CN111615662B - 液晶取向剂及聚合体 - Google Patents
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Abstract
Description
相关申请的交叉参考
本申请基于2018年4月19号提出申请的日本申请编号2018-80880号,且将其记载内容引用于此。
技术领域
本公开涉及一种液晶取向剂、液晶取向膜、液晶元件、聚合体及化合物。
背景技术
液晶元件被用于以电视或个人计算机、智能手机等显示装置为代表的各种用途。这些液晶元件具备具有使液晶分子在一定方向上取向的功能的液晶取向膜。通常将使聚合体成分溶解于有机溶媒中而成的液晶取向剂涂布于基板上,且优选为进行加热,由此将液晶取向膜形成于基板上。作为液晶取向剂的聚合体成分,就机械强度或液晶取向性、与液晶的亲和性优异而言,广泛使用聚酰胺酸或可溶性聚酰亚胺。
作为对由液晶取向剂形成的高分子薄膜赋予液晶取向能力的方法,提出有光取向法作为代替摩擦法的技术。光取向法是通过对形成于基板上的感放射线性有机薄膜照射偏光或非偏光的放射线而对膜赋予各向异性,由此控制液晶取向的方法。根据所述方法,与现有的摩擦法相比,可抑制步骤内的灰尘或静电的产生,能够抑制显示不良的发生或良率的下降。另外,也有如下优点:可对形成于基板上的有机薄膜均匀地赋予液晶取向能力。
作为用于通过光取向法形成液晶取向膜的液晶取向剂,之前提出有各种聚合体组合物(例如,参照专利文献1或专利文献2)。专利文献1中公开出:使液晶取向剂中含有在侧链上具有肉桂酸酯结构的聚酰胺酸或聚酰亚胺。另外,专利文献2中公开出:使液晶取向剂中含有在侧链上具有β-羟基酯结构的聚酰胺酸、聚酰胺酸酯或聚酰亚胺。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2014/030587号
专利文献2:日本专利特开2017-105828号公报
发明内容
发明所要解决的问题
聚合体在溶剂中的溶解性不充分、且聚合体未均匀地溶解于溶剂中的情况下,有时在形成于基板上的液晶取向膜中产生涂布不均(膜厚不均)或针孔,或者无法使膜表面变得平坦。所述情况下,有制品良率降低、或对液晶取向性或电特性等显示性能造成影响之虞。
另外,近年来,在液晶显示领域,为了获得由显示品质的进一步提升所带来的临场感,制作了4K(例如3840像素×2160像素)或8K(例如7680像素×4320像素)等增加了像素数的规格。若显示装置的像素数增加且像素尺寸变小,则像素电极成为更加微细的结构,像素电极的形成面的每单位面积的凹凸密度变得更高。所述情况下,在像素电极的形成面上涂布液晶取向剂而形成取向膜时,有液晶取向剂相对于像素电极的微细凹凸结构而难以润湿扩展、且无法充分确保对基板的涂布性之虞。为了在对微细凹凸结构涂布液晶取向剂的情况下也获得良好的涂布性,需要开发一种对溶剂成分的溶解性较之前更优异的新型的聚合体。
本公开是鉴于所述情况而成,其目的之一在于提供一种可形成表面均匀性优异的液晶取向膜、且对凹凸表面的涂布性优异的液晶取向剂。
解决问题的技术手段
根据本公开,提供以下的手段。
[1]一种液晶取向剂,含有聚合体(P),所述聚合体(P)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)所表示的部分结构及下述式(4)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种。
[化1]
(式(1)~式(4)中,R1、R2、R10及R14分别独立地为具有下述式(11)所表示的部分结构的一价基团,R3及R11分别独立地为氢原子或碳数1以上的一价有机基。R6~R9、R12、R13、R16及R17分别独立地为氢原子或甲基。X10及X11中的一者为单键,另一者为亚甲基。)
[化2]
(式(11)中,X1为氧原子或-NR4-(其中,R4为氢原子或碳数1以上的一价有机基,或者R4为键结于其他基团并与R4所键结的氮原子一同形成环结构的基团)。A1为二价芳香环基。L1及L2中的一者为羟基、卤素原子、或通过热而脱离的碳数1以上的一价脱离基,另一者为氢原子)。
[2]一种液晶取向膜,是使用所述[1]的液晶取向剂而形成。
[3]一种液晶元件,具备所述[2]的液晶取向膜。
[4]一种聚合体,具有选自由所述式(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)所表示的部分结构及所述式(4)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种。
[5]一种下述式(5)、式(6)、式(7)或式(8)所表示的化合物。
[化3]
(式(5)~式(8)中,R1、R2、R10及R14为具有所述式(11)所表示的部分结构的一价基团,R3及R11为氢原子或碳数1以上的一价有机基。R6~R9、R12、R13、R16及R17分别独立地为氢原子或甲基。X10及X11中的一者为单键,另一者为亚甲基)
发明的效果
根据含有聚合体(P)的液晶取向剂,可形成表面均匀性优异的液晶取向膜。另外,所述液晶取向剂对凹凸表面的涂布性优异,因此,也可对具有微细结构的像素电极的基板形成品质高的液晶取向膜。
附图说明
图1的(a)和图1的(b)是表示评价用氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)电极基板的概略构成的图。图1的(a)是平面图,图1的(b)是将一部分放大的剖面图。
[符号的说明]
11:玻璃基板
12:ITO电极。
具体实施方式
《液晶取向剂》
本公开的液晶取向剂含有聚合体(P),所述聚合体(P)具有选自由所述式(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)所表示的部分结构及所述式(4)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种部分结构(以下,也称作“特定结构”)。以下,对本公开的液晶取向剂中所含的成分、以及视需要而任意调配的其他成分进行说明。
再者,在本说明书中,所谓“烃基”,为包含链状烃基、脂环式烃基以及芳香族烃基的含义。所谓“链状烃基”,是指在主链不含环状结构而仅由链状结构构成的直链状烃基及分支状烃基。其中,可为饱和也可为不饱和。所谓“脂环式烃基”是指仅包含脂环式烃的结构作为环结构,而不包含芳香环结构的烃基。其中,无需仅由脂环式烃的结构构成,也包含在其一部分中具有链状结构的烃基。所谓“芳香族烃基”是指包含芳香环结构作为环结构的烃基。其中,无需仅由芳香环结构构成,也可在其一部分中包含链状结构或脂环式烃的结构。
<聚合体(P)>
所述式(1)中的R1、所述式(2)中的R2、所述式(3)中的R10及所述式(4)中的R14为具有所述式(11)所表示的部分结构的一价基团。于式(11)中的X1为-NR4-的情况下,R4的碳数1以上的一价有机基优选为碳数1~3的烷基或保护基。保护基例如可列举:氨基甲酸酯系保护基、酰胺系保护基、酰亚胺系保护基、磺酰胺系保护基等。这些中,就通过热的脱离性高的方面、以及可尽量减少源自脱离了的保护基的化合物在膜中的残存量的方面而言,特别优选为叔丁氧基羰基(tert-butoxy carbonyl group,BOC基)。在R4为键结于其他基团并与R4所键结的氮原子一同形成环结构的基团的情况下,所述环结构例如可列举自哌啶环、哌嗪环等含氮杂环中去除2个氢原子而成的基团。
作为X1,就可形成光反应性更高的液晶取向膜的方面而言,优选为氧原子、或-NR4-的R4为氢原子、甲基或保护基的基团,特别优选为氧原子。
式(11)中,A1的二价芳香环基为自经取代或未经取代的芳香环的环部分中去除2个氢原子而成的基团。作为所述芳香环的具体例,例如可列举:苯环、亚联苯环、亚三联苯环、萘环(Naphthalene ring)、蒽环(Anthracene ring)等芳香族烃环;吡啶环、嘧啶环、吡咯环、咪唑环、喹啉环等芳香族杂环等。A1的芳香环基在环部分具有取代基的情况下,所述取代基可列举:甲基或乙基等烷基、甲氧基或乙氧基等烷氧基等,优选为碳数1~3的烷基或烷氧基。
作为A1所具有的芳香环,所述之中优选为经取代或未经取代的苯环或吡啶环,更优选为经取代或未经取代的苯环,进而优选为未经取代的苯环(即,A1为亚苯基)。
关于L1及L2,L1及L2中的任一者为羟基、卤素原子、或通过热而脱离的碳数1以上的一价脱离基(以下,也简单称作“热脱离基”),另一者为氢原子。再者,以下将L1为羟基、卤素原子或热脱离基、且L2为氢原子的情况称作“α体”,将L1为氢原子、且L2为羟基、卤素原子或热脱离基的情况称作“β体”。
在L1及L2中的一者为热脱离基的情况下,所述热脱离基优选为“-OR5(其中,R5为碳数1以上的一价有机基)”所表示的基团。R5的具体例可列举:碳数1~20的烷基、-SO2R21、-COR21、-Si(R21)3、或一价芳香环基(其中,R21为碳数1~20的一价烃基或经氟取代的烃基,一个官能基中的多个R21可彼此相同也可不同)。就热脱离性的观点而言,R21优选为碳数1~10,更优选为碳数1~7,进而优选为碳数1~6的一价烃基或氟化烃基,特别优选为碳数1~5的烷基或氟烷基。
在R5为一价芳香环基的情况下,所述芳香环基为自经取代或未经取代的芳香环的环部分中去除1个氢原子而成的基团。作为R5为一价芳香环基的情况下的具体例,例如可列举:苄基、对甲氧基苄基、硝基苯基、二硝基苯基等。
在L1及L2中的任一者为卤素原子的情况下,其具体例可列举:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等,优选为氟原子或氯原子。
就通过更低温的加热而脱离且能够在聚合体(P)的侧链上导入光反应性基(肉桂酸酯结构)的方面、以及自所述式(11)所表示的部分结构向肉桂酸酯结构的转化率更高的方面而言,L1及L2优选为热脱离基或卤素原子。这些中,更优选为-OSO2R21、-OCOR21、-OSi(R21)3、硝基苯基氧基、二硝基苯基氧基、或卤素原子。
聚合体(P)所具有的所述式(11)所表示的部分结构可为α体及β体中的任一者,但就聚合时使用具有所述式(11)所表示的部分结构的马来酰亚胺系单体、衣康酰亚胺系单体的情况下所述单体在溶媒中的溶解性更良好的方面、以及可进一步提高聚合体(P)在溶剂中的溶解性的方面而言,优选为α体。
在将本公开的液晶取向剂用于垂直取向型液晶元件的制造用途的情况下,R1、R2、R10及R14优选为进而具有垂直取向性基。作为垂直取向性基,为制成液晶取向膜时能够使液晶分子在垂直方向上取向的基团,作为其具体例,可列举:碳数4~20的烷基、氟烷基、烷氧基或氟代烷氧基;具有使碳数1~20的烷基、氟烷基、烷氧基或氟代烷氧基键结于环的结构的基团;具有使2个以上的环直接或经由二价连结基键结而成的结构的基团;具有类固醇骨架的基团等。作为R1、R2、R10及R14的优选的具体例,可列举下述式(11-1)所表示的基团:
[化4]
(式(11-1)中,Y1为二价连结基,B1为单键、氧原子、硫原子、碳数1~3的烷二基、-CH=CH-、-NH-、*1-COO-、*1-OCO-、*1-NH-CO-、*1-CO-NH-、*1-CH2-O-或*1-O-CH2-(其中,“*1”表示与A1的结合键)。A3为亚苯基、亚联苯基、亚三联苯基或亚环己基,或者为亚苯基、亚联苯基、亚三联苯基或亚环己基所具有的氢原子的至少一部分经卤素原子、碳数1~10的烷基、碳数1~10的烷氧基或氰基取代而成的基团。B2为单键、氧原子或-NR24-(其中,R24为氢原子或碳数1以上的一价有机基)。R23为碳数1~20的烷基或卤化烷基。a为0~3的整数。其中,在a为0的情况下,R23为碳数4以上。在a为2或3的情况下,式中的多个B1、A3可彼此相同也可不同。X1、A1、L1及L2分别与所述式(11)为相同含义。“*2”表示键结于式(1)、式(2)、式(3)或式(4)中的氮原子的结合键)。
式(11-1)中,Y1的二价连结基优选为碳数1~20的二价烃基或在所述烃基的碳-碳键间具有氧原子、-CO-、-COO-或-NH-CO-的二价基团。就能够充分地确保使用聚合体(P)所形成的液晶取向膜的液晶取向性及电特性的方面而言,Y1优选为二价芳香族烃基,更优选为二价芳香环基,特别优选为亚苯基或亚联苯基。
就可使液晶取向性变得更良好的方面而言,R23优选为直链状,更优选为卤化烷基,特别优选为氟烷基。R23的碳数优选为2以上,更优选为3以上。
就谋求兼顾液晶取向性与涂布性的观点而言,a优选为1或2。
作为式(2)中的R3、式(3)中的R11的一价有机基,例如可列举:碳数1~30的一价烃基、所述烃基的至少一个亚甲基经-O-、-CO-、-COO-或-NR16-(其中,R16为氢原子或一价烃基)取代的基团、碳数1~30的一价烃基的至少一个氢原子经卤素原子取代而成的基团等。这些中,就聚合体(P)在溶剂中的溶解性及液晶取向性更高的方面而言,R3、R11优选为氢原子或碳数1~10的烃基,更优选为氢原子或碳数1~5的烷基。
聚合体(P)所具有的特定结构可仅具有所述式(1)~式(4)中的任一者,也可具有这些中的两种以上。就容易进行聚合反应、且获得分子量充分大的聚合体的观点而言,特定结构优选为选自由所述式(1)~式(3)所组成的群组中的至少一种,更优选为选自由所述式(1)及式(2)所组成的群组中的至少一种。
(聚合体(P)的合成)
聚合体(P)的合成方法并无特别限定。例如可列举下述[1]~[3]的方法。
[1]使包含选自由所述式(5)所表示的化合物、所述式(6)所表示的化合物、所述式(7)所表示的化合物及所述式(8)所表示的化合物所组成的群组中的至少一种化合物(以下,也称作“特定单体A”)的单体聚合的方法。
[2]通过使包含不具有所述式(11)所表示的部分结构的马来酰亚胺系化合物的单体聚合而获得聚合体(P)的前体Prl,继而使所获得的前体Prl与具有所述式(11)所表示的部分结构的反应性化合物反应并将所述式(11)所表示的部分结构导入至前体Pr1的侧链的方法。
[3]通过使包含马来酸酐的单体聚合而获得具有源自马来酸酐的部分结构的前体Pr2,继而使所获得的前体Pr2与具有所述式(11)所表示的部分结构的含氨基的化合物反应的方法。
这些中,就所述式(11)所表示的部分结构向聚合体侧链的导入效率高的方面而言,优选为使用[1]的方法。
关于特定单体A,式(5)中的R1、R6及R7、式(6)中的R2、R3、R8及R9、式(7)中的R10~R13、以及式(8)中的R14、R16及R17的说明分别应用所述式(1)、式(2)、式(3)及式(4)的说明。作为特定单体A的具体例,例如可列举:下述式(5-1)~式(5-18)分别所表示的化合物、所述化合物的开环体(即,通过基团“-NH-CO-CH=CH-COOH”将马来酰亚胺基取代的化合物)、下述式(7-1)~式(7-8)分别所表示的化合物、下述式(8-1)及式(8-2)分别所表示的化合物等。再者,在合成聚合体(P)时,作为特定单体A,可单独使用一种,也可将两种以上组合使用。
[化5]
[化6]
[化7]
[化8]
(式(5-1)~式(5-18)、式(7-1)~式(7-8)、式(8-1)及式(8-2)中,n为1~20的整数)
在合成聚合体(P)时,作为聚合单体,可仅使用特定单体A,也可并用特定单体A以外的单体(以下,也称作“其他单体B”)。作为其他单体B,若为能够与特定单体A聚合的单体,则无特别限定,例如可列举:苯乙烯系化合物、(甲基)丙烯酸系化合物(其中,将相当于特定单体A的化合物除外)、共轭二烯化合物、不具有所述式(11)所表示的部分结构的马来酰亚胺系化合物、不具有所述式(11)所表示的部分结构的衣康酰亚胺系化合物等。
再者,本说明书中,所谓“马来酰亚胺系化合物”,为包含具有马来酰亚胺环的化合物、以及具有马来酰亚胺环开环的结构的化合物的含义。“衣康酰亚胺系化合物”为包含具有衣康酰亚胺结构的化合物、以及具有衣康酰亚胺结构所具有的环开环的结构的化合物的含义。“(甲基)丙烯酸~”为包含“丙烯酸~”及“甲基丙烯酸~”的含义。作为单体的“(甲基)丙烯酸系化合物”是指一分子内仅具有一个(甲基)丙烯酸基的化合物,在本说明书中,与马来酰亚胺系化合物及衣康酰亚胺系化合物加以区分。
就可一面确保良好的液晶取向性及电特性、一面改善液晶取向剂对基板的涂布性(印刷性)的方面而言,聚合体(P)优选为特定单体A与其他单体B的共聚体,更优选为其他单体B为选自由苯乙烯系化合物、(甲基)丙烯酸系化合物、马来酰亚胺系化合物及衣康酰亚胺系化合物所组成的群组中的至少一种。这些中,聚合体(P)特别优选为特定单体A、与选自由苯乙烯系化合物及(甲基)丙烯酸系化合物所组成的群组中的至少一种的共聚体。
在合成聚合体(P)时,就可通过光取向法对所形成的有机膜赋予充分高的液晶取向能力的方面而言,相对于聚合体(P)的合成中使用的单体的总量,特定单体A的使用比例优选为设为1摩尔%~70摩尔%,更优选为设为3摩尔%~60摩尔%,进而优选为设为5摩尔%~60摩尔%。
另外,在所述聚合中,马来酰亚胺系化合物及衣康酰亚胺系化合物(其中,在使用特定单体A、以及作为其他单体B的不具有所述式(11)所表示的部分结构的马来酰亚胺系化合物、衣康酰亚胺系化合物的情况下为其合计量)的使用比例相对于聚合中使用的单体的总量,优选为设为1摩尔%~85摩尔%。若设为未满1摩尔%,则难以充分获得对溶剂的溶解性与对基板的涂布性的改善效果,另一方面,若超过85摩尔%,则有所获得的液晶元件的液晶取向性及电压保持率变低的倾向。相对于聚合中使用的单体的总量,马来酰亚胺系化合物及衣康酰亚胺系化合物的使用比例更优选为3摩尔%~75摩尔%,进而优选为5摩尔%~65摩尔%。
在聚合时使用苯乙烯系化合物及(甲基)丙烯酸化合物中的至少一种作为其他单体B的情况下,关于其使用比例(在使用两种以上的情况下为其合计量),就充分确保液晶元件的液晶取向性及电特性的观点而言,相对于聚合中使用的单体的总量,优选为设为15摩尔%~99摩尔%,更优选为设为25摩尔%~97摩尔%,进而优选为设为35摩尔%~95摩尔%。
本公开的液晶取向剂通过将侧链具有特定结构的聚合体用于聚合体成分的至少一部分中,可形成对凹凸面的涂布性优异、且表面均匀性优异的液晶取向膜。就可一面充分确保所获得的液晶元件的液晶取向性及电特性、一面充分改善聚合体(P)在溶剂中的溶解性的方面而言,聚合体(P)优选为在侧链上具有所述式(11)所表示的部分结构、以及下述(x1)及(x2)中的至少任一者,特别优选为在侧链上具有(x1)及(x2)两者:
(x1)氧杂环丁基(oxetanyl)及氧杂环丙基(oxiranyl)的至少一者的官能基(以下,也称作“官能基(x1)”);
(x2)通过加热而与氧杂环丁基及氧杂环丙基的至少一者反应的官能基(以下,也称作“官能基(x2)”)。
再者,以下也将氧杂环丁基及氧杂环丙基的至少一者简单称作“环氧基”。
(关于官能基(x2))
作为官能基(x2),例如可列举:羧基、羟基、异氰酸酯基及氨基、以及这些各基经保护基保护而成的基团、烷氧基甲基等。就保存稳定性良好、且通过加热而与氧杂环丁烷环及氧杂环丙烷环的反应性高的方面而言,这些中,官能基(x2)优选为选自由羧基、经保护的羧基(以下,也称作“保护羧基”)、氨基、及经保护的氨基(以下,也称作“保护氨基”)所组成的群组中的至少一种,更优选为选自由羧基及保护羧基所组成的群组中的至少一种。再者,此处的氨基包含一级氨基、二级氨基及三级氨基。在官能基(x2)为氨基的情况下,就液晶取向性及电特性的改善效果更高的方面而言,优选为一级氨基。
保护羧基只要通过热而脱离并生成羧基则无特别限定。作为保护羧基的优选的具体例,可列举:下述式(12)所表示的结构、羧酸的缩醛酯结构、羧酸的缩酮酯结构等。
[化9]
(式(12)中,R31、R32及R33分别独立地为碳数1~10的烷基或碳数3~20的一价脂环式烃基,或者R31与R32相互键结并与R31及R32所键结的碳原子一同形成碳数4~20的二价脂环式烃基或环状醚基,且R33为碳数1~10的烷基、碳数2~10的烯基或碳数6~20的芳基。“*”表示结合键)
保护氨基只要通过热而脱离并生成一级氨基则无特别限定。保护基例如可列举:氨基甲酸酯系保护基、酰胺系保护基、酰亚胺系保护基、磺酰胺系保护基等。这些中,就通过热的脱离性高的方面、以及可尽量减少源自脱离了的保护基的化合物在膜中的残存量的方面而言,特别优选为叔丁氧基羰基(BOC基)。
将官能基(x1)及官能基(x2)中的至少一者导入至聚合体(P)中的方法并无特别限定,但就容易调整官能基(x1)及官能基(x2)的导入量的方面、以及单体的选择自由度高的方面而言,优选为通过其他单体B而导入至聚合体(P)。用于将官能基(x1)或官能基(x2)导入至聚合体(P)中的其他单体B优选为选自由苯乙烯系化合物、(甲基)丙烯酸系化合物、马来酰亚胺系化合物及衣康酰亚胺系化合物所组成的群组中的至少一种,特别优选为选自由苯乙烯系化合物及(甲基)丙烯酸系化合物所组成的群组中的至少一种。
作为具有官能基(x1)的单体的具体例,马来酰亚胺系化合物例如可列举:N-(4-缩水甘油基氧基苯基)马来酰亚胺、N-缩水甘油基马来酰亚胺等;
苯乙烯系化合物例如可列举:3-(缩水甘油基氧基甲基)苯乙烯、4-(缩水甘油基氧基甲基)苯乙烯、4-缩水甘油基-α-甲基苯乙烯等;
(甲基)丙烯酸系化合物例如可列举:(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、α-乙基丙烯酸缩水甘油酯、α-正丙基丙烯酸缩水甘油酯、α-正丁基丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧基丁酯、α-乙基丙烯酸3,4-环氧基丁酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧环己基甲酯、(甲基)丙烯酸6,7-环氧基庚酯、α-乙基丙烯酸6,7-环氧基庚酯、丙烯酸4-羟基丁基缩水甘油醚、(甲基)丙烯酸(3-乙基氧杂环丁烷-3-基)甲酯等。再者,具有官能基(x1)的单体可单独使用这些的一种,也可将两种以上组合使用。
作为具有官能基(x2)的单体的具体例,马来酰亚胺系化合物例如可列举:3-(2,5-二氧代-3-吡咯啉-1-基)苯甲酸、4-(2,5-二氧代-3-吡咯啉-1-基)苯甲酸、4-(2,5-二氧代-3-吡咯啉-1-基)苯甲酸甲酯、马来酰亚胺等;
苯乙烯系化合物例如可列举:3-乙烯基苯甲酸、4-乙烯基苯甲酸、4-氨基苯乙烯、3-氨基苯乙烯、4-(叔丁氧基羰基氨基)苯乙烯等;
(甲基)丙烯酸化合物例如可列举:(甲基)丙烯酸、α-乙基丙烯酸、马来酸、富马酸、乙烯基苯甲酸、丁烯酸、柠康酸、中康酸、衣康酸、3-马来酰亚胺苯甲酸、3-马来酰亚胺丙酸等含羧基的化合物;下述式(m2-1)~式(m2-12)
[化10]
(式(m2-1)~式(m2-12)中,R15为氢原子或甲基)
分别所表示的含保护羰基的化合物;(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯、(甲基)丙烯酸2-(二乙基氨基)乙酯、(甲基)丙烯酸2-(叔丁氧基羰基氨基)乙酯、(甲基)丙烯酸2-(叔丁氧基羰基甲基氨基)乙酯等含氨基或保护氨基的化合物等。再者,作为具有官能基(x2)的单体,可单独使用这些的一种或将两种以上组合使用。
在合成聚合体(P)时,相对于聚合体(P)的合成中使用的单体的总量,具有官能基(x1)的单体的使用比例优选为设为1摩尔%~70摩尔%,更优选为设为5摩尔%~60摩尔%,进而优选为设为10摩尔%~55摩尔%。另外,相对于聚合体(P)的合成中使用的单体的总量,具有官能基(x2)的单体的使用比例优选为设为1摩尔%~90摩尔%,更优选为设为5摩尔%~80摩尔%,进而优选为设为10摩尔%~70摩尔%。
再者,在合成聚合体(P)时,其他单体B也可使用不具有官能基(x1)及官能基(x2)中的任一者的单体。作为所述单体,例如可列举:(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-甲基马来酰亚胺、N-环己基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺等马来酰亚胺系化合物、马来酸酐等。相对于聚合体(P)的合成中使用的单体的总量,所述单体的使用比例优选为设为20摩尔%以下,更优选为设为10摩尔%以下,进而优选为设为3摩尔%以下。
合成聚合体(P)的方法并无特别限定,例如通过将所述单体在聚合引发剂的存在下,在有机溶媒中进行自由基聚合而进行。作为所使用的聚合引发剂,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。作为所使用的有机溶媒,例如可列举:醇、醚、酮、酰胺、酯、烃化合物等。
在所述聚合反应中,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)优选为设为使反应中所使用的单体的合计量(b)相对于反应溶液的总量(a+b)而成为0.1质量%~60质量%那样的量。溶解聚合体而成的反应溶液例如可使用如下公知的分离方法将反应溶液中所含的聚合体(P)分离之后供于液晶取向剂的制备,所述分离方法为对将反应溶液注入至大量的不良溶媒中所得的析出物在减压下进行干燥的方法、利用蒸发器将反应溶液减压蒸馏去除的方法等。聚合体(P)的合成并不限定于上文所述,也可通过例如使用可逆加成断裂链转移聚合(reversible additionfragmentation chain transfer polymerization,RAFT)试剂的活性自由基聚合等而进行。
聚合体(P)的通过凝胶渗透色谱法(gel permeation chromatography,GPC)测定的聚苯乙烯换算的重量平均分子量(Mw)优选为1,000~300,000,更优选为2,000~100,000。Mw与通过GPC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7以下,更优选为5以下。再者,液晶取向剂的制备中使用的聚合体(P)可仅为一种,也可组合两种以上。
就可充分提高对基板的涂布性的方面而言,相对于液晶取向剂中所含的聚合体成分的总量,液晶取向剂中的聚合体(P)的含有比例优选为设为0.1质量%以上,更优选为设为0.5质量%以上,进而优选为设为1质量%以上。另外,关于聚合体(P)的含有比例,为了充分获得由并用与聚合体(P)不同的聚合体所带来的各种特性(例如液晶取向性或电特性等)的改善效果、以及实现低成本化,优选为相对于液晶取向剂中所含的全部聚合体而设为90质量%以下,更优选为设为70质量%以下,进而优选为设为50质量%以下。
再者,关于聚合体(P),有如下推测:在包含于液晶取向剂的状态下,由于L1及L2的一者为特定官能基(羟基、卤素原子或热脱离性基),且另一者为氢原子,故聚合物结构的对称性下降,因此在溶剂中的溶解性高,另一方面,涂布于基板之后,所述特定官能基通过膜形成时的加热而脱离等,从而形成肉桂酸酯结构,由此可形成液晶取向性及电特性优异的液晶取向膜。
(特定单体A的合成)
合成特定单体A的方法并无特别限定,可通过根据所需化合物的分子结构来适宜组合有机化学的通用方法而获得。例如,所述式(5)所表示的化合物可通过使“R1-NH2”所表示的化合物与马来酸酐(下述式(8-1)所表示的化合物)反应并获得下述式(5-1)所表示的化合物后,对所获得的化合物进行脱水闭环而获得。再者,下述式(5-1)所表示的化合物是所述式(6)中的R3为氢原子的化合物。另外,通过使用衣康酸酐来代替马来酸酐,可获得所述式(7)所表示的化合物。另外,在“R1-NH2”所表示的化合物与马来酸酐的反应中,使用衣康酸酐来代替马来酸酐,由此可获得所述式(8)所表示的化合物。
作为获得“R1-NH2”所表示的化合物的方法,例如,如下述流程A所示那样,使下述式(9-1)所表示的化合物与米氏酸(Meldrum′s acid)反应,继而使所得的反应产物(9-2)与下述式(9-3)所表示的化合物反应后,通过米氏酸的开环及酮部分的还原,可获得下述式(9-5)所表示的化合物(β体)作为“R1-NH2”所表示的化合物。
另外,如下述流程B所示那样,使下述式(10-1)所表示的化合物与下述式(9-3)所表示的化合物反应后,将酮部分还原,由此可获得下述式(10-3)所表示的化合物(α体)作为“R1-NH2”所表示的化合物。其中,特定单体A的合成方法并不限定于上文所述。
[化11]
[化12]
[化13]
(所述流程中的R1、R6、R7、R23、A1、A3、B1、B2、Y1及a与所述式(5)、式(11-1)为相同含义)
<其他成分>
本公开的液晶取向剂视需要也可含有聚合体(P)以外的其他成分。作为其他成分,只要无损本发明的效果则无特别限定,例如可列举以下成分。
(聚合体(Q))
本公开的液晶取向剂优选为含有聚合体(P)、以及选自由聚酰胺酸、聚酰胺酸酯及聚酰亚胺所组成的组群中的至少一种聚合体(以下,也称作“聚合体(Q)”)。所述情况下,通过使聚合体(P)偏向存在于上层,可获得液晶取向性更高的膜,就所述方面而言优选。在含有聚合体(P)与聚合体(Q)的形态中,就促进聚合体的相分离的观点而言,优选为聚合体(P)为具有卤素原子或硅原子的聚合体,且将聚合体(Q)设为不具有所述式(3)所表示的部分结构、卤素原子及硅原子的聚合体的组合。
聚合体(Q)可依照现有公知的方法来合成。例如,聚酰胺酸可通过使四羧酸二酐与二胺反应而获得。再者,在本说明书中,“四羧酸衍生物”为包含四羧酸二酐、四羧酸二酯及四羧酸二酯二卤化物的含义。
聚合中使用的四羧酸二酐并无特别限定,可使用各种四羧酸二酐。作为这些的具体例,可列举:丁烷四羧酸二酐、乙二胺四乙酸二酐等脂肪族四羧酸二酐;1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,3-二甲基-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、2,4,6,8-四羧基双环[3.3.0]辛烷-2∶4,6∶8-二酐、环戊烷四羧酸二酐、环己烷四羧酸二酐等脂环式四羧酸二酐;均苯四甲酸二酐、4,4′-(六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸酐、对亚苯基双(偏苯三甲酸单酯酐)、乙二醇双(偏苯三甲酸酐)、1,3-丙二醇双(偏苯三甲酸酐)等芳香族四羧酸二酐等,除此以外,也可使用日本专利特开2010-97188号公报中记载的四羧酸二酐。再者,四羧酸二酐可单独使用一种,也可将两种以上组合使用。
作为所述聚合中使用的二胺,例如可列举:乙二胺、四亚甲基二胺等脂肪族二胺;对环己烷二胺、4,4′-亚甲基双(环己基胺)等脂环式二胺;十六烷氧基二氨基苯、胆甾烷基氧基二氨基苯、二氨基苯甲酸胆甾烷基酯、二氨基苯甲酸胆固醇基酯、二氨基苯甲酸羊毛甾烷基酯、3,6-双(4-氨基苯甲酰基氧基)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、2,5-二氨基-N,N-二烯丙基苯胺、下述式(2-1)~式(2-3)
[化14]
分别所表示的化合物等侧链型的芳香族二胺;对苯二胺、4,4′-二氨基二苯基甲烷、4,4′-二氨基二苯基胺、4-氨基苯基-4′-氨基苯甲酸酯、4,4′-二氨基偶氮苯、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-3-羧酸、1,5-双(4-氨基苯氧基)戊烷、双[2-(4-氨基苯基)乙基]己二酸、双(4-氨基苯基)胺、N,N-双(4-氨基苯基)甲基胺、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、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-氨基苯氧基羰基)-1-(4-氨基苯基)哌啶、4,4′-[4,4′-丙烷-1,3-二基双(哌啶-1,4-二基)]二苯胺等非侧链型的芳香族二胺;1,3-双(3-氨基丙基)-四甲基二硅氧烷等二氨基有机硅氧烷等,除此以外,也可使用日本专利特开2010-97188号公报中记载的二胺。再者,二胺可单独使用一种,也可将两种以上组合使用。
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。作为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。有机溶媒的使用量优选为设为四羧酸二酐及二胺化合物的合计量相对于反应溶液的总量而成为0.1质量%~50质量%的量。
在聚合体(Q)为聚酰胺酸酯的情况下,所述聚酰胺酸酯例如可通过如下方法等而获得:使所述获得的聚酰胺酸与酯化剂(例如甲醇或乙醇、N,N-二甲基甲酰胺二乙基缩醛等)反应的方法、使四羧酸二酯与二胺化合物在适当的脱水催化剂的存在下反应的方法、使四羧酸二酯二卤化物与二胺在适当的碱的存在下反应的方法。
在聚合体(Q)为聚酰亚胺的情况下,所述聚酰亚胺例如可通过将所述获得的聚酰胺酸脱水闭环并加以酰亚胺化而获得。聚酰亚胺的酰亚胺化率优选为20%~95%,更优选为30%~90%。所述酰亚胺化率是以百分率来表示聚酰亚胺的酰亚胺环结构的数量相对于酰胺酸结构的数量与酰亚胺环结构的数量的合计所占的比例。
关于聚合体(Q),通过GPC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。分子量分布(Mw/Mn)优选为7以下,更优选为5以下。再者,液晶取向剂所含有的聚合体(Q)可仅为一种,或者也可组合两种以上。
就平衡良好地表现出对基板的涂布性、液晶取向性及电特性的观点而言,相对于液晶取向剂的制备中使用的聚合体(P)100质量份,聚合体(Q)的调配比例优选为设为40质量份以上,更优选为50质量份~1500质量份,进而优选为60质量份~1000质量份。再者,聚合体(Q)可单独使用一种,也可将两种以上组合使用。
(溶剂)
本公开的液晶取向剂是以溶液状组合物的形式制备,所述溶液状组合物是将聚合体成分及视需要而任意调配的成分优选为溶解于有机溶媒中而成。所述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。溶剂成分可为这些的一种,也可为两种以上的混合溶媒。
作为液晶取向剂的溶剂成分,可列举:聚合体的溶解性及流平性高的溶剂(以下,也称作“第一溶剂”)、润湿扩展性良好的溶剂(以下,也称作“第二溶剂”)、以及这些的混合溶剂。
作为溶剂的具体例,第一溶剂例如可列举: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、二异丁基酮、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-(正戊基)-2-吡咯烷酮、N-(叔丁基)-2-吡咯烷酮、N-甲氧基丙基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、3-丁氧基-N,N-二甲基丙酰胺、3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺等;
第二溶剂例如可列举:乙二醇单丁醚(丁基溶纤剂)、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丙醚、二丙酮醇、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇甲乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、3-甲氧基-1-丁醇、环戊酮、乳酸丁酯、乙酸丁酯、甲基甲氧基丙酸酯、乙基乙氧基丙酸酯、丙酸异戊酯、异丁酸异戊酯、丙二醇二乙酸酯、二丙二醇单甲醚、丙二醇单丁醚、二异戊基醚等。再者,溶剂可单独使用这些的一种,也可将两种以上混合使用。
在将液晶取向剂的溶剂成分设为第一溶剂与第二溶剂的混合溶剂的情况下,相对于溶剂成分的总量,第一溶剂的含有比例优选为设为10质量%以上,更优选为设为15质量%~85质量%。
作为液晶取向剂中含有的其他成分,除所述以外,例如可列举:与聚合体(P)及聚合体(Q)不同的聚合体、分子内具有至少一个环氧基的分子量1000以下的低分子化合物(例如乙二醇二缩水甘油醚、N,N,N′,N′-四缩水甘油基-间苯二甲胺、N,N,N′,N′-四缩水甘油基-4,4′-二氨基二苯基甲烷等)、官能性硅烷化合物、多官能(甲基)丙烯酸酯、抗氧化剂、金属螫合化合物、硬化促进剂、表面活性剂、填充剂、分散剂、光增感剂等。其他成分的调配比例可在无损本公开的效果的范围内,根据各化合物而适宜选择。
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)可考虑粘性、挥发性等而适宜选择,优选为1质量%~10质量%的范围。在固体成分浓度未满1质量%的情况下,涂膜的膜厚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,涂膜的膜厚过大而难以获得良好的液晶取向膜,另外,液晶取向剂的粘性增大而有涂布性下降的倾向。
《液晶取向膜及液晶元件》
本公开的液晶取向膜是通过如所述那样制备的液晶取向剂而形成。另外,本公开的液晶元件包括使用所述说明的液晶取向剂而形成的液晶取向膜。液晶元件中的液晶的运行模式并无特别限定,例如可应用于扭转向列(TwistedNematic,TN)型、超扭转向列(SuperTwisted Nematic,STN)型、垂直取向(Vertical Alignment,VA)型(包含垂直取向-多域垂直取向(Vertical Alignment-Multi-domain Vertical Alignment,VA-MVA)型、垂直取向-图案垂直取向(Vertical Alignment-Patterned Vertical Alignment,VA-PVA)型等)、共面切换(In-Plane Switching,IPS)型、边缘场切换(Fringe Field Switching,FFS)型、光学补偿弯曲(Optically Compensated Bend,OCB)型、聚合物稳定取向(Polymer SustainedAlignment,PSA)型等各种模式。液晶元件例如可通过包括以下的步骤1~步骤3的方法来制造。步骤1中,使用基板视所需的运行模式而不同。步骤2及步骤3在各运行模式下通用。
<步骤1:涂膜的形成>
首先,在基板上涂布液晶取向剂,优选为对涂布面进行加热,由此在基板上形成涂膜。作为基板,例如可使用包含以下材料的透明基板:浮法玻璃、钠玻璃等玻璃;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、聚(脂环式烯烃)等塑料。设置于基板的一个面上的透明导电膜可使用:包含氧化锡(SnO2)的奈塞(NESA)膜(美国PPG公司注册商标)、包含氧化铟-氧化锡(In2O3-SnO2)的ITO膜等。在制造TN型、STN型或VA型液晶元件的情况下,使用设置有经图案化的透明导电膜的两片基板。另一方面,在制造IPS型或FFS型液晶元件的情况下,使用设置有经图案化为梳齿型的电极的基板、与并未设置电极的相向基板。对基板涂布液晶取向剂是在电极形成面上优选为通过胶版印刷法、柔版印刷法、旋转涂布法、辊涂布机法或喷墨印刷法进行。
涂布液晶取向剂后,出于防止所涂布的液晶取向剂的滴液等目的,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。其后,出于将溶剂完全除去、视需要将聚合体中存在的酰胺酸结构加以热酰亚胺化的目的,而实施煅烧(后烘烤)步骤。此时的煅烧温度(后烘烤温度)优选为80℃~250℃,更优选为80℃~200℃。后烘烤时间优选为5分钟~200分钟。如此形成的膜的膜厚优选为0.001μm~1μm。
<步骤2:取向处理>
在制造TN型、STN型、IPS型或FFS型的液晶元件的情况下,实施对所述步骤1中形成的涂膜赋予液晶取向能力的处理(取向处理)。由此,对涂膜赋予液晶分子的取向能力而成为液晶取向膜。此处,在使用包含聚合体(P)的液晶取向剂在基板上形成有机膜的情况下,通过膜形成时的加热而L1或L2脱离,在膜中的聚合体(P)的R1或R2中形成肉桂酸酯结构,所获得的有机膜具有光反应性。因此,本步骤中,优选为使用对形成于基板上的涂膜进行光照射而对涂膜赋予液晶取向能力的光取向处理。再者,在制造垂直取向型的液晶元件的情况下,也可将所述步骤1中形成的涂膜直接用作液晶取向膜,但为了进一步提高液晶取向能力,优选为对所述涂膜实施取向处理。
用于光取向的光照射可通过如下方法等进行:对后烘烤步骤后的涂膜进行照射的方法、对预烘烤步骤后且后烘烤步骤前的涂膜进行照射的方法、在预烘烤步骤及后烘烤步骤的至少任一步骤中在涂膜的加热过程中对涂膜进行照射的方法。作为照射至涂膜的放射线,例如可使用包含150nm~800nm的波长的光的紫外线及可见光线。优选为包含200nm~400nm的波长的光的紫外线。在放射线为偏光的情况下,可为直线偏光也可为部分偏光。在所使用的放射线为直线偏光或部分偏光的情况下,照射可自垂直于基板面的方向进行,也可自倾斜方向进行,或也可将这些方向组合来进行。非偏光的放射线时的照射方向设为倾斜方向。
作为所使用的光源,例如可列举:低压水银灯、高压水银灯、氘灯、金属卤化物灯、氩共振灯、氙灯、准分子激光等。放射线的照射量优选为400J/m2~50,000J/m2,更优选为1,000J/m2~20,000J/m2。在用以赋予取向能力的光照射后,也可进行使用例如水、有机溶媒(例如甲醇、异丙醇、1-甲氧基-2-丙醇乙酸酯、丁基溶纤剂、乳酸乙酯等)或这些的混合物对基板表面进行清洗的处理、或者对基板进行加热的处理。
<步骤3:液晶单元的构筑>
准备两片以所述方式形成有液晶取向膜的基板,并将液晶配置于相向配置的两片基板之间,由此制造液晶单元。在制造液晶单元时,例如可列举如下方法等:以使液晶取向膜相向的方式隔着间隙将两片基板相向配置,并使用密封剂将两片基板的周边部贴合,将液晶注入填充于通过基板表面与密封剂所包围的单元间隙内,并将注入孔密封的方法;利用液晶滴注(one drop filling,ODF)方式的方法。作为密封剂,例如可使用含有硬化剂及作为间隔物的氧化铝球的环氧树脂等。作为液晶,可列举向列液晶及碟状液晶,其中优选为向列液晶。PSA模式中,在构筑液晶单元后,进行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处理。
继而,视需要在液晶单元的外侧表面上贴合偏光板,制成液晶元件。偏光板可列举:以乙酸纤维素保护膜将一面使聚乙烯醇延伸取向一面使其吸收碘而成的被称为“H膜”的偏光膜夹持所得的偏光板、或包含H膜本身的偏光板。
本公开的液晶元件可有效地应用于各种用途,例如可应用于钟表、便携式游戏机、文字处理器、笔记本个人计算机、汽车导航系统、摄录机、个人数字助理(Personal DigitalAssistant,PDA)、数字照相机、移动电话、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、或调光膜、相位差膜等中。
实施例
以下,通过实施例来具体说明,但本公开的内容并不限定于以下实施例。
在以下的例子中,聚合体的重量平均分子量(Mw)、数量平均分子量(Mn)及分子量分布(Mw/Mn)是通过以下方法测定。
<重量平均分子量、数量平均分子量及分子量分布>
通过凝胶渗透色谱法(GPC)在下述条件下测定Mw及Mn。另外,分子量分布(Mw/Mn)是根据所获得的Mw及Mn而算出。
装置:昭和电工(股)的“GPC-101”
GPC管柱:将岛津GLC(SHIMADZU GLC)(股)制造的“GPC-KF-801”、“GPC-KF-802”、“GPC-KF-803”及“GPC-KF-804”连接
移动相:四氢呋喃(tetrahydrofuran,THF)、或者含溴化锂及磷酸的N,N-二甲基甲酰胺溶液
管柱温度:40℃
流速:1.0mL/分钟
试样浓度:1.0质量%
试样注入量:100μL
检测器:示差折射计
标准物质:单分散聚苯乙烯
<单体的合成>
[合成例1-1:化合物(MI-1)的合成]
按照下述流程来合成化合物(MI-1)。再者,以下为了方便,有时将“式X所表示的化合物”(其中,X为数字、记号或这些的组合)简单表示为“化合物X”。
[化15]
向化合物1(24.4g、50mmol)中加入亚硫酰氯50ml与N,N-二甲基甲酰胺(N,N-dimethylformamide,DMF)2ml,在氮气环境下使其在60℃下反应2小时。反应后,将亚硫酰氯在减压下蒸馏去除,从而获得固体。向其中加入四氢呋喃(THF)200ml,获得均匀的溶液(将其设为“溶液A”)。
与所述不同,使米氏酸(5.7g、50mmol)与N,N-二甲基氨基吡啶(N,N-dimethylaminopyridine,DMAP)(12.2g、100mmol)溶解于THF200ml中,冷却至0℃,向其中缓缓滴加化合物1的氯化物的THF溶液(溶液A),滴加完成后,使其反应20小时。反应后,加入乙酸乙酯500ml,利用1N盐酸对有机层进行3次分液,并利用水对有机层进行3次分液。进而,利用硫酸钠对有机层进行干燥,干燥后,滤取硫酸钠。对所获得的滤液的溶媒进行减压蒸馏去除,由此获得化合物2(19.6g、32mmol)。
[化16]
使化合物2(19.6g、32mmol)与4-(BOC-氨基)苯酚(8.0g、38mmol)在乙腈200ml中在80℃下反应4小时。反应后,将溶媒减压蒸馏去除,并使其溶解于THF 100ml与乙醇100ml、水50ml的混合溶媒中。继而,缓缓地将溶媒减压蒸馏去除,从而使结晶析出。滤取所获得的固体并使其干燥,由此获得化合物3(18.4g、25.9mmol)。
[化17]
向化合物3(18.4g、25.9mmol)中加入三氟乙酸50ml并搅拌20分钟。将残留的三氟甲磺酸减压蒸馏去除,向所获得的固体中加入THF 150ml与乙酸乙酯100ml并使其溶解。继而,利用饱和碳酸氢钠水溶液对所获得的有机层进行2次分液,并利用水对所获得的有机层进行2次分液。进而,利用硫酸钠对有机层进行干燥,干燥后,滤取硫酸钠。对所获得的滤液的溶媒进行减压蒸馏去除,由此获得化合物4(16.0g、25.3mmol)。
[化18]
使化合物4(16.0g、25.3mmol)溶解于THF 100ml中,并冷却至0℃。继而,一面维持为0℃一面缓缓加入硼氢化钠(454mg、12mmol),搅拌20分钟。其后,以不会成为5℃以上的方式加入饱和氯化铵水溶液并加以中和。向其中加入乙酸乙酯200ml并进行搅拌,将水层去除。其后,利用水进行2次分液,对有机层进行清洗。对所获得的有机层的溶媒进行减压蒸馏去除,由此获得化合物5(13.6g、21.7mmol)。
[化19]
使化合物5(13.6g、21.7mmol)溶解于THF 200ml中,加入马来酸酐(2.2g、22mmol)并进行搅拌。15小时后,加入THF 200ml、乙酸乙酯200ml及水200ml并进行分液。对所获得的有机层进行减压蒸馏去除,获得化合物6(14.9g、20.6mmol)。
[化20]
将化合物6(14.9g、20.6mmol)、氯化锌(4.2g、30.9mmol)、双(三甲基硅烷基)胺(6.6g、41mmol)加入至甲苯100ml中,在80℃下搅拌5小时。反应后,加入乙酸乙酯100ml与THF 100ml,利用1N盐酸进行3次分液,并利用水进行8次分液。利用硫酸钠对所获得的有机层进行干燥,干燥后,滤取硫酸钠。对所获得的滤液的溶媒进行减压蒸馏去除,由此获得化合物(MI-1)(8.7g、12.4mmol)。
[合成例1-2:化合物(MI-2)的合成]
按照下述流程来合成化合物(MI-2)。
[化21]
向化合物(MI-1)(7.0g、9.9mmol)、碘乙烷(1.9g、12.2mmol)、碳酸钾(2.1g、15.2mmol)中加入DMF 50mmol,并使其在50℃下反应8小时。反应后,加入300ml的水,滤取固体并利用水充分进行清洗。对固体进行干燥,由此获得化合物(MI-2)(6.6g、9mmol)。
[合成例1-3:化合物(MI-3)的合成]
按照下述流程来合成化合物(MI-3)。
[化22]
向化合物(MI-1)(7.1g、10.1mmol)、吡啶(1.0g、12.6mmol)中加入乙腈200ml,继而缓缓滴加乙酸酐(1.2g、11.7mmol)。在24小时的搅拌后,加入乙酸乙酯200ml,利用1N盐酸对有机层进行2次分液。进而利用水进行3次分液,将所获得的有机层的溶媒减压蒸馏去除。使所获得的固体溶解于THF 100ml与乙醇100ml、水50ml的混合溶媒中。继而,缓缓地将溶媒减压蒸馏去除,从而使结晶析出。滤取所获得的固体并使其干燥,由此获得化合物(MI-3)(5.4g、7.2mmol)。
[合成例1-4:化合物(MI-4)的合成]
按照下述流程来合成化合物(MI-4)。
[化23]
向化合物(MI-1)(7.1g、10.1mmol)中加入吡啶100ml并加以搅拌,冷却至0℃。向其中加入对甲苯磺酰氯(2.3g、12.1mmol),并使其在室温下反应68小时。反应后,加入乙酸乙酯100ml与THF 100ml。其后,利用1N盐酸进行3次分液,利用饱和碳酸氢钠水溶液进行5次分液,最后利用水进行3次分液。其后,将有机层减压蒸馏去除,并使所获得的固体溶解于THF中。沿着烧瓶的壁加入己烷,静置16小时。滤取所析出的结晶并使其干燥,由此获得化合物(MI-4)(3.3g、3.8mmol)。
[合成例1-5:化合物(MI-5)的合成]
按照下述流程来合成化合物(MI-5)。
[化24]
向化合物7(36.8g、100mmol)中加入亚硫酰氯80ml与DMF 3ml,在氮气环境下使其在60℃下反应2小时。反应后,将亚硫酰氯在减压下蒸馏去除,从而获得化合物7的氯化物。向其中加入THF 200ml,获得均匀的溶液(将其设为“溶液B”)。
与所述不同,向4-羟苯基丙酮酸(21.6g、119.9mmol)中加入吡啶300ml,冷却至0℃,缓缓滴加化合物7的氯化物的THF溶液(溶液B),滴加完成后,使其反应18小时。反应后,加入乙酸乙酯500ml,利用1N盐酸对有机层进行3次分液,并利用水对有机层进行3次分液。继而,向将有机层的溶媒减压蒸馏去除而获得的固体中加入THF300ml与乙醇200ml、水100ml的混合溶媒并使其溶解。继而,缓缓地将溶媒减压蒸馏去除,从而使结晶析出。滤取所获得的固体并使其干燥,由此获得化合物8(33.4g、63.0mmol)。
[化25]
向化合物8(33.4g、63.0mmol)、4-(BOC-氨基)苯酚(13.2g、65.0mmol)、DMAP(1.5g、12.3mmol)中加入二氯甲烷300ml,冷却至0℃。继而,加入1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(11.7g、75.3mmol),并在5℃以下搅拌20小时。反应后,利用1N盐酸进行1次分液,并利用水进行2次分液。对所获得的有机层的溶媒进行减压蒸馏去除,由此获得化合物9(44.2g、61.2mmol)。
[化26]
向化合物9(44.2g、61.2mmol)中加入三氟乙酸150ml并搅拌20分钟。将残留的三氟甲磺酸减压蒸馏去除,向所获得的固体中加入THF400ml与乙酸乙酯200ml并使其溶解。继而,利用饱和碳酸氢钠水溶液对所获得的有机层进行2次分液,并利用水对所获得的有机层进行2次分液。进而,利用硫酸钠对有机层进行干燥,干燥后,滤取硫酸钠。对所获得的滤液的溶媒进行减压蒸馏去除,由此获得化合物10(36.9g、59.4mmol)。
[化27]
使化合物10(36.9g、59.4mmol)溶解于THF400ml中,并冷却至0℃。继而,一面维持为0℃一面缓缓加入硼氢化钠(1.134g、30.0mmol),搅拌20分钟。其后,以不会成为5℃以上的方式加入饱和氯化铵水溶液并加以中和。继而,利用乙酸乙酯400ml将水层提取2次。对所获得的有机层的溶媒进行减压蒸馏去除,由此获得化合物11(32.2g、51.6mmol)。
[化28]
向化合物11(32.2g、51.6mmol)中加入THF500ml,进而加入马来酸酐(5.1g、52.0mmol)并进行搅拌。18小时后,加入THF300ml、乙酸乙酯300ml、水500ml并进行分液。对所获得的有机层进行减压蒸馏去除,获得化合物12(36.1g、50.0mmol)。
[化29]
将化合物12(35.1g、48.6mmol)、氯化锌(10.2g、74.8mmol)、双(三甲基硅烷基)胺(16.6g、102.9mmol)加入至甲苯500ml中,在80℃下搅拌5小时。反应后,加入乙酸乙酯300ml与THF300ml,利用1N盐酸进行3次分液,并利用水进行8次分液。利用硫酸钠对所获得的有机层进行干燥,干燥后,滤取硫酸钠。将滤液的溶媒减压蒸馏去除,并使所获得的固体溶解于THF500ml、乙醇100ml、水100ml的混合溶媒中。继而,缓缓地将溶媒减压蒸馏去除,并使结晶析出,滤取所产生的固体后使其干燥,由此获得化合物(MI-5)(18.9g、26.9mmol)。
[合成例1-6:化合物(MI-6)的合成]
按照下述流程来合成化合物(MI-6)。
[化30]
向化合物(MI-5)(3.5g、4.9mmol)中加入吡啶2ml与DMF20ml,冷却至0℃。继而,缓缓滴加三甲基硅烷基氯化物(0.81g、7.46mmol),并搅拌2小时。反应后加入水200ml,滤取所产生的固体。使所获得的固体溶解于THF100ml、乙醇30ml、水10ml的混合溶媒中。继而,缓缓地将溶媒减压蒸馏去除,并使结晶析出,滤取所产生的固体后使其干燥,由此获得化合物(MI-6)(1.5g、1.9mmol)。
[合成例1-7:化合物(MI-7)的合成]
按照下述流程来合成化合物(MI-7)。
[化31]
向化合物(MI-5)(3.6g、5.1mmol)中加入亚硫酰氯15ml与DMF 1ml,在氮气环境下使其在60℃下反应2小时。反应后,将亚硫酰氯在减压下蒸馏去除,从而获得化合物(MI-7)(3.5g、4.9mmol)。
[合成例1-8:化合物(MI-8)的合成]
按照下述流程来合成化合物(MI-8)。
[化32]
向化合物(MI-5)(3.5g、4.9mmol)、2,4-二硝基氟苯(1.0g、5.4mmol)、碳酸钾(1.36g、9.9mmol)中加入DMF20ml,在50℃下搅拌16小时。反应后加入水300ml,滤取所产生的固体。使所获得的固体溶解于THF150ml、乙醇50ml、水15ml的混合溶媒中。继而,缓缓地将溶媒减压蒸馏去除,并使结晶析出,滤取所产生的固体后使其干燥,由此获得化合物(MI-8)(1.4g、1.6mmol)。
[合成例1-9:化合物(MI-9)的合成]
除了代替化合物7而将起始物质变更为化合物13这一点以外,通过与合成例1-5同样的方法合成化合物(MI-9)。
[化33]
<聚合体(P)的合成>
[合成例2-1]
在100mL二口烧瓶中加入化合物(MI-1)0.524g(0.75mmol)、甲基丙烯酸3,4-环氧环己基甲酯0.841g(4.29mmol)、4-乙烯基苯甲酸0.635g(4.29mmol)、2,2′-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)(0.06g、0.24mmol)、2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯0.10g(0.42mmol)、以及N-甲基-2-吡咯烷酮8g,在氮气下,在70℃下进行5小时聚合。再沉淀于正己烷中之后,对沉淀物进行过滤,在室温下真空干燥8小时,由此获得目标聚合体(StMI-1)。所获得的聚合体的通过利用GPC的聚苯乙烯换算进行测定的重量平均分子量Mw为28300、分子量分布Mw/Mn为2.7。
[合成例2-2~合成例2-10以及比较合成例1-1]
除了将聚合中使用的单体的种类及量设为如下述表1所记载那样以外,利用与合成例2-1同样的方法进行聚合,合成聚合体(StMI-2)~聚合体(StMI-10)及聚合体(SMA-1)。再者,表1中的“单体比”一栏的数值表示相对于聚合体的合成中使用的全部单体的、各单体的装入量[摩尔%]。
表1中,化合物的简称表示以下化合物。
MI-1~MI-9:所述式(MI-1)~式(MI-9)分别所表示的化合物
MI-10:所述式6所表示的化合物(化合物6)
MA-1:下述式(MA-1)所表示的化合物
M-100:甲基丙烯酸3,4-环氧环己基甲酯
VBA:4-乙烯基苯甲酸
[化34]
<聚酰胺酸的合成>
[比较合成例2-1]
向N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)31g中加入化合物(DA-1)(5.7g、7.98mmol)、对苯二胺(0.086g、0.8mmol)、及2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐(2.0g、8.8mol)并使其溶解,使其在60℃下反应6小时,由此获得含有10质量%的聚酰胺酸(PAA-1)的溶液。所获得的聚合体的通过利用GPC的聚苯乙烯换算进行测定的重量平均分子量Mw为67000、分子量分布Mw/Mn为5.3。
[比较合成例2-2以及合成例3-1~合成例3-3]
除了将聚合中使用的单体的种类及量设为如下述表2所记载那样以外,利用与合成例3-1同样的方法进行聚合,合成聚酰胺酸(PAA-2)~聚酰胺酸(PAA-5)。再者,表2中的“二胺”一栏的数值表示相对于聚合体的合成中使用的二胺总量的、各单体的装入量[摩尔%]。在合成聚合体时,酸二酐的使用量设为8.8mol。
[表2]
表2中,化合物的简称如以下所述。
(四羧酸二酐)
T-1:2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐
T-2:1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐
T-3:均苯四甲酸二酐
(二胺)
DA-1:下述式(DA-1)所表示的化合物
DA-2:下述式(DA-2)所表示的化合物
DA-3:对苯二胺
DA-4:下述式(DA-4)所表示的化合物
DA-5:3,5-二氨基苯甲酸胆甾烷基酯
[化35]
<单体及聚合体的评价>
[实施例1-1]
1.单体的溶解性的评价
以固体成分浓度成为5质量%的方式将化合物(MI-1)加入至NMP中并加以搅拌,根据以下基准来评价单体的溶解性,结果,所述实施例中为“2”的评价。
<单体溶解性的评价>
1:在70℃下不溶、2:在70℃下部分可溶、3:在70℃下可溶、4:在室温下可溶
2.聚合体的脱离温度的评价
使用热重量示差热分析装置(thermo gravimetric-differential thermalanalyzer,TG-DTA)(日立高科技科学(Hitachi High-Tech Science)公司制造的TG/DTA7300)来测定在合成例2-1中合成的聚合体(StMI-1)的自50℃至300℃的升温过程中的脱离行为。将重量减少及吸热峰值产生的温度设为脱离温度,结果,脱离温度为200℃。
[实施例1-2~实施例1-10以及比较例1-1~比较例1-3]
除了如下述表3所示那样变更所使用的单体及聚合体这一点以外,进行与所述实施例1-1同样的评价。将这些结果示于下述表3中。再者,下述表3中,在脱离温度栏示出“-”的例子中,即便对聚合体进行加热,也未看到脱离行为。
[表3]
如由表3可知那样,化合物(MI-1)~化合物(MI-10)对NMP的溶解性为“2”、“3”或“4”的评价,对溶媒的溶解性良好。这些中,L1及L2中的一者为热脱离基或卤素原子的化合物((MI-2)~(MI-4)、(MI-6)~(MI-8)、(MI-10))为“3”或“4”的评价,对溶媒的溶解性优异。另外,聚合体(StMI-1)~聚合体(StMI-10)中,脱离温度为200℃以下。尤其是在聚合体(StMI-3)、聚合体(StMI-4)、聚合体(StMI-6)~聚合体(StMI-8)中,脱离温度为180℃以下,可以说在较比较例的聚合体(PAA-1)低的温度下发生脱离反应(即,向肉桂酸酯结构的转化)。
<液晶取向剂的评价>
[实施例2-1]
1.液晶取向剂(A-1)的制备
向所述合成例2-1中获得的聚合体(StMI-1)20质量份、及所述合成例3-1中获得的聚酰胺酸(PAA-3)80质量份中加入作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)及丁基溶纤剂(butylcellosolve,BC),制成溶媒组成为NMP/BC=50/50(质量比)、固体成分浓度为4.0质量%的溶液。利用孔径1μm的过滤器对所述溶液进行过滤,由此制备液晶取向剂(A-1)。
2.涂布均匀性的评价
使用旋转器将所述1.中制备的液晶取向剂(A-1)涂布于玻璃基板上,利用80℃的热板进行1分钟预烘烤后,在对腔内进行了氮气置换的200℃的烘箱中加热(后烘烤)1小时,由此形成平均膜厚0.1μm的涂膜。通过原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)对所获得的涂膜的表面进行观察,测定中心平均粗糙度(Ra),评价涂膜表面的均匀性。将Ra为5nm以下的情况评价为涂布均匀性“良好(○)”,将Ra大于5nm且未满10nm的情况评价为“可(△)”,将Ra为10nm以上的情况评价为“不良(×)”。其结果,本实施例中为“良好”的评价。
3.在微细凹凸表面的涂布性评价
使用图1的(a)和图1的(b)所示的评价用ITO电极基板来评价液晶取向剂对微细凹凸表面的涂布性。作为评价用ITO电极基板,使用在玻璃基板11的一个表面上空开既定间隔地配置多个条纹形状的ITO电极12而成的基板(参照图1的(a)和图1的(b))。再者,电极宽度A设为50μm,电极间距离B设为2μm,电极高度C设为0.2μm。使用润湿性评价装置LSE-A100T(尼克(NIC)公司制造)在所述评价用ITO电极基板的电极形成面上滴加所述1.中制备的液晶取向剂(A-1),评价对基板的凹凸表面的融合容易度。此时,液滴的润湿扩展越大(相对于液量而言的液滴的润湿扩展面积S(mm2/μL)越大),可以说液晶取向剂对微细凹凸表面的涂布性越良好。
关于评价,在面积S为15mm2/μL以上的情况下设为“非常良好(○○)”,在面积S为10mm2/μL以上且未满15mm2/μL的情况下设为“良好(○)”,在面积S大于5mm2/μL且未满10mm2/μL的情况下设为“可(△)”,在面积S为5mm2/μL以下的情况下设为“不良(×)”。其结果,本实施例中,面积S为10mm2/μL,在微细凹凸表面的涂布性判断为“良好”。
4.印刷性(膜的平坦性)评价
除了将固体成分浓度设为7.0质量%以外,以与所述1.同样的方式制备液晶取向剂。使用液晶取向膜印刷机(日本写真印刷(股)制造的型号S40)将所述液晶取向剂涂布于玻璃基板上。继而,利用80℃的热板进行1分钟预烘烤后,在对腔内进行了氮气置换的200℃的烘箱中加热(后烘烤)1小时,由此形成平均膜厚100nm的涂膜。对于所获得的涂膜,通过映射椭圆偏振装置(mapping ellipsometer)(光子晶格(Photonic-Lattice)公司制造的ME-210)求出面内的膜厚偏差σ,并根据以下基准来评价膜的平坦性。其结果,所述实施例中为“3”的评价,获得了平坦性良好的膜。
<膜的平坦性的评价>
1:σ>0.80
2:0.50<σ≤0.80
3:0.30<σ≤0.50
4:σ≤0.30
[实施例2-1~实施例2-10以及比较例2-1~比较例2-3]
将调配组成如下述表4所示那样加以变更,除此以外,以与实施例2-1相同的固体成分浓度进行制备,分别获得液晶取向剂。再者,在实施例2-3、实施例2-6及实施例2-8中,调配下述表4所示的种类及量的添加剂。另外,使用各液晶取向剂,进行与实施例2-1同样的评价。将这些结果示于下述表4中。
[表4]
表4中,添加剂的简称表示以下化合物。
K-1:偏苯三甲酸单丁酯
K-2:N,N,N′,N′-四缩水甘油基-间苯二甲胺
K-3:3-氨基甲基吡啶
[化36]
若对实施例2-1~实施例2-10与比较例2-2、比较例2-3进行比较,则实施例2-1~实施例2-10的涂布均匀性优异。另外,为与比较例2-1同等的结果。
关于凹凸涂布性,实施例2-1~实施例2-10中为“非常良好”或“良好”的评价,相对于此,比较例2-1~比较例2-3中为“可”或“不良”,实施例的任一者均较比较例优异。尤其是实施例2-3、实施例2-4、实施例2-6~实施例2-10中为“非常良好”的评价,凹凸涂布性优异。另外,关于印刷性,实施例2-1~实施例2-10的任一者均较比较例优异。
根据这些结果得知,通过包含聚合体(P)的液晶取向剂,可形成涂布均匀性、凹凸涂布性及印刷性优异的液晶取向膜。
Claims (7)
1.一种液晶取向剂,含有聚合体(P),所述聚合体(P)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)所表示的部分结构及下述式(4)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种:
式(1)~式(4)中,R1、R2、R10及R14分别独立地为具有下述式(11)所表示的部分结构的一价基团,R3及R11分别独立地为氢原子或碳数1以上的一价有机基;R6~R9、R12、R13、R16及R17分别独立地为氢原子或甲基;X10及X11中的一者为单键,另一者为亚甲基,
式(11)中,X1为氧原子或-NR4-,其中,R4为氢原子或碳数1以上的一价有机基,或者R4为键结于其他基团并与R4所键结的氮原子一同形成环结构的基团;A1为二价芳香环基;L1及L2中的一者为羟基、卤素原子、或通过热而脱离的碳数1以上的一价脱离基,另一者为氢原子。
2.根据权利要求1所述的液晶取向剂,其中所述聚合体(P)具有氧杂环丁基及氧杂环丙基的至少一者。
3.根据权利要求2所述的液晶取向剂,其中所述聚合体(P)具有通过加热而与氧杂环丁基及氧杂环丙基的至少一者反应的官能基。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的液晶取向剂,其中所述聚合体(P)具有选自由羧基及经保护的羧基所组成的群组中的至少一种。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的液晶取向剂,进而含有选自由聚酰胺酸、聚酰胺酸酯及聚酰亚胺所组成的群组中的至少一种聚合体。
7.一种聚合体,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)所表示的部分结构及下述式(4)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种:
式(1)~式(4)中,R1、R2、R10及R14分别独立地为具有下述式(11)所表示的部分结构的一价基团,R3及R11分别独立地为氢原子或碳数1以上的一价有机基;R6~R9、R12、R13、R16及R17分别独立地为氢原子或甲基;X10及X11中的一者为单键,另一者为亚甲基,
式(11)中,X1为氧原子或-NR4-,其中,R4为氢原子或碳数1以上的一价有机基,或者R4为键结于其他基团并与R4所键结的氮原子一同形成环结构的基团;A1为二价芳香环基;L1及L2中的一者为羟基、卤素原子、或通过热而脱离的碳数1以上的一价脱离基,另一者为氢原子。
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