CN110546559B - 液晶取向剂、液晶取向膜及液晶表示元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液晶取向剂,其含有:选自使用四羧酸二酐成分和含有下述式(1)所示的二胺的二胺成分得到的聚酰胺酸及该聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中的至少一种聚合物(A)、和选自使用四羧酸二酐成分和含有下述式(2)所示的二胺的二胺成分得到的聚酰胺酸及该聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中的至少一种聚合物(B)。根据本发明,可以提供得到电压保持率优异、蓄积电荷的衰减快、液晶取向的稳定性良好的液晶取向膜的液晶取向剂、液晶取向膜、和液晶表示元件。式(1)中,X表示‑(CH2)n‑,n为8或9的自然数。式(2)中,Y1为具有氨基等的二价有机基团,B1、B2各自独立地为氢原子等。
Description
技术领域
本发明涉及新型的液晶取向剂、液晶取向膜以及使用了其的液晶表示元件。
背景技术
液晶表示元件被广泛用作个人计算机、便携式电话、智能手机、电视等的表示部。液晶表示元件例如具备被夹持于元件基板与滤色器基板之间的液晶层、对于液晶层施加电场的像素电极和共用电极、控制液晶层的液晶分子的取向性的取向膜、对于被供给到像素电极的电信号进行开关的薄膜晶体管(TFT)等。作为液晶分子的驱动方式,已知TN(扭转向列)方式、VA(垂直取向)方式等纵向电场方式、IPS(平面切换)方式、FFS(边界电场切换)方式等横向电场方式。对于仅在基板的单侧形成电极、在与基板平行方向施加电场的横向电场方式而言,与以往的对于形成于上下基板的电极施加电压而驱动液晶的纵向电场方式相比,作为具有宽阔的视场角特性、另外能够进行高品质的表示的液晶表示元件已知。
横向电场方式的液晶单元虽然视场角特性优异,但是形成于基板内的电极部分少,因此若电压保持率低则不会对于液晶施加充分的电压而表示对比度降低。另外,若液晶取向的稳定性小则长时间驱动液晶时,液晶不能恢复到初期的状态,成为对比度降低、残影的原因,因此液晶取向的稳定性是重要的。进而,静电容易被蓄积于液晶单元内,即使由于因驱动而产生的正负非对称电压的施加,也会在液晶单元内蓄积电荷,这些所蓄积的电荷作为液晶取向的混乱、残影而对于表示造成影响,使液晶元件的表示品质显著降低。另外,即使在刚驱动之后将背光源光照射到液晶单元也会蓄积电荷,产生即使短时间的驱动也会产生残影、驱动中闪烁(闪现)的大小变化等问题。
用于这种横向电场方式的液晶表示元件时,作为电压保持率优异、并且降低了电荷蓄积的液晶取向剂,专利文献1中公开了含有特定二胺和脂肪族四羧酸衍生物的液晶取向剂。另外,作为缩短直至残影消失为止的时间的方法,提出了使用专利文献2那样的体积电阻率低的取向膜、专利文献3那样的体积电阻率不易由于液晶表示元件的背光源而变化的取向膜的方法。但是,随着液晶表示元件的高性能化,对于液晶取向膜要求的特性也变得严格,利用这些现有技术时,难以充分满足全部要求特性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开公报WO2004/021076号小册子
专利文献2:国际公开公报WO2004/053583号小册子
专利文献3:国际公开公报WO2013/008822号小册子
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于,提供可以得到电压保持率优异、蓄积电荷的衰减快、液晶取向的稳定性良好的液晶取向膜的液晶取向剂、液晶取向膜、和液晶表示元件。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决上述问题而进行深入研究,结果发现,通过在液晶取向剂中含有的聚合物中导入特定结构,各种特性得到同时改善,从而完成了本发明。本发明是基于上述发现而提出的,主旨在于下述。
<1>一种液晶取向剂,其含有
选自使用四羧酸二酐成分和含有下述式(1)所示的二胺的二胺成分得到的聚酰胺酸及该聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中的至少一种聚合物(A)、和
选自使用四羧酸二酐成分和含有下述式(2)所示的二胺的二胺成分得到的聚酰胺酸及该聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中的至少一种聚合物(B)。
式(1)中,X表示-(CH2)n-,n为表示-(CH2)-的个数的8或9的自然数,任意的-(CH2)-任选各自独立地被选自-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CONH-和-NHCO-中的基团在这些基团不邻接的条件下置换,R1和R2各自独立地为一价有机基团,p1和p2各自独立地为0~4的整数。
式(2)中,Y1为具有选自由氨基、亚氨基和含氮杂环组成的组中的至少一种结构的二价有机基团,B1、B2各自独立地为氢原子、或任选具有取代基的碳数1~10的烷基、烯基、炔基。
<2>根据前述<1>所述的液晶取向剂,其中,式(2)中的Y1为选自下述式(YD-1)~(YD-5)的结构中的至少一种。
(式(YD-1)中,A1为碳数3~15的含氮原子杂环,Z1为氢原子、或任选具有取代基的碳数1~20的烃基。式(YD-2)中,W1为碳数1~10的烃基,A2为具有含氮原子杂环的碳数3~15的一价有机基团、或被碳数1~6的脂肪族基团取代的二取代氨基。式(YD-3)中,W2为碳数6~15并且具有1~2个苯环的二价有机基团,W3为碳数2~5的亚烷基、亚联苯基或包含含氮原子杂环的碳数12~18的二价有机基团,Z2为氢原子、碳数1~5的烷基、或苯环,a为0~1的整数。式(YD-4)中,A3为碳数3~15的含氮原子杂环。式(YD-5)中,A4为碳数3~15的含氮原子杂环,W5为碳数2~5的亚烷基。)
<3>根据前述<1>或<2>所述的液晶取向剂,其中,式(YD-1)、(YD-2)、(YD-4)和(YD-5)中记载的A1、A2、A3和A4为选自由吡咯烷、吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、噻唑、哌啶、哌嗪、吡啶、吡嗪、吲哚、苯并咪唑、喹啉、异喹啉和咔唑组成的组中的至少一种。
<4>根据前述<1>~<3>中任一项所述的液晶取向剂,其中,式(2)中的Y1为选自由具有下述式(YD-6)~(YD-22)的结构的二价有机基团组成的组中的至少一种,
(式(YD-17)中,h为1~3的整数,式(YD-14)、(YD-21)和(YD-22)中,j为0~3的整数。)
<5>根据前述<1>~<4>中任一项所述的液晶取向剂,其特征在于,式(2)中的Y1为选自由具有上述式(YD-14)、(YD-18)、(YD-21)和(YD-22)的结构的二价有机基团组成的组中的至少一种。
<6>一种液晶取向膜,其为将前述<1>~<5>中任一项所述的液晶取向剂涂布、烧成而得到的。
<7>一种液晶表示元件,其具备前述<6>所述的液晶取向膜。
发明的效果
通过使用本发明的液晶取向剂,能够提供电压保持率优异、蓄积电荷的衰减快、液晶取向的稳定性良好的液晶取向膜、以及表示特性优异的液晶表示元件。
为什么通过本申请发明可以解决上述问题还不明确,但是认为大致如下所述。
本发明的液晶取向剂中含有的聚合物所具有的上述(2)的结构具有共轭结构。由此例如在液晶取向膜中可以促进电荷的移动、可以促进蓄积电荷的衰减。
具体实施方式
本发明的液晶取向剂为用于形成液晶取向膜的组合物,其特征在于,其含有液晶取向剂,所述液晶取向剂含有由上述式(1)所示的二胺得到的特定聚合物(A)、和由具有上述式(2)的结构的二胺得到的特定聚合物(B)。
即,换而言之,本发明涉及含有前述特定聚合物(A)和前述特定聚合物(B)的液晶取向性的聚合物组合物。
对于特定聚合物(A)和特定聚合物(B)的含量而言,相对于特定聚合物(A)和特定聚合物(B)的总量,特定聚合物(A)为5~90重量%、更优选10~50重量%。即,相对于特定聚合物(A)和特定聚合物(B)的总量,特定聚合物(B)为95~10重量%、更优选90~50重量%。若特定聚合物(A)过少则液晶取向的稳定性变差,若特定聚合物(B)过少则蓄积电荷的衰减特性变差。本发明的液晶取向剂中含有的特定聚合物(A)和特定聚合物(B)可以分别为1种或2种以上。
<(A)成分的聚合物>
本发明的聚合物为由含有上述式(1)所示的二胺的二胺成分、和含有四羧酸二酐的酸二酐成分得到的聚合物。作为具体例,可列举出聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚酰亚胺、聚脲、聚酰胺等,但是从作为液晶取向剂的使用的观点考虑,优选为选自含有下述式(3)所示的结构单元的聚酰亚胺前体、及作为其酰亚胺化物的聚酰亚胺中的至少一种。从在偏光照射之后的加热工序中,聚合物中,自由旋转部位多,由此以更高秩序再取向这种观点考虑,更优选为聚酰亚胺前体。
上述式(3)中,X1为源自四羧酸衍生物的四价有机基团,Y11为源自式(1)的二胺的二价有机基团,R11为氢原子或碳数1~5的烷基。从通过加热进行酰亚胺化的容易程度的观点考虑,R11优选为氢原子、甲基或乙基,更优选为氢原子。
<具有特定结构的二胺>
本发明的液晶取向剂,为含有选自使用四羧酸二酐成分和含有下述式(1)所示的二胺的二胺成分得到的聚酰胺酸及该聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中的至少一种聚合物(A)、选自使用四羧酸二酐成分和含有下述式(2)所示的二胺的二胺成分得到的聚酰胺酸及该聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中的至少一种聚合物(B)、和有机溶剂的液晶取向剂。
(式(1)中,X表示-(CH2)n-,n为表示-(CH2)-的个数的8或9的自然数,任意的-(CH2)-任选各自独立地被选自-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CONH-和-NHCO-中的基团在这些基团不邻接的条件下置换,R1和R2各自独立地为一价有机基团,p1和p2各自独立地为0~4的整数。)
作为在此的一价有机基团,可列举出碳数1~10、优选具有1~3的烷基、烯基、烷氧基、氟烷基、氟烯基、或氟烷氧基。其中,作为一价有机基团,优选为甲基。
另外,X的原子数中、与主链的长度相关的碳原子、氧原子、硫原子和氮原子的原子数的总计为偶数的情况下,所得到的聚合物的直线性提高,结果摩擦后或偏振紫外线照射后的加热工序中,以更高秩序再取向,由此可以得到被赋予了高的取向控制能力的液晶取向膜,因此优选。需要说明的是,与主链的长度相关的碳原子、氧原子、硫原子和氮原子的原子数的总计指的是主链的每1个亚甲基数设为1、每1个醚键数设为1、每1个硫醚键数设为1、每1个酯键数设为2、每1个酰胺键数设为2时的总计。
从氢键力弱时以更高秩序再取向的观点考虑,X中的任意的-(CH2)-优选被-O-、-S-、-COO-、-OCO-中的任意者置换、特别优选被-O-置换。
作为p1和p2,从通过立体障碍小而苯基之间容易重叠、以更高秩序再取向的观点考虑,优选为0。
上述式(1)的二胺的-(CH2)n-中、n为8以上的情况下,将与聚合物(B)混合而成的液晶取向剂涂布于基板上时,取向限制力高的聚合物(A)向上层、即并非基板侧的界面移动的移动性高,因此有助于取向性改善。另外,n为10以上的情况下,聚合物(A)其自身的取向限制力大幅降低。因此,若n不是8或9则得不到本发明的效果。作为这些二胺的具体例,可例示出以下,但是不限于它们。
在此,上述式中,r为6或者t为2或4的情况下,所得到的聚合物的直线性提高,结果在偏光照射后的加热工序中,以更高秩序再取向,由此可以得到被赋予了高的取向控制能力的液晶取向膜。
<四羧酸二酐>
X1为源自四羧酸衍生物的四价有机基团,对于其结构没有特别限定。另外,聚酰亚胺前体中的X1根据聚合物在溶剂中的溶解性、液晶取向剂的涂布性、形成液晶取向膜时的液晶的取向性、电压保持率、蓄积电荷等所必需的特性的程度适当选择,在同一聚合物中可以为1种或混合2种以上。
若特意示出X1的具体例则可列举出国际公开公报2015/119168的13项~14项中登载的式(X-1)~(X-46)的结构等。
以下示出优选的X1的结构,但是本发明不限于它们。
它们之中,从光反应性、液晶的取向性和电压保持率的观点考虑,优选为(A-1)(A-2)。
<聚合物(其它结构单元)>
在不会损害本发明效果的范围内,含有式(3)所示的结构单元的聚酰亚胺前体可以含有选自下述式(4)所示的结构单元、和作为其酰亚胺化物的聚酰亚胺中的至少一种。
式(4)中,X2为源自四羧酸衍生物的四价有机基团,Y12为源自二胺的二价有机基团,R12的定义与前述式(3)的R11相同,R22表示氢原子或碳数1~4的烷基。另外,优选存在2个的R22中的至少一者为氢原子。
作为X2,可列举出上述国际公开公报2015/119168的13项~14项中登载的式(X-1)~(X-46)的结构等,另外,可列举出上述(A-1)~(A-21)的结构。
Y12为源自二胺的二价有机基团,对于其结构没有特别限定。另外,Y12根据聚合物在溶剂中的溶解性、液晶取向剂的涂布性、形成液晶取向膜时的液晶的取向性、电压保持率、蓄积电荷等所必需的特性的程度适当选择,在同一聚合物中可以为1种或混合2种以上。
若特意示出Y12的具体例则可列举出国际公开公报2015/119168的4项中登载的式(2)的结构、及8项~12项中登载的式(Y-1)~(Y-97)、(Y-101)~(Y-118)的结构;国际公开公报2013/008906的6项中登载的由式(2)去除2个氨基而成的二价有机基团;国际公开公报2015/122413的8项中登载的由式(1)去除2个氨基而成的二价有机基团;国际公开公报2015/060360的8项中登载的式(3)的结构;日本国公开专利公报2012-173514的8项中记载的由式(1)去除2个氨基而成的二价有机基团;国际公开公报2010-050523的9项中登载的由式(A)~(F)去除2个氨基而成的二价有机基团等。
作为优选的Y12的结构,可列举出下述式(5)的结构。
式(5)中,R32为单键或二价有机基团、优选为单键。
R33为-(CH2)n-所示的结构。n为2~10的整数、优选3~7。另外,任意的-CH2-可以在分别不邻接的条件下被醚、酯、酰胺、脲、氨基甲酸酯键置换。
R34为单键或二价有机基团。
苯环上的任意的氢原子可以被一价有机基团取代、优选被氟原子或甲基取代。
作为式(5)所示的结构,具体而言可列举出以下那样的结构,但是不限于它们。
含有式(3)所示的结构单元的聚酰亚胺前体同时含有式(4)所示的结构单元的情况下,式(3)所示的结构单元相对于式(3)和式(4)的总计优选为30摩尔%~100摩尔%、更优选50摩尔%~100摩尔%、特别优选70摩尔%~100摩尔%。
<(B)成分的聚合物>
本发明的液晶取向剂中使用的(B)成分为选自使用四羧酸二酐成分和含有上述式(2)所示的二胺的二胺成分得到的聚酰胺酸和该聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中的至少一种聚合物。
<四羧酸二酐成分>
作为本发明的(B)成分的制造中使用的四羧酸二酐,可列举出下述式(6)所示的四羧酸二酐。
式中,作为X3,可列举出选自(A)成分处记载的前述(A-1)~(A-21)中的结构。另外,(B)成分的制造中,所使用的四羧酸二酐成分可以为1种或2种以上。
<二胺成分>
本发明的液晶取向剂的制造中使用的二胺成分含有上述式(2)的二胺。式(2)中,Y1为具有选自由氨基、亚氨基、和含氮杂环组成的组中的至少一种结构的二价有机基团,B1~B2各自独立地为氢原子、或可以具有取代基的碳数1~10的烷基、烯基、炔基。
作为上述烷基的具体例,可列举出甲基、乙基、丙基、丁基、叔丁基、己基、辛基、癸基、环戊基、环己基等。作为烯基,可列举出存在于上述烷基的1个以上的CH-CH结构置换为C=C结构而成的烯基,更具体而言可列举出乙烯基、烯丙基、1-丙烯基、异丙烯基、2-丁烯基、1,3-丁二烯基、2-戊烯基、2-己烯基、环丙烯基、环戊烯基、环己烯基等。作为炔基,可列举出存在于前述烷基的1个以上的CH2-CH2结构置换为C≡C结构而成的炔基,更具体而言,可列举出乙炔基、1-丙炔基、2-丙炔基等。
上述的烷基、烯基、炔基若作为整体、碳数为1~10则可以具有取代基、进而可以通过取代基而形成环结构。需要说明的是,通过取代基而形成环结构指的是取代基之间或取代基与母骨架的一部分键合而形成环结构。
作为该取代基的例子,可列举出卤素基、羟基、巯基、硝基、芳基、有机氧基、有机硫基、有机甲硅烷基、酰基、酯基、硫酯基、磷酸酯基、酰胺基、烷基、烯基、炔基。
对于作为取代基的卤素基,可列举出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。
对于作为取代基的芳基,可列举出苯基。该芳基可以进一步取代前述其它取代基。
对于作为取代基的有机氧基,可以示出O-R所示的结构。该R可以相同或不同,可例示出前述的烷基、烯基、炔基、芳基等。在这些R上可以进一步取代前述取代基。作为烷氧基的具体例,可列举出甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基等。
对于作为取代基的有机硫基,可以示出-S-R所示的结构。作为该R,可例示出前述的烷基、烯基、炔基、芳基等。在这些R上可以进一步取代前述取代基。作为烷硫基的具体例,可列举出甲硫基、乙硫基、丙硫基、丁硫基、戊硫基、己硫基、庚硫基、辛硫基等。
对于作为取代基的有机甲硅烷基,可以示出-Si-(R)3所示的结构。该R可以相同或不同,可例示出前述的烷基、烯基、炔基、芳基等。在这些R上可以进一步取代前述取代基。作为烷基甲硅烷基的具体例,可列举出三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、三丙基甲硅烷基、三丁基甲硅烷基、三戊基甲硅烷基、三己基甲硅烷基、戊基二甲基甲硅烷基、己基二甲基甲硅烷基等。
对于作为取代基的酰基,可以示出-C(O)-R所示的结构。作为该R,可例示出前述的烷基、烯基、芳基等。在这些R上可以进一步取代前述的取代基。作为酰基的具体例,可列举出甲酰基、乙酰基、丙酰基、丁酰基、异丁酰基、戊酰基、异戊酰基、苯甲酰基等。
对于作为取代基的酯基,可以示出-C(O)O-R、或-OC(O)-R所示的结构。作为该R,可例示出前述的烷基、烯基、炔基、芳基等。在这些R上可以进一步取代前述的取代基。
对于作为取代基的硫酯基,可以示出-C(S)O-R、或-OC(S)-R所示的结构。作为该R,可例示出前述的烷基、烯基、炔基、芳基等。在这些R上可以进一步取代前述的取代基。
对于作为取代基的磷酸酯基,可以示出-OP(O)-(OR)2所示的结构。该R可以相同或不同,可例示出前述的烷基、烯基、炔基、芳基等。在这些R上可以进一步取代前述的取代基。
对于作为取代基的酰胺基,可以示出-C(O)NH2、或-C(O)NHR、-NHC(O)R、-C(O)N(R)2、-NRC(O)R所示的结构。该R可以相同或不同,可例示出前述的烷基、烯基、炔基、芳基等。在这些R上可以进一步取代前述的取代基。
对于作为取代基的芳基,可列举出与前述的芳基相同的芳基。在该芳基上可以进一步取代前述的其它取代基。
对于作为取代基的烷基,可列举出与前述的烷基相同的烷基。在该烷基上可以进一步取代前述的其它取代基。
对于作为取代基的烯基,可列举出与前述的烯基相同的烯基。在该烯基上可以进一步取代前述的其它取代基。
对于作为取代基的炔基,可列举出与前述的炔基相同的炔基。在该炔基可以进一步取代前述的其它取代基。
通常若导入体积大的结构则氨基的反应性、液晶取向性有可能降低,因此作为B1和B2,更优选为氢原子、或可以具有取代基的碳数1~5的烷基,特别优选氢原子、甲基或乙基。
作为式(2)中的Y1的结构,若具有选自由氨基、亚氨基、和含氮杂环组成的组中的至少一种结构则对于其结构没有特别限定。若特意列举出其具体例则可列举出具有选自由下述式(YD-1)~(YD-5)所示的氨基、亚氨基、和含氮杂环组成的组中的至少一种结构的二价有机基团。
式(YD-1)中,A1为碳数3~15的含氮原子杂环,Z1为氢原子、或可以具有取代基的碳数1~20的烃基。
式(YD-2)中,W1为碳数1~10的烃基,A2为具有含氮原子杂环的碳数3~15的一价有机基团、或被碳数1~6的脂肪族基团取代而成的二取代氨基。
式(YD-3)中,W2为碳数6~15并且具有1~2个苯环的二价有机基团,W3为碳数2~5的亚烷基、亚联苯基或包含含氮原子杂环的碳数12~18的二价有机基团,Z2为氢原子、碳数1~5的烷基、或苯环,a为0~1的整数。
式(YD-4)中,A3为碳数3~15的含氮原子杂环。
式(YD-5)中,A4为碳数3~15的含氮原子杂环,W5为碳数2~5的亚烷基。
作为式(YD-1)、(YD-2)、(YD-4)和(YD-5)的A1、A2、A3和A4的碳数3~15的含氮原子杂环,若为公知结构则没有特别限定。其中,可列举出吡咯烷、吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、噻唑、哌啶、哌嗪、吡啶、吡嗪、吲哚、苯并咪唑、喹啉、异喹啉、咔唑,更优选为哌嗪、哌啶、吲哚、苯并咪唑、咪唑、咔唑、吡咯和吡啶。
进而,作为式(2)中的Y2的具体例,可列举出下述式(YD-6)~(YD-43)所示的具有氮原子的二价有机基团,从抑制由于交流驱动所导致的电荷蓄积并且可以加快蓄积电荷的衰减的观点考虑,更优选为式(YD-14)、(YD-18)、(YD-19)、(YD-20)、(YD-21)、(YD-23)~(YD-30)和(YD-40)~(YD-43),特别优选为(YD-14)、(YD-18)、(YD-23)、(YD-25)和(YD-40)~(YD-43)。
式(YD-17)中,h为1~3的整数,式(YD-14)、(YD-21)和(YD-22)中,j为0~3的整数。
式(YD-25)、(YD-26)、(YD-29)和(YD-30)中,j为0~3的整数。
式(YD-41)、(YD-42)和(YD-43)中,j为0~3的整数。
本发明的聚酰胺酸和聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中的式(2)所示的二胺的比率,相对于全部二胺1摩尔,优选为10~100摩尔%、更优选30~100摩尔%、进一步优选50~100摩尔%。
作为本发明的(B)成分的聚酰胺酸和聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中的式(2)所示的二胺可以单独使用或组合使用多种,这种情况下,式(2)所示的二胺作为总计也优选使用上述的优选量。
作为本发明的液晶取向剂中含有的(B)成分的聚酰胺酸和聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物,除了上述式(2)所示的二胺以外,也可以使用下述式(7)所示的二胺。下述式(7)中的Y2为二价有机基团,对于其结构没有特别限定,也可以混合2种以上。若特意示出其具体例则可列举出下述的(Y-1)~(Y-75)。
H2N--Y2-NH2 (7)
作为本发明的液晶取向剂中含有的(B)成分的聚酰胺酸和聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中,若式(7)所示的二胺的比率增多则有可能损害本发明效果,因此不优选。因此,式(7)所示的二胺的比率相对于全部二胺1摩尔优选为0~90摩尔%、更优选0~50摩尔%、进一步优选0~20摩尔%。
<聚酰胺酸酯的制造方法>
作为本发明中使用的聚酰亚胺前体的聚酰胺酸酯可以通过以下所示的(1)、(2)或(3)的方法制造。
(1)由聚酰胺酸合成的情况
聚酰胺酸酯可以通过将由四羧酸二酐和二胺得到的聚酰胺酸进行酯化来合成。
具体而言,可以通过使聚酰胺酸与酯化剂在有机溶剂的存在下、在-20℃~150℃、优选0℃~50℃下进行30分钟~24小时、优选1小时~4小时反应来合成。
作为酯化剂,优选为可以通过纯化来容易地去除的酯化剂,可列举出N,N-二甲基甲酰胺二甲基缩醛、N,N-二甲基甲酰胺二乙基缩醛、N,N-二甲基甲酰胺二丙基缩醛、N,N-二甲基甲酰胺二新戊基丁基缩醛、N,N-二甲基甲酰胺二-叔丁基缩醛、1-甲基-3-对甲苯基三氮烯、1-乙基-3-对甲苯基三氮烯、1-丙基-3-对甲苯基三氮烯、4-(4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐等。酯化剂的添加量相对于聚酰胺酸的重复单元1摩尔、优选为2~6摩尔当量。
上述反应中使用的溶剂,从聚合物的溶解性观点考虑,优选为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、或γ-丁内酯,它们可以使用1种或2种以上混合使用。合成时的浓度从不易产生聚合物的析出、并且容易得到高分子量体的观点考虑,优选为1~30质量%、更优选5~20质量%。
(2)通过四羧酸二酯二氯化物与二胺的反应合成的情况
聚酰胺酸酯可以由四羧酸二酯二氯化物和二胺合成。
具体而言,可以通过使四羧酸二酯二氯化物与二胺在碱和有机溶剂的存在下、在-20℃~150℃、优选0℃~50℃下进行30分钟~24小时、优选1小时~4小时反应来合成。
前述碱可以使用吡啶、三乙胺、4-二甲基氨基吡啶等,但是为了温和地进行反应,优选为吡啶。对于碱的添加量,从为容易去除的量并且容易得到高分子量体的观点考虑,相对于四羧酸二酯二氯化物优选为2~4倍摩尔。
上述反应中使用的溶剂从单体和聚合物的溶解性考虑,优选为N-甲基-2-吡咯烷酮或γ-丁内酯,它们可以使用1种或2种以上混合使用。对于合成时的聚合物浓度,从不易产生聚合物的析出、并且容易得到高分子量体的观点考虑,优选为1~30质量%,更优选5~20质量%。另外,为了防止四羧酸二酯二氯化物的水解,聚酰胺酸酯的合成中使用的溶剂优选尽可能进行了脱水,优选在氮气气氛中、防止外部气体混入。
(3)由四羧酸二酯和二胺合成聚酰胺酸酯的情况
聚酰胺酸酯可以通过四羧酸二酯与二胺缩聚来合成。
具体而言,可以通过使四羧酸二酯与二胺在缩合剂、碱和有机溶剂的存在下在0℃~150℃、优选0℃~100℃下进行30分钟~24小时、优选3~15小时反应来合成。
前述缩合剂可以使用三苯基亚磷酸酯、二环己基碳二亚胺、1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、N,N’-羰基二咪唑、二甲氧基-1,3,5-三嗪基甲基吗啉鎓、O-(苯并三唑-1-基)-N,N,N’,N’-四甲基脲四氟硼酸盐、O-(苯并三唑-1-基)-N,N,N’,N’-四甲基脲六氟磷酸盐、(2,3-二氢-2-硫代-3-苯并噁唑基)膦酸二苯酯等。缩合剂的添加量相对于四羧酸二酯优选为2~3倍摩尔。
前述碱可以使用吡啶、三乙胺等叔胺。碱的添加量从为容易去除的量并且容易得到高分子量体的观点考虑,相对于二胺成分优选为2~4倍摩尔。
另外,上述反应中,通过加入路易斯酸作为添加剂,反应有效地进行。作为路易斯酸,优选为氯化锂、溴化锂等卤化锂。路易斯酸的添加量相对于二胺成分优选为0~1.0倍摩尔。
上述三种聚酰胺酸酯的合成方法中,为了得到高分子量的聚酰胺酸酯,特别优选为上述(1)或上述(2)的合成法。
对于如上所述得到的聚酰胺酸酯的溶液,通过一边充分搅拌一边注入到不良溶剂,可以使聚合物析出。进行数次析出,用不良溶剂洗涤后,进行常温或加热干燥,可以得到纯化了的聚酰胺酸酯的粉末。对不良溶剂没有特别限定,可列举出水、甲醇、乙醇、己烷、丁基溶纤剂、丙酮、甲苯等。
<聚酰胺酸的合成>
特定聚合物(A)或特定聚合物(B)通过四羧酸二酐和二胺的反应来得到的情况下,在有机溶剂中将四羧酸二酐和二胺混合进行反应的方法是简便的。
上述反应时使用的有机溶剂若为所生成的聚酰胺酸溶解的有机溶剂则没有特别限定,若特意列举出其具体例则可列举出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、二甲基亚砜、四甲基脲、吡啶、二甲基砜、六甲基亚砜、γ-丁内酯等。它们可以单独使用或混合来使用。进而,即使是不溶解聚酰胺酸的溶剂,在所生成的聚酰胺酸不会析出的范围内,也可以混合到上述溶剂来使用。另外,有机溶剂中的水分阻碍聚合反应,进而成为所生成的聚酰胺酸水解的原因,因此有机溶剂优选使用尽可能脱水干燥了的有机溶剂。
作为使四羧酸二酐成分和二胺成分在有机溶剂中混合的方法,可列举出将二胺成分分散或溶解于有机溶剂而成的溶液搅拌、将四羧酸二酐成分直接或者分散或溶解于有机溶剂来添加的方法;相反地向四羧酸二酐成分分散或溶解于有机溶剂而成的溶液添加二胺成分的方法;交替添加四羧酸二酐成分和二胺成分的方法等,本发明中,可以为它们中的任意一种方法。另外,四羧酸二酐成分或二胺成分包含多种化合物的情况下,可以在将这些多种成分预先混合的状态下进行反应、也可以分别依次反应。
使四羧酸二酐成分和二胺成分在有机溶剂中反应时的温度通常为0~150℃、优选5~100℃、更优选10~80℃。温度高时,聚合反应快速结束,但是若过高则有可能得不到高分子量的聚合物。另外反应可以以任意的浓度进行,但是若浓度过低则难以得到高分子量的聚合物,若浓度过高则反应液的粘性过高而难以进行均匀搅拌,因此优选为1~50重量%、更优选5~30重量%。也可以反应初期以高浓度进行、然后追加有机溶剂。
聚酰胺酸的聚合反应中使用的四羧酸二酐成分与二胺成分的比率,按摩尔比计优选为1:0.8~1.2。另外,二胺成分过量而得到的聚酰胺酸由于溶液的着色有可能增大,因此担心溶液着色的情况下,若为1:0.8~1即可。与通常的缩聚反应同样地,该摩尔比越接近于1:1则所得到的聚酰胺酸的分子量越大。若聚酰胺酸的分子量过小则由此得到的涂膜的强度有可能不充分,相反地若聚酰胺酸的分子量过大则存在由此制造的液晶取向处理剂的粘度过高而涂膜形成时的作业性、涂膜的均匀性变差的情况。因此,本发明的液晶取向剂中使用的聚酰胺酸按比浓粘度(浓度0.5dl/g、NMP中30℃)计优选为0.1~2.0、更优选0.2~1.5。
不想使聚酰胺酸的聚合中使用的溶剂含有于本发明的液晶取向剂中的情况、反应溶液中存在未反应的单体成分、杂质的情况下,进行其沉淀回收和纯化。该方法优选将聚酰胺酸溶液投入到进行搅拌的不良溶剂、进行沉淀回收。作为聚酰胺酸的沉淀回收中使用的不良溶剂,没有特别限定,可例示出甲醇、丙酮、己烷、丁基溶纤剂、庚烷、甲乙酮、甲基异丁基酮、乙醇、甲苯、苯等。对于通过投入到不良溶剂而沉淀了的聚酰胺酸,过滤·洗涤而回收后,常压或减压下,常温或加热干燥,而可以形成粉末。若重复将该粉末进一步溶解于良溶剂而进行再沉淀的操作2~10次,则也可以将聚酰胺酸纯化。利用一次的沉淀回收操作、不能将杂质去除完时,优选进行该纯化工序。作为此时的不良溶剂,例如若使用醇类、酮类、烃等3种以上的不良溶剂则纯化的效率更进一步升高,因此优选。
<聚酰亚胺的制造方法>
本发明中使用的聚酰亚胺可以通过将前述聚酰胺酸酯或聚酰胺酸进行酰亚胺化来制造。由聚酰胺酸酯制造聚酰亚胺的情况下,向前述聚酰胺酸酯溶液、或将聚酰胺酸酯树脂粉末溶解于有机溶剂而得到的聚酰胺酸溶液中添加碱性催化剂的化学上的酰亚胺化是简便的。化学上的酰亚胺化由于在比较低的温度下进行酰亚胺化反应,在酰亚胺化的过程中不易产生聚合物的分子量降低,因而优选。
由聚酰胺酸制造聚酰亚胺的情况下,向通过二胺成分和四羧酸二酐的反应而得到的前述聚酰胺酸的溶液添加催化剂的化学上的酰亚胺化是简便的。化学上的酰亚胺化由于在比较低的温度下进行酰亚胺化反应,在酰亚胺化的过程中不易产生聚合物的分子量降低,因而优选。
化学上的酰亚胺化可以通过将想要酰亚胺化的聚合物在有机溶剂中、在碱性催化剂和酸酐的存在下进行搅拌来进行。作为有机溶剂,可以使用前述的聚合反应时使用的溶剂。作为碱性催化剂,可列举出吡啶、三乙胺、三甲胺、三丁胺、三辛胺等。其中,吡啶由于具有对于进行反应而言充分的碱性,因而优选。另外,作为酸酐,可列举出乙酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸酐等,其中,若使用乙酸酐则反应结束后的纯化变得容易,因此优选。
进行酰亚胺化反应时的温度为-20℃~140℃、优选0℃~100℃,反应时间优选为1~100小时。碱性催化剂的量为酰胺酸酯基的0.5~30摩尔倍、优选2~20摩尔倍,酸酐的量为酰胺酸基的1~50摩尔倍、优选3~30摩尔倍。所得到的聚合物的酰亚胺化率可以通过调节催化剂量、温度、反应时间来控制。
由于聚酰胺酸酯或聚酰胺酸的酰亚胺化反应后的溶液中残留有所添加的催化剂等,因此优选通过以下所述的手段,将所得到的酰亚胺化聚合物回收,用有机溶剂再溶解,制得本发明的液晶取向剂。
对于如上所述得到的聚酰亚胺溶液,通过一边充分搅拌一边注入到不良溶剂中,可以使聚合物析出。进行数次析出,用不良溶剂洗涤后,进行常温或加热干燥,可以得到纯化了的聚酰胺酸酯的粉末。
对前述不良溶剂没有特别限定,可列举出甲醇、丙酮、己烷、丁基溶纤剂、庚烷、甲乙酮、甲基异丁基酮、乙醇、甲苯、苯等。
作为本发明中使用的(A)成分和(B)成分的聚酰亚胺前体的分子量,按重均分子量计优选为2000~500000、更优选5000~300000、进一步优选10000~100000。
对于作为本发明中使用的(A)成分和(B)成分的聚酰亚胺,可列举出使前述聚酰亚胺前体闭环而得到的聚酰亚胺。该聚酰亚胺中,酰胺酸基的闭环率(也称为酰亚胺化率)未必需要为100%,可以根据用途、目的任意调整。
<液晶取向剂>
本发明的液晶取向剂为用于形成液晶取向膜的组合物,含有具有上述式(1)所示的结构的特定聚合物(A)、和包含上述式(2)的结构的特定聚合物(B),本发明的液晶取向剂中含有的特定聚合物(A)和特定聚合物(B)可以分别为1种或2种以上。另外,除了特定聚合物之外,可以还含有其它聚合物、即不具有式(1)所示的2价基团、或式(2)所示的2价基团的聚合物。作为该其它聚合物的种类,可列举出聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸酯、聚酯、聚酰胺、聚脲、聚有机硅氧烷、纤维素衍生物、聚缩醛、聚苯乙烯或其衍生物、聚(苯乙烯-苯基马来酰亚胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等。本发明的液晶取向剂含有其它聚合物的情况下,特定聚合物在全部聚合物成分中所占的比率优选为5质量%以上,作为其一例,可列举出5~95质量%。
液晶取向剂是为了制作液晶取向膜而使用的,从形成均匀的薄膜的观点考虑,通常采用涂布液的形态。本发明的液晶取向剂中,也优选为含有前述的聚合物成分、和溶解该聚合物成分的有机溶剂的涂布液。此时,液晶取向剂中的聚合物的浓度可以根据想要形成的涂膜的厚度的设定而适当变更。从形成均匀且没有缺陷的涂膜的观点考虑,优选为1质量%以上,从溶液的保存稳定性的观点考虑,优选为10质量%以下。特别优选的聚合物的浓度为2~8质量%。
液晶取向剂中含有的有机溶剂若为聚合物成分均匀溶解的有机溶剂则没有特别限定。若列举出其具体例则可列举出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、二甲基亚砜、γ-丁内酯、1,3-二甲基-咪唑啉酮、甲乙酮、环己酮、环戊酮等。其中,优选使用N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、或γ-丁内酯。
另外,液晶取向剂中含有的有机溶剂通常使用除了上述那样的溶剂之外,还组合使用改善涂布液晶取向剂时的涂布性、涂膜的表面平滑性的溶剂而成的混合溶剂。以下列举出所组合使用的有机溶剂的具体例,但是不限于这些例子。
可列举出例如乙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、异丁醇、叔丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、异戊醇、叔戊醇、3-甲基-2-丁醇、新戊醇、1-己醇、2-甲基-1-戊醇、2-甲基-2-戊醇、2-乙基-1-丁醇、1-庚醇、2-庚醇、3-庚醇、1-辛醇、2-辛醇、2-乙基-1-己醇、环己醇、1-甲基环己醇、2-甲基环己醇、3-甲基环己醇、2,6-二甲基-4-庚醇、1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,5-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2-乙基-1,3-己二醇、二异丙基醚、二丙基醚、二丁基醚、二己基醚、二噁烷、乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、乙二醇二丁基醚、1,2-丁氧基乙烷、二甘醇二甲基醚、二甘醇二乙基醚、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、二甘醇甲基乙基醚、二甘醇二丁基醚、2-戊酮、3-戊酮、2-己酮、2-庚酮、4-庚酮、2,6-二甲基-4-庚酮、4,6-二甲基-2-庚酮、3-乙氧基丁基乙酸酯、1-甲基戊基乙酸酯、2-乙基丁基乙酸酯、2-乙基己基乙酸酯、乙二醇单乙酸酯、乙二醇二乙酸酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、2-(甲氧基甲氧基)乙醇、乙二醇单丁基醚、乙二醇单异戊基醚、乙二醇单己基醚、2-(己氧基)乙醇、糠醇、二甘醇、丙二醇、二甘醇单乙基醚、二甘醇单甲基醚、丙二醇单丁基醚、1-(丁氧基乙氧基)丙醇、丙二醇单甲基醚乙酸酯、一缩二丙二醇、一缩二丙二醇单甲基醚、一缩二丙二醇单乙基醚、一缩二丙二醇二甲基醚、三丙二醇单甲基醚、乙二醇单甲基醚乙酸酯、乙二醇单乙基醚乙酸酯、乙二醇单丁基醚乙酸酯、乙二醇单乙酸酯、乙二醇二乙酸酯、二甘醇单乙基醚乙酸酯、二甘醇单丁基醚乙酸酯、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基乙酸酯、二甘醇乙酸酯、三甘醇、三甘醇单甲基醚、三甘醇单乙基醚、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸丙二醇单乙基醚、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲乙酯、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、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丙酯、乳酸正丁酯、乳酸异戊酯、下述式[D-1]~式[D-3]所示的溶剂等。
式[D-1]中,D1表示碳数1~3的烷基,式[D-2]中,D2表示碳数1~3的烷基,式[D-3]中,D3表示碳数1~4的烷基。
其中,作为优选的溶剂的组合,可列举出N-甲基-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯和乙二醇单丁基醚、N-甲基-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯和丙二醇单丁基醚、N-乙基-2-吡咯烷酮和丙二醇单丁基醚、N-甲基-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯和4-羟基-4-甲基-2-戊酮和二甘醇二乙基醚、N-甲基-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯和丙二醇单丁基醚和2,6-二甲基-4-庚酮、N-甲基-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯和丙二醇单丁基醚和二异丙基醚、N-甲基-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯和丙二醇单丁基醚和2,6-二甲基-4-庚醇、N-甲基-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯和一缩二丙二醇二甲基醚等。这种溶剂的种类和含量根据液晶取向剂的涂布装置、涂布条件、涂布环境等适当选择。
另外,本发明的液晶取向剂中,为了改善涂膜对于基板的密合性,可以加入硅烷偶联剂等添加剂,另外,也可以添加其它树脂成分。
作为改善液晶取向膜与基板的密合性的化合物,可列举出含有官能性硅烷的化合物、含有环氧基的化合物,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、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、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-酰脲丙基三甲氧基硅烷、3-酰脲丙基三乙氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-三乙氧基甲硅烷基丙基三亚乙基三胺、N-三甲氧基甲硅烷基丙基三亚乙基三胺、10-三甲氧基甲硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、10-三乙氧基甲硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、9-三甲氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、9-三乙氧基甲硅烷基-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(氧基亚乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-双(氧基亚乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙二醇二缩水甘油基醚、聚乙二醇二缩水甘油基醚、丙二醇二缩水甘油基醚、三丙二醇二缩水甘油基醚、聚丙二醇二缩水甘油基醚、新戊二醇二缩水甘油基醚、1,6-己二醇二缩水甘油基醚、甘油二缩水甘油基醚、2,2-二溴化新戊二醇二缩水甘油基醚、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-间二甲苯二胺、1,3-双(N,N-二缩水甘油基氨基甲基)环己烷或N,N,N’,N’-四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯基甲烷等。
另外,本发明的液晶取向剂中,为了提高膜的机械强度,可以添加以下那样的添加物。
这些添加剂相对于液晶取向剂中含有的聚合物成分的100质量份优选为0.1~30质量份。若不足0.1质量份则不能期待效果,若超过30质量份则液晶的取向性降低,因此更优选为0.5~20质量份。
<液晶取向膜>
本发明的液晶取向膜由前述液晶取向剂得到。若列举出由液晶取向剂得到液晶取向膜的方法的一例则可列举出将涂布液形态的液晶取向剂涂布于基板,进行干燥、烧成得到膜,对于所得到的膜利用摩擦处理法或光取向处理法实施取向处理的方法。
作为涂布液晶取向剂的基板,若为透明性高的基板则没有特别限定,也可以使用玻璃基板、氮化硅基板的同时,使用丙烯酸类基板、聚碳酸酯基板等塑料基板等。此时,从工艺简化的观点考虑,优选使用形成有用于驱动液晶的ITO电极等的基板。另外,反射型的液晶表示元件中,若仅单侧基板,则即使是硅晶圆等不透明物也可以使用,此时的电极也可以使用铝等反射光的材料。
对于液晶取向剂的涂布方法没有特别限定,工业上通常为丝网印刷、胶版印刷、柔性印刷、喷墨法等。作为其它涂布方法,有浸渍法、辊涂机法、狭缝涂布机法、旋涂机法、喷涂法等,可以根据目的使用它们。
将液晶取向剂涂布于基板上后,利用加热板、热循环型烘箱、IR(红外线)型烘箱等加热手段,使溶剂蒸发,进行烧成。涂布液晶取向剂后的干燥、烧成工序可以选择任意的温度和时间。通常为了充分去除所含有的溶剂,可列举出在50~120℃下烧成1~10分钟、然后在150~300℃下烧成5~120分钟的条件。
对于烧成后的液晶取向膜的厚度没有特别限定,若过薄则液晶表示元件的可靠性有可能降低,因此优选为5~300nm、更优选10~200nm。
本发明的液晶取向膜作为IPS方式、FFS方式等横向电场方式的液晶表示元件的液晶取向膜是合适的,特别是作为FFS方式的液晶表示元件的液晶取向膜是有用的。
<液晶表示元件>
对于本发明的液晶表示元件而言,得到带由上述液晶取向剂得到的液晶取向膜的基板后,用已知的方法制作液晶单元,使用该液晶单元而形成元件。
作为液晶单元制作方法的一例,将无源矩阵结构的液晶表示元件作为例子来进行说明。需要说明的是,也可以为在构成图像表示的各像素部分设置有TFT(薄膜晶体管(ThinFilm Transistor))等开关元件的有源矩阵结构的液晶表示元件。
具体而言,准备透明的玻璃制的基板,在一个基板上设置公共电极,在另一基板上设置段电极。这些电极例如可以形成ITO电极,以可以进行所希望的图像表示的方式形成图案。接着,在各基板上,覆盖公共电极和段电极来设置绝缘膜。绝缘膜例如可以为通过溶胶-凝胶法形成的由SiO2-TiO2形成的膜。接着在前文那样的条件下在各基板之上形成液晶取向膜。
接着,在形成有液晶取向膜的2块基板中的一块基板上的规定场所例如配置紫外线固化性的密封材料,进而在液晶取向膜面上的规定的数处配置液晶后,以液晶取向膜对置的方式贴合并压接另一基板,由此将液晶散布到液晶取向膜前表面后,对于基板的整面照射紫外线而将密封材料固化,由此得到液晶单元。
另外,作为在基板之上形成液晶取向膜之后的工序,在一块基板上的规定场所配置密封材料时,设置能够由外部填充液晶的开口部,不配置液晶地贴合基板后,通过设置于密封材料的开口部向液晶单元内注入液晶材料,接着将该开口部用粘接剂密封而得到液晶单元。对于液晶材料的注入,可以为真空注入法,也可以为在大气中利用毛细管现象的方法。
上述任意一种方法中,为了在液晶单元内确保填充液晶材料的空间,优选采用在一块基板上设置柱状的突起、或在一块基板上散布间隔物、或在密封材料混入间隔物、或组合它们等的手段。
作为上述液晶材料,可列举出向列型液晶和近晶相液晶,其中,优选为向列型液晶,可以使用正型液晶材料、负型液晶材料中的任意一种。接着,进行偏光板的设置。具体而言,优选在两块基板的与液晶层为相反侧的面粘贴一对偏光板。
需要说明的是,本发明的液晶取向膜和液晶表示元件只要使用本发明的液晶取向剂则不限于上述记载,也可以利用其它公知的手法制作。由液晶取向剂直至得到液晶表示元件为止的工序例如公开于日本特开2015-135393号公报)的17页的段落0074~19页的段落0081等。
<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>
作为具有本发明的液晶取向膜的基板的制造方法的一例,以下示出横向电场驱动型液晶表示元件用液晶取向膜的制造方法。
具有:
[I]将液晶取向剂涂布于具有横向电场驱动用的导电膜的基板上后,进行干燥而形成涂膜的工序,所述液晶取向剂含有选自使用四羧酸二酐成分和含有上述式(1)所示的二胺的二胺成分得到的聚酰胺酸及该聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中的至少一种聚合物(A)、和选自使用四羧酸二酐成分和含有上述式(2)所示的二胺的二胺成分得到的聚酰胺酸及该聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中的至少一种聚合物(B);
[II]对于[I]中得到的涂膜照射偏振紫外线的工序;和
[III]对于[II]中得到的涂膜进行加热的工序。
通过上述工序,可以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,可以得到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,还准备第2基板,由此可以得到横向电场驱动型液晶表示元件。
第2基板使用不具有横向电场驱动用的导电膜的基板来替代具有横向电场驱动用的导电膜的基板,除此之外,使用上述工序[I]~[III](由于使用不具有横向电场驱动用的导电膜的基板,因此为了方便,本申请中,有时简称为工序[I’]~[III’]),由此可以得到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有
[IV]将上述得到的第1及第2的基板以借由液晶而第1及第2的基板的液晶取向膜相对的方式对置而得到液晶表示元件的工序。
由此可以得到横向电场驱动型液晶表示元件。
以下对于本发明的制造方法所具有的[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的导电膜的基板上涂布含有感光性的主链型高分子和有机溶剂的聚合物组合物后进行干燥而形成涂膜。本发明中的感光性的主链型高分子为特定聚合物(A)。
<基板>
对于基板没有特别限定,所制造的液晶表示元件为透过型的情况下,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,考虑到对反射型的液晶表示元件的适用,也可以使用硅晶圆等不透明的基板。
<横向电场驱动用的导电膜>
基板具有横向电场驱动用的导电膜。
作为该导电膜,液晶表示元件为透过型的情况下,可列举出ITO(Indium TinOxide:氧化铟锡)、IZO(Indium Zinc Oxide:氧化铟锌)等,但是不限于它们。
另外,反射型的液晶表示元件的情况下,作为导电膜,可列举出铝等反射光的材料等,但是不限于它们。
在基板形成导电膜的方法可以使用以往公知的手法。
对于将上述聚合物组合物涂布于具有横向电场驱动用的导电膜的基板上的方法没有特别限定。
涂布方法工业上通常为利用丝网印刷、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,存在浸渍法、辊涂机法、狭缝涂布机法、旋涂机法(旋涂法)或喷雾法等,可以根据目的使用它们。
在具有横向电场驱动用的导电膜的基板上涂布聚合物组合物后,可以利用加热板、热循环型烘箱或IR(红外线)型烘箱等加热手段在30~150℃、优选70~110℃下蒸发溶剂而得到涂膜。干燥温度过低的情况下,存在溶剂的干燥不充分的倾向,另外若加热温度过高则进行热酰亚胺化,结果由于偏光曝光而光分解反应过量进行,这种情况下通过自组织化实现的对一方向的再取向变得困难,有可能损害取向稳定性。因此,此时的干燥温度从液晶取向稳定性的观点考虑优选为特定聚合物的热酰亚胺化不会实质上进行的温度。
涂膜的厚度若过厚则在液晶表示元件的消耗电力方面不利,若过薄则液晶表示元件的可靠性有可能降低,因此优选为5nm~300nm、更优选10nm~150nm。
需要说明的是,在[I]工序之后、接下来的[II]工序之前也可以设置将形成有涂膜的基板冷却至室温的工序。
<工序[II]>
工序[II]中,对于工序[I]中得到的涂膜照射偏振紫外线。对于涂膜的膜面照射偏振紫外线的情况下,对于基板照射由一定的方向借由偏光板偏振的紫外线。作为所使用的紫外线可以使用波长100nm~400nm的范围的紫外线。优选根据所使用的涂膜的种类借由滤光器等选择最合适的波长。并且例如以可以选择性地诱发光分解反应的方式可以选择波长240nm~400nm的范围的紫外线来使用。作为紫外线,例如可以使用由高压水银灯或卤化金属灯辐射的光。
偏振紫外线的照射量依存于所使用的涂膜。照射量优选处于该涂膜中的、实现作为与偏振紫外线的偏光方向平行方向的紫外线吸光度与垂直方向的紫外线吸光度之差的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、更优选处于1%~50%的范围内。
<工序[III]>
工序[III]中,对于工序[II]中照射了偏振紫外线的涂膜进行加热。通过加热,可以对于涂膜赋予取向控制能力。
加热可以使用加热板、热循环型烘箱或IR(红外线)型烘箱等加热手段。加热温度可以考虑到在所使用的涂膜表现出良好的液晶取向稳定性和电特性的温度来确定。
加热温度优选处于主链型高分子表现出良好的液晶取向稳定性的温度范围内。加热温度过低的情况下,存在利用热实现的各向异性的增幅效果、热酰亚胺化不充分的倾向,另外若加热温度与温度范围相比过高,则存在通过偏光曝光而赋予的各向异性消失的倾向,此时通过自组织化而在一方向再取向有可能变得困难。
对于加热后形成的涂膜的厚度,由于工序[I]中记载的相同的理由,优选为5nm~300nm、更优选50nm~150nm为宜。
通过具有以上工序,利用本发明的制造方法时可以实现高效率的对涂膜的各向异性的导入。并且可以高效地制造带液晶取向膜的基板。
<工序[IV]>
[IV]工序为将[III]中得到的在横向电场驱动用的导电膜上具有液晶取向膜的基板(第1基板)、和同样地上述[I’]~[III’]中得到的没有导电膜的带液晶取向膜的基板(第2基板),以借由液晶而两液晶取向膜相对的方式对置,利用公知的方法制作液晶单元,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’]除了在工序[I]中、替代具有横向电场驱动用的导电膜的基板,使用不具有该横向电场驱动用导电膜的基板之外,可以与工序[I]~[III]同样地进行。工序[I]~[III]与工序[I’]~[III’]的不同点仅为上述导电膜的有无,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制作的一例,则可例示出准备上述第1及第2基板,在一块基板的液晶取向膜上散布间隔物,使液晶取向膜面为内侧来贴合另一块基板,减压注入液晶并密封的方法;或者在散布有间隔物的液晶取向膜面滴加液晶后,贴合基板进行密封的方法等。此时,优选使用在单侧基板具有横向电场驱动用的如梳齿那样结构的电极的基板。此时的间隔物的直径优选为1μm~30μm、更优选2μm~10μm。该间隔物直径确定夹持液晶层的一对基板之间距离、即液晶层的厚度。
本发明的带涂膜的基板的制造方法是将聚合物组合物涂布于基板上形成涂膜后,照射偏振紫外线。接着,通过进行加热,实现对主链型高分子膜的高效率的各向异性的导入,制造具备液晶的取向控制能力的带液晶取向膜的基板。
本发明中使用的涂膜中,利用通过基于主链的光反应的自组织化诱发的分子再取向的原理,实现对涂膜的高效率的各向异性的导入。本发明的制造方法中,主链型高分子具有光分解性基团作为光反应性基团的结构的情况下,使用主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,制成液晶表示元件。
因此,本发明的方法中使用的涂膜通过依次进行对涂膜照射偏振紫外线和加热处理,可以形成被高效地导入各向异性、取向控制能力优异的液晶取向膜。
并且,本发明的方法中使用的涂膜中,将对涂膜的偏振紫外线的照射量、和加热处理中的加热温度最合适化。由此可以实现高效率的对涂膜导入各向异性。
最合适于对本发明中使用的涂膜的高效率的各向异性的导入的偏振紫外线的照射量,对应于最合适于该涂膜中感光性基团进行光分解反应的量的偏振紫外线的照射量。对于本发明中使用的涂膜照射偏振紫外线,结果若进行光分解反应的感光性基团少则不会得到充分的光反应量。这种情况下,即使此后进行加热,也不会进行充分的自组织化。
因此,本发明中使用的涂膜中,通过偏振紫外线的照射而感光性基团进行光分解反应的最合适的量,优选为该高分子膜的0.1摩尔%~90摩尔%、更优选0.1摩尔%~80摩尔%。通过进行光反应的感光性基团的量处于这种范围内,此后的加热处理中的自组织化有效地进行,能够在膜中高效地形成各向异性。
本发明的方法中使用的涂膜中,通过偏振紫外线的照射量的最合适化,将高分子膜的主链中的感光性基团的光分解反应的量最合适化。并且,与此后的加热处理配合,实现高效率的对本发明中使用的涂膜导入各向异性。这种情况下,对于合适的偏振紫外线的量,能够基于本发明中使用的涂膜的紫外吸收的评价进行。
即,对于本发明中使用的涂膜,分别测定偏振紫外线照射后的与偏振紫外线的偏光方向平行方向的紫外线吸收、和垂直方向的紫外线吸收。由紫外吸收的测定结果,评价该涂膜中的作为与偏振紫外线的偏光方向平行方向的紫外线吸光度与垂直方向的紫外线吸光度之差的ΔA。接着求出本发明中使用的涂膜中实现的ΔA的最大值(ΔAmax)和实现其的偏振紫外线的照射量。本发明的制造方法中,基于实现该ΔAmax的偏振紫外线照射量,可以确定在液晶取向膜的制造中所照射的优选量的偏振紫外线量。
由以上可知,本发明的制造方法中,为了实现对涂膜的高效率的各向异性的导入,将该主链型高分子提供液晶取向稳定性的温度范围作为基准,规定上述那样的合适的加热温度为宜。因此例如本发明中使用的主链型高分子提供液晶取向稳定性的温度范围,可以考虑到在所使用的涂膜中表现出良好的液晶取向稳定性和电特性的温度来确定,可以在基于以往的由聚酰亚胺等形成的液晶取向膜的温度范围设定。即,偏振紫外线照射后的加热的温度优选为150℃~300℃、更优选180℃~250℃。由此,本发明中使用的涂膜中,被赋予了更大的各向异性。
由此,通过本发明提供的液晶表示元件,对于光、热等外部应力表现出高的可靠性。
如以上所述,使用本发明的聚合物制造的横向电场驱动型液晶表示元件用基板或具有该基板的横向电场驱动型液晶表示元件,可靠性优异,可以合适地利用于大画面且高精细的液晶电视等。另外,通过本发明的方法制造的液晶取向膜由于具有优异的液晶取向稳定性和可靠性,也可以利用于使用了液晶的可变移相器,该可变移相器例如可以合适地利用于共振频率可变的天线等。
实施例
以下列举出实施例等对于本发明进行具体说明,但是本发明不被这些实施例所限定。
需要说明的是,化合物、溶剂的简称如以下所述。
NMP:N-甲基-2-吡咯烷酮
BCS:丁基溶纤剂
DA-1:下述结构式(DA-1)所示的化合物
DA-2:下述结构式(DA-2)所示的化合物
DA-3:下述结构式(DA-3)所示的化合物
DA-4:下述结构式(DA-4)所示的化合物
DA-5:下述结构式(DA-5)所示的化合物
DA-6:下述结构式(DA-6)所示的化合物
DA-7:下述结构式(DA-7)所示的化合物
DA-8:下述结构式(DA-8)所示的化合物
CA-1:下述结构式(CA-1)所示的化合物
CA-2:下述结构式(CA-2)所示的化合物
CA-3:下述结构式(CA-3)所示的化合物
[粘度的测定]
合成例中,聚合物溶液的粘度使用E型粘度计TVE-22H(东机产业株式会社制),在样品量1.1mL、锥型转子TE-1(1°34’、R24)、温度25℃的条件下测定。
<合成例1>
在带搅拌装置和氮气导入管的100mL的四颈烧瓶量取DA-1 3.91g(13.0毫摩尔),加入NMP 25.7g,传送氮气的同时进行搅拌、溶解。将该二胺溶液在水冷下搅拌的同时,添加CA-1 1.76g(8.97毫摩尔),氮气气氛下在23℃下搅拌3小时后,添加CA-2 0.81g(3.25毫摩尔),进而加入NMP 11.0g,在氮气气氛下、50℃下搅拌20小时,而得到聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸的溶液在温度25℃时的粘度为571mPa·s。
将该聚酰胺酸的溶液12.1g分取到装入有搅拌子的100mL锥形瓶,加入NMP 16.1g和BCS 12.1g,用磁力搅拌器搅拌2小时,而得到液晶取向剂(PAA-1)。
<合成例2>
在带搅拌装置和氮气导入管的100mL的四颈烧瓶量取DA-2 2.79g(14.0毫摩尔)、DA-3 1.47g(6.00毫摩尔),加入NMP 50.5g,传送氮气的同时进行搅拌、溶解。将该二胺溶液在水冷下搅拌的同时,添加CA-3 5.59g(19.0毫摩尔),进而加入NMP 21.7g,在氮气气氛下、50℃下搅拌20小时,而得到聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸的溶液在温度25℃时的粘度为480mPa·s。
将该聚酰胺酸的溶液14.5g分取到装入有搅拌子的100mL锥形瓶,加入NMP 12.6g和BCS 11.6g,用磁力搅拌器搅拌2小时,而得到液晶取向剂(PAA-2)。
<合成例3>
在带搅拌装置和氮气导入管的100mL的四颈烧瓶量取DA-2 1.59g(8.00毫摩尔)、DA-4 0.40g(2.00毫摩尔),加入NMP 24.0g,传送氮气的同时进行搅拌、溶解。将该二胺溶液在水冷下搅拌的同时,添加CA-1 1.81g(9.25毫摩尔),进而加入NMP 10.3g,在氮气气氛下、23℃下搅拌4小时,而得到聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸的溶液在温度25℃时的粘度为134mPa·s。
将该聚酰胺酸的溶液17.7g分取到装入有搅拌子的100mL锥形瓶,加入NMP 9.83g和BCS 11.8g,用磁力搅拌器搅拌2小时,而得到液晶取向剂(PAA-3)。
<合成例4>
在带搅拌装置和氮气导入管的100mL的四颈烧瓶量取DA-5 1.49g(7.00毫摩尔)、DA-3 0.73g(3.00毫摩尔),加入NMP 25.8g,传送氮气的同时进行搅拌、溶解。将该二胺溶液在水冷下搅拌的同时,添加CA-3 2.80g(9.50毫摩尔),进而加入NMP 11.0g,在氮气气氛下、50℃下搅拌20小时,而得到聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸的溶液在温度25℃时的粘度为432mPa·s。
将该聚酰胺酸的溶液14.7g分取到装入有搅拌子的100mL锥形瓶,加入NMP 12.7g和BCS 11.8g,用磁力搅拌器搅拌2小时,而得到液晶取向剂(PAA-4)。
<合成例5>
在带搅拌装置和氮气导入管的100mL的四颈烧瓶量取DA-2 0.80g(4.0毫摩尔)、DA-3 0.73g(3.00毫摩尔)、DA-6 1.18g(3.00毫摩尔),加入NMP 28.3g,传送氮气的同时进行搅拌、溶解。将该二胺溶液在水冷下搅拌的同时,添加CA-3 2.80g(9.50毫摩尔),进而加入NMP 12.1g,在氮气气氛下、50℃下搅拌20小时,而得到聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸的溶液在温度25℃时的粘度为512mPa·s。
将该聚酰胺酸的溶液14.5g分取到装入有搅拌子的100mL锥形瓶,加入NMP 12.6g和BCS 11.6g,用磁力搅拌器搅拌2小时,而得到液晶取向剂(PAA-5)。
<比较合成例1>
在带搅拌装置和氮气导入管的100mL的四颈烧瓶量取DA-7 3.54g(13.0毫摩尔),加入NMP 24.2g,传送氮气的同时进行搅拌、溶解。将该二胺溶液在水冷下搅拌的同时,添加CA-1 1.76g(8.97毫摩尔),在氮气气氛下、23℃下搅拌3小时后,添加CA-2 0.81g(3.25毫摩尔),进而加入NMP 10.4g,在氮气气氛下、50℃下搅拌20小时,而得到聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸的溶液在温度25℃时的粘度为627mPa·s。
将该聚酰胺酸的溶液11.9g分取到装入有搅拌子的100mL锥形瓶,加入NMP 15.9g和BCS 11.9g,用磁力搅拌器搅拌2小时,而得到液晶取向剂(PAA-a)。
<比较合成例2>
在带搅拌装置和氮气导入管的100mL的四颈烧瓶量取DA-8 4.27g(13.0毫摩尔),加入NMP 27.1g,传送氮气的同时进行搅拌、溶解。将该二胺溶液在水冷下搅拌的同时,添加CA-1 1.76g(8.97毫摩尔),在氮气气氛下、23℃下搅拌3小时后,添加CA-2 0.81g(3.25毫摩尔),进而加入NMP 11.6g,在氮气气氛下、50℃下搅拌20小时,而得到聚酰胺酸的溶液。该聚酰胺酸的溶液在温度25℃时的粘度为483mPa·s。
将该聚酰胺酸的溶液12.2g分取到装入有搅拌子的100mL锥形瓶,加入NMP 16.3g和BCS 12.2g,用磁力搅拌器搅拌2小时,而得到液晶取向剂(PAA-b)。
<实施例1>
在装入有搅拌子的50mL锥形瓶量取合成例1中得到的聚酰亚胺的溶液(PAA-1)4.03g、合成例2中得到的聚酰胺酸溶液(PAA-2)6.05g,用磁力搅拌器搅拌2小时,而得到液晶取向剂(A-1)。
<实施例2>
在装入有搅拌子的50mL锥形瓶量取合成例1中得到的聚酰亚胺的溶液(PAA-1)4.01g、合成例3中得到的聚酰胺酸溶液(PAA-3)6.02g,用磁力搅拌器搅拌2小时,而得到液晶取向剂(A-2)。
<实施例3>
在装入有搅拌子的50mL锥形瓶量取合成例1中得到的聚酰亚胺的溶液(PAA-1)4.04g、合成例4中得到的聚酰胺酸溶液(PAA-4)6.07g,用磁力搅拌器搅拌2小时,而得到液晶取向剂(A-3)。
<实施例4>
在装入有搅拌子的50mL锥形瓶量取合成例1中得到的聚酰亚胺的溶液(PAA-1)4.03g、合成例5中得到的聚酰胺酸溶液(PAA-5)6.04g,用磁力搅拌器搅拌2小时,而得到液晶取向剂(A-4)。
<比较例1>
合成例1中得到的聚酰亚胺的溶液(PAA-1)作为液晶取向剂(B-1)。
<比较例2>
在装入有搅拌子的50mL锥形瓶量取比较合成例1中得到的聚酰亚胺的溶液(PAA-a)4.03g、合成例2中得到的聚酰胺酸溶液(PAA-2)6.05g,用磁力搅拌器搅拌2小时,而得到液晶取向剂(B-2)。
<比较例3>
在装入有搅拌子的50mL锥形瓶量取比较合成例2中得到的聚酰亚胺的溶液(PAA-b)4.00g、合成例2中得到的聚酰胺酸溶液(PAA-2)6.00g,用磁力搅拌器搅拌2小时,而得到液晶取向剂(B-3)。
[液晶取向性、和蓄积电荷的衰减特性评价用液晶单元的制作]
以下示出用于评价液晶取向性和蓄积电荷的衰减特性的液晶单元的制作方法。
制作具备边缘电场切换(Fringe Field Switching:FFS)方式的液晶表示元件的结构的液晶单元。首先准备带电极的基板。基板为30mm×35mm的尺寸且厚度0.7mm的玻璃基板。在基板上作为第1层在整面形成构成对置电极的IZO电极。在第1层的对置电极之上,作为第2层,形成利用CVD法成膜的SiN(氮化硅)膜。第2层的SiN膜的膜厚为500nm,作为层间绝缘膜发挥功能。在第2层SiN膜之上,作为第3层,配置将IZO膜图案化形成的梳齿状的像素电极,形成第1像素和第2像素这两种像素。各像素的尺寸为纵10mm、横约5mm。此时第1层的对置电极和第3层的像素电极通过第2层的SiN膜的作用而电绝缘。
第3层的像素电极与日本特开2014-77845(日本国公开专利公报)中记载的图同样地,具有中央部分弯曲的く字形状的电极元件多个排列构成的梳齿状的形状。各电极元件的宽度方向的宽度为3μm、电极元件之间的间隔为6μm。形成各像素的像素电极为中央部分弯曲的く字形状的电极元件多个排列构成的,因此各像素的形状并非长方形状,与电极元件同样地具备中央部分弯曲的粗字的类似于く字的形状。并且各像素将其中央的弯曲部分作为界线分为上下,具有弯曲部分的上侧的第1区域和下侧的第2区域。
若比较各像素的第1区域和第2区域则构成它们的像素电极的电极元件的形成方向不同。即,将后述的偏振紫外线的偏光面投影到基板而成的线段的方向作为基准的情况下,像素的第1区域中,以像素电极的电极元件形成+10°的角度(顺时针旋转)的方式形成,像素的第2区域中,以像素电极的电极元件形成-10°的角度(逆时针旋转)的方式形成。即,各像素的第1区域和第2区域中,以通过像素电极与对置电极之间的电压施加而诱发的液晶的基板面内的旋转动作(共面开关)的方向为互相相反方向的方式构成。
接着将实施例1~4和比较例1~3中得到的液晶取向剂用1.0μm的过滤器过滤后,利用旋涂涂布于所准备的上述带电极的基板。接着在设定于70℃的加热板上干燥90秒。接着使用USHIO INC.制曝光装置:APL-L050121S1S-APW01,对于基板由垂直方向借由波长选择滤波器和偏光板照射紫外线的直线偏光。此时,以将偏振紫外线的偏光面投影到基板而成的线段的方向相对于第3层IZO梳齿电极形成10°倾斜的方向的方式设定偏光面方向。接着利用设定于230℃的IR(红外线)型烘箱进行30分钟烘焙,得到带实施了取向处理的膜厚100nm的聚酰亚胺液晶取向膜的基板。另外,作为对置基板,在背面形成有ITO电极的具有高度4μm的柱状间隔物的玻璃基板,与上述同样地也得到带实施了取向处理的聚酰亚胺液晶取向膜的基板。将这些2块带液晶取向膜的基板作为一组,以在一基板上残留液晶注入口的方式印刷密封剂,使液晶取向膜面相对、将偏振紫外线的偏光面投影到基板而成的线段的方向形成平行来贴合并压接另一基板。然后使密封剂固化而制作单元间隙为4μm的空单元。向该空单元利用减压注入法注入液晶MLC-7026-100(Merck Ltd.制),密封注入口,得到FFS方式的液晶单元。然后将所得到的液晶单元在120℃下加热30分钟,23℃下放置一晩后用于液晶取向性和蓄积电荷的衰减特性的评价。
<液晶取向性的评价>
使用上述液晶单元,在70℃的恒温环境下以频率30Hz施加16VPP的交流电压96小时。然后,形成液晶单元的像素电极与对置电极之间短路的状态,直接在23℃下放置一晚。
放置后,将液晶单元设置于以偏光轴正交的方式配置的2块偏光板之间,以没有施加电压的状态将背光源点灯,以透过光的亮度最小的方式调整液晶单元的配置角度。接着将由第1像素的第2区域最暗的角度直至第1区域最暗的角度为止旋转液晶单元时的旋转角度作为角度Δ算出。对于第2像素也同样地比较第2区域和第1区域算出同样的角度Δ。接着将第1像素和第2像素的角度Δ值的平均值作为液晶单元的角度Δ算出。该液晶单元的角度Δ的值不足1.0°的情况下定义为“良好”进行评价,角度Δ的值为1.0°以上的情况下定义为“不良”进行评价。
<蓄积电荷的衰减特性的评价>
将上述液晶单元设置于以偏光轴正交的方式配置的2块偏光板之间,在像素电极与对置电极短路而形成相同电位的状态下,由2块偏光板之下照射LED背光源,以使在2块偏光板之上测定的LED背光源透过光的亮点最小来调节液晶单元的角度。
接着对于该液晶单元施加频率30Hz的矩形波的同时测定23℃的温度下的V-T特性(电压-透过率特性),算出相对透过率23%的交流电压。该交流电压相当于对于电压的亮度的变化大的区域,因此适于借由亮度来评价蓄积电荷。
接着,在23℃的温度下施加相对透过率23%的交流电压并且频率30Hz的矩形波5分钟后,重叠+1.0V的直流电压,驱动30分钟。然后,断开直流电压,再次仅施加相对透过率23%的交流电压并且频率30Hz的矩形波30分钟。
所蓄积的电荷的衰减越快则重叠直流电压时的对液晶单元的电荷蓄积也越快,因此蓄积电荷衰减特性是通过由刚重叠直流电压之后的相对透过率为30%以上的状态,30分钟后的相对透过率降低至何种程度来评价。即,直流电压重叠30分钟后的相对透过率降低至不足28%的情况下定义为“良好”进行评价,相对透过率为28%的情况下定义为“不良”进行评价。
<电压保持率评价用液晶单元的制作>
使用带ITO电极的玻璃基板,在密封剂的印刷前,在单侧的基板上的液晶取向膜面散布4μm的珠状间隔物,除此之外通过与上述液晶取向性、和蓄积电荷的衰减特性评价用液晶单元的制作相同的步骤,制作电压保持率测定用的液晶单元。
<电压保持率的评价>
使用上述液晶单元,进行电压保持率的评价。具体而言,对于利用上述手法得到的液晶单元,在70℃的温度下施加2VPP的交流电压60μ秒,测定167毫秒后的电压,电压可以保持多少作为电压保持率(也称为VHR)计算。需要说明的是,测定使用电压保持率测定装置(VHR-1、ToyoTechnica制),在Voltage:±1V、Pulse Width:60μs、Flame Period:167ms的设定下进行。该液晶单元的电压保持率的值为95%以上的情况下定义为“良好”进行评价、电压保持率的值不足95%的情况下定义为“不良”进行评价。
<实施例5>
使用实施例1中得到的液晶取向剂(A-1),如上所述制作2种液晶单元。偏振紫外线的照射使用高压水银灯,借由波长选择滤波器:240LCF、和254nm类型的偏光板进行。偏振紫外线的照射量使用USHIO INC.制照度计UVD-S254SB测定光量,以波长254nm在600~1800mJ/cm2的范围内分别变更来实施,由此制作偏振紫外线照射量不同的3个以上的液晶单元。
对于这些液晶单元,评价液晶取向性的结果,角度Δ最佳的偏振紫外线照射量为1500mJ/cm2、角度Δ为0.56°、是良好的。
另外,在液晶取向性的评价之前预先评价的相同偏振紫外线照射量的蓄积电荷的衰减特性,直流电压重叠30分钟后的相对透过率为26.0%、是良好的。
另外,对于以相同的偏振紫外线照射量制作的液晶单元评价电压保持率,结果电压保持率为96.8%、是良好的。
<实施例6~8>
使用实施例2~4中得到的液晶取向剂,除此之外通过与实施例5相同的方法评价液晶取向性、蓄积电荷的衰减特性、和电压保持率。
<比较例4~6>
使用比较例1~3中得到的液晶取向剂,除此之外通过与实施例5相同的方法评价液晶取向性、蓄积电荷的衰减特性、和电压保持率。
表1示出使用实施例1~4和比较例1~3中得到的液晶取向剂时的角度Δ最佳的偏振紫外线照射量、液晶取向性的评价的结果、蓄积电荷的衰减特性的评价的结果、和电压保持率的评价的结果。
[表1]
如表1所示,实施例5~8中,作为交流驱动前后的取向方位角之差的角度Δ不足1.0°、为良好,同时,表示蓄积电荷的衰减特性的直流电压重叠30分钟后的相对透过率不足28.0%、为良好,电压保持率也为95%以上、表现出良好的特性,都为良好的残影特性,因此在液晶表示元件的表示品质改善方面优异。另一方面,比较例4~6中,角度Δ、直流电压重叠30分钟后的相对透过率、和电压保持率不会全部为良好的结果。
如此确认了通过本发明的方法制造的液晶表示元件表现出非常优异的残影特性。
产业上的可利用性
使用本发明的组合物制造的横向电场驱动型液晶表示元件用基板或具有该基板的横向电场驱动型液晶表示元件,可靠性优异,可以合适地利用于大画面且高精细的液晶电视等。另外,通过本发明的方法制造的液晶取向膜,由于具有优异的液晶取向稳定性和可靠性,也可以利用于使用了液晶的可变移相器,该可变移相器例如可以合适地利用于共振频率可变的天线等。
Claims (6)
1.一种液晶取向剂,其含有
选自使用四羧酸二酐成分和含有下述式(1)所示的二胺的二胺成分得到的聚酰胺酸及该聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中的至少一种聚合物(A)、和
选自使用四羧酸二酐成分和含有下述式(2)所示的二胺的二胺成分得到的聚酰胺酸及该聚酰胺酸的酰亚胺化聚合物中的至少一种聚合物(B),
式(1)中,X表示-(CH2)n-,n为表示-(CH2)-的个数的8或9的自然数,任意的-(CH2)-任选各自独立地被选自-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CONH-和-NHCO-中的基团在这些基团不邻接的条件下置换,R1和R2各自独立地为一价有机基团,p1和p2各自独立地为0~4的整数,
式(2)中,B1、B2各自独立地为氢原子、或任选具有取代基的碳数1~10的烷基、烯基、炔基,Y1为选自下述式(YD-1)~(YD-5)的结构中的至少一种,
式(YD-1)中,A1为碳数3~15的含氮原子杂环,Z1为氢原子、或任选具有取代基的碳数1~20的烃基,式(YD-2)中,W1为碳数1~10的烃基,A2为具有含氮原子杂环的碳数3~15的一价有机基团、或被碳数1~6的脂肪族基团取代的二取代氨基,式(YD-3)中,W2为碳数6~15并且具有1~2个苯环的二价有机基团,W3为碳数2~5的亚烷基、亚联苯基或包含含氮原子杂环的碳数12~18的二价有机基团,Z2为氢原子、碳数1~5的烷基、或苯环,a为0~1的整数,式(YD-4)中,A3为碳数3~15的含氮原子杂环,式(YD-5)中,A4为碳数3~15的含氮原子杂环,W5为碳数2~5的亚烷基。
2.根据权利要求1所述的液晶取向剂,其中,式(YD-1)、(YD-2)、(YD-4)和(YD-5)中记载的A1、A2、A3和A4为选自由吡咯烷、吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、噻唑、哌啶、哌嗪、吡啶、吡嗪、吲哚、苯并咪唑、喹啉、异喹啉和咔唑组成的组中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的液晶取向剂,其特征在于,式(2)中的Y1为选自由具有上述式(YD-14)、(YD-18)、(YD-21)和(YD-22)的结构的二价有机基团组成的组中的至少一种。
5.一种液晶取向膜,其为使用权利要求1~4中任一项所述的液晶取向剂而得到的。
6.一种液晶表示元件,其具备权利要求5所述的液晶取向膜。
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