CN113841085A - 聚合物组合物、液晶取向膜、液晶表示元件、及具有液晶取向膜的基板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供被高效地赋予取向控制能力、倾角特性优异的液晶取向膜,提供其的聚合物组合物和液晶表示元件。本发明提供一种具有液晶取向膜的基板的制造方法,其通过具有下述工序而得到被赋予了取向控制能力的液晶取向膜:[I]将聚合物组合物涂布于具有液晶驱动用的电极的基板上而形成涂膜的工序,所述聚合物组合物含有:(A)分别在不同的侧链具有相对于偏振紫外线的平行方向(P波方向)在垂直方向(S波方向)诱发面内取向的部位、和诱发面外取向的部位的聚合物,和(B)有机溶剂;[II]对于[I]中得到的涂膜,以S波成为主要成分的方式从倾斜方向照射偏振紫外线的工序;和[III]将[II]中得到的涂膜加热的工序。
Description
技术领域
本发明涉及新型的聚合物组合物或新型的液晶取向剂、使用其形成的液晶取向膜、具有该液晶取向膜的基板、具有该基板的液晶表示元件、以及具有该取向膜的基板的制造方法。进而,涉及用于制造倾角特性优异的液晶表示元件的新型方法。
背景技术
液晶表示元件已知作为轻量、薄型且低消耗电力的表示装置,近年用于大型的电视用途等,实现惊人的发展。液晶表示元件例如通过具备电极的透明的一对基板夹持液晶层来构成。并且液晶表示元件中,以液晶在基板之间成为所希望的取向状态的方式,使用有由有机材料形成的有机膜作为液晶取向膜。
即,液晶取向膜为液晶表示元件的构成构件、且形成于夹持液晶的基板的与液晶接触的面、发挥使液晶在该基板之间取向成为固定的方向等作用。于是,对于液晶取向膜,除了要求使液晶例如在相对于基板平行的方向等固定方向取向的作用之外,有时还要求控制液晶的预倾角的作用。这种液晶取向膜中控制液晶取向的能力(以下称为取向控制能力)通过对于构成液晶取向膜的有机膜进行取向处理来提供。
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,一直以来已知有摩擦法。摩擦法指的是,对于基板上的聚乙烯醇、聚酰胺、聚酰亚胺等的有机膜,利用棉、尼龙、聚酯等的布在固定方向摩擦(rubbing)其表面,使液晶在摩擦过的方向(rubbing方向)中取向的方法。该摩擦法由于可以简便地实现比较稳定的液晶的取向状态,被用于以往的液晶表示元件的制造工艺。而作为液晶取向膜中使用的有机膜,主要选择耐热性等可靠性、电特性优异的聚酰亚胺系的有机膜。
但是,摩擦由聚酰亚胺等形成的液晶取向膜的表面的摩擦法,有时起尘、静电的产生成为问题。另外,由于近年的液晶表示元件的高精细化、因所对应的基板上的电极、液晶驱动用的开关有源元件所导致的凹凸,不能利用布均匀地摩擦液晶取向膜的表面,有可能不能实现均匀的液晶取向。
因此,作为不进行摩擦的液晶取向膜的其它的取向处理方法,盛行研究光取向法。
光取向法中存在各种方法,通过直线偏光或准直了的光在构成液晶取向膜的有机膜内形成各向异性并通过该各向异性使液晶取向。
作为主要的光取向法,已知分解型的光取向法。例如对于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光方向依存性而发生各向异性的分解。从而通过没有分解而残留的聚酰亚胺使液晶取向(例如参照专利文献1)。
另一方面,液晶取向膜也承担对于液晶赋予某固定的倾角(预倾角)的作用,预倾角的赋予在液晶取向膜的开发中成为重要的问题(参照专利文献2~5)。
另外,也已知利用光交联型进行的光取向法。例如使用聚乙烯基肉桂酸酯,照射偏振紫外线,在与偏光平行的2个侧链的双键部分发生二聚化反应(交联反应)。进而通过对于倾斜方向照射偏振紫外线而表现出预倾角(例如参照非专利文献1)。另外,为了通过光取向法赋予预倾角,已知使用特定的聚合物从倾斜方向进行光照射的技术(专利文献6、非专利文献2)。
如以上例子那样,利用光取向法的液晶取向膜的取向处理方法中,无需摩擦,不会担心产生起尘、静电。并且,即使对于表面存在凹凸的液晶表示元件的基板,也可以实施取向处理、成为适于工业上的生产工艺的液晶取向膜的取向处理的方法。并且,光取向法由于可以通过紫外线控制液晶的取向方向,在像素中形成取向方向不同的多个区域(取向分割),能够补偿视场角依存性,对于液晶表示元件的表示品质的改善有用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第3893659号公报
专利文献2:日本特开平02-223916号
专利文献3:日本特开平04-281427号公报
专利文献4:日本特开平05-043687号公报
专利文献5:日本特开平10-333153号公报
专利文献6:日本特开2000-212310号
非专利文献
非专利文献1:S.Kobayashi et al.,Journal of Photopolymer Science andTechnology,Vol.8,No.2,pp25-262(1995).
非专利文献2:M.Shadt et al.,Nature.Vol381,212(1996).
发明内容
发明要解决的问题
如以上所述那样,与作为液晶表示元件的取向处理方法一直以来在工业上利用的摩擦法相比,光取向法无需摩擦工序本身,因此具备大的优点。并且,与由摩擦而取向控制能力大致固定的摩擦法相比,利用光取向法时,可以改变偏振光的照射量来控制取向控制能力。但是,利用光取向法时,想要实现与利用摩擦法的情况相同程度的取向控制能力的情况下,有可能需要大量的偏振光的照射量、或者不能实现稳定的液晶的取向。
例如,利用上述专利文献1中记载的分解型的光取向法时,需要对于聚酰亚胺膜照射源自输出功率500W的高压汞灯的紫外光60分钟等,需要长时间且大量的紫外线照射。另外,即使在二聚化型、光异构化型的光取向法的情况下,也有时需要数J(焦耳)~数十J左右的大量的紫外线照射。进而,光交联型、光异构化型的光取向法的情况下,液晶的取向的热稳定性、光稳定性变差,因此在形成液晶表示元件时存在产生取向不良、表示余像之类的问题。例如,若在背光源照射的环境下长期使用则存在下述问题:由于背光源而导致利用光的取向处理时的反应的逆反应进行,故失去倾角、即所谓的倾斜恢复,由于这种倾斜恢复而产生取向不良。
另外,利用专利文献6的方法时,由于特定的聚合物的溶解性低,因此使用氯仿溶剂等卤素系溶剂,用于实用场面时还存在问题。
因此,对于光取向法而言,要求取向处理的高效率化、稳定的液晶取向的实现,寻求可以高效地进行对于液晶取向膜赋予高的取向控制能力的液晶取向膜、液晶取向剂。
本发明的目的在于,提供具有高效地赋予取向控制能力、倾角特性优异的液晶表示元件用液晶取向膜的基板以及具有该基板的液晶表示元件。
另外,除了上述目的之外,本发明的目的还在于,提供具有改善了的倾角特性的液晶表示元件以及用于该元件的液晶取向膜。
用于解决问题的方案
本发明人等为了达成上述问题而深入研究,结果发现以下的发明。
<1>一种具有液晶取向膜的基板的制造方法,其特征在于,其通过具有下述工序而得到被赋予了取向控制能力的液晶取向膜:
[I]在具有液晶驱动用的电极的基板上涂布聚合物组合物而形成涂膜的工序,所述聚合物组合物含有:(A)分别在不同的侧链具有相对于偏振紫外线的平行方向(P波方向)在垂直方向(S波方向)诱发面内取向的部位、和诱发面外取向的部位的聚合物,和(B)有机溶剂;
[II]对于[I]中得到的涂膜,以S波成为主要成分的方式从倾斜方向照射偏振紫外线的工序;和
[III]将[II]中得到的涂膜加热的工序。
<2>上述<1>中,上述诱发面内取向的部位为发生光异构化的部位为宜。
<3>上述<1>或<2>中,诱发面内取向的部位为相对于以S波作为主要成分的偏振紫外线的照射方向、即S波的振动方向在平行方向表现出各向异性的基团为宜。
<4>上述<1>~<3>中的任一项中,具有诱发面内取向的部位的侧链优选为具有选自下述式(1)~(3)中的式所示的结构的侧链。
式中,A、B、D各自独立地表示单键、-O-、-CH2-、-COO-、-OCO-、-CONH-或-NH-CO-;
S为碳数1~12的亚烷基,该亚烷基的氢原子各自独立地任选被卤素原子取代;
T为单键或碳数1~12的亚烷基,该亚烷基的氢原子任选被卤素原子取代;
T为单键时B也表示单键;
Y1为2价的苯环;
P1、Q1及Q2各自独立地为选自由苯环和碳数5~8的脂环式烃环组成的组中的基团;
R1为氢原子、-CN、卤素原子、碳数1~5的烷基、(碳数1~5的烷基)羰基、碳数3~7的环烷基或碳数1~5的烷氧基。
Y1、P1、Q1及Q2中,与苯环键合的氢原子各自独立地任选被-CN、卤素原子、碳数1~5的烷基、(碳数1~5的烷基)羰基、或碳数1~5的烷氧基取代;
X1及X2各自独立地表示-O-、-COO-或-OCO-;
n1及n2各自独立地为0、1或2,
X1的数为2时,X1彼此任选相同或不同,X2的数为2时,X2彼此任选相同或不同;
Q1的数为2时,Q1彼此任选相同或不同,Q2的数为2时,Q2彼此任选相同或不同;
虚线表示与聚合性基团的连接键。
<5>一种具有液晶取向膜的基板,其通过上述<1>~<4>所述的制造方法制造。
<6>一种液晶表示元件,其具有上述<5>的基板。
<7>一种液晶表示元件的制造方法,其通过具有下述工序而得到液晶表示元件:
准备上述<5>的基板(第1基板)的工序;
得到具有液晶取向膜的第2基板的工序,该工序通过具有下述[I’]~[III’]工序而得到被赋予了取向控制能力的液晶取向膜:
[I’]在第2基板上涂布上述<1>~<5>中任一项所述的聚合物组合物而形成涂膜的工序,
[II’]对于[I’]中得到的涂膜,以S波成为主要成分的方式照射偏振紫外线的工序,和
[III’]将[II’]中得到的涂膜加热的工序;以及
[IV]以第1基板及第2基板的液晶取向膜夹着液晶相对的方式、以曝光方向互相正交的方式将第1基板及第2基板对置而得到液晶表示元件的工序。
<8>一种液晶表示元件,其通过上述<7>制造。
<9>一种聚合物组合物,其含有:
(A)分别在不同的侧链具有相对于偏振紫外线的平行方向(P波方向)在垂直方向(S波方向)诱发面内取向的部位、和诱发面外取向的部位的聚合物,和
(B)有机溶剂。
<10>一种液晶取向膜,其由上述<9>所述的聚合物组合物得到。
发明的效果
通过本发明,可以提供:具有被高效地赋予了取向控制能力、倾角特性优异的液晶取向膜的基板和具有该基板的液晶表示元件。
通过本发明的方法制造的液晶表示元件由于被高效地赋予了取向控制能力,因此即使长时间连续驱动也不会损害表示特性。
具体实施方式
本发明的制造方法中使用的聚合物组合物含有:(A)分别在不同的侧链具有相对于偏振紫外线的平行方向(P波方向)在垂直方向(S波方向)诱发面内取向的部位、和诱发面外取向的部位的聚合物(以下也仅称为侧链型高分子)。在此,诱发面内取向的部位指的是,通过将偏振UV进行遮光曝光,所形成的倾角<1°,表现出沿面取向的部位。诱发面内取向的部位本来具有与液晶接近的结构,但是具有通过光照射而结构变化从而形成并非与液晶接近的结构这种性质。通过该性质,若对于具有面内取向的部位照射偏光,则仅诱发某方向的面内取向的部位发生结构变化而失去液晶取向性,另一方面,诱发与此不同的方向的面内取向的部位不会发生结构变化而具有与液晶接近的结构,因此液晶沿着此排列。其结果,可以使液晶在面内取向。
并且,诱发面外取向的部位指的是,单独在该部位能够表现出垂面取向的部位。
使用前述聚合物组合物得到的涂膜为具有侧链型高分子的膜。对于该涂膜不进行摩擦处理,而通过从倾斜方向的偏光照射进行取向处理。接着,偏光照射后,经过将该侧链型高分子膜加热的工序,形成赋予了取向控制能力的涂膜(以下也称为液晶取向膜)。此时,通过偏光照射表现出的一点点的各向异性成为驱动力,液晶性的侧链型高分子自身通过自身组织化而有效地再取向。其结果,作为液晶取向膜,实现高效率的取向处理,可以得到被赋予了高的取向控制能力的液晶取向膜。本申请发明的特征在于,作为偏光,使用S波。通过从倾斜方向照射S波,可以规定表现出倾角的方向。
另外,本申请发明中,通过光照射而获得取向性的是诱发面内取向的部位,由此通过诱发面外取向的部位取向而赋予倾角特性。因此,倾角通过诱发面外取向的部位而被赋予,因此即使例如由于背光源等而导致诱发面内取向的部位发生逆反应,具有面外取向的部位也得到稳定保持,因此不会产生所谓的倾斜恢复,可以表现出稳定的倾角特性。
以下对于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>及<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有:
[I]在具有液晶驱动用的电极的基板上涂布于聚合物组合物而形成涂膜的工序,所述聚合物组合物含有:(A)分别在不同的侧链具有相对于偏振紫外线的平行方向(P波方向)在垂直方向(S波方向)诱发面内取向的部位、和诱发面外取向的部位的聚合物,和(B)有机溶剂;
[II]对于[I]中得到的涂膜,以S波成为主要成分的方式从倾斜方向照射偏振紫外线的工序;和
[III]将[II]中得到的涂膜加热的工序。
通过上述工序,可以得到被赋予了取向控制能力的液晶取向膜,可以得到具有该液晶取向膜的基板。
液晶表示元件的制造方法具有:
[IV]以上述得到的第1基板及第2基板的液晶取向膜夹着液晶相对的方式、将第1基板及第2基板对置而得到液晶表示元件的工序。
由此可以得到液晶表示元件。
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,在具有液晶驱动用的电极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)分别在不同的侧链具有相对于偏振紫外线的平行方向(P波方向)在垂直方向(S波方向)诱发面内取向的部位、和诱发面外取向的部位的聚合物;和,有机溶剂。
<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、或丙烯酸基板、聚碳酸酯基板等塑料基板等。
作为用于液晶驱动的电极,优选为ITO(Indium Tin Oxide:氧化铟锡)、IZO(Indium Zinc Oxide:氧化铟锌)等。另外,对于反射型的液晶表示元件而言,若仅形成单侧基板则即使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。
在基板形成电极的方法可以使用以往公知的手法。
<聚合物组合物>
本发明的制造方法中使用的聚合物组合物含有:(A)分别在不同的侧链具有相对于偏振紫外线的平行方向(P波方向)在垂直方向(S波方向)诱发面内取向的部位、和诱发面外取向的部位的聚合物;和,(B)有机溶剂。
《(A)侧链型高分子》
(A)成分为(A)分别在不同的侧链具有相对于偏振紫外线的平行方向(P波方向)在垂直方向(S波方向)诱发面内取向的部位、和诱发面外取向的部位的聚合物。
(A)侧链型高分子通过250~400nm的波长范围的光而反应、并且在100~300℃的温度范围内表现出液晶性为宜。
(A)侧链型高分子优选具有在250~400nm的波长范围的光下进行反应的感光性侧链。
(A)侧链型高分子优选具有用于在100~300℃的温度范围内表现出液晶性的介晶基团。
对于(A)侧链型高分子,相对于偏振紫外线的平行方向(P波方向)在垂直方向(S波方向)诱发面内取向的部位与主链键合,可以感应光而发生异构化反应。此时,即使暴露于热等外部应力中,也可以长期稳定地保持所实现的取向控制能力。若诱发面内取向的部位的结构满足这种特性则没有特别限定,但是优选在侧链结构具有刚直的介晶成分。此时,使该侧链型高分子成为液晶取向膜时,可以得到稳定的液晶取向。
通过(A)侧链型高分子具有相对于偏振紫外线的平行方向(P波方向)在垂直方向(S波方向)诱发面内外取向的部位,从而提供表现出所希望的倾角的液晶取向膜。认为这在作为液晶取向膜使用时,侧链型高分子在诱发面外取向的部位靠近,由此表现出各向异性,得到倾角。
该高分子的结构例如可以形成如下结构:具有主链和与其键合的侧链,该侧链具有联苯基、三联苯基、苯基环己基、苯基苯甲酸酯基、偶氮苯基等介晶成分、和感应光而进行异构化反应的感光性基团。
作为能够表现出液晶性的感光性的侧链型高分子膜的结构的更具体的例子,优选为具有如下链的结构:通过选自由烃、(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一种构成的主链;具有诱发面内取向的部位的侧链;具有诱发面外取向的部位的侧链;和,根据需要具有液晶性的侧链。
作为(A)成分的侧链型高分子中的具有诱发面内取向的部位的侧链,优选为具有由下述式(1)~(3)中的至少一种形成的结构的侧链。
式中,A、B、D各自独立地表示单键、-O-、-CH2-、-COO-、-OCO-、-CONH-或-NH-CO-;
S为碳数1~12的亚烷基,该亚烷基的氢原子各自独立地任选被卤素原子取代;
T为单键或碳数1~12的亚烷基,该亚烷基的氢原子任选被卤素原子取代;
T为单键时B也表示单键;
Y1为2价的苯环;
P1、Q1及Q2各自独立地为选自由苯环和碳数5~8的脂环式烃环组成的组中的基团;
R1为氢原子、-CN、卤素原子、碳数1~5的烷基、(碳数1~5的烷基)羰基、碳数3~7的环烷基或碳数1~5的烷氧基。
Y1、P1、Q1及Q2中,与苯环键合的氢原子各自独立地任选被-CN、卤素原子、碳数1~5的烷基、(碳数1~5的烷基)羰基、或碳数1~5的烷氧基取代;
X1及X2各自独立地表示-O-、-COO-或-OCO-;
n1及n2各自独立地为0、1或2,
X1的数为2时,X1彼此任选相同或不同,X2的数为2时,X2彼此任选相同或不同;
Q1的数为2时,Q1彼此任选相同或不同,Q2的数为2时,Q2彼此任选相同或不同;
虚线表示与聚合性基团的连接键。
对于光取向性侧链,从对溶剂的溶解性的观点考虑,优选一个侧链所具有的苯环数和萘环数的总计为3个以内。
另外,从通过以S波作为主要成分的偏振紫外线的从倾斜方向的照射而容易赋予各向异性的观点考虑,本申请记载的工艺中,优选为相对于偏振紫外线的照射方向、即S波的振动方向在平行方向表现出各向异性的基团。
作为诱发面外取向的部位,没有特别限定,优选为包含碳数1~17的烃基的基团、具体而言式(4)所示的基团是合适的。
式(4)中,Y1表示单键,或表示选自-O-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-NH2-、-NHCO-、-NH-CO-O-和-NH-CO-NH-中的键合基团,
Y2表示单键、碳数1~15的亚烷基或-CH2-CH(OH)-CH2-基,或表示选自苯环、环己烷环或杂环中的2价环状基团,环状基团上的任意的氢原子可以被Z取代,
Y3表示单键或碳数1~15的亚烷基,
Y4表示单键、选自苯环、环己烷环或杂环中的2价环状基团、或碳数17~30的具有类固醇骨架的2价有机基团,环状基团上的任意氢原子可以被Z取代,
Y5表示选自苯环、环己烷环或杂环中的2价环状基团,这些环状基团上的任意氢原子可以被Z取代,m表示0~4的整数,m为2以上的情况下,Y5可以互相相同或不同,
Y6表示氢原子、碳数1~17的烷基、碳数1~17的氟化烷基、碳数2~17的烷氧基烷基或碳数2~17的氟化烷氧基烷基,
Z表示碳数1~3的烷基、碳数1~3的烷氧基、碳数1~3的氟化烷基、碳数1~3的氟化烷氧基或氟原子,烷基、烷氧基、氟化烷基和氟化烷氧基,只要键合基团彼此不邻接,则其中可以具有1~3个的上述键合基团,
Y2~Y6中,亚烷基、-CH2-CH(OH)-CH2-基、2价环状基团、具有类固醇骨架的2价有机基团、烷基、烷氧基烷基、氟化烷基和氟化烷氧基烷基可以跟与它们邻接的基团借由上述键合基团而键合。
其中,Y2~Y6所表示的取代基的总碳数也包括键合基团的碳数在内,为1~30。
对于上述碳数1~15的亚烷基,可列举出后述的碳数1~17的烷基中从碳数1~15的烷基去除1个氢原子而成的2价基团,作为其具体例,可列举出亚甲基、亚乙基、亚丙基、三亚甲基、四亚甲基、五亚甲基、六亚甲基、七亚甲基、八亚甲基等。
作为杂环的具体例,可列举出吡咯环、咪唑环、噁唑环、噻唑环、吡唑环、吡啶环、嘧啶环、喹啉环、异喹啉环、咔唑环、嘌呤环、噻二唑环、哒嗪环、吡唑啉环、三嗪环、吡唑烷环、三唑环、吡嗪环、苯并咪唑环、噌啉环、菲咯啉环、吲哚环、喹喔啉环、苯并噻唑环、吩噻嗪环、噁二唑环、吖啶环等,它们之中,优选为吡咯环、咪唑环、吡唑环、吡啶环、嘧啶环、咔唑环、哒嗪环、吡唑啉环、三嗪环、吡唑烷环、三唑环、吡嗪环、苯并咪唑环。
作为碳数17~30的具有类固醇骨架的2价有机基团的具体例,可列举出胆甾醇基、雄甾醇基、β-胆甾醇基、表雄甾醇基、麦角甾醇基、雌甾醇基、11α-羟基甲基甾醇基、11α-孕甾醇基、羊毛甾醇基、美雌醇基、甲基睾甾醇基、炔诺甾醇基、孕烯醇酮基(pregnenolonyl)、β-谷甾醇基、豆甾醇基、睾甾醇基(testosteryl)、和具有从乙酸胆甾醇酯等所选出的结构中去除2个氢原子而成的结构的2价有机基团,但是不限于它们。
作为碳数1~17的烷基,可列举出甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、1-甲基-正己基、2-甲基-正己基、3-甲基-正己基、1,1-二甲基-正戊基、1,2-二甲基-正戊基、1,3-二甲基-正戊基、2,2-二甲基-正戊基、2,3-二甲基-正戊基、3,3-二甲基-正戊基、1-乙基-正戊基、2-乙基-正戊基、3-乙基-正戊基、1-甲基-1-乙基-正丁基、1-甲基-2-乙基-正丁基、1-乙基-2-甲基-正丁基、2-甲基-2-乙基-正丁基、2-乙基-3-甲基-正丁基、正辛基、1-甲基-正庚基、2-甲基-正庚基、3-甲基-正庚基、1,1-二甲基-正己基、1,2-二甲基-正己基、1,3-二甲基-正己基、2,2-二甲基-正己基、2,3-二甲基-正己基、3,3-二甲基-正己基、1-乙基-正己基、2-乙基-正己基、3-乙基-正己基、1-甲基-1-乙基-正戊基、1-甲基-2-乙基-正戊基、1-甲基-3-乙基-正戊基、2-甲基-2-乙基-正戊基、2-甲基-3-乙基-正戊基、3-甲基-3-乙基-正戊基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基等。
作为碳数1~17的氟化烷基,可列举出上述碳数1~17的烷基中的至少一个氢原子被氟原子取代而成的基团,作为其具体例,可列举出氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、五氟乙基、2,2,2-三氟乙基、七氟丙基、2,2,3,3,3-五氟丙基、2,2,3,3-四氟丙基、2,2,2-三氟-1-(三氟甲基)乙基、九氟丁基、4,4,4-三氟丁基、十一氟戊基、2,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟戊基、2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊基、十三氟己基、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6-十一氟己基、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-十氟己基、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基等。
作为碳数1~17的氟化烷氧基的具体例,可列举出在上述碳数1~17的氟化烷基键合氧原子(-O-)而成的基团,作为其具体例,可列举出氟甲氧基、二氟甲氧基、三氟甲氧基、五氟乙氧基、2,2,2-三氟乙氧基、七氟丙氧基、2,2,3,3,3-五氟丙氧基、2,2,3,3-四氟丙氧基、2,2,2-三氟-1-(三氟甲基)乙氧基、九氟丁氧基、4,4,4-三氟丁氧基、十一氟戊氧基、2,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟戊氧基、2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊氧基、十三氟己氧基、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6-十一氟己氧基、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-十氟己氧基、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己氧基等。
需要说明的是,作为上述Z中的碳数1~3的烷基,可列举出对于上述碳数1~17例示的基团中碳数1~3的烷基,作为碳数1~3的烷氧基,可列举出对于上述碳数1~17的烷氧基例示的基团中碳数1~3的烷氧基,作为碳数1~3的氟化烷基,可列举出对于上述碳数1~17的氟化烷基例示的基团中碳数1~3的氟化烷基,作为碳数1~3的氟化烷氧基,可列举出对于上述碳数1~17的氟化烷氧基例示的基团中碳数1~3的氟化烷氧基。
它们之中,从合成的容易程度等观点考虑,Y1优选为单键,Y2优选为苯环或环己烷环,Y3优选为碳数1~15的亚烷基、更优选碳数1~9的亚烷基,Y4优选为苯环、环己烷环或碳数17~30的具有类固醇骨架的2价有机基团,Y5优选为苯环或环己烷环,Y6优选为碳数1~17的烷基、碳数1~10的氟化烷基、碳数2~17的烷氧基烷基或碳数2~17的氟化烷氧基烷基、更优选碳数1~12的烷基、更进一步优选碳数1~9的烷基。
其中,Y4为具有类固醇骨架的2价有机基团的情况下,Y6优选为氢原子。
另外,从原料的获得性、合成的容易程度等观点考虑,m优选为0~3、更优选0~2、更进一步优选0或1。
需要说明的是,上述亚烷基、烷基、氟化烷基、烷氧基和氟化烷氧基只要键合基团彼此不邻接则其中可以具有1~3个上述键合基团,Y2~Y6中,亚烷基、-CH2-CH(OH)-CH2-基、2价环状基团、具有类固醇骨架的2价有机基团、烷基和氟化烷基可以跟与它们邻接的基团借由上述键合基团而键合。
另外,Y2~Y6分别表示的取代基的总碳数为1~30,但是优选为1~20。末端具有烷基的情况下,末端的烷基优选为碳数1~17的烷基。
另外,除了上述诱发面外取向的部位(a-1)以外,例如还可以合适地使用上述Y1~Y4为单键,m为2或3,Y5为苯环或环己烷环,Y6为碳数1~17的烷基的诱发面外取向的部位(a-2)。
作为这种诱发面外取向的部位(a-2)的具体例,可列举出下述(a-2-1)~(a-2-7)所示的基团,但是不限定于它们。
式中,Y6与上述相同,Y表示单键或者表示选自-O-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-NH2-、-NHCO-、-NH-CO-O-和-NH-CO-NH-中的键合基团。
进而,除了上述诱发面外取向的部位(a-1)及(a-2)之外,例如还可以合适地使用上述Y1~Y3为单键,Y4为碳数17~30的具有类固醇骨架的2价有机基团,m为0,Y6为氢原子的诱发面外取向的部位(a-3)。
作为这种诱发面外取向的部位(a-3),可列举出例如下述(a-3-1)~(a-3-8)所示的基团,但是不限定于它们。需要说明的是,式中,*表示键合位置。
以上说明的诱发面外取向的部位可以使用具有其的(甲基)丙烯酸类单体、乙烯基系单体、苯乙烯系单体、马来酰亚胺系单体等具有不饱和双键的单体而导入到聚合物中,这种情况下,也优选使用具有上述诱发面外取向的部位的(甲基)丙烯酸类单体而导入到聚合物中。
另外,(A)侧链型高分子具有选自由下述式(21)~(31)组成的组中的1种或多种的液晶性侧链为宜。
式中,A及B具有与上述相同的定义;
q1及q2各自独立地为0或1。
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,与它们键合的氢原子各自独立地可以被-NO2、-CN、卤素原子、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、卤素原子、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(23)~(24)中,全部m的总计为2以上,式(25)~(26)中,全部的m的总计为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、卤素原子、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-。
[具有诱发面内取向的部位的单体]
具有诱发面内取向的部位的单体指的是,在形成高分子的情况下,可以形成在高分子的侧链部位具有诱发面内取向的部位的高分子的单体。
作为具有诱发面内取向的部位的单体,优选为具有式(1)的结构的单体(A-1)、具有式(2)的结构的单体(A-2)和具有式(3)的结构的单体(A-3)。
单体(A-1)和单体(A-2)优选的是,具有:通过选自由烃、(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三烷氧基甲硅烷基组成的组中的至少一种构成的聚合性基团;和,选自上述式(1)及(2)所示的结构中的感光性侧链的单体。
作为聚合性基团,优选选自下述式PG1~PG8所示的基团中。其中,从聚合反应的控制容易的观点和聚合物的稳定性的观点考虑,优选为PG1所示的丙烯酰氧基或甲基丙烯酰氧基。需要说明的是,式中,虚线表示与上述式(1)、(2)或(3)所示的感光性侧链的连接键。另外,式PG1中,M1为氢原子或甲基。
作为单体(A-1),可列举出例如选自下述式A-1-1~A-1-12中的单体。下述式A1-1~A1-12中,PG表示选自上述式PG1~PG8所示的基团中的聚合性基团,s1表示亚甲基数、为2~9的整数。
作为单体(A-2),可列举出例如选自下述式A-2-1~A-2-8中的单体。下述式A2-1~A2-8中,PG表示选自上述式PG1~PG8所示的基团中的聚合性基团,s1和s2各自独立地表示亚甲基数、为2~9的整数。
上述单体(A-1)和单体(A-2)有的市售,有的例如可以通过国际专利申请公开WO2014/074785等中记载的方法制造。
单体(A-3)为具有基团(3)的单体,该基团(3)仅有其时不具有液晶性,但是通过在面内利用氢键而二聚化,从而成为接近于液晶的结构。这并不是通过光照射发生结构变化时氢键断裂而与液晶接近的结构。由此,通过上述机理而能够成为诱发面内取向的部位。
作为具有这种基团(3)的单体(A-3),可列举出例如选自下述式A-3-1~A-3-5中的单体。下述式中,PG表示选自上述式PG1~PG8所示的基团中的聚合性基团,s1表示亚甲基数、为2~9的整数。
作为具有上述式(3)所示的结构的单体(A-3),可列举出例如4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)肉桂酸、4-(6-丙烯酰氧基己基-1-氧基)肉桂酸、4-(3-甲基丙烯酰氧基丙基-1-氧基)肉桂酸、4-(4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)苯甲酰氧基)肉桂酸等。
[具有诱发面外取向的部位的单体]
作为具体的单体,可列举出烷基的碳数为1~20的(甲基)丙烯酸的烷基酯、烷基乙烯基醚、2-烷基苯乙烯、3-烷基苯乙烯、4-烷基苯乙烯、N-烷基马来酰亚胺。
这些单体可以通过公知的方法制造,另外能够作为市售品获得。
需要说明的是,使用具有上述式(4)所示的诱发面外取向的部位的(甲基)丙烯酸类单体而在聚合物中导入诱发面外取向的部位的情况下,具有该诱发面外取向的部位的侧链通过下述式(4’)表示。
作为这种具有面外取向性基团的单体,例如优选为选自由下述式M3-1~M3-4组成的组中的式所示的单体。下述式中,X及Y各自独立地表示单键、-O-、-CH2-、-NH-、-CO-、-COO-或-OCO-,R表示甲基、甲氧基或三氟甲基,PG表示选自上述式PG1~PG8所示的基团中的聚合性基团,s1表示亚甲基数、为2~9的整数,s2表示亚甲基数、为2~12的整数。
[液晶性侧链单体]
液晶性侧链单体指的是,源自该单体的高分子表现出液晶性、该高分子可以在侧链部位形成介晶基团的单体。
作为侧链所具有的介晶基团,可以为联苯、苯甲酸苯酯等单独成为介晶结构的基团、或如苯甲酸等那样通过侧链彼此形成氢键而成为介晶结构的基团。作为侧链所具有的介晶基团,优选为下述结构。
作为液晶性侧链单体的更具体的例子,优选的是,具有:通过选自由烃、(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一种构成的聚合性基团;和,由上述式(21)~(31)中的至少一种形成的侧链的结构。
这种液晶性单体中,作为具有羧基的单体,也可以使用选自由下述式M2-1~M2-5组成的组中的式所示的单体。下述式中,PG表示选自上述式PG1~PG8所示的基团中的聚合性基团,s1表示亚甲基数、为2~9的整数。
另外,对于作为该其它单体的一例的具有表现出液晶性的取代基的单体,也可以使用选自由下述式M2-10~M2-16组成的组中的式所示的单体。下述式中,PG表示选自上述式PG1~PG8所示的基团中的聚合性基团,s1表示亚甲基数、为2~9的整数。
[具有侧链(a)的单体]
作为本申请的(A)成分的聚合物,为了得到耐久性更高的液晶取向膜,可以还包含具有选自含氮芳香族杂环基、酰胺基和氨基甲酸酯基中的基团的侧链(a)。为了制造具有侧链(a)的聚合物,只要使具有侧链(a)的单体共聚即可。
作为上述具有侧链(a)的单体,优选的是,包含:通过选自由烃、(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一种构成的聚合性基团;和,具有含氮芳香族杂环基、酰胺基和氨基甲酸酯基的侧链的结构。酰胺基和氨基甲酸酯基的NH可以不被取代。作为可以被取代时的取代基,可列举出烷基、氨基的保护基团、苄基等。
含氮芳香族杂环为含有选自由下述的式[20a]、式[20b]和式[20c](式中,Z2为碳数1~5的直链或支链烷基)组成的组中的结构至少1个、优选1~4个的芳香族杂环为宜。
具体而言,可列举出吡咯环、咪唑环、噁唑环、噻唑环、吡唑环、吡啶环、嘧啶环、喹啉环、吡唑啉环、异喹啉环、咔唑环、嘌呤环、噻二唑环、哒嗪环、吡唑啉环、三嗪环、吡唑烷环、三唑环、吡嗪环、苯并咪唑环、噌啉环、菲咯啉环、吲哚环、喹喔啉环、苯并噻唑环、吩噻嗪环、噁二唑环、吖啶环等。进而,可以在这些含氮芳香族杂环的碳原子中具有含有杂原子的取代基。
它们之中,例如优选为吡啶环。
这种单体中,作为具有含氮芳香族杂环基的单体,具体而言,可列举出例如2-(2-吡啶基羰基氧基)乙基(甲基)丙烯酸酯、2-(3-吡啶基羰基氧基)乙基(甲基)丙烯酸酯、2-(4-吡啶基羰基氧基)乙基(甲基)丙烯酸酯等。
作为具有酰胺基或氨基甲酸酯基的单体,具体而言,可列举出例如2-(4-甲基哌啶-1-基羰基氨基)乙基(甲基)丙烯酸酯、4-(6-甲基丙烯酰氧基己氧基)苯甲酸N-(叔丁氧基羰基)哌啶-4-基酯、4-(6-甲基丙烯酰氧基己氧基)苯甲酸2-(叔丁氧基羰基氨基)乙酯等。
(A)侧链型高分子可以通过上述具有诱发面内取向的部位的单体及具有诱发面外取向的部位的单体、和根据需要的具有液晶性侧链的单体及根据需要的具有侧链(a)的单体的共聚反应来得到。进而在不会损害本发明效果的范围内可以与其它单体共聚。
作为其它单体,可列举出例如工业上可以获得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、甲氧基三甘醇丙烯酸酯、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-金刚烷酯、丙烯酸2-丙基-2-金刚烷酯、丙烯酸8-甲基-8-三环癸酯、和丙烯酸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、甲氧基三甘醇甲基丙烯酸酯、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-金刚烷酯、甲基丙烯酸2-丙基-2-金刚烷酯、甲基丙烯酸8-甲基-8-三环癸酯、和甲基丙烯酸8-乙基-8-三环癸酯等。
作为乙烯基化合物,可列举出例如乙烯基醚、甲基乙烯基醚、苄基乙烯基醚、2-羟基乙基乙烯基醚、苯基乙烯基醚、和丙基乙烯基醚等。
作为苯乙烯化合物,可列举出例如苯乙烯、2-甲基苯乙烯、3-甲基苯乙烯、2-氯苯乙烯、3-氯苯乙烯、2-溴苯乙烯、3-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、和N-环己基马来酰亚胺等。
对于本发明的侧链型高分子中的诱发面外取向的部位的含量,从对液晶取向性的影响的观点考虑,优选为0.1摩尔%~50摩尔%、更优选0.5摩尔%~40摩尔%、进一步优选1摩尔%~35摩尔%。
对于本发明的侧链型高分子中的具有诱发面内取向的部位的侧链的含量,从液晶取向性的观点考虑,优选为20摩尔%~99.9摩尔%、更优选30摩尔%~95摩尔%、进一步优选40摩尔%~90摩尔%。
对于本发明的侧链型高分子中的液晶性侧链的含量,从液晶取向性的观点考虑,优选为80摩尔%以下、含有的情况下更优选10摩尔%~70摩尔%、进一步优选20摩尔%~60摩尔%。
对于本发明的侧链型高分子中的侧链(a)的含量,从倾角表现的观点考虑,优选为60摩尔%以下、含有的情况下更优选0.3摩尔%~50摩尔%、进一步优选0.5摩尔%~30摩尔%。
本发明的侧链型高分子可以含有除了具有诱发面外取向的部位的侧链、具有诱发面内取向的部位的侧链、液晶性侧链和侧链(a)以外的其它侧链。在具有诱发面外取向的部位的侧链、具有诱发面内取向的部位的侧链、液晶性侧链和侧链(a)的含量的总计不满足100%的情况下,其含量为其剩余的部分。
对于本实施方式的侧链型高分子的制造方法没有特别限定,可以利用工业上使用的通用的方法。具体而言,可以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。它们之中,从反应控制的容易程度等观点考虑,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、可逆加成-断裂型链转移(RAFT)聚合试剂等公知的化合物。
自由基热聚合引发剂为通过加热到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(过氧化甲乙酮、过氧化环己酮等)、二酰基过氧化物类(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、异丙基苯过氧化氢等)、过氧化二烷基类(二-叔丁基过氧化物、过氧化二异丙基苯、过氧化二月桂酰等)、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、过氧化新戊酸-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种或组合两种以上来使用。
自由基光聚合引发剂只要为通过光照射而引发自由基聚合的化合物则没有特别限定。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(二乙基氨基)二苯甲酮、咕吨酮、噻吨酮、异丙基咕吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、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-吗啉代基丙烷-1-酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代基苯基)-丁酮-1、4-二甲基氨基苯甲酸乙酯、4-二甲基氨基苯甲酸异戊酯、4,4’-二(过氧化叔丁基羰基)二苯甲酮、3,4,4’-三(过氧化叔丁基羰基)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-二甲基氨基苯乙烯基)苯并噁唑、2-(对-二甲基氨基苯乙烯基)苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑、3,3’-羰基双(7-二乙基氨基香豆素)、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-2-二甲基氨基丙酰基)咔唑、3,6-双(2-甲基-2-吗啉代基丙酰基)-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(过氧化叔丁基羰基)二苯甲酮、3,3’,4,4’-四(过氧化叔己基羰基)二苯甲酮、3,3’-二(甲氧基羰基)-4,4’-二(过氧化叔丁基羰基)二苯甲酮、3,4’-二(甲氧基羰基)-4,3’-二(过氧化叔丁基羰基)二苯甲酮、4,4’-二(甲氧基羰基)-3,3’-二(过氧化叔丁基羰基)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或两种以上混合来使用。
对于自由基聚合法没有特别限制,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的侧链型高分子的聚合反应中使用的有机溶剂,只要所生成的高分子溶解则没有特别限定。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、乙二醇单异丙基醚、乙二醇单丁基醚、丙二醇、丙二醇单乙酸酯、丙二醇单甲基醚、丙二醇-叔丁基醚、一缩二丙二醇单甲基醚、二甘醇、二甘醇单乙酸酯、二甘醇二甲基醚、一缩二丙二醇单乙酸酯单甲基醚、一缩二丙二醇单甲基醚、一缩二丙二醇单乙基醚、一缩二丙二醇单乙酸酯单乙基醚、一缩二丙二醇单丙基醚、一缩二丙二醇单乙酸酯单丙基醚、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、三丙二醇甲基醚、3-甲基-3-甲氧基丁醇、二异丙基醚、乙基异丁基醚、二异丁烯、戊基乙酸酯、丁基丁酸酯、丁基醚、二异丁基酮、甲基环己烯、丙基醚、二己基醚、二噁烷、正己烷、正戊烷、正辛烷、二乙基醚、环己酮、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、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-乙氧基丙酸甲基乙基酯、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或混合使用。进而,即使是不溶解所生成的高分子的溶剂,也可以在所生成的高分子不会析出的范围内混合到上述有机溶剂来使用。
另外,自由基聚合中,有机溶剂中的氧成为抑制聚合反应的原因,因此有机溶剂优选使用以能够实现的程度进行了脱气的有机溶剂。
自由基聚合时的聚合温度可以选择30~150℃的任意温度,但是优选处于50~100℃的范围内。另外,反应可以以任意浓度进行,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的搅拌,因此单体浓度优选为1~50质量%、更优选5~30质量%。可以反应初期以高浓度进行、然后追加有机溶剂。
上述的自由基聚合反应中,若自由基聚合引发剂的比率相对于单体多则所得到的高分子的分子量减小,若少则所得到的高分子的分子量增大,因此自由基引发剂的比率相对于所聚合的单体优选为0.1~10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]
由通过上述反应得到的能够表现出液晶性的感光性的侧链型高分子的反应溶液回收所生成的高分子的情况下,可以将反应溶液投入到不良溶剂、使这些聚合物沉淀。作为沉淀中使用的不良溶剂,可列举出甲醇、丙酮、己烷、庚烷、丁基溶纤剂、庚烷、甲乙酮、甲基异丁基酮、乙醇、甲苯、苯、二乙基醚、甲基乙基醚、水等。投入到不良溶剂而沉淀的聚合物在过滤、回收后,可以在常压或减压下进行常温或加热来进行干燥。另外,若重复将所沉淀回收的聚合物再溶解于有机溶剂、进行再沉淀回收的操作2次~10次,则可以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,若使用选自它们之中的3种以上不良溶剂则进一步提高纯化效率,因此优选。
对于本发明的(A)侧链型高分子的分子量,在考虑到所得到的涂膜的强度、涂膜形成时的作业性、和涂膜的均匀性的情况下,利用GPC(Gel Permeation Chromatography)法测定得到的重均分子量优选为2000~1000000、更优选5000~500000。
[聚合物组合物的制造]
本发明中使用的聚合物组合物优选以适于液晶取向膜形成的方式作为涂布液制造。即,本发明中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制造。在此,该树脂成分指的是,含有已经说明的能够表现出液晶性的感光性的侧链型高分子的树脂成分。此时,树脂成分的含量优选为1~20质量%、更优选3~15质量%、特别优选3~10质量%。
本实施方式的聚合物组合物中,前述的树脂成分可以全部为上述的能够表现出液晶性的感光性的侧链型高分子,但是在不会损害液晶表现能力和感光性能的范围内可以混合除了它们以外的其它聚合物。此时,树脂成分中的其它聚合物的含量为0.5~80质量%、优选1~50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、并非能够表现出液晶性的感光性的侧链型高分子的聚合物等。
<(B)有机溶剂>
本发明中使用的聚合物组合物中使用的有机溶剂只要为溶解树脂成分的有机溶剂则没有特别限定。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-ε-己内酰胺、2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-乙烯基-2-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-2-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、丙二醇单甲基醚、丙二醇-叔丁基醚、一缩二丙二醇单甲基醚、二甘醇、二甘醇单乙酸酯、二甘醇二甲基醚、一缩二丙二醇单乙酸酯单甲基醚、一缩二丙二醇单甲基醚、一缩二丙二醇单乙基醚、一缩二丙二醇单乙酸酯单乙基醚、一缩二丙二醇单丙基醚、一缩二丙二醇单乙酸酯单丙基醚、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、三丙二醇甲基醚等。它们可以单独使用或混合使用。
本发明中使用的聚合物组合物可以含有上述(A)和(B)成分以外的成分。作为其例子,可列举出使涂布聚合物组合物时的膜厚均匀性、表面平滑性改善的溶剂、化合物、使液晶取向膜与基板的密合性改善的化合物、(C)胺化合物等,但是不限于此。
作为使膜厚的均匀性、表面平滑性改善的溶剂(不良溶剂)的具体例,可列举出以下的例子。
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、乙二醇单异丙基醚、乙二醇单丁基醚、丙二醇、丙二醇单乙酸酯、丙二醇单甲基醚、丙二醇-叔丁基醚、一缩二丙二醇单甲基醚、二甘醇、二甘醇单乙酸酯、二甘醇二甲基醚、一缩二丙二醇单乙酸酯单甲基醚、一缩二丙二醇单甲基醚、一缩二丙二醇单乙基醚、一缩二丙二醇单乙酸酯单乙基醚、一缩二丙二醇单丙基醚、一缩二丙二醇单乙酸酯单丙基醚、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、三丙二醇甲基醚、3-甲基-3-甲氧基丁醇、二异丙基醚、乙基异丁基醚、二异丁烯、乙酸戊酯、丁酸丁酯、丁基醚、二异丁基酮、甲基环己烯、丙基醚、二己基醚、1-己醇、正己烷、正戊烷、正辛烷、二乙基醚、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丙酯、乳酸正丁酯、乳酸异戊酯、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-乙氧基丙酸甲基乙基酯、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-单甲基醚-2-乙酸酯、丙二醇-1-单乙基醚-2-乙酸酯、一缩二丙二醇、2-(2-乙氧基丙氧基)丙醇等具有低表面张力的溶剂等。
这些不良溶剂可以使用1种或混合多种来使用。使用上述那样的溶剂的情况下,为了不显著降低聚合物组合物中含有的溶剂整体的溶解性,优选为全部溶剂的5~80质量%、更优选20~60质量%。
作为使膜厚的均匀性、表面平滑性改善的化合物,可列举出氟系表面活性剂、硅氧烷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(MitsubishiMaterials Electronic Chemicals Co.,Ltd.制)、Megaface(注册商标)F171、F173、R-30(DIC公司制)、Fluorad FC430、FC431(3M Japan Limited制)、ASAHI GUARD(注册商标)AG710(AGC公司制)、Surflon(注册商标)S-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(AGC SEIMI CHEMICAL CO.,LTD.制)等。这些表面活性剂的使用比率相对于聚合物组合物中含有的树脂成分的100质量份,优选为0.01~2质量份、更优选0.01~1质量份。
作为使液晶取向膜与基板的密合性改善的化合物的具体例,可列举出以下所示的含有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-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等。
进而,除了为了改善基板与液晶取向膜的密合性,还为了防止构成液晶表示元件时由于背光源所导致的电特性降低等,可以在聚合物组合物中含有以下那样的酚醛塑料系添加剂、含有环氧基的化合物的添加剂。具体的酚醛塑料系添加剂如以下所示,但是不限于该结构。
作为具体的含有环氧基的化合物,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-间二甲苯二胺、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。
在使用改善与基板的密合性的化合物的情况下,其用量相对于聚合物组合物中含有的树脂成分的100质量份优选为0.1~30质量份、更优选1~20质量份。若用量小于0.1质量份则不能期待密合性改善的效果,若多于30质量份则液晶的取向性有可能变差。
<(C)胺化合物>
本发明中使用的聚合物组合物中,作为(C)成分,可以具有特定的胺化合物、具体而言分子内具有1个伯氨基和含氮芳香族杂环、并且前述伯氨基与脂肪族烃基或非芳香族环式烃基键合而成的胺化合物。这种化合物在WO2008/013285号公报中作为(B)成分记载。通过含有上述胺化合物,在成为液晶取向膜时,可以降低离子性杂质的溶出。
特定的胺化合物只要在本发明中使用的聚合物组合物成为液晶取向膜时发挥以下的效果i)和/或ii)则没有特别限定。i)在液晶取向膜界面吸附液晶中的离子性杂质、和/或ii)获得改善了的电压保持率。
特定的胺化合物的量只要发挥上述效果则没有特别限定,在本发明中使用的聚合物组合物100质量份中为0.01~10质量份、优选0.1~5质量份为宜。
作为添加剂,也可以使用光敏剂。优选为无色敏化剂和三重态敏化剂。
作为光敏剂,存在芳香族硝基化合物、香豆素(7-二乙基氨基-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、和经氨基取代的、芳香族2-羟基酮(2-羟基二苯甲酮、单或二-对(二甲基氨基)-2-羟基二苯甲酮)、苯乙酮、蒽醌、咕吨酮、噻吨酮、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-萘甲酰基亚甲基)-3-甲基苯并噻唑啉、2-(α-萘甲酰基亚甲基)-3-甲基苯并噻唑啉、2-(4-联苯甲酰基亚甲基)-3-甲基苯并噻唑啉、2-(β-萘甲酰基亚甲基)-3-甲基-β-萘并噻唑啉、2-(4-联苯甲酰基亚甲基)-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-萘甲酰基亚甲基)-3-甲基苯并噁唑啉、2-(α-萘甲酰基亚甲基)-3-甲基苯并噁唑啉、2-(4-联苯甲酰基亚甲基)-3-甲基苯并噁唑啉、2-(β-萘甲酰基亚甲基)-3-甲基-β-萘并噁唑啉、2-(4-联苯甲酰基亚甲基)-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-烷基化苯二甲酸、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、及9-蒽羧酸)、苯并吡喃、偶氮中氮茚、甲基香豆素等。
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、咕吨酮、噻吨酮、和苯乙酮缩酮。
聚合物组合物中,除了上述之外,若处于不会损害本发明效果的范围内则为了改变液晶取向膜的介电常数、导电性等电特性而可以添加电介体、导电物质,进而为了提高成为液晶取向膜时的膜的硬度、致密度而可以添加交联性化合物。
对于将上述聚合物组合物涂布于具有液晶驱动用的电极的基板上的方法没有特别限定。
在工业上,涂布方法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,可以根据需要使用它们。
在具有液晶驱动用的电极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50~230℃、优选50~220℃下蒸发溶剂0.4~60分钟、优选0.5~10分钟而得到涂膜。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5~300nm、更优选10~150nm。
需要说明的是,在工序[I]之后、接下来的工序[II]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,以S波成为主要成分的方式从倾斜方向照射偏振紫外线。对于涂膜的膜面照射偏振紫外线的情况下,对于基板从固定的方向借由偏光板照射偏振紫外线。作为所使用的紫外线,可以使用波长100~400nm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,例如可以以能选择性地诱发光交联反应的方式选择波长290~400nm的范围的紫外线来使用。作为紫外线,例如可以使用由高压汞灯辐射的光。
以S波成为主要成分的方式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。
偏振紫外线的照射方向通常相对于基板为1°~89°、但是优选10°~80°、特别优选20°~70°。该角度过小的情况下,存在预倾角减小之类的问题,过大的情况下,存在预倾角升高之类的问题。
作为将照射方向调节到上述角度的方法,存在倾斜基板自身的方法和倾斜光线的方法,但是从液晶表示元件的生产能力的观点考虑,更优选倾斜光线自身。
<工序[III]>
工序[III]中,将工序[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表现出所使用的涂膜的液晶性的温度来确定。
加热温度优选处于侧链型高分子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。如涂膜那样的薄膜表面的情况下,预想涂膜表面的液晶表现温度低于以整体观察能够表现出液晶性的感光性的侧链型高分子时的液晶表现温度。因此,加热温度更优选处于涂膜表面的液晶表现温度的温度范围内。即,对于偏振紫外线照射后的加热温度的温度范围,优选为比所使用的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、并且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。若加热温度低于上述温度范围则存在涂膜中的利用热实现的各向异性的增幅效果不充分的倾向,另外,若加热温度与上述温度范围相比过高则存在涂膜的状态接近于各向同性的液体状态(各向同性相)的倾向,此时,有可能难以通过自身组织化而在一方向上再取向。
需要说明的是,液晶表现温度指的是,侧链型高分子或涂膜表面发生由固体相相变为液晶相的玻璃化转变温度(Tg)以上、且发生由液晶相相变为各向同性相(isotropic相)的各向同性相变温度(Tiso)以下的温度。
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5~300nm、更优选50~150nm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]>
工序[IV]为制作液晶表示元件的工序,该液晶表示元件具备具有以基板的形成有液晶取向膜的一侧对置的方式配置的2张的工序[III]中得到的基板、设置于基板之间的液晶层、设置于基板与液晶层之间的通过本发明的液晶取向剂形成的上述液晶取向膜的液晶单元。作为这种本发明的液晶表示元件,可列举出扭转向列(TN:Twisted Nematic)方式、垂直取向(VA:Vertical Alignment)方式、平面切换(IPS:In-Plane Switching)方式、OCB取向(OCB:Optically Compensated Bend,光学补偿弯曲)等各种液晶表示元件。
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基板及第2基板,在一者的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以紫外线曝光方向互相正交的方式贴合另一基板,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。此时的间隔物的直径优选为1~30μm、更优选2~10μm。该间隔物直径决定夹持液晶层的一对基板之间距离、即液晶层的厚度。
所得到的液晶表示元件进而为了取向稳定性而优选进行退火处理。加热温度为液晶的相变温度、优选10~160℃、更优选50~140℃为宜。
本发明的带涂膜的基板的制造方法中,在将聚合物组合物涂布于基板上形成涂膜后,从倾斜方向照射偏振紫外线。接着,通过进行加热而实现对侧链型高分子膜的高效的各向异性的导入,制造带有具备液晶的取向控制能力的液晶取向膜的基板。
对于本发明中使用的涂膜而言,利用通过侧链的光反应和基于液晶性的自身组织化而诱发的分子再取向的原理,实现对涂膜的高效的各向异性的导入。本发明的制造方法中,在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的情况下,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,制成液晶表示元件。
因此,对于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,从而可以高效地导入各向异性以形成取向控制能力优异的液晶取向膜。
并且,对于本发明的方法中使用的涂膜,将对涂膜照射偏振紫外线的照射量和照射方向、加热处理中的加热温度最合适化。由此可以实现高效的对涂膜的各向异性的导入。
最适于对本发明中使用的涂膜的高效的各向异性的导入的偏振紫外线的照射量,对应于最适于该涂膜中感光性基团进行光异构化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的结果,若进行光异构化反应的侧链的感光性基团少则不会形成充分的光反应量。此时,即使此后加热也不会进行充分的自身组织化。
因此,本发明中使用的涂膜中,对于通过偏振紫外线的照射而侧链的感光性基团进行光异构化反应的最合适的量,优选为该侧链型高分子膜所具有的感光性基团的0.1~40摩尔%、更优选0.1~20摩尔%。通过进行光反应的侧链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身组织化有效地进行,能够在膜中高效地形成各向异性。
对于本发明的方法中使用的涂膜,通过偏振紫外线的照射量的最合适化,从而将侧链型高分子膜的侧链中的感光性基团的光异构化反应的量最合适化。并且与此后的加热处理合并,实现高效的对本发明中使用的涂膜的各向异性的导入。此时,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,将实现该ΔAmax的偏振紫外线照射量作为基准,可以确定在液晶取向膜的制造中照射的优选量的偏振紫外线量。
本发明的制造方法中,优选对本发明中使用的涂膜的偏振紫外线的照射量处于实现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。本发明中使用的涂膜中,实现ΔAmax的偏振紫外线的量的1~50%的范围内的偏振紫外线的照射量相当于该侧链型高分子膜所具有的感光性基团整体的0.1~20摩尔%进行光交联反应的偏振紫外线的量。
由以上可知,本发明的制造方法中,为了实现对涂膜的高效的各向异性的导入,将该侧链型高分子的液晶温度范围作为基准,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侧链型高分子的液晶温度范围为100~200℃的情况下,优选将偏振紫外线照射后的加热的温度设为90~190℃。通过如此操作,本发明中使用的涂膜中,赋予更大的各向异性。通过如此操作,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,通过本发明的方法制造的液晶表示元件用基板或具有该基板的液晶表示元件在可靠性、取向稳定性方面优异,可以合适地用于大画面且高精细的液晶电视等。
以下,使用实施例对本发明进行说明,但是本发明不被该实施例所限定。
实施例
实施例中使用的简写如以下所述。
<甲基丙烯酸类单体>
MA-1通过专利文献(WO2011-084546)中记载的合成法合成。
MA-2通过专利文献(日本特开平9-118717)中记载的合成法合成。
MA-3及MA-4通过专利文献(WO2011-125876)中记载的合成法合成。
MA-6通过国际专利申请公开WO2014/054785号小册子中记载的合成法合成。
MA-7通过非专利文献(Macromolecules 2007,40,6355-6360)中记载的合成法合成。
MA-8通过非专利文献(Macromolecules 2002,35,706-713)中记载的合成法合成。
MA-10通过专利文献(日本特开平9-118717)中记载的合成法合成。
MA-11通过专利文献(WO2017-018501)中记载的合成法合成。
MA-12由东京化成工业株式会社购买来使用。
MA-13由东京化成工业株式会社购买来使用。
<有机溶剂>
NMP:N-甲基-2-吡咯烷酮
BCS:丁基溶纤剂
THF:四氢呋喃
DMF:N,N-二甲基甲酰胺
PhMe:甲苯
EtOH:乙醇
<聚合引发剂>
AIBN:、2,2’-偶氮双异丁腈
<1HNMR的测定>
装置:傅里叶变换型超导核磁共振装置(FT-NMR)“AVANCE III”(BRUKER制)500MHz。
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)。
<甲基丙烯酸类化合物>
MA-5为文献等未公开的新型化合物,在以下的单体合成例1中对于其合成法进行详细说明。
<单体合成例1:[MA-5]的合成>
向1L四颈烧瓶中投入4-羟基-4’-碘联苯(25.2g:85毫摩尔(mmol))、1-溴丙烷(12.6g:102毫摩尔)、碳酸钾(17.6g:128毫摩尔)、DMF(250g),在80℃下搅拌。反应结束后,将反应液注入到纯水(1500g),过滤析出物。向所得到的粗制物中加入乙酸乙酯(30g)、己烷(20g),在室温下进行再制浆洗涤,由此得到[MA-5-1]21.8g。
向1L四颈烧瓶中投入[MA-5-1](21.8g:64毫摩尔)、2-丙炔-1-醇(5.0g:90毫摩尔)、三乙胺(13.0g:129毫摩尔)、THF(220g),进行氮气置换后,加入双(三苯基膦)二氯化钯(II)(4.5g:6毫摩尔)、碘化铜(I)(1.2g:6毫摩尔),在室温下搅拌。反应结束后,过滤沉淀物,将滤液浓缩。向所得到的残渣中加入乙酸乙酯(400g),对于有机层利用1N-盐酸水溶液(500g)、饱和碳酸氢钠水溶液(500g)、纯水(500g)进行洗涤后,进行浓缩。对于所得到的粗制物使用乙酸乙酯/己烷(体积比1:3)溶液,进行硅胶所致的原点成分去除(cut)后,进而向所得到的粗制物中加入己烷(700g),在室温下进行再制浆(repulp)洗涤,由此得到[MA-5-2]13.6g。
向300mL四颈烧瓶中投入[MA-5-2](13.6g:51毫摩尔)、THF(100g)、EtOH(100g),进行氮气置换后,加入5%Pd/C,进行氢气置换,在室温下搅拌。反应结束后,将反应液利用膜滤器过滤,由此去除Pd/C。对于所得到的粗制物使用乙酸乙酯/己烷(体积比1:10)溶液,进行硅胶所致的原点成分去除,进而向所得到的粗制物中加入己烷(50g),在室温下进行再制浆洗涤,由此得到[MA-5-3]5.6g。
向300mL四颈烧瓶中投入[MA-5-3](5.6g:21毫摩尔)、甲基丙烯酸(2.2g:25毫摩尔)、对甲苯磺酸一水合物(0.6g:3毫摩尔)、2,6-二-叔丁基-对甲酚(0.05g:0.2毫摩尔)、PhMe(60g),使用迪安-斯达克装置,在回流状态下搅拌。反应结束后,将反应液注入到乙酸乙酯(200g),利用10质量%碳酸钾水溶液(300g)、纯水(300g)洗涤后,进行浓缩。对于所得到的残渣使用乙酸乙酯/己烷(体积比1:10)溶液,进行硅胶所致的原点成分去除,进而向所得到的粗制物中加入己烷(30g),在室温下进行再制浆洗涤,由此得到[MA-5](黄色固体)2.9g。目的物的1H-NMR的结果如以下所示。由该结果确认了所得到的固体为目标的[MA-5]。
1H NMR(500MHz,[D6]-DMSO):δ7.51-7.56(q,4H),7.25-7.27(d,2H),6.98-7.00(d,2H),6.03(s,1H),5.67(s,1H),4.10-4.12(t,2H),3.94-3.97(t,2H),2.68-2.71(m,2H),1.94-1.99(m,2H),1.93(s,3H),1.71-1.78(m,2H),0.98-1.00(t,3H)
<合成例1:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-1(10g:30毫摩尔)、MA-2(15g:50毫摩尔)、MA-3(8g:20毫摩尔)溶解于NMP(227g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P1。
<合成例2:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-1(10g:30毫摩尔)、MA-2(15g:50毫摩尔)、MA-4(9g:20毫摩尔)溶解于NMP(233g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P2。
<合成例3:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-1(10g:30毫摩尔)、MA-2(15g:50毫摩尔)、MA-5(7g:20毫摩尔)溶解于NMP(219g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P3。
<合成例4:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-1(10g:30毫摩尔)、MA-2(15g:50毫摩尔)、MA-3(8g:20毫摩尔)、MA-9(0.2g:1毫摩尔)溶解于NMP(229g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P4。
<合成例5:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-1(10g:30毫摩尔)、MA-2(12g:40毫摩尔)、MA-3(8g:20毫摩尔)、MA-10(4g:10毫摩尔)溶解于NMP(230g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P5。
<合成例6:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-1(10g:30毫摩尔)、MA-2(9g:30毫摩尔)、MA-3(8g:20毫摩尔)、MA-10(7g:20毫摩尔)溶解于NMP(232g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P6。
<合成例7:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-6(16g:30毫摩尔)、MA-2(15g:50毫摩尔)、MA-3(8g:20毫摩尔)溶解于NMP(265g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P7。
<合成例8:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-7(17g:30毫摩尔)、MA-2(15g:50毫摩尔)、MA-3(8g:20毫摩尔)溶解于NMP(275g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P7。
<合成例9:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-8(15g:30毫摩尔)、MA-2(15g:50毫摩尔)、MA-3(8g:20毫摩尔)溶解于NMP(263g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P9。
<合成例10:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-1(13g:40毫摩尔)、MA-2(18g:60毫摩尔)溶解于NMP(217g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P10。
<合成例11:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-2(15g:50毫摩尔)、MA-3(4g:10毫摩尔)、MA-11(22g:50毫摩尔)溶解于NMP(280g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P11。
<合成例12:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-2(15g:50毫摩尔)、MA-4(4g:10毫摩尔)、MA-11(22g:50毫摩尔)溶解于NMP(282g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P12。
<合成例13:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-2(15g:50毫摩尔)、MA-12(2g:10毫摩尔)、MA-11(22g:50毫摩尔)溶解于NMP(265g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P13。
<合成例14:甲基丙烯酸类聚合物>
将MA-2(15g:50毫摩尔)、MA-13(4g:15毫摩尔)、MA-11(22g:50毫摩尔)溶解于NMP(279g)中,利用隔膜泵进行脱气后,加入AIBN(0.5g:3毫摩尔),再次进行脱气。然后,在60℃下反应6小时,得到甲基丙烯酸酯的聚合物溶液。将该聚合物溶液滴加到甲醇(2000mL),将所得到的沉淀物过滤。利用甲醇洗涤该沉淀物并进行减压干燥,得到甲基丙烯酸酯聚合物粉末P14。
<液晶取向剂的制作:A1>
向上述合成例1中得到的甲基丙烯酸酯聚合物粉末P1(0.9g)中加入NMP(8.1g),在室温下搅拌1小时进行溶解。向该溶液中加入BCS(6.0g),得到固体成分浓度为6.0质量%的聚合物溶液(A1)。该聚合物溶液直接作为用于形成液晶取向膜的液晶取向剂。
在表1所示的条件下对于液晶取向剂A2~9、B1~5,也使用与液晶取向剂A1相同的方法制作液晶取向剂。
[表1]
表1.
<面内取向度(In-plane order parameter)测定用基板的制成>
使用上述得到的液晶取向剂,按照下述所示的步骤制作光反应率测定用基板。基板使用40mm×40mm的尺寸、厚度为1.0mm的石英基板。将液晶取向剂A1利用过滤器孔径1.0μm的过滤器过滤后,旋涂于石英基板上,在70℃的加热板上干燥90秒后,形成膜厚100nm的液晶取向膜。
(实施例1)
将涂膜面倾斜45°,借由偏光板以40mJ/cm2照射S波的313nm的紫外线后,利用130℃的加热板加热20分钟,得到带有光反应结束的液晶取向膜的基板。
在表2所示的条件下对于实施例2~9、比较例1~5,也使用与实施例1相同的方法制成面内取向度测定用基板。
<面内取向度的测定>
使用上述制作的带液晶取向膜的基板,为了测定液晶取向膜的光学的各向异性,而由偏光的吸光度通过下式算出作为面内取向度的S。算出值使用照射量范围内最高的值。
需要说明的是,吸光度的测定使用岛津制作所制的紫外线可见近红外分析光度计U-3100PC。
在此,Apara表示相对于所照射的偏振UV方向平行方向的吸光度、Aper表示相对于所照射的偏振UV方向垂直方向的吸光度。Alarge表示将平行方向和垂直方向的吸光度比较而值较大者的吸光度、Asmall表示将平行方向和垂直方向的吸光度比较而值较小者的吸光度。面内取向度的绝对值越接近于1则表示成为越一样的取向状态。
[表2]
表2.
如表2所示可知,在使用实施例1~9的液晶取向剂的情况下,相对于偏振UV方向垂直方向的取向度都高。在使用比较例2~5的液晶取向剂的情况下,相对于偏振UV方向平行方向的取向度高。这是由于感光性基团的光反应源自异构化或者源自二聚化。
<液晶单元的制作>
将液晶取向剂(A1)利用0.45μm的过滤器过滤后,旋涂于带透明电极的玻璃基板上,在70℃的加热板上干燥90秒后,形成膜厚100nm的液晶取向膜。
(实施例10)
将涂膜面倾斜45°,对于基板借由偏光板以40mJ/cm2照射S波的313nm的紫外线后,利用130℃的加热板加热20分钟,得到带液晶取向膜的基板。准备这种带液晶取向膜的基板2张,在一基板的液晶取向膜面设置4μm的间隔物后,以2张基板的取向方向平行的方式组合,残留液晶注入口而将周围密封,制作单元间隙为4μm的空单元。通过减压注入法向该空单元注入液晶MLC-3018(Merck Ltd.制),密封注入口,从而得到反平行液晶单元。
在表3所示的条件下对于实施例11~18、和比较例6~10,也使用与实施例10相同的方法制成液晶单元。
(比较例1)
将涂膜面倾斜40°,对于基板借由偏光板以80mJ/cm2照射P波的313nm的紫外线后,利用210℃的加热板加热20分钟,得到带液晶取向膜的基板。准备这种带液晶取向膜的基板2张,在一基板的液晶取向膜面设置4μm的间隔物后,以2张基板的取向方向平行的方式组合,残留液晶注入口而将周围密封,制作单元间隙为4μm的空单元。通过减压注入法向该空单元注入液晶MLC-3018(Merck Ltd.制),密封注入口,从而得到反平行液晶单元。
在表3所示的条件下对于比较例12~14,也使用与比较例11相同的方法制成液晶单元。
(预倾角)
对于上述得到的液晶表示元件,在温度120℃下进行30分钟加热的各向同性相处理后,液晶单元的预倾角的测定使用Axometrics公司制的AxoScan,通过穆勒矩阵法测定。评价结果如表3所示。
(取向稳定性的评价)
对于液晶单元在25℃环境下照射336小时的背光源,实施应力前后的预倾角的测定。测定结果基于下述式计算,并进行评价。评价结果如表3所示。
[数学式2]
ΔTilt(°)=初始预倾角-应力后预倾角
[表3]
表3.
如表3所示,在使用实施例10~18的液晶取向剂的情况下,都能够得到适于扭转向列方式、OCB的液晶预倾角。另外,应力后的取向稳定性也高。考察这是源自使用分别在不同的侧链具有诱发面内取向的部位和诱发面外取向的部位的聚合物,即将面内取向性和预倾角形成进行功能分离。
Claims (8)
1.一种聚合物组合物,其含有:
(A)分别在不同的侧链具有相对于偏振紫外线的平行方向(P波方向)在垂直方向(S波方向)诱发面内取向的部位、和诱发面外取向的部位的聚合物,和
(B)有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的组合物,其中,所述诱发面内取向的部位为发生光异构化的部位。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物组合物,其中,具有诱发面内取向的部位的侧链为具有选自由下述式(1)~(3)组成的组中的式所示的结构的侧链,
式中,A、B、D各自独立地表示单键、-O-、-CH2-、-COO-、-OCO-、-CONH-或-NH-CO-;
S为碳数1~12的亚烷基,该亚烷基的氢原子各自独立地任选被卤素原子取代;
T为单键或碳数1~12的亚烷基,该亚烷基的氢原子任选被卤素原子取代;
T为单键时B也表示单键;
Y1为2价的苯环;
P1、Q1及Q2各自独立地为选自由苯环和碳数5~8的脂环式烃环组成的组中的基团;
R1为氢原子、-CN、卤素原子、碳数1~5的烷基、(碳数1~5的烷基)羰基、碳数3~7的环烷基或碳数1~5的烷氧基,
Y1、P1、Q1及Q2中,与苯环键合的氢原子各自独立地任选被-CN、卤素原子、碳数1~5的烷基、(碳数1~5的烷基)羰基、或碳数1~5的烷氧基取代;
X1及X2各自独立地表示-O-、-COO-或-OCO-;
n1及n2各自独立地为0、1或2,
X1的数为2时,X1彼此任选相同或不同,X2的数为2时,X2彼此任选相同或不同;
Q1的数为2时,Q1彼此任选相同或不同,Q2的数为2时,Q2彼此任选相同或不同;
虚线表示与聚合性基团的连接键。
4.一种液晶取向膜,其由权利要求1~3中任一项所述的聚合物组合物形成。
5.一种基板,其具有权利要求4所述的液晶取向膜。
6.一种液晶表示元件,其具有权利要求5所述的基板。
7.一种具有液晶取向膜的基板的制造方法,其通过具有下述工序而得到被赋予了取向控制能力的液晶取向膜:
[I]在具有液晶驱动用的电极的基板上涂布权利要求1~3中任一项所述的聚合物组合物而形成涂膜的工序;
[II]对于[I]中得到的涂膜,以S波成为主要成分的方式从倾斜方向照射偏振紫外线的工序;和
[III]将[II]中得到的涂膜加热的工序。
8.一种液晶表示元件的制造方法,其通过具有下述工序而得到液晶表示元件:
准备权利要求5所述的基板(第1基板)的工序;
得到具有液晶取向膜的第2基板的工序,该工序通过具有下述[I’]~[III’]工序而得到被赋予了取向控制能力的液晶取向膜:
[I’]在第2基板上涂布权利要求1~3中任一项所述的聚合物组合物而形成涂膜的工序,
[II’]对于[I’]中得到的涂膜,以S波成为主要成分的方式照射偏振紫外线的工序,和
[III’]将[II’]中得到的涂膜加热的工序;以及
[IV]以第1基板及第2基板的液晶取向膜夹着液晶相对的方式、以曝光方向互相正交的方式将第1基板及第2基板对置而得到液晶表示元件的工序。
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