CN107003577B - 液晶取向膜制造用组合物、使用其的液晶取向膜、液晶表示元件及其制造方法 - Google Patents

液晶取向膜制造用组合物、使用其的液晶取向膜、液晶表示元件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种液晶取向膜制造用组合物,其能够使稳定地生成取向控制能力的光照射量范围扩大,能够高效地获得品质良好的液晶取向膜。本发明提供一种横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜制造用组合物,其含有:(A)在特定的温度范围内表现出液晶性的感光性侧链型高分子;(B)具有下述式(B)所示结构的化合物(式中,C1、C2、C3和C4各自独立地表示任选具有取代基的苯基、联苯基或萘基;P1和P2各自独立地表示*‑CH=N‑*或*‑N=CH‑*(*表示与C1、C2、C3或C4键合的位置);L表示任选具有取代基的碳数1~15的直链或支链的亚烷基;n1表示0~5的整数、m4表示1~5的整数);以及,(C)有机溶剂。

Description

液晶取向膜制造用组合物、使用其的液晶取向膜、液晶表示元 件及其制造方法
技术领域
本发明涉及横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜制造用组合物。
此外,本发明涉及使用该组合物制造的横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜、以及具有该膜的基板、及其制造方法。
进而,本发明涉及具有该液晶取向膜或基板的液晶表示元件及其制造方法。
尤其是,本发明涉及对于液晶取向膜的取向处理中使用的光取向法而言,使光照射量范围扩大、提高液晶取向膜的制造效率的横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜制造用组合物、使用该组合物制造的液晶取向膜或具有液晶取向膜的基板、具有它们的液晶表示元件,以及液晶取向膜、具有液晶取向膜的基板或液晶表示元件的制造方法。
背景技术
液晶表示元件作为质量轻、截面薄且耗电低的表示装置是已知的,近年来被用于大型电视用途等,实现了显著的发展。液晶表示元件例如是利用具备电极的一对透明基板夹持液晶层而构成的。并且,在液晶表示元件中,包含有机材料的有机膜被用作液晶取向膜以使液晶在基板之间呈现期望取向状态。
液晶表示元件作为质量轻、截面薄且耗电低的表示装置是已知的,近年来被用于大型电视用途等,实现了显著的发展。液晶表示元件例如是利用具备电极的一对透明基板夹持液晶层而构成的。并且,在液晶表示元件中,包含有机材料的有机膜被用作液晶取向膜以使液晶在基板之间呈现期望取向状态。
作为用于赋予取向控制能力的液晶取向膜的取向处理方法,除了一直以来的刷磨法之外,已知有光取向法。光取向法与以往的刷磨法相比存在下述优点:无需进行刷磨,不用担心产尘、产生静电,即使对于表面具有凹凸的液晶表示元件的基板也能够实施取向处理。
光取向法有各种方法,通过直线偏振光或经准直的光而在构成液晶取向膜的有机膜内形成各向异性,根据该各向异性而使液晶进行取向。
作为光取向法,已知有分解型的光取向法、光交联型或光异构化型的光取向法等。
分解型的光取向法是下述方法:例如,对聚酰亚胺膜照射偏振紫外线,利用分子结构的紫外线吸收的偏振方向依赖性而使其发生各向异性的分解,通过未分解而残留的聚酰亚胺而使液晶进行取向(例如参照专利文献1)。
光交联型、光异构化型的光取向法是下述方法:例如使用聚肉桂酸乙酸酯,照射偏振紫外线,是与偏振光平行的2个侧链的双键部分发生二聚反应(交联反应),使液晶沿着与偏振方向垂直的方向进行取向(例如参照非专利文献1)。此外,使用在侧链具有偶氮苯的侧链型高分子时,照射偏振紫外线,使与偏振光平行的侧链的偶氮苯部发生异构化反应,使液晶沿着与偏振方向垂直的方向进行取向(例如参照非专利文献2)。进而,专利文献3公开了使用基于光交联、光异构化或光弗利斯重排的光取向法而得到的液晶取向膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许第3893659号公报
专利文献2:日本特开平2-37324号公报
专利文献3:WO2014/054785
非专利文献
非专利文献1:M.Shadt et al.,Jpn.J.Appl.Phys.31,2155(1992).
非专利文献2:K.Ichimura et al.,Chem.Rev.100,1847(2000).
发明内容
发明要解决的问题
如上所述,与作为液晶表示元件的取向处理方法而一直以来进行工业利用的刷磨法相比,光取向法无需刷磨工序这一工序,因此具备明显的优点。并且,与刷磨所产生的取向控制能力基本固定的刷磨法相比,光取向法能够变更偏振光的照射量来控制取向控制能力。
然而,在光取向法中使用的主要成分的取向控制能力对于偏振光的照射量过分敏感时,在液晶取向膜的一部分或整体,取向变得不完全,有时无法实现稳定的液晶取向。
因而,本发明的目的在于,提供一种能够使稳定地生成取向控制能力的光照射量范围扩大、能够高效地获得品质良好的液晶取向膜的横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜制造用组合物。
此外,本发明的目的在于,除了上述目的之外或者在上述目的的基础上,提供使用该组合物制造的液晶取向膜、或者具有液晶取向膜的基板、具有它们的横向电场驱动型液晶表示元件。
进而,本发明的目的在于,除了上述目的之外或者在上述目的的基础上,提供液晶取向膜、具有液晶取向膜的基板、或者横向电场驱动型液晶表示元件的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人等发现下述技术方案。
<1>一种横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜制造用组合物,其含有:(A)在特定的温度范围内表现出液晶性的感光性侧链型高分子、(B)具有下述式(B)所示结构的化合物、以及(C)有机溶剂。
Figure GDA0002543854670000041
式(B)中,C1、C2、C3和C4各自独立地表示任选被选自第1组中的取代基取代的苯基、联苯基或萘基,所述第1组包括卤素基团、碳数1~10的直链或支链的烷基、碳数1~10的直链或支链的烷氧基、羟基、氰基、二烷基氨基(烷基各自独立地为碳数1~10的直链或支链的烷基)、碳数1~10的直链或支链的酯基、碳数1~10的直链或支链的酰基、羧基、醛基和硝基;
P1和P2各自独立地表示*-CH=N-*或*-N=CH-*(*表示与C1、C2、C3或C4键合的位置);
L表示任选被选自第1组中的取代基取代的碳数1~15的直链或支链的亚烷基。L之中的-CH2-任选被选自第2组中的基团取代,所述第2组包括-O-、-NHCO-、-CONH-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCONH-、-NHCOO-、-OCONH-和-CO-。其中,选自第2组中的基团彼此互不相邻。
n1表示0~5的整数、m4表示1~5的整数。
<2>上述<1>中,(B)具有上述式(B)所示结构的化合物可以在其两端各自独立地具有选自由下述式CL-1~CL-23组成的组中的末端基团。
(式中,*表示与上述式(B)所示结构进行键合的位置、尤其是表示与上述式(B)所示结构中的C1或C4进行键合的位置。
式CL-1~CL-23中,R11表示氢原子、碳数1~10的直链或支链的烷基、或者被卤素取代的碳数1~10的直链或支链的烷基;
R12表示碳数1~10的直链或支链的烷基、碳数3~8的环状烷基、苯基、或者被碳数1~12的直链或支链取代或被卤素取代的苯基,式中的芳香环的氧原子所键合的碳原子的邻位和对位中的至少一者的碳原子键合有氢原子;
Z11、Z12和Z13各自独立地为R13、OR13或OCOR13(R13为碳数1~4的直链状或支链状的烃基)。其中,不包括Z11、Z12和Z13均为R13的情况;
BL表示用于保护下述式BL-1~BL-6中任一者的异氰酸酯基的封端基团(式中,**表示与异氰酸酯基键合的位置))。
Figure GDA0002543854670000051
<3>上述<1>或<2>中,(B)具有上述式(B)所示结构的化合物可以在其两端各自独立地具有选自由上述式CL-1~CL-3、CL-5、CL-10、CL-12~CL-14和CL-17~CL-21组成的组中的末端基团。
<4>上述<2>或<3>中,(B)具有上述式(B)所示结构的化合物可以在C1与末端基团之间或者C4与末端基团之间具有间隔基团。间隔基团各自独立地选自由-O-、-NHCO-、-CONH-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCONH-、-NHCOO-、-OCONH-、-CO-、-N=和任选被选自第1组中的取代基取代的碳数1~10的直链或支链的亚烷基组成的组中(亚烷基中的-CH2-各自独立地任选被选自第2组中的基团取代,所述第2组包括-O-、-NHCO-、-CONH-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCONH-、-NHCOO-、-OCONH-和-CO-。其中,选自第2组中的基团彼此互不相邻)。
<5>上述<1>~<4>的任一者中,(B)上述式(B)所示的结构可以为(B1)~(B14)中的任一者。式(B1)~(B14)中,R14表示氢原子、或者选自上述第1组中的取代基。
Figure GDA0002543854670000061
Figure GDA0002543854670000071
<6>上述<1>~<5>的任一者中,(A)成分可以具有会发生光交联、光异构化或光弗利斯重排的感光性侧链。
<7>上述<1>~<6>的任一者中,(A)成分可以具有选自由下述式(1)~(6)组成的组中的任一种感光性侧链。
Figure GDA0002543854670000072
Figure GDA0002543854670000081
式中,A、B、D各自独立地表示单键、-O-、-CH2-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NH-CO-、-CH=CH-CO-O-或-O-CO-CH=CH-;
S为碳数1~12的亚烷基,键合于它们的氢原子任选被卤素基团取代;
T为单键或碳数1~12的亚烷基,键合于它们的氢原子任选被卤素基团取代;
Y1表示选自1价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环和碳数5~8的脂环式烃中的环,或者是选自这些取代基中的相同或不同的2~6个环借助键合基团B键合而成的基团,键合于它们的氢原子各自独立地任选被-COOR0、-NO2、-CN、-CH=C(CN)2、-CH=CH-CN、卤素基团、碳数1~5的烷基或碳数1~5的烷氧基取代,式中,R0表示氢原子或碳数1~5的烷基;
Y2为选自由2价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环、碳数5~8的脂环式烃和它们的组合组成的组中的基团,键合于它们的氢原子各自独立地任选被-NO2、-CN、-CH=C(CN)2、-CH=CH-CN、卤素基团、碳数1~5的烷基或碳数1~5的烷氧基取代;
R表示羟基、碳数1~6的烷氧基,或者表示与Y1相同的定义;
X表示单键、-COO-、-OCO-、-N=N-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH=CH-CO-O-或-O-CO-CH=CH-,X的数量达到2时,X任选彼此相同或不同;
Cou表示香豆素-6-基或香豆素-7-基,键合于它们的氢原子各自独立地任选被-NO2、-CN、-CH=C(CN)2、-CH=CH-CN、卤素基团、碳数1~5的烷基或碳数1~5的烷氧基取代;
q1和q2中的一者为1,另一者为0;
q3为0或1;
P和Q各自独立地为选自由2价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环、碳数5~8的脂环式烃和它们的组合组成的组中的基团;其中,X为-CH=CH-CO-O-、-O-CO-CH=CH-时,-CH=CH-所键合的一侧的P或Q为芳香环,P的数量达到2以上时,P任选彼此相同或不同,Q的数量达到2以上时,Q任选彼此相同或不同;
l1为0或1;
l2为0~2的整数;
l1和l2均为0时,T为单键时A也表示单键;
l1为1时,T为单键时B也表示单键;
H和I各自独立地为选自2价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环和它们的组合中的基团。
<8>上述<1>~<7>的任一者中,(A)成分可以具有选自由下述式(7)~(10)组成的组中的任一种感光性侧链。
式中,A、B、D、Y1、X、Y2和R具有与上述相同的定义;
l表示1~12的整数;
m表示0~2的整数,m1、m2表示1~3的整数;
n表示0~12的整数(其中,n=0时,B为单键)。
Figure GDA0002543854670000091
Figure GDA0002543854670000101
<9>上述<1>~<7>的任一者中,(A)成分可以具有选自由下述式(11)~(13)组成的组中的任一种感光性侧链。
式中,A、X、l、m、m2和R具有与上述相同的定义。
Figure GDA0002543854670000102
<10>上述<1>~<7>的任一者中,(A)成分可以具有下述式(14)或(15)所示的感光性侧链。
式中,A、Y1、X、l、m1和m2具有与上述相同的定义。
Figure GDA0002543854670000103
<11>上述<1>~<7>的任一者中,(A)成分可以具有下述式(16)或(17)所示的感光性侧链。
式中,A、X、l和m具有与上述相同的定义。
Figure GDA0002543854670000111
<12>上述<1>~<7>的任一者中,(A)成分可以具有下述式(18)或(19)所示的感光性侧链。
式中,A、B、Y1、q1、q2、m1和m2具有与上述相同的定义。
R1表示氢原子、-NO2、-CN、-CH=C(CN)2、-CH=CH-CN、卤素基团、碳数1~5的烷基或碳数1~5的烷氧基。
Figure GDA0002543854670000112
<13>上述<1>~<7>的任一者中,(A)成分可以具有下述式(20)所示的感光性侧链。
式中,A、Y1、X、l和m具有与上述相同的定义。
Figure GDA0002543854670000113
<14>上述<1>~<13>的任一者中,(A)成分可以具有选自由下述式(21)~(31)组成的组中的任一种液晶性侧链。
式中,A、B、q1和q2具有与上述相同的定义;
Y3为选自由1价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、含氮杂环和碳数5~8的脂环式烃、以及它们的组合组成的组中的基团,键合于它们的氢原子各自独立地任选被-NO2、-CN、卤素基团、碳数1~5的烷基或碳数1~5的烷氧基取代;
R3表示氢原子、-NO2、-CN、-CH=C(CN)2、-CH=CH-CN、卤素基团,1价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、含氮杂环、碳数5~8的脂环式烃,碳数1~12的烷基或碳数1~12的烷氧基;
l表示1~12的整数,m表示0~2的整数,其中,式(25)~(26)中,所有的m的总和为2以上,式(27)~(28)中,所有的m的总和为1以上,m1、m2和m3各自独立地表示1~3的整数;
R2表示氢原子、-NO2、-CN、卤素基团,1价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、含氮杂环和碳数5~8的脂环式烃,以及烷基或烷氧基;
Z1、Z2表示单键、-CO-、-CH2O-、-CH=N-、-CF2-。
Figure GDA0002543854670000121
Figure GDA0002543854670000131
<15>一种具有横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜的基板的制造方法,其通过具备如下工序而得到被赋予了取向控制能力的所述液晶取向膜:
[I]将上述<1>~<14>中任一项的横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜制造用组合物涂布在具有横向电场驱动用导电膜的基板上,从而形成涂膜的工序;
[II]对[I]中得到的涂膜照射偏振紫外线的工序;以及
[III]将[II]中得到的涂膜进行加热的工序。
<16>一种具有横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜的基板,其是通过上述<15>的方法而制造的。
<17>一种横向电场驱动型液晶表示元件,其具有上述<16>的基板。
<18>一种横向电场驱动型液晶表示元件的制造方法,其通过具备如下工序而得到该液晶表示元件:
准备上述<16>的基板(第1基板)的工序;
获得具有该液晶取向膜的第2基板的工序,其通过具备下述工序[I’]、[II’]和[III’]而得到被赋予了取向控制能力的液晶取向膜;以及
[IV]以第1基板和第2基板的液晶取向膜隔着液晶相对的方式,对向配置第1基板和第2基板,从而得到液晶表示元件的工序,
所述工序[I’]、[II’]和[III’]为:
[I’]在第2基板上涂布上述<1>~<14>中任一项的横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜制造用组合物,从而形成涂膜的工序;
[II’]对[I’]中得到的涂膜照射偏振紫外线的工序;以及
[III’]将[II’]中得到的涂膜进行加热的工序。
<19>一种横向电场驱动型液晶表示元件,其是通过上述<18>的方法而制造的。
发明的效果
通过本发明,可提供能够使稳定地生成取向控制能力的光照射量范围扩大、能够高效地获得品质良好的液晶取向膜的横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜制造用组合物。
此外,通过本发明,除了上述效果之外或者在上述效果的基础上,可提供使用该组合物制造的液晶取向膜或者具有液晶取向膜的基板、具有它们的液晶表示元件、尤其是横向电场驱动型液晶表示元件。
进而,通过本发明,除了上述效果之外或者在上述效果的基础上,可提供液晶取向膜、具有液晶取向膜的基板或液晶表示元件、尤其是横向电场驱动型液晶表示元件的制造方法。
具体实施方式
本发明的组合物与WO2014/054785(其内容在本申请中作为参照而包括其整体)同样地具有(A)在特定的温度范围内表现出液晶性的感光性侧链型高分子(以下也简称为侧链型高分子)和(C)有机溶剂,通过采用对使用该组合物得到的涂膜进行偏振光照射的光取向法,能够与WO2014/054785同样地获得液晶取向膜。
本发明的组合物中,除了使用(A)成分和(C)成分之外,作为(B)成分,使用具有上述式(B)所示结构的化合物。
以下,针对本发明的实施方式进行详细说明。
<具有液晶取向膜的基板的制造方法>和<液晶表示元件的制造方法>
本发明的具有液晶取向膜的基板的制造方法具备如下工序:
[I]将聚合物组合物、具体而言横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜制造用组合物涂布在具有横向电场驱动用导电膜的基板上,从而形成涂膜的工序,所述聚合物组合物含有:(A)在特定的温度范围内表现出液晶性的感光性侧链型高分子、(B)具有上述式(B)所示结构的化合物、以及(C)有机溶剂;
[II]对[I]中得到的涂膜照射偏振紫外线的工序;以及
[III]将[II]中得到的涂膜进行加热的工序。
通过上述工序,能够得到被赋予了取向控制能力的横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜,能够获得具有该液晶取向膜的基板。
另外,除了上述得到的基板(第1基板)之外,通过准备第2基板,能够获得横向电场驱动型液晶表示元件。
对于第2基板,除了使用不具有横向电场驱动用导电膜的基板来代替具有横向电场驱动用导电膜的基板之外,通过使用上述工序[I]~[III](由于使用不具有横向电场驱动用导电膜的基板,因此为了方便,在本申请中有时简称为工序[I’]~[III’]),能够获得具有被赋予了取向控制能力的液晶取向膜的第2基板。
横向电场驱动型液晶表示元件的制造方法具备如下工序:
[IV]将上述得到的第1基板和第2基板以第1基板和第2基板的液晶取向膜隔着液晶相对的方式进行对向配置,从而得到液晶表示元件的工序。由此,能够得到横向电场驱动型液晶表示元件。
以下,针对本发明的制造方法所具备的[I]~[III]和[IV]的各工序进行说明。
<工序[I]>
工序[I]中,在具有横向电场驱动用导电膜的基板上涂布聚合物组合物而形成涂膜,所述聚合物组合物含有:(A)在特定的温度范围内表现出液晶性的感光性侧链型高分子、(B)具有上述式(B)所示结构的化合物、以及有机溶剂。
<基板>
针对基板没有特别限定,要制造的液晶表示元件为透射型时,优选使用透明性高的基板。此时没有特别限定,可以使用玻璃基板或丙烯酸类基板、聚碳酸酯基板等塑料基板等。
另外,考虑到适用于反射型液晶表示元件,也可以使用硅晶片等不透明的基板。
<横向电场驱动用导电膜>
基板具有横向电场驱动用导电膜。
作为该导电膜,液晶表示元件为透射型时,可列举出ITO(Indium Tin Oxide:氧化铟锡)、IZO(Indium Zinc Oxide:氧化铟锌)等,但不限定于这些。
此外,在反射型液晶表示元件的情况下,作为导电膜,可列举出铝等会反射光的材料等,但不限定于这些。
在基板上形成导电膜的方法可以使用现有公知的方法。
<聚合物组合物>
在具有横向电场驱动用导电膜的基板上、尤其是在导电膜上涂布聚合物组合物,具体而言,涂布横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜制造用组合物。
本发明的制造方法中使用的该聚合物组合物如上所述,含有:(A)在特定的温度范围内表现出液晶性的感光性侧链型高分子;(B)具有上述式(B)所示结构的化合物;以及(C)有机溶剂。
<<(A)侧链型高分子>>
(A)成分是在特定的温度范围内表现出液晶性的感光性侧链型高分子。
(A)侧链型高分子在250nm~400nm的波长范围的光下发生反应、且在100℃~300℃的温度范围内显示液晶性即可。
(A)侧链型高分子优选具有因250nm~400nm的波长范围的光而发生反应的感光性侧链。
(A)侧链型高分子为了在100℃~300℃的温度范围内显示液晶性而优选具有液晶原基团。
(A)侧链型高分子的主链键合了具有感光性的侧链,其感应于光而能够发生交联反应、异构化反应或光弗利斯重排。具有感光性的侧链结构没有特别限定,期望是感应于光而发生交联反应或光弗利斯重排的结构,更期望是发生交联反应的结构。此时,即使暴露于热等外部应力也能够长期稳定地保持已实现的取向控制能力。能够表现出液晶性的感光性侧链型高分子的结构只要满足这种特性,就没有特别限定,优选侧链结构中具有刚直的液晶原成分。此时,将该侧链型高分子制成液晶取向膜时,能够获得稳定的液晶取向。
该高分子的结构例如可以制成如下结构:具有主链和键合于其的侧链,该侧链具有联苯基、三联苯基、苯基环己基、苯甲酸苯酯基、偶氮苯基等液晶原成分以及键合于前端部的感应光而会发生交联反应、异构化反应的感光性基团;具有主链和键合于其的侧链,该侧链具有既为液晶原成分也会发生光弗利斯重排反应的苯甲酸苯酯基。
作为能够表现出液晶性的感光性侧链型高分子的结构的更具体例,优选为具有如下主链和如下侧链的结构,所述主链由选自烃、(甲基)丙烯酸酯、衣康酸酯、富马酸酯、马来酸酯、α-亚甲基-γ-丁内酯、苯乙烯、乙烯基、马来酰亚胺、降冰片烯等自由基聚合性基团和硅氧烷组成的组中的至少1种构成,所述侧链包含下述式(1)~(6)中的至少1种。
Figure GDA0002543854670000181
式中,A、B、D各自独立地表示单键、-O-、-CH2-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NH-CO-、-CH=CH-CO-O-或-O-CO-CH=CH-;
S为碳数1~12的亚烷基,键合于它们的氢原子任选被卤素基团取代;
T为单键或碳数1~12的亚烷基,键合于它们的氢原子任选被卤素基团取代;
Y1表示选自1价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环和碳数5~8的脂环式烃中的环,或者是选自这些取代基中的相同或不同的2~6个环借助键合基团B键合而成的基团,键合于它们的氢原子各自独立地任选被-COOR0(式中,R0表示氢原子或碳数1~5的烷基)、-NO2、-CN、-CH=C(CN)2、-CH=CH-CN、卤素基团、碳数1~5的烷基或碳数1~5的烷氧基取代;
Y2为选自由2价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环、碳数5~8的脂环式烃和它们的组合组成的组中的基团,键合于它们的氢原子各自独立地任选被-NO2、-CN、-CH=C(CN)2、-CH=CH-CN、卤素基团、碳数1~5的烷基或碳数1~5的烷氧基取代;
R表示羟基、碳数1~6的烷氧基,或者表示与Y1相同的定义;
X表示单键、-COO-、-OCO-、-N=N-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH=CH-CO-O-或-O-CO-CH=CH-,X的数量达到2时,X任选彼此相同或不同;
Cou表示香豆素-6-基或香豆素-7-基,键合于它们的氢原子各自独立地任选被-NO2、-CN、-CH=C(CN)2、-CH=CH-CN、卤素基团、碳数1~5的烷基或碳数1~5的烷氧基取代;
q1和q2中的一者为1,另一者为0;
q3为0或1;
P和Q各自独立地为选自由2价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环、碳数5~8的脂环式烃和它们的组合组成的组中的基团;其中,X为-CH=CH-CO-O-、-O-CO-CH=CH-时,-CH=CH-所键合的一侧的P或Q为芳香环,P的数量达到2以上时,P任选彼此相同或不同,Q的数量达到2以上时,Q任选彼此相同或不同;
l1为0或1;
l2为0~2的整数;
l1和l2均为0时,T为单键时A也表示单键;
l1为1时,T为单键时B也表示单键;
H和I各自独立地为选自2价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环和它们的组合中的基团。
侧链可以是选自由下述式(7)~(10)组成的组中的任一种感光性侧链。
式中,A、B、D、Y1、X、Y2和R具有与上述相同的定义;
l表示1~12的整数;
m表示0~2的整数,m1、m2表示1~3的整数;
n表示0~12的整数(其中,n=0时,B为单键)。
Figure GDA0002543854670000201
侧链可以是选自由下述式(11)~(13)组成的组中的任一种感光性侧链。
式中,A、X、l、m、m2和R具有与上述相同的定义。
Figure GDA0002543854670000211
侧链可以是下述式(14)或(15)所示的感光性侧链。
式中,A、Y1、X、l、m1和m2具有与上述相同的定义。
Figure GDA0002543854670000212
侧链可以是下述式(16)或(17)所示的感光性侧链。
式中,A、X、l和m具有与上述相同的定义。
Figure GDA0002543854670000213
此外,侧链可以是下述式(18)或(19)所示的感光性侧链。
式中,A、B、Y1、q1、q2、m1和m2具有与上述相同的定义。
R1表示氢原子、-NO2、-CN、-CH=C(CN)2、-CH=CH-CN、卤素基团、碳数1~5的烷基或碳数1~5的烷氧基。
Figure GDA0002543854670000221
侧链可以是下述式(20)所示的感光性侧链。
式中,A、Y1、X、l和m具有与上述相同的定义。
Figure GDA0002543854670000222
另外,(A)侧链型高分子可以具有选自由下述式(21)~(31)组成的组中的任一种液晶性侧链。
式中,A、B、q1和q2具有与上述相同的定义;
Y3为选自由1价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、含氮杂环和碳数5~8的脂环式烃、以及它们的组合组成的组中的基团,键合于它们的氢原子各自独立地任选被-NO2、-CN、卤素基团、碳数1~5的烷基或碳数1~5的烷氧基取代;
R3表示氢原子、-NO2、-CN、-CH=C(CN)2、-CH=CH-CN、卤素基团,1价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、含氮杂环、碳数5~8的脂环式烃,碳数1~12的烷基或碳数1~12的烷氧基;
l表示1~12的整数;m表示0~2的整数,其中,式(25)~(26)中,所有的m的总和为2以上,式(27)~(28)中,所有的m的总和为1以上,m1、m2和m3各自独立地表示1~3的整数;
R2表示氢原子、-NO2、-CN、卤素基团,1价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、含氮杂环和碳数5~8的脂环式烃,以及烷基或烷氧基;
Z1、Z2表示单键、-CO-、-CH2O-、-CH=N-、-CF2-。
Figure GDA0002543854670000231
<<感光性侧链型高分子的制法>>
上述能够表现出液晶性的感光性侧链型高分子可以通过具有上述感光性侧链的光反应性侧链单体和液晶性侧链单体进行聚合而得到。
[光反应性侧链单体]
光反应性侧链单体是指如下的单体:形成高分子时,能够形成在高分子的侧链部位具有感光性侧链的高分子。
作为侧链所具有的光反应性基团,优选为下述结构及其衍生物。
Figure GDA0002543854670000241
作为光反应性侧链单体的更具体例,优选为具有如下聚合性基团和如下感光性侧链的结构:所述聚合性基团由选自由烃、(甲基)丙烯酸酯、衣康酸酯、富马酸酯、马来酸酯、α-亚甲基-γ-丁内酯、苯乙烯、乙烯基、马来酰亚胺、降冰片烯等自由基聚合性基团和硅氧烷组成的组中的至少1种构成;以及,所述感光性侧链包含上述式(1)~(6)中的至少1种,优选为例如包含上述式(7)~(10)中的至少1种的感光性侧链、包含上述式(11)~(13)中的至少1种的感光性侧链、上述式(14)或(15)所示的感光性侧链、上述式(16)或(17)所示的感光性侧链、上述式(18)或(19)所示的感光性侧链、上述式(20)所示的感光性侧链。
本申请中,作为光反应性和/或液晶性侧链单体,可列举出下述式(A01)~(A20)所示的化合物,但不限定于这些。
式中,R表示氢原子或甲基;S表示碳数2~10的亚烷基;R10表示Br或CN;S表示碳数2~10的亚烷基;u表示0或1;以及,Py表示2-吡啶基、3-吡啶基或4-吡啶基。此外,v表示1或2。
Figure GDA0002543854670000251
Figure GDA0002543854670000261
[液晶性侧链单体]
液晶性侧链单体是指如下的单体:源自该单体的高分子表现出液晶性,该高分子在侧链部位能够形成液晶原基团。
作为侧链所具有液晶原基团,也可以是联苯、苯甲酸苯酯等单独成为液晶原结构的基团,也可以是苯甲酸等那样地侧链彼此进行氢键合而成为液晶原结构的基团。作为侧链所具有的液晶原基团,优选为下述结构。
Figure GDA0002543854670000271
作为液晶性侧链单体的更具体例,优选为具有如下聚合性基团和如下侧链的结构,所述聚合性基团由选自由烃、(甲基)丙烯酸酯、衣康酸酯、富马酸酯、马来酸酯、α-亚甲基-γ-丁内酯、苯乙烯、乙烯基、马来酰亚胺、降冰片烯等自由基聚合性基团和硅氧烷组成的组中的至少1种构成,所述侧链包含上述式(21)~(31)中的至少1种。
(A)侧链型高分子可通过上述表现出液晶性的光反应性侧链单体的聚合反应来获得。另外,可以通过不表现液晶性的光反应性侧链单体与液晶性侧链单体的共聚、表现出液晶性的光反应性侧链单体与液晶性侧链单体的共聚来获得。进而,在不损害液晶性表现能力的范围内,可以与其它单体进行共聚。
作为其它单体,可列举出例如可工业获取的能够进行自由基聚合反应的单体。
作为其它单体的具体例,可列举出不饱和羧酸、丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸酯化合物、马来酰亚胺化合物、丙烯腈、马来酸酐、苯乙烯化合物和乙烯基化合物等。
作为不饱和羧酸的具体例,可列举出丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸等。
作为丙烯酸酯化合物,可列举出例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸萘酯、丙烯酸蒽酯、丙烯酸蒽基甲酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基三乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸3-甲氧基丁酯、丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、丙烯酸8-甲基-8-三环癸酯、以及丙烯酸8-乙基-8-三环癸酯等。
作为甲基丙烯酸酯化合物,可列举出例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸萘酯、甲基丙烯酸蒽酯、甲基丙烯酸蒽基甲酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基三乙二醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸四氢糠酯、甲基丙烯酸3-甲氧基丁酯、甲基丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸8-甲基-8-三环癸酯、以及甲基丙烯酸8-乙基-8-三环癸酯等。也可以使用(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸(3-甲基-3-氧杂环丁基)甲酯和(甲基)丙烯酸(3-乙基-3-氧杂环丁基)甲酯等具有环状醚基的(甲基)丙烯酸酯化合物。
作为乙烯基化合物,可列举出例如乙烯醚、甲基乙烯醚、苄基乙烯醚、2-羟基乙基乙烯醚、苯基乙烯醚、以及丙基乙烯醚等。
作为苯乙烯化合物,可列举出例如苯乙烯、甲基苯乙烯、氯苯乙烯、溴苯乙烯等。
作为马来酰亚胺化合物,可列举出例如马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺、以及N-环己基马来酰亚胺等。
针对本实施方式的侧链型高分子的制造方法,没有特别限定,可以利用工业上应用的通用方法。具体而言,可通过利用了液晶性侧链单体、光反应性侧链单体的乙烯基的阳离子聚合、自由基聚合、阴离子聚合来制造。这些之中,从反应控制容易度等观点出发,特别优选为自由基聚合。
作为自由基聚合的聚合引发剂,可以使用自由基聚合引发剂、可逆性加成-开裂型链转移(RAFT)聚合试剂等公知的化合物。
自由基热聚合引发剂是通过加热至分解温度以上而产生自由基的化合物。作为这种自由基热聚合引发剂,可列举出例如过氧化酮类(甲乙酮过氧化物、环己酮过氧化物等)、过氧化二酰基类(过氧化乙酰、过氧化苯甲酰等)、过氧化氢类(过氧化氢、叔丁基过氧化氢、枯烯过氧化氢等)、二烷基过氧化物类(二叔丁基过氧化物、二枯基过氧化物、二月桂酰过氧化物等)、过氧化缩酮类(二丁基过氧化环己烷等)、烷基过氧化酯类(过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化特戊酸叔丁酯、过氧化2-乙基环己烷酸叔戊酯等)、过硫酸盐类(过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵等)、偶氮系化合物(偶氮双异丁腈和2,2′-二(2-羟基乙基)偶氮双异丁腈等)。这种自由基热聚合引发剂可以单独使用1种,或者,也可以组合使用2种以上。
自由基光聚合引发剂只要是因光照射而引发自由基聚合的化合物,就没有特别限定。作为这种自由基光聚合引发剂,可列举出二苯甲酮、米蚩酮、4,4’-双(二乙氨基)二苯甲酮、氧杂蒽酮、硫代氧杂蒽酮、异丙基氧杂蒽酮、2,4-二乙基硫代氧杂蒽酮、2-乙基蒽醌、苯乙酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮、2-羟基-2-甲基-4’-异丙基苯丙酮、1-羟基环己基苯基酮、异丙基苯偶姻醚、异丁基苯偶姻醚、2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、樟脑醌、苯并蒽酮、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉代丙-1-酮、2-苄基-2-二甲氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮、4-二甲氨基苯甲酸乙酯、4-二甲氨基苯甲酸异戊酯、4,4’-二(叔丁基过氧基羰基)二苯甲酮、3,4,4’-三(叔丁基过氧基羰基)二苯甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、2-(4’-甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(3’,4’-二甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(2’,4’-二甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(2’-甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(4’-戊氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、4-[对-N,N-二(乙氧基羰基甲基)]-2,6-二(三氯甲基)均三嗪、1,3-双(三氯甲基)-5-(2’-氯苯基)均三嗪、1,3-双(三氯甲基)-5-(4’-甲氧基苯基)均三嗪、2-(对二甲氨基苯乙烯基)苯并噁唑、2-(对二甲氨基苯乙烯基)苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑、3,3’-羰基双(7-二乙氨基香豆素)、2-(邻氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基-1,2’-联咪唑、2,2’-双(2-氯苯基)-4,4’,5,5’-四(4-乙氧基羰基苯基)-1,2’-联咪唑、2,2’-双(2,4-二氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基-1,2’-联咪唑、2,2’-双(2,4-二溴苯基)-4,4’,5,5’-四苯基-1,2’-联咪唑、2,2’-双(2,4,6-三氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基-1,2’-联咪唑、3-(2-甲基-2-二甲氨基丙酰基)咔唑、3,6-双(2-甲基-2-吗啉代丙酰基)-9-正十二烷基咔唑、1-羟基环己基苯基酮、双(5-2,4-环戊二烯-1-基)-双(2,6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)-苯基)钛、3,3’,4,4’-四(叔丁基过氧基羰基)二苯甲酮、3,3’,4,4’-四(叔己基过氧基羰基)二苯甲酮、3,3’-二(甲氧基羰基)-4,4’-二(叔丁基过氧基羰基)二苯甲酮、3,4’-二(甲氧基羰基)-4,3’-二(叔丁基过氧基羰基)二苯甲酮、4,4’-二(甲氧基羰基)-3,3’-二(叔丁基过氧基羰基)二苯甲酮、2-(3-甲基-3H-苯并噻唑-2-亚基)-1-萘-2-基-乙酮、或者2-(3-甲基-1,3-苯并噻唑-2(3H)-亚基)-1-(2-苯甲酰基)乙酮等。这些化合物可以单独使用,也可以混合两种以上使用。
自由基聚合法没有特别限定,可以使用乳液聚合法、悬浮聚合法、分散聚合法、沉淀聚合法、本体聚合法、溶液聚合法等。
作为能够表现出液晶性的感光性侧链型高分子的聚合反应中使用的有机溶剂,只要是所生成的高分子会溶解的有机溶剂就没有特别限定。以下列举出其具体例。
可列举出:N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-甲基己内酰胺、二甲基亚砜、四甲基脲、吡啶、二甲基砜、六甲基亚砜、γ-丁内酯、异丙醇、甲氧基甲基戊醇、二戊烯、乙基戊基酮、甲基壬基酮、甲乙酮、甲基异戊基酮、甲基异丙基酮、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、丁基卡必醇、乙基卡必醇、乙二醇、乙二醇单乙酸酯、乙二醇单异丙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇、丙二醇单乙酸酯、丙二醇单甲醚、丙二醇叔丁醚、二丙二醇单甲醚、二乙二醇、二乙二醇单乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二丙二醇单乙酸酯单甲醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单乙酸酯单乙醚、二丙二醇单丙醚、二丙二醇单乙酸酯单丙醚、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、三丙二醇甲醚、3-甲基-3-甲氧基丁醇、二异丙醚、乙基异丁醚、二异丁烯、乙酸戊酯、丁酸丁酯、丁醚、二异丁酮、甲基环己烯、丙醚、二己醚、二噁烷、正己烷、正戊烷、正辛烷、二乙醚、环己酮、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸正丁酯、醋酸丙二醇单乙醚、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸甲基乙酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸、3-甲氧基丙酸、3-甲氧基丙酸丙酯、3-甲氧基丙酸丁酯、二甘醇二甲醚、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺、3-乙氧基-N,N-二甲基丙酰胺、3-丁氧基-N,N-二甲基丙酰胺等。
这些有机溶剂可以单独使用,也可以混合使用。进而,即使是不溶解所生成的高分子的溶剂,只要在所生成的高分子不会析出的范围内,则也可以混合至上述有机溶剂中使用。
另外,在自由基聚合中,有机溶剂中的氧会成为阻碍聚合反应的原因,因此有机溶剂优选尽可能地脱气后使用。
自由基聚合时的聚合温度能够选择30℃~150℃的任意温度,优选为50℃~100℃的范围。另外,反应可以以任意浓度进行,浓度过低时难以获得高分子量的聚合物,浓度过高时,反应液的粘性变得过高而难以均匀地搅拌,因此单体浓度优选为1质量%~50质量%、更优选为5质量%~30质量%。反应初期以高浓度进行,其后可以追加有机溶剂。
在上述自由基聚合反应中,自由基聚合引发剂相对于单体的比率较多时,所得高分子的分子量变小,自由基聚合引发剂相对于单体的比率较少时,所得高分子的分子量变大,因此自由基引发剂的比率相对于聚合单体优选为0.1摩尔%~10摩尔%。另外,聚合时也可以追加各种单体成分、溶剂、引发剂等。
[聚合物的回收]
从利用上述反应得到的、能够表现出液晶性的感光性侧链型高分子的反应溶液中回收所生成的高分子时,将反应溶液投入至不良溶剂,使这些聚合物沉淀即可。作为用于沉淀的不良溶剂,可列举出甲醇、丙酮、己烷、庚烷、丁基溶纤剂、庚烷、甲乙酮、甲基异丁酮、乙醇、甲苯、苯、二乙醚、甲乙醚、水等。投入至不良溶剂中而发生沉淀的聚合物可以在过滤回收后,在常压或减压下进行常温干燥或加热干燥。另外,重复进行2次~10次使沉淀回收的聚合物再溶解于有机溶剂并再沉淀回收的操作时,能够减少聚合物中的杂质。作为此时的不良溶剂,可列举出例如醇类、酮类、烃等,使用选自这些之中的3种以上不良溶剂时,精制效率进一步提高,故而优选。
关于本发明的(A)侧链型高分子的分子量,考虑到所得涂膜的强度、形成涂膜时的作业性、以及涂膜的均匀性时,利用GPC(Gel Permeation Chromatography,凝胶渗透色谱)法测定的重均分子量优选为2000~1000000、更优选为5000~200000
[聚合物组合物的制备]
本发明中使用的聚合物组合物优选制备成涂布液的形式,用于适合形成液晶取向膜。即,本发明所使用的聚合物组合物优选以用于形成树脂覆膜的树脂成分溶解于有机溶剂而成的溶液的形式来制备。此处,该树脂成分是指包含上述说明的能够表现出液晶性的感光性侧链型高分子的树脂成分。此时,树脂成分的含量优选为1质量%~20质量%、更优选为3质量%~15质量%、特别优选为3质量%~10质量%。
本实施方式的聚合物组合物中,前述树脂成分可以是全部均为上述能够表现出液晶性的感光性侧链型高分子,在不损害液晶表现能力和感光性能的范围内,也可以混合除此之外的其它聚合物。此时,树脂成分中的其它聚合物的含量为0.5质量%~80质量%、优选为1质量%~50质量%。
这种其它聚合物可列举出例如包含聚(甲基)丙烯酸酯、聚酰胺酸、聚酰亚胺等且不是能够表现出液晶性的感光性侧链型高分子的聚合物等。
<<(B)成分>>
本发明所使用的聚合物组合物中,作为(B)成分,包含具有下述式(B)所示结构的化合物。
Figure GDA0002543854670000331
式(B)中,C1、C2、C3和C4各自独立地表示任选被选自第1组中的取代基取代的苯基、联苯基或萘基,所述第1组包括卤素基团、碳数1~10的直链或支链的烷基、碳数1~10的直链或支链的烷氧基、羟基、氰基、二烷基氨基(烷基各自独立地为碳数1~10的直链或支链的烷基)、碳数1~10的直链或支链的酯基、碳数1~10的直链或支链的酰基、羧基、醛基和硝基;
P1和P2各自独立地表示*-CH=N-*或*-N=CH-*(*表示与C1、C2、C3或C4键合的位置);
L表示任选被选自第1组中的取代基取代的碳数1~15的直链或支链的亚烷基。L之中的-CH2-任选被选自第2组中的基团取代,所述第2组包括-O-、-NHCO-、-CONH-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCONH-、-NHCOO-、-OCONH-和-CO-。其中,选自第2组中的基团彼此互不相邻;
n1表示0~5的整数、m4表示1~5的整数。
(B)具有上述式(B)所示结构的化合物可以在其两端各自独立地具有选自由下述式CL-1~CL-23组成的组中的末端基团。
式CL-1~CL-23中,*表示与上述式(B)所示结构进行键合的位置、尤其是表示与上述式(B)所示结构中的C1或C4进行键合的位置。
式CL-1~CL-23中,R11表示氢原子、碳数1~10的直链或支链的烷基、或者被卤素取代的碳数1~10的直链或支链的烷基;
R12表示碳数1~10的直链或支链的烷基、碳数3~8的环状烷基、苯基、或者被碳数1~12的直链或支链取代或被卤素取代的苯基,式中的芳香环的氧原子所键合的碳原子的邻位和对位中的至少一者的碳原子键合有氢原子;
Z11、Z12和Z13各自独立地为R13、OR13或OCOR13(R13为碳数1~4的直链状或支链状的烃基)。其中,不包括Z11、Z12和Z13全部为R13的情况;
BL表示用于保护下述式BL-1~BL-6中任一者的异氰酸酯基的封端基团;(式中,**表示与异氰酸酯基键合的位置。)
Figure GDA0002543854670000341
Figure GDA0002543854670000351
(B)具有上述式(B)所示结构的化合物可以在其两端各自独立地具有选自由上述式CL-1~CL-3、CL-5、CL-10、CL-12~CL-14和CL-17~CL-21组成的组中的末端基团。
(B)具有上述式(B)所示结构的化合物可以在C1与末端基团之间或者C4与末端基团之间具有间隔基团。
间隔基团各自独立地选自由-O-、-NHCO-、-CONH-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCONH-、-NHCOO-、-OCONH-、-CO-、-N=和任选被选自第1组中的取代基取代的碳数1~10的直链或支链的亚烷基(亚烷基中的-CH2-各自独立地任选被选自第2组中的基团取代,所述第2组包括-O-、-NHCO-、-CONH-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCONH-、-NHCOO-、-OCONH-和-CO-。其中,选自第2组中的基团彼此互不相邻)组成的组。
应予说明,作为间隔基团而使用“-N=”时,也可以在“=”的双方具有末端基团。即,作为间隔基团而使用“-N=”时,任选在具有上述式(B)所示结构的化合物的一端具有2个末端基团、或者在两端各自具有2个末端基团。
作为(B)具有上述式(B)所示结构的化合物,可列举出下述式(Ba)~(Bu),但不限定于这些。
Figure GDA0002543854670000361
Figure GDA0002543854670000371
(B)成分、即具有上述式(B)所示结构的化合物的含量相对于(A)成分100质量份可以为1~30质量份、优选为1~20质量份、更优选为1~15质量份。
通过使本发明的组合物、即液晶取向剂包含具有上述式(B)所示结构的化合物,在照射偏振光而得到液晶取向膜的光取向法中,能够扩大可稳定生成液晶取向膜的取向控制能力的光照射量的范围(所谓的“照射量边界”)。此外,通过扩大所谓的“照射量边界”,在液晶取向膜的制造工序中,即使偏振光的照射时间等从控制值略微偏离,也能够得到品质不变的液晶取向膜,能够提高液晶取向膜的制造效率。
<<(C)有机溶剂>>
本发明所使用的聚合物组合物中使用的有机溶剂只要是能够溶解树脂成分的有机溶剂就没有特别限定。以下列举出其具体例。
可列举出:N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-甲基己内酰胺、2-吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四甲基脲、吡啶、二甲基砜、六甲基亚砜、γ-丁内酯、3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺、3-乙氧基-N,N-二甲基丙酰胺、3-丁氧基-N,N-二甲基丙酰胺、1,3-二甲基咪唑啉酮、乙基戊基酮、甲基壬基酮、甲乙酮、甲基异戊基酮、甲基异丙基酮、环己酮、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、二甘醇二甲醚、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、丙二醇单乙酸酯、丙二醇单甲醚、丙二醇叔丁醚、二丙二醇单甲醚、二乙二醇、二乙二醇单乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二丙二醇单乙酸酯单甲醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单乙酸酯单乙醚、二丙二醇单丙醚、二丙二醇单乙酸酯单丙醚、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、三丙二醇甲醚等。它们可以单独使用,也可以混合使用。
本发明中使用的聚合物组合物可以含有上述(A)、(B)和(C)成分之外的成分。作为其例子,可列举出在涂布聚合物组合物时提高膜厚均匀性、表面平滑性的溶剂或化合物,提高液晶取向膜与基板的密合性的化合物等,但不限定于此。
作为提高膜厚均匀性、表面平滑性的溶剂(不良溶剂)的具体例,可列举出以下溶剂。
可列举出例如异丙醇、甲氧基甲基戊醇、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、丁基卡必醇、乙基卡必醇、乙基卡必醇乙酸酯、乙二醇、乙二醇单乙酸酯、乙二醇单异丙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇、丙二醇单乙酸酯、丙二醇单甲醚、丙二醇单正丁醚、丙二醇叔丁醚、二丙二醇单甲醚、二乙二醇、二乙二醇单乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二丙二醇单乙酸酯单甲醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单乙酸酯单乙醚、二丙二醇单丙醚、二丙二醇单乙酸酯单丙醚、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、三丙二醇甲醚、3-甲基-3-甲氧基丁醇、二异丙醚、乙基异丁醚、二异丁烯、乙酸戊酯、丁酸丁酯、丁醚、二异丁酮、甲基环己烯、丙醚、二己醚、1-己醇、正己烷、正戊烷、正辛烷、二乙醚、乳酸甲酯、乳酸乙酯、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸正丁酯、醋酸丙二醇单乙醚、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸甲基乙酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸、3-甲氧基丙酸、3-甲氧基丙酸丙酯、3-甲氧基丙酸丁酯、1-甲氧基-2-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇、1-丁氧基-2-丙醇、1-苯氧基-2-丙醇、丙二醇单乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、丙二醇-1-单甲醚-2-乙酸酯、丙二醇-1-单乙醚-2-乙酸酯、二丙二醇、2-(2-乙氧基丙氧基)丙醇、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丙酯、乳酸正丁酯、乳酸异戊酯等具有低表面张力的溶剂等。
这些不良溶剂可以使用1种,也可以混合使用多种。使用上述那样的溶剂时,为了不使聚合物组合物中包含的溶剂整体的溶解性显著降低,优选为溶剂整体的5质量%~80质量%、更优选为20质量%~60质量%。
作为提高膜厚均匀性、表面平滑性的化合物,可列举出氟系表面活性剂、有机硅系表面活性剂和非离子系表面活性剂等。
更具体而言,可列举出例如Eftop(注册商标)301、EF303、EF352(Tohkem productsCorporation制)、Megafac(注册商标)F171、F173、R-30(DIC CORPORATION制)、FluoradFC430、FC431(Sumitomo 3M Limited制)、AsahiGuard(注册商标)AG710(旭硝子株式会社制)、Surflon(注册商标)S-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(AGC SEIMICHEMICAL CO.,LTD.制)等。这些表面活性剂的使用比例相对于聚合物组合物中含有的树脂成分100质量份优选为0.01质量份~2质量份、更优选为0.01质量份~1质量份。
作为提高液晶取向膜与基板的密合性的化合物的具体例,可列举出以下示出的含官能性硅烷的化合物等。
可列举出例如3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2-氨基丙基三甲氧基硅烷、2-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-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乙三胺、N-三甲氧基甲硅烷基丙基三乙三胺、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、9-三乙氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、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、N-双(氧亚乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-双(氧亚乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷等。
进而,为了提高基板与液晶取向膜的密合性、且防止构成液晶表示元件时由背光导致的电特性降低等,可以在聚合物组合物中含有如下那样的酚醛塑料系、含环氧基的化合物的添加剂。以下示出具体的酚醛塑料系添加剂,但不限定于该结构。
Figure GDA0002543854670000411
作为具体的含环氧基的化合物,可例示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、2,2-二溴新戊二醇二缩水甘油醚、1,3,5,6-四缩水甘油基-2,4-己二醇、N,N,N’,N’,-四缩水甘油基间苯二甲胺、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’-二氨基二苯基甲烷等。
使用用于提高液晶取向膜与基板的密合性的化合物时,其用量相对于聚合物组合物中含有的树脂成分100质量份优选为0.1质量份~30质量份、更优选为1质量份~20质量份。用量不足0.1质量份时,无法期待提高密合性的效果,多于30质量份时,液晶的取向性有时变差。
作为添加剂,也可以使用光敏剂。优选为无色增敏剂和三重态增敏剂。
作为光敏剂,有芳香族硝基化合物、香豆素(7-二乙氨基-4-甲基香豆素、7-羟基-4-甲基香豆素)、香豆素酮、羰基双香豆素、芳香族2-羟基酮、以及被氨基取代的芳香族2-羟基酮(2-羟基二苯甲酮、单对(二甲氨基)-2-羟基二苯甲酮或二对(二甲氨基)-2-羟基二苯甲酮)、苯乙酮、蒽醌、氧杂蒽酮、硫代氧杂蒽酮、苯并蒽酮、噻唑啉(2-苯甲酰基亚甲基-3-甲基-β-萘并噻唑啉、2-(β-萘酰基亚甲基)-3-甲基苯并噻唑啉、2-(α-萘酰基亚甲基)-3-甲基苯并噻唑啉、2-(4-联苯酰基亚甲基)-3-甲基苯并噻唑啉、2-(β-萘酰基亚甲基)-3-甲基-β-萘并噻唑啉、2-(4-联苯酰基亚甲基)-3-甲基-β-萘并噻唑啉、2-(对氟苯甲酰基亚甲基)-3-甲基-β-萘并噻唑啉)、噁唑啉(2-苯甲酰基亚甲基-3-甲基-β-萘并噁唑啉、2-(β-萘酰基亚甲基)-3-甲基苯并噁唑啉、2-(α-萘酰基亚甲基)-3-甲基苯并噁唑啉、2-(4-联苯酰基亚甲基)-3-甲基苯并噁唑啉、2-(β-萘酰基亚甲基)-3-甲基-β-萘并噁唑啉、2-(4-联苯酰基亚甲基)-3-甲基-β-萘并噁唑啉、2-(对氟苯甲酰基亚甲基)-3-甲基-β-萘并噁唑啉)、苯并噻唑、硝基苯胺(间硝基苯胺或对硝基苯胺、2,4,6-三硝基苯胺)或硝基苊(5-硝基苊)、(2-[(间羟基对甲氧基)苯乙烯基]苯并噻唑、苯偶姻烷基醚、N-烷基化酞酮、苯乙酮缩酮(2,2-二甲氧基苯基乙酮)、萘、蒽(2-萘甲醇、2-萘羧酸、9-蒽甲醇和9-蒽羧酸)、苯并吡喃、偶氮中氮茚、梅洛香豆素等。
优选为芳香族2-羟基酮(二苯甲酮)、香豆素、香豆素酮、羰基双香豆素、苯乙酮、蒽醌、氧杂蒽酮、硫代氧杂蒽酮和苯乙酮缩酮。
聚合物组合物中除了上述物质之外,只要在不损害本发明效果的范围内,出于改变液晶取向膜的介电常数、导电性等电特性的目的,可以添加介电体、导电物质,进而出于在制成液晶取向膜时提高膜的硬度、致密度的目的,可以添加交联性化合物。
将上述聚合物组合物涂布在具有横向电场驱动用导电膜的基板上的方法没有特别限定。
关于涂布方法,工业上通常是利用丝网印刷、胶版印刷、柔性印刷或喷墨法等进行的方法。作为其它涂布方法,有浸渍法、辊涂法、狭缝涂布法、旋涂法(旋转涂布法)或喷涂法等,可根据目的使用它们。
在具有横向电场驱动用导电膜的基板上涂布聚合物组合物后,利用热板、热循环型烘箱或IR(红外线)型烘箱等加热手段以50~200℃、优选以50~150℃使溶剂蒸发,从而能够得到涂膜。此时的干燥温度优选低于侧链型高分子的液晶相表现温度。
涂膜的厚度过厚时,在液晶表示元件的耗电方面是不利的,涂膜的厚度过薄时,液晶表示元件的可靠性有时会降低,因此优选为5nm~300nm、更优选为10nm~150nm。
另外,在[I]工序之后且下一[II]工序之前,还可以设置将形成有涂膜的基板冷却至室温的工序。
<工序[II]>
在工序[II]中,对工序[I]中得到的涂膜照射偏振紫外线。对涂膜的膜面照射偏振紫外线时,从特定方面隔着偏振板对基板照射偏振紫外线。作为要使用的紫外线,可以使用波长为100nm~400nm范围的紫外线。优选的是,根据要使用的涂膜种类,借助滤波器等选择最佳的波长。并且,例如可以选择使用波长为290nm~400nm范围的紫外线,以便能够选择性地诱发光交联反应。作为紫外线,可以使用例如由高压汞灯发出的光。
针对偏振紫外线的照射量,取决于要使用的涂膜。关于照射量,优选设为实现ΔA的最大值(以下也称为ΔAmax)的偏振紫外线的量的1%~70%的范围内、更优选设为1%~50%的范围内,所述ΔA是该涂膜的、平行于偏振紫外线的偏振方向的方向的紫外线吸光度与垂直于偏振紫外线的偏振方向的方向的紫外线吸光度之差。
<工序[III]>
工序[III]中,加热在工序[II]中照射了偏振紫外线的涂膜。通过加热而能够对涂膜赋予取向控制能力。
加热可以使用热板、热循环型烘箱或IR(红外线)型烘箱等加热手段。加热温度可以考虑使所用的涂膜表现出液晶性的温度来确定。
加热温度优选为侧链型高分子会表现出液晶性的温度(以下称为液晶表现温度)的温度范围内。可预测到:在涂膜之类的薄膜表面的情况下,涂膜表面的液晶表现温度低于整体观察可表现出液晶性的感光性侧链型高分子时的液晶表现温度。因此,加热温度更优选为涂膜表面的液晶表现温度的温度范围内。即,照射偏振紫外线后的加热温度的温度范围优选是将比所用侧链型高分子的液晶表现温度的温度范围的下限低10℃的温度作为下限、且将比该液晶温度范围的上限低10℃的温度作为上限的范围的温度。加热温度低于上述温度范围时,存在涂膜中的由热带来的各向异性增幅效果不十分的倾向,另外,加热温度与上述温度范围相比过高时,存在涂膜状态接近于各向同性的液体状态(各向同性相)的倾向,此时,有时难以因自组装化而向一个方向再取向。
需要说明的是,液晶表现温度是指:侧链型高分子或涂膜表面从固体相向液晶相发生相转变的玻璃化转变温度(Tg)以上、且从液晶相向均质相(各向同性相)发生相转变的均质相转变温度(Tiso)以下的温度。
通过具有如上工序,在本发明的制造方法中,能够实现对涂膜高效地导入各向异性。并且,能够高效地制造带液晶取向膜的基板。
<工序[IV]>
[IV]工序是将在[III]中得到的横向电场驱动用导电膜上具有液晶取向膜的基板(第1基板)与同样地在上述[I’]~[III’]中得到的不具有导电膜的带液晶取向膜的基板(第2基板)隔着液晶以两者的液晶取向膜相对的方式进行对向配置,利用公知的方法制作液晶单元,从而制作横向电场驱动型液晶表示元件的工序。需要说明的是,工序[I’]~[III’]中,除了在工序[I]中使用不具有横向电场驱动用导电膜的基板来代替具有该横向电场驱动用导电膜的基板之外,可与工序[I]~[III]同样地进行。工序[I]~[III]与工序[I’]~[III’]的不同点仅在于有无上述导电膜,因此省略工序[I’]~[III’]的说明。
若列举出液晶单元或液晶表示元件的一个制作例,则可例示出如下方法:准备上述的第1基板和第2基板,在一个基板的液晶取向膜上散布间隔物,以液晶取向膜面成为内侧的方式粘贴于另一个基板,减压注入液晶并密封的方法;或者,向散布有间隔物的液晶取向膜面滴加液晶后,粘贴基板并进行密封的方法等。此时,一侧的基板优选使用具有横向电场驱动用梳齿状结构的电极的基板。此时的间隔物直径优选为1μm~30μm、更优选为2μm~10μm。该间隔物直径决定用于夹持液晶层的一对基板的间距、即液晶层的厚度。
本发明的带涂膜的基板的制造方法中,将聚合物组合物涂布在基板上而形成涂膜后,照射偏振紫外线。接着,通过进行加热而实现向侧链型高分子膜中高效地导入各向异性,从而制造具备液晶取向控制能力的带液晶取向膜的基板。
本发明所用的涂膜中,利用侧链的光反应和基于液晶性的自组装化所诱发的分子再取向的原理,实现对涂膜高效地导入各向异性。本发明的制造方法中,侧链型高分子具有光交联性基团作为光反应性基团的结构时,使用侧链型高分子在基板上形成涂膜后,照射偏振紫外线,接着进行加热后,制作液晶表示元件。
应予说明,针对使用具有光交联性基团、光弗利斯重排基团或发生异构化的基团作为光反应性基团的结构的侧链型高分子的光取向法,在WO2014/054785(将该文献的内容整体作为参照而包含在本申请中)中详细叙述,在本申请中也是相同的。
如上那样操作,通过本发明的组合物或者本发明方法而制造的横向电场驱动型液晶表示元件用基板或者具有该基板的横向电场驱动型液晶表示元件的可靠性优异。
此外,通过本发明的组合物或本发明的方法,能够扩大可稳定生成液晶取向膜的取向控制能力的光照射量范围(所谓的“照射量边界”),因此,在液晶取向膜的制造工序中,即使偏振光照射的时间等从控制值略微偏移,也能够得到品质不变的液晶取向膜,能够提高液晶取向膜的制造效率。因而,通过本发明的组合物或本发明的方法制造的横向电场驱动型液晶表示元件用基板或者具有该基板的横向电场驱动型液晶表示元件可适合地用于大画面且高清晰的液晶电视机等。
以下,使用实施例来说明本发明,但本发明不限定于该实施例。
实施例
实施例中使用的(甲基)丙烯酸酯化合物和添加剂的简称及其结构如下所示。
<(甲基)丙烯酸酯化合物>
MA-1通过专利文献(WO2011-084546)所述的合成方法进行合成。
MA-2通过专利文献(日本特开平9-118717)所述的合成方法进行合成。
Figure GDA0002543854670000461
<添加剂>
T-1通过非专利文献(Journal of Polymer Science:Part B:Polymer Physics,(2004)Vol.42,758-765)所述的合成方法进行合成。
T-2是文献等未公开的新型化合物,在下述合成例1中详述其合成方法。
T-3使用了市售品(ADEKA Corporation制)。
T-4通过非专利文献(Polymer 42(2001)2379-2385)所述的合成方法进行合成。
T-5~T-8通过非专利文献(Journal of Applied Polymer Science(2004)Vol.92,3721-3729)所述的合成方法进行合成。
T-9~T-10是文献等未公开的新型化合物,在下述合成例2~3中详述其合成方法。
T-11通过非专利文献(Phosphorus,Sulfur and Silicon and the RelatedElements(2006)181(6),1323-1330.)所述的合成方法进行合成。
T-12通过非专利文献(Journal of Molecular Structure,(2013)1040,149-154)所述的合成方法进行合成。
T-13通过非专利文献(Journal of the Indian Chemical Society,(1984)61(1),62-4)所述的合成方法进行合成。
T-14~T-15是文献等未公开的新型化合物,在下述合成例4~5中详述其合成方法。
T-16通过非专利文献(Journal of Polymer Science:Part B:Polymer Physics,(2004)Vol.42,758-765)所述的合成方法进行合成。
T-17通过非专利文献(Medicinal Chemistry Research,(2014)23(5),2476-2485)所述的合成方法进行合成。
T-18~T-22是文献等未公开的新型化合物,在下述合成例6~10中详述其合成方法。
T-23通过非专利文献(Polymer Composites,(2013)34(4),468-476)所述的合成方法进行合成。
Figure GDA0002543854670000471
Figure GDA0002543854670000481
Figure GDA0002543854670000491
实施例等中使用的有机溶剂的简称如下所示。
NMP:N-甲基-2-吡咯烷酮。
BC:丁基溶纤剂。
THF:四氢呋喃。
DMF:N,N-二甲基甲酰胺。
CH2Cl2:二氯甲烷。
EtOH:乙醇。
MeOH:甲醇。
DMSO:N,N-二甲基亚砜。
IPA:异丙醇。
<聚合物的分子量的测定>
实施例中的丙烯酸类聚合物的分子量使用Shodex公司制造的常温凝胶渗透色谱(GPC)装置(GPC-101)、Shodex公司制造的柱(KD-803、KD-805),如下操作进行测定。
柱温:50℃
洗脱液:DMF(作为添加剂,溴化锂一水合物(LiBr·H2O)为30mmol/L、磷酸·无水结晶(正磷酸)为30mmol/L、THF为10mL/L)
流速:1.0mL/分钟
标准曲线制作用标准样品:东曹株式会社制造的TSK标准聚环氧乙烷(分子量约为900,000、150,000、100,000、30,000)和Polymer Laboratories Ltd.制造的聚乙二醇(分子量约为12,000、4,000、1,000)。
<1HNMR的测定>
装置:傅里叶转换型超导核磁共振装置(FT-NMR)“INOVA-400”(Varian公司制)400MHz。
溶剂:氘代氯仿(CDCl3)或氘代N,N-二甲基亚砜([D6]-DMSO)。
标准物质:四甲基硅烷(TMS)。
<相转变温度的测定>
装置:差示扫描量热测定装置(DSC)“DSC1”(METTLER TOLEDO公司)
(合成例1)
[T-2]的合成:
Figure GDA0002543854670000501
向200mL四颈烧瓶中添加4-羟基苯甲酸4-羟基苯酯(12.42g、54mmol)、8-溴-1-辛烯(25.00g、130mmol)、碳酸钾(22.39g、162mmol)和DMF(60g),一边加热至80℃一边进行搅拌。反应结束后,向蒸馏水(300mL)中注入反应体系,使用1N盐酸水溶液进行中和,使用乙酸乙酯(600mL)进行提取。向提取的有机层中添加无水硫酸镁进行脱水干燥,滤去无水硫酸镁。将所得滤液用旋转蒸发仪进行溶剂馏去,将残渣用硅胶柱色谱法(乙酸乙酯:己烷=1:50的体积比)进行分离,从而得到[T-2-1](白色固体)18.83g(收率为75%)。
向500mL四颈烧瓶中添加[T-2-1](18.83g、42mmol)和CH2Cl2(360g)。在氮气气氛下将体系内冷却至0℃,添加3-氯过苯甲酸(含水约30%)(41.16g、167mmol),在室温下进行搅拌。反应结束后,向CH2Cl2(300mL)中注入反应体系,添加0.5N氢氧化钠,使3-氯过苯甲酸失活,通过分液操作去除水层。其后,用饱和碳酸氢钠水溶液、饱和食盐水清洗有机层,向有机层中添加无水硫酸镁进行脱水干燥,滤去无水硫酸镁。将所得滤液用旋转蒸发仪进行溶剂馏去,将残渣使用乙酸乙酯/己烷=1/4溶液进行重结晶,从而得到[T-2](白色固体)17.86g(收率为89%)。
以下示出目标物的基于1H-NMR和DSC的相转变温度的结果。根据其结果,确认所得固体是作为目标的[T-2]。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.12-8.14(d,2H),7.08-7.11(d,2H),6.90-6.97(m,4H),4.03-4.06(t,2H),3.94-3.97(t,2H),2.92(s,2H),2.75-2.77(m,2H),2.47-2.49(m,2H),1.78-1.85(m,4H),1.46-1.59(m,16H)
相转变温度(K 66N 72I)(K:crystal、N:nematic、I:isotropic)
(合成例2)
[T-9]的合成:
Figure GDA0002543854670000511
向1L四颈烧瓶中添加4-氨基间甲酚(100.0g、812mmol)、对苯二甲醛(49.5g、369mmol)、氯化锌(2.59g、19mmol)和EtOH(700g),一边加热至85℃一边搅拌。反应结束后,滤取沉淀物,用EtOH(700mL)进行清洗,并使其干燥,从而得到[T-16](黄色固体)126.3g(收率为99%)。
向300mL四口烧瓶中添加[T-16](10.0g、29mmol)、三乙胺(6.47g、64mmol)和THF(100g)。将体系内冷却至0℃,添加甲基丙烯酰氯(6.68g、64mmol),在室温下进行搅拌。反应结束后,向蒸馏水(500mL)中注入反应体系,滤取沉淀物,用MeOH(40g)进行清洗,并使其干燥,从而得到[T-9](黄白色固体)11.0g(收率为79%)。以下示出目标物的1H-NMR的结果。根据其结果,确认所得固体是作为目标的[T-9]。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.43(s,2H),8.02(s,4H),7.03(s,2H),6.96-6.99(m,4H),6.36(s,2H),5.76(s,2H),2.40(s,6H),2.07(s,6H)
(合成例3)
[T-10]的合成:
Figure GDA0002543854670000521
向300mL四口烧瓶中添加[T-1](10.0g、22mmol)、溴化锂(0.10g、1.1mmol)和NMP(100g),在二氧化碳气氛下,一边加热至100℃一边搅拌。反应结束后,向蒸馏水(500mL)中注入反应体系,滤取沉淀物,用MeOH(200g)进行清洗,并使其干燥,从而得到[T-10](黄色固体)11.8g(收率为98%)。以下示出目标物的1H-NMR的结果。根据其结果,确认所得固体是作为目标的[T-10]。
1H NMR(400MHz,[D6]-DMSO):δ8.58(s,2H),8.02(s,4H),7.14-7.16(d,2H),6.88(s,2H),6.81-6.83(d,2H),5.13(s,2H),4.59-4.63(t,2H),4.35-4.39(m,2H),4.26-4.28(m,2H),4.17-4.21(m,2H),2.33(s,6H)
(合成例4)
[T-14]的合成:
Figure GDA0002543854670000531
向300mL四口烧瓶中添加2,5-二氨基甲苯二盐酸盐(5.85g、30mmol)、三乙胺(6.34g、63mmol)、2-萘醛(9.84g、63mmol)和EtOH(80g)、DMSO(60g),一边加热至80℃一边搅拌。反应结束后,滤取沉淀物,用EtOH(80mL)进行清洗,并使其干燥,从而得到[T-14](黄色固体)11.3g(收率为94%)。以下示出目标物的1H-NMR的结果。根据其结果,确认所得固体是作为目标的[T-14]。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.69(s,1H),8.59(s,1H),8.18-8.25(m,4H),7.88-7.96(m,6H),7.52-7.58(m,4H),7.19-7.24(m,2H),7.08-7.10(d,1H),2.49(s,3H)
(合成例5)
[T-15]的合成:
Figure GDA0002543854670000532
向300mL四口烧瓶中添加2,5-二氨基甲苯二盐酸盐(5.85g、30mmol)、三乙胺(6.34g、63mmol)、4-联苯甲醛(11.5g、63mmol)和EtOH(80g)、DMSO(60g),一边加热至80℃一边搅拌。反应结束后,滤取沉淀物,用EtOH(80mL)进行清洗,并使其干燥,从而得到[T-15](黄色固体)12.7g(收率为93%)。以下示出目标物的1H-NMR的结果。根据其结果,确认所得固体是作为目标的[T-15]。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.56(s,1H),8.47(s,1H),7.98-8.06(t,4H),7.71-7.73(d,4H),7.65-7.67(d,4H),7.46-7.50(t,4H),7.38-7.41(t,2H),7.19(s,1H),7.14-7.16(d,1H),7.03-7.05(d,1H),2.45(s,1H)
(合成例6)
[T-18]的合成:
Figure GDA0002543854670000541
向300mL四口烧瓶中添加对苯二甲醛(9.83g、73mmol)、4-氨基肉桂酸(25.1g、154mmol)和EtOH(100g),一边加热至80℃一边搅拌。反应结束后,滤取沉淀物,用EtOH(80mL)进行清洗,并使其干燥,从而得到[T-18](黄色固体)26.8g(收率为86%)。以下示出目标物的1H-NMR的结果。根据其结果,确认所得固体是作为目标的[T-18]。
1H NMR(400MHz,[D6]-DMSO):δ12.44(s,2H),8.76(s,2H),8.10(s,4H),7.73(s,4H),7.60-7.60(d,2H),7.37(s,4H),6.54-6.57(d,2H)
(合成例7)
[T-19]的合成:
Figure GDA0002543854670000551
向300mL四口烧瓶中添加[T-16](10.3g、30mmol)、氢氧化钾(5.05g、90mmol)、四丁基溴化铵(2.90g、9mmol)和NMP(100g),一边加热至70℃一边搅拌1小时。接着,滴加3-(氯甲基)-3-甲基氧杂环丁烷(10.9g、90mmol),一边加热至90℃一边搅拌。反应结束后,向蒸馏水(500mL)中注入反应体系,滤取沉淀物,用EtOH(80mL)进行清洗,并使其干燥,从而得到[T-19](黄色固体)10.3g(收率为67%)。以下示出目标物的1H-NMR的结果。根据其结果,确认所得固体是作为目标的[T-19]。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.45(s,2H),8.00(s,4H),7.00-7.02(d,2H),6.86(s,2H),6.78-6.81(d,2H),4.64-4.66(d,4H),4.47-4.48(d,4H),4.04(s,4H),2.43(s,6H),1.46(s,6H)
(合成例8)
[T-20]的合成:
Figure GDA0002543854670000552
向300mL四口烧瓶中添加1,4-苯二胺(1.13g、11mmol)、4-[N,N-双(2-羟基乙基)氨基]苯甲醛(4.85g、23mmol)和EtOH(100g),在室温下进行搅拌。反应结束后,滤取沉淀物,用乙酸乙酯(80mL)进行清洗,并使其干燥,从而得到[T-20](黄色固体)4.53g(收率为87%)。以下示出目标物的1H-NMR的结果。根据其结果,确认所得固体是作为目标的[T-20]。
1H NMR(400MHz,[D6]-DMSO):δ8.43(s,2H),7.69-7.71(d,4H),7.22(s,4H),6.78-6.80(d,4H),4.80-4.83(t,4H),3.56-3.59(t,8H),3.51-3.52(t,8H)
(合成例9)
[T-21]的合成:
Figure GDA0002543854670000561
向500mL四口烧瓶中添加[T-16](10.0g、29mmol)、异氰酸3-(三乙氧基甲硅烷基)丙酯(17.3g、70mmol)、二月桂酸二丁基锡(9.4mg、0.015mmol)和THF(200g),一边加热至60℃一边搅拌。反应结束后,使用乙酸乙酯(500ml)和蒸馏水进行提取并浓缩,将所得粗产物用己烷(100ml)进行清洗,并使其干燥,从而得到[T-21](黄白色固体)23.9g(收率为98%)。以下示出目标物的1H-NMR的结果。根据其结果,确认所得固体是作为目标的[T-21]。
1H NMR(400MHz,[D6]-DMSO):δ8.63(s,2H),8.09(s,4H),7.75-7.78(t,2H),7.13-7.15(d,2H),7.01(s,2H),6.95-6.98(d,2H),3.74-3.79(t,12H),3.02-3.07(m,4H),2.34(s,6H),1.51-1.55(m,4H),1.15-1.18(t,18H),0.57-0.61(t,4H)
(合成例10)
[T-22]的合成:
Figure GDA0002543854670000571
向500mL四口烧瓶中添加[T-16](30.0g、87mmol)、3-(Boc-氨基)丙基氯(40.3g、208mmol)、碳酸钾(36.1g、261mmol)、碘化钾(1.44g、9mmol)和DMF(150g),一边加热至80℃一边搅拌。反应结束后,向蒸馏水(1L)中注入反应体系,滤取沉淀物,用IPA(100mL)进行清洗,并使其干燥,从而得到[T-22](黄色固体)53.9g(收率为94%)。以下示出目标物的1H-NMR的结果。根据其结果,确认所得固体是作为目标的[T-22]。
1H NMR(400MHz,[D6]-DMSO):δ8.61(s,2H),8.05(s,4H),7.16-7.18(d,2H),6.93(s,2H),6.86(s,2H),6.79-6.81(d,2H),3.96-3.99(t,4H),3.08-3.10(t,4H),2.36(s,6H),1.82-1.85(t,4H),1.38(s,18H)
(聚合例1)
将MA-1(13.3g、40.0mmol)和MA-2(18.4g、60.0mmol)溶解在THF(182.3g)中,利用隔膜泵进行脱气后,添加2,2’-偶氮双异丁腈(0.82g、5.0mmol),再次进行脱气。其后,以50℃反应30小时,从而得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。
将该聚合物溶液滴加至二乙醚(1500ml),滤取所得沉淀物。将该沉淀物用二乙醚进行清洗,在40℃的烘箱中进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末。该聚合物的数均分子量为35000、重均分子量为126000。
向所得粉末6.0g中添加NMP(54.0g),在室温下搅拌3小时而使其溶解。向该溶液中添加BC(40.0g)并进行搅拌,从而得到甲基丙烯酸酯聚合物溶液PMA-1。
(实施例1)
向通过上述得到的甲基丙烯酸酯聚合物溶液PMA-1(10.0g)中加入添加剂T-1(0.03g),在室温下搅拌1小时,从而得到液晶取向剂A-1。
(实施例2~23和比较例1~3)
按照表1所示的组成,使用与实施例1相同的方法,得到实施例2~23的液晶取向剂A-2~A-23。
此外,比较例1~3也利用相同的方法制备液晶取向剂B-1~B-3。
[表1]
表1.实施例1~23的液晶取向剂A-1~A-24和
比较例1~3的液晶取向剂B-1~B-3的组成
液晶取向剂 甲基丙烯酸酯聚合物溶液 添加剂
实施例1 A-1 PMA-1 10.0g T-1 0.030g
实施例2 A-2 PMA-1 10.0g T-1 0.018g
实施例3 A-3 PMA-1 10.0g T-1 0.060g
实施例4 A-4 PMA-1 10.0g T-4 0.030g
实施例5 A-5 PMA-1 10.0g T-5 0.030g
实施例6 A-6 PMA-1 10.0g T-6 0.030g
实施例7 A-7 PMA-1 10.0g T-7 0.030g
实施例8 A-8 PMA-1 10.0g T-8 0.030g
实施例9 A-9 PMA-1 10.0g T-9 0.030g
实施例10 A-10 PMA-1 10.0g T-10 0.030g
实施例11 A-11 PMA-1 10.0g T-11 0.030g
实施例12 A-12 PMA-1 10.0g T-12 0.030g
实施例13 A-13 PMA-1 10.0g T-13 0.030g
实施例14 A-14 PMA-1 10.0g T-14 0.030g
实施例15 A-15 PMA-1 10.0g T-15 0.030g
实施例16 A-16 PMA-1 10.0g T-16 0.030g
实施例17 A-17 PMA-1 10.0g T-17 0.030g
实施例18 A-18 PMA-1 10.0g T-18 0.030g
实施例19 A-19 PMA-1 10.0g T-19 0.030g
实施例20 A-20 PMA-1 10.0g T-20 0.030g
实施例21 A-21 PMA-1 10.0g T-21 0.030g
实施例22 A-22 PMA-1 10.0g T-22 0.030g
实施例23 A-23 PMA-1 10.0g T-23 0.030g
比较例1 B-1 PMA-1 10.0g -
比较例2 B-2 PMA-1 10.0g T-2 0.030g
比较例3 B-3 PMA-1 10.0g T-3 0.030g
<序参量测定用基板的制作>
使用通过上述得到的液晶取向剂A-1,按照下述示出那样的步骤,进行序参量测定用基板的制作。基板使用了尺寸为40mm×40mm且厚度为1.0mm的石英基板。
将实施例1中得到的液晶取向剂A-1用1.0μm的过滤器过滤后,旋涂在石英基板上,在70℃的热板上干燥90秒钟后,形成膜厚为100nm的液晶取向膜。接着,隔着偏振片对涂膜面照射313nm的紫外线5~60mJ/cm2后,用140℃~170℃的热板加热10分钟,得到附带液晶取向膜的基板。
关于实施例2~23和比较例1~3中得到的液晶取向剂A-2~A-23和B-1~B-3,也使用与液晶取向剂A-1相同的方法,制作序参量测定用基板。
<序参量的测定>
使用通过上述制作的附带液晶取向膜的基板,为了测定液晶取向膜的光学各向异性,根据偏振光的吸光度通过下式来算出序参量S。
应予说明,吸光度的测定使用了岛津制作所制造的紫外线可见近红外分析光度计U-3100PC。
Figure GDA0002543854670000591
此处,Apara表示平行于所照射的偏振光UV方向的方向的吸光度,Aper表示垂直于所照射的偏振光UV方向的方向的吸光度。Alarge表示将平行方向的吸光度和垂直方向的吸光度进行对比时,值较大的吸光度;Asmall表示将平行方向的吸光度和垂直方向的吸光度进行对比时,值较小的吸光度。序参量的绝对值越接近1,则表示呈现更均一的取向状态。
使用下述基准,将算出的序参量S的绝对值示于表2。
○:S的绝对值为0.5以上
○△:S的绝对值为0.4以上~不足0.5
△:S的绝对值为0.3以上~不足0.4
×:S的绝对值不足0.3
[表2]
表2.使用了实施例1~23和比较例1~3的液晶取向剂时的序参量
Figure GDA0002543854670000601
[表3]
表2(续)
使用了实施例1~23和比较例1~3的液晶取向剂时的序参量
Figure GDA0002543854670000611
如表2所示可确认:添加了本发明添加剂的实施例1~23的液晶取向剂与未添加任何添加剂的比较例1的液晶取向剂相比,良好的序参量的范围扩大至高温侧和/或高照射量侧。
此外可确认:与本发明的添加剂同样地使用具备液晶性的添加剂T-2、具备类似吸收的添加剂T-3的比较例2和比较例3的液晶取向剂的情况下,良好的序参量的范围未扩大。
应予说明,根据实施例11~15可确认:具有上述式(B)所示结构的化合物即使没有末端基团,良好的序参量的范围也扩大至高温侧和/或高照射量侧。此外,在具有上述式(B)所示结构的化合物存在末端基团的情况下,由于具有该式(B)所示结构的化合物与(A)成分发生反应、或者该化合物彼此发生自反应,从而使液晶取向膜的硬度提高,因此具有末端基团较好。

Claims (9)

1.一种横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜制造用组合物,其含有:(A)在特定的温度范围内表现出液晶性的感光性侧链型高分子、(B)具有下述式(B)所示结构的化合物、以及(C)有机溶剂,
Figure FDA0002937214730000011
式(B)中,C1和C4各自独立地表示任选被选自第1组中的取代基取代的苯基、联苯基或萘基,所述第1组包括卤素基团、碳数1~10的直链或支链的烷基、碳数1~10的直链或支链的烷氧基、羟基、氰基、二烷基氨基、碳数1~10的直链或支链的酯基、碳数1~10的直链或支链的酰基、羧基、醛基和硝基,二烷基氨基中烷基各自独立地为碳数1~10的直链或支链的烷基;
P1和P2各自独立地表示*-CH=N-*或*-N=CH-*,其中,*表示与C1、C2、C3或C4键合的位置;
-C2-(L-C3)n1-表示选自由亚苯基、2-甲基-亚苯基、和-ph-O-(CH2)n2-O-ph-组成的组中的2价的基团,其中,n2为4、6、8或10,ph表示亚苯基;
m4表示1~5的整数,
具有上述式(B)所示结构的化合物在其两端各自独立地具有选自由下述式CL-1~CL-3、CL-5、CL-10、CL-12~CL-14和CL-17~CL-21组成的组中的末端基团,
Figure FDA0002937214730000012
式中,*表示与上述式(B)所示结构进行键合的位置;
R11表示氢原子、碳数1~10的直链或支链的烷基、或者被卤素取代的碳数1~10的直链或支链的烷基;
Z11、Z12和Z13各自独立地为R13、OR13或OCOR13,R13为碳数1~4的直链状或支链状的烃基,其中,不包括Z11、Z12和Z13全部为R13的情况;
其中,所述(A)成分具有下述式(2)所示的感光性侧链,
Figure FDA0002937214730000021
式中,A、B、D各自独立地表示单键、-O-、-CH2-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NH-CO-、-CH=CH-CO-O-或-O-CO-CH=CH-;
S为碳数1~12的亚烷基,键合于它们的氢原子任选被卤素基团取代;
T为单键或碳数1~12的亚烷基,键合于它们的氢原子任选被卤素基团取代;
Y2为选自由2价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环、碳数5~8的脂环式烃和它们的组合组成的组中的基团,键合于它们的氢原子各自独立地任选被-NO2、-CN、-CH=C(CN)2、-CH=CH-CN、卤素基团、碳数1~5的烷基或碳数1~5的烷氧基取代;
R表示羟基、碳数1~6的烷氧基,或者表示选自1价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环和碳数5~8的脂环式烃中的环,或者是选自这些取代基中的相同或不同的2~6个环借助键合基团B键合而成的基团,键合于它们的氢原子各自独立地任选被-COOR0、-NO2、-CN、-CH=C(CN)2、-CH=CH-CN、卤素基团、碳数1~5的烷基或碳数1~5的烷氧基取代,其中,键合基团B具有与上述B相同的定义,式-COOR0中,R0表示氢原子或碳数1~5的烷基;
X表示单键、-COO-、-OCO-、-N=N-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH=CH-CO-O-或-O-CO-CH=CH-,X的数量达到2时,X任选彼此相同或不同;
P和Q各自独立地为选自由2价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环、碳数5~8的脂环式烃和它们的组合组成的组中的基团;其中,X为-CH=CH-CO-O-、-O-CO-CH=CH-时,-CH=CH-所键合的一侧的P或Q为芳香环,P的数量达到2以上时,P任选彼此相同或不同,Q的数量达到2以上时,Q任选彼此相同或不同;
l1为0或1;
l2为0~2的整数;
l1和l2均为0时,T为单键时A也表示单键;
l1为1时,T为单键时B也表示单键。
2.根据权利要求1所述的组合物,其中,具有上述式(B)所示结构的化合物在C1与末端基团之间或者C4与末端基团之间具有间隔基团,该间隔基团各自独立地选自由-O-、-NHCO-、-CONH-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCONH-、-NHCOO-、-OCONH-、-CO-、-N=和任选被选自第1组中的取代基取代的碳数1~10的直链或支链的亚烷基组成的组,其中,亚烷基中的-CH2-各自独立地任选被选自第2组中的基团取代,所述第2组包括-O-、-NHCO-、-CONH-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCONH-、-NHCOO-、-OCONH-和-CO-;其中,选自第2组中的基团彼此互不相邻。
3.根据权利要求1或2所述的组合物,其中,所述感光性侧链会发生光交联、光异构化或光弗利斯重排。
4.根据权利要求1或2所述的组合物,其中,(A)成分具有选自由下述式(21)~(31)组成的组中的任一种液晶性侧链,
Figure FDA0002937214730000041
式中,A和B具有与上述相同的定义;
Y3为选自由1价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、含氮杂环和碳数5~8的脂环式烃、以及它们的组合组成的组中的基团,键合于它们的氢原子各自独立地任选被-NO2、-CN、卤素基团、碳数1~5的烷基或碳数1~5的烷氧基取代;
R3表示氢原子、-NO2、-CN、-CH=C(CN)2、-CH=CH-CN、卤素基团,1价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、含氮杂环、碳数5~8的脂环式烃,碳数1~12的烷基或碳数1~12的烷氧基;
q1和q2中的一者为1,另一者为0;
l表示1~12的整数,m表示0~2的整数,其中,式(23)~(24)中,所有的m的总和为2以上,式(25)~(26)中,所有的m的总和为1以上,m1、m2和m3各自独立地表示1~3的整数;
R2表示氢原子、-NO2、-CN、卤素基团,1价的苯环、萘环、联苯环、呋喃环、含氮杂环和碳数5~8的脂环式烃,以及烷基或烷氧基;
Z1、Z2表示单键、-CO-、-CH2O-、-CH=N-、-CF2-。
5.一种具有横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜的基板的制造方法,其通过具备如下工序而得到被赋予了取向控制能力的所述液晶取向膜:
[I]将权利要求1~4中任一项所述的组合物涂布在具有横向电场驱动用导电膜的基板上而形成涂膜的工序;
[II]对[I]中得到的涂膜照射偏振紫外线的工序;以及
[III]将[II]中得到的涂膜进行加热的工序。
6.一种横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜,其由权利要求1~4中任一项所述的组合物形成。
7.一种基板,其具有权利要求6所述的横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜。
8.一种横向电场驱动型液晶表示元件,其具有权利要求7所述的基板。
9.一种横向电场驱动型液晶表示元件的制造方法,其通过具备如下工序而得到该液晶表示元件:
准备权利要求7所述的基板、即第1基板的工序;
获得具有下述液晶取向膜的第2基板的工序,其通过具备下述工序[I’]、[II’]和[III’]而得到被赋予了取向控制能力的液晶取向膜;以及
[IV]以所述第1基板和第2基板的液晶取向膜隔着液晶相对的方式,对向配置所述第1基板和第2基板,从而得到液晶表示元件的工序,
所述工序[I’]、[II’]和[III’]为:
[I’]在第2基板上涂布权利要求1~4中任一项所述的组合物,从而形成涂膜的工序;
[II’]对[I’]中得到的涂膜照射偏振紫外线的工序;以及
[III’]将[II’]中得到的涂膜进行加热的工序。
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