CN105518035B - 化合物、聚合物、液晶取向膜、液晶显示元件以及光学各向异性体 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题是提供一种液晶取向膜、能够用于所述液晶取向膜的化合物及其聚合物,所述液晶取向膜能够容易地形成,能够以较少的偏光照射量高效地赋予取向限制力,且液晶分子的取向以及预倾角的控制优异。用于解决课题的方法是下述通式(I)所表示的化合物。[式中,L表示聚合性基团,Sp表示包含亚甲基的间隔单元,Q表示直接键合、‑O‑等,A包含选自由反式‑1,4‑亚环己基等基团组成的组中的基团,s表示1~4的整数,在s表示2~4的情况下,存在多个的A可以相同也可以不同,X和Y各自独立地表示氢原子等基团,M表示下述通式(IIa)、(IIb)或者(IIc)。
Description
技术领域
本发明涉及化合物、聚合物、液晶取向膜、液晶显示元件以及光学各向异性体。更详细地说,涉及液晶显示元件、上述液晶显示元件中的液晶取向膜、用于制造上述液晶取向膜的化合物及其聚合物、对液晶显示元件以及用于液晶显示元件的光学补偿等的光学各向异性膜有用的光学各向异性体。
背景技术
用于使液晶分子取向的液晶取向膜是用于保持液晶分子排列秩序、表现基于液晶分子所具有的折射率各向异性的光学特性的重要物质,是用于构成液晶显示元件的必须构成构件。在液晶显示元件中,液晶分子的取向会对其显示特性造成大的影响,因此研究了各种取向方式,可以大致分为垂直取向型和水平取向型两种。
使用了垂直取向型的液晶层的液晶显示装置(有时也称为VA模式液晶显示装置。)由于具有高对比度等优异的显示特性而被广泛用于显示器。但是,其视角特性不能说一定充分,为了改善而研究了各种方法。作为视角特性的改善方法,在1个像素中形成取向方向各自不同的多个液晶畴(形成取向分割结构)的多畴垂直取向方式(MVA方式)已经普及。
在MVA方式中,为了形成取向分割结构,必须控制液晶分子的倾斜取向,作为其方法,使用在电极上设置狭缝(开口部)或者肋(突起结构)的方法。但是,在设置狭缝、肋的方法的情况下,由于狭缝、肋为线状,因此与以前的扭曲向列(TN)模式中所用的通过取向膜来控制倾斜取向的方法不同,对于液晶分子的取向限制力在像素内有可能变得不均匀。因此,有响应速度产生分布这样的问题。进一步,在设置了狭缝、肋的区域的透光率降低,从而还有显示亮度降低这样的问题。
作为控制倾斜取向的其它方法,公开了一种聚合物取向支持(PSA;PolymerSustained Alignment,聚合物稳定取向)技术,即:在液晶中预先混入利用光或者热能够聚合的单体,在通过电压施加使液晶分子倾斜的状态下使混入的单体聚合,从而使液晶分子的倾斜取向固定(参照专利文献1)。根据该方法,能够解决设置了狭缝、肋的方法中的响应速度分布、透光率降低的问题。但是,在该方法中,存在由于在液晶中混入单体导致特性变化、工艺控制难、残存单体的影响等问题。
因此,即使对于VA模式液晶显示装置,也优选通过利用取向膜控制倾斜取向来形成取向分割结构。作为赋予控制倾斜取向的力的方法,有摩擦法,在基板上形成由聚酰亚胺等构成的膜,进一步使用摩擦布摩擦该膜从而进行取向方向以及预倾角的控制。但是,利用摩擦法难以形成精密的取向分割结构,存在由于摩擦而产生静电、杂质成分的其它问题。
另一方面,作为使用了水平取向型的液晶层的液晶显示装置的一个例子,可列举IPS模式液晶显示装置。IPS模式液晶显示装置由于对比度、配色等的视角依赖性小、具有优异的显示特性而被广泛用于显示器。但是,在IPS模式中,为了降低黑色显示时的视角依赖性以及颜色再现性,要求在电极表面将预倾角设为1度以下。
作为赋予控制实现水平取向的倾斜取向的力的方法,也通常使用摩擦法。但是,通过聚酰亚胺膜的摩擦处理进行水平取向处理时,赋予液晶分子的预倾角会超过1度,因此有难以得到目标显示特性这样的问题。
如上所述,在垂直取向型、水平取向型中的任一取向方式中,为了提高显示特性,使用了取向膜的液晶分子的取向方向以及预倾角的控制都很重要。
作为赋予控制倾斜取向的力的方法,除了摩擦法以外,还已知光取向法(参照专利文献2)。在光取向法中,通过改变光的照射图案能够容易地形成精密的取向分割结构,能够对膜以非接触方式实施取向处理,因此不易引起静电、杂质的产生。因此,期待光取向法能够解决上述问题,提高显示特性。
作为能够通过光取向法进行取向赋予的材料,已知:偶氮苯衍生物那样具有能够光化学异构化部位的化合物(参照专利文献3);肉桂酸衍生物、香豆素衍生物、查尔酮衍生物等具有能够光化学交联部位的化合物(参照专利文献4、5以及6);聚酰亚胺衍生物等产生各向异性光分解的化合物等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2003-149647号公报
专利文献2:日本专利第2682771号公报
专利文献3:日本特开平5-232473号公报
专利文献4:日本特开平6-287453号公报
专利文献5:日本特开平9-118717号公报
专利文献6:日本特表2002-517605号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于提供一种液晶取向膜、能够用于所述液晶取向膜的化合物及其聚合物,所述液晶取向膜能够容易地形成,能够以较少的偏光照射量高效地赋予取向限制力,且液晶分子的取向以及预倾角的控制优异。
解决问题的方法
本发明人等为了解决上述问题深入研究了各种材料,结果发现:通过对包含具有来自在末端具有氰基的特定化合物的结构单元的聚合物(polymer)的膜照射偏光,固化后的膜具有充分的取向限制力,液晶分子的取向以及预倾角的控制优异,从而完成了本发明。
即,本发明提供以下的<1>~<15>。
<1>一种化合物,由下述通式(I)表示。
[化1]
[式中,L表示聚合性基团,
Sp表示包含亚甲基的间隔单元,
Q表示直接键合、-O-、-CO-O-或者-O-CO-,
A包含选自由反式-1,4-亚环己基(存在于该基团中的1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-NH-或者-S-取代)、1,4-亚苯基(存在于该基团中的1个以上的-CH=可以被-N=取代)、1,4-亚环己烯基、2,5-硫代亚苯基、2,5-亚呋喃基、1,4-双环[2.2.2]亚辛基、萘-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢化萘-2,6-二基以及1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基组成的组中的基团,该基团各自可以无取代或者1个以上的氢原子被氟原子、氯原子、氰基、甲基或者甲氧基取代,
s表示1~4的整数,在s表示2~4的情况下,存在多个的A可以相同也可以不同,
X和Y各自独立地表示氢原子、氟原子、氯原子、氰基或者碳原子数1~20的烷基,存在于上述烷基中的氢原子可以被氟原子取代,在上述烷基中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-CO-O-、-O-CO-和/或-CH=CH-取代,
M表示下述通式(IIa)、(IIb)或者(IIc),
[化2]
(式(IIa)、(IIb)以及(IIc)中,虚线表示与碳原子的键合,
R1表示碳原子数1~30的亚烷基,在R1存在多个的情况下,多个R1可以相同也可以不同,
R2表示氢原子或者碳原子数1~30的烷基,
在R1以及R2中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-NCH3-、-CH=CH-、-CF=CF-和/或-C≡C-取代,存在于R1以及R2中的氢原子可以被碳原子数1~20的烷基、氰基或者卤原子取代。)。]
<2>上述<1>所述的化合物,在上述通式(IIa)、(IIb)或者(IIc)中,R1由下述通式(IId)表示。
[化3]
[式中,虚线表示与氧原子或者氮原子的键合,*表示与氰基的键合,
W1表示亚甲基(存在于该基团中的氢原子可以被碳原子数1~5的烷基取代)、-CO-O-或者-CO-NH-,
R4表示碳原子数1~20的亚烷基,在上述亚烷基中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-NCH3-取代,
R5表示氢原子或者碳原子数1~5的烷基,存在于上述烷基中的氢原子可以被氟原子或者氯原子取代。]
<3>上述<1>或者<2>所述的化合物,在上述通式(I)中,A表示1,4-亚苯基,存在于上述1,4-亚苯基中的1个以上的氢原子可以被氟原子、氯原子、甲基或者甲氧基取代。
<4>上述<1>~<3>中任一项所述的化合物,在上述通式(I)中,X和Y表示氢原子。
<5>上述<1>~<4>中任一项所述的化合物,在上述通式(I)中,L为选自由下述通式(III-1)~下述通式(III-10)所表示的聚合性基团组成的组中的任一聚合性基团。
[化4]
(式中,虚线表示与Sp的键合,R30表示氢原子、氟原子、氯原子、碳原子数1~4的烷基、苯基或者苯氧基,R31表示氢原子、氯原子、甲基或者苯基,R32各自独立地表示氢原子或者碳原子数1~5的烷基。)
<6>上述<1>~<4>中任一项所述的化合物,在上述通式(I)中,L为通式(III-1)、(III-2)或者(III-6)所表示的聚合性基团。
[化5]
(式中,虚线表示与Sp的键合,R30以及R31各自独立地表示氢原子或者甲基,R32表示氢原子或者碳原子数1~5的烷基。)
<7>上述<1>~<7>中任一项所述的化合物,在上述通式(I)中,-(A)s-由下述通式(IVa)表示。
[化6]
[式中,虚线表示与Q的键合,**表示与碳原子的键合,
A1、A2以及A3各自独立地表示选自由反式-1,4-亚环己基(存在于该基团中的1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-NH-或者-S-取代)、1,4-亚苯基(存在于该基团中的1个以上的-CH=可以被-N=取代)、1,4-亚环己烯基、2,5-硫代亚苯基、2,5-亚呋喃基、1,4-双环[2.2.2]亚辛基、萘-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢化萘-2,6-二基以及1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基组成的组中的基团,该基团各自可以无取代或者1个以上的氢原子被氟原子、氯原子、氰基、甲基或者甲氧基取代,
Z1、Z2以及Z3各自独立地表示单键、碳原子数1~20的亚烷基、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-或者-C≡C-,在这些取代基中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以各自独立地被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-、-NR6-、-NR6-CO-、-CO-NR6-、-NR6-CO-O-、-O-CO-NR6-、-NR6-CO-NR6-、-CH=CH-、-C≡C-或者-O-CO-O-取代,R6各自独立地表示氢或者碳原子数1~5的烷基,
p、q、r各自表示0~4的整数,p+q+r=s。]
<8>上述<7>所述的化合物,在上述通式(IVa)中,
A2表示反式-1,4-亚环己基、2,6-亚萘基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基或者1,4-亚苯基中的任一基团,存在于上述任一基团中的1个以上的氢原子可以被氟原子、氯原子、甲基或者甲氧基取代,
Z2表示单键、碳原子数1~20的亚烷基、-OCH2-、-CH2O-、-CO-O-、-O-CO-、-CH=CH-或者-C≡C-中的任一基团,在上述任一基团中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以各自独立地被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CH=CH-或者-C≡C-取代,
q表示1。
<9>上述<7>所述的化合物,在上述通式(IVa)中,A2表示1,4-亚苯基,存在于上述1,4-亚苯基中的1个以上的氢原子可以被氟原子、氯原子、甲基或者甲氧基取代。
<10>一种聚合物,通过含有上述<1>~<9>中任一项所述的化合物的组合物聚合而得到,且具有下述通式(PI)所表示的结构单元。
[化7]
(式中,La表示来自L的基团,Sp、Q、A、X、Y、M以及s与通式(I)同样地定义。)
<11>一种液晶取向膜,其包含上述<10>所述的聚合物的固化物,且用于垂直取向型液晶显示元件。
<12>一种垂直取向型液晶显示元件,其具有上述<11>所述的液晶取向膜。
<13>一种液晶取向膜,其包含上述<10>所述的聚合物的固化物,用于水平取向型液晶显示元件。
<14>一种水平取向型液晶显示元件,其具有上述<13>所述的液晶取向膜。
<15>一种光学各向异性体,其特征在于:在由聚合性液晶组合物的聚合物构成的光学各向异性体中,利用包含上述<10>所述的聚合物的固化物的液晶取向膜使上述聚合性液晶组合物中的聚合性液晶分子取向。
发明效果
根据本发明,能够提供一种液晶取向膜、能够用于所述液晶取向膜的化合物及其聚合物,所述液晶取向膜能够容易地形成,能够以较少的偏光照射量高效地赋予取向限制力,且液晶分子的取向以及预倾角的控制优异。根据本发明,还能够提供一种具有上述液晶取向膜的液晶显示元件和光学各向异性体。
具体实施方式
下面,说明本发明的优选例子,但本发明不限于这些例子。在不脱离本发明主旨的范围内,可以进行构成的附加、省略、取代以及其它变更。
本实施方式的液晶取向膜包含具有来自在分子末端具有氰基的特定化合物的结构单元的聚合物(polymer)的固化物。这样的液晶取向膜除了液晶的取向以及预倾角的控制优异以外,与以前的液晶取向膜相比,能够具有高电压保持率(VHR)。另外,所谓电压保持率(VHR)是指液晶显示装置中施加于各像素的电压在一定时间(例如液晶显示装置中通常的1帧(frame)、16.7msec)期间能保持多少。另外,本实施方式的液晶取向膜由于具有高电压保持率(VHR),液晶的取向以及预倾角的控制优异,因此能够有效地制造在显示品质以及可靠性方面优异的液晶显示元件以及光学各向异性体。
首先,对本实施方式的在分子末端具有氰基的特定化合物进行说明。
本实施方式的化合物由下述通式(I)表示。
[化8]
在上述通式(I)中,L表示聚合性基团,
Sp表示包含亚甲基的间隔单元,
Q表示直接键合、-O-、-CO-O-或者-O-CO-,
A包含选自由反式-1,4-亚环己基(存在于该基团中的1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-NH-或者-S-取代)、1,4-亚苯基(存在于该基团中的1个以上的-CH=可以被-N=取代)、1,4-亚环己烯基、2,5-硫代亚苯基、2,5-亚呋喃基、1,4-双环[2.2.2]亚辛基、萘-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢化萘-2,6-二基以及1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基组成的组中的基团,该基团各自可以无取代或者1个以上的氢原子被氟原子、氯原子、氰基、甲基或者甲氧基取代,
s表示1~4的整数,在s表示2~4的情况下,存在多个的A可以相同也可以不同,
X和Y各自独立地表示氢原子、氟原子、氯原子、氰基或者碳原子数1~20的烷基,存在于上述烷基中的氢原子可以被氟原子取代,在上述烷基中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-CO-O-、-O-CO-和/或-CH=CH-取代,
M表示下述通式(IIa)、(IIb)或者(IIc)。
[化9]
在上述通式(IIa)、(IIb)以及(IIc)中,虚线表示与碳原子的键合,
R1表示碳原子数1~30的亚烷基,在R1存在多个的情况下,存在多个的R1可以相同也可以不同,
R2表示氢原子或者碳原子数1~30的烷基,
在R1以及R2中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-NCH3-、-CH=CH-、-CF=CF-和/或-C≡C-取代,存在于R1以及R2中的氢原子可以被碳原子数1~20的烷基、氰基或者卤原子取代。
在上述通式(IIa)、(IIb)或者(IIc)中,R1所表示的碳原子数1~30的亚烷基可以为直链状、支链状或者环状,存在于直链状或者支链状的亚烷基中的亚甲基可以被环员数3~8的亚环烷基取代。R1优选为碳原子数1~3的亚烷基或者碳原子数1~3的亚烯基。在上述通式(IIa)、(IIb)或者(IIc)中,-R1-CN更优选为下述式(W-1)~(W-4),进一步优选为(W-1)或者(W-2)。
[化10]
在上述通式(IIa)、(IIb)或者(IIc)中,R2所表示的碳原子数1~30的烷基可以为直链状、支链状或者环状,在直链状或者支链状的烷基中存在甲基的情况下,可以被环员数3~8的环烷基取代,在直链状或者支链状的烷基中存在亚甲基的情况下,可以被环员数3~8的亚环烷基取代。
在上述通式(IIa)、(IIb)或者(IIc)中,R1优选为下述通式(IId)所表示的基团。
[化11]
在上述通式(IId)中,虚线表示与氧原子或者氮原子的键合,*表示与氰基的键合,
W1表示亚甲基(存在于该基团中的氢原子可以被碳原子数1~5的烷基取代)、-CO-O-或者-CO-NH-,
R4表示碳原子数1~20的亚烷基,在上述亚烷基中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-NCH3-取代,
R5表示氢原子或者碳原子数1~5的烷基,存在于上述烷基中的氢原子可以被氟原子或者氯原子取代。
在上述通式(IIc)中,为了进一步提高液晶取向膜的取向限制力,R2优选为碳原子数2~8的直链状或者环状烷基,进一步优选为碳原子数2~4的直链状或者环状烷基,特别优选为碳原子数2~4的直链状烷基。
另外,为了改善液晶取向膜的电压保持率,R2优选为碳原子数1~12的直链状或者环状烷基。
另外,为了减少液晶取向膜的残留电荷,R2优选为碳原子数1~6的直链状或者环状烷基。
上述通式(I)中,-(A)s-优选为下述通式(IVa)所表示的结构。通过具有这样的结构,能够进一步提高液晶取向膜的液晶取向性。
[化12]
在上述通式(IVa)中,虚线表示与Q的键合,**表示与碳原子的键合,
A1、A2以及A3各自独立地表示选自由反式-1,4-亚环己基(存在于该基团中的1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-NH-或者-S-取代)、1,4-亚苯基(存在于该基团中的1个以上的-CH=可以被-N=取代)、1,4-亚环己烯基、2,5-硫代亚苯基、2,5-亚呋喃基、1,4-双环[2.2.2]亚辛基、萘-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢化萘-2,6-二基以及1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基组成的组中的基团,该基团各自可以无取代或者1个以上的氢原子被氟原子、氯原子、氰基、甲基或者甲氧基取代,
Z1、Z2以及Z3各自独立地表示单键、碳原子数1~20的亚烷基、-OCH2-、-CH2O-、-CO-O-、-O-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-或者-C≡C-,在这些取代基中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以各自独立地被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-、-NR6-、-NR6-CO-、-CO-NR6-、-NR6-CO-O-、-O-CO-NR6-、-NR6-CO-NR6-、-CH=CH-、-C≡C-或者-O-CO-O-取代,R6各自独立地表示氢或者碳原子数1~5的烷基,
p、q、r各自表示0~4的整数,p+q+r=s。更优选p+q+r=2,进一步优选r=1且p+q=1。
在上述通式(I)以及(IVa)中,为了进一步改善液晶取向膜的取向限制力,提高锚定效果,A、A1、A2以及A3优选为吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、1,2,4,5-四嗪-2,5-二基或者1,4-亚苯基,更优选为嘧啶-2,5-二基。
另外,为了进一步改善得到的聚合物(polymer)的溶解性,A、A1、A2以及A3可以设为1,4-亚萘基、2,6-亚萘基、2,5-硫代亚苯基或者2,5-亚呋喃基。
另外,为了进一步减少为了对液晶取向膜赋予取向限制力所必要的光照射量,A、A1、A2以及A3可以设为吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、2,5-硫代亚苯基或者1,4-亚苯基。
另外,为了制作液晶取向膜,为了利用更长波长的光进行光取向,A、A1、A2以及A3可以设为嘧啶-2,5-二基、2,5-硫代亚苯基、2,6-亚萘基、2,5-亚呋喃基。
在上述通式(I)以及(IVa)中,A、A1、A2以及A3更优选为1个以上的氢原子可以被氟原子、氯原子、甲基或者甲氧基取代的1,4-亚苯基,进一步优选为1个以上的氢原子被甲氧基取代的1,4-亚苯基。在A、A1、A2以及A3为这样的基团的情况下,包含上述通式(I)所表示的化合物的组合物的涂布性良好,能够进一步提高使得到的聚合物固化而成的液晶取向膜的取向限制力,预倾角的控制性。另外,能够得到具有高电压保持率的液晶取向膜以及液晶显示装置。
在上述通式(IVa)中,为了改善液晶取向性的热稳定性,Z1、Z2以及Z3优选为NR6-、-NR6-CO-、-CO-NR6-、-NR6-CO-O-、-O-CO-NR6-、-NR6-CO-NR6-或者-O-CO-O-。
另外,为了改善聚合物的溶解性,Z1、Z2以及Z3优选为-OCH2-、-CH2O-、-CO-O-、-O-CO-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-或者-NR6-。
在上述通式(I)所表示的化合物中,优选X和Y为氢原子。通过使X和Y为氢原子,能够提高使用了使用上述化合物得到的聚合物的液晶取向膜的电压保持率。另外,为了利用更长波长的光对液晶取向膜进行光取向,X和Y优选为氟原子、氯原子或者氰基。
在上述通式(I)所表示的化合物中,L为聚合性基团,彼此能够聚合。在上述通式(I)中,L优选为选自由下述通式(III-1)~(III-10)组成的组中的任一聚合性基团,其中优选为通式(III-1)、(III-2)或者(III-6),进一步优选为(III-1)。
[化13]
在上述通式(III-1)~(III-10)中,虚线表示与Sp的键合,R30表示氢原子、氟原子、氯原子、碳原子数1~4的烷基、苯基或者苯氧基,R31表示氢原子、氯原子、甲基或者苯基,R32独立地表示氢原子或者碳原子数1~5的烷基。在通式(III-1)、(III-2)或者(III-6)所表示的聚合性基团中,更优选R30以及R31各自独立地表示氢原子或者甲基。
在上述通式(I)中,为了进一步改善本实施方式的液晶取向膜的取向稳定性,优选通式(III-1)所表示的聚合性基团中R30为甲基、苯基或者苯氧基的聚合性基团,优选(III-2)所表示的聚合性基团中R31为甲基或者苯基的聚合性基团,优选(III-6)、(III-7)、(III-8)或者(III-9)所表示的聚合性基团。
另外,为了进一步提高液晶的取向以及预倾角的控制性,改善电压保持率(VHR),优选通式(III-1)所表示的聚合性基团。
另外,为了改善得到的聚合物的溶解性,优选通式(III-1)或者(III-2)所表示的聚合性基团中R30、R31为氢原子、氯原子或者甲基的聚合性基团,优选(III-3)、(III-4)、(III-7)、(III-9)或者(III-10)所表示的聚合性基团,其中特别优选通式(III-1)、(III-3)、(III-4)或者(III-10)所表示的聚合性基团。
另外,为了改善通式(I)所表示的化合物的聚合速度,优选通式(III-1)或者(III-2)所表示的聚合性基团中R30、R31为氯原子的聚合性基团,优选(III-3)、(III-4)、(III-6)、(III-7)、(III-8)、(III-9)或者(III-10)所表示的聚合性基团,其中更优选通式(III-1)或者(III-2)所表示的聚合性基团中R30、R31为氯原子的聚合性基团、或者(III-3)、(III-4)或者(III-10)所表示的聚合性基团。
另外,为了使本实施方式的聚合物的分子量分布变窄,优选通式(III-1)所表示的聚合性基团中R30为甲基的聚合性基团、或者(III-3)、(III-4)或者(III-5)所表示的聚合性基团。
另外,为了改善得到的聚合物与基材的密合性,优选通式(III-1)所表示的聚合性基团中R30为氢原子的聚合性基团、(III-2)所表示的聚合性基团中R31为氢原子、氯原子、甲基或者苯基的聚合性基团、或者(III-3)、(III-4)、(III-6)或者(III-10)所表示的聚合性基团,其中特别优选通式(III-2)所表示的聚合性基团中R31为氢原子、氯原子或者甲基的聚合性基团、或者(III-6)所表示的聚合性基团。
在上述通式(I)中,Sp为包含亚甲基的间隔基,可以为亚烷基或者氧亚烷基。作为Sp,优选为碳原子数1~20的亚烷基或者碳原子数1~20的氧亚烷基,更优选为碳原子数6~14的亚烷基或者碳原子数6~14的氧亚烷基,更优选为碳原子数8~12的亚烷基或者碳原子数8~12的氧亚烷基。通过选择这样的基团作为Sp,能够得到具有更大锚定能的液晶取向膜。作为氧亚烷基,优选为氧亚乙基。
这些亚烷基以及氧亚烷基可以为直链状或者支链状,在直链状或者支链状的亚烷基中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以各自独立地被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-NR7-、-NR7-CO-、-CO-NR7-、-NR7-CO-O-、-O-CO-NR7-、-NR7-CO-NR7-、-CH=CH-、-C≡C-或者-O-CO-O-取代,R7表示烷基。
在本实施方式的通式(I)所表示的化合物中,更优选为下述通式(Ia)所表示的化合物。
[化14]
在上述通式(Ia)中,R8表示氢原子、氟原子、氯原子或者碳原子数1~4的烷基,Q、X、Y以及M与通式(I)同样地定义,A1、A2、A3、Z1、Z2、p、q以及r与通式(IVa)同样地定义。R8优选为氢原子、氯原子或者甲基。更优选p+q+r=2,进一步优选r=1且p=1或者q=1。
在本实施方式的通式(I)所表示的化合物中,进一步优选为下述通式(Ib)所表示的化合物。
[化15]
在上述通式(Ib)中,u表示2~12的整数,t表示0或者1的整数,Z11表示单键、-COO-或者-OCO-,W11表示氢原子、氟原子、甲基、甲氧基、乙基或者乙氧基,W12表示下述通式(W12-1)~(W12-4)。
[化16]
在上述通式(Ib)中,Z11优选为-COO-。另外,从通过照射较少的偏光UV光来确保良好取向的观点考虑,u优选为8~12,t优选为1,W11优选为甲基或者甲氧基。作为W12,特别优选为(W12-1)所表示的基团。
作为本实施方式的通式(I)所表示的化合物,特别优选为下述通式(I-1)~(I-57)所表示的化合物。
[化17]
[化18]
[化19]
[化20]
本实施方式的聚合物(polymer)具有下述通式(PI)所表示的结构单元。
[化21]
在上述通式(PI)中,La表示来自通式(I)中的L的基团,Sp、Q、A、X、Y、M以及s与上述通式(I)同样地定义。
作为上述通式(PI)所表示的结构单元,更优选为下述通式(PIa)所表示的结构单元,进一步优选为下述通式(PIb)所表示的结构单元。
[化22]
在上述通式(PIa)中,R8、Q、X、Y、M、A1、A2、A3、Z1、Z2、p、q以及r与通式(Ia)同样地定义。更优选为p+q+r=2,进一步优选为r=1且p=1或者q=1。
[化23]
在上述通式(PIb)中,u表示2~12的整数,t表示0或者1的整数,Z11表示单键、-COO-或者-OCO-,W11表示氢原子、氟原子、甲基、甲氧基、乙基或者乙氧基,W12表示下述通式(W12-1)~(W12-4)。
[化24]
在上述通式(PIb)中,Z11优选为-COO-。另外,从通过照射较少的偏光UV光来确保良好取向的观点考虑,u优选为8~12,t优选为1,W11优选为甲基或者甲氧基。作为W12,特别优选为(W12-1)所表示的基团。
上述聚合物通过上述通式(I)、(Ia)或者(Ib)所表示的化合物、或者包含其的聚合性组合物的聚合而得到。聚合性组合物至少包含上述通式(I)所表示的化合物和聚合引发剂。
作为聚合性组合物,可以单独使用1种上述通式(I)、(Ia)或者(Ib)所表示的化合物,也可以混合2种以上使用。作为聚合性组合物,可以使用能够与上述通式(I)、(Ia)或者(Ib)所表示的化合物共聚的化合物。
能够共聚的化合物包含例如下述通式(VI)所表示的化合物。作为能够共聚的化合物,例如可列举丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、马来酸酯、富马酸酯、苯乙烯、它们的衍生物等。能够共聚的化合物也可以使用非液晶性化合物、液晶性化合物中的任一种,但优选为液晶性化合物。
[化25]
L-Sp-Q-Va (VI)
在上述通式(VI)中,Va表示一元有机基团,L、Sp、Q与上述通式(I)同样地定义。但是,在使用通式(VI)所表示的化合物的情况下,在通式(I)以及(VI)中,L、Sp、Q各自可以相同,也可以不同。
上述通式(VI)的Va优选为下述通式(VIa)所表示的有机基团。
[化26]
在上述通式(VIa)中,虚线表示与Sp的键合,
A4、A5、A6以及A7各自独立地表示反式-1,4-亚环己基、反式-1,3-二噁烷-2,5-二基、1,4-亚萘基、2,6-亚萘基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、1,2,4,5-四嗪-2,5-二基、2,5-硫代亚苯基、2,5-亚呋喃基或者1,4-亚苯基,该基团各自可以无取代或者1个以上的氢原子被氟原子、氯原子、甲基或者甲氧基取代,
Z4、Z5、Z6以及Z7各自独立地表示单键、碳原子数1~20的亚烷基、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-或者-C≡C-,在这些取代基中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以各自独立地被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-、-NR16-、-NR16-CO-、-CO-NR16-、-NR16-CO-O-、-O-CO-NR16-、-NR16-CO-NR16-、-CH=CH-、-C≡C-或者-O-CO-O-取代,R16各自独立地表示氢原子或者碳原子数1~5的亚烷基,
p1、q1、r1以及s1各自独立地表示0或者1,
R12表示氢原子、氟原子、氯原子、氰基或者碳原子数1~20的烷基,上述烷基中的1个以上的氢原子可以被氟原子取代,在上述烷基中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以各自独立地被-O-、-CO-O-、-O-CO-和/或-CH=CH-取代。
A4、A5、A6以及A7优选各自独立地表示反式-1,4-亚环己基、2,6-亚萘基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基或者1,4-亚苯基。这些基团优选无取代或者一个以上的氢原子被氟原子、氯原子、甲基或者甲氧基取代。
p1、q1、r1以及s1优选p1+q1+r1+s1为0以上3以下。
R12优选为氢原子、氟原子、氯原子、氰基或者碳原子数1~18的烷基。在上述烷基中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-CO-O-、-O-CO-和/或-CH=CH-取代。
在使用能够共聚的化合物的情况下,相对于上述通式(I)所表示的化合物100摩尔,能够共聚的化合物优选为0.1~30摩尔的比例,更优选为0.2~10摩尔的比例,进一步优选为0.3~5摩尔的比例。
共聚物中的各结构单元的排列顺序以及无规性没有特别限制。
聚合引发剂可以使用公知的聚合引发剂,可以根据聚合性基团的聚合方式适当选择。作为聚合引发剂,例如可以使用公知的刊物“高分子的合成与反应(高分子の合成と反応)(高分子学会编、共立出版)”等记载的聚合引发剂。
作为自由基聚合时的热聚合引发剂,例如可列举偶氮双异丁腈等偶氮化合物、过氧化苯甲酰等过氧化物等。
作为光聚合引发剂,例如可列举二苯甲酮、米氏酮、呫吨酮、噻吨酮等芳香族酮化合物、2-乙基蒽醌等醌化合物、苯乙酮、三氯苯乙酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮、1-羟基环己基苯基酮、苯偶姻醚、2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮等苯乙酮化合物、苯偶酰、甲基苯甲酰基甲酸酯等二酮化合物、1-苯基-1,2-丙二醇-2-(O-苯甲酰基)肟等酰基肟酯化合物、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦等酰基氧化膦化合物、四甲基秋兰姆、二硫代氨基甲酸酯等硫化合物、过氧化苯甲酰等有机化氧化物、偶氮双异丁腈等偶氮化合物等。
作为阳离子聚合时的热聚合引发剂,可列举芳香族硫鎓盐化合物等。
作为光聚合引发剂,可列举有机硫鎓盐化合物、碘鎓盐化合物、磷鎓化合物等。
关于聚合引发剂的添加量,在聚合性组合物中优选为0.1~10质量%,更优选为0.1~6质量%,进一步优选为0.1~3质量%。
聚合性组合物的聚合可以在溶剂的存在下进行。作为溶剂,例如可列举苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、环己烷、环庚烷、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、乙二醇、乙二醇单甲基醚、乙二醇二甲基醚、2-丁酮、丙酮、四氢呋喃、γ-丁内酯、N-甲基-吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺等。这些有机溶剂可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。
在玻璃制、不锈钢制等的反应容器中进行聚合反应后,精制产物,从而可以得到聚合物。
作为聚合物的重均分子量,优选为80,000~500,000,更优选为150,000~450,000,特别优选为250,000~400,000。另外,重均分子量表示通过凝胶渗透色谱法测定的值,以标准聚苯乙烯换算值表示。测定条件设为与本说明书的实施例相同的条件。
另外,作为聚合物的分子量分布,优选Mw/Mn为1.2~6.0,进一步优选为1.4~4.0。在本说明书中,Mw以及Mn分别表示通过凝胶渗透色谱法测定的重均分子量以及数均分子量。
另外,为了改善本实施方式的液晶取向膜的取向热稳定性,Z4、Z5、Z6以及Z7优选各自独立地为-NR-CO-、-CO-NR-、-NR-CO-O-、-O-CO-NR-、-NR-CO-NR-或者-O-CO-O-,A4、A5、A6以及A7优选各自独立地为1,4-亚萘基、2,6-亚萘基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、2,5-硫代亚苯基、2,5-亚呋喃基或者1,4-亚苯基。
另外,为了改善本实施方式的聚合物的溶解性,Z4、Z5、Z6以及Z7优选各自独立地为-OCH2-、-CH2O-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-、-NR-或者-CO-,A4、A5、A6以及A7优选各自独立地为反式-1,4-亚环己基、1,4-亚萘基、2,6-亚萘基或者2,5-亚呋喃基。
另外,为了对本实施方式的液晶取向膜赋予80度以上的预倾角,Z4、Z5、Z6以及Z7优选各自独立地为单键、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-以及-C≡C-,A4、A5、A6以及A7优选各自独立地为反式-1,4-亚环己基、反式-1,3-二噁烷-2,5-二基以及1,4-亚苯基,R12优选为碳原子数1~20的烷基、烷氧基、氟原子、三氟甲基以及三氟甲氧基。
[液晶取向膜用聚合物的调制]
本实施方式的化合物(特别是肉桂酸衍生物)可以单独作为聚合物的材料使用,也可以作为将上述化合物与其它单体混合而成的聚合性组合物使用。在上述组合物中,能够以任意的混合比例调制上述肉桂酸衍生物与上述其它单体。
本实施方式中,聚合物也可以通过使上述化合物或者包含其的聚合性组合物溶解在溶剂中,涂布于基材上并将溶剂干燥除去后,利用加热或者光照射进行聚合反应而获得。
[液晶取向膜的形成方法]
包含本实施方式的聚合物(polymer)的膜或者层,由于聚合物具有氰基以及能够光反应的结构(例如,肉桂酸骨架),因此通过光照射能够同时获得对于液晶分子的取向限制力和取向限制力的热稳定性。可以将通过光照射得到的膜或者层称为液晶取向膜(光取向膜)。
这样的液晶取向膜(光取向膜)例如可以通过以下的制造方法得到。液晶取向膜的制造方法具有在基材上形成含有本实施方式的聚合物的树脂层的工序(树脂层形成工序)和对该树脂层进行光照射的工序(光照射工序)。
上述树脂层通过调制包含本实施方式的聚合物和溶剂的聚合物溶液,并将其涂布于基材上而得到。涂布后,可以根据需要设置除去溶剂的工序。
涂布后的溶剂除去优选通过对涂布面进行加热来进行。干燥温度优选为50~300℃,更优选为80~200℃。干燥时间优选为2~200分钟,更优选为2~100分钟。
可以通过对得到的树脂层进行光照射而对树脂层赋予取向限制力(取向控制能力),从而得到液晶取向膜。液晶取向膜的取向限制力,例如可以通过测定包含液晶分子的液晶相与液晶取向膜的界面的方位角锚定能进行评价。液晶取向膜与液晶相的界面的方位角锚定能优选为100μJ/m2以上,更优选为150μJ/m2以上,进一步优选为250μJ/m2以上。
作为聚合物溶液中使用的溶剂,优选使用溶解本实施方式的聚合物以及后述的可任意使用的其它成分,但不与它们反应的溶剂。作为溶剂,例如可列举1,1,2-三氯乙烷、N-甲基吡咯烷酮、丁氧基乙醇、γ-丁内酯、乙二醇、聚乙二醇单甲基醚、丙二醇、2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、苯氧基乙醇、四氢呋喃、二甲基亚砜、甲基异丁酮、环己酮等。这些溶剂可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。
上述聚合物溶液可以根据需要包含其它成分。作为其它成分,可列举用于改善与玻璃基板等的密合性的硅氧烷衍生物、用于改善涂膜的流平性的流平剂、用于改善耐光性的紫外线吸收剂、光稳定化剂、用于改善材料保存性的抗氧化剂、阻聚剂等。
在液晶取向膜的制造方法中,也可以使用包含本实施方式的通式(I)所表示的化合物(特别是肉桂酸衍生物)与溶剂的单体溶液代替上述聚合物(polymer)溶液。即,可以通过在基材上涂布单体溶液后,对涂膜进行加热或者光照射使单体聚合来调制聚合物,从而形成树脂层。在这种情况下,可以同时进行聚合物的调制和取向限制力的赋予。
作为单体溶液中使用的溶剂,可以使用作为上述聚合物(polymer)溶液中使用的溶剂所例示的溶剂。
在同时进行聚合物的调制和取向限制力的赋予的情况下,可以并用热与光,也可以并用不同波长的2种以上的光。在这种情况下,优选在单体溶液中预先含有聚合引发剂。可以在涂布后,除去溶剂,照射非偏光,从而进行利用光聚合的聚合物调制。
在通过热聚合调制聚合物的情况下,加热温度只要对于进行聚合而言充分就没有特别限制,一般为50~250℃程度,进一步优选为70~200℃程度。
在通过光聚合调制聚合物的情况下,光照射优选使用非偏光的紫外线。照射能量优选为10mJ/cm2~8000mJ/cm2,进一步优选为40mJ/cm2~5000mJ/cm2。照度优选为2~1000mW/cm2,更优选为4~500mW/cm2。作为照射波长,优选在250~450nm具有峰。
作为基材,例如可列举玻璃、硅、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、三醋酸纤维素等。这些基材可以在表面形成有电极层(导电层)、滤色器层、液晶取向层等。
作为电极层(导电层),可列举包含Cr、Al、In2O3-SnO2等的ITO膜、包含SnO2的NESA膜等。这些电极层的图案化可以适用光刻法。另外,也可以在形成电极层时通过使用掩模的方法等对电极层进行图案化。
在上述液晶取向膜的制造方法中,在使用预先形成有液晶取向膜的基材的情况下,也可以通过在该基材上进一步形成本实施方式的光取向膜而对基材重新赋予取向方向以及取向角度的控制能力。
涂布可以通过例如旋涂法、模涂法、凹版涂布法、柔版印刷、喷墨印刷等方法进行。
聚合物溶液的固体成分浓度优选为0.5~10质量%,可以考虑在基材上涂布溶液的方法、粘性、挥发性等而适当选择。
在对树脂层进行光照射的工序中,对包含本实施方式的聚合物的树脂层进行来自树脂层表面的法线方向的直线偏光照射、和/或来自斜方向的非偏光或者直线偏光照射。通过利用这样的光照射来进行光交联反应(例如,肉桂酸衍生物的二聚化反应),可以使树脂层固化,赋予取向限制力。
为了赋予期望的预倾角,优选对树脂层表面进行来自斜方向的直线偏光照射。所谓斜方向是指相对于与基材面平行的方向倾斜,将该倾斜的角度设为预倾角。预倾角可以根据使用的目的适当调整。在用作垂直取向用的取向膜的情况下,一般而言,预倾角优选为70~89.8°。另外,在用作水平取向用的取向膜的情况下,一般而言,预倾角优选为1~7°。特别是在IPS模式中,预倾角优选为0~1°。
作为光源,例如可以使用氙灯、高压水银灯、超高压水银灯、金属卤化物灯等。通过对来自这些光源的光使用偏光滤光器、偏光棱镜,从而可得到直线偏光。另外,从这样的光源得到的紫外光以及可见光可以使用干涉滤光器、色滤光器等来限制照射的波长范围。
照射能量优选为15mJ/cm2~500mJ/cm2,进一步优选为20mJ/cm2~300mJ/cm2。照度更优选为2~500mW/cm2,进一步优选为5~300mW/cm2。
作为对树脂层进行照射的光,为了通过光交联反应使树脂层固化,可以使用例如包含150nm~800nm波长的光的紫外线以及可见光线。其中,特别优选为270nm~450nm的紫外线。在本实施方式的化合物(特别是肉桂酸衍生物)具有亚萘基的情况下,通过270nm~450nm的紫外线照射,能够进一步提高取向限制力的赋予效率。认为这样的效果是由于亚萘基充分吸收270nm~450nm的紫外线。
液晶取向膜(光取向膜)的膜厚优选为10~250nm程度,更优选为10~100nm程度。
[液晶显示元件的制造方法]
本实施方式的液晶取向膜例如可以用于液晶单元、液晶显示元件等。可以使用通过上述方法制造的液晶取向膜(光取向膜),例如如下操作来制造在一对基板间夹持液晶组合物的液晶单元以及使用其的液晶显示元件。
使用本实施方式的液晶取向膜制造的液晶单元具有在2块基板间配置有液晶的构成。上述基板中的至少一方为形成有本实施方式的液晶取向膜的基板。
作为液晶单元的制造方法,例如可列举以下方法。对2块基板均具有本实施方式的液晶取向膜的情况进行说明。
首先,以各自的液晶取向膜相对的方式配置2块基板,在基板间保持一定间隙(单元间隔)的状态下利用密封剂贴合周边部。之后,通过真空填充等向由液晶取向膜以及密封剂划区的单元间隔内注入液晶后,密封注入孔,从而能够制造液晶单元。
液晶单元也可以通过被称为ODF(滴注,One Drop Fill)方式的方法进行制造。首先,在形成有液晶取向膜的基板上的预定部位涂布例如紫外光固化性的密封剂,向液晶取向膜上的被密封剂包围的区域滴下液晶。之后,以液晶取向膜相对的方式贴合另1块基板。接着对基板的整面照射紫外光,使密封剂固化,从而能够制造液晶单元。
在通过任一方法制造上述液晶单元的情况下,均优选加热至所用的液晶获得各向同性的温度后,缓慢冷却至室温,从而除去注入时的流动取向。在缓慢冷却的过程中,液晶受到液晶取向膜的取向限制力的影响进行再取向。
作为密封剂,例如可以使用环氧树脂等。
为了保持单元间隔恒定,可以在贴合2块基板之前在基板间使用例如硅胶、氧化铝、丙烯酸树脂等的颗粒。这些颗粒可以散布在液晶取向膜的涂膜上而使用,也可以与密封剂混合使用。
作为填充至液晶单元中的液晶,例如可以使用向列型液晶。
在垂直取向型液晶单元的情况下,优选具有负介电各向异性的液晶。作为这样的液晶,例如可列举二氰基苯系液晶、哒嗪系液晶、席夫碱(Schiff base)系液晶、氧化偶氮基(Azoxy)系液晶、萘系液晶、联苯系液晶、苯基环己烷系液晶等。这些液晶可以单独使用1种或者组合2种以上使用。通常根据所要求的性能,组合2种以上使用。
在水平取向型液晶单元的情况下,优选具有正介电常数各向异性的液晶。作为这样的液晶,例如可列举氰基苯系液晶、二氟苯系液晶、三氟苯系液晶、三氟甲基苯系液晶、三氟甲氧基苯系液晶、嘧啶系液晶、萘系液晶、联苯系液晶、苯基环己烷系液晶等。这些液晶可以单独使用1种、或者组合2种以上使用。通常根据所要求的性能,组合2种以上使用。
通过在这样制造的上述液晶单元的外侧表面贴合偏光板,能够得到液晶显示元件。
作为偏光板,可列举由一边使聚乙烯醇拉伸取向一边吸收碘的“H膜”构成的偏光板、或者由醋酸纤维素保护膜夹持H膜的偏光板等。
具有本实施方式的液晶取向膜的液晶显示元件由于液晶取向膜的高取向限制力,因此显示特性、可靠性等诸性能优异。另外,由于使用本实施方式的液晶取向膜,因此也能够制造水平取向型液晶显示元件、垂直取向型液晶显示元件中的任一种液晶显示元件。
[光学各向异性体的制造方法]
也可以通过在本实施方式的液晶取向膜(光取向膜)上涂布聚合性液晶组合物,在使聚合性液晶组合物中的聚合性液晶分子(具有聚合性的液晶分子)取向的状态下进行聚合,从而制造光学各向异性体。另外,所谓光学各向异性体是指光在该物质中行进时,根据行进方向,光的传播速度、折射率、吸收等光学性质有差异的物质。
聚合性液晶组合物为包含聚合性液晶的组合物,是单独或者与其它液晶化合物的混合物,显示液晶性。作为聚合性液晶组合物,例如可列举Handbook of Liquid Crystals(D.Demus,J.W.Goodby,G.W.Gray,H.W.Spiess,V.Vill编辑、Wiley-VCH公司发行、1998年)、季刊化学总论No.22、液晶化学(日本化学会编、1994年)、或者日本特开平7-294735号公报、日本特开平8-3111号公报、日本特开平8-29618号公报、日本特开平11-80090号公报、日本特开平11-148079号公报、日本特开2000-178233号公报、日本特开2002-308831号公报、日本特开2002-145830号公报所记载的具有连接有多个1,4-亚苯基、1,4-亚环己基等结构的被称为介晶的刚性部位和(甲基)丙烯酰氧基、乙烯氧基、环氧基这样的聚合性官能团的棒状聚合性液晶化合物;或者日本特开2004-2373号公报、日本特开2004-99446号公报所记载的具有马来酰亚胺基的棒状聚合性液晶化合物;或者日本特开2004-149522号公报所记载的具有烯丙基醚基的棒状聚合性液晶化合物;或者例如Handbook of Liquid Crystals(D.Demus,J.W.Goodby,G.W.Gray,H.W.Spiess,V.Vill编辑、Wiley-VCH公司发行、1998年)、季刊化学总论No.22、液晶化学(日本化学会编、1994年)、日本特开平07-146409号公报所记载的盘状聚合性化合物。其中,具有聚合性基团的棒状液晶化合物容易制作包含室温前后的低温作为液晶温度范围者,因此优选。
实施例
下面,列举例子进一步详述本发明,但本发明不限于这些例子。化合物的结构通过质谱(MS)、核磁共振谱(NMR)等确认。只要没有特别限制,“份”以及“%”为质量基准。
(单体的合成)
(实施例1:单体I-1-1的合成)
通过下述式所示的方法,由化合物1~6的中间体合成目标化合物(单体I-1-1)。
[化27]
(化合物1的合成)
[化28]
将199g(1.21mol)的8-氯辛醇、158.3g(1.84mol)的甲基丙烯酸甲酯、1.5g的4-甲氧基苯酚、22.8g(0.12mol)的对甲苯磺酸溶解于450mL的环己烷中,加热回流6小时。将反应液冷却至室温,用水清洗溶液3次后,使用饱和碳酸氢钠水溶液清洗3次后,使用饱和食盐水清洗2次。使用无水硫酸钠干燥溶液,将溶剂蒸馏除去,从而得到作为无色透明液体的258g的化合物1(甲基丙烯酸8-氯辛酯)。纯度99%(GC)。
EI-MS:232[M+]
(化合物2的合成)
[化29]
将34.6g(0.284mol)的4-羟基苯甲醛、49g(0.341mol)的碳酸钾、0.1g的18-冠醚-6溶解于500mL的二甲基甲酰胺中,在氮气氛下,以室温添加58g(0.284mol)的甲基丙烯酸8-氯辛酯。将反应液加热至90度进行6小时搅拌。通过GC确认反应结束后,将反应液冷却至室温,进行过滤。添加200mL乙酸乙酯和200mL水,再次进行过滤。分离有机层与水层,向水层添加乙酸乙酯进行3次萃取。合并所有的有机层,使用饱和食盐水进行3次清洗。向有机层添加无水硫酸钠进行干燥,将溶剂蒸馏除去,得到粗制的化合物2。得到的化合物2不进行特别的精制而用于以下的反应。
EI-MS:318[M+]
(化合物3的合成)
[化30]
将50g(约0.14mol)的化合物2、4.43g(0.029mol)磷酸二氢钠、16g的30%双氧水溶解于60mL水以及350mL乙腈中,用冰冷却。接着向反应液中滴加将23g的78%亚氯酸钠稀释在200mL水中所得的溶液后,在室温下将反应液搅拌一晚。使用HPLC确认反应结束。向反应液中添加10%盐酸直到pH为1,过滤析出的白色固体。用水将得到的固体清洗3次。将得到的固体溶解于二氯甲烷中,向其中添加无水硫酸钠进行干燥。向溶液中添加庚烷并将二氯甲烷减压蒸馏除去,过滤析出的固体,得到30g目标化合物3。纯度99%(HPLC)。
(化合物4的合成)
[化31]
将50g(0.246mol)的4-溴-2-甲氧基苯酚、47.2g(0.369mol)的丙烯酸叔丁酯、50.9g(0.369mol)的碳酸钾溶解于700mL的N-甲基吡咯烷酮中,对体系进行氮气置换。向反应液中添加0.055g(0.246mmol)的乙酸钯并再次进行氮气置换,在130℃将体系搅拌6小时。通过HPLC确认反应结束。将反应液冷却至室温,向其中添加300mL乙酸乙酯和300mL的5%盐酸。分离有机层与水层,向水层添加乙酸乙酯进行萃取。合并所有的有机层,使用饱和食盐水清洗3次,使用无水硫酸钠进行干燥。将溶剂蒸馏除去,向其中添加80g硅胶而制成浆料。将其填充至100g氧化铝/300g硅胶柱中,并使用乙酸乙酯/庚烷混合溶液使其溶出。将溶剂蒸馏除去,使用庚烷对得到的粗晶体进行再结晶,得到作为白色固体的43.2g的化合物4。纯度99%(HPLC)。
EI-MS:250[M+]
(化合物5的合成)
[化32]
将22.3g(0.06676mol)的化合物3、16.7g(0.06677mol)的化合物4、1.22g(10mmol)的4-二甲基氨基吡啶溶解于400mL的二氯甲烷中,对体系进行氮气置换后用冰冷却。接着,向反应液中滴加将12.6g(0.1mol)的N,N’-二异丙基碳二亚胺溶解于100mL的二氯甲烷中所得的溶液后,在室温下搅拌一晚。过滤反应液,使用200mL的10%盐酸清洗反应液,接着使用200mL的饱和食盐水清洗3次,使用无水硫酸镁进行干燥。将一定程度的溶剂蒸馏除去,向其中添加70g的硅胶而制成浆料,并填充至100g氧化铝/200g硅胶柱中,并使用二氯甲烷使其溶出。将溶剂蒸馏除去,使用乙酸乙酯/庚烷的混合溶剂进行再结晶,从而得到31.8g作为白色固体的目标化合物5。纯度99%(HPLC)。
EI-MS:566[M+]
(化合物6的合成)
[化33]
将31.8g(0.0562mol)的化合物5溶解于200mL的二氯甲烷中,对体系进行氮气置换后,用冰冷却。向体系中滴加32g(0.280mol)的三氟乙酸后,在室温下搅拌一晚。通过HPLC确认反应结束。向反应液中添加300mL的庚烷,将溶剂蒸馏除去,从而使固体析出,将其过滤。使用水和庚烷清洗得到的固体,得到26g作为无色晶体的目标化合物6。纯度99%(HPLC)。
(化合物I-1-1的合成)
[化34]
将22.9g(45mmol)的化合物6、4.9g(0.04mol)的3-羟基丙腈、0.70g(5.6mmol)的4-二甲基氨基吡啶溶解于200mL的二氯甲烷中,对体系进行氮气置换后用冰冷却。接着向反应液中滴加将7.87g(64mmol)的N,N’-二异丙基碳二亚胺溶解于50mL的二氯甲烷中所得的溶液后,在室温下搅拌一晚。过滤反应液,使用100mL的10%盐酸清洗反应液,接着使用100mL的饱和食盐水清洗3次,使用无水硫酸镁进行干燥。使用30g氧化铝/300g硅胶柱与乙酸乙酯/二氯甲烷混合溶剂进行精制。使用甲醇对将溶剂蒸馏除去后所得的固体进行再结晶,得到16.4g作为白色固体的目标单体I-1-1。纯度99.5%(HPLC)。
EI-MS:563[M+]
(比较例1:化合物R-1的合成)
[化35]
除了使用2,2,2-三氟乙醇代替4.9g(0.04mol)的3-羟基丙腈以外,通过与实施例1的(化合物I-1-1的合成)同样的方法,合成化合物R-1。
EI-MS:592[M+]
(比较例2:化合物R-2的合成)
[化36]
除了使用2-羟基乙基乙酸代替4.9g(0.04mol)的3-羟基丙腈以外,通过与实施例1的(化合物I-1-1的合成)同样的方法,合成化合物R-2。
EI-MS:596[M+]
(比较例3:化合物R-3的合成)
[化37]
除了使用1-丙醇代替4.9g(0.04mol)的3-羟基丙腈以外,通过与实施例1的(化合物I-1-1的合成)同样的方法,合成化合物R-3。
EI-MS:552[M+]
(实施例2:单体I-1-2的合成)
通过下述式所示的方法,由化合物11~16的中间体合成目标化合物(单体I-1-2)。除了使用丙烯酸酯代替甲基丙烯酸甲酯作为初始原料以外,通过与实施例1同样的方法,得到作为白色固体的目标单体I-1-2。纯度99.5%(HPLC)。
EI-MS:549[M+]
[化38]
(肉桂酸衍生物单体的聚合)
(实施例2:聚合物P-I-1-1的合成)
[化39]
将16.5g的单体I-1-1、92mg AIBN溶解于82.5mL THF中,在氮气氛下以55℃反应6小时。向得到的溶液添加己烷从而使目标物质沉淀,对该沉淀物进行减压干燥,从而得到11g目标聚合物P-I-1-1。该聚合物的重均分子量为198,000。
[重均分子量的测定]
重均分子量在以下测定条件下,通过GPC(凝胶渗透色谱法、Gel PermeationChromatography)测定。
测定装置使用东曹公司制GPC装置HLC-8220GPC,分析柱使用TSKgel GMHXL×2根、TSKgel G2000XL×1根、TSKgel G1000XL×1根共4根串联,检测器使用差示折射率(RI)检测器,用于制作校准曲线的标准试样使用昭和电工制聚苯乙烯标准试样STANDARDSM-105(分子量范围1,300~3,800,000)。将得到的聚合物以1μg/mL的浓度溶解于THF中,流动相设为THF、送液速度设为1mL/分钟、柱温度设为40℃、试样注入量设为300μL进行测定。
(比较例4:聚合物P-R-1的合成)
[化40]
除了使用3g化合物R-1代替16.5g单体I-1-1以外,通过与实施例2同样的方法,得到1.44g聚合物P-R-1。该聚合物的重均分子量为382,263。
(比较例5:聚合物P-R-2的合成)
[化41]
除了使用3g化合物R-2代替16.5g单体I-1-1以外,通过与实施例2同样的方法,得到1.89g聚合物P-R-2。该聚合物的重均分子量为315,927。
(比较例6:聚合物P-R-3的合成)
[化42]
除了使用3g化合物R-3代替16.5g单体I-1-1以外,通过与实施例2同样的方法,得到1.90g聚合物P-R-3。该聚合物的重均分子量为331,172。
(实施例3:液晶取向膜的形成)
将5份实施例2中得到的聚合物P-I-1-1、47.5份N-甲基吡咯烷酮、47.5份2-丁氧基乙醇的混合物在室温下搅拌10分钟,均匀地溶解。接着,使用旋涂机将该溶液涂布在玻璃基板上,在100℃干燥3分钟,从而在上述玻璃基板上形成膜。通过目测观察形成的膜,结果确认形成了平滑的膜。
接着,使用具有超高压水银灯、波长截止滤光器、带通滤光器、以及偏光滤光器的偏光照射装置,对形成的膜从垂直方向照射紫外光(波长313nm)的直线偏光(照度:10mW/cm2)10秒,得到照射了100mJ/cm2的能量的光取向膜。膜厚为90nm。
(比较例7、8、9:液晶取向膜的形成)
除了使用比较例4、5、6中分别得到的聚合物代替实施例3中得到的聚合物P-I-1-1以外,通过与实施例3同样的方法在带ITO的玻璃板上形成取向膜。
[锚定能的测定]
以下述要点测定上述实施例3以及比较例7~9中得到的取向膜的锚定能。
(液晶组合物A的调制)
将下述表1所示的化合物以该表记载的比例混合,调制液晶组合物A。对得到的液晶组合物A进行热分析的结果:向列-各向同性液体相转变温度(透明点)为85.6℃。另外,波长589nm时的非常光折射率ne为1.596、波长589nm时的寻常光折射率nо为1.491。另外,介电常数各向异性为+7.0、K22为7.4pN。
[表1]
(液晶组合物B的调制)
相对于上述液晶组合物A添加0.25质量%下述式所表示的化合物来调制液晶组合物B。测定间距,结果为40.40μm。
[化43]
(评价用液晶单元的制作)
使用具有实施例3中得到的液晶取向膜的玻璃基板,制作液晶单元。更具体地说,将2块带液晶取向膜的玻璃基板按照各自的液晶取向膜相对、且照射直线偏光的方向为反向平行方向的方式配置,在2块基板间保持一定间隙(10μm)的状态下,利用密封剂贴合周边部。接着,以刚超过透明点的温度向由液晶取向膜表面以及密封剂划区的单元间隔内填充上述液晶组合物A或者B,之后,冷却至室温,从而制作液晶单元。将由此制作的液晶单元作为评价元件。按照以下所示的方法测定锚定能,结果为250μJ/m2。
[方位角锚定能的测定]
使用上述液晶单元,通过以下被称为扭矩平衡法的方法(日本液晶学会讨论会演讲论文集(日本液晶学会討論会講演予稿集)(2001年)的251~252页所报告的方法)测定液晶取向膜表面与液晶层之间的界面的方位角锚定能。
首先,向液晶单元真空填充液晶组合物A,在92℃加热2分钟后,冷却至室温。
接着,在具有白色光源、起偏镜(入射侧偏光板)、检偏镜(出射侧偏光板)、检测器的光学测定装置(OMS-DI4RD、中央精机株式会社制)的起偏镜-检偏镜之间配置该液晶单元,一边使起偏镜与检偏镜旋转,一边使用检测器检测透射光的光量,求出检测的光量为最小的位置(消光位置)的起偏镜与检偏镜的旋转角,将该角度作为扭转角扭转角为1.12°。
接着,真空填充液晶组合物B代替液晶组合物A,同样地加热、冷却后求出液晶单元的扭转角。填充了液晶组合物B的液晶单元的扭转角为1.64°。
通过下式(1)求出方位角锚定能A。其中,K22为液晶的扭转弹性模量、d为单元间隔、p为带有手性的液晶的螺距。
对于比较例7~9中得到的取向膜,也与实施例3同样地测定锚定能。比较例7~9中得到的取向膜的锚定能分别为40μJ/m2、100μJ/m2、60μJ/m2。
如上所述,确认到:通过使用实施例1的在分子末端具有至少1个氰基的化合物(肉桂酸衍生物)及其聚合物,能够通过照射较少的直线偏光而形成具有充分大的锚定能的液晶取向膜。这样的液晶取向膜的液晶取向以及预倾角的控制优异。另一方面,不具有氰基的比较例1~3的化合物以及使用了它们的聚合物的比较例中,只能得到具有与实施例相比更低锚定能的液晶取向膜。
工业实用性
本发明能够提供一种液晶取向膜、用于上述液晶取向膜的聚合物、构成上述聚合物的化合物、使用了上述液晶取向膜的液晶显示元件、以及使用了上述聚合物的光学各向异性体,所述液晶取向膜能够在制造时以较少的偏光照射量高效地赋予取向性,液晶的取向以及预倾角的控制优异,且具有高电压保持率(VHR)。这样的光学各向异性体在制造可用于光学补偿等的光学各向异性膜方面有用。
Claims (15)
1.一种化合物,由下述通式(I)表示,
[化1]
式中,L表示聚合性基团,
Sp表示包含亚甲基的间隔单元,
Q表示直接键合、-O-、-CO-O-或者-O-CO-,
A包含选自由反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、1,4-亚环己烯基、2,5-硫代亚苯基、2,5-亚呋喃基、1,4-双环[2.2.2]亚辛基、萘-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢化萘-2,6-二基和1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基组成的组中的基团,该基团各自可以无取代或者1个以上的氢原子被氟原子、氯原子、氰基、甲基或者甲氧基取代,其中,存在于反式-1,4-亚环己基中的1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-NH-或者-S-取代,存在于1,4-亚苯基中的1个以上的-CH=可以被-N=取代,
s表示1~4的整数,在s表示2~4的情况下,存在多个的A可以相同也可以不同,
X和Y各自独立地表示氢原子、氟原子、氯原子、氰基或者碳原子数1~20的烷基,存在于所述烷基中的氢原子可以被氟原子取代,在所述烷基中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-CO-O-、-O-CO-和/或-CH=CH-取代,
M表示下述通式(IIa)、(IIb)或者(IIc),
[化2]
在式(IIa)、(IIb)和(IIc)中,虚线表示与碳原子的键合,
R1表示碳原子数1~30的亚烷基,在R1存在多个的情况下,存在多个的R1可以相同也可以不同,
R2表示氢原子或者碳原子数1~30的烷基,
在R1和R2中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-NCH3-、-CH=CH-、-CF=CF-和/或-C≡C-取代,存在于R1和R2中的氢原子可以被碳原子数1~20的烷基、氰基或者卤原子取代。
2.根据权利要求1所述的化合物,在所述通式(IIa)、(IIb)或者(IIc)中,R1由下述通式(IId)表示,
[化3]
式中,虚线表示与氧原子或者氮原子的键合,*表示与氰基的键合,
W1表示亚甲基、-CO-O-或者-CO-NH-,存在于亚甲基中的氢原子可以被碳原子数1~5的烷基取代,
R4表示碳原子数1~20的亚烷基,在所述亚烷基中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-NCH3-取代,
R5表示氢原子或者碳原子数1~5的烷基,存在于所述烷基中的氢原子可以被氟原子或者氯原子取代。
3.根据权利要求1或者2所述的化合物,在所述通式(I)中,A表示1,4-亚苯基,存在于所述1,4-亚苯基中的1个以上的氢原子可以被氟原子、氯原子、甲基或者甲氧基取代。
4.根据权利要求1或者2所述的化合物,在所述通式(I)中,X和Y表示氢原子。
5.根据权利要求1或者2所述的化合物,在所述通式(I)中,L为选自由下述通式(III-1)~下述通式(III-10)所表示的聚合性基团组成的组中的任一聚合性基团,
[化4]
式中,虚线表示与Sp的键合,R30表示氢原子、氟原子、氯原子、碳原子数1~4的烷基、苯基或者苯氧基,R31表示氢原子、氯原子、甲基或者苯基,R32各自独立地表示氢原子或者碳原子数1~5的烷基。
6.根据权利要求1或者2所述的化合物,在所述通式(I)中,L为通式(III-1)、(III-2)或者(III-6)所表示的聚合性基团,
[化5]
式中,虚线表示与Sp的键合,R30和R31各自独立地表示氢原子或者甲基,R32表示氢原子或者碳原子数1~5的烷基。
7.根据权利要求1或者2所述的化合物,在所述通式(I)中,-(A)s-由下述通式(IVa)表示,
[化6]
式中,虚线表示与Q的键合,**表示与碳原子的键合,
A1、A2和A3各自独立地表示选自由反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、1,4-亚环己烯基、2,5-硫代亚苯基、2,5-亚呋喃基、1,4-双环[2.2.2]亚辛基、萘-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢化萘-2,6-二基以及1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基组成的组中的基团,该基团各自可以无取代或者1个以上的氢原子被氟原子、氯原子、氰基、甲基或者甲氧基取代,其中,存在于反式-1,4-亚环己基中的1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以被-O-、-NH-或者-S-取代,存在于1,4-亚苯基中的1个以上的-CH=可以被-N=取代,
Z1、Z2和Z3各自独立地表示单键、碳原子数1~20的亚烷基、-OCH2-、-CH2O-、-CO-O-、-O-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-或者-C≡C-,在这些取代基中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以各自独立地被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-、-NR6-、-NR6-CO-、-CO-NR6-、-NR6-CO-O-、-O-CO-NR6-、-NR6-CO-NR6-、-CH=CH-、-C≡C-或者-O-CO-O-取代,R6各自独立地表示氢或者碳原子数1~5的烷基,
p、q、r各自表示0~4的整数,p+q+r=s。
8.根据权利要求7所述的化合物,在所述通式(IVa)中,
A2表示反式-1,4-亚环己基、2,6-亚萘基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基或者1,4-亚苯基中的任一基团,存在于所述任一基团中的1个以上的氢原子可以被氟原子、氯原子、甲基或者甲氧基取代,
Z2表示单键、碳原子数1~20的亚烷基、-OCH2-、-CH2O-、-CO-O-、-O-CO-、-CH=CH-或者-C≡C-中的任一基团,在所述任一基团中存在1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基的情况下,1个亚甲基或者彼此不邻接的2个以上的亚甲基可以各自独立地被-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-CH=CH-或者-C≡C-取代,
q表示1。
9.根据权利要求7所述的化合物,在所述通式(IVa)中,A2表示1,4-亚苯基,存在于所述1,4-亚苯基中的1个以上的氢原子可以被氟原子、氯原子、甲基或者甲氧基取代。
10.一种聚合物,其具有下述通式(PI)所表示的结构单元,所述聚合物通过含有权利要求1~9中任一项所述的化合物的组合物聚合而得到,
[化7]
式中,La表示来自L的基团,Sp、Q、A、X、Y、M和s与通式(I)同样地定义。
11.一种液晶取向膜,其用于垂直取向型液晶显示元件,所述液晶取向膜包含权利要求10所述的聚合物的固化物。
12.一种垂直取向型液晶显示元件,其具有权利要求11所述的液晶取向膜。
13.一种液晶取向膜,其用于水平取向型液晶显示元件,所述液晶取向膜包含权利要求10所述的聚合物的固化物。
14.一种水平取向型液晶显示元件,其具有权利要求13所述的液晶取向膜。
15.一种光学各向异性体,其特征在于,在由聚合性液晶组合物的聚合物构成的光学各向异性体中,利用包含权利要求10所述的聚合物的固化物的液晶取向膜使所述聚合性液晶组合物中的聚合性液晶分子取向。
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