CN105733611A - 液晶取向剂、液晶元件的制造方法、液晶取向膜、液晶元件及化合物 - Google Patents

液晶取向剂、液晶元件的制造方法、液晶取向膜、液晶元件及化合物 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够获得残像特性良好,而且ODF不均少的液晶元件的液晶取向剂、液晶元件的制造方法、液晶取向膜、液晶元件及化合物。本发明的液晶取向剂含有:(A)成分:选自由聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚有机硅氧烷及具有聚合性不饱和键的单体的聚合物所组成的组群中的至少一种聚合物。(B)成分:具有下述(C)结构及(D)结构的至少任一个的光聚合性化合物。(C)结构:在与(A)成分所具有的官能基之间以及(B)成分间的至少任一个中形成较共价键更弱的分子间力或者可逆的共价键的部分结构。(D)结构:在与(A)成分所具有的官能基之间以及(B)成分间的至少任一个中,通过加热而形成共价键的部分结构。

Description

液晶取向剂、液晶元件的制造方法、液晶取向膜、液晶元件及化合物
技术领域
本发明涉及一种液晶取向剂、液晶元件的制造方法、液晶取向膜、液晶元件及化合物。
背景技术
液晶元件中,以前作为垂直取向模式而已知的多域垂直取向(Multi-DomainVerticalAlignment,MVA)型面板通过在液晶面板中形成突起物,由此限制液晶分子的倒塌方向,从而实现视角的扩大。但是,依据该方式,由突起物引起的透过率及对比度的不足不可避免,进而存在液晶分子的响应速度比较慢的不良情况。
近年来,为了解决如上所述的MVA型面板的问题点,提出了聚合物稳定取向(PolymerSustainedAlignment,PSA)模式(例如参照专利文献1)。该PSA技术为如下技术:将通过光照射而聚合的成分(光聚合性化合物)混入液晶单元的液晶层中,在通过电压施加而使液晶分子倾斜的状态下对液晶单元进行光照射,借此,将光聚合性化合物进行聚合来控制液晶分子的分子取向。然而,在利用PSA技术来控制液晶分子的取向的情况下,必须以比较高的照射量来进行光照射。因此,除了产生液晶分子分解的不良情况以外,即便通过紫外线照射也不聚合的未反应化合物残存于液晶层中,担忧它们相互作用而导致显示不均的产生、或电压保持特性及面板的长期可靠性的下降。
对此,提出了用以获得如下的液晶元件的技术,所述液晶元件能够对使用液晶取向剂而形成的涂膜,以尽可能少的光照射量来赋予所需的预倾角特性,且液晶分子对于电压变化的响应速度足够快速(例如参照专利文献2)。该专利文献2中揭示:使用包含具有光聚合性基的聚合物的液晶取向剂,在基板上形成液晶取向膜,并且使用该基板来形成液晶单元,在对基板间施加电压的状态下对液晶单元进行光照射,借此制造液晶元件。
另外,近年来,随着基板的大型化而采用的液晶单元的制法有液晶滴加方式(OneDropFilling,ODF方式)。ODF方式为如下方法:在形成有液晶取向膜的基板上的既定的数个部位滴加所需量的液晶,在真空中与另一块基板贴合,而且使液晶在基板的整个面上铺开,然后对用以使液晶密闭的密封剂进行紫外线(ultraviolet,UV)硬化,借此在面板整个面上填充液晶。该方法是与以前进行的真空注入方式相比,能够大幅度缩短液晶填充步骤的制程时间的技术。特别是在电视等大型液晶显示元件中使用的垂直取向型液晶显示元件的制造中经常使用本方式。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2003-149647号公报
[专利文献2]日本专利特开2011-118358号公报
发明内容
[发明所欲解决的问题]
利用ODF方式的液晶元件的制造方法中具有如上所述的优点,另一方面,容易产生称为“ODF不均”的显示不均,存在对显示品质造成影响的情况。另外,随着近年来的液晶面板的高精细化,对显示品质的要求日益严格,要求新的液晶取向剂,其能够缩短液晶元件的制造制程的时间,且加快液晶分子的响应速度,从而获得难以产生残像或显示不均的液晶元件。
本发明是鉴于所述情况而形成,目的之一在于提供一种能够获得残像特性良好,而且ODF不均少的液晶元件的液晶取向剂。
[解决问题的技术手段]
在使用包含光聚合性化合物作为添加剂的液晶取向剂,利用ODF方式来制造液晶元件的情况下,作为产生ODF不均的原因,假定为列举如下情况作为原因之一:当滴加于取向膜上的液晶扩散时,光聚合性化合物溶出于液晶中。而且发现,使具有特定的部分结构的光聚合性化合物含有于液晶取向剂中,能够解决所述问题,从而完成本发明。具体而言,通过本发明来提供以下的手段。
[1]一种液晶取向剂,含有下述的(A)成分以及(B)成分:
(A)成分:选自由聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚有机硅氧烷及具有聚合性不饱和键的单体的聚合物所组成的组群中的至少一种聚合物;
(B)成分:具有作为下述(C)结构及(D)结构中的至少任一个的特定结构的光聚合性化合物;
(C)结构:在与所述(A)成分所具有的官能基之间、以及所述(B)成分间的至少任一个中,产生较共价键更弱的分子间力或者形成可逆的共价键的部分结构;
(D)结构:在与所述(A)成分之间、以及所述(B)成分间的至少任一个中,通过加热而形成共价键的部分结构。
[发明的效果]
依据包含所述(A)成分以及(B)成分的液晶取向剂,能够获得残像及ODF不均少、显示品质良好的液晶元件。
具体实施方式
以下,对本发明的液晶取向剂中所含的各成分、以及视需要而任意调配的其他成分进行说明。
<(A)成分>
本发明的液晶取向剂包含选自由聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚有机硅氧烷、以及具有聚合性不饱和键的单体的聚合物所组成的组群中的至少一种(以下也称为“特定聚合物”)。
[聚酰胺酸]
本发明的聚酰胺酸可通过使四羧酸二酐与二胺化合物进行反应而获得。
(四羧酸二酐)
聚酰胺酸的合成中使用的四羧酸二酐例如可列举: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。作为这些四羧酸二酐的具体例,脂肪族四羧酸二酐例如可列举:1,2,3,4-丁烷四羧酸二酐等;
脂环式四羧酸二酐例如可列举:1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐、5-(2,5-二氧代四氢呋喃-3-基)-3a,4,5,9b-四氢萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二氧代四氢呋喃-3-基)-8-甲基-3a,4,5,9b-四氢萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、3-氧杂双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺环-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、环己烷四羧酸二酐等;芳香族四羧酸二酐例如可列举:均苯四甲酸二酐、4,4′-(六氟亚异丙基)双邻苯二甲酸酐等;除此以外,可使用日本专利特开2010-97188号公报中记载的四羧酸二酐。此外,所述四羧酸二酐可单独使用一种或者将两种以上组合使用。
(二胺化合物)
聚酰胺酸的合成中使用的二胺化合物例如可列举: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,脂肪族二胺例如可列举: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;脂环式二胺例如可列举:1,4-二氨基环己烷、4,4′-亚甲基双(环己基胺)等;
芳香族二胺例如可列举:十二烷氧基二氨基苯、十六烷氧基二氨基苯、十八烷氧基二氨基苯、胆甾烷氧基二氨基苯、胆甾烯氧基二氨基苯、二氨基苯甲酸胆甾烷基酯、二氨基苯甲酸胆甾烯基酯、二氨基苯甲酸羊毛甾烷基酯、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、1,1-双(4-((氨基苯基)甲基)苯基)-4-丁基环己烷、下述式(E-1)
[化1]
(式(E-1)中,XI及XII分别独立地为单键、-O-、*-COO-或者*-OCO-(其中,“*”表示与XI的结合键),RI为碳数1~3的烷二基,RII为单键或碳数1~3的烷二基,a为0或1,b为0~2的整数,c为1~20的整数,d为0或1;其中,a及b不会同时成为0)
所表示的化合物等含取向性基的二胺:
对苯二胺、4,4′-二氨基二苯基甲烷、4,4′-二氨基二苯基硫醚、4-氨基苯基-4′-氨基苯甲酸酯、4,4′-二氨基偶氮苯、1,5-双(4-氨基苯氧基)戊烷、双[2-(4-氨基苯基)乙基]己二酸、N,N-双(4-氨基苯基)甲基胺、2,6-二氨基吡啶、1,4-双-(4-氨基苯基)-哌嗪、N,N′-双(4-氨基苯基)-联苯胺、2,2′-二甲基-4,4′-二氨基联苯、2,2′-双(三氟甲基)-4,4′-二氨基联苯、4,4′-二氨基二苯基醚、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、4,4′-(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)联苯等;二氨基有机硅氧烷例如可列举:1,3-双(3-氨基丙基)-四甲基二硅氧烷等,除此以外,可使用日本专利特开2010-97188号公报中记载的二胺。
聚酰胺酸的合成中使用的二胺化合物可优选使用具有羧基的二胺(以下也称为“含羧基的二胺”)。通过将具有由含羧基的二胺而来的部分结构的聚合物与下述(B)成分一起调配,就液晶显示元件的显示不均减少的改善效果提高的方面而言优选。
合成中使用的含羧基的二胺可优选使用具有作为在苯环等芳香环上键结有羧基的结构的芳香族羧酸结构的二胺。具体而言,例如可列举下述式(C-1)所表示的化合物等。
[化2]
(式(C-1)中,X9为单键、氧原子或碳数1~3的烷二基;m1及m2分别独立地为0或1)
作为所述式(C-1)所表示的化合物的具体例,例如可列举:3,5-二氨基苯甲酸、2,4-二氨基苯甲酸、2,5-二氨基苯甲酸、4,4′-二氨基联苯基-3-羧酸、4,4′-二氨基二苯基甲烷-3-羧酸、4,4′-二氨基二苯基乙烷-3-羧酸等单羧酸;4,4′-二氨基联苯基-3,3′-二羧酸、4,4′-二氨基联苯基-2,2′-二羧酸、3,3′-二氨基联苯基-4,4′-二羧酸、4,4′-二氨基二苯基甲烷-3,3′-二羧酸、4,4′-二氨基二苯基乙烷-3,3′-二羧酸、4,4′-二氨基二苯基醚-3,3′-二羧酸等二羧酸等。
合成聚酰胺酸时,就充分获得通过所述二胺的使用而带来的ODF不均抑制的改善效果的观点而言,相对于合成中使用的二胺的总量,含羧基的二胺的使用比例优选为设为5摩尔%以上,更优选为设为10摩尔%以上,尤其优选为设为20摩尔%以上。另外,该使用比例的上限值并无特别限制,就电压保持率的观点而言,相对于合成中使用的二胺的总量,所述含羧基的二胺的使用比例优选为设为90摩尔%以下,更优选为设为80摩尔%以下。此外,含羧基的二胺可将所述二胺中的一种单独使用或者适当选择两种以上来使用。
(聚酰胺酸的合成)
聚酰胺酸可通过使如上所述的四羧酸二酐与二胺化合物,视需要与分子量调整剂一起进行反应而获得。提供给聚酰胺酸的合成反应的四羧酸二酐与二胺化合物的使用比例优选为相对于二胺化合物的氨基1当量,四羧酸二酐的酸酐基成为0.2当量~2当量的比例。分子量调整剂例如可列举:顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、衣康酸酐等酸单酐,苯胺、环己基胺、正丁基胺等单胺化合物,异氰酸苯基酯、异氰酸萘基酯等单异氰酸酯化合物等。相对于所使用的四羧酸二酐以及二胺化合物的合计100质量份,分子量调整剂的使用比例优选为设为20质量份以下。
聚酰胺酸的合成反应优选为在有机溶媒中进行。此时的反应温度优选为-20℃~150℃,反应时间优选为0.1小时~24小时。
反应中使用的有机溶媒例如可列举:非质子性极性溶媒、酚系溶媒、醇、酮、酯、醚、卤化烃、烃等。特别优选的有机溶媒优选为使用选自由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、间甲酚、二甲酚及卤化苯酚所组成的组群中的一种以上作为溶媒,或者使用这些溶媒的一种以上与其他有机溶媒(例如丁基溶纤剂、二乙二醇二乙醚等)的混合物。有机溶媒的使用量(a)优选为设为相对于反应溶液的总量(a+b),四羧酸二酐以及二胺的合计量(b)成为0.1质量%~50质量%的量。
以所述方式,获得将聚酰胺酸溶解而成的反应溶液。该反应溶液可直接提供给液晶取向剂的制备,也可以将反应溶液中所含的聚酰胺酸分离后再提供给液晶取向剂的制备。
[聚酰胺酸酯]
本发明的聚酰胺酸酯可利用以下方法来获得:例如,[I]使通过所述合成反应而获得的聚酰胺酸与酯化剂进行反应的方法;[II]使四羧酸二酯与二胺化合物进行反应的方法;以及[III]使四羧酸二酯二卤化物与二胺化合物进行反应的方法等。液晶取向剂中所含有的聚酰胺酸酯可仅具有酰胺酸酯结构,也可以是酰胺酸结构与酰胺酸酯结构并存的部分酯化物。此外,将聚酰胺酸酯溶解而成的反应溶液可直接提供给液晶取向剂的制备,也可以将反应溶液中所含的聚酰胺酸酯分离后再提供给液晶取向剂的制备。
[聚酰亚胺]
聚酰亚胺可通过将例如以所述方式合成的聚酰胺酸进行脱水闭环,使其酰亚胺化而获得。聚酰亚胺可以是将作为其前驱物的聚酰胺酸所具有的酰胺酸结构全部进行脱水闭环而成的完全酰亚胺化物,也可以是仅将酰胺酸结构的一部分进行脱水闭环而使酰胺酸结构与酰亚胺环结构并存的部分酰亚胺化物。反应中使用的聚酰亚胺优选为其酰亚胺化率为20%~99%,更优选为30%~90%。该酰亚胺化率是相对于聚酰亚胺的酰胺酸结构的数量与酰亚胺环结构的数量的合计,以百分率来表示酰亚胺环结构的数量所占的比例。此处,酰亚胺环的一部分也可以是异酰亚胺环。
聚酰胺酸的脱水闭环优选为利用以下方法来进行:对聚酰胺酸进行加热的方法;或者将聚酰胺酸溶解于有机溶媒中,在该溶液中添加脱水剂以及脱水闭环催化剂,视需要进行加热的方法。其中,优选为利用后者的方法。
在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,脱水剂例如可使用乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。相对于聚酰胺酸的酰胺酸结构的1摩尔,脱水剂的使用量优选为设为0.01摩尔~20摩尔。脱水闭环催化剂例如可使用吡啶、三甲吡啶、二甲吡啶、三乙基胺等三级胺。相对于所使用的脱水剂1摩尔,脱水闭环催化剂的使用量优选为设为0.01摩尔~10摩尔。脱水闭环反应中使用的有机溶媒可列举作为聚酰胺酸的合成中使用的而例示的有机溶媒。脱水闭环反应的反应温度优选为0℃~180℃。反应时间优选为1.0小时~120小时。
以所述方式获得含有聚酰亚胺的反应溶液。该反应溶液可直接提供给液晶取向剂的制备,也可以将聚酰亚胺分离后再提供给液晶取向剂的制备。聚酰亚胺也可以通过聚酰胺酸酯的酰亚胺化而获得。
以所述方式获得的聚酰胺酸、聚酰胺酸酯以及聚酰亚胺优选为当将其制成浓度为10质量%的溶液时,具有10mPa·s~800mPa·s的溶液粘度的,更优选为具有15mPa·s~500mPa·s的溶液粘度的。此外,聚酰胺酸、聚酰胺酸酯以及聚酰亚胺的溶液粘度(mPa·s)是对使用这些聚合物的良溶媒(例如γ-丁内酯、N-甲基-2-吡咯烷酮等)来制备的浓度为10质量%的聚合物溶液,使用E型旋转粘度计,在25℃下测定的值。
聚酰胺酸、聚酰胺酸酯以及聚酰亚胺的利用凝胶渗透色谱法(GelPermeationChromatography,GPC)来测定的聚苯乙烯换算的重量平均分子量(Mw)优选为1,000~500,000,更优选为2,000~300,000。另外,由Mw、与利用GPC来测定的聚苯乙烯换算的数量平均分子量(Mn)的比所表示的分子量分布(Mw/Mn)优选为15以下,更优选为10以下。通过处于如上所述的分子量范围内,能够确保液晶显示元件的良好取向性以及稳定性。
[聚有机硅氧烷]
本发明的聚有机硅氧烷可通过例如将水解性的硅烷化合物进行水解·缩合而获得。
聚有机硅氧烷的合成中使用的硅烷化合物例如可列举:四甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷等烷氧基硅烷化合物;3-巯基丙基三乙氧基硅烷、巯基甲基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(3-环己基氨基)丙基三甲氧基硅烷等含氮·硫的烷氧基硅烷化合物;3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)乙基三乙氧基硅烷等含环氧基的硅烷化合物;3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷等含不饱和键的烷氧基硅烷化合物;三甲氧基硅烷基丙基丁二酸酐等。水解性硅烷化合物可单独使用这些化合物中的一种或者将两种以上组合使用。此外,“(甲基)丙烯酰氧基”是包含“丙烯酰氧基”及“甲基丙烯酰氧基”的含义。
所述水解·缩合反应可通过优选为在适当的催化剂以及有机溶媒的存在下,使如上所述的硅烷化合物的一种或者两种以上与水进行反应而进行。反应时,相对于硅烷化合物(合计量)1摩尔,水的使用比例优选为1摩尔~30摩尔。所使用的催化剂例如可列举:酸、碱金属化合物、有机碱、钛化合物、锆化合物等。催化剂的使用量根据催化剂的种类、温度等反应条件等而不同,可适当设定,例如相对于硅烷化合物的合计量,优选为0.01倍摩尔~3倍摩尔。所使用的有机溶媒例如可列举:烃、酮、酯、醚、醇等、这些有机溶媒中,优选为使用非水溶性或者难水溶性的有机溶媒。相对于反应中使用的硅烷化合物的合计100质量份,有机溶媒的使用比例优选为10质量份~10,000质量份。
所述水解·缩合反应优选为利用例如油浴等进行加热而实施。此时,加热温度优选为设为130℃以下,加热时间优选为设为0.5小时~12小时。反应结束后,将自反应液中分取出的有机溶媒层,视需要以干燥剂进行干燥后,去除溶媒,借此获得作为目标的聚有机硅氧烷。此外,聚有机硅氧烷的合成方法并不限定于所述的水解·缩合反应,例如可利用在乙二酸及醇的存在下使水解性硅烷化合物进行反应的方法等而进行。
也可以将作为(A)成分的聚有机硅氧烷设为在侧链上具有液晶取向性基的聚有机硅氧烷(以下,也称为“含取向性基的聚硅氧烷”)。合成含取向性基的聚硅氧烷的方法并无特别限定,可列举如下方法等:在原料的至少一部分中使用含环氧基的硅烷化合物,来合成在侧链上具有环氧基的聚有机硅氧烷(以下,也称为“含环氧基的聚硅氧烷”),继而使含环氧基的聚硅氧烷、与具有液晶取向性基的羧酸进行反应。该方法简便,而且在能够提高液晶取向性基的导入率的方面优选。除此以外,也可以通过在单体中包含具有液晶取向性基的水解性硅烷化合物的反应来合成含取向性基的聚硅氧烷。
关于作为(A)成分的聚有机硅氧烷,以GPC测定而得的聚苯乙烯换算的重量平均分子量(Mw)优选为在100~50,000的范围内,更优选为在200~10,000的范围内。
[具有聚合性不饱和键的单体的聚合物]
具有聚合性不饱和键的单体的聚合物(以下,也称为“聚合物(PAc)”)中,单体所具有的聚合性不饱和键例如可列举:(甲基)丙烯酰基、乙烯基、苯乙烯基、顺丁烯二酰亚胺基等。作为所述具有聚合性不饱和键的单体的具体例,例如可列举:(甲基)丙烯酸、α-乙基丙烯酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、乙烯基苯甲酸等不饱和羧酸,(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸环烷基酯、(甲基)丙烯酸苄基酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸三甲氧基硅烷基丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧基环己基甲酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧基丁酯、丙烯酸4-羟基丁基缩水甘油醚等不饱和羧酸酯,顺丁烯二酸酐等不饱和多元羧酸酐等(甲基)丙烯酸系化合物;苯乙烯、甲基苯乙烯、二乙烯基苯等芳香族乙烯基化合物;1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯等共轭二烯化合物;N-甲基顺丁烯二酰亚胺、N-环己基顺丁烯二酰亚胺、N-苯基顺丁烯二酰亚胺等含顺丁烯二酰亚胺基的化合物等。此外,具有聚合性不饱和键的单体可单独使用一种或者将两种以上组合使用。
就透明性或材料强度等观点而言,所述聚合物中,聚合物(PAc)优选为包含(甲基)丙烯酸系化合物的单体的聚合物。合成聚合物(PAc)时,相对于合成中使用的单体的合计量,(甲基)丙烯酸系化合物的使用比例优选为设为50摩尔%以上,更优选为设为60摩尔%以上,尤其优选为设为70摩尔%以上。
聚合物(PAc)例如可在聚合引发剂的存在下,将具有聚合性不饱和键的单体进行聚合而获得。所使用的聚合引发剂例如优选为:2,2′-偶氮双(异丁腈)、2,2′-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、2,2′-偶氮双(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)等偶氮化合物。相对于反应中使用的全部单体100质量份,聚合引发剂的使用比例优选为设为0.01质量份~30质量份。所述聚合反应优选为在有机溶媒中进行。反应中使用的有机溶媒例如可列举:醇、醚、酮、酰胺、酯、烃化合物等,优选为二乙二醇乙基甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯等。反应温度优选为设为30℃~120℃,反应时间优选为设为1小时~36小时。有机溶媒的使用量(a)优选为设为相对于反应溶液的总量(a+b),反应中使用的单体的合计量(b)成为0.1质量%~60质量%的量。
作为(A)成分的聚合物(PAc)也可以设为在侧链上具有液晶取向性基的聚合物(以下,也称为“含取向性基的聚合物(PAc)”)。合成含取向性基的聚合物(PAc)的方法并无特别限定,例如可列举如下方法等:在原料的至少一部分中使用含环氧基的化合物来合成在侧链上具有环氧基的聚合物,继而使其与具有液晶取向性基的羧酸进行反应。
关于聚合物(PAc),以GPC测定而得的聚苯乙烯换算的重量平均分子量(Mw)优选为250~500,000,更优选为500~100,000,尤其优选为1,000~50,000。
其中,(A)成分优选为包含选自由聚酰亚胺、聚酰胺酸及聚酰胺酸酯所组成的组群中的至少一种。通过这些聚合物所具有的羧基(相当于(A)成分所具有的官能基),与(B)成分的相互作用提高。液晶取向剂中所含有的特定聚合物可单独使用一种或者将两种以上组合使用。(A)成分的优选实施方式可列举:<1>(A)成分为选自由聚酰亚胺、聚酰胺酸及聚酰胺酸酯所组成的组群中的至少一种的实施方式;<2>(A)成分为选自由聚酰亚胺、聚酰胺酸及聚酰胺酸酯所组成的组群中的至少一种以及聚有机硅氧烷的实施方式;<3>(A)成分为选自由聚酰亚胺、聚酰胺酸及聚酰胺酸酯所组成的组群中的至少一种以及聚合物(PAc)的实施方式等。
<(B)成分>
本发明的液晶取向剂不仅含有(A)成分,还含有具有作为下述(C)结构及下述(D)结构的至少任一个的特定结构的光聚合性化合物(以下也称为“化合物(B)”)。此外,本说明书中所谓“光聚合性化合物”,是指具有至少一个光聚合性基的化合物。
(C)结构:在与(A)成分所具有的官能基之间、以及(B)成分间的至少任一个中,产生较共价键更弱的分子间力或者形成可逆的共价键的部分结构。
(D)结构:在与(A)成分之间、以及(B)成分间的至少任一个中,通过加热来形成共价键的部分结构。
化合物(B)所具有的光聚合性基只要是可通过光照射来聚合的官能基即可,例如可列举具有聚合性的碳-碳不饱和键的基团等。作为这些基团的具体例,例如可列举:(甲基)丙烯酰基、乙烯基、苯乙烯基、顺丁烯二酰亚胺基等。化合物(B)所具有的光聚合性基的数量并无特别限制,可以是一个,也可以是多个。就适当控制涂膜的预倾角,加快液晶分子的响应速度的观点而言,优选为2个以上,更优选为2个~4个。
就充分提高取向膜中的取向限制力来实现残像的减少的观点而言,化合物(B)优选为具有下述式(4)所表示的基团作为光聚合性基的化合物,更优选为具有两个以上的下述式(4)所表示的基团的化合物。
[化3]
(式(4)中,R1为氧原子、硫原子或-NH-;X1~X3分别独立地为氢原子、卤素原子或一价有机基;其中,在R1为氧原子的情况下,X3也可以与其他基团键结而与-CO-R1-一起形成环;“*”表示结合键)
所述式(4)中的X1~X3的一价有机基例如可列举:碳数1~12的一价链状烃基、碳数3~12的一价脂环式烃基以及碳数6~12的一价芳香族烃基等,这些烃基所具有的氢原子也可以经卤素原子等所取代。X1及X2优选为氢原子,X3优选为氢原子、氟原子、碳数1~6的烷基、碳数1~6的氟烷基或碳数6~12的一价芳香环基。作为在X3为芳香环基的情况下的具体例,例如可列举苯基、甲苯基等。
所述式(4)所表示的部分结构的优选具体例可列举下述式(4-1)及式(4-2)所表示的结构等。
[化4]
(式(4-1)中,R1为氧原子、硫原子或-NH-;X7为氢原子、甲基或全氟甲基)
特定结构只要显示出所述特性,则并无特别限制,可根据(A)成分所具有的官能基来适当选择。此处,(C)结构的所谓“较共价键更弱的分子间力”,是指例如离子-偶极子相互作用、偶极子-偶极子相互作用、氢键、配位键、凡得瓦力等在分子间发挥作用的电磁学力。(C)结构例如可列举:下述式(1)所表示的部分结构、下述式(2)所表示的部分结构、下述式(3)所表示的部分结构、三级胺结构、含氮杂环结构、-NR31X10、-NHX10(其中,R31为一价烃基,X10为保护基)、羟基、羧基、-NH2、-NHR41(R41为碳数1~6的一价烃基)、硫醇基、磷酸基等。其中,(C)结构优选为选自由下述式(1)所表示的部分结构、下述式(2)所表示的部分结构、下述式(3)所表示的部分结构、三级胺结构、含氮杂环结构以及-NR31X10所组成的组群中的至少一种。
[化5]
(式(1)中,X4为氧原子或硫原子,R2为氧原子、硫原子、烷二基、芳香环基、亚环己基、或者-NR32-(R32为氢原子或保护基),R30为氢原子或保护基;其中,在R2为芳香环基或亚环己基的情况下,R30为保护基;式(2)中,X5为二价烃基或-NR33-(R33为氢原子或保护基);“*”表示结合键)
所述式(1)中,R2的烷二基例如可列举:亚甲基、亚乙基、丙二基、丁二基、戊二基等,这些基团可以是直链状,也可以是分支状。芳香环基例如可列举亚苯基、亚联苯基、萘基等,也可以在环部分具有取代基。该取代基例如可列举烷基、烷氧基、卤素原子等。R30、R32的保护基优选为利用热而脱离的基团,例如可列举:氨基甲酸酯系保护基、酰胺系保护基、酰亚胺系保护基、磺酰胺系保护基、下述式(8-1)~式(8-5)分别所表示的基团等。其中,就利用热的脱离性高的方面、或减少去保护的部分在膜中的残存量的方面而言,优选为叔丁氧基羰基。
[化6]
(式(8-1)~式(8-5)中,Ar11为碳数6~10的一价芳香环基,R21为碳数1~12的烷基,R23为亚甲基或亚乙基;“*”表示键结于氮原子上的结合键)
所述式(1)中,就抑制ODF不均的改善效果高的方面而言,R2优选为氧原子、硫原子、烷二基或-NR32-,更优选为-NR32-,尤其优选为-NH-。就抑制ODF不均的观点而言,X4优选为硫原子,就化合物的合成容易度以及成本的观点而言,优选为氧原子。R30优选为氢原子。
所述式(2)中,X5的二价烃基可列举:二价链状烃基、二价脂环式烃基以及二价芳香族烃基。关于R33的保护基,应用R30、R32的保护基的例示以及优选具体例的说明。R33优选为氢原子。此外,式(2)中的“-C=N-”的氮原子可键结于氢原子或烷基等一价基上,也可以通过键结于X5上而形成环结构。
作为所述式(1)所表示的部分结构的优选具体例,例如可列举下述式(1-1)及式(1-2)分别所表示的结构等,作为所述式(2)所表示的部分结构的优选具体例,例如可列举下述式(2-1)及式(2-2)分别所表示的结构等。
[化7]
(式中,“*”表示结合键)
所述(C)的三级胺结构为在氮原子上直接键结有三个烃基的结构,例如由下述式(N-1)所表示。
[化8]
(式(N-1)中,R6为经取代或未经取代的一价烃基;“*”为键结于烃基上的结合键)
所述式(N-1)中,R6的一价烃基优选为碳数1~10,具体而言,例如可列举:甲基、乙基、丙基、丁基等直链状或分支状的烷基;环己基等环烷基;苯基、甲基苯基等芳基;苄基等芳烷基等。R6可具有的取代基例如可列举卤素原子、氰基、烷基硅烷基、烷氧基硅烷基、下述式(4)所表示的基团等。R6优选为碳数1~5的烷基、环己基、苯基或苄基,就抑制ODF不均的改善效果高的方面而言,更优选为碳数1~5的烷基、环己基或苄基。所述式(N-1)中的“*”所键结的烃基例如可列举烷二基、亚环己基、亚苯基等。
所述(C)的含氮杂环结构例如可列举:吡咯、咪唑、吡唑、三唑、吡啶、嘧啶、哒嗪、吡嗪、吲哚、苯并咪唑、1H-吡咯并[2,3-b]吡啶、嘌呤、喹啉、异喹啉、萘啶、吩嗪、喹噁啉、酞嗪、三嗪、咔唑、吖啶、哌啶、哌嗪、吡咯烷及六亚甲基亚胺等含氮杂环,或者在所述含氮杂环上导入有取代基的结构等。此处,含氮杂环所具有的取代基例如可列举碳数1~5的烷基、烷氧基等。其中,所述含氮杂环优选为选自由吡啶、嘧啶、吡嗪、喹啉、异喹啉、咪唑、1H-吡咯并[2,3-b]吡啶以及吖啶所组成的组群中的至少一种。就响应速度的观点而言,含氮杂环结构优选为在化合物(B)的主链中。
“-NR31X10”中,R31的一价烃基优选为碳数1~5的烷基。关于X10,应用R30、R32的保护基的例示以及优选具体例的说明。
(D)结构例如可列举:环氧基(包含氧杂环丁基及氧杂环丙基)、异氰酸酯基、嵌段异氰酸酯基、-NHX10(X10为保护基)、羟基、羧基、-NH2、硫醇基等。
所述(D)的嵌段异氰酸酯基只要是通过利用热的去保护而再生出异氰酸酯基的基团,则并无特别限定。将异氰酸酯基进行嵌段的嵌段剂并无特别限定,例如可列举:醇系化合物、酚系化合物、活性亚甲基系化合物、硫醇系化合物、酰胺系化合物、酰亚胺系化合物、咪唑系化合物、吡唑系化合物、脲系化合物、肟系化合物、胺系化合物、亚胺系化合物、吡啶系化合物等。
其中,(D)结构优选为选自由环氧基、异氰酸酯基及嵌段异氰酸酯基所组成的组群中的至少一种,更优选为选自由异氰酸酯基及嵌段异氰酸酯基所组成的组群中的至少一种。
所述部分结构中,化合物(B)所具有的特定结构优选为选自由所述式(1)所表示的部分结构、所述式(2)所表示的部分结构、所述式(3)所表示的部分结构、三级胺结构、含氮杂环结构、-NR31X10、环氧基、异氰酸酯基以及嵌段异氰酸酯基所组成的组群中的至少一种。就液晶分子的响应速度的改善效果高的方面而言,所述结构中优选为(C)结构。具体而言,优选为选自由所述式(1)所表示的部分结构、所述式(2)所表示的部分结构、所述式(3)所表示的部分结构、三级胺结构、含氮杂环结构以及-NR31X10所组成的组群中的至少一种,特别优选为选自由所述式(2)所表示的部分结构、三级胺结构以及含氮杂环结构所组成的组群中的至少一种。
就使与液晶的亲和性良好来提高液晶分子的响应速度的观点而言,化合物(B)优选为在分子内还具有下述式(6)所表示的部分结构。
[化9]
(式(6)中,Ar3及Ar4分别独立地为1,4-亚苯基或1,4-亚环己基,X8为单键或-COO-;n2为1或2;当n2=2时,Ar4、X8分别独立地具有所述定义;“*”表示结合键)
作为所述式(6)所表示的部分结构的具体例,例如可列举4,4′-亚联苯基、4,4′-双亚环己基、以及下述式(6-1)~式(6-4)分别所表示的基团等。
[化10]
(式中,“*”表示结合键)
就使与液晶的亲和性良好的观点而言,化合物(B)优选为具有下述式(5)所表示的部分结构的化合物。
[化11]
(式(5)中,X6为氢原子、氟原子、碳数1~6的烷基、碳数1~6的氟烷基或碳数6~12的一价芳香族基,R3为氧原子、硫原子或-NH-,Ar1及Ar2分别独立地为1,4-亚苯基、1,4-亚环己基、哌啶-1,4-二基、哌啶-2,5-二基、哌嗪-1,4-二基、哌嗪-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、哒嗪-3,6-二基、吡嗪-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、亚萘基、四氢萘二基、或者十氢萘二基,也可以在环部分具有取代基;R4为单键、酯键、酰胺键、醚键、或者-CO-NR34-(R34为保护基),R5为酯键、酰胺键、醚键、或者-CO-NR35-(R35为保护基);n1为0~2的整数;当n1=2时,R4、Ar2分别独立地具有所述定义;“*”表示结合键)
式(5)中,X6优选为氢原子、氟原子、甲基或氟甲基,更优选为氢原子或甲基。Ar1及Ar2的环可具有的取代基例如可列举:卤素原子、氰基、烷基硅烷基、烷氧基硅烷基、所述式(4)所表示的基团等。Ar1及Ar2优选为1,4-亚苯基、1,4-亚环己基、亚萘基、四氢萘二基、或者十氢萘二基,更优选为1,4-亚苯基或1,4-亚环己基。在1,4-亚苯基及1,4-亚环己基的环部分可导入有取代基,但优选为未经取代。
此外,在Ar1及Ar2的至少任一个为哌啶-1,4-二基、哌啶-2,5-二基、哌嗪-1,4-二基、哌嗪-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、哒嗪-3,6-二基、吡嗪-2,5-二基或吡啶-2,5-二基的情况下,具有所述式(5)的化合物(B)相当于具有含氮杂环结构作为所述特定结构的化合物。
R34、R35的保护基可应用R30、R32的保护基的例示以及优选具体例的说明。就提高与液晶的亲和性的方面而言,R4及R5优选为单键或酯键。此外,所述式(6)所表示的部分结构可作为所述式(5)中的基团“-Ar1-(R4-Ar2)n1-”而导入至化合物(B)中,也可以与该基团分别导入至化合物(B)中。优选为前者。
作为化合物(B)的优选具体例,例如可列举下述式(D-1)所表示的化合物等。
[化12]
(式(D-1)中,Y1为包含选自由所述式(1)所表示的部分结构、所述式(2)所表示的部分结构、所述式(3)所表示的部分结构、三级胺结构、含氮杂环结构以及-NR31X10所组成的组群中的至少一种的二价基;R7为单键、酯键、酰胺键、醚键、或者-CO-NR36-(R36为保护基);R8为单键、烷二基、亚苯基、亚环己基、或者所述式(6)所表示的二价基;X6、R3、Ar1、Ar2、R4、R5及n1分别与所述式(5)为相同含义;多个X6及多个R3独立地具有所述定义)
作为化合物(B)的具体例,例如可列举下述式(DM-1)~式(DM-79)分别所表示的化合物等。此外,化合物(B)可单独使用一种或者将两种以上混合使用。
[化13]
[化14]
[化15]
[化16]
[化17]
(式(DM-50)及式(DM-51)中,R11为氢原子或甲基,R12及R13分别独立地为二价烃基;其中,式中的多个R11可相同,也可以不同,多个R13可相同,也可以不同)
[化18]
[化19]
[化20]
(式(DM-66)~式(DM-71)中,n为1~10的整数)
化合物(B)可通过将有机化学的常法适当组合来合成。例如,具有所述特定结构的多官能(甲基)丙烯酸酯化合物可列举:合成具有所述式(5)所表示的部分结构的羧酸,继而使其与具有所述特定结构的二醇进行反应后,与(甲基)丙烯酸等不饱和羧酸进行反应的方法;合成具有所述式(5)所表示的部分结构及羟基的多官能(甲基)丙烯酸酯化合物,继而使其与具有所述特定结构的羧酸进行反应的方法;使具有所述式(5)所表示的部分结构的含苯甲酰基的化合物、与具有所述特定结构的多元醇进行反应的方法等。其中,化合物(B)的合成方法并不限定于这些方法。
此外,通过使用包含化合物(B)的液晶取向剂来获得残像特性及ODF不均的改善效果的原因并不确定,推测原因之一在于:通过化合物(B)所具有的特定结构,化合物(B)间、或者特定聚合物与化合物(B)之间的键结的形态因热而变化。例如推测:具有在与特定聚合物等之间形成较共价键更弱的分子间力的部分结构的光聚合性化合物通过在液晶滴加后的温度(例如80℃以下,优选为室温)下,在特定聚合物与化合物(B)之间、或者化合物(B)间进行分子间相互作用(氢键或配位键),来抑制化合物(B)向液晶中的溶出,另一方面,由于液晶单元构筑后的退火时的加热,分子间相互作用变弱。此外,该情况下的(C)结构优选为在加热时不形成共价键。另外推测:具有所述式(3)所表示的部分结构的光聚合性化合物在液晶滴加后的温度下,在化合物(B)间通过狄尔斯-阿尔德(Diels-Alder)反应来形成可逆的共价键,另一方面,通过液晶单元构筑后的退火时的加热,该共价键被切断。推测为:通过所述键结形态的变化,因化合物(B)向液晶中的溶出所引起的显示不均得到抑制,液晶分子的响应速度提高。其中,所述毕竟是推测,并不限定于本发明。
相对于液晶取向剂中所含有的作为(A)成分的特定聚合物的合计量100质量份,化合物(B)的含有比例优选为设为1质量份以上,更优选为设为5质量份以上,尤其优选为设为10质量份以上。若化合物(B)的含有比例小于1质量份,则存在液晶显示元件中液晶分子的响应速度变慢,容易产生残像的倾向。另外,就抑制由于光聚合性化合物的过量添加而引起的ODF不均的产生的观点而言,优选为相对于特定聚合物的合计100质量份,将化合物(B)的含有比例设为60质量份以下,更优选为设为50质量份以下,尤其优选为设为40质量份以下。
<其他成分>
本发明的液晶取向剂含有所述的(A)成分及(B)成分,也可以视需要含有其他成分。该其他成分例如可列举:所述(A)成分以外的其他聚合物、分子内具有至少一个环氧基且不具有光聚合性基的化合物、官能性硅烷化合物、不具有所述特定结构的光聚合性化合物、分子内具有至少一个氧杂环丁基的化合物、抗氧化剂、表面活性剂、光增感剂等。这些其他成分的调配比例可在不损及本发明效果的范围内适当选择。
<溶剂>
本发明的液晶取向剂被制备成所述(A)成分及(B)成分、以及视需要使用的其他成分优选为分散或溶解于适当的溶媒中而成的液状组合物。
所使用的有机溶媒例如可列举: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、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇-正丙醚、乙二醇-异丙醚、乙二醇-正丁醚(丁基溶纤剂)、乙二醇二甲醚、乙二醇乙醚乙酸酯、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。这些有机溶媒可单独使用或者将两种以上混合使用。
液晶取向剂中的固体成分浓度(液晶取向剂的溶媒以外的成分的合计质量在液晶取向剂的总质量中所占的比例)可考虑到粘性、挥发性等来适当选择,优选为1质量%~10质量%的范围。即,本发明的液晶取向剂通过以后述方式涂布于基板表面,优选为进行加热,从而形成作为液晶取向膜的涂膜或者成为液晶取向膜的涂膜。此时,在固体成分浓度小于1质量%的情况下,涂膜的膜厚变得过小而难以获得良好的液晶取向膜。另一方面,在固体成分浓度超过10质量%的情况下,涂膜的膜厚变得过大而难以获得良好的液晶取向膜,另外,存在液晶取向剂的粘性增大而涂布性下降的倾向。
[液晶取向膜以及液晶元件]
本发明的液晶取向膜可利用以所述方式制备的液晶取向剂来形成。另外,本发明的液晶元件包括使用所述液晶取向剂来形成的液晶取向膜。该液晶元件中的液晶的运作模式并无特别限定,例如可应用于扭转向列(TwistedNematie,TN)型、超扭转向列(SuperTwistedNematic,STN)型、垂直取向(VerticalAlignment,VA)型(包含垂直取向-多域垂直取向(VerticalAlignment-Multi-domainVerticalAlignment,VA-MVA)型、垂直取向-图案垂直取向(VerticalAlignment-PatternedVerticalAlignment,VA-PVA)型等)、共面切换(In-PlaneSwitching,IPS)型、边缘场切换(fringefieldswitching,FFS)型、光学补偿弯曲(OpticallyCompensatedBend,OCB)型等多种运作模式。
使用所述液晶取向剂来制造液晶元件的方法并无特别限制,就适合获得本发明的效果的观点而言,优选为利用包含以下步骤的方法来制造:(1)在具有导电膜的一对基板的该导电膜上分别涂布液晶取向剂,继而对其加热而形成涂膜的步骤;(2)将形成涂膜的一对基板,隔着液晶层且以该涂膜相对的方式进行对向配置来构筑液晶单元的步骤;以及(3)在对一对基板所具有的导电膜间施加电压的状态下对液晶单元进行光照射的步骤。
[步骤(1):涂膜的形成]
涂布液晶取向剂的基板例如可使用:浮法玻璃、钠玻璃之类的玻璃;包含聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚醚砜、聚碳酸酯之类的塑料等的透明基板等。基板所具有的导电膜优选为使用透明导电膜,例如可使用包含SnO2的奈塞(NESA)(注册商标)膜、包含In2O3-SnO2的氧化铟锡(IndiumTinOxide,ITO)膜等。
为了在所述基板的导电膜上涂布液晶取向剂,例如可利用辊涂布机法、旋转器法、胶版印刷法、喷墨印刷法等适当的涂布方法。涂布液晶取向剂后,出于防止所涂布的取向剂的流挂等目的,优选为实施预加热(预烘烤)。预烘烤温度优选为30℃~200℃。预烘烤时间优选为0.25分钟~10分钟。然后,出于将溶剂完全去除的目的,另外出于将视需要而存在于聚合物中的酰胺酸结构进行热酰亚胺化的目的,实施煅烧(后烘烤)步骤。此时的煅烧温度(后烘烤温度)优选为80℃~300℃。后烘烤时间优选为5分钟~200分钟。后烘烤后的涂膜的膜厚优选为0.001μm~1μm。
以所述方式形成的涂膜可直接将其提供给液晶单元的制造,或者也可以在进行摩擦处理后再提供给液晶单元的制造。该摩擦处理可通过利用卷绕有包含例如尼龙、人造丝、棉等纤维的布的辊,对涂膜面向一定方向擦拭而进行。
[步骤(2):液晶单元的构筑]
继而,将形成有涂膜的一对基板,隔着液晶层且以涂膜相对的方式进行对向配置而形成液晶单元。液晶层的厚度优选为设为1μm~5μm。液晶层中所含有的液晶优选为具有负的介电各向异性的向列液晶,例如可使用:二氰基苯系液晶、哒嗪系液晶、希夫碱(Schiffbase)系液晶、氧化偶氮系液晶、联苯系液晶、苯基环己烷系液晶等。
就能够缩短液晶填充步骤的制程时间的方面而言,液晶单元的制造方法优选为采用如下方法(ODF方式):在形成有液晶取向膜的两块基板中的其中一块基板上的既定部位,例如涂布紫外光硬化性的密封剂,进而在液晶取向膜面上滴加液晶后,以液晶取向膜对向的方式贴合另一块基板,并且使液晶在基板的整个面上铺开,继而对基板的整个面照射紫外光而使密封剂硬化,借此制造液晶单元。所制造的液晶单元理想为:进而加热至所使用的液晶取得各向同性相的温度后,缓缓冷却至室温,借此去除液晶填充时的流动取向(退火)。此时的加热温度优选为设为50℃~150℃,加热时间优选为设为10分钟~2小时。密封剂例如可使用含有硬化剂以及作为间隔物的氧化铝球的环氧树脂等。
[步骤(3):光照射处理]
继而,对于所述制造的液晶单元,在对一对基板所具有的导电膜间施加电压的状态下进行光照射。所施加的电压例如可设为5V~50V的直流或交流。所照射的光例如可使用包含150nm~800nm波长的光的紫外线以及可见光线,优选为包含300nm~400nm波长的光的紫外线。照射光的光源例如可使用:低压水银灯、高压水银灯、金属卤化物灯、氩共振灯、氙灯、准分子激光等。光的照射量优选为1,000J/m2~100,000J/m2,更优选为1,000J/m2~50,000J/m2
接着,在实施了如上所述的处理后的液晶单元的外侧表面,视需要贴合偏光板,借此可获得液晶元件。此处使用的偏光板可列举:以乙酸纤维素保护膜夹持被称为“H膜”的偏光膜而成的偏光板、或者包含H膜其本身的偏光板等,所述“H膜”是使聚乙烯基醇一边延伸取向一边吸收碘而成的膜。
本发明的液晶元件可有效地应用于多种用途,例如可用于:钟表、便携型游戏机、文字处理器、笔记型个人计算机、汽车导航系统、摄录机、个人数字助理(PersonalDigitalAssistant,PDA)、数码照相机、手机、智能手机、各种监视器、液晶电视、信息显示器等各种显示装置、或相位差膜、调光膜等。
[实施例]
以下,通过实施例,对本发明进一步进行具体说明,但本发明并不限制于这些实施例。
以下的例子中,利用以下方法来测定聚合物的重量平均分子量、聚酰亚胺的酰亚胺化率、聚合物溶液的溶液粘度以及环氧当量。
[聚合物的重量平均分子量(Mw)]利用以下条件下的凝胶渗透色谱法来测定的聚苯乙烯换算值。
管柱:东曹(Tosoh)(股)制造,TSKgelGRCXLII
溶剂:含有四氢呋喃、或者溴化锂及磷酸的N,N-二甲基甲酰胺溶液
温度:40℃
压力:68kgf/cm2
[聚酰亚胺的酰亚胺化率]:将含有聚酰亚胺的溶液投入至纯水中,将所得的沉淀在室温下充分地减压干燥后,溶解于氘代二甲基亚砜中,以四甲基硅烷作为基准物质,在室温下测定1H-核磁共振(nuclearmagneticresonance,NMR)。根据所获得的1H-NMR光谱,使用下述数学式(1)来求出酰亚胺化率[%]。
酰亚胺化率[%]=(1-A1/A2×α)×100(1)
(数学式(1)中,A1为在化学位移10ppm附近出现的源自NH基的质子的峰值面积,A2为源自其他质子的峰值面积,α是其他质子相对于聚合物的前驱物(聚酰胺酸)中的NH基的一个质子的个数比例)
[聚合物溶液的溶液粘度(mPa·s)]:对使用既定的溶媒而制备成聚合物浓度10质量%的溶液,使用E型旋转粘度计在25℃下测定。
[环氧当量]:依据JISC2105的“盐酸-甲基乙基酮法”来测定。
此外,以下,有时将式X所表示的化合物简记为“化合物X”。
<(A)成分的合成>
[合成例1-1]
使作为四羧酸二酐的110g(0.50摩尔)的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐、作为二胺化合物的43g(0.40摩尔)的对苯二胺及52g(0.10摩尔)的3-(3,5-二氨基苯甲酰氧基)胆甾烷,溶解于830g的N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)中,在60℃下进行6小时的反应。将所获得的聚酰胺酸溶液分取少量,添加NMP,以固体成分浓度为10%的溶液来测定粘度,结果为60mPa·s。继而,在所获得的聚酰胺酸溶液中追加1900g的NMP,添加40g的吡啶及51g的乙酸酐,在110℃下进行4小时的脱水闭环。酰亚胺化反应后,将系统内的溶剂以新的NMP进行溶剂置换(通过本操作,将酰亚胺化反应中使用的吡啶及乙酸酐去除至系统外),获得含有约15质量%的酰亚胺化率约为50%的聚酰亚胺(聚合物(PIm-1))的溶液。将所获得的聚酰亚胺溶液分取少量并添加NMP而制成聚酰亚胺浓度为10质量%的溶液来测定的溶液粘度为47mPa·s。
[合成例1-2]
使作为四羧酸二酐的110g(0.50摩尔)的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐,作为二胺化合物的22g(0.20摩尔)的对苯二胺、30g(0.20摩尔)的3,5-二氨基苯甲酸及52g(0.10摩尔)的3-(3,5-二氨基苯甲酰氧基)胆甾烷,溶解于860g的NMP中,在60℃下进行6小时的反应。将所获得的聚酰胺酸溶液分取少量,添加NMP,以固体成分浓度为10%的溶液来测定粘度,结果为58mPa·s。继而,在所获得的聚酰胺酸溶液中追加1800g的NMP,添加40g的吡啶及51g的乙酸酐,在110℃下进行4小时的脱水闭环。酰亚胺化反应后,将系统内的溶剂以新的NMP进行溶剂置换,获得含有约15质量%的酰亚胺化率约为50%的聚酰亚胺(聚合物(PIm-2))的溶液。将所获得的聚酰亚胺溶液分取少量并添加NMP而制成聚酰亚胺浓度为10质量%的溶液来测定的溶液粘度为69mPa·s。
[合成例2-1]
使作为四羧酸二酐的110g(0.50摩尔)的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐,作为二胺化合物的52g(0.10摩尔)的3-(3,5-二氨基苯甲酰氧基)胆甾烷、11g(0.10摩尔)的对苯二胺及45g(0.30摩尔)的2,5-二氨基苯甲酸,溶解于870g的NMP中,在60℃下进行6小时的反应。添加NMP进行稀释,以聚酰胺酸浓度成为10质量%的方式进行调整,借此获得含有聚酰胺酸(聚合物(PAm-1))的溶液。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为120mPa·s。
[合成例2-2]
使作为四羧酸二酐的200g(1.0摩尔)的1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、作为二胺化合物的52g(0.1摩尔)的3-(3,5-二氨基苯甲酰氧基)胆甾烷及191g(0.9摩尔)的2,2′-二甲基-4,4′-二氨基联苯,溶解于3,990g的NMP中,在40℃下进行3小时的反应,借此获得含有10质量%的聚酰胺酸(聚合物(PAm-2))的溶液。该聚酰胺酸溶液的溶液粘度为90mPa·s。
[合成例3-1]
添加作为二胺化合物的12.69g(相对于合成中使用的二胺的合计量100摩尔份而为80摩尔份)的4,4′-二氨基二苯基甲烷以及8.37g(相对于合成中使用的二胺的合计量100摩尔份而为20摩尔份)的3-(3,5-二氨基苯甲酰氧基)胆甾烷、作为碱的15ml的吡啶、以及作为溶剂的505ml的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),使其溶解。一边将该溶液进行水浴冷却搅拌,一边添加23.05g(相对于合成中使用的二胺的合计量100摩尔份而为97摩尔份)的二甲基-1,3-双(氯羰基)环丁烷-2,4-羧酸酯,进而以固体成分浓度成为5质量%的方式添加NMP,一边进行水浴冷却,一边搅拌4小时。将该溶液注入至250g的水中,使聚合物析出,通过抽吸过滤来滤取聚合物,再次以250g的水进行洗涤,然后利用63g的甲醇洗涤3次,在40℃下进行减压干燥,借此获得聚酰胺酸酯粉末36g。利用NMP,以成为10质量%的方式制备该聚酰胺酸酯(聚合物(PAE-1))。
[合成例4-1]
在具备搅拌机、温度计、滴加漏斗及回流冷却管的反应容器中,加入作为水解性硅烷化合物的100.0g的2-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、作为溶媒的500g的甲基异丁基酮、以及作为催化剂的10.0g的三乙基胺,在室温下混合。向其中,花30分钟自滴加漏斗中滴加100g的去离子水后,一边在回流下混合,一边在80℃下进行6小时的反应。反应结束后,取出有机层,利用0.2质量%硝酸铵水溶液,将所述有机层洗涤至洗涤后的水成为中性为止,然后在减压下蒸馏去除溶媒及水,借此以粘稠的透明液体的形式获得具有环氧基的聚有机硅氧烷。对该具有环氧基的聚有机硅氧烷进行1H-NMR分析,结果如理论强度那样,在化学位移(δ)=3.2ppm附近获得基于环氧基的峰值,确认反应中未产生环氧基的副反应。测定该含环氧基的聚有机硅氧烷的环氧当量,结果为186g/当量。
继而,在200mL的三口烧瓶中,加入10.0g的所述获得的含环氧基的聚有机硅氧烷、作为溶媒的30.28g的甲基异丁基酮、作为羧酸的3.87g(相对于含环氧基的聚有机硅氧烷的环氧基而相当于25摩尔%)的4-(4-戊基环己基)苯甲酸、以及作为催化剂的0.10g的UCAT18X(商品名,三亚普罗(San-Apro)(股)制造),在100℃下在搅拌下进行48小时的反应。反应结束后,在反应混合物中添加乙酸乙酯而获得溶液,将所述溶液水洗3次,蒸馏去除溶剂,借此获得9.5g的具有液晶取向性基的聚有机硅氧烷(聚合物(PSi-1))。所获得的聚合物(PSi-1)的重量平均分子量Mw为5,500。
[合成例5-1]
在具备搅拌机、温度计及回流冷却管的反应容器中,加入作为聚合性不饱和单体的甲基丙烯酸3,4-环氧基环己基甲酯(ECMMA,相对于聚合中使用的单体的合计量100摩尔份而为60摩尔份)、甲基丙烯酸2-羟基乙酯(HEMA,相对于聚合中使用的单体的合计量100摩尔份而为15摩尔份)、N-环己基顺丁烯二酰亚胺(CMI,相对于聚合中使用的单体的合计量100摩尔份而为10摩尔份)、以及苯乙烯(ST,相对于聚合中使用的单体的合计量100摩尔份而为15摩尔份),以聚合性不饱和单体的合计成为50质量%的方式添加二乙二醇乙基甲醚来溶解。
向其中添加作为聚合引发剂的相对于聚合性不饱和单体的合计摩尔数而为3摩尔%的2,2′-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、以及作为链转移剂的α-甲基苯乙烯二聚物,所述α-甲基苯乙烯二聚物为聚合引发剂的质量的0.5倍质量。继而,在氮气流下起泡10分钟来进行系统内的氮置换,然后在氮气环境下,在70℃下进行5小时聚合反应。反应结束后,将反应混合物注入至大量过剩的甲醇中,使反应产物沉淀。将回收的沉淀物以甲醇洗涤后,在减压下、40℃下干燥15小时,借此获得具有环氧基的甲基丙烯酸酯共聚物。
继而,在200mL的三口烧瓶中,加入10.0g所述获得的含环氧基的甲基丙烯酸酯共聚物、作为溶媒的30.28g的甲基异丁基酮、作为羧酸的4.01g(相对于聚合中使用的含环氧基的甲基丙烯酸酯共聚物而相当于25摩尔%)的4-(4-戊基环己基)苯甲酸、以及作为催化剂的0.10g的UCAT18X(商品名,三亚普罗(San-Apro)(股)制造),在90℃下在搅拌下进行12小时的反应。反应结束后,在反应混合物中添加乙酸乙酯而获得溶液,将所述溶液水洗3次。将水洗后的有机层投入至大量过剩的甲醇中,使聚合物沉淀,将回收的沉淀物在40℃下干燥12小时,借此获得作为聚合物(PAc)的10.5g的具有液晶取向性基的甲基丙烯酸酯共聚物(聚合物(PAc-1))。所获得的聚合物(PAc-1)的重量平均分子量Mw为16,800。
<(B)成分的合成>
[合成例6-1]
通过下述流程1来合成化合物(DM-1)。
[化21]
在具备滴加漏斗及温度计的2L的三口烧瓶中添加42.8g(0.2mol)的4-(4-羟基苯基)苯甲酸、16g(0.4mol)的氢氧化钠、1L的水,均匀溶解后,冷却至5℃以下。接着,在滴加漏斗中添加23.4mL(0.24mol)的甲基丙烯酰氯以及300mL的二氯甲烷,在5℃下花2小时滴加,恢复至室温,进而进行3小时的反应。反应结束后,将通过过滤而回收的白色沉淀溶解于1L的乙酸乙酯及2L的四氢呋喃中,以1L的1M盐酸水溶液洗涤1次,以500mL的水洗涤3次。接着,将有机层以硫酸镁加以干燥后,浓缩至500mL左右,将所获得的白色结晶回收、干燥而获得56.4g的化合物(DM-1-1)的白色结晶。
继而,在具备温度计及氮气导入管的500mL的三口烧瓶中,添加8.03g(28.4mmol)的化合物(DM-1-1)、9.89g(71.1mmol)的2,6-吡啶二甲醇、150mL的四氢呋喃、以及30mL的N,N-二甲基甲酰胺,使其悬浮,进行冰浴冷却。接着,添加8.17g(42.6mmol)的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二酰亚胺盐酸盐、0.70g(5.73mmol)的N,N-二甲基氨基吡啶,在冰浴冷却下搅拌2小时后,恢复至室温,进行16小时的反应。反应结束后,添加1L的乙酸乙酯,以水进行3次分液洗涤后,以硫酸镁使其干燥。将浓缩而产生的析出物以二氧化硅管柱(展开溶剂:二氯甲烷/己烷/乙酸乙酯=1∶1∶1)进行纯化,进行浓缩、真空干燥而获得7.82g的化合物(DM-1-2)的白色析出物。
继而,在具备温度计及氮气导入管的200mL的三口烧瓶中,添加5.46g(13.5mmol)的化合物(DM-1-2)、1.75g(20.3mmol)的甲基丙烯酸以及50mL的二氯甲烷,使其溶解,进行冰浴冷却。接着,添加3.89g(20.3mmol)的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二酰亚胺盐酸盐、330mg(2.7mmol)的N,N-二甲基氨基吡啶,在冰浴冷却下搅拌2小时后,恢复至室温,进行16小时的反应。反应结束后,利用二氧化硅管柱(展开溶剂:二氯甲烷/乙酸乙酯=10∶1)进行纯化,并浓缩,添加700mL的乙酸乙酯,以水进行3次分液洗涤后,以硫酸镁使其干燥。接着,将浓缩而产生的白色析出物进行过滤、干燥,借此获得4.21g的化合物(DM-1)的白色结晶。
[合成例6-2~合成例6-5]
除了代替2,6-吡啶二甲醇而使用下述所示的化合物的方面以外,以与所述合成例6-1相同的方法来合成所述式(DM-2)~式(DM-5)分别所表示的化合物。
合成例6-2(化合物(DM-2)的合成):1,3-(羟基甲基)脲
合成例6-3(化合物(DM-3)的合成):1,3-(羟基甲基)硫脲
合成例6-4(化合物(DM-4)的合成):N-苯基二乙醇胺
合成例6-5(化合物(DM-5)的合成):N-甲基二乙醇胺
[合成例6-6:化合物(DM-6)的合成]
通过下述流程2来合成化合物(DM-6)。
[化22]
在具备冷却管的300mL的三口烧瓶中,加入10g(35.4mmol)的化合物(DM-1-1)、6.95g(35.4mmol)的甲基丙烯酸3,4-环氧基环己基甲酯、作为溶媒的85mL的甲基异丁基酮、以及作为催化剂的0.24g的UCAT18X(商品名,三亚普罗(San-Apro)(股)制造),在70℃下在搅拌下进行12小时的反应。反应结束后,在反应混合物中添加乙酸乙酯而获得溶液,将所述溶液水洗3次后,以硫酸镁使其干燥。接着,将浓缩而产生的白色析出物进行过滤、干燥而获得13.7g的化合物(DM-6-1)(位置异构体的混合物)的白色结晶。
继而,在具备回流管的30mL的茄型烧瓶中,添加2.78g(20.3mmol)的3-吡啶基乙酸、2.2mL(30.5mmol)的亚硫酰氯以及0.1g的N,N-二甲基甲酰胺,回流1小时。反应结束后,通过减压浓缩而蒸馏去除亚硫酰氯,添加20mL的二氯甲烷(将该溶液作为“A1液”)。另一方面,在具备温度计及氮气导入管的200mL的三口烧瓶中,添加6.46g(13.5mmol)的化合物(DM-6-1)、作为溶剂的50mL的二氯甲烷,使其溶解,进行冰浴冷却。接着,在冰浴冷却下花3小时滴加刚才制备的A1液,在室温下进而进行1小时的反应。反应结束后,添加乙酸乙酯500mL,以水进行3次分液洗涤后,以硫酸镁使其干燥。接着,将浓缩而产生的白色析出物进行过滤、干燥,借此获得7.34g的化合物(DM-6)(位置异构体的混合物)的白色结晶。
[合成例6-7~合成例6-10]
除了代替3-吡啶基乙酸而使用下述所示的化合物的方面以外,以与所述合成例6-6相同的方法来合成所述式(DM-7)~式(DM-10)分别所表示的化合物。
合成例6-7(化合物(DM-7)的合成):1H-吡咯并[2,3-b]吡啶-3-羧酸
合成例6-8(化合物(DM-8)的合成):(2-甲基-1H-咪唑-1-基)乙酸
合成例6-9(化合物(DM-9)的合成):3-胍基丙酸
合成例6-10(化合物(DM-10)的合成):4-(4,5-二氢-1H-咪唑-2-基氨基)丁酸
[合成例6-11]
以下述流程3的方式合成化合物(DM-52)。
[化23]
在具备冷却管的200mL的茄型烧瓶中,加入14.1g(50.0mmol)的化合物(DM-1-1)、71.4g(600mmol)的亚硫酰氯,在80℃下在搅拌下进行1小时的反应。反应后,通过减压浓缩来蒸馏去除过剩的亚硫酰氯,进行干固。将所获得的固体以己烷进行洗涤,加以干燥,借此获得14.9g的化合物(DM-1-1-Cl)的白色结晶。继而,在500mL的三口烧瓶中,加入2.22g(30.0mmol)的1-羟基-2,3-环氧基丙烷、4.75g(60.0mmol)的吡啶、300mL的二氯甲烷,进行冰浴冷却。向其中滴加将9.20g(30.6mmol)的化合物(DM-1-1-Cl)溶解于50mL的二氯甲烷中而得的溶液,在室温下在搅拌下进行5小时的反应。反应结束后,将反应溶液水洗3次。接着,将浓缩的残渣以二氧化硅凝胶色谱法进行纯化,获得7.95g的化合物(DM-52)的白色结晶。
[合成例6-12]
以下述流程4的方式合成化合物(DM-56)。
[化24]
在2000mL的三口烧瓶中,加入10.5g(100mmol)的化合物2,2′-二羟基二乙基胺、9.25g(100mmol)的表氯醇、12.1g(120mmol)的三乙基胺、1000mL的四氢呋喃,在40℃下在搅拌下进行10小时的反应。通过过滤而去除将反应液浓缩而产生的固体,将滤液浓缩,借此获得13.6g的化合物(EDHA)的黄色油。
继而,在1000mL的三口烧瓶中加入5.64g(35.0mmol)的化合物(EDHA)、8.50g(84.0mmol)的三乙基胺、350mL的二氯甲烷,进行冰浴冷却。向其中滴加将23.2g(38.5mmol)的化合物(DM-1-1-Cl)溶解于100mL的二氯甲烷中而成的溶液,在室温下在搅拌下进行5小时的反应。反应结束后,将反应溶液水洗3次。接着,利用二氧化硅凝胶色谱法将浓缩的残渣进行纯化,获得22.0g的化合物(DM-56)的白色结晶。
[合成例6-13以及合成例6-14]
除了代替1-羟基-2,3-环氧基丙烷而使用下述所示的化合物的方面以外,利用与所述合成例6-11中由化合物(DM-1-1-Cl)来合成化合物(DM-52)的方法相同的方法,分别合成化合物(DM-66)(其中,n=3)以及化合物(DM-72)。
合成例6-13(化合物(DM-66)(n=3)的合成):3-(二甲基氨基)-1-丙醇
合成例6-14(化合物(DM-72)的合成):氨基甲酸甲基4-羟基环己酯
[合成例6-15]
以下述流程5的方式合成化合物(DM-76)。
[化25]
在1000mL的三口烧瓶中,加入5.96g(50.0mmol)的3-氨基戊烷-1,5-二醇、6.07g(60.0mmol)的三乙基胺、500mL的四氢呋喃,进行冰浴。向其中滴加将5.20g(55.0mmol)的氯甲酸甲酯(methylcarbonochloridate)溶解于100mL的二氯甲烷中而得的溶液,在室温下在搅拌下进行5小时的反应。反应结束后,将反应溶液水洗3次。通过过滤而去除将反应液浓缩而产生的固体,将滤液浓缩,借此获得17.2g的化合物(BIDHA)的黄色油。后续的反应除了代替化合物(EDHA)而使用化合物(BIDHA)的方面以外,利用与所述合成例6-12中由化合物(EDHA)来合成化合物(DM-55)的方法相同的方法来合成化合物(DM-76)。
[合成例6-15]
除了在所述流程1中,代替甲基丙烯酸而使丙烯酸与化合物(DM-1-2)进行反应以外,利用与合成例6-1相同的方法来合成所述式(DM-78)所表示的化合物。
[实施例1]
(1)液晶取向剂的制备
在作为(A)成分的80质量份的合成例1-1中获得的聚合物(PIm-1)、以及作为(B)成分的20质量份的合成例6-1中获得的化合物(DM-1)中,添加NMP以及丁基溶纤剂(BC),制成固体成分浓度为6.5质量%、溶媒的混合比为NMP∶BC=50∶50(质量比)的溶液。将该溶液充分搅拌后,利用孔径为0.2μm的过滤器进行滤过,借此制备液晶取向剂。
(2)液晶单元的制造
使用液晶取向膜印刷机(日本写真印刷(股)制造),将所述(1)中制备的液晶取向剂分别涂布于具有细狭缝(fineslit)ITO电极结构的带有透明电极的玻璃基板、以及具有图案ITO电极结构的带有透明电极的玻璃基板的透明电极面上。继而,在80℃的加热板上加热(预烘烤)1分钟而去除溶媒后,在200℃的加热板上加热(后烘烤)10分钟,形成平均膜厚为的涂膜。对于涂膜形成后的各基板,在超纯水中进行1分钟超声波洗涤,继而在100℃的洁净烘箱中干燥10分钟。借此,获得具有液晶取向膜的一对(两块)基板。
接着,在具有细狭缝ITO电极结构的涂膜形成基板的外缘,涂布加入有直径为3.5μm的氧化铝间隔物的光硬化性环氧丙烯酸树脂系粘接剂后,滴加所需量的液晶(MLC-6608,默克(Merck)公司制造)。此时,液晶滴加于涂膜形成基板上的多个部位。另外,相对于通过涂布有粘接剂的面积与间隔物直径的相乘来求出的体积,液晶的滴加总量设为0.98倍~1.0倍,每一点的滴加量在0.2g~1.0g之间调节。继而,将滴加有液晶的基板设置于真空贴合装置内,在所述基板的对向侧设置具有图案ITO电极结构的涂膜形成基板后,在真空下实施贴合。此外,至此的操作是在室温下进行。贴合结束后,使用365nm的UV光使粘接剂部分进行硬化,然后在120℃的烘箱中实施1小时的退火,获得液晶单元。
继而,对于所述获得的液晶单元,在电极间施加频率为60Hz的交流10V,在液晶驱动的状态下,利用对光源使用金属卤化物灯的紫外线照射装置,以50,000J/m2的照射量来照射紫外线。此外,该照射量是使用以波长365nm基准进行测量的光量计来测量的值。使用光照射后的液晶单元来进行以下的评价。
(3)响应速度的评价
对于所述(2)中制造的液晶单元,首先不施加电压而是照射可见光灯,利用光万用表(photomultimeter)来测定透过液晶单元的光的亮度,将该值作为相对透过率0%。接着,以与所述相同的方式来测定当对液晶单元的电极间施加5V的交流5秒时的透过率,将该值作为相对透过率100%。测定当对液晶单元施加5V的交流时,相对透过率由10%转变为90%为止的时间,将该时间定义为响应速度来评价。以如下方式进行评价:将响应速度小于8msec的情况判断为高速响应性“优良”,将8msec以上且小于15msec的情况判断为高速响应性“良好”,将15msec以上且小于20msec的情况判断为高速响应性“可”,将20msec以上的情况判断为高速响应性“不良”。其结果为,该实施例中,液晶单元的响应速度为5msec,为“优良”。
(4)ODF不均的评价
对所述(2)中制造的液晶单元施加2.5V的60Hz交流电压,观察液晶单元整体产生的不均(ODF不均)。将未产生不均的情况评价为“优良”,将在液晶滴加位置以及液晶滴加位置的中间的至少任一个中看到微弱的不均的情况评价为“良好”,将在液晶滴加位置以及液晶滴加位置的中间的至少任一个中看到强烈的不均的情况评价为“不良”,结果,该液晶单元的ODF不均评价为“良好”。
[实施例2~实施例35以及比较例1~比较例5]
除了将(A)成分、(B)成分以及其他成分的种类及使用量分别设为如下述表1所记载以外,以与实施例1相同的方式制备液晶取向剂,使用所述液晶取向剂来制造液晶单元,进行各种评价。此外,实施例3、实施例4、实施例20~实施例23、实施例25中,使用两种来作为(A)成分,实施例33~实施例35中进而调配其他成分。将评价结果示于下述表1中。
[表1]
表1中,(A)成分、(B)成分以及其他成分的栏的数值表示相对于液晶取向剂的制备中使用的固体成分(液晶取向剂中的溶媒以外的全部成分)的合计100质量份而言的各化合物的调配比例(质量份)。表1中的略称分别为以下的含义。
DM-55:所述式(DM-55)所表示的化合物
dm-1:环氧乙烷(ethyleneoxide,EO)改性双酚A二甲基丙烯酸酯(商品名FA-321M,日立化成工业(股)制造)
dm-2:4,4′-亚异丙基二苯酚二甲基丙烯酸酯
dm-3:下述式(dm-3)所表示的化合物
[化26]
如表1所示,包含(B)成分的实施例1~实施例35中均为ODF不均少,另外,液晶单元的响应速度也快。另外,包含具有由含羧基的二胺而来的部分结构的聚合物的实施例中,可见响应速度变快,ODF不均也变少的倾向。与此相对,不含(B)成分的比较例1~比较例4中,ODF不均为“不良”的评价,比较例5中,响应速度为“不良”的评价。根据以上的结果而确认:实施例中使用的液晶取向膜不会使响应速度恶化,能够抑制ODF不均。

Claims (10)

1.一种液晶取向剂,其含有下述(A)成分及(B)成分:
(A)成分:选自由聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚有机硅氧烷及具有聚合性不饱和键的单体的聚合物所组成的组群中的至少一种聚合物;
(B)成分:具有作为下述(C)结构及(D)结构中的至少任一个的特定结构的光聚合性化合物;
(C)结构:在与所述(A)成分所具有的官能基之间以及所述(B)成分间的至少任一个中,产生较共价键更弱的分子间力或者形成可逆的共价键的部分结构;
(D)结构:在与所述(A)成分之间以及所述(B)成分间的至少任一个中,通过加热而形成共价键的部分结构。
2.根据权利要求1所述的液晶取向剂,其中所述光聚合性化合物具有选自由下述式(1)所表示的部分结构、下述式(2)所表示的部分结构、下述式(3)所表示的部分结构、三级胺结构、含氮杂环结构、-NR31X10,其中R31为一价烃基,X10为保护基、环氧基、异氰酸酯基及嵌段异氰酸酯基所组成的组群中的至少一种结构来作为所述特定结构,
式(1)中,X4为氧原子或硫原子,R2为氧原子、硫原子、烷二基、芳香环基、亚环己基、或者-NR32-,其中R32为氢原子或保护基,R30为氢原子或保护基;其中,在R2为芳香环基或亚环己基的情况下,R30为保护基;式(2)中,X5为二价烃基或-NR33-,其中R33为氢原子或保护基;“*”表示结合键。
3.根据权利要求1或2所述的液晶取向剂,其中所述光聚合性化合物为具有一个或两个以上的下述式(4)所表示的光聚合性基的化合物,
式(4)中,R1为氧原子、硫原子或-NH-;X1~X3分别独立地为氢原子、卤素原子或一价有机基;其中,在R1为氧原子的情况下,X3键结于其他基团上,可与X3、X3所键结的碳原子及-CO-R1-一起形成环;“*”表示结合键。
4.根据权利要求1或2所述的液晶取向剂,其中所述光聚合性化合物在分子内具有下述式(6)所表示的部分结构:
式(6)中,Ar3及Ar4分别独立地为1,4-亚苯基或1,4-亚环己基,X8为单键或-COO-;n2为1或2;当n2=2时,Ar4、X8分别独立地具有所述定义;“*”表示结合键。
5.根据权利要求1或2所述的液晶取向剂,其中所述光聚合性化合物为下述式(D-1)所表示的化合物,
式(D-1)中,Y1为包含选自由下述式(1)所表示的部分结构、下述式(2)所表示的部分结构、下述式(3)所表示的部分结构、三级胺结构、含氮杂环结构及-NR31X10所组成的组群中的至少一种的二价基,其中R31为一价烃基,X10为保护基;X6为氢原子、氟原子、碳数1~6的烷基、碳数1~6的氟烷基或碳数6~12的一价芳香环基,R3为氧原子、硫原子或-NH-,Ar1及Ar2分别独立地为1,4-亚苯基、1,4-亚环己基、亚萘基、四氢萘二基、或者十氢萘二基,也可以在环部分具有取代基;R4为单键、酯键、酰胺键、醚键、或者-CO-NR34-,其中R34为保护基,R5为酯键、酰胺键、醚键、或者-CO-NR35-,其中R35为保护基;R7为单键、酯键、酰胺键、醚键、或者-CO-NR36-,其中R36为保护基;R8为单键、烷二基、亚苯基、亚环己基、或者下述式(6)所表示的二价基;n1为0~2的整数;当n1=2时,R4、Ar2分别独立地具有所述定义;多个X6以及多个R3独立地具有所述定义;
式(1)中,X4为氧原子或硫原子,R2为氧原子、硫原子、烷二基、芳香环基、亚环己基、或者-NR32-,其中R32为氢原子或保护基,R30为氢原子或保护基;其中,在R2为芳香环基或亚环己基的情况下,R30为保护基;式(2)中,X5为二价烃基或-NR33-,其中R33为氢原子或保护基;“*”表示结合键;
式(6)中,Ar3及Ar4分别独立地为1,4-亚苯基或1,4-亚环己基,X8为单键或-COO-;n2为1或2;当n2=2时,Ar4、X8分别独立地具有所述定义;“*”表示结合键。
6.根据权利要求1或2所述的液晶取向剂,其中所述(A)成分为选自由聚酰亚胺、聚酰胺酸及聚酰胺酸酯所组成的组群中的至少一种,且包含具有由具有羧基的二胺而来的部分结构的聚合物。
7.一种液晶元件的制造方法,其为制造液晶元件的方法,其包括:
在具有导电膜的一对基板的所述导电膜上分别涂布根据权利要求1至6中任一项所述的液晶取向剂而形成涂膜的步骤;将形成有所述涂膜的一对基板,隔着液晶层以所述涂膜相对的方式进行对向配置来构筑液晶单元的步骤;以及在对所述导电膜间施加电压的状态下对所述液晶单元进行光照射的步骤。
8.一种液晶取向膜,其使用根据权利要求1至6中任一项所述的液晶取向剂来形成。
9.一种液晶元件,其包括根据权利要求8所述的液晶取向膜。
10.一种由下述式(D-1)所表示的化合物:
式(D-1)中,Y1为包含选自由下述式(1)所表示的部分结构、下述式(2)所表示的部分结构、下述式(3)所表示的部分结构、三级胺结构、含氮杂环结构以及-NR31X10所组成的组群中的至少一种的二价基,其中R31为一价烃基,X10为保护基;X6为氢原子、氟原子、碳数1~6的烷基、碳数1~6的氟烷基或碳数6~12的一价芳香环基,R3为氧原子、硫原子或-NH-,Ar1及Ar2分别独立地为1,4-亚苯基、1,4-亚环己基、亚萘基、四氢萘二基、或者十氢萘二基,也可以在环部分具有取代基;R4为单键、酯键、酰胺键、醚键、或者-CO-NR34-,其中R34为保护基,R5为酯键、酰胺键、醚键、或者-CO-NR35-,其中R35为保护基;R7为单键、酯键、酰胺键、醚键、或者-CO-NR36-,其中R36为保护基;R8为单键、烷二基、亚苯基、亚环己基、或者下述式(6)所表示的二价基;n1为0~2的整数;当n1=2时,R4、Ar2分别独立地具有所述定义;多个X6以及多个R3独立地具有所述定义;
式(1)中,X4为氧原子或硫原子,R2为氧原子、硫原子、烷二基、芳香环基、亚环己基、或者-NR32-,其中R32为氢原子或保护基,R30为氢原子或保护基;其中,在R2为芳香环基或亚环己基的情况下,R30为保护基;式(2)中,X5为二价烃基或-NR33-,其中R33为氢原子或保护基;“*”表示结合键;
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