可列举出与作为用于合成特定聚合物的二胺而在以上叙述的二胺同样的二胺。优选使用由4,4’-二氨基二苯基甲烷、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、胆甾烷氧基-2,4-二氨基苯、3,5-二氨基苯甲酸以及1,4-双-(4-氨基苯基)-哌嗪组成的群中选出的至少一种。
将其它的聚合物添加于液晶取向剂的情况下,其配合比率相对于液晶取向剂中的全聚合物量优选为95重量%以下,更优选为0.1~90重量%,更加优选为0.1~85重量%。
[环氧化合物]
作为上述环氧化合物,例如可列举出: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、2,2-二溴代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-环己胺等作为优选的环氧化合物。
将这些环氧化合物添加于液晶取向剂的情况下,其配合比率相对于液晶取向剂中所含的聚合物的总量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]
作为上述官能性硅烷化合物,例如可列举出: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-脲丙基三甲氧基硅烷、3-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、9-三甲氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬烷酸甲酯、9-三乙氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬烷酸甲酯、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。
将这些官能性硅烷化合物添加于液晶取向剂的情况下,其配 合比率相对于聚合物的总量100重量份优选为2重量份以下,更优选为0.02~0.2重量份。
<有机溶剂>
关于本发明的液晶取向剂,通过使特定聚合物以及根据需要而任意配合的其它的添加剂、优选溶解含于有机溶剂中而构成。
作为本发明的液晶取向剂中使用的有机溶剂,例如可列举出: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、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)、乙二醇二甲醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、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、异戊基丙酸酯、异戊基异丁酸酯、二异戊基醚、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等。它们可单独使用,或者可混合两种以上而使用。
本发明的液晶取向剂中的固体成分浓度(除了液晶取向剂的溶剂以外的成分的合计重量在液晶取向剂的总重量中所占的比例)通过考虑粘性、挥发性等而适宜选择,但是优选为1~10重量%的范围。即,本发明的液晶取向剂按照后述的方式涂布于基板表面,优选通过加热而形成作为液晶取向膜的涂膜或者要成为液晶取向膜的涂膜,但是在固体成分浓度不足1重量%时,此涂膜的膜厚变得过小而无法获得良好的液晶取向膜,另一方面在固体成分浓度超过10重量%时,涂膜的膜厚变得过大而无法获得良好的液晶取向膜,另外,液晶取向剂的粘性增大而涂布特性变差。
特别优选的固体成分浓度的范围,因在基板上涂布液晶取向 剂时使用的方法而不同。例如在基于旋转法时特别优选固体成分浓度为1.5~4.5重量%的范围。在基于印刷法的情况下,特别优选使固体成分浓度为3~9重量%的范围,由此使溶液粘度为12~50mPa·s的范围。在基于喷墨法的情况下,特别优选使固体成分浓度为1~5重量%的范围,由此使溶液粘度为3~15mPa·s的范围。
制备本发明的液晶取向剂时的温度优选为10~50℃,更优选为20~30℃。
<液晶取向膜以及液晶显示元件>
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工作模式,可适用于IPS型、TN型、STN型这样的水平取向型,也可适用于VA型这样的垂直取向型。
以下,说明本发明的液晶显示元件的制造方法,并且在该说明之中也说明本发明的液晶取向膜的制造方法。本发明的液晶显示元件可通过例如以下(P1)~(P3)的工序来制造。
[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,接着加热涂布面而在基板上形成涂膜。
(P1-1)制造TN型、STN型或VA型液晶显示元件的情况下,将二张设置有图案化的透明导电膜的基板作为一对,在其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,接着,对各涂布面进行加热(优选为包括预备加热(预烘烤)以及烧成(后烘烤)的二步骤加热)而形成涂膜。此处,本发明的液晶取向剂由于印刷性优异,因而采用胶版印刷法作为涂布方法,这是从最大限度发挥本发明的优异效果的观点考虑是优选的。
作为基板,例如可使用:浮法玻璃、钠玻璃等玻璃基材,聚萘二甲酸乙二醇酯、纤维素三乙酸酯(TAC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、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)等塑料所形成的透明基板。
作为设置于基板的一面的透明导电膜,可使用由氧化锡(SnO2)形成的NESA膜(美国PPG公司注册商标)、由氧化铟-氧化锡(In2O3-SnO2)形成的ITO膜等,为了获得图案化的透明导电膜,可基于例如如下方法:形成无图案的透明导电膜后通过光刻形成图案的方法、在形成透明导电膜时使用具有所希望的图案的掩模的方法等。在涂布液晶取向剂时,为了进一步使基板表面及透明导电膜与涂膜的粘接性为良好,可实施如下前处理,即在基板表面之中的要形成涂膜的面上预先涂布官能性硅烷化合物、官能性钛化合物等的前处理。
对于液晶取向剂涂布后的涂布面,接着进行预备加热(预烘烤),进一步进行烧成(后烘烤)而形成涂膜。预烘烤温度优选为30~200℃,更优选为40~150℃,特别优选为40~100℃。预烘烤时间优选为0.25~10分钟,更优选为0.5~5分钟。烧成(后烘烤)温度优选为80~300℃,更优选为120~250℃。后烘烤时间优选为5~200分钟,更优选为10~100分钟。通过这样操作,所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,制造IP S型液晶显示元件的情况下,在设置有梳齿型地图案化的透明导电膜的基板的导电膜形成面和未设置导电膜的对向基板的一面上,分别涂布本发明的液晶取向剂,接着加热各涂布面而形成涂膜。关于此时所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、透明导电膜的图案化 方法、基板的前处理以及形成的涂膜的优选的膜厚,与上述(P1-1)相同。
在上述(P1-1)和(P1-2)的任一种情况下,皆可在基板上涂布了液晶取向剂后,去除有机溶剂而形成要成为取向膜的涂膜。在此情况下,在形成涂膜后进一步进行加热,从而进行脱水闭环反应,可制成更加酰亚胺化的涂膜。
[工序(P2):摩擦处理]
在制造TN型、STN型或IPS型液晶显示元件的情况下,对于如上述那样操作而形成的涂膜例如实施如下摩擦处理,即,利用卷绕有由尼龙、人造丝、棉等纤维形成的布的辊在一定方向进行摩擦处理。由此,将液晶分子的取向功能赋予于涂膜而制成液晶取向膜。
进一步,对于上述的液晶取向膜,进行通过将紫外线照射于液晶取向膜的一部分而改变液晶取向膜的一部分区域的预倾角的处理或进行在液晶取向膜表面的一部分上形成抗摩擦膜的基础上在与之前的摩擦处理不同的方向上进行了摩擦处理后去除抗摩擦膜的处理,使得液晶取向膜在各个区域具有不同的液晶取向功能,从而可改善所获得的液晶显示元件的视界特性。
另外,在制造VA型液晶显示元件的情况下,可直接将由上述工序(1)形成的涂膜用作液晶取向膜,也可实施上述的摩擦处理。
[工序(P3):液晶单元的构筑]
为了在基板间配置液晶,例如列举出以下两种方法。
第一种方法为历来已知的方法。首先,按照各个的液晶取向膜为对向的方式隔着间隙(盒间隙)将两张基板对向配置,使用密封剂将两张基板的周边部贴合,向由基板表面以及密封剂区划的盒间隙内注入填充液晶后,封住注入孔,从而可制造液晶单元。
第二种方法为称作ODF(液晶滴下)方式的技术,在形成液晶取向膜的两张基板之中的一张基板上的规定的部位上涂布例如紫外光固化性的密封材料,进一步在液晶取向膜面上滴加液晶,然后按照液晶取向膜为对向的方式贴合另一张基板,接着在基板的整面照射紫外光使密封剂固化,从而可制造液晶单元。
在基于任一种方法的情况下,优选的是皆对于如上述那样制造的液晶单元,进一步加热至所使用的液晶成为各向同性相的温度,然后缓缓冷却至室温,从而去除液晶注入时的流动取向。
作为密封剂,例如可使用含有固化剂以及作为间隔物的氧化铝球的环氧树脂等。
作为液晶,可列举出向列型液晶以及近晶型液晶,其中优选向列型液晶,例如可使用席夫碱类液晶、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、联苯基环己烷类液晶、嘧啶类液晶、二噁烷类液晶、双环辛烷类液晶、立方烷类液晶等。另外,也可在这些液晶中添加例如氯化胆甾醇、胆甾醇壬酸酯、胆甾醇碳酸酯等胆甾醇型液晶,作为商品名“C-15”、“CB-15”(Merck公司制)而销售的那样的手性剂,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而使用。
在液晶单元的外侧表面贴合偏光板,可获得本发明的液晶显示元件。作为偏光板,可列举出:一边使聚乙烯醇拉伸取向一边吸收碘而得到的称为“H膜”的偏光膜经由乙酸纤维素保护膜夹持而得到的偏光板,或者由H膜本身形成的偏光板。
本发明的液晶显示元件可有效适用于各种装置,例如可用于钟表、便携式游戏机、文字处理机、笔记本式电脑,车载导航系统、可携式摄像机、PDA、数码摄像/照相机、手机、各种监控器、液晶电视等的显示装置。
实施例
以下,通过实施例来更具体说明本发明,但本发明不受限于这些实施例。
<二胺的合成>
首先,以下说明各种二胺化合物(D-1)的合成例1~4。另外,根据需要以下述的规模反复进行合成,从而确保了其后的聚酰亚胺的合成例中的必需量。
[合成例1]:N,N-双(4-氨基苯基)-对甲基苯胺的合成
按照下述合成路线,合成了N,N-双(4-氨基苯基)-对甲基苯胺(以下称为化合物(d-1))。
向300ml三口烧瓶中,在氮气环境下,混合4-氟硝基苯21.2g(0.15摩尔)、氟化铯27.4g(0.18摩尔)、4-甲基苯胺8.0g(0.0745摩尔)、二甲基亚砜75ml,在110℃搅拌反应6小时。其后,将反应溶液与乙醇800ml混合并搅拌1小时。将析出物过滤、干燥,获得了中间体11.2g。
接着,向300ml三口烧瓶中,在氮气环境下,混合通过上述而合成的中间体11.2g(0.025摩尔)、Pd/C 9.1g、四氢呋喃150ml,在70℃加热搅拌了1小时。其后加入了肼一水合物15ml后,在氮气环境下在80℃搅拌反应3小时。其后,通过过滤去除催化剂, 将滤液浓缩、干燥。通过柱色谱仪(氯仿/丙酮=10/1)将所获得的粘性液体精制,浓缩、干燥后,获得了化合物(d-1)4.0g。
[合成例2]:N,N-双(4-氨基苯基)-对辛基苯胺的合成
按照下述合成路线,合成了N,N-双(4-氨基苯基)-对辛基苯胺(以下称为化合物(d-2))。
向300ml三口烧瓶中,在氮气环境下,混合4-氟硝基苯21.2g(0.15摩尔)、氟化铯27.4g(0.18摩尔)、4-辛基苯胺15.3g(0.0745摩尔)、二甲基亚砜75ml,在110℃搅拌反应6小时。其后,将反应溶液与乙醇800ml混合并搅拌1小时。将析出物过滤、干燥,获得了中间体11.2g。
接着,向300ml三口烧瓶中,在氮气环境下,混合通过上述而合成的中间体11.2g(0.025摩尔)、Pd/C 9.1g、四氢呋喃150ml,在70℃加热搅拌了1小时。其后加入了肼一水合物15ml后,在氮气环境下在80℃搅拌反应3小时。其后,通过过滤去除催化剂,将滤液浓缩、干燥。通过柱色谱仪(氯仿/丙酮=10/1)将所获得的粘性液体精制,浓缩、干燥后,获得了化合物(d-2)5.3g。
[合成例3]:N,N-双(4-氨基苯基)-苯胺的合成
按照下述合成路线,合成了N,N-双(4-氨基苯基)-苯胺(以下称为化合物(d-3))。
向300ml三口烧瓶中,在氮气环境下,混合4-氟硝基苯40.6g(0.288摩尔)、苯胺12.8g(0.137摩尔)、氟化铯50.0g(0.329摩尔)、二甲基亚砜100ml,在110℃搅拌反应3天。其后,向反应液中注入水,从而过滤析出物,用水及乙醇洗涤,干燥,获得了中间体34.5g。
接着,向300ml三口烧瓶中,在氮气环境下混合通过上述而合成的中间体34.1g(0.102摩尔)、Pd/C 2.54g、四氢呋喃200ml、乙醇200ml,加入了肼一水合物25.4ml后,在室温下1小时,在70℃搅拌反应2天。其后,通过过滤去除催化剂,追加乙酸乙酯500ml并且用蒸馏水300ml进行4次洗涤,浓缩。通过重结晶将所获得的粉末精制(在90℃溶解于乙酸乙酯270ml后加入己烷150ml并且放冷),进一步将滤液浓缩·重结晶(在80℃溶解于乙酸乙酯60ml后加入己烷40ml并且放冷),从而最终获得了23.5g化合物(d-3)。
[合成例4]:N,N-双(4-氨基苯基)-甲基胺的合成
按照下述合成路线,合成了N,N-双(4-氨基苯基)-甲基胺(以下称为化合物(d-4))。
向300ml三口烧瓶中,在氮气环境下,混合4-氟硝基苯18.6g(0.132摩尔)、N-甲基-4-硝基苯胺18.3g(0.12摩尔)、碳酸钾18.2g(0.132摩尔)、二甲基乙酰胺120ml,在110℃搅拌反应3天。其后,向反应液中注入水,过滤析出物,用水及乙醇洗涤,干燥,获得了中间体28.4g。
接着,向300ml三口烧瓶中,在氮气环境下,混合通过上述而合成的中间体28.1g(0.103摩尔)、Pd/C 3.08g、四氢呋喃200ml、乙醇200ml,加入了肼一水合物30.8ml后,在室温下搅拌反应30分钟,在70℃搅拌反应3天(途中追加Pd/C 1g+2g、肼10ml+10ml)。其后,通过过滤去除催化剂,追加乙酸乙酯500ml并且用蒸馏水500ml进行4次洗涤,浓缩。干燥所获得的粉末,获得了21.3g化合物(d-4)。
<聚酰亚胺的合成>
以下的合成例中的聚酰亚胺的酰亚胺化率、以及溶液粘度根据以下方法测定。
[酰亚胺化率测定方法]
在室温下将聚酰亚胺减压干燥后,溶解于氘代二甲基亚砜,将四甲基硅烷作为基准物质在室温下测定1H-NMR(核磁共振装置(商品名:JNM-ECX400,日本电子社制)),根据下述式(i)所示的式子来求出。
酰亚胺化率(%)=(1-A1/A2×α)×100 (i)
A1:源自NH基的质子的峰面积(10ppm)
A2:源自其它的质子的峰面积
α:聚酰胺酸中的,其它的质子相对于一个NH基的质子的个数比例
[溶液粘度]
聚合物的溶液粘度(mPa·s)通过在25℃使用E型旋转粘度计对使用规定的溶剂稀释为规定的固体成分浓度的溶液进行测定。
[合成例5]
将作为二胺化合物的N,N-双(4-氨基苯基)-对辛基苯胺1.78g(4.58毫摩尔)、4,4’-二氨基二苯基甲烷0.82g(4.12毫摩尔)、4-氨基苯基4-氨基苯甲酸酯1.57g(6.87毫摩尔)、1-(2-丙炔基氧基)-2,4-苯二胺0.74g(4.58毫摩尔)、十四烷氧基-2,4-二氨基苯0.73g(2.29毫摩尔)、3,6-双(4-氨基苯甲酰氧基)胆甾烷0.29g(0.46毫摩尔)溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮44g后,加入作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐4.57g(20.4毫摩尔),在60℃反应了3小时。其后,加入均苯四酸二酐0.49g(2.27毫摩尔),在常温下反应1小时后,加入N-甲基-2-吡咯烷酮55g进行稀释,获得了固体成分浓度10%的溶液粘度30mPa·s的聚酰胺酸溶液约110g。
接着,添加吡啶9.0g及乙酸酐6.9g并且在110℃脱水闭环4小时。酰亚胺化反应后,用新的γ-丁内酯对体系内的溶剂进行溶剂置换(本操作中将酰亚胺化反应中使用的吡啶、乙酸酐去除到体系外),获得了约100g固体成分浓度10重量%、溶液粘度33mPa·s、酰亚胺化率83%的含聚酰亚胺的溶液。
[合成例6~21、比较合成例1~2]
对于合成例6~21及比较合成例1~2,除了如下述表1那样将所使用的单体的种类、组成比设定这一点以及以下的(1)、(2)以外,与合成例5同样地操作,制备了含聚酰亚胺的溶液。另外,表1中,各四羧酸二酐的[mol%]表示相对于四羧酸二酐总量的含量,各二胺的[mol%]表示相对于二胺总量的含量。
(1)关于溶解各种二胺的溶剂,在合成例16中为N-甲基-2-吡咯烷酮760g以及γ-丁内酯760g,在合成例17中为N-甲基-2-吡咯 烷酮22g以及γ-丁内酯22g。另外,在制备聚酰胺酸溶液后为了稀释而加入的N-甲基-2-吡咯烷酮的量在合成例16中为1900g。
(2)关于吡啶以及乙酸酐的添加量,在合成例10、比较合成例2中为9.3g以及7.2g,在合成例11、12中为9.5g以及7.4g,在合成例13~15中为9.4g以及7.2g,在合成例16中为311.1g以及240.9g,在合成例17中为9.0g以及6.9g,在合成例18、21中为8.9g 以及6.9g,在合成例19、20中为8.5g以及6.6g,在比较合成例1中为10.0g以及7.7g。
表1
表1中,各化合物的略称分别如以下那样。
[四羧酸二酐]
t-1:均苯四酸二酐
t-2:2,5-三氟甲基均苯四酸二酐
t-3:苯-1,4-二基双(1,3-二氧代-1,3-二氢-2-苯并呋喃-5-羧酸酯)
t-4:乙二醇二苯甲酸酯四酸二酐
t-5:2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐
[二胺]
d-1:N,N-双(4-氨基苯基)-对甲基苯胺
d-2:N,N-双(4-氨基苯基)-对辛基苯胺
d-3:N,N-双(4-氨基苯基)-苯胺
d-4:N,N-双(4-氨基苯基)-甲胺
d-5:4,4’-二氨基二苯基甲烷
d-6:4-氨基苯基4-氨基苯甲酸酯
d-7:1-(2-丙炔基氧基)-2,4-苯二胺
d-8:十四烷氧基-2,4-二氨基苯
d-9:3,6-双(4-氨基苯甲酰氧基)胆甾烷
d-10:4,4’-[4,4’-丙烷-4,4-丙烷-1,3-二基双(哌啶-1,4-二基)]二苯胺
d-11:对苯二胺
d-12:双氨基丙基四甲基二硅氧烷
<聚酰胺酸的合成>
[合成例22]
将作为四羧酸二酐的1,2,3,4-环丁烷四酸二酐200g(1.0摩尔)、作为二胺的2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯210g(1.0摩尔)溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮370g、γ-丁内酯3300g中,在40℃反应3小时, 从而获得了固体成分浓度10重量%、溶液粘度160mPa·s的聚酰胺酸溶液。
<液晶取向剂的制备>
[实施例1]
向由上述合成例5获得的含聚酰亚胺的溶液中加入γ-丁内酯(BL)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)以及丁基溶纤剂(B C),进一步相对于聚合物的总量100重量份加入2重量份作为环氧化合物的N,N,N’,N’-四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯基甲烷而进行充分搅拌,制成溶剂组成为BL∶NMP∶BC=75∶10∶15(重量比)、固体成分浓度5.0重量%的溶液。使用孔径1μm的过滤器将此溶液过滤,从而制备了液晶取向剂。
[实施例2~19、比较例1~2]
除了使用表2中记载的聚合物以外,与实施例1同样地操作,制备了实施例2~19和比较例1~2的液晶取向剂。
<液晶显示元件的制造以及评价>
[印刷性的评价]
使用液晶取向膜印刷机(日本写真印刷(株)制),将制备出的实施例1~19和比较例1~2的各液晶取向剂涂布于带有由ITO膜形成的透明电极的玻璃基板的透明电极面,在80℃的热板上进行1分钟加热(预烘烤)而去除溶剂,然后在200℃的热板上进行10分钟加热(后烘烤),形成了平均膜厚 的涂膜。用倍率20倍的显微镜观察此涂膜而调查了印刷不均匀以及针孔的有无。没有缩孔、涂布不均匀的情况为“良好”,除此以外的情况为“不合格”。
[涂膜的膜厚均匀性的评价]
对于上述实施例1~19和比较例1~2的各涂膜,使用蚀针式膜 厚计(KLA-Tencor公司制)分别测定了基板的中央部处的膜厚和从基板的外侧端靠近中央15mm的位置处的膜厚。两者的膜厚差为 以下的情况为膜厚均匀性“良好”,膜厚差超过 的情况评价为膜厚均匀性“不合格”。
[液晶显示元件的制造]
对于如上述那样获得的实施例1~19和比较例1~2的各涂膜,通过具有卷绕人造丝布的辊的摩擦机械以辊转速400rpm、载物台移动速度3cm/秒、绒毛挤入长度0.5mm进行摩擦处理,赋予了液晶取向功能。其后,对于各涂膜中的每个,在超纯水中进行1分钟超声波洗涤,接着在100℃洁净烘箱中干燥10分钟,从而获得具有液晶取向膜的基板,并且进一步反复进行此操作,获得了一对(两张)具有液晶取向膜的基板。
接着,对于如上述那样获得的实施例1~19和比较例1~2的各一对基板,在上述一对基板中的具有液晶取向膜的任一张基板的外缘上涂布含有直径3.5μm的氧化铝球的环氧树脂粘接剂,然后按照液晶取向膜面为相对的方式重叠并压接,使粘接剂固化。接着,从液晶注入口向一对的基板间填充向列型液晶(Merck公司制,MLC-6221),然后用丙烯酸类光固化粘接剂封住液晶主入口,从而制造了液晶显示元件。
[液晶取向性的评价]
通过光学显微镜观察如上述那样制造的实施例1~19和比较例1~2的各液晶显示元件时,将观察不到光泄漏的情况评价为液晶取向性“良好”,将观察到光泄漏的情况评价为液晶取向性“不合格”。
[DC残影特性(残留DC缓和测定)]
对于如上述那样制造的实施例1~19和比较例1~2的各液晶显 示元件,在高温环境(60℃)下,以DC1V、10Hz的三角波驱动1天后,利用闪变消去法测定了残留DC值。测定是对停止驱动后即刻的初始残留DC值、以及残留DC值随时间变化的倾斜度所相关的缓和速度(mV/sec)进行测定。初始残留DC值以1000mV以下而缓和的情况为DC残影特性良好,不缓和的情况为不合格。
[AC残影特性(预倾角稳定性的评价)]
对于如上述那样制造的实施例1~19和比较例1~2的各液晶显示元件,依照“T.J.Scheffer等J.Appl.Phys.第48卷,第1783页(1977)”、以及“F.Nakano等,JPN.J.Appl.Phys.第19卷,第2013页(1980)”中记载的方法,通过使用He-Ne激光的结晶旋转法测定以AC9V、在室温下驱动13小时后的预倾角(驱动后预倾角θac),并且根据下述式(ii)算出预倾角变化率α[%]。将预倾角变化率α不足3%的情况评价为“良好”、将其以上的情况评价为“不合格”。以上述评价为AC残影特性评价。
α=(θac-θini)/θini×100[%] (ii)
[可靠性]
对于如上述那样制造的实施例1~19和比较例1~2的各液晶显示元件,测定了在背光电灯下经过应力施加100小时后的电压保持率的变化率(ΔVHR)。关于电压保持率,以60微秒的施加时间、1670毫秒的跨度对液晶显示元件施加1V的电压后,测定了施加解除之后1670毫秒后的电压保持率。测定装置使用(株式会社)東陽テクニカ制VHR-1。将电压保持率的变化率(ΔVHR)为2%以内的情况判断为良,将其以外的情况判断为不合格。
将实施例1~19和比较例1~2的评价结果与各组成一同示于下述表2。
表2
如表2所示,实施例1~19和比较例1~2中任一的印刷性、膜厚均匀性、以及液晶取向性都为良好。另外,实施例1~19中任一的DC残影特性、AC残影特性以及可靠性也都为良好。与此相对,比较例1的DC残影特性、AC残影特性以及可靠性中的任一都为不合格,比较例2的AC残影特性为良好,但DC残影特性以及可靠性为不合格。
另外,关于实施例1~19,与芳香族四羧酸二酐相对于四羧酸二酐的总量的摩尔比为5摩尔%的实施例2及2摩尔%的实施例3、 以及二胺(D-1)相对于二胺的总量的摩尔比为5摩尔%的实施例7及2摩尔%的实施例8相比而言,任一摩尔比皆为10摩尔%以上的实施例1、4~6、9~19的残留DC值的缓和速度是特别适宜的值。
Claims (7)
2.根据权利要求1所述的液晶取向剂,其特征在于,所述B为碳原子数1~6的烷基、或可具有取代基的芳基,该烷基可具有取代基,部分亚甲基可被氧原子、羰基或-COO-取代。
3.根据权利要求1或2所述的液晶取向剂,其特征在于,所述A为可具有取代基的亚苯基。
4.一种液晶取向膜,其通过权利要求1至3中任一项所述的液晶取向剂而形成。
5.一种液晶显示元件,其具备权利要求4所述的液晶取向膜。
7.一种聚酰亚胺,其通过对权利要求6所述的聚酰胺酸进行脱水闭环而成。
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