CN104903786A - 液晶取向剂、液晶取向膜及液晶显示元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶取向剂。该液晶取向剂能够形成抑制光反应性的下降、进行利用光而实施的液晶取向控制、而且使液晶的响应速度提高的液晶取向膜,所述液晶取向剂含有由含有式(1)表示的烷氧基硅烷和式(3)表示的烷氧基硅烷的原料烷氧基硅烷形成的聚硅氧烷成分(A)、以及阻聚成分(B),该阻聚成分(B)作为上述聚硅氧烷成分(A)的构成部分、或上述聚硅氧烷成分(A)以外的其他物质而含有。本发明还提供一种具有由该液晶取向剂形成的液晶取向膜的VA模式的液晶显示元件。R1Si(OR2)3 (1)
Description
技术领域
本发明涉及能够形成抑制光反应性的下降、进行利用光而实施的液晶取向控制、而且使液晶的响应速度提高的液晶取向膜的液晶取向剂、液晶取向膜、以及液晶显示元件。
背景技术
液晶显示元件作为轻量、薄型且低耗电的显示器件众所周知,近年来被应用于大型的电视机用途等,已取得了惊人的发展。
液晶显示元件是在一对基板间夹持并封入液晶层的同时,使液晶层的液晶在基板之间以规定方向进行取向而构成的。在液晶显示元件中,液晶通过对设置在一对基板上的电极施加电压来进行响应,进行取向变化。
液晶显示元件利用通过施加电压而导致的液晶的取向变化,可进行所希望的图像的显示。
该液晶显示元件有液晶分子的初期取向状态或通过施加电压而导致的取向变化的形态不同的多种液晶模式。例如,作为液晶分子的初期取向状态,已知在一对基板间液晶90°扭转取向的TN(扭转向列TwistedNematic)模式等。
近年,在液晶显示元件的显示方式中,使具有负的介电各向异性的液晶分子在基板上垂直取向的垂直取向(VA:Vertical Alignment)模式的液晶显示元件得到了积极开发(例如参照专利文献1以及专利文献2。)。
在该VA模式液晶显示元件中,通过施加电压,垂直取向的液晶向规定方向一致倾斜的同时进行取向变化以与基板平行。于是,VA模式液晶显示元件可实现高对比度和宽视角、而且可实现优异的响应特性。
该VA模式液晶显示元件为了能够进行上述的液晶的取向变化,因此要求液晶形成大致垂直取向的状态作为没有施加电压时的液晶的初期取向状态。即,VA模式液晶显示元件要求液晶形成从基板的法线方向向着面内的规定方向略微倾斜的取向状态作为液晶的初期取向状态。
已知在VA模式液晶显示元件中,有数种实现上述的液晶的大致垂直取向状态的方式。
例如,在VA模式液晶显示元件中,已知在夹持液晶的TFT基板或滤色基板上形成实现上述的液晶的大致垂直取向状态的突起结构的MVA(多畴垂直取向Multi-domain Vertical Alignment)方式。此外,还已知在由夹持液晶层的基板的ITO(氧化铟锡Indium Tin Oxide)等构成的电极上设置狭缝结构、通过形成的倾斜电场来控制液晶的倾斜方向的PVA(图案垂直取向Patterned Vertical Alignment)方式。作为其它方式,还有PSA(聚合物稳定取向Polymer susutained Alignment)方式。
该PSA方式是在液晶中添加光聚合性化合物,在液晶层被夹持在基板间的状态下施加电场而使液晶倾斜取向。接着,在该液晶倾斜取向的状态下在液晶层上照射光、例如UV(紫外线)。其结果是,光聚合性化合物进行光聚合,使液晶层中形成预倾角,在通过施加电压将倾斜取向的液晶的取向方向固定化的同时,提高了液晶的响应速度。
由于PSA方式通过施加电压来控制液晶的倾斜取向方向,因此不需要在构成液晶显示元件的基板上的电极上形成狭缝的结构或设置MVA方式这样的突起结构。因此,具有制造简化、可得到优异的面板透射率的特征,在VA模式液晶显示元件的上述各种方式中是近年来尤其受到瞩目的技术(参照专利文献1)。
然而,在PSA方式的液晶显示元件中,存在添加入液晶的聚合性化合物的溶解性低、若增加其添加量则在低温时会发生析出的问题。此外,另一方面,如果减少聚合性化合物的添加量,则无法获得良好的取向状态、响应速度。此外,还存在残留于液晶中的未反应的聚合性化合物成为液晶中的杂质而使液晶显示元件的可靠性降低的问题。
于是,提出了将上述的聚合性化合物的功能作为侧链结构导入聚合物,由该聚合物形成液晶取向膜,制造VA模式液晶显示元件的技术(参照专利文献4。)。
在该技术中,在基板上涂布使用了在聚合物分子中导入了光反应性侧链的结构的聚合物的液晶取向剂。然后,由通过进行烧成而形成的液晶取向膜来夹持液晶层,在该液晶层上一边施加电压一边照射紫外线来制作液晶显示元件。
其结果是,即使是没有在液晶中添加聚合性化合物的组成,也能够通过施加电压来控制液晶进行倾斜取向的方向,此外,能够得到响应速度快的液晶显示元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2008/117615号文本
专利文献2:日本专利特开2008-76950号公报
专利文献3:日本专利特开2004-302061号公报
专利文献4:日本专利特开2011-95967号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
如上所述,在使用具有光反应性侧链的聚合物的液晶取向膜中,如PSA方式那样不需要在液晶中添加光聚合性化合物,不会发生上述析出的问题。于是,使用采用了具有光反应性的侧链的聚合物的液晶取向膜的液晶显示元件可实现液晶的倾斜取向方向的控制和响应速度的提高。
但是,在使用具有光反应性的侧链的聚合物的液晶取向剂中,在基板上形成该涂膜进而进行加热时,则在去除溶剂等不需要的成分的同时,还发生聚合物成分之间的交联反应等光反应性侧链的热反应。即,富于反应性的聚合物的光反应性侧链有时会由于热而发生不希望的反应。其结果是,烧成后的液晶取向膜中,侧链的光反应性在以其为必需的光照射之前就失去了一部分而发生了下降。使用这样的光反应性下降了的液晶取向膜来夹持液晶层,即使对液晶层一边施加电压一边进行UV等光照射,液晶显示元件也不能实现所希望的液晶的倾斜取向控制以及响应速度的提高。
因此,用于VA模式液晶显示元件的液晶取向膜要求一种抑制所含有的侧链的光照射前的反应、抑制光反应性的下降、实现利用光而实施的液晶取向控制和响应速度的提高的液晶取向膜。即,要求一种形成抑制了光照射之前光反应性下降的液晶取向膜的液晶取向剂。
本发明的目的在于,提供一种能够形成抑制光反应性的下降、进行利用光而实施的液晶取向控制、而且使液晶的响应速度提高的液晶取向膜的液晶取向剂、使用该液晶取向剂而得的液晶取向膜、以及具备该液晶取向膜的液晶显示元件。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明人在为了实现上述目的而进行研究开发时,经过以下过程实现了该目的,从而完成了本发明。
具有使用了在聚合物分子中导入了光反应性侧链的结构的聚合物的液晶取向膜的VA模式液晶显示元件由一对液晶取向膜夹持液晶层而构成。接着,对在一对液晶取向膜之间垂直取向的液晶施加电压,实现所希望的液晶的倾斜取向状态后,照射UV等光,使光反应性侧链发生聚合反应。此时,光反应性侧链的聚合反应以将位于它们附近的一部分液晶带入反应的状态进行。其结果是,光反应性侧链的光聚合反应使倾斜取向的一部分液晶的取向状态固定化。因此,在液晶取向膜之间夹持的液晶层中形成预倾角,其结果是显著提高了液晶显示元件的液晶响应速度。
因此,希望液晶显示元件的液晶取向膜以足够的量具备光反应性侧链。例如,液晶取向膜的形成通过涂布液晶取向剂形成涂膜和加热烧成来实现,但光反应性侧链也会由于热而发生聚合反应。因此,上述的涂膜的加热烧成后,在欲通过光照射来进行液晶取向控制的阶段中,有时在液晶取向膜中已没有残留足够量的具有光反应性的侧链。尤其是为了实现液晶取向膜的均匀的膜特性,有时进行高温及/或长时间的烧成,但在这样的情况下,液晶取向膜中光反应性侧链的残留变少,光反应性显著下降。其结果是不能实现所希望的液晶取向状态,无法实现液晶显示元件中液晶响应速度的充分提高。
于是,本发明人着眼于在液晶取向膜中导入阻聚功能。即,将含有对聚合物的光反应性侧链显示阻聚功能的成分的液晶取向剂用于液晶取向膜的形成,抑制光照射前聚合物侧链的热反应。例如,在侧链由于加热烧成而发生自由基聚合的情况下,捕捉在其加热烧成时产生的自由基,将钝化自由基聚合的阻聚成分用于液晶取向膜的形成。发现藉此能够抑制由于液晶取向膜的热而导致的聚合,液晶取向膜能够进行利用光照射而实施的所希望的液晶取向控制,其结果是可实现液晶的响应速度的提高。
本发明是基于该发现而完成的发明,包括以下技术内容。
(1)一种液晶取向剂,含有由含有下述式(1)表示的烷氧基硅烷和下述式(3)表示的烷氧基硅烷的原料烷氧基硅烷形成的聚硅氧烷成分(A)、以及阻聚成分(B),该阻聚成分(B)作为上述聚硅氧烷成分(A)的构成部分、或上述聚硅氧烷成分(A)以外的其他物质而含有。
R1Si(OR2)3 (1)
(R1为下述式(2)表示的基团,R2为碳数1~5的烷基。)
[化1]
(Y1为单键、-(CH2)a-(a为1~15的整数)、-O-、-CH2O-、-COO-或-OCO-。
Y2为单键、具有双键的碳数3~8的直链状或支链状的2价烃基、或者-(CR17R18)b-(b为1~15的整数,R17以及R18分别独立地表示氢原子或者碳数1~3的烷基。)。
Y3是单键、-(CH2)c-(c为1~15的整数)、-O-、-CH2O-、-COO-或-OCO-。
Y4为选自单键、苯环、环己基环及杂环的2价环状基或具有类固醇骨架的碳数12~25的2价有机基,环状基上的任意的氢原子可以被碳数1~3的烷基、碳数1~3的烷氧基、碳数1~3的含氟烷基、碳数1~3的含氟烷氧基或氟原子取代。
Y5是选自苯环、环己基环及杂环的至少1种的2价环状基,这些环状基上的任意的氢原子可以被碳数1~3的烷基、碳数1~3的烷氧基、碳数1~3的含氟烷基、碳数1~3的含氟烷氧基或氟原子取代。
n1为0~4的整数。
Y6为氢原子、碳数1~18的烷基、碳数1~18的含氟烷基、碳数1~18的烷氧基或碳数1~18的含氟烷氧基。)
[化2]
(R21、R22以及R23分别独立地为-OCH3、-OC2H5、-OCH(CH3)2、-OC(CH3)3、-CH3、-Ph(苯基)、-Cl、-OCOCH3、-OH或。
R24为氢原子或甲基。
Y21为单键、或者可含有双键的碳数1~8的直链状或支链状的烃基。
Y22为选自单键、-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-NH-、-N(CH3)-、-NPh-、-NHCO-、-N(CH3)CO-、-NPhCO-、-NHSO2-、-N(CH3)SO2-、-NPhSO2-、-S-、-SO2-、-NHCONH、-N(CH3)CONH-、-NPhCONH-、-NHCOO-以及-OCONH-的连接基团。
Y23、Y24分别独立地为单键、或者碳数1~8的直链状或支链状的烃基。
Y25为单键、-O-或-NZ2-,Z2为氢原子、碳数1~18的直链状或支链状的烃基、芳香族环基、或脂肪族环基。
Cy为烷基或选自下述的、在任意取代位置上成键的2价环状基,这些环状基上的任意的氢原子可被碳数1~3的烷基、碳数1~3的烷氧基、氰基、氟原子或氯原子所取代。)
[化3]
(Z1为可含有芳香族环基或脂肪族环基的碳数1~18的直链状或支链状的2价烃基。)
(2)如上述(1)所述的液晶取向剂,其中,上述原料烷氧基硅烷还含有具备具有阻聚功能的基团的下述式(5)表示的烷氧基硅烷,阻聚成分(B)作为所得到的聚硅氧烷成分(A)的构成部分而含有。
RaSi(ORb)3 (5)
(Ra为具有阻聚功能的基团,Rb为碳数1~5的烷基。)
(3)如上述(1)所述的液晶取向剂,其中,由下述式(5)表示的烷氧基硅烷形成的聚硅氧烷作为上述聚硅氧烷成分(A)以外的其他物质而含有。
RaSi(ORb)3 (5)
(Ra为具有阻聚功能的基团,Rb为碳数1~5的烷基。)
(4)如上述(2)或(3)所述的液晶取向剂,其中,上述式(5)表示的烷氧基硅烷为下述化合物。
[化4]
(5)上述(1)所述的液晶取向剂,其中,作为上述聚硅氧烷成分(A)以外的其他物质而含有的阻聚成分(B)为苯酚、儿茶酚、苯醌、氢醌、或它们的酯或醚化物或烷基化而得的受阻酚类、吩噻嗪、受阻胺、羟胺或亚硝胺。
(6)如上述(1)~(5)中任一项所述的液晶取向剂,其中,上述阻聚成分(B)相对于上述聚硅氧烷成分(A),含有0.01~20摩尔%。
(7)如上述(1)~(6)中任一项所述的液晶取向剂,其中,原料烷氧基硅烷中含有2~30摩尔%上述式(1)表示的烷氧基硅烷,含有5~70摩尔%上述式(3)表示的烷氧基硅烷。
(8)如上述(1)~(7)中任一项所述的液晶取向剂,其中,原料烷氧基硅烷还含有下述式(4)表示的烷氧基硅烷。
R3Si(OR4)3 (4)
(R3为氢原子被丙烯酰基、丙烯酰氧基、甲基丙烯酰基、甲基丙烯酰氧基或苯乙烯基所取代的碳数1~30的烷基。R4为碳数1~5的烷基。)
(9)如上述(1)~(7)中任一项所述的液晶取向剂,其中,含有由下述式(6)表示的烷氧基硅烷形成的聚硅氧烷(C)。
Si(OR15)4 (6)
(R15为碳数1~5的烷基。)
(10)如上述(1)~(8)中任一项所述的液晶取向剂,其中,聚硅氧烷成分(A)以及聚硅氧烷(C)的至少一方是使还含有的烷氧基硅烷即下述式(7)表示的烷氧基硅烷发生反应而得的聚硅氧烷。
(R13)n2Si(OR14)4-n (7)
(R13为氢原子,或者氢原子可被杂原子、卤素原子、氨基、环氧丙氧基、巯基、异氰酸酯基或脲基取代的碳数1~10的烃基。
R14为碳数1~5的烷基,n2表示0~3的整数。)
(11)一种液晶取向膜,使用上述(1)~(10)中任一项所述的液晶取向处理剂而得。
(12)一种液晶显示元件,具有上述(11)所述的液晶取向膜。
(13)如权利要求12所述的液晶显示元件,其中,具备一对上述(11)所述的液晶取向膜、和被液晶取向膜所夹持的液晶层,上述液晶取向膜在对上述液晶层施加电压的状态下接受光的照射而形成。
发明的效果
通过使用本发明的液晶取向剂,能够形成抑制光反应性的下降、进行利用光而实施的液晶取向控制、而且使液晶的响应速度提高的液晶取向膜,通过使用该液晶取向膜提供VA模式的液晶显示元件。
即,具有由本发明的液晶取向剂形成的液晶取向膜的液晶显示元件的液晶取向膜所具有的光反应性侧链的热反应得到抑制,利用光而实施的液晶取向控制和响应速度提高。此外,可扩大液晶显示元件的制造工序中的液晶取向膜的烧成余地(Margin)。如此,由本发明的液晶取向剂而得的液晶取向膜可提供具有优异响应特性的VA模式的液晶显示元件。
而且,由于本发明的液晶取向剂所含有的聚硅氧烷成分(A)与以往常用于液晶取向膜的聚酰亚胺系的材料相比较为低价,因此本发明的液晶取向剂与以往相比能够以低价进行制造,通用性高。
具体实施方式
<液晶取向剂>
本发明的液晶取向剂含有由含有下述式(1)表示的烷氧基硅烷和下述式(3)表示的烷氧基硅烷的原料烷氧基硅烷形成的聚硅氧烷成分(A)、以及阻聚成分(B)。
<聚硅氧烷成分(A)>
聚硅氧烷成分(A)(以下也称为聚硅氧烷(A)。)如上所述,是由含有下述式(1)表示的烷氧基硅烷以及下述式(3)表示的烷氧基硅烷的原料烷氧基硅烷形成的聚硅氧烷。
R1Si(OR2)3 (1)
(R1表示下述式(2)的结构,R2表示碳数1~5的烷基。)
[化5]
[化6]
上述式(2)中,Y1为单键、-(CH2)a-(a为1~15的整数)、-O-、-CH2O-、-COO-或者OCO-中的任一种。其中,从容易进行侧链结构的合成的观点考虑,优选选择单键、-(CH2)a-(a为1~15的整数)、-O-、-CH2O-或-COO-中的任一种。然后更优选选择单键、-(CH2)a-(a为1~10的整数)、-O-、-CH2O-或-COO-中的任一种。
Y2为单键、具有双键的碳数3~8的直链状或支链状的2价烃基、或者-(CR17R18)b-(b为1~15的整数,R17、R18分别独立地表示氢原子或者碳数1~3的烷基。)。其中,从进一步显著改善液晶显示元件的响应速度的观点考虑,优选-(CH2)b-(b为1~10的整数)。
Y3为单键、-(CH2)c-(c为1~15的整数)、-O-、-CH2O-、-COO-或-OCO-中的任一种。其中,从容易进行侧链结构的合成的观点考虑,优选选择单键、-(CH2)c-(c为1~15的整数)、-O-、-CH2O-、-COO-或-OCO-中的任一种。然后更优选选择单键、-(CH2)c-(c为1~10的整数)、-O-、-CH2O-、-COO-或-OCO-中的任一种。
Y4是选自单键或苯环、环己基环及杂环的2价环状基,这些环状基上的任意的氢原子可以被碳数1~3的烷基、碳数1~3的烷氧基、碳数1~3的含氟烷基、碳数1~3的含氟烷氧基或氟原子中的任一种取代。Y4还可以是选自具有类固醇骨架的碳数12~25的有机基的2价有机基。其中优选苯环、环己基环或具有类固醇骨架的碳数12~25的有机基中的任一种。
Y5是选自苯环、环己基环及杂环的2价环状基,这些环状基上的任意的氢原子可以被碳数1~3的烷基、碳数1~3的烷氧基、碳数1~3的含氟烷基、碳数1~3的含氟烷氧基或氟原子中的任一种取代。
n1为0~4的整数,优选0~2的整数。
Y6是碳数1~18的烷基、碳数1~18的含氟烷基、碳数1~18的烷氧基或碳数1~18的含氟烷氧基。其中,优选碳数1~18的烷基、碳数1~10的含氟烷基、碳数1~18的烷氧基或碳数1~10的含氟烷氧基。更优选碳数1~12的烷基或碳数1~12的烷氧基。进一步优选碳数1~9的烷基或碳数1~9的烷氧基。
上述式(1)中的R2为碳数1~5、优选1~3的烷基。更优选R2为甲基或乙基。
以下作为上述式(1)表示的烷氧基硅烷的具体例可例举式[1-1]~[1-31],但不限于此。此外,式[1-1]~[1-31]中的R2与上述式(1)中的R2为相同含义。
[化7]
[化8]
[化9]
[化10]
[化11]
[化12]
(R5为-O-、-OCH2-、-CH2O-、-COOCH2-或-CH2OCO-,R6为碳数1~22的烷基、烷氧基、含氟烷基或含氟烷氧基。)
[化13]
(R7为单键、-COO-、-OCO-、-COOCH2-、-CH2OCO-、-(CH2)nO-(n为1~5的整数)、-OCH2-或-CH2-,R8为碳数1~22的烷基、烷氧基、含氟烷基或含氟烷氧基。)
[化14]
(R9为-COO-、-OCO-、-COOCH2-、-CH2OCO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2-或-O-,R10为氟基、氰基、三氟甲基、硝基、偶氮基、甲酰基、乙酰基、乙酰氧基或羟基。)
[化15]
(R11是碳数3~12的烷基,1,4-亚环己基的顺-反异构性是分别为反式异构体。)
[化16]
(R12是碳数3~12的烷基,1,4-亚环己基的顺-反异构性是分别为反式异构体。)
[化17]
(B4为可被氟原子取代的碳数3~20的烷基。
B3为1,4-亚环己基或1,4-亚苯基。
B2为氧原子或-COO-*(这里,标有“*”的键与B3结合)。
B1为氧原子或-COO-*(这里,标有“*”的键与(CH2)a2)结合。)。
此外,a1为0或1的整数,a2为2~10的整数,a3为0或1的整数。)
上述式(1)表示的烷氧基硅烷根据所得到的聚硅氧烷(A)对溶剂的溶解性、制成液晶取向膜时的液晶取向性、预倾角特性、电压保持率、蓄积电荷等的特性,可使用1种或2种以上。此外,也可与含有碳数10~18的长链烷基的烷氧基硅烷并用。
这样的式(1)表示的烷氧基硅烷例如能够以日本专利特开昭61-286393号公报所公开的公知方法进行制造。
为了获得良好的液晶取向性,式(1)表示的烷氧基硅烷在用于获得聚硅氧烷(A)而使用的全部原料烷氧基硅烷中优选1摩尔%以上。更优选1.5摩尔%以上。进一步优选3摩尔%以上。另外,为了获得所形成的液晶取向膜的充分的固化特性,优选30摩尔%以下。更优选25摩尔%以下。
含有使用上述式(3)表示的烷氧基硅烷而形成的聚硅氧烷(A)的液晶取向剂的液晶取向膜通过施加电压而形成液晶向着所希望的方向进行倾斜取向的状态后,具有来源于该式(3)的烷氧基硅烷的环状基以及(甲基)丙烯酰基的侧链受到光照射而进行聚合反应。通过该侧链的光聚合反应,使通过施加电压而导致的液晶的倾斜取向状态固定化,在被夹持在液晶取向膜之间的液晶层中形成微小的预倾角。伴随着这样的预倾角的液晶的大致垂直取向的状态可以在本发明的VA模式的液晶显示元件中实现液晶的高速响应。
上述式(3)中的R21、R22、R23分别独立地为-OCH3、-OC2H5、-OCH(CH3)2、-OC(CH3)3、-CH3、-Ph(苯基,即-C6H5)、-Cl、-OCOCH3、-OH或-H。R21、R22、R23独立地优选-OCH3或-OC2H5。
R24表示氢原子或甲基,优选甲基。
上述式(3)中的Y21为单键、或者可含有双键的碳数1~8的直链状或支链状的烃基。Y21优选单键或碳数3~5的直链状烃基。
上述式(3)中的Y22为选自单键、-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-NH-、-N(CH3)-、-NPh-、-NHCO-、-N(CH3)CO-、-NPhCO-、-NHSO2-、-N(CH3)SO2-、-NPhSO2-、-S-、-SO2-、-NHCONH、-N(CH3)CONH-、-NPhCONH-、-NHCOO-、以及-OCONH-的连接基团。Y22优选单键。
上述式(3)中的Y23为单键、或者碳数1~8的直链状或支链状的烃基,Y23优选单键。
Y24为单键、或者碳数1~8的直链状或支链状的烃基,Y24优选单键或碳数1~3的直链状的烃基。
Y25为单键、-O-或-NZ2-。这里,Z2表示氢原子、碳数1~18的直链状或支链状的烃基、芳香族环基、或脂肪族环基。Y25优选单键、-O-或-NH-。
上述式(3)中的Cy表示选自下述的、在任意取代位置上成键的2价环状基,这些环状基上的任意的氢原子可被碳数1~3的烷基、碳数1~3的烷氧基、氰基、氟原子或氯原子所取代。Cy优选苯环、联苯环。此外,“在任意的取代位置成键的2价环状基”是指下述的环状基的2个键的位置可以是任意位置。
[化18]
其中,Z1表示可以含有芳香族环基或脂肪族环基的碳数1~18的直链状或支链状的2价烃基。
形成聚硅氧烷(A)的原料烷氧基硅烷中所含有的上述式(1)以及上述式(3)表示的烷氧基硅烷均可在2种以上。
对形成聚硅氧烷(A)时的上述式(1)表示的烷氧基硅烷以及上述式(3)表示的烷氧基硅烷的掺合比例没有特别限定。上述式(1)表示的烷氧基硅烷在用于得到聚硅氧烷(A)而使用的原料的(全部)烷氧基硅烷中,优选2~30摩尔%,特别优选3~25摩尔%。此外,上述式(3)表示的烷氧基硅烷在用于得到硅氧烷(A)而使用的原料烷氧基硅烷中,优选5~70摩尔%,更优选5~60摩尔%。
如上所述,聚硅氧烷(A)可由除了含有式(1)表示的烷氧基硅烷以及式(3)表示的烷氧基硅烷的原料烷氧基硅烷以外还含有这些以外的其他烷氧基硅烷的原料烷氧基硅烷来形成,作为该其他烷氧基硅烷,可例举下述式(4)表示的烷氧基硅烷、后述的用于导入阻聚功能的下述式(5)表示的烷氧基硅烷、及/或下述式(7)表示的烷氧基硅烷。
R3Si(OR4)3 (4)
RaSi(ORb)3 (5)
(R13)n2Si(OR14)4-n (7)
(R3、R4、Ra、Rb、R13以及R14与上述为相同含义。)
上述式(4)中的R3为氢原子被丙烯酰基、丙烯酰氧基、甲基丙烯酰基、甲基丙烯酰氧基或苯乙烯基所取代的烷基。被取代的氢原子为1个以上,优选1个。烷基的碳数优选1~30,更优选1~20,进一步优选1~10。
式(4)中的R4为碳数1~5的烷基,优选碳数1~3,更优选碳数1~2。
例举上式(4)所表示的烷氧基硅烷的具体例。例如3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基乙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基乙基三乙氧基硅烷、苯乙烯基乙基三甲氧基硅烷、苯乙烯基乙基三乙氧基硅烷、3-(N-苯乙烯基甲基-2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷。但不限于此。
上述式(4)表示的烷氧基硅烷在用于得到聚硅氧烷(A)而使用的原料烷氧基硅烷中,优选5~80摩尔%,更优选10~70摩尔%。式(4)表示的烷氧基硅烷可使用2种以上。
此外,用于得到聚硅氧烷(A)而使用的上述的下述式(5)表示的烷氧基硅烷是具有阻聚功能的烷氧基硅烷。在使用含有该式(5)的烷氧基硅烷的原料烷氧基硅烷的情况下,可制造具有作为构成部分的阻聚成分的聚硅氧烷(A)。
RaSi(ORb)3 (5)
式(5)中的Ra表示具有阻聚功能的基团,即与公知的阻聚剂具有相同的阻聚剂骨架的基团。Rb表示碳数1~5的烷基。作为Ra的优选例,可以例举受阻酚类、氢醌。
式(5)表示的烷氧基硅烷在用于得到聚硅氧烷(A)而使用的原料烷氧基硅烷中,优选1~20摩尔%,更优选2~15摩尔%。
作为式(5)表示的烷氧基硅烷的优选例,可例举下述化合物。
[化19]
此外,以改善本发明的液晶取向膜与基板的密合性、与液晶的亲和性等为目的,在原料烷氧基硅烷中含有用于得到聚硅氧烷(A)而使用的上述的下述式(7)表示的烷氧基硅烷。
为了可对聚硅氧烷赋予各种特性,式(7)表示的烷氧基硅烷可选择使用一种或多种。
下述式(7)表示的烷氧基硅烷在用于得到聚硅氧烷(A)而使用的原料烷氧基硅烷中,优选1~20摩尔%。
(R13)n2Si(OR14)4-n (7)
上述式(7)中的R13为氢原子、或碳数为1~10的有机基。作为R13的例子,可例举碳数为1~10的脂肪族烃、脂肪族环、芳香族环或杂环这样的环结构,它们可含有不饱和键、氧原子、氮原子、硫原子等杂原子等,此外,可以是直链状或支链状。碳数优选1~6。该烃基的氢原子可被卤素原子、氨基、环氧丙氧基、巯基、异氰酸酯基、脲基等取代。
式(7)中的R14为碳数1~5、优选1~3的烷基,n2表示0~3、优选0~2的整数。
以下例举上述式(7)所表示的烷氧基硅烷的具体例。例如可例举3-(2-氨基乙基氨基丙基)三甲氧基硅烷、3-(2-氨基乙基氨基丙基)三乙氧基硅烷、2-氨基乙基氨基甲基三甲氧基硅烷、2-(2-氨基乙基硫代乙基)三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、巯基甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、氯丙基三乙氧基硅烷、溴丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3―氨基丙基二甲基乙氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、γ-脲基丙基三乙氧基硅烷、γ-脲基丙基三甲氧基硅烷、γ-脲基丙基三丙氧基硅烷等。但并不局限于这些例子。
在式(7)所表示的烷氧基硅烷中,n2为0的烷氧基硅烷是四烷氧基硅烷。四烷氧基硅烷因为容易与上述式(1)、式(3)、式(4)以及式(5)表示的烷氧基硅烷进行缩聚反应,因此对于获得聚硅氧烷(A)是优选的。
作为式(7)中n2为0的烷氧基硅烷,更优选四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷或四丁氧基硅烷,特别优选四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷。
式(7)中,n2为1~3的式(7)表示的烷氧基硅烷在用于得到聚硅氧烷(A)而使用的原料烷氧基硅烷中,优选1~20摩尔%,特别优选1~10摩尔%。此外,n2为0的式(7)表示的烷氧基硅烷在用于得到聚硅氧烷(A)而使用的原料烷氧基硅烷中,优选1~50摩尔%,更优选5~40摩尔%。
<阻聚成分(B)>
本发明的液晶取向剂含有用于抑制聚硅氧烷成分(A)的光反应性侧链的热反应的阻聚成分(B)。阻聚成分(B)可在由本发明的液晶取向剂形成的液晶取向膜中导入阻聚功能。阻聚成分(B)是使聚合延迟或停滞化合物,在本发明中是使液晶取向膜中所含有的光反应性侧链的热反应延迟或停滞的物质。
该阻聚成分(B)如上所述,可在液晶取向剂中作为聚硅氧烷成分(A)的构成部分而含有。即,阻聚成分(B)与形成聚硅氧烷成分(A)时赋予阻聚功能的上述式(5)的烷氧基硅烷并用,作为聚硅氧烷(A)的构成部位而含有。
此外,本发明中,阻聚成分(B)还可作为聚硅氧烷成分(A)以外的其他成分、即作为聚硅氧烷成分(A)以外的其他物质的阻聚剂而在液晶取向剂中含有。
该阻聚剂只要具备上述阻聚功能,则对其分子结构等没有特别限定。
在液晶取向膜中所含有的光反应性侧链的反应为自由基反应的情况下(?),作为阻聚剂,可例举苯酚、儿茶酚、苯醌、氢醌、或它们的酯或醚化物或烷基化而得的受阻酚类,吩噻嗪,受阻胺类,TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶-氧基)等羟胺类,亚硝胺类。
作为阻聚剂的优选例,例如也可例举下述化合物。
[化20]
此外,作为阻聚剂,可将具有上述阻聚功能的式(5)的烷氧基硅烷在液晶取向剂中直接作为单体而含有,或作为含有式(5)的烷氧基硅烷的由式(5)的烷氧基硅烷而得的聚硅氧烷而含有。在该情况下,式(5)的烷氧基硅烷与上述阻聚剂起相同的作用,或者可以通过形成液晶取向剂的涂膜后的加热、烧成,与例如聚硅氧烷(A)等其他聚硅氧烷成分发生聚合反应,赋予液晶取向膜以阻聚功能。
本发明中,液晶取向剂中的上述阻聚剂的含量、包括来源于式(5)的烷氧基硅烷的情况在内,相对于聚硅氧烷成分(A)优选0.01~20摩尔%,更优选2~10摩尔%。
<聚硅氧烷成分(C)>
本发明的液晶取向剂在聚硅氧烷成分(A)以及阻聚成分(B)以外,还可以含有其他聚硅氧烷成分(C)(以下也称为聚硅氧烷(C)。)。
作为聚硅氧烷(C),可例举使含有下述式(6)表示的烷氧基硅烷的原料烷氧基硅烷进行反应而得的聚硅氧烷。
作为聚硅氧烷(C)的原料的聚硅氧烷优选含有式(6)表示的烷氧基硅烷20~100摩尔%,进一步优选含有50~100%。
Si(OR15)4 (6)
其中,上述式(6)中,R15表示碳数1~5的烷基。
上式(6)表示的烷氧基硅烷优选四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷或四丁氧基硅烷,特别优选四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷。
此外,聚硅氧烷(C)也可以是使在式(6)表示的烷氧基硅烷以外还含有式(8)表示的烷氧基硅烷的烷氧基硅烷进行反应而得的聚硅氧烷。
含有使含有式(8)表示的烷氧基硅烷的烷氧基硅烷进行反应而得的聚硅氧烷(C)的液晶取向剂由于能够形成垂直取向力高的液晶取向膜而特别优选。
R16Si(OR17)3 (8)
上述式(8)中的R16为碳数1~5的烷基。烷基的碳数优选1~4,更优选1~3。
式(8)中的R17为碳数1~5的烷基,优选碳数1~3,特别优选碳数1~2。
若例举式(8)表示的烷氧基硅烷的具体例,则例如有甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正丙基三乙氧基硅烷等。但并不局限于这些例子。
此外,聚硅氧烷(C)也可以是使在上述式(6)表示的烷氧基硅烷以外还含有上述式(4)表示的烷氧基硅烷的烷氧基硅烷进行反应而得的聚硅氧烷。
聚硅氧烷(C)中,式(4)表示的烷氧基硅烷的含量优选是适合于实现本发明的液晶取向膜所希望的液晶的垂直取向状态、同时进一步提高液晶的响应速度的量。即,式(4)表示的烷氧基硅烷的含量在聚硅氧烷(C)的原料烷氧基硅烷中,优选10摩尔%以上,更优选20摩尔%以上,特别优选30摩尔%以上。另外,为了使形成的液晶取向膜充分固化,优选75摩尔%以下。
聚硅氧烷(C)也可以是使在上述式(6)表示的烷氧基硅烷以外还含有上述式(5)表示的烷氧基硅烷的烷氧基硅烷进行反应而得的聚硅氧烷。
进一步,以赋予与基板的密合性、与液晶的亲和性等各种特性为目的,在不损害本发明的效果的范围内,聚硅氧烷(C)还可以是使上述式(7)表示的烷氧基硅烷反应而得的聚硅氧烷。
式(7)表示的烷氧基硅烷的含量在聚硅氧烷(C)的原料烷氧基硅烷中,优选1~20摩尔%,更优选1~10摩尔%。在作为聚硅氧烷(C)的原料使用的情况下,上述式(4)、式(5)、式(6)、式(7)、以及式(8)表示的烷氧基硅烷均可为2种以上。
对含有聚硅氧烷成分(A)、和聚硅氧烷成分(C)等其他聚硅氧烷的液晶取向剂的聚硅氧烷的掺合比例没有特别限定,相对于液晶取向剂所含有的全部聚硅氧烷量,聚硅氧烷成分(A)优选10质量%以上,更优选50~90质量%。而且,聚硅氧烷成分(C)等以质量比计,优选聚硅氧烷成分(A)∶聚硅氧烷成分(C)=10∶90~50∶50,更优选50∶50~90∶10。
<聚硅氧烷的制造方法>
对得到作为本发明的液晶取向剂的成分的聚硅氧烷成分(A)以及阻聚成分(C)等的方法没有特别限定,只要使烷氧基硅烷发生反应即可。
例如,聚硅氧烷成分(A)的制造中,可通过使含有上述式(1)表示的烷氧基硅烷以及上述式(3)表示的烷氧基硅烷的烷氧基硅烷在有机溶剂中进行反应(缩聚反应)而得。通常,聚硅氧烷可作为将这样的烷氧基硅烷缩聚后均匀地溶解于有机溶剂中而成的溶液获得。
此外,作为聚硅氧烷(A)的形成中所使用的烷氧基硅烷,在使用上述式(1)以及上述式(3)表示的烷氧基硅烷的同时使用例如上述式(4)表示的烷氧基硅烷、上述(5)表示的烷氧基硅烷、及/或上述(7)表示的烷氧基硅烷制造聚硅氧烷(A)的情况下,可使该烷氧基硅烷与上述相同地进行反应。
作为为了得到聚硅氧烷(A)等聚硅氧烷而对烷氧基硅烷进行缩聚的具体方法,可例举例如将所含有的烷氧基硅烷在醇或二醇等溶剂中进行水解、缩合的方法。此时,水解、缩和反应可以是部分水解和完全水解中的任一种。完全水解的情况下,理论上加入烷氧基硅烷的全部烷氧基的0.5倍摩尔的水即可,但通常优选加入超过0.5倍摩尔的水。
本发明中,上述反应中所使用的水的量可根据需要适当选择,通常优选烷氧基硅烷所含有的烷氧基硅烷中的全部烷氧基的0.5~2.5倍摩尔,更优选为0.5~2倍摩尔。
此外,以促进烷氧基硅烷的水解、缩合反应为目的,通常可使用盐酸、硫酸、硝酸、乙酸、甲酸、草酸、马来酸、富马酸等酸,氨、甲胺、乙胺、乙醇胺、三乙胺等碱,盐酸、硫酸、硝酸等的金属盐等催化剂。此外,一般还通过对溶解了烷氧基硅烷的溶液进行加热来进一步促进水解、缩合反应。此时,加热温度及加热时间可以根据需要适当选择。例如,除了在50℃下加热、搅拌24小时的方法以外,还可例举在回流下加热、搅拌1小时等方法。
此外,作为其它方法,可例举例如加热烷氧基硅烷、溶剂及草酸的混合物来进行缩聚的方法。具体来说,是预先在醇中加入草酸而形成草酸的醇溶液后,在加热该溶液的状态下混入烷氧基硅烷的方法。此时,所使用的草酸的量相对于烷氧基硅烷所含有的烷氧基硅烷所具有的全部烷氧基1摩尔,优选0.2~2摩尔,更优选0.5~2摩尔。该方法中的加热,可以在液温50℃~180℃下进行。优选以不发生溶剂等的挥发成分的蒸发、挥散等为条件,在回流下加热几十分钟~十几小时的方法。
本发明中,在得到聚硅氧烷时,使用多种烷氧基硅烷作为原料烷氧基硅烷,但可以将各个烷氧基硅烷作为预先混合而成的混合物来进行混合,也可以将多种烷氧基硅烷依次进行混合。即,对使烷氧基硅烷发生反应的顺序没有限定,也可以是例如使烷氧基硅烷一次性发生反应,
此外,还可以在使一部分烷氧基硅烷发生反应后,添加其他烷氧基硅烷而使其反应。具体而言,例如,为了形成聚硅氧烷(A),可以将上述式(1)表示的烷氧基硅烷、上述式(3)表示的烷氧基硅烷和上述式(4)表示的烷氧基硅烷混合而使其进行缩聚反应,也可以在使上述式(1)表示的烷氧基硅烷和上述式(4)表示的烷氧基硅烷进行缩聚反应后添加上述式(3)表示的烷氧基硅烷而使其反应。
同样地,例如,为了形成聚硅氧烷(A),可以将上述式(1)表示的烷氧基硅烷、上述式(3)表示的烷氧基硅烷和上述式(5)表示的烷氧基硅烷混合而使其进行缩聚反应,也可以在使上述式(1)表示的烷氧基硅烷和上述式(5)表示的烷氧基硅烷进行缩聚反应后添加上述式(3)表示的烷氧基硅烷而使其反应。
原料烷氧基硅烷进行缩聚时所用的溶剂(以下也称为“聚合溶剂”)只要是溶解烷氧基硅烷的溶剂则没有特别的限定。此外,即使是烷氧基硅烷不溶解的情况,只要在进行烷氧基硅烷的缩聚反应的同时能够溶解即可。通常,由烷氧基硅烷的缩聚反应而生成醇,因此可使用醇类、二醇类、二醇醚类或与醇类相溶性良好的有机溶剂。
作为这样的聚合溶剂的具体例,可例举甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、双丙酮醇等醇类;乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇、己二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,2-戊二醇、1,3-戊二醇、1,4-戊二醇、1,5-戊二醇、2,4-戊二醇、2,3-戊二醇、1,6-己二醇等二醇类;乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丙醚、乙二醇单丁醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇二丙醚、乙二醇二丁醚、二甘醇单甲醚、二甘醇单乙醚、二甘醇单丙醚、二甘醇单丁醚、二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚、二甘醇二丙醚、二甘醇二丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单丙醚、丙二醇单丁醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚、丙二醇二丙醚、丙二醇二丁醚等二醇醚类;N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、γ-丁内酯、二甲亚砜、四甲基脲、六甲基磷酰三胺、间甲酚等。
本发明中也可将多种上述聚合溶剂混合使用。
对于由上述方法制得的聚硅氧烷的聚合溶液(以下也称为聚合溶液),将作为原料投入的全部原料烷氧基硅烷的硅原子换算成SiO2的浓度(以下称为SiO2换算浓度)较好为20质量%以下,更好是5~15质量%。通过在该浓度范围内选择任意的浓度,可抑制凝胶的生成,得到均质的溶液。
<其他成分>
本发明的液晶取向剂中,在不损害本发明效果的前提下,可以在聚硅氧烷成分(A)以及阻聚成分(B)以外,还含有例如无机微粒、金属氧烷(metalloxane)低聚物、金属氧烷聚合物、均化剂、表面活性剂等成分。
作为无机微粒,优选二氧化硅微粒、氧化铝微粒、二氧化钛微粒、氟化镁微粒等微粒,特别优选胶体溶液的状态。该胶体溶液可以是将无机微粒分散于分解介质而得的溶液,也可以是市售品的胶体溶液。
本发明的液晶取向剂中,通过含有无机微粒,可赋予所形成的固化被膜(液晶取向膜)以表面形状或其它功能。
作为无机微粒,其平均粒径优选0.001~0.2μm,更优选0.001~0.1μm。无机微粒的平均粒径超过0.2μm时,有时候使用所配制的涂布液而形成的固化被膜的透明性降低。
作为无机微粒的分散介质,可例举水和有机溶剂。从被膜形成用涂布液的稳定性的观点考虑,胶体溶液的pH值或pKa值优选调整至1~10。更优选2~7。
作为用于胶体溶液的分散介质的有机溶剂,可例举甲醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、二甘醇、二丙二醇、乙二醇单丙醚等醇类;甲乙酮、甲基异丁酮等酮类;甲苯、二甲苯等芳烃类;二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等酰胺类;乙酸乙酯、乙酸丁酯、γ-丁内酯等酯类;四氢呋喃、1,4-二烷等醚类。其中,优选醇类、酮类。这些有机溶剂可以单独或2种以上混合后用作分散介质。
作为能够作为其他任意成分使用的金属氧烷低聚物和金属氧烷聚合物,可以使用硅、钛、铝、钽、锑、铋、锡、铟、锌等的单独或复合氧化物前体。作为金属氧烷低聚物和金属氧烷聚合物,可以是市售品,也可以由金属醇盐、硝酸盐、盐酸盐、羧酸盐等单体通过水解等常用方法制得。
作为市售品的金属氧烷低聚物和金属氧烷聚合物的具体例可例举可儿康公司(コルコート社)制硅酸甲酯51(メチルシリケート51)、硅酸甲酯53A(メチルシリケート53A)、硅酸乙酯40(エチルシリケート40)、硅酸乙酯48(エチルシリケート48)、EMS-485、SS-101等硅氧烷低聚物或硅氧烷聚合物;关东化学株式会社(関東化学社)制的正丁氧基钛四聚物等钛氧烷低聚物。这些可以单独使用或2种以上混合使用。
此外,作为其他任意成分,可使用能够使用的均化剂、表面活性剂等公知的物质,特别是市售商品因容易获得而优选。
此外,本发明的液晶取向剂中,添加上述其他任意成分的方法可以是与聚硅氧烷(A)同时添加,也可以在其后添加,没有特别限定。
<液晶取向剂的制备>
本发明的液晶取向剂是在上述聚硅氧烷成分(A)以及阻聚成分(B)以外根据需要含有聚硅氧烷成分(C)或其他成分的液体。本发明的液晶取向剂优选是上述的各个成分均匀混合而成的状态。
例如,可以在通过上述方法而得的聚硅氧烷的聚合溶液等反应液中添加阻聚剂来制成液晶取向剂,也可以将通过上述方法而得的聚硅氧烷的聚合溶液等反应液根据需要进行浓缩、或加入溶剂进行稀释、或置换为其他溶剂后在其中添加阻聚剂来制成液晶取向剂。此时,作为溶剂可以使用选自上述聚硅氧烷的聚合溶剂以及添加溶剂的溶剂。
液晶取向剂中的溶剂只要能够合适、均匀地溶解聚硅氧烷成分(A)以及阻聚成分(B)则没有特别的限定,可以任意地选用一种或多种。
作为这样的溶剂的具体例,可例举丙酮、甲乙酮、甲基异丁酮等酮类,乙酸甲酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯等酯类。这些溶剂可以调节液晶取向剂的粘度,或者提高通过旋涂、柔版印刷、喷墨等将液晶取向剂涂布于基板上时的涂布性。
液晶取向剂中的含有聚硅氧烷(A)的聚硅氧烷的含量以SiO2换算浓度计,优选0.5~15质量%,更优选1~6质量%。如果在上述的SiO2换算浓度的范围内,则易于通过一次涂布即获得所希望的膜厚,易获得充足的溶液适用期(可使用时间)。
此外,通过使用选自上述聚硅氧烷的聚合溶剂以及添加的溶剂的溶剂,可调整液晶取向剂中的聚硅氧烷的含量。
<液晶取向膜>
本发明的液晶取向剂由于含有上述聚硅氧烷成分(A)以及阻聚成分(B),得到的液晶取向膜可抑制所含有的侧链的光照射前的反应,抑制光反应性的下降,实现利用光而实施的液晶取向控制和响应速度的提高。
本发明中,还可以将例如将本发明的液晶取向剂涂布在基板上形成涂膜后根据需要将其干燥,之后进行加热、烧成而得的固化膜作为液晶取向膜使用。
也可以对该固化膜进行取向处理,具体而言进行摩擦、或者照射偏振光或特定波长的光等、或者进行离子束等的处理等后使用。
进而,在液晶充填后的液晶显示元件中,在对夹持在液晶取向膜之间的液晶层施加电压的状态下例如照射UV等光来实现液晶的所希望的取向控制。
作为涂布液晶取向剂的基板,只要是透明性高的基板则没有特别限定,优选在基板上形成有用于驱动液晶的透明电极的基板。
作为具体例,在玻璃板以外,可例举聚碳酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚醚砜、聚芳酯、聚氨酯、聚砜、聚醚、聚醚酮、三甲基戊烯、聚烯烃、聚对苯二甲酸乙二酯、(甲基)丙烯腈、三乙酰纤维素、二乙酰纤维素、乙酸丁酸纤维素等塑料板,或在其上形成有透明电极的基板等。
作为液晶取向剂的涂布方法,可例举旋涂法、印刷法、喷墨法、喷雾法、辊涂法等,但从生产性方面考虑,工业上广泛使用转印印刷法,该方法也适合用于本发明。
涂布液晶取向剂后的涂膜的干燥工序虽然并不是必需的,但在涂布后至烧成的这段时间对每一块基板而言都不固定或涂布后不立即进行烧成的情况下,最好是包含干燥工序。该干燥可在涂膜形状不会因基板的搬运等而变形的程度下去除溶剂,对该干燥手段没有特别的限定。可例举例如在温度40~150℃、优选60~100℃的加热板上干燥0.5~30分钟、优选1~5分钟的方法。
用上述方法涂布液晶取向剂所形成的涂膜可以进行烧成而制成固化膜。此时,烧成温度通常可以在100~350℃下进行,优选140~300℃,更优选150~230℃,进一步优选160℃~220℃。烧成时间通常可以5~240分钟进行烧成。优选10~90分钟,更优选20~80分钟。加热通常可以使用公知的方法,例如加热板、热风循环炉、IR炉、带式路等进行。
液晶取向膜中的来源于聚硅氧烷成分(A)等的聚硅氧烷通常在加热、烧成工序中进一步进行缩聚。但是,本发明中,在不损害本发明效果的范围内,不需要实现完全缩聚。其中,优选以不易受到液晶显示元件制造过程中必需的密封剂固化等热处理工序中的加热的影响为条件、例如以高于密封剂的固化温度10℃以上的温度进行烧成。
作为固化膜而得的液晶取向膜的厚度可根据需要进行选择,优选5nm以上,更优选10nm以上。在其膜厚为10μm以上的情况下,由于容易得到液晶显示元件的可靠性而优选。此外,液晶取向膜的厚度优选300nm以下,更优选150nm以下。在其膜厚在150nm以下时,液晶显示元件的耗电不会过大,所以是优选的。
<液晶显示元件>
本发明的液晶显示元件具备一对本发明的液晶取向膜和被该液晶取向膜夹持的液晶层。本发明中液晶取向膜优选在对液晶层施加电压的状态下接受光的照射而形成。
本发明的液晶显示元件可以通过上述方法在基板上形成液晶取向膜后,适当采用公知的方法进行制造。
作为液晶显示元件的制作方法的一例,优选将形成了本发明的液晶取向膜的一对基板夹着间隔物,用密封剂固定,注入液晶后密封的方法。此时,所使用的间隔物的大小通常为1~30μm,优选2~10μm。
注入液晶的方法没有特别限定,可例举将制成的液晶晶胞内减压后注入液晶的真空法、滴加液晶后进行密封的滴加法等。
得到导入了液晶而在一对液晶取向膜间之间夹持液晶层的状态的液晶显示元件后,在该液晶显示元件中实施例如为UV的光的照射。该光照射在对夹持液晶层的两侧基板的电极之间施加电压的状态、即液晶向一致的方向倾斜取向的状态下进行。
本发明的液晶显示元件的制造中,通过在对两侧基板的电极之间施加电压的状态下进行UV照射,液晶取向膜中的具有例如丙烯酰基或甲基丙烯酰基等而成的光反应性侧链在与倾斜取向的液晶接触的状态下进行例如聚合反应。通过这样的侧链的聚合,液晶取向膜一边与一部分附近的液晶相互作用一边进行交联,其结果是,液晶显示元件中,液晶向规定的方向形成预倾角,形成大致垂直取向的所希望的液晶的取向状态。
本发明的液晶显示元件中,液晶层的一部分形成了所希望的极小的预倾角,液晶的响应速度提高。
这里,电极之间施加的电压为5~50Vp-p,优选5~30Vp-p。光的照射量在使用UV光时为1~60J,优选40J以下。光照射量少可以抑制构成液晶显示器的构件的光劣化导致的可靠性下降,且由于光照射时间减少而可加快制造节奏(tact)。
作为用于液晶显示元件的基板,只要是透明性高的基板则没有特别限定,通常是在基板上形成有用于驱动液晶的透明电极的基板。具体而言与上述基板相同。本发明中,还可以使用形成有现有已知的称为PVA或MVA的电极图案或突起图案的基板。
此外,本发明的液晶显示元件与PSA方式的液晶显示器相同,在使用一侧基板上形成有1~10μm的线状/狭缝电极图案、在对向基板上未形成狭缝图案或突起图案的结构的基板时也能够工作,通过这样简单的结构,能够简化制造时的工艺,能够获得高透射率。
此外,在有源矩阵型液晶显示元件这样的高功能液晶显示元件中,可使用在用于液晶驱动的电极和基板间形成有晶体管元件(薄膜晶体管(TFT))的基板。
透射型液晶显示元件的情况下,通常使用如上所述的光透射性基板,但在反射型的液晶显示元件中,也可仅在单侧的基板上使用对光进行反射的铝这样的材料,还可以使用硅晶片等不透明基板。
具有本发明的液晶取向膜而构成的液晶显示元件的响应特性优异,显示品质也优异,可合适地用于大画面的液晶电视等。
实施例
以下,例举实施例对本发明进行更具体的说明。此外,本发明不应被解释为局限于此。另外,合成例、实施例等中所使用的主要化合物及其简称等如下。
(原料烷氧基硅烷)
TEOS:四乙氧基硅烷
MPMS:3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
VTMS:三甲氧基乙烯基硅烷
GPS:γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷
UPS:3-脲基丙基三乙氧基硅烷
SMA:下述式表示的化合物
[化21]
(阻聚剂)
SMB:下述式表示的化合物
[化22]
3BHT:2,4,6-三(3’5’-二叔丁基-4’-羟基苄基)均三甲苯
(溶剂)
HG:2-甲基-2,4-戊二醇(别名:己二醇)
BCS:2-丁氧基乙醇
PB:丙二醇单丁醚
<参考例(含有阻聚剂骨架的烷氧基硅烷的合成例>
[化23]
(化合物2的合成)
在具备磁力搅拌器的300ml四口烧瓶中,加入化合物1(11.86g)、甲苯(118.60g),在50℃搅拌下加入亚硫酰氯(11.27g),搅拌3小时。接着,通过减压浓缩从反应液中馏去甲苯和亚硫酰氯后,在室温下加入己烷(20.08g),搅拌1小时。接着,将析出的结晶进行减压抽滤后,进行减压干燥,得到化合物2(8.98g)(收率:71%,性状:淡黄色固体)。
1H-NMR(400MHz)in CDCl3:1.47ppm(s,18H),5.97ppm(s,1H),7.98ppm(s,2H)
(化合物3的合成)
在具备磁力搅拌器的100ml四口烧瓶中,加入化合物2(3.00g)、甲苯(30.00g),在冰浴(5℃)中搅拌下滴加将氨基丙基三甲氧基硅烷(2.21g)溶解在甲苯(12.00g)中而得的溶液。再滴加三乙胺(1.24g),搅拌3小时。接着,向反应液中加入乙酸乙酯(120g)后,用纯水(120g)清洗有机相3次。再用硫酸钠对有机相进行脱水处理后,浓缩干燥,得到化合物3(3.97g)(收率:87%,性状:黄色油状)
1H-NMR(400MHz)in CDCl3:0.70-0.75ppm(m,2H),1.46ppm(s,18H),1.71-1.77ppm(m,2H),3.44ppm(q,J=6.4Hz,2H),3.57ppm(s,9H),5.53ppm(s,1H),6.23-6.32ppm(m,1H),7.60ppm(s,2H)
[化24]
(化合物5的合成)
在具备磁力搅拌器的500ml四口烧瓶中,加入化合物4(31.64g)、甲苯(316.4g),在60℃搅拌下加入亚硫酰氯(31.85g),搅拌2小时。接着,通过减压浓缩从反应液中馏去甲苯和亚硫酰氯,得到化合物5(34.09g)(收率:100%,性状:橙色油状)。
1H-NMR(400MHz)in CDCl3:1.44ppm(s,18H),4.56ppm(s,2H),5.29ppm(s,1H),7.19ppm(s,2H)
(化合物6的合成)
在具备磁力搅拌器的500ml四口烧瓶中,加入化合物5(34.09g)、乙腈(204.54g),在冰浴(5℃)中搅拌下滴加巯基丙基三甲氧基硅烷(26.27g)。再滴加三乙胺(14.22g),搅拌2小时。接着,对反应液中析出的盐进行减压抽滤,向滤液中加入乙酸乙酯(200g)后,用纯水(200g)清洗有机相3次。再用硫酸钠对有机相进行脱水处理后,浓缩干燥,得到化合物6的粗产物(55.43g)(收率:100%,性状:红色油状)。接着,将该粗产物(15.06g)投入Kugelrohr蒸馏仪中,在外温:215~240℃、压力:0.6torr的条件下进行减压蒸馏,得到化合物6(6.11g)(收率:41%,性状:黄色油状)。
1H-NMR(400MHz)in CDCl3:0.71-0.76ppm(m,2H),1.43ppm(s,18H),1.65-1.74ppm(m,2H),2.46-2.51ppm(m,2H),3.56ppm(s,9H),3.65ppm(s,2H),5.13ppm(s,1H),7.09ppm(s,2H)
<合成例1>
在装有温度计以及回流管的100ml的四口反应烧瓶中,混合8.10g的HG、2.70g的BCS、5.21g的TEOS、3.75g的SMA、1.24g的VTMS以及9.94g的MPMS,制备原料烷氧基硅烷单体溶液。在室温下,向该溶液中用30分钟滴下预先由4.05g的HG、1.35g的BCS、4.5g的水及0.6g作为催化剂的草酸混合而成的溶液,再于室温下搅拌30分钟。之后,使用油浴加热,使其回流30分钟后,加入预先混合的0.24g的UPS含量为92质量%的甲醇溶液、0.14g的HG以及0.05g的BCS的混合液。进一步,30分钟回流后进行放冷,得到以SiO2换算浓度为12重量%的聚硅氧烷溶液。
混合41.7g得到的硅氧烷溶液、25.12g的HG、14.58g的BCS、以及18.63g的PB,得到以SiO2换算浓度计为5重量%的液晶取向剂[S1]。
在20g得到的液晶取向剂[S1]中,溶解0.31g的3BHT(相对于MPMS为5摩尔%)得到液晶取向剂[S2]。此外,3BHT是作为阻聚剂而添加在液晶取向剂[S2]中的阻聚成分。液晶取向剂[S1]中,未添加3BHT以外的阻聚成分。
接着,在带有温度计以及回流管的50mL四口反应烧瓶中,将17g液晶取向剂[S1]、以及预先将0.34g的SMB、0.33g的HG、0.17g的BCS、以及0.17g的PB溶解而得的溶液0.38g(相对于MPMS为5摩尔%)进行混合,在油浴中以60℃加热、搅拌15分钟后,进行放冷,得到以SiO2换算浓度计为5重量%的液晶取向剂[S3]。此外,这里所使用的SMB是作为阻聚剂而添加在液晶取向剂[S3]中的阻聚成分。
<合成例2>
在装有温度计以及回流管的100ml的四口反应烧瓶中,混合8.10g的HG、2.70g的BCS、5.21g的TEOS、3.75g的SMA、1.24g的VTMS以及9.94g的MPMS,制备原料烷氧基硅烷单体溶液。在室温下,向该溶液中用30分钟滴下预先由4.05g的HG、1.35g的BCS、4.5g的水及0.6g作为催化剂的草酸混合而成的溶液,再在室温下搅拌30分钟。之后,使用油浴加热,使其回流30分钟后,加入预先混合的0.24g的UPS含量为92质量%的甲醇溶液、0.14g的HG以及0.05g的BCS的混合液。进一步,30分钟回流后进行放冷,得到以SiO2换算浓度为12重量%的聚硅氧烷溶液。
混合41.7g得到的聚硅氧烷溶液、25.12g的HG、14.58g的BCS、以及18.63g的PB,得到以SiO2换算浓度计为5重量%的液晶取向剂[S4]。
在得到的液晶取向剂[S4]的10.80g中,溶解0.16g的3BHT(相对于MPMS为5摩尔%)得到液晶取向剂[S5]。
接着,在带有温度计以及回流管的50mL四口反应烧瓶中,将17g液晶取向剂[S4]、以及预先将0.34g的SMB、0.33g的HG、0.17g的BCS、以及0.17g的PB溶解而得的溶液0.38g(相对于MPMS为5摩尔%)进行混合,在油浴中以60℃加热、搅拌15分钟后,进行放冷,得到以SiO2换算浓度计为5重量%的液晶取向剂[S6]。
接着,在装有温度计以及回流管的100ml的四口反应烧瓶中,混合9.67g的HG、3.22g的BCS、16.84g的TEOS以及0.68g的SMA,制备原料烷氧基硅烷单体溶液。在室温下,向该溶液中用30分钟滴下预先由4.83g的HG、1.61g的BCS、4.5g的水及0.08g作为催化剂的草酸混合而成的溶液,再在室温下搅拌30分钟。之后,使用油浴加热,使其回流30分钟后,加入预先混合的0.24g的UPS含量为92质量%的甲醇溶液、0.14g的HG以及0.05g的BCS的混合液。进一步,30分钟回流后进行放冷,得到以SiO2换算浓度为12重量%的聚硅氧烷溶液。
混合41.7g得到的聚硅氧烷溶液、24.33g的HG、14.58g的BCS、以及19.42g的PB,得到以SiO2换算浓度计为5重量%的液晶取向剂[U1]。
接着,在带有温度计以及回流管的100mL四口反应烧瓶中,将90g液晶取向剂[U1]、以及预先将19.69g的GPS、40.15g的HG、20.08g的BCS、以及20.08g的PB溶解而得的溶液10g(相对于整体SiO2浓度为10摩尔%)进行混合,在油浴中以60℃加热、搅拌15分钟后,进行放冷,得到以SiO2换算浓度计为5重量%的液晶取向剂[U3]。
接着,将3.24g作为第一成分的液晶取向剂[S4]、7.56g作为第二成分的液晶取向剂[U2]、3.2g的HG、1.07g的BCS、以及4.93g的PB混合,得到液晶取向剂[L1]。
此外,将3.24g作为第一成分的液晶取向剂[S5]、7.56g作为第二成分的液晶取向剂[U2]、3.2g的HG、1.07g的BCS、以及4.93g的PB混合,得到液晶取向剂[L2]。
此外,将3.24g作为第一成分的上述液晶取向剂[S6]、7.56g作为第二成分的液晶取向剂[U2]、3.2g的HG、1.07g的BCS、以及4.93g的PB混合,得到液晶取向剂[L3]。液晶取向剂[L3]是将SMB作为阻聚成分,另外含有其他聚硅氧烷成分的液晶取向剂。
<合成例3>
在装有温度计以及回流管的100ml的四口反应烧瓶中,混合8.03g的HG、2.68g的BCS、5.48g的TEOS、4.09g的SMA、1.24g的VTMS、9.32g的MPMS以及0.15g的SMB(相对于MPMS为1摩尔%),制备原料烷氧基硅烷单体溶液。在室温下,向该溶液中用30分钟滴下预先由4.01g的HG、1.34g的BCS、4.5g的水及0.6g作为催化剂的草酸混合而成的溶液,再在室温下搅拌30分钟。之后,使用油浴加热,使其回流30分钟后,加入预先混合的0.24g的UPS含量为92质量%的甲醇溶液、0.14g的HG以及0.05g的BCS的混合液。进一步,30分钟回流后进行放冷,得到以SiO2换算浓度为12重量%的聚硅氧烷溶液。
此外,SMB是用于形成作为构成液晶取向膜的聚硅氧烷的一部分的阻聚成分而添加的烷氧基硅烷单体。得到的聚硅氧烷溶液中的聚硅氧烷通过SMB与其他烷氧基硅烷单体进行共聚而形成。
混合41.7g得到的聚硅氧烷溶液、25.15g的HG、14.58g的BCS、以及18.6g的PB,得到以SiO2换算浓度计为5重量%的液晶取向剂[S7]。
接着,将3.24g作为第一成分的得到的液晶取向剂[S7]、7.56g作为第二成分的液晶取向剂[U2]、3.2g的HG、1.07g的BCS、以及4.93g的PB混合,得到液晶取向剂[L4]。
<实施例1>
将合成例1得到的液晶取向剂[S2]以1500rpm旋涂在30mm×30mm大小的Cr基板上,用80℃的加热板预干燥90秒钟后,用200℃的热风循环式炉进行30分钟正式烧成,形成液晶取向膜。测定得到的液晶取向膜中的IR(ATR(衰减全反射attenuated total reflection)),根据得到的图谱算出液晶取向膜中的C=C键的残存率(以下称为C=C残存率。)。结果示于表1。
此外,C=C残存率的计算通过以下示出的方法进行。
[C=C残存率的计算]
根据分辨率4.0、扫描次数64次的条件下的IR图谱,将1511cm-1附近的来源于Ph(苯基)的峰强度作为基准,算出1633cm-1附近的来源于C=C键的峰强度的比例(C=C峰强度比)。将仅进行了预干燥的涂膜的C=C峰强度比(在后述的表1中标记为“预干燥后”。)作为100,算出正式烧成后的液晶取向膜的C=C的残存率(在后述的表1中标记为“正式干燥后”。)。
<实施例2>
除了将液晶取向剂[S2]变更为液晶取向剂[S3]以外,以与实施例1相同的方式制作液晶取向膜,进行ATR测定,算出C=C的残存率,结果示于表1。
<比较例1>
除了将液晶取向剂[S2]变更为液晶取向剂[S1]以外,以与实施例1相同的方式制作液晶取向膜,进行ATR测定,算出C=C的残存率,结果示于表1。
[表1]
如表1所示,可知在没有导入阻聚成分的比较例1的液晶取向膜中,正式烧成后的C=C的残存率为25%,在液晶取向膜中仅残留极少量的C=C键。另一方面,在导入了阻聚成分的实施例1以及实施例2的液晶取向膜中,正式烧成后的C=C的残存率为80%以上,液晶取向膜中残存大量的C=C。因此,可知通过在液晶取向剂中导入阻聚成分,能够抑制烧成中的液晶取向膜的C=C键的聚合(消失)。
<实施例3>
使用合成例2中所得的液晶取向剂[L2],旋涂于像素尺寸为100μm×300μm、形成有线宽/间距分别为5μm的ITO电极图案的ITO电极基板的ITO面上。接着,用80℃的加热板进行90秒预干燥后,用200℃的热风循环式炉正式烧成30分钟,形成膜厚100nm的液晶取向膜。
接着,使用合成例2中得到的液晶取向处理剂[L2],旋涂于具有未形成电极图案的整体状(日文:ベタ状)ITO电极的ITO电极基板的ITO面上。接着,用80℃的加热板进行90秒预干燥后,与上述形成有ITO电极图案的ITO电极基板的情况相同,用200℃的热风循环式炉正式烧成30分钟,形成膜厚100nm的液晶取向膜。使用2块这样的基板,在其中一块基板的液晶取向膜面上散布4μm的珠状间隔物后,从其上印刷密封剂。接着,将另一块基板的液晶取向膜面作为内侧,进行贴合后,使密封剂(三井化学株式会社(三井化学社)制)固化而制成空晶胞。接着,将液晶MLC-6608(默克公司(メルク社)制)通过减压注入法注入制成的空晶胞中,制成液晶晶胞。将得到的液晶晶胞用110℃的循环式炉进行15分钟的退火。
然后,对退火后的液晶晶胞施加30Vp-p的AC电压,在施加了AC电压的状态下,从该液晶晶胞的外侧照射5J的UV(波长:365nm)。
之后,使用UV照射后的液晶晶胞,以被一对配置为正交尼科耳的偏振片夹持的状态进行显微镜观察,在对液晶的取向散乱的区域的产生状态进行观察时,任一实施例中都没有或极少产生该区域,显示了良好取向。此外,使用UV照射后的液晶晶胞,用一对配置为正交尼科耳的偏振片进行夹持而制成VA模式的液晶显示元件。使用该液晶显示元件,测定液晶的响应速度。接着,进行该液晶显示元件的电压保持率的测定。这些评价结果汇总示于表2。
此外,表2中,将本实施例中所使用的液晶取向剂的种类表示为[L2],并且将该液晶取向剂[L2]的制备中所使用的第一成分的液晶取向剂的种类表示为[S5],第二成分的液晶取向剂的种类表示为[U2]。还示出使用的液晶取向剂[L2]中所含有的阻聚成分,并且示出用于液晶取向膜形成的正式烧成的温度和烧成时间。
此外,响应速度的测定用以下示出的方法进行。
[响应速度的测定]
对液晶显示元件施加10V的AC电压、频率1kHz的矩形波,用示波器读取此时的液晶显示元件的亮度的时间变化。将未施加电压时的亮度设为0%,将施加10V的电压、饱和了的亮度值设为100%,亮度从10%变化至90%的时间即为提高的响应速度来进行评价。
<实施例4>
除了将液晶取向剂[L2]变更为液晶取向剂[L3]以外,以与实施例3相同的方式制作液晶晶胞,制成VA模式的液晶显示元件。
<实施例5>
除了将液晶取向剂[L2]变更为液晶取向剂[L4]以外,以与实施例3相同的方式制作液晶晶胞,制成VA模式的液晶显示元件。
<比较例2>
除了将液晶取向剂[L2]变更为液晶取向剂[L1]以外,以与实施例3相同的方式制作液晶晶胞,制成VA模式的液晶显示元件。
<实施例6>
除了将正式烧成的条件从200℃下30分钟变更为200℃下40分钟以外,以与实施例3相同的方式制作液晶晶胞,制成VA模式的液晶显示元件。
<实施例7>
除了将液晶取向剂[L2]变更为液晶取向剂[L3],并且将正式烧成的条件从200℃下30分钟变更为200℃下40分钟以外,以与实施例3相同的方式制作液晶晶胞,制成VA模式的液晶显示元件。
<比较例3>
除了将液晶取向剂[L2]变更为液晶取向剂[L1],并且将正式烧成的条件从200℃下30分钟变更为200℃下40分钟以外,以与实施例3相同的方式制作液晶晶胞,制成VA模式的液晶显示元件。
<实施例8>
除了将正式烧成的条件从200℃下30分钟变更为230℃下30分钟以外,以与实施例3相同的方式制作液晶晶胞,制成VA模式的液晶显示元件。
<实施例9>
除了将液晶取向剂[L2]变更为液晶取向剂[L3],并且将正式烧成的条件从200℃下30分钟变更为230℃下30分钟以外,以与实施例3相同的方式制作液晶晶胞,制成VA模式的液晶显示元件。
<比较例4>
除了将液晶取向剂[L2]变更为液晶取向剂[L1],并且将正式烧成的条件从200℃下30分钟变更为230℃下30分钟以外,以与实施例3相同的方式制作液晶晶胞,制成VA模式的液晶显示元件。
[表2]
如表2所示,导入了阻聚成分的实施例3~5的液晶显示元件通过液晶取向膜的作用,响应速度与没有导入阻聚成分的比较例2相比得到了提高。
此外,在实施例3~5中,实施例5的液晶取向剂[L4]中SMB是用于形成作为构成液晶取向膜的聚硅氧烷的一部分的阻聚成分而添加的。而且,所含有的聚硅氧烷通过SMB与其他烷氧基硅烷单体进行共聚而形成。
然后,在着眼于液晶取向膜的烧成时间的情况下,没有导入阻聚成分的比较例3的液晶显示元件由于烧成时间变长,因此与同样没有导入阻聚剂的比较例2相比,响应速度大幅下降。这可以解释为,由于烧成时间变长,在烧成中进行了液晶取向膜中的C=C键的聚合反应,反应性的C=C键的量下降。
另一方面,导入了阻聚成分的实施例6、7的液晶显示元件即使烧成时间变长,也显示了与对应的实施例3、4的液晶显示元件同等的响应速度。
此外,导入了阻聚成分的实施例6、7的液晶显示元件在相同的液晶取向膜的烧成时间下,与没有导入阻聚成分的比较例3相比,响应速度提高。
然后,在着眼于液晶取向膜的烧成温度的情况下,没有导入阻聚成分的比较例4的液晶显示元件由于烧成温度变高,因此与同样没有导入阻聚剂的比较例2相比,响应速度大幅下降。这可以解释为,由于烧成温度变高,在烧成中进行了液晶取向膜中的C=C键的聚合反应,反应性的C=C键的量下降。
另一方面,导入了阻聚成分的实施例8、9的液晶显示元件即使烧成温度变高,也显示了与对应的实施例3、4的液晶显示元件同等的响应速度。
此外,导入了阻聚成分的实施例8、9的液晶显示元件在相同的液晶取向膜烧成温度下,与没有导入阻聚成分的比较例4相比,响应速度提高。
产业上利用的可能性
由本发明的液晶取向剂,能够形成可以进行光取向处理的、能够实现液晶显示元件的高速响应化的垂直取向性的液晶取向膜,能够以高生产性制造具备优异显示品质的VA模式液晶显示元件。该液晶显示元件可构成高显示品质的VA模式液晶显示元件,可适用于大型的液晶TV或显示高清晰图像的智能手机等便携性信息终端。
在此引用2012年11月6日提出申请的日本专利申请2012-244547号的说明书、权利要求书和说明书摘要的全部内容,作为本发明说明书的揭示采用。
Claims (13)
1.一种液晶取向剂,其特征在于,含有由含有下述式(1)表示的烷氧基硅烷和下述式(3)表示的烷氧基硅烷的原料烷氧基硅烷形成的聚硅氧烷成分(A)、以及阻聚成分(B),该阻聚成分(B)作为所述聚硅氧烷成分(A)的构成部分、或所述聚硅氧烷成分(A)以外的其他物质而含有;
R1Si(OR2)3 (1)
R1为下述式(2)表示的基团,R2为碳数1~5的烷基;
Y1为单键、-(CH2)a-、-O-、-CH2O-、-COO-或-OCO-,其中a为1~15的整数;
Y2为单键、具有双键的碳数3~8的直链状或支链状的2价烃基、或者-(CR17R18)b-,其中b为1~15的整数,R17以及R18分别独立地表示氢原子或者碳数1~3的烷基;
Y3是单键、-(CH2)c-、-O-、-CH2O-、-COO-或-OCO-,其中c为1~15的整数;
Y4为选自单键、苯环、环己基环及杂环的2价环状基或具有类固醇骨架的碳数12~25的2价有机基,环状基上的任意的氢原子可以被碳数1~3的烷基、碳数1~3的烷氧基、碳数1~3的含氟烷基、碳数1~3的含氟烷氧基或氟原子取代;
Y5是选自苯环、环己基环及杂环的2价环状基,这些环状基上的任意的氢原子可以被碳数1~3的烷基、碳数1~3的烷氧基、碳数1~3的含氟烷基、碳数1~3的含氟烷氧基或氟原子取代;
n1为0~4的整数;
Y6为氢原子、碳数1~18的烷基、碳数1~18的含氟烷基、碳数1~18的烷氧基或碳数1~18的含氟烷氧基;
R21、R22以及R23分别独立地为-OCH3、-OC2H5、-OCH(CH3)2、-OC(CH3)3、-CH3、-Ph苯基、-Cl、-OCOCH3、-OH或;
R24为氢原子或甲基;
Y21为单键、或者可含有双键的碳数1~8的直链状或支链状的烃基;
Y22为选自单键、-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-NH-、-N(CH3)-、-NPh-、-NHCO-、-N(CH3)CO-、-NPhCO-、-NHSO2-、-N(CH3)SO2-、-NPhSO2-、-S-、-SO2-、-NHCONH、-N(CH3)CONH-、-NPhCONH-、-NHCOO-以及-OCONH-的连接基团;
Y23为单键、或者碳数1~8的直链状或支链状的烃基;
Y24为单键、或者碳数1~8的直链状或支链状的烃基;
Y25为单键、-O-或-NZ2-,Z2为氢原子、碳数1~18的直链状或支链状的烃基、芳香族环基、或脂肪族环基;
Cy为选自下述的、在任意取代位置上成键的2价环状基,这些环状基上的任意的氢原子可被碳数1~3的烷基、碳数1~3的烷氧基、氰基、氟原子或氯原子所取代;
Z1为可含有芳香族环基或脂肪族环基的碳数1~18的直链状或支链状的2价烃基。
2.如权利要求1所述的液晶取向剂,其特征在于,所述原料烷氧基硅烷还含有具备具有阻聚功能的基团的下述式(5)表示的烷氧基硅烷,阻聚成分(B)作为所得到的聚硅氧烷成分(A)的构成部分而含有;
RaSi(ORb)3 (5)
Ra为具有阻聚功能的基团,Rb为碳数1~5的烷基。
3.如权利要求1所述的液晶取向剂,其特征在于,具备具有阻聚功能的基团的下述式(5)表示的烷氧基硅烷、或由含有下述式(5)表示的烷氧基硅烷的聚硅氧烷形成的聚硅氧烷作为所述聚硅氧烷成分(A)以外的其他物质而含有;
RaSi(ORb)3 (5)
Ra为具有阻聚功能的基团,Rb为碳数1~5的烷基。
4.如权利要求2或3所述的液晶取向剂,其特征在于,所述式(5)表示的烷氧基硅烷为下述化合物。
5.如权利要求1所述的液晶取向剂,其特征在于,
作为所述聚硅氧烷成分(A)以外的其他物质而含有的阻聚成分(B)为苯酚、儿茶酚、苯醌、氢醌、或它们的酯或醚化物或烷基化而得的受阻酚类、吩噻嗪、受阻胺、羟胺或亚硝胺。
6.如权利要求1~5中任一项所述的液晶取向剂,其特征在于,所述阻聚成分(B)相对于所述聚硅氧烷成分(A),含有0.01~20摩尔%。
7.如权利要求1~6中任一项所述的液晶取向剂,其特征在于,原料烷氧基硅烷中含有2~30摩尔%所述式(1)表示的烷氧基硅烷,原料烷氧基硅烷中含有5~70摩尔%所述式(3)表示的烷氧基硅烷。
8.如权利要求1~7中任一项所述的液晶取向剂,其特征在于,原料烷氧基硅烷还含有下述式(4)表示的烷氧基硅烷;
R3Si(OR4)3 (4)
R3为氢原子被丙烯酰基、丙烯酰氧基、甲基丙烯酰基、甲基丙烯酰氧基或苯乙烯基所取代的碳数1~30的烷基;R4为碳数1~5的烷基。
9.如权利要求1~7中任一项所述的液晶取向剂,其特征在于,含有由下述式(6)表示的烷氧基硅烷形成的聚硅氧烷(C);
Si(OR15)4 (6)
R15为碳数1~5的烷基。
10.如权利要求1~8中任一项所述的液晶取向剂,其特征在于,聚硅氧烷成分(A)以及聚硅氧烷(C)的至少一方是使还含有的烷氧基硅烷即下述式(7)表示的烷氧基硅烷发生反应而得的聚硅氧烷;
(R13)n2Si(OR14)4-n (7)
R13为氢原子,或者氢原子可被杂原子、卤素原子、氨基、环氧丙氧基、巯基、异氰酸酯基或脲基取代的碳数1~10的烃基;
R14为碳数1~5的烷基,n2表示0~3的整数。
11.一种液晶取向膜,其特征在于,使用权利要求1~10中任一项所述的液晶取向处理剂而得。
12.一种液晶显示元件,其特征在于,具有权利要求11所述的液晶取向膜。
13.一种VA模式的液晶显示元件,其特征在于,具备一对权利要求11所述的液晶取向膜、和被液晶取向膜所夹持的液晶层,所述液晶取向膜在对所述液晶层施加电压的状态下接受光的照射而形成。
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