CN114574223A - 液晶取向剂、液晶取向膜及液晶元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶取向剂、液晶取向膜及液晶元件。聚合体成分为下述(I)及(II)中的至少任一者:(I)含有包含结构单元(A)以及结构单元(B)的聚合体[P],所述结构单元(A)来源于具有式(1)所表示的部分结构的二胺或具有式(1)所表示的部分结构的含聚合性不饱和键的化合物,所述结构单元(B)具有选自由含氮的杂环结构及下述式(2)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种;(II)含有包含结构单元(A)的聚合体[P1]、以及包含结构单元(B)的聚合体[P2]。A1为碳数5以上的一价链状烃基等。R1为氢原子或一价有机基。“*2”及“*3”是与碳原子的键结键。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶取向剂、液晶取向膜及液晶元件。
背景技术
液晶元件被应用于自大型的液晶电视到智能手机等小型的显示装置的广范围的器件或用途中。随着此种液晶元件的多用途化,要求液晶元件的更高品质化,在液晶元件中,尝试了改善控制液晶分子的取向的液晶取向膜的各种特性(例如,参照专利文献1)。
在专利文献1中公开了:使液晶取向剂中含有具有来源于具有羧基的二胺的结构的聚合体、以及具有来源于具有三级氮原子的二胺的结构的聚合体,由此改善涂膜的摩擦耐性及液晶取向膜的电特性。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2015-92222号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
在专利文献1的液晶取向剂中,认为通过聚合体所具有的羧基与三级氮原子的酸-碱相互作用而液晶取向膜中的电荷效率良好地转移,由此能够抑制在液晶元件中因施加直流电压而产生的残留电荷的蓄积。然而,此情况下,有由于羧基与三级氮原子的酸-碱相互作用而聚合体容易凝聚的倾向,担心涂布性会降低。
本发明是鉴于上述课题而成,主要目的在于提供一种聚合体的溶解性高、涂布性优异、且可获得残留电荷的蓄积得到抑制的液晶元件的液晶取向剂。
[解决问题的技术手段]
本发明人等人为解决上述课题而进行了努力研究,从而发现,通过使用具有特定结构单元的聚合体,可解决上述课题,从而完成了本发明。具体而言,根据本发明而提供以下手段。
<1>一种液晶取向剂,含有聚合体成分,所述聚合体成分为下述(I)及(II)中的至少任一者:
(I)含有包含结构单元(A)以及结构单元(B)的聚合体[P],所述结构单元(A)来源于具有由下述式(1)所表示的部分结构的二胺或具有由下述式(1)所表示的部分结构的含聚合性不饱和键的化合物,所述结构单元(B)具有选自由含氮的杂环结构及下述式(2)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种;
(II)含有包含所述结构单元(A)的聚合体[P1]、以及包含所述结构单元(B)的聚合体[P2]。
[化1]
(式(1)中,A1为碳数5以上的一价链状烃基或脂环式烃基、或者在链状烃基或脂环式烃基的碳-碳键间具有-O-的碳数3以上的一价基。“*1”表示与碳原子键结的键结键。)
[化2]
(式(2)中,R1为氢原子或一价有机基。“*2”及“*3”分别表示与碳原子键结的键结键。)
<1-1>一种液晶取向剂,含有包含结构单元(A)以及结构单元(B)的聚合体[P],所述结构单元(A)来源于具有由所述式(1)所表示的部分结构的二胺,所述结构单元(B)具有选自由含氮的杂环结构及所述式(2)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种。
<2>一种液晶取向膜,使用所述<1>的液晶取向剂而形成。
<3>一种液晶元件,包括所述<2>的液晶取向膜。
[发明的效果]
关于本发明的液晶取向剂,聚合体的溶解性高,涂布性优异。另外,根据本发明的液晶取向剂,可获得残留电荷的蓄积得到抑制的液晶元件。
具体实施方式
以下,对本公开的液晶取向剂中所含的各成分、及视需要任意调配的其他成分进行说明。
此外,在本说明书中,所谓“烃基”是包含链状烃基、脂环式烃基及芳香族烃基的含义。所谓“链状烃基”是指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,而不含芳香环结构的烃基。其中,无须仅由脂环式烃的结构构成,也包括在其一部分中具有链状结构的基团。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,无须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。所谓“芳香环”是包含芳香族烃环及芳香族杂环的含义。所谓“有机基”,是指自包含碳的化合物(即有机化合物)中除去任意的氢原子而成的原子团。
《液晶取向剂》
本公开的液晶取向剂为含有聚合体成分的聚合体组成物。所述聚合体成分满足下述(I)及(II)中的至少任一者。
(I)含有聚合体[P],所述聚合体[P]包含:来源于具有由下述式(1)所表示的部分结构的二胺或具有由下述式(1)所表示的部分结构的含聚合性不饱和键的化合物的结构单元(以下称为结构单元(A));以及具有选自由含氮的杂环结构及下述式(2)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种的结构单元(以下称为结构单元(B))。
(II)含有包含结构单元(A)的聚合体[P1]、以及包含结构单元(B)的聚合体[P2]。
[化3]
(式(1)中,A1为碳数5以上的一价链状烃基或脂环式烃基、或者在链状烃基或脂环式烃基的碳-碳键间具有-O-的碳数3以上的一价基。“*1”表示与碳原子键结的键结键。)
[化4]
(式(2)中,R1为氢原子或一价有机基。“*2”及“*3”分别表示与碳原子键结的键结键。)
以下,首先对作为第一实施方式的(I)的形态进行说明,继而对作为第二实施方式的(II)的形态进行说明。此外,本公开的液晶取向剂也可满足(I)及(II)两者。即,本公开的液晶取向剂也可包含聚合体[P]、聚合体[P1]以及聚合体[P2]。
〔第一实施方式〕
第一实施方式的液晶取向剂含有包含结构单元(A)以及结构单元(B)的聚合体[P],所述结构单元(A)来源于具有由下述式(1)所表示的部分结构的单体,所述结构单元(B)具有选自由含氮的杂环结构及下述式(2)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种。构成结构单元(A)的单体为二胺或含聚合性不饱和键的化合物。
<聚合体[P]>
·结构单元(A)
由所述式(1)所表示的部分结构通过膜形成时的加热(后烘烤)而A1脱离,生成羧基。在所述式(1)中,当A1为碳数5以上的一价链状烃基时,所述链状烃基可为直链状也可为分支状。就获得溶解性优异的聚合体的观点而言,当A1为链状烃基时,所述链状烃基的碳数为5以上。另外,就使液晶取向膜的面内均匀性良好的观点、及减少液晶元件中蓄积的残留电荷的观点而言,A1为链状烃基时的碳数优选为20以下,更优选为15以下,进而优选为12以下。当A1为链状烃基时,就示出良好的热脱离性的方面而言,A1优选为烷基,特别优选为三级烷基。
当A1为碳数5以上的一价脂环式烃基时,所述脂环式烃基可饱和也可不饱和,但其中优选为饱和。当A1为脂环式烃基时,就获得示出良好溶解性的聚合体的观点而言,所述脂环式烃基的碳数为5以上,优选为6以上。另外,就使液晶取向膜的面内均匀性良好的观点、及减少液晶元件中蓄积的电荷的观点而言,A1为脂环式烃基时的碳数优选为20以下,更优选为15以下。
当所述式(1)中的A1为碳数5以上的一价链状烃基或脂环式烃基时,其中,就热脱离性良好的方面而言,由所述式(1)所表示的部分结构优选为下述式(Y-1)所表示的部分结构。
[化5]
(式(Y-1)中,R3及R4分别独立地为烷基,或者表示R3与R4相互结合并与R3及R4所键结的碳原子一起构成的碳数4以上的环结构。R5为烷基。其中,在R3及R4均为甲基的情况下,R5为碳数2以上。“*”表示键结键。)
作为所述式(Y-1)所表示的部分结构的具体例,可列举下述式(M-1)~式(M-20)分别所表示的结构等。
[化6]
(式(M-1)~式(M-20)中,“*”表示与碳原子键结的键结键。)
当A1为在链状烃基或脂环式烃基的碳-碳键间具有-O-的碳数3以上的一价基时,作为所述式(1)所表示的基,可列举具有羧酸的缩醛酯结构或羧酸的缩酮酯结构的基。在A1中,就使液晶取向膜的面内均匀性良好的观点、及减少液晶元件中蓄积的电荷的观点而言,在链状烃基或脂环式烃基的碳-碳键间具有-O-的一价基的碳数优选为20以下,更优选为15以下。
作为羧酸的缩醛酯结构,例如可列举下述式(X-1)及式(X-2)分别所表示的基等。
[化7]
(式(X-1)中,R4及R5分别独立地为碳数1~15的烷基、或碳数3~15的环烷基。式(X-2)中,r为2~10的整数。“*”表示与碳原子键结的键结键。)
作为所述式(X-1)所表示的基的具体例,例如可列举:1-甲氧基乙氧基羰基、1-乙氧基乙氧基羰基、1-丙氧基乙氧基羰基、1-丁氧基乙氧基羰基、1-环戊基氧基乙氧基羰基、1-环己基氧基乙氧基羰基、1-降冰片基氧基乙氧基羰基、(环己基)(甲氧基)甲氧基羰基、(环己基)(乙氧基)甲氧基羰基等。
作为所述式(X-2)所表示的基,例如可列举2-四氢呋喃基氧基羰基、2-四氢吡喃基氧基羰基等。
作为羧酸的缩酮酯结构,例如可列举下述式(X-3)~式(X-5)分别所表示的基等。
[化8]
(式(X-3)中,R6为碳数1~12的烷基,R7及R8分别独立地为碳数1~12的烷基或碳数3~20的脂环式烃基。式(X-4)中,R9为碳数1~12的烷基。t为2~8的整数。式(X-5)中,R10为碳数1~12的烷基。u为2~8的整数。“*”表示与碳原子键结的键结键。)
作为所述式(X-3)所表示的基的具体例,例如可列举:1-甲基-1-甲氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-乙氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-丙氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-丁氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-环己基氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-降冰片基氧基乙氧基羰基、1-环己基-1-甲氧基乙氧基羰基、1-环己基-1-丙氧基乙氧基羰基等。
作为所述式(X-4)所表示的基的具体例,例如可列举:2-(2-甲基四氢呋喃基)氧基羰基、2-(2-甲基四氢吡喃基)氧基羰基等。
作为所述式(X-5)所表示的基,例如可列举1-甲氧基环戊基氧基羰基、1-甲氧基环己基氧基羰基等。
就可获得均衡地示出液晶取向剂的涂布性、液晶取向膜的面内均匀性、及液晶元件中蓄积的残留电荷的减少效果的液晶取向剂的方面而言,结构单元(A)所具有的由所述式(1)所表示的部分结构优选为选自由所述式(Y-1)所表示的结构、羧酸的缩醛酯结构、及羧酸的缩酮酯结构所组成的群组中的至少一种。所述式(1)中的键结键(*1)优选为键结于烃基或构成杂环的烃结构,更优选为键结于芳香族烃环。
构成结构单元(A)的单体中,具有由所述式(1)所表示的部分结构的二胺(以下也称为“第一单体”)只要是具有由所述式(1)所表示的部分结构以及两个一级氨基的化合物即可,并无特别限定。作为第一单体,例如可列举:下述式(4-1)所表示的化合物、式(4-2)所表示的化合物、式(4-3)所表示的化合物、及式(4-4)所表示的化合物等。
[化9]
(式(4-1)~式(4-4)中,X3及X5分别独立地为单键、碳数1~3的烷二基、碳数1~3的氟烷二基、-O-、-S-、-COO-、-CH2O-、-NR11-或-CONR11-。R11为氢原子或碳数1~3的烷基。X4为碳数1~5的烷二基。R10为碳数1~10的烷基、或所述烷基所具有的氢原子的至少一个经所述式(1)所表示的基取代而成的一价基。A1与所述式(1)中的A1为相同含义。m1为1~4的整数。m2为0~4的整数。)
在所述式(4-1)~式(4-4)中,m1优选为1或2,更优选为1。m2优选为0~2,更优选为0或1。关于A1,可援用上述说明。
构成结构单元(A)的单体中,具有由所述式(1)所表示的部分结构的含聚合性不饱和键的化合物(以下也称为“第二单体”)只要是具有由所述式(1)所表示的部分结构、以及聚合性不饱和键结基的化合物即可,并无特别限定。作为第二单体所具有的聚合性不饱和键结基,可列举:(甲基)丙烯酰基、马来酰亚胺基、乙烯基(包括烯基、乙烯基苯基、乙烯基醚基等中所含的乙烯基)等。作为第二单体的具体例,例如可列举:下述式(6-1)所表示的化合物、式(6-2)所表示的化合物、及式(6-3)所表示的化合物等。
[化10]
(式(6-1)~式(6-3)中,E1为氢原子或甲基。E2及E3分别独立地为二价烃基。A1与所述式(1)中的A1为相同含义。k为1~4的整数。)
在聚合体[P]中,就充分提高溶解性的改善效果、并且充分减少液晶元件中残留电荷的蓄积的观点而言,相对于聚合体[P]所具有的来源于单体的结构单元的总量(100摩尔%),结构单元(A)的含有比例优选为2.5摩尔%以上。相对于聚合体[P]所具有的来源于单体的结构单元的总量,结构单元(A)的含有比例更优选为5摩尔%以上,进而优选为10摩尔%以上,进而更优选为15摩尔%以上。另外,就使聚合体[P]所具有的结构单元(A)与结构单元(B)的比率成为优选的范围、更有效率地减少残留电荷的蓄积的观点而言,在结构单元(A)为来源于第一单体的结构单元的情况下,相对于聚合体[P]所具有的来源于单体的结构单元的总量,结构单元(A)的含有比例优选为40摩尔%以下,更优选为35摩尔%以下,进而优选为30摩尔%以下,进而更优选为25摩尔%以下。在结构单元(A)为来源于第二单体的结构单元的情况下,相对于聚合体[P]所具有的来源于单体的结构单元的总量,结构单元(A)的含有比例优选为60摩尔%以下,更优选为55摩尔%以下,进而优选为50摩尔%以下。此外,聚合体[P]所具有的结构单元(A)可仅为一种,也可为两种以上。
·结构单元(B)
结构单元(B)具有选自由含氮的杂环结构及所述式(2)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种(以下也称为“特定含氮的结构”)。
结构单元(B)所具有的含氮的杂环结构可为芳香族杂环结构,也可为非芳香族杂环结构。作为它们的具体例,含氮的芳香族杂环结构例如可列举具有吡咯环、咪唑环、吡唑环、三唑环、吡啶环、嘧啶环、哒嗪环、喹啉环、苯并咪唑环、咔唑环及吡嗪环、以及在这些环中具有取代基(例如,甲基、乙基等)的杂环的结构。含氮的非芳香族杂环结构例如可列举具有哌啶环、哌嗪环、吗啉环及六亚甲基亚胺环、以及在这些环中导入了取代基(例如,甲基、乙基等)的杂环的结构。它们中,结构单元(B)所具有的含氮的杂环结构优选为具有选自由吡啶环、嘧啶环、吡嗪环、哌啶环、哌嗪环、喹啉环、苯并咪唑环及咔唑环所组成的群组中的至少一种的结构。
作为所述式(2)所表示的部分结构,可列举二级氨基及三级氨基。在所述式(2)中,R1的一价有机基优选为碳数1~10的一价烃基、或者利用热或光而脱离的一价脱离性基(以下,也简称为“脱离性基”)。在R1为一价烃基的情况下,所述一价烃基优选为碳数1~3的烷基、环己基或苯基,更优选为碳数1~3的烷基。
在R1为脱离性基的情况下,所述脱离性基优选为利用热而脱离的一价基(以下,也称为“热脱离性基”),例如可列举:氨甲酸酯(carbamate)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。它们中,就基于热的脱离性高的方面而言,优选为氨甲酸酯系保护基,作为其具体例,可列举:叔丁氧基羰基、苄氧基羰基、1,1-二甲基-2-卤代乙基氧基羰基、烯丙氧基羰基、2-(三甲基硅烷基)乙氧基羰基等。其中,就基于热的脱离性优异、且可减少脱保护的部分在膜中的残存量的方面而言,特别优选为叔丁氧基羰基(t-Boc(t-butyloxy carbonyl)基)。
R1优选为氢原子、碳数1~12的一价烃基或热脱离性基,更优选为氢原子、碳数1~6的一价烃基或叔丁氧基羰基。其中,就可进一步提高液晶元件中蓄积电荷的减少效果的方面而言,特别优选为氢原子、甲基或乙基。所述式(2)中的两个键结键(*2、*3)优选为键结于烃基或构成杂环的烃结构,更优选为两个键结键中的至少一个键结于芳香环(芳香族烃环或芳香族杂环)。
聚合体[P]可在主链中具有特定含氮的结构,也可在侧链部分具有特定含氮的结构。此处,在本说明书中,所谓聚合体的“主链”,是指聚合体中包含最长的原子的链的“主干”部分。此外,容许所述“主干”部分包含环结构。即,所谓“在主链具有特定含氮的结构”,是指所述结构构成主链的一部分。所谓“侧链”是指自聚合体的“主干”分支的部分。
获得包含结构单元(B)的聚合体的方法并无特别限定。就可比较简便地制造聚合体[P]的方面而言,优选为使用具有选自由含氮的杂环及所述式(2)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种的单体(以下也称为“第三单体”)进行聚合。
在结构单元(A)为来源于第一单体的结构单元的情况下,就简便地获得在一分子内包含结构单元(A)及结构单元(B)的聚合体的观点而言,第三单体优选为二胺化合物。具体而言,优选为选自由下述式(3-1)所表示的化合物、下述式(3-2)所表示的化合物及下述式(3-3)所表示的化合物所组成的群组中的至少一种。
[化11]
(式(3-1)中,B1及B3分别独立地为二价芳香族烃基、二价含氮的杂环基、或-Z1-O-Z2-(其中,Z1及Z2分别独立地为二价芳香族烃基。)。B2为单键、二价烃基、或者在所述烃基的碳-碳键间具有选自由-O-、-NR2-及-CO-NR2-(其中,R2为氢原子或一价有机基。)所组成的群组中的至少一种的二价基。X1及X2分别独立地为二价含氮的杂环基、或者所述式(2)所表示的二价基。L1及L2分别独立地为单键或二价连结基。m为0~2的整数。
式(3-2)中,B4为二价有机基。Y1为具有选自由含氮的杂环及所述式(2)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种的一价基。
式(3-3)中,B5为二价含氮的芳香环基。)
在所述式(3-1)中,作为B1及B3的芳香族烃基,可列举自苯环、萘环、蒽环等芳香族烃环除去两个氢原子而成的基。B1及B3中的芳香族烃基可在环部分具有取代基。作为所述取代基,例如可列举:甲基、乙基等烷基;甲氧基、乙氧基等烷氧基;卤素原子等。B1及B3的含氮的杂环基优选为自芳香族杂环除去两个氢原子而成的基。所述芳香族杂环优选为吡啶环、嘧啶环、吡嗪环或苯并咪唑环。
在B2中,作为二价烃基,可列举链状烃基、脂环式烃基及芳香族烃基。作为R2的一价有机基,可列举碳数1~10的一价烃基及脱离性基。
当X1、X2为二价含氮的杂环基时,作为所述含氮的杂环基,可列举自作为结构单元(B)所具有的含氮的杂环结构而例示的含氮的杂环除去两个氢原子而成的基。当X1、X2为二价含氮的杂环基时,其中,X1、X2优选为自吡啶环、嘧啶环、吡嗪环、哌啶环、哌嗪环、喹啉环、苯并咪唑环或咔唑环、或者在这些环中导入了取代基(甲基、乙基等)的杂环除去两个氢原子而成的基。
m优选0或1。
L1、L2优选为单键或烷二基,更优选为单键。
在所述式(3-2)中,二价有机基优选为具有芳香环的基,更优选为式(3-2)中的两个一级氨基键结于同一芳香环或不同芳香环的基。所述芳香环优选为芳香族烃环,更优选为苯环。
当Y1为具有含氮的杂环的一价基时,作为所述含氮的杂环,可列举作为结构单元(B)所具有的含氮的杂环结构而例示的含氮的杂环等。当Y1为具有含氮的杂环的一价基时,其中,Y1优选为具有吡啶环、嘧啶环、吡嗪环、哌啶环、哌嗪环、苯并咪唑环或喹啉环、或者在这些环中导入了取代基(甲基、乙基等)的杂环。这些杂环可与所述式(3-2)中的B4直接键结,也可经由n价的连结基(其中,n为2以上的整数)键结。作为n价的连结基,可列举:-O-、-NR-、-CO-NR-、碳数1~5的n价的链状烃基、所述链状烃基的任意的亚甲基被取代为-O-、-COO-、-NR-或-CO-NR-而成的二价基(其中,R为氢原子或一价有机基)等。
在所述式(3-3)中,作为B5所具有的含氮的芳香环,可列举:吡啶环、嘧啶环、吡嗪环、喹啉环、咔唑环、苯并咪唑环等。
在第三单体为二胺化合物的情况下,作为第三单体的具体例,例如可列举:4,4'-二氨基二苯基胺、N-甲基-4,4'-二氨基二苯基胺、N-乙基-4,4'-二氨基二苯基胺、N-苯基-4,4'-二氨基二苯基胺、2,6-二氨基吡啶、3,4-二氨基吡啶、2,4-二氨基嘧啶、3,6-二氨基咔唑、N-甲基-3,6-二氨基咔唑、1,4-双-(4-氨基苯基)-哌嗪、3,6-二氨基吖啶、N-乙基-3,6-二氨基咔唑、N-苯基-3,6-二氨基咔唑、N,N'-双(4-氨基苯基)-联苯胺、下述式(5-1)~式(5-22)分别所表示的化合物等。
[化12]
[化13]
[化14]
(式(5-1)~式(5-22)中,t为1~12的整数。n为1~5的整数。t-Boc表示叔丁氧基羰基。)
在结构单元(A)为来源于第二单体的结构单元的情况下,就简便地获得在一分子内包含结构单元(A)及结构单元(B)的聚合体的观点而言,第三单体优选为含聚合性不饱和键的化合物。作为第三单体的含聚合性不饱和键的化合物只要是具有特定含氮的结构以及聚合性不饱和键结基的化合物即可,并无特别限定。作为第三单体所具有的聚合性不饱和键结基,可列举:(甲基)丙烯酰基、马来酰亚胺基、乙烯基(包括烯基、乙烯基苯基、乙烯基醚基等中所含的乙烯基)等。
在第三单体为含聚合性不饱和键的化合物的情况下,作为第三单体的具体例,例如可列举:(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3-(二甲基氨基)丙酯、N-(4-二甲基氨基苯基)马来酰亚胺、N-(4-二乙基氨基苯基)马来酰亚胺、4-(二甲基氨基)苯乙烯、4-(二乙基氨基)苯乙烯、下述式(N-1)~式(N-9)
[化15]
分别所表示的化合物等。此外,式(N-3)中的R为氢原子或甲基。
在聚合体[P]中,就充分提高溶解性的改善效果、并且充分减少残留电荷的蓄积的观点而言,相对于聚合体[P]所具有的来源于单体的结构单元的总量,结构单元(B)的含有比例优选为0.25摩尔%以上。相对于聚合体[P]所具有的来源于单体的结构单元的总量,结构单元(B)的含有比例更优选为0.5摩尔%以上,进而优选为2.5摩尔%以上。另外,在结构单元(A)为来源于第一单体的结构单元的情况下,就使聚合体[P]所具有的结构单元(A)与结构单元(B)的比率成为优选的范围、更有效率地减少残留电荷的蓄积的观点而言,相对于聚合体[P]所具有的来源于单体的结构单元的总量,结构单元(B)的含有比例优选为45摩尔%以下,更优选为35摩尔%以下,进而优选为30摩尔%以下,进而更优选为25摩尔%以下。在结构单元(A)为来源于第二单体的结构单元的情况下,相对于聚合体[P]所具有的来源于单体的结构单元的总量,结构单元(B)的含有比例优选为50摩尔%以下,更优选为45摩尔%以下,进而优选为40摩尔%以下。此外,聚合体[P]所具有的结构单元(B)可仅为一种,也可为两种以上。
关于聚合体[P]所具有的结构单元(A)及结构单元(B)的比例,就充分获得聚合体的溶解性及对残留电荷的蓄积的减少效果的观点而言,相对于聚合体[P]所具有的来源于单体的结构单元的总量,优选为结构单元(A)的比例为5摩尔%~40摩尔%、且结构单元(B)的比例为0.25摩尔%~45摩尔%。就所述观点而言,结构单元(A)及结构单元(B)的比例更优选为结构单元(A)的比例为10摩尔%~40摩尔%、且结构单元(B)的比例为0.5摩尔%~30摩尔%,进而优选为结构单元(A)的比例为10摩尔%~30摩尔%、且结构单元(B)的比例为2.5摩尔%~30摩尔%,进而更优选为结构单元(A)的比例为15摩尔%~25摩尔%、且结构单元(B)的比例为2.5摩尔%~15摩尔%。
关于聚合体[P]所具有的结构单元(A)与结构单元(B)的比率,就充分获得聚合体的溶解性、及对残留电荷的蓄积的减少效果的观点而言,优选为结构单元(A):结构单元(B)=1:0.01~3(摩尔比)。聚合体[P]所具有的结构单元(A)与结构单元(B)的比率(摩尔比)更优选为1:0.025~3,进而优选为1:0.125~3,进而更优选为1:0.15~3。在第一单体为二胺化合物的情况下,相对于聚合体[P]所具有的来源于单体的结构单元的总量,聚合体[P]所具有的结构单元(A)与结构单元(B)的合计量优选为50摩尔%以下。另外,在第一单体为含聚合性不饱和键的化合物的情况下,相对于聚合体[P]所具有的来源于单体的结构单元的总量,优选为60摩尔%以下,更优选为50摩尔%以下。
·关于聚合体[P]
聚合体[P]的主链并无特别限定。其中,就可形成与液晶的亲和性及机械强度高、且可靠性高的液晶取向膜的方面、及单体的选择自由度高的方面而言,聚合体[P]优选为选自由聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚酰亚胺及加成聚合体所组成的群组中的至少一种。
(聚酰胺酸)
在聚合体[P]为聚酰胺酸的情况下,所述聚酰胺酸(以下也称为“聚酰胺酸[P]”)优选为通过使四羧酸二酐与包含第一单体及第三单体的二胺化合物反应的方法而制造。
(四羧酸二酐)
作为聚酰胺酸[P]的合成中使用的四羧酸二酐,例如可列举:脂肪族四羧酸二酐、脂环式四羧酸二酐、芳香族四羧酸二酐等。作为它们的具体例,脂肪族四羧酸二酐可列举1,2,3,4-丁烷四羧酸二酐、乙二胺四乙酸二酐等;脂环式四羧酸二酐可列举: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;芳香族四羧酸二酐可列举均苯四甲酸二酐、4,4'-(六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸酐、乙二醇双偏苯三酸酐酯、4,4'-羰基二邻苯二甲酸酐等,除此以外可使用日本专利特开2010-97188号公报中所记载的四羧酸二酐。作为四羧酸二酐,可单独使用一种或者将两种以上组合使用。
就可获得相对于溶剂的溶解性高、示出良好的电特性及低残像特性的液晶取向膜的方面而言,聚酰胺酸[P]的合成中使用的四羧酸二酐优选为包含选自由脂肪族四羧酸二酐及脂环式四羧酸二酐所组成的群组中的至少一种化合物,更优选为包含脂环式四羧酸二酐。相对于聚酰胺酸[P]的合成中使用的四羧酸二酐的总量,脂环式四羧酸二酐的使用比例优选为20摩尔%以上,更优选为40摩尔%以上,进而优选为50摩尔%以上。
(二胺化合物)
聚酰胺酸[P]的合成中使用的二胺化合物可仅为第一单体及第三单体,也可并用与第一单体及第三单体不同的二胺(以下也称为“其他二胺”)。作为其他二胺,可列举:脂肪族二胺、脂环式二胺、芳香族二胺、二氨基有机硅氧烷等。
作为其他二胺的具体例,脂肪族二胺可列举间二甲苯二胺、六亚甲基二胺等;脂环式二胺可列举1,4-二氨基环己烷、4,4'-亚甲基双(环己基胺)等;芳香族二胺可列举对苯二胺、4,4'-二氨基二苯基甲烷、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、1,5-双(4-氨基苯氧基)戊烷、1,2-双(4-氨基苯氧基)乙烷、1,3-双(4-氨基苯氧基)丙烷、1,6-双(4-氨基苯氧基)己烷、双[2-(4-氨基苯基)乙基]己二酸、4,4'-二氨基二苯基醚、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、4,4'-双(4-氨基苯氧基)联苯、2,2'-二甲基-4,4'-二胺基联苯、4,4'-(亚苯基二亚异丙基)双苯胺、1-氨基-3-氨基甲基苯、4,4'-双(4-氨基苯氧基)联苯等主链型二胺;
十六烷氧基-2,4-二氨基苯、十八烷氧基-2,4-二氨基苯、十八烷氧基-2,5-二氨基苯、胆甾烷基氧基-3,5-二氨基苯、胆甾醇氧基-3,5-二氨基苯、胆甾烷基氧基-2,4-二氨基苯、胆甾醇氧基-2,4-二氨基苯、3,5-二氨基苯甲酸胆甾烷基酯、3,5-二氨基苯甲酸胆甾醇、3,5-二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、4-(4'-三氟甲氧基苯甲酰氧基)环己基-3,5-二氨基苯甲酸酯、1,1-双(4-((氨基苯基)甲基)苯基)-4-丁基环己烷、3,5-二氨基苯甲酸=5ξ-胆甾烷-3-基、下述式(E-1)
[化16]
(式(E-1)中,XI及XII分别独立地表示单键、-O-、*-COO-或*-OCO-(其中,“*”表示与XI的键结键。)。RI为碳数1~3的烷二基。RII为单键或碳数1~3的烷二基。RIII为碳数1~20的烷基、烷氧基、氟烷基、或氟烷氧基。a为0或1。b为0~3的整数。c为0~2的整数。d为0或1。其中,1≦a+b+c≦3。)
所表示的化合物、在侧链具有肉桂酸酯结构的二胺等侧链型二胺等,
二氨基有机硅氧烷可列举1,3-双(3-氨基丙基)-四甲基二硅氧烷等。作为所述式(E-1)所表示的化合物,例如可列举下述式(E-1-1)~式(E-1-4)分别所表示的化合物等。
[化17]
在合成聚酰胺酸[P]时,相对于聚酰胺酸[P]的合成中使用的二胺化合物的总量,其他二胺的使用比例优选为70摩尔%以下,更优选为60摩尔%以下,进而优选为50摩尔%以下。作为其他二胺,可单独使用一种或将两种以上组合使用。
(聚酰胺酸的合成)
聚酰胺酸[P]可通过使四羧酸二酐与二胺化合物,视需要与分子量调整剂一起进行反应而获得。在聚酰胺酸[P]的合成反应中,四羧酸二酐与二胺化合物的使用比例优选为相对于二胺化合物的氨基1当量而四羧酸二酐的酸酐基成为0.2当量~2当量的比例。作为分子量调整剂,例如可列举:马来酸酐、邻苯二甲酸酐、衣康酸酐等酸单酐,苯胺、环己胺、正丁胺等单胺化合物,异氰酸苯酯、异氰酸萘酯等单异氰酸酯化合物等。相对于所使用的四羧酸二酐以及二胺化合物的合计100质量份,分子量调整剂的使用比例优选设为20质量份以下。
聚酰胺酸[P]的合成反应优选的是在有机溶媒中进行。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、醇系溶媒、酮系溶媒、酯系溶媒、醚系溶媒、卤化烃、烃等。作为它们的具体例,优选为使用选自由N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯、四甲基脲、六甲基磷酰三胺、间甲酚、二甲酚及卤化苯酚所组成的群组中的一种以上作为反应溶媒,或者使用这些的一种以上与其他有机溶媒(例如丁基溶纤剂、二乙二醇二乙醚等)的混合物。有机溶媒的使用量(a)优选设为四羧酸二酐及二胺的合计量(b)相对于反应溶液的总量(a+b)而成为0.1质量%~50质量%的量。
以所述方式而获得溶解聚酰胺酸[P]而成的聚合体溶液。所述聚合体溶液可直接供于液晶取向剂的制备,也可在将聚合体溶液中所含的聚酰胺酸[P]分离后供于液晶取向剂的制备。
<聚酰胺酸酯>
在聚合体[P]为聚酰胺酸酯的情况下,所述聚酰胺酸酯(以下也称为“聚酰胺酸酯[P]”)例如可通过如下方法等而获得:[I]使聚酰胺酸[P]与酯化剂反应的方法;[II]使四羧酸二酯与包含特定二胺的二胺化合物反应的方法;[III]使四羧酸二酯二卤化物与包含特定二胺的二胺化合物反应的方法。聚酰胺酸酯[P]可仅具有酰胺酸酯结构,也可为酰胺酸结构与酰胺酸酯结构并存的部分酯化物。使聚酰胺酸酯[P]溶解而成的反应溶液可直接供于液晶取向剂的制备,也可在将反应溶液中所含的聚酰胺酸酯[P]分离后供于液晶取向剂的制备。
<聚酰亚胺>
在聚合体[P]为聚酰亚胺的情况下,所述聚酰亚胺(以下也称为“聚酰亚胺[P]”),例如可通过对以所述方式合成的聚酰胺酸[P]进行脱水闭环并加以酰亚胺化而获得。聚酰亚胺[P]可为对作为其前体的聚酰胺酸[P]所具有的全部酰胺酸结构进行脱水闭环而成的完全酰亚胺化物,也可为仅对酰胺酸结构的一部分进行脱水闭环,使酰胺酸结构与酰亚胺环结构并存的部分酰亚胺化物。聚酰亚胺[P]优选为酰亚胺化率为20%~99%,更优选为30%~90%。此外,酰亚胺化率是以百分率来表示酰亚胺环结构的数量相对于聚酰亚胺的酰胺酸结构的数量与酰亚胺环结构的数量的合计而言所占的比例。此处,酰亚胺环的一部分可为异酰亚胺环。
聚酰胺酸[P]的脱水闭环优选为利用将聚酰胺酸[P]溶解于有机溶媒中,在所述溶液中添加脱水剂及脱水闭环催化剂,视需要进行加热的方法来进行。所述方法中,作为脱水剂,例如可使用乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。相对于聚酰胺酸[P]的酰胺酸结构的1摩尔,脱水剂的使用量优选设为0.01摩尔~20摩尔。作为脱水闭环催化剂,例如可使用吡啶、三甲吡啶、二甲吡啶、三乙胺等三级胺。相对于所使用的脱水剂1摩尔,脱水闭环催化剂的使用量优选设为0.01摩尔~10摩尔。作为脱水闭环反应中所使用的有机溶媒,可列举作为聚酰胺酸[P]的合成中所使用的有机溶媒而例示的有机溶媒。脱水闭环反应的反应温度优选为0℃~180℃。反应时间优选为1.0小时~120小时。此外,含有聚酰亚胺[P]的反应溶液可直接供于液晶取向剂的制备,也可在将聚酰亚胺[P]分离后供于液晶取向剂的制备。
关于聚合体[P]的溶液粘度,当制成浓度10质量%的溶液时,优选为具有10mPa·s~800mPa·s的溶液粘度,更优选为具有15mPa·s~500mPa·s的溶液粘度。此外,溶液粘度(mPa·s)是使用E型旋转粘度计,在25℃下对使用聚合体[P]的良溶媒(例如,γ-丁内酯、N-甲基-2-吡咯烷酮等)所制备的浓度10质量%的聚合体溶液测定而得的值。
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1,000~500,000,更优选为2,000~300,000。另外,由Mw与通过GPC测定的聚苯乙烯换算的数量平均分子量(Mn)的比表示的分子量分布(Mw/Mn)优选为7以下,更优选为5以下。
(加成聚合体)
在聚合体[P]为加成聚合体的情况下,所述加成聚合体(以下也称为“加成聚合体[P]”)可通过将包含第二单体及第三单体的含聚合性不饱和键的化合物聚合而获得。就可形成液晶取向性优异的液晶取向膜的方面而言,加成聚合体[P]优选为选自由聚(甲基)丙烯酸酯及马来酰亚胺系聚合体(包括苯乙烯-马来酰亚胺系共聚体)所组成的群组中的至少一种。
在合成加成聚合体[P]时,也可使用除第二单体及第三单体以外的单体(以下也称为“其他含聚合性不饱和键的化合物”)。作为其他含聚合性不饱和键的化合物,可列举:(甲基)丙烯酸化合物、苯乙烯化合物、共轭二烯化合物、马来酰亚胺化合物等。
作为其他含聚合性不饱和键的化合物的具体例,(甲基)丙烯酸化合物例如可列举:(甲基)丙烯酸烷基酯(例如,(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯等)、(甲基)丙烯酸环烷基酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸三甲氧基硅烷基丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧环己基甲酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧基丁酯、及(甲基)丙烯酸4-羟基丁基缩水甘油酯等不饱和羧酸酯。
苯乙烯化合物可列举:苯乙烯、甲基苯乙烯、二乙烯基苯及4-(缩水甘油氧基甲基)苯乙烯等。共轭二烯化合物可列举1,3-丁二烯及2-甲基-1,3-丁二烯等。马来酰亚胺化合物可列举: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、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。在合成加成聚合体[P]时,作为其他不饱和单体,可单独使用一种,也可组合使用两种以上。
加成聚合体[P]例如可通过在聚合引发剂的存在下将单体聚合而获得。作为所使用的聚合引发剂,例如优选为2,2'-偶氮双(异丁腈)、2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、2,2'-偶氮双(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)等偶氮化合物。相对于反应中使用的所有单体100质量份,聚合引发剂的使用比例优选设为0.01质量份~30质量份。
聚合反应优选为在有机溶媒中进行。作为反应中使用的有机溶媒,例如可列举醇、醚、酮、酰胺、酯、烃化合物等,优选为二乙二醇乙基甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯等。反应温度优选设为30℃~120℃,反应时间优选设为1小时~36小时。有机溶媒的使用量(a)优选设为反应中使用的单体的合计量(b)相对于反应溶液的全体量(a+b)而成为0.1质量%~60质量%的量。
对于加成聚合体[P],通过GPC测定的聚苯乙烯换算的重量平均分子量(Mw)优选为250~500,000,更优选为500~100,000。另外,由Mw与通过GPC测定的聚苯乙烯换算的数量平均分子量(Mn)的比表示的分子量分布(Mw/Mn)优选为8以下,更优选为6以下。
相对于液晶取向剂中所含的固体成分的总量(即,液晶取向剂的除溶媒以外的成分的合计质量),液晶取向剂中的聚合体[P]的含有比例优选为40质量%以上,更优选为50质量%以上,进而优选为60质量%以上。此外,在制备液晶取向剂时,作为聚合体[P],可单独使用一种,也可将两种以上组合使用。
<其他成分>
液晶取向剂除了含有聚合体[P]以外,视需要也可含有与聚合体[P]不同的成分(以下也称为“其他成分”)。
(其他聚合体)
本公开的液晶取向剂也可含有不具有结构单元(A)及结构单元(B)中的至少一者的聚合体(以下也称为“其他聚合体(1)”)作为聚合体成分。其他聚合体(1)的主骨架并无特别限定。作为其他聚合体(1),例如可列举:聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚酰亚胺、聚有机硅氧烷、聚酯、聚烯胺、聚脲、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯并噁唑前体、聚苯并噁唑、纤维素衍生物、聚缩醛、(甲基)丙烯酸系聚合体、苯乙烯系聚合体、马来酰亚胺系聚合体、或苯乙烯-马来酰亚胺系共聚体。其中,就与聚合体[P]并用时和液晶的亲和性高的方面、及可提高液晶元件的可靠性的方面而言,其他聚合体(1)优选为选自由聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚酰亚胺、聚有机硅氧烷、及包含来源于具有碳-碳不饱和键的单体的结构单元的聚合体所组成的群组中的至少一种。包含来源于具有碳-碳不饱和键的单体的结构单元的聚合体优选为选自由(甲基)丙烯酸系聚合体、苯乙烯系聚合体、马来酰亚胺系聚合体、及苯乙烯-马来酰亚胺系共聚体所组成的群组中的至少一种。
在使液晶取向剂含有其他聚合体(1)的情况下,相对于聚合体[P]与其他聚合体(1)的合计量,其他聚合体(1)的含有比例优选为50质量%以下,更优选为40质量%以下,进而优选为30质量%以下。作为其他聚合体,可单独使用一种或将两种以上组合使用。
(溶剂)
本公开的液晶取向剂是以聚合体[P]及视需要而使用的其他成分优选为分散或者溶解于适当的溶媒中而成的液状的组合物的形式来制备。
作为溶剂,优选使用有机溶媒。作为其具体例,可列举:N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、1,2-二甲基-2-咪唑烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、苯酚、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、二丙酮醇、1-己醇、2-己醇、丙烷-1,2-二醇、3-甲氧基-1-丁醇、乙二醇单甲醚、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、丙酸乙酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇-正丙醚、乙二醇-异丙醚、乙二醇-正丁醚(丁基溶纤剂)、乙二醇二甲醚、乙二醇乙醚乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯、二异丁基酮、丙酸异戊酯、异丁酸异戊酯、二异戊醚、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、丙二醇单甲醚(propylene glycol monomethyl ether,PGME)、二乙二醇二乙醚乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯(propylene glycol monomethyl ether acetate,PGMEA)、丙二醇二乙酸酯、环戊烷、环己烷等。它们可单独使用一种或将两种以上混合使用。
作为液晶取向剂中含有的其他成分,除了上述以外,例如可列举:交联剂、抗氧化剂、金属螯合物化合物、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不损及本发明的效果的范围内,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占液晶取向剂的总质量的比例)是考虑粘性、挥发性等而适宜选择,优选为1质量%~10质量%的范围。若固体成分浓度为1质量%以上,则可充分确保涂膜的膜厚,容易获得示出良好的液晶取向性的液晶取向膜。另一方面,若固体成分浓度为10质量%以下,则可使涂膜为适当的厚度,容易获得示出良好的液晶取向性的液晶取向膜,另外,液晶取向剂的粘性变得适度而有能够使涂布性变良好的倾向。
〔第二实施方式〕
第二实施方式的液晶取向剂含有包含结构单元(A)的聚合体[P1]、以及包含结构单元(B)的聚合体[P2]。关于结构单元(A)及结构单元(B),与第一实施方式相同,可援用第一实施方式的说明。
此外,聚合体[P1]为实质上不具有结构单元(B)的聚合体,聚合体[P2]为实质上不具有结构单元(A)的聚合体。此处,在本说明书中,所谓“实质上不具有”特定的结构单元,是指相对于所述聚合体所具有的来源于单体的结构单元的总量而小于0.5摩尔%,且是指优选为0.2摩尔%以下、更优选为0.1摩尔%以下。
在包含聚合体[P1]以及聚合体[P2]的液晶取向剂中,聚合体[P1]及聚合体[P2]的主链并无特别限定。就与液晶的亲和性、机械强度及可靠性的观点而言,聚合体[P1]及聚合体[P2]优选为选自由聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚酰亚胺及加成聚合体所组成的群组中的至少一种。具体而言,可列举以下形态作为优选例。
<1>聚合体[P1]及聚合体[P2]为选自由聚酰胺酸、聚酰胺酸酯及聚酰亚胺所组成的群组中的至少一种的形态。
<2>聚合体[P1]及聚合体[P2]中的一者为选自由聚酰胺酸、聚酰胺酸酯及聚酰亚胺所组成的群组中的至少一种,另一者为加成聚合体的形态。
聚合体[P1]及聚合体[P2]中,作为聚酰胺酸、聚酰胺酸酯或聚酰亚胺的聚合体优选为具有来源于脂环式四羧酸二酐的结构单元。关于脂环式四羧酸二酐的例示及优选含有比例,可援用第一实施方式的说明。
在第二实施方式的液晶取向剂中,就充分获得聚合体的溶解性及对残留电荷的蓄积的减少效果的观点而言,聚合体[P1]与聚合体[P2]的比率优选为使得液晶取向剂中的结构单元(A)与结构单元(B)的比率(摩尔比)成为结构单元(A):结构单元(B)=1:0.01~3。液晶取向剂中的结构单元(A)与结构单元(B)的比率(摩尔比)更优选为1:0.025~3,进而优选为1:0.125~3,进而更优选为1:0.15~3。
第二实施方式的液晶取向剂除了含有聚合体[P1]及聚合体[P2]以外,视需要也可含有与聚合体[P1]及聚合体[P2]不同的成分。作为所述成分,可列举不具有结构单元(A)及结构单元(B)中的任一者的聚合体(以下也称为“其他聚合体(2)”)、溶剂等。关于其他聚合体(2)的主骨架,可列举与第一实施方式中作为其他聚合体(1)例示的聚合体相同的主骨架。关于溶剂等的详细情况与第一实施方式相同,可援用上述说明。
《液晶取向膜及液晶元件》
本公开的液晶取向膜可通过如上述那样制备的液晶取向剂而制造。另外,本公开的液晶元件包括使用上述所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驱动方式并无特别限定,例如可应用于扭转向列(Twisted Nematic,TN)型、超扭转向列(Super Twisted 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、聚合体稳定取向(PolymerSustained Alignment,PSA)等各种模式。液晶元件例如可利用包括以下的工序1~工序3的方法来制造。工序1根据所需的动作模式而使用不同的基板。工序2以及工序3在各动作模式中共通。
<工序1:涂膜的形成>
首先,通过在基板上涂布液晶取向剂,优选为对涂布面进行加热而在基板上形成涂膜。作为基板,例如可使用:浮法玻璃、钠玻璃等玻璃;包含聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚醚砜、聚碳酸酯、聚(脂环式烯烃)等塑料的透明基板。作为设置于基板的透明导电膜,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)的氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)膜等。在制造TN型、STN型或VA型的液晶元件的情况下,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状的电极的基板、与未设置电极的相向基板。
液晶取向剂向基板的涂布方法并无特别限定,例如可通过旋涂方式、印刷方式(例如,胶版印刷方式、柔版印刷方式等)、喷墨方式、狭缝涂布方式、棒涂方式、挤出模(extrusion die)方式、直接凹版涂布机(direct gravure coater)方式、腔室刮刀涂布机(chamber doctor coater)方式、胶版凹版涂布机(offset gravure coater)方式、含浸涂布机方式、MB涂布机方式法等来进行。
在涂布液晶取向剂后,出于防止所涂布的液晶取向剂的流挂等目的,优选为实施预加热(预烘烤)。预烘烤温度优选为30℃~200℃,预烘烤时间优选为0.25分钟~10分钟。其后,进一步将溶剂去除,视需要以对聚合体中所存在的酰胺酸结构进行热酰亚胺化为目的而实施煅烧(后烘烤)工序。此时的煅烧温度(后烘烤温度)优选为80℃~280℃,更优选为80℃~250℃。后烘烤时间优选为5分钟~200分钟。所形成的膜的膜厚优选为0.001μm~1μm。
<工序2:取向处理>
在制造TN型、STN型、IPS型或FFS型液晶元件的情况下,对所述工序1中形成的涂膜实施赋予液晶取向能力的处理(取向处理)。由此,液晶分子的取向能力被赋予至涂膜而形成液晶取向膜。作为取向处理,优选为使用对基板上所形成的涂膜的表面利用棉花等进行擦拭的摩擦处理、或对涂膜进行光照射以对其赋予液晶取向能力的光取向处理。在制造垂直取向型的液晶元件的情况下,可将所述工序1中形成的涂膜直接用作液晶取向膜,为了进一步提高液晶取向能力,也可对所述涂膜实施取向处理。
用于光取向的光照射可通过以下方法等来进行:对后烘烤工序后的涂膜进行照射的方法;对预烘烤工序后且后烘烤工序前的涂膜进行照射的方法;在预烘烤工序及后烘烤工序的至少任一者中,在涂膜的加热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。在放射线为偏光时,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,也可自斜方向进行,或者也可将这些方向加以组合而进行。非偏光的放射线时的照射方向设为斜方向。
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200J/m2~30,000J/m2,更优选为500J/m2~10,000J/m2。在用于赋予取向能力的光照射后,也可进行对基板表面使用例如水、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)或它们的混合物进行清洗的处理、或对基板进行加热的处理。
<工序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,在相向配置的两片基板间配置液晶,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:以液晶取向膜相向的方式隔着间隙将两枚基板相向配置,使用密封剂将两枚基板的周边部贴合,在由基板表面与密封剂所包围的单元间隙内注入填充液晶并将注入孔封闭的方法、利用液晶滴注(onedrop fill,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、碟状液晶,其中优选为向列液晶。
在PSA模式下,进行如下处理:将聚合性化合物(例如,多官能(甲基)丙烯酸酯化合物等)与液晶一起填充至单元间隙内,并且在液晶单元的构筑后,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。在制造PSA型的液晶元件时,聚合性化合物的使用比例相对于液晶的合计100质量份而例如为0.01质量份~3质量份,优选为0.05质量份~1质量份。
在制造液晶显示装置的情况下,继而,在液晶单元的外侧表面贴合偏光板,获得液晶显示元件。作为偏光板,可列举利用乙酸纤维素保护膜夹持被称为“H膜”的偏光膜而成的偏光板、或者包含H膜其自身的偏光板,所述“H膜”是一边使聚乙烯基醇延伸取向一边吸收碘而成。
此外,通过制成包含聚合体[P]的液晶取向剂而可使液晶取向剂的涂布性良好、且可获得残留电荷的蓄积减少的液晶元件的理由尚不确定,但认为为如下所述。根据包含具有羧基的结构单元以及具有碱性基的结构单元的聚合体,认为可通过羧基与碱性基之间的酸-碱相互作用而效率良好地进行液晶取向膜中的电荷的转移,可减少液晶元件中蓄积的电荷。另一方面,在包含含有具有羧基的结构单元以及具有碱性基的结构单元的聚合体的液晶取向剂中,认为由于羧基与碱性基的酸-碱相互作用而聚合体容易凝聚,涂布性降低。与此相对,第一实施方式的液晶取向剂包含聚合体[P],所述聚合体[P]具有作为具有羧基的结构单元的所述结构单元(A),且具有作为具有碱性基的结构单元的所述结构单元(B),根据所述第一实施方式的液晶取向剂,认为通过利用具有适度大小的基(A1)来保护羧基,可产生位阻,另外,可减少脱离的基A1在膜中的残存量,由此有助于液晶取向剂的涂布性及减少残留电荷的蓄积。
另外,认为在制成具有结构单元(A)的聚合体[P1]与具有结构单元(B)的聚合体[P2]的掺合体系的情况下可谓也相同。即,包含具有羧基的结构单元的聚合体与包含具有碱性基的结构单元的聚合体中,认为由于羧基与碱性基的酸-碱相互作用而聚合体成分容易凝聚。与此相对,根据包含聚合体[P1]以及聚合体[P2]的第二实施方式的液晶取向剂,认为通过利用具有适度大小的基(A1)来保护羧基,可产生位阻,另外,可减少脱离的基A1在膜中的残存量,由此在获得对残留电荷蓄积的减少效果的同时可提高涂布性。
本发明的液晶元件可有效地应用于各种用途。具体而言,例如可用作钟表、便携式游戏机、文字处理器(word processor)、笔记本型个人计算机、汽车导航系统(carnavigation system)、摄像机(camcorder)、个人数字助理(Personal Digital Assistant,PDA)、数字照相机(digital camera)、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装置、相位差膜等。
[实施例]
以下,基于实施例对实施方式进行更详细的说明,但并不由以下的实施例而对本发明限定性地解释。此外,实施例、比较例中的“份”及“%”只要无特别说明则为质量基准。
在以下的例子中,通过以下方法来测定聚合体的重量平均分子量Mw及数量平均分子量Mn、聚合体溶液中的聚酰亚胺的酰亚胺化率、聚合体溶液的溶液粘度。以下的实施例中所使用的原料化合物及聚合体的需要量是通过视需要重复进行下述合成例中所示的合成规模下的合成来确保。
[重量平均分子量Mw及数量平均分子量Mn]
重量平均分子量Mw及数量平均分子量Mn是通过以下条件下的GPC而测定的聚苯乙烯换算值。
管柱:东曹(Tosoh)(股)制造,TSKgelGRCXLII
溶剂:四氢呋喃
温度:40℃
压力:68kgf/cm2
[聚酰亚胺的酰亚胺化率]
将聚酰亚胺的溶液投入至纯水中,将所获得的沉淀在室温下充分地减压干燥后,溶解于氘化二甲基亚砜中,以四甲基硅烷作为基准物质,在室温下测定氢谱核磁共振(1H-nuclear magnetic resonance,1H-NMR)。根据所获得的1H-NMR光谱,利用下述数式(1)而求出酰亚胺化率[%]。
酰亚胺化率[%]=(1-(A1/(A2×α)))×100…(1)
(数式(1)中,A1是在化学位移10ppm附近出现的来源于NH基的质子的峰值面积,A2是来源于其他质子的峰值面积,α是其他质子相对于聚合体的前体(聚酰胺酸)中的NH基的1个质子的个数比例。)
[聚合体溶液的溶液粘度]
聚合体的溶液粘度是使用E型粘度计在25℃下测定。
以下的实施例及比较例中使用的化合物的简称为如下所述。此外,以下,有时将式(X)所表示的化合物简单表示为“化合物(X)”。
[化18]
[化19]
[化20]
[化21]
[化22]
[化23]
[化24]
<聚合体的合成>
1.聚酰胺酸的合成
[合成例1]
将作为四羧酸二酐的环丁烷-1,2:3,4-四羧酸二酐20摩尔份、2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐50摩尔份及均苯四甲酸二酐30摩尔份、以及作为二胺化合物的化合物(d-1)5摩尔份、4,4'-二氨基二苯基甲烷45摩尔份、胆甾烷醇氧基-2,4-二氨基苯20摩尔份、及化合物(d-14)30摩尔份溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)中,在室温下进行6小时反应,获得含有15质量%的聚酰胺酸(将其设为聚合体(PA-1))的溶液。分取少量的所述溶液,加入NMP而制成浓度10质量%的溶液并进行测定,所测定的溶液粘度为100mPa·s。
[合成例2~合成例16]
将所使用的四羧酸二酐及二胺化合物的种类和量如下述表1所记载那样进行变更,除此以外,进行与合成例1相同的操作,获得聚酰胺酸(聚合体(PA-2)~聚合体(PA-16))。
2.聚酰亚胺的合成
[合成例17]
将作为四羧酸二酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐100摩尔份、以及作为二胺化合物的化合物(d-2)30摩尔份、胆甾烷醇氧基-2,4-二氨基苯30摩尔份、及化合物(d-15)40摩尔份溶解于NMP中,在室温下进行6小时反应,获得含有15质量%的聚酰胺酸的溶液。
继而,在所获得的聚酰胺酸溶液中追加NMP而制成聚酰胺酸浓度10质量%的溶液,添加吡啶及乙酸酐而在60℃下进行4小时脱水闭环反应。在脱水闭环反应后,利用新的NMP对系统内的溶媒进行溶媒置换,由此获得含有10质量%的、酰亚胺化率为80%的聚酰亚胺(将其设为聚合体(PI-1))的溶液。所获得的聚合体的溶液粘度为100mPa·s。
[合成例18]
将所使用的四羧酸二酐及二胺化合物的种类和量如表1所记载那样进行变更,除此以外进行与合成例17相同的操作,获得聚酰亚胺(将其设为聚合体(PI-2))。所获得的聚合体(PI-2)的酰亚胺化率为50%。
[表1]
3.聚有机硅氧烷的合成
[合成例19]
在1000ml三口烧瓶中装入2-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷90.0g、甲基异丁基酮500g、及三乙胺10.0g,在室温下混合。继而,历时30分钟自滴液漏斗滴加去离子水100g后,在回流下进行混合的同时在80℃下进行6小时反应。反应结束后,取出有机层,利用0.2质量%硝酸铵水溶液将其清洗至清洗后的水成为中性为止后,在减压下将溶媒及水蒸馏去除。适量添加甲基异丁基酮,获得作为具有环氧基的聚有机硅氧烷的聚合体(ESSQ-1)的50质量%溶液。
在500ml三口烧瓶中加入化合物(CA-1)6.28g(相对于聚合体(ESSQ-1)所具有的环氧基量为20摩尔%)、化合物(CA-2)3.44g(相对于聚合体(ESSQ-1)所具有的环氧基量为10摩尔%)、四丁基溴化铵2.00g、含聚合体(ESSQ-1)的溶液80g、及甲基异丁基酮239g,在90℃下搅拌18小时。冷却至室温后,利用蒸馏水重复进行10次分液清洗操作。之后,回收有机层,利用旋转蒸发器重复进行两次浓缩与NMP稀释后,使用NMP,以固体成分浓度成为10质量%的方式进行调整,获得聚合体(PS-1)的NMP溶液。
4.加成聚合体(苯乙烯-马来酰亚胺系聚合体)的合成
[合成例20]
氮气下,在100mL二口烧瓶中加入作为聚合单体的化合物(MA-1)10摩尔份、化合物(MA-2)10摩尔份、甲基丙烯酸35摩尔份、及甲基丙烯酸缩水甘油酯45摩尔份、作为自由基聚合引发剂的2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)2摩尔份、以及作为溶媒的四氢呋喃50ml,在70℃下聚合5小时。在甲醇中进行再沉淀后,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(PM-1)。通过GPC且以聚苯乙烯换算而测定的重量平均分子量Mw为30000,分子量分布Mw/Mn为2。
[合成例21~合成例24]
将所使用的单体的种类及量如下述表2所记载那样进行变更,除此以外进行与合成例20相同的操作,获得加成聚合体(聚合体(PM-2)~聚合体(PM-5))。
[表2]
5.液晶取向剂的制备及评价
[实施例1:PSA型液晶显示元件]
(1)液晶取向剂(AL-1)的制备
在包含合成例1中所获得的聚合体(PA-1)100质量份的溶液中,加入包含合成例19中所获得的聚合体(PS-1)10质量份的溶液、化合物(Ad-1)5质量份、以及作为溶剂的NMP及丁基溶纤剂(butyl cellosolve,BC),制成溶剂组成为NMP/BC=50/50(质量比)、固体成分浓度为4.0质量%的溶液。利用孔径为0.2μm的过滤器对所述溶液进行过滤,由此制备液晶取向剂(AL-1)。
(2)溶解性的评价
将所述(1)中制备的液晶取向剂(AL-1)在-15℃的冷冻库中保管7天后,将液晶取向剂解冻至室温,测定解冻后的液晶取向剂中的颗粒数,由此评价聚合体的溶解性。颗粒数的测定中使用液中颗粒传感器(理音(Rion)(股)制造KL-20A),对液晶取向剂10ml测定两次大小为1.0μm以上的微粒的数量,将其平均值作为液晶取向剂中的颗粒数。此时,在光源波长:780nm、样品吸引速度:10ml/min的条件下进行测定。
评价中,将颗粒数为5个/ml以下的情况设为“良好(○)”,将为6个/ml以上且10个/ml以下的情况设为“可(△)”,将为11个/ml以上的情况设为“不良(×)”。在所述实施例中,为溶解性良好的评价。
(3)液晶组合物的制备
相对于向列液晶(默克(Merck)公司制造,MLC-6608)10g,添加5质量%的下述式(L1-1)所表示的液晶性化合物以及0.3质量%的下述式(L2-1)所表示的光聚合性化合物并进行混合,获得液晶组合物LC1。
[化25]
(4)PSA型液晶显示元件的制造
使用液晶取向膜印刷机(日本写真印刷(股)制造),将以上所制备的液晶取向剂(AL-1)涂布于分别具有包含ITO电极的导电膜的两片玻璃基板的各电极面上,在80℃的加热板上加热(预烘烤)1分钟而将溶媒去除。之后,在洁净烘箱内、氮气环境下以230℃进行30分钟后烘烤,形成平均膜厚0.1μm的涂膜,由此获得一对(两片)具有液晶取向膜的基板。此外,所使用的电极的图案与PSA模式中的电极图案为同一种图案。
继而,在所述一对基板中一个基板的具有液晶取向膜的面的外缘,涂布放入有直径5.5μm的氧化铝球的环氧树脂接着剂后,以液晶取向膜面相向的方式进行重叠、压接,并使接着剂硬化。继而,自液晶注入口向一对基板间填充上述中所制备的液晶组合物LC1后,利用丙烯酸系光硬化接着剂将液晶注入口封闭,由此制造液晶单元。之后,在对液晶单元的导电膜间施加频率60Hz的交流10V而液晶驱动的状态下,利用使用金属卤化物灯作为光源的紫外线照射装置,以100,000J/m2的照射量来照射紫外线。此外,所述照射量是使用以波长365nm为基准进行测量的光量计测定而得的值。之后,将偏光板以其偏光方向相互正交且与液晶取向膜的紫外线的光轴在基板面上的射影方向呈45°角度的方式贴合于基板的外侧两面,由此制造PSA型液晶显示元件。
(5)残留DC/电阻的评价
对所述(4)中制造的液晶显示元件,在60℃下施加5分钟的5V的电压后,进行1秒钟的短路,之后保持开放状态10分钟,通过介电吸收法测定此时液晶显示元件内所蓄积的电荷。评价中,将电压的测定值为0.20V以下的情况设为“良好(○)”,将大于0.21V且小于0.50V的情况设为“可(△)”,将为0.51V以上的情况设为“不良(×)”。在所述实施例中,电压值低(即,液晶显示元件内所蓄积的电荷少)而为良好的评价。
(6)涂布性(面内均匀性)的评价
将所述(1)中制备的液晶取向剂(AL-1)在-15℃的冷冻库中保管7天后,将液晶取向剂解冻至室温,使用解冻后的液晶取向剂,对涂布性(面内均匀性)进行评价。评价是使用JET-CM连续式喷墨印刷机(纪州技研工业(股)制造),将解冻后的液晶取向剂以干燥膜厚成为0.1μm的液量在ITO基板上实施连续涂布。自液晶取向剂的涂布开始起至在基板整个面上完成液晶取向剂的涂布、并进行煅烧为止所需的时间为10分钟。将所获得的取向膜涂布基板在加热板上以80℃预烘烤1分钟,之后,在洁净烘箱内、氮气环境下以230℃进行30分钟后烘烤后,利用20倍的显微镜观察液晶取向膜的周边部及中央部。此时,将无针孔及涂布不均(膜厚不均等)的情况判断为“良好(○)”,将观测到针孔及涂布不均中的至少任一者的情况判断为“不良(×)”。
[实施例6~实施例13、比较例1~比较例9]
将液晶取向剂的组成如表3所示那样进行变更,除此方面以外,以与实施例1相同的溶剂组成及固体成分浓度制备液晶取向剂。另外,使用各个液晶取向剂,与实施例1同样地评价溶解性及涂布性,并且制造PSA型液晶显示元件来进行残留DC/电阻的评价。将它们的结果示于表3中。此外,表3中,取向剂组成中各成分的括号内的数值表示调配量(质量份)。
[实施例2:光垂直型液晶显示元件]
(1)液晶取向剂的制备、以及溶解性及涂布性的评价
将液晶取向剂的组成如表3所示那样进行变更,除此方面以外,以与实施例1相同的溶剂组成及固体成分浓度制备液晶取向剂(AL-2)。另外,使用液晶取向剂(AL-2),与实施例1同样地进行溶解性及涂布性的评价。将其结果示于表3中。
(2)光垂直型液晶显示元件的制造
使用旋转器将上述中制备的液晶取向剂(AL-2)涂布于包含ITO膜的带透明电极的玻璃基板的透明电极面上,利用80℃的加热板进行1分钟预烘烤。之后,在对箱内进行了氮气置换的烘箱中,在230℃下加热1小时而形成膜厚0.1μm的涂膜。继而,对所述涂膜表面使用Hg-Xe灯及格兰-泰勒棱镜(glan-taylor prism),自相对于基板法线倾斜40°的方向照射包含313nm的明线的偏光紫外线1,000J/m2而赋予液晶取向能力。重复进行相同的操作,制作一对(两片)具有液晶取向膜的基板。
在所述基板中的一片基板的具有液晶取向膜的面的外周,通过丝网印刷涂布加入有直径3.5μm的氧化铝球的环氧树脂接着剂后,使一对基板的液晶取向膜面相向,以各基板的紫外线的光轴在基板面的投影方向成为逆平行的方式进行压接,在150℃下历时1小时使接着剂热硬化。继而,自液晶注入口向基板间的间隙中填充负型液晶(默克(Merck)公司制造,MLC-6608)后,利用环氧系接着剂将液晶注入口封闭。进而,为了将液晶注入时的流动取向除去,将其在130℃下加热后缓缓冷却至室温为止。接着,将偏光板以其偏光方向相互正交且与液晶取向膜的紫外线的光轴在基板面上的射影方向呈45°角度的方式贴合于基板的外侧两面,由此制造光垂直型液晶显示元件。
(3)残留DC/电阻的评价
对于所述(2)中制造的光垂直型液晶显示元件,与所述实施例1的(5)同样地进行残留DC/电阻的评价。将其结果示于表3中。
[实施例3]
将液晶取向剂的组成如表3所示那样进行变更,除此方面以外,以与实施例2相同的溶剂组成及固体成分浓度制备液晶取向剂(AL-3)。另外,使用液晶取向剂(AL-3),与实施例1同样地评价溶解性及涂布性,并且制造光垂直型液晶显示元件来进行残留DC/电阻的评价。将其结果示于表3中。
[实施例4:使用光取向法的FFS型液晶显示元件]
(1)液晶取向剂的制备、以及溶解性及涂布性的评价
将液晶取向剂的组成如表3所示那样进行变更,除此方面以外,以与实施例1相同的溶剂组成及固体成分浓度制备液晶取向剂(AL-4)。另外,使用液晶取向剂(AL-4),与实施例1同样地进行溶解性及涂布性的评价。将其结果示于表3中。
(2)使用光取向法的FFS型液晶显示元件的制造
准备在单面依序层叠有平板电极、绝缘层及梳齿状电极的玻璃基板(第一基板)、以及未设置电极的相向玻璃基板(第二基板)。继而,使用旋转器将液晶取向剂(AL-4)分别涂布于第一基板的电极形成面及第二基板的其中一个基板面上,并利用80℃的加热板加热(预烘烤)1分钟。之后,在对箱内进行了氮置换的230℃的烘箱中,进行30分钟干燥(后烘烤),而形成平均膜厚0.1μm的涂膜。使用Hg-Xe灯自基板法线方向对所获得的涂膜照射包含经直线偏光的254nm的明线的紫外线1,000J/m2而进行光取向处理。此外,所述照射量是使用以波长254nm为基准而测量的光量计进行测量而得的值。继而,将实施了光取向处理的涂膜在230℃的洁净烘箱中加热30分钟而进行热处理,形成液晶取向膜。
接着,对于形成有液晶取向膜的一对基板中的其中一个基板,在具有液晶取向膜的面的外缘,通过丝网印刷涂布加入有直径3.5μm的氧化铝球的环氧树脂接着剂。之后,以光照射时的偏光轴在基板面上的投影方向成为反平行的方式,将基板重叠压接,在150℃下历时1小时使接着剂进行热硬化。继而,自液晶注入口将负型液晶(默克(Merck)公司制造,MLC-6608)填充至一对基板间后,利用环氧系接着剂将液晶注入口封闭,获得液晶单元。进而,为了将液晶注入时的流动取向除去,将其在120℃下加热后缓缓冷却至室温。之后,将偏光板贴合于液晶单元的基板的外侧两面,获得液晶显示元件。另外,分别将后烘烤后的紫外线照射量在100J/m2~10,000J/m2的范围内进行变更而实施所述一系列的操作,由此制造紫外线照射量不同的三个以上的液晶显示元件,将示出最良好的取向特性的曝光量(最佳曝光量)的液晶显示元件用于以下评价。
(3)残留DC/电阻的评价
对于所述(2)中制造的光FFS型液晶显示元件,与所述实施例1的(5)同样地进行残留DC/电阻的评价。将其结果示于表3中。
[实施例5:使用摩擦法的FFS型液晶显示元件]
(1)液晶取向剂的制备、以及溶解性及涂布性的评价
将液晶取向剂的组成如表3所示那样进行变更,除此方面以外,以与实施例1相同的溶剂组成及固体成分浓度制备液晶取向剂(AL-5)。另外,使用液晶取向剂(AL-5),与实施例1同样地进行溶解性及涂布性的评价。将其结果示于表3中。
(2)使用摩擦法的FFS型液晶显示元件的制造
准备在单面依序层叠有平板电极、绝缘层及梳齿状电极的玻璃基板(第一基板)、以及未设置电极的相向玻璃基板(第二基板)。继而,使用旋转器将上述中制备的液晶取向剂(AL-5)分别涂布于第一基板的电极形成面及第二基板的其中一个基板面,并利用80℃的加热板进行1分钟预烘烤。之后,在对箱内进行了氮置换的烘箱中,以230℃加热1小时而形成膜厚0.1μm的涂膜。对于所述涂膜,利用具有卷绕有尼龙布的辊的摩擦机器,以辊转速1000rpm、平台移动速度2.5cm/sec、毛压入长度0.4mm进行摩擦处理。之后,在超纯水中进行1分钟超声波清洗,继而在100℃洁净烘箱中干燥10分钟,由此获得具有液晶取向膜的一对基板。
在所述一对基板中一片基板的具有液晶取向膜的面的外周,通过丝网印刷涂布放入有直径3.5μm的氧化铝球的环氧树脂接着剂后,以各自的液晶取向膜面相向的方式进行重叠、压接,并使接着剂硬化。继而,自液晶注入口向一对基板间填充向列液晶(默克(Merck)公司制造,MLC-6608)后,利用丙烯酸系光硬化接着剂将液晶注入口封闭,并将偏光板贴合于基板的外侧的两面,由此制造摩擦FFS型液晶显示元件。
(3)残留DC/电阻的评价
对于所述(2)中制造的摩擦FFS型液晶显示元件,与所述实施例1的(5)同样地进行残留DC/电阻的评价。将其结果示于表3中。
[表3]
如由表3而明确,使用包含聚合体[P]的液晶取向剂的实施例1~实施例8、实施例12、实施例13中,聚合体的溶解性、残留DC特性及涂布性均为良好或可。它们中,与使用在结构单元(B)中包含热脱离性基的聚合体(PA-7)的实施例7、使用相对于结构单元(A)而增多了结构单元(B)的比率的聚合体(PA-8)的实施例8相比,实施例1~实施例6的任一评价均良好而特别优异。
另外,关于使用包含聚合体[P1]及聚合体[P2]的液晶取向剂的实施例9~实施例11,聚合体的溶解性、残留DC特性及涂布性也均为良好或可。其中,实施例9~实施例11的液晶取向剂的残留DC特性为可的评价。根据这些结果,可谓同一聚合体的包含结构单元(A)以及结构单元(B)的形态与分开包含具有结构单元(A)的聚合体[P1]和具有结构单元(B)的聚合体[P2]的形态相比,残留DC特性的改善效果高而优异。
与此相对,使用不具有结构单元(A)及结构单元(B)中的任一者的聚合体的比较例1~比较例7中,聚合体的溶解性、低残留DC特性及涂布性中的至少任一评价为不良。即,使用不包含具有碱性基的结构单元的聚合体的比较例1中,残留DC特性为不良,使用不包含具有酸性基的结构单元的聚合体的比较例2中,任一评价均为不良。另外,使用包含具有未经保护的羧基的结构单元的聚合体的比较例3、比较例7、以及使用包含具有经叔丁氧基羰基保护的羧基的结构单元的聚合体的比较例4中,涂布性为不良的评价。进而,使用包含具有经大体积的基保护的羧基的结构单元的聚合体的比较例5、比较例6中,残留DC特性及涂布性为不良的评价。此外,认为在将如叔丁氧羰基那样体积不太大的基作为保护基的情况下,体积排除效果不充分,因此聚合体的溶解性略有降低,且涂布性不充分。另外,认为在将大体积的基作为保护基的情况下(比较例5、比较例6),由酸-碱相互作用引起的电荷输送不充分,另外,由于脱离的保护基所带来的影响,残留DC特性及涂布性不充分。
另外,在作为包含如下的聚合体、即包含具有未经保护的羧基的结构单元的聚合体、以及具有结构单元(B)的聚合体[P2]的液晶取向剂的比较例8、比较例9中,聚合体的溶解性及低残留DC特性为可的评价,涂布性为不良的评价。
根据以上而明确,通过使用在聚合体成分中包含结构单元(A)以及结构单元(B)的液晶取向剂,可制造聚合体的溶解性、低残留DC特性及涂布性良好的液晶取向膜。
Claims (13)
1.一种液晶取向剂,含有聚合体成分,
所述聚合体成分为下述(I)及(II)中的至少任一者:
(I)含有包含结构单元(A)以及结构单元(B)的聚合体[P],所述结构单元(A)来源于具有由下述式(1)所表示的部分结构的二胺或具有由下述式(1)所表示的部分结构的含聚合性不饱和键的化合物,所述结构单元(B)具有选自由含氮的杂环结构及下述式(2)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种;
(II)含有包含所述结构单元(A)的聚合体[P1]、以及包含所述结构单元(B)的聚合体[P2],
式(1)中,A1为碳数5以上的一价链状烃基或脂环式烃基、或者在链状烃基或脂环式烃基的碳-碳键间具有-O-的碳数3以上的一价基;“*1”表示与碳原子键结的键结键,
式(2)中,R1为氢原子或一价有机基;“*2”及“*3”分别表示与碳原子键结的键结键。
2.根据权利要求1所述的液晶取向剂,其中,所述聚合体[P]为选自由聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚酰亚胺及加成聚合体所组成的群组中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的液晶取向剂,其中,所述聚合体[P1]及所述聚合体[P2]为选自由聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚酰亚胺及加成聚合体所组成的群组中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的液晶取向剂,其中,所述聚合体[P1]及所述聚合体[P2]为选自由聚酰胺酸、聚酰胺酸酯及聚酰亚胺所组成的群组中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的液晶取向剂,其中,所述聚合体[P1]及所述聚合体[P2]中的一者为选自由聚酰胺酸、聚酰胺酸酯及聚酰亚胺所组成的群组中的至少一种,另一者为加成聚合体。
6.根据权利要求1或2所述的液晶取向剂,其中,相对于所述聚合体[P]所具有的来源于单体的结构单元的总量,所述聚合体[P]所具有的所述结构单元(A)与所述结构单元(B)的合计量为50摩尔%以下,
所述聚合体[P]所具有的所述结构单元(A)与所述结构单元(B)的比率以摩尔比计为结构单元(A):结构单元(B)=1:0.025~3。
7.根据权利要求1或2所述的液晶取向剂,其中,所述结构单元(B)为来源于具有选自由含氮的杂环结构及所述式(2)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种的二胺的结构单元,或者为来源于具有选自由含氮的杂环结构及所述式(2)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种的含聚合性不饱和键的化合物的结构单元。
8.根据权利要求1或2所述的液晶取向剂,其中,所述结构单元(B)为来源于选自由下述式(3-1)所表示的化合物、下述式(3-2)所表示的化合物及下述式(3-3)所表示的化合物所组成的群组中的至少一种的结构单元,
式(3-1)中,B1及B3分别独立地为二价芳香族烃基、二价含氮的杂环基、或-Z1-O-Z2-,其中,Z1及Z2分别独立地为二价芳香族烃基;B2为单键、二价烃基、或者在所述烃基的碳-碳键间具有选自由-O-、-NR2-、-CO-NR2-及-NR2-CO-,其中,R2为氢原子或一价有机基,所组成的群组中的至少一种的二价基;X1及X2分别独立地为二价含氮的杂环基、或者所述式(2)所表示的二价基;L1及L2分别独立地为单键或二价连结基;m为0~2的整数;
式(3-2)中,B4为二价有机基;Y1为具有选自由含氮的杂环及所述式(2)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种的一价基;
式(3-3)中,B5为二价含氮的芳香环基。
10.根据权利要求1或2所述的液晶取向剂,其中,所述结构单元(A)为来源于具有由所述式(1)所表示的部分结构的二胺的结构单元,
所述聚合体[P]具有来源于脂环式四羧酸二酐的结构单元。
11.根据权利要求1或2所述的液晶取向剂,其中,所述聚合体[P1]及所述聚合体[P2]中的至少一者为选自由聚酰胺酸、聚酰胺酸酯及聚酰亚胺所组成的群组中的至少一种,且具有来源于脂环式四羧酸二酐的结构单元。
12.一种液晶取向膜,使用如权利要求1至11中任一项所述的液晶取向剂而形成。
13.一种液晶元件,包括如权利要求12所述的液晶取向膜。
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