CN1797130A - 液晶取向剂和液晶显示元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有保存稳定性和涂布性,而且能够形成液晶取向性优良的液晶取向膜的液晶取向剂。该液晶取向剂,由具有右述式(A)表示的单元和选自右述式(B)和(C)各自表示的单元的至少一种单元的酰亚胺化聚合物组成。
Description
技术领域
本发明涉及形成液晶显示元件的液晶取向膜所使用的液晶取向剂和液晶显示元件。更具体地说,涉及一种保存稳定性良好、能够形成涂布性优良的液晶取向膜的液晶取向剂,以及具有该液晶取向膜的液晶显示元件。
背景技术
目前,作为液晶显示元件已知的有具有所谓TN型(扭曲向列)液晶盒的TN型液晶显示元件,所述液晶盒在设置了透明导电膜的基板表面上形成由聚酰胺酸、聚酰亚胺等制作的液晶取向膜,以其作为液晶显示元件用的基板,将2块该基板相对设置,在其间隙内形成具有正介电各向异性的向列型液晶层,构成夹层结构的盒,液晶分子的长轴从一块基板向另一块基板连续地扭转90度。
另外,还开发了一种与TN型液晶显示元件相比对比度更高、其视角依赖性更小的STN(超扭曲向列)型液晶显示元件和垂直取向型液晶显示元件。该STN型液晶显示元件将在向列型液晶中掺合了作为光学活性物质的手性剂的液晶作为液晶使用,利用通过使液晶分子的长轴在基板间处于连续扭转180度或以上的幅度的状态而产生的双折射效应。
最近,以减小液晶显示元件重量为目的,尝试了用树脂基板替代以前使用的玻璃基板。由于树脂基板的耐热温度低,故形成液晶取向膜时必须在低温下进行烘焙处理,因而适用于含有不需要通过烘焙处理进行酰亚胺化熟化的可溶性聚酰亚胺的液晶取向剂。
但是,由于可溶性聚酰亚胺与溶剂的亲和性比聚酰胺酸还要小,因而在印刷时常常产生膜厚度不均匀和针眼等涂布不良的情况。因此,需要开发一种涂布性优良、可以在低温下烘焙的液晶取向剂。
在专利文献1中公开了一种取向处理剂,它是一种由有机溶剂可溶性聚酰亚胺树脂制作的液晶盒所用的取向处理剂,其中构成上述聚酰亚胺树脂的酰亚胺单元的二胺残基至少10摩尔%选自下式:
(式中,X为氢原子、烷基、酰基、烷氧基或卤素)。
但是,专利文献1中公开的取向剂在溶剂可溶性和均一的涂布性方面存在难题,故存在不能形成总能满足这种性能的取向膜的情况。
专利文献1JP特开平05-43688号公报
发明内容
本发明是鉴于以上的情况而作出的,本发明的第一个目的是提供一种液晶取向剂,其通过打磨处理确实能够使液晶分子产生取向能,从而能够制作具有优良液晶取向性的液晶取向膜的液晶显示元件。
本发明的第二个目的是提供一种保存稳定性良好的液晶取向剂。
本发明的第三个目的是提供一种能够构成具有涂布性优良的液晶取向膜的液晶显示元件的液晶取向剂。
本发明的第四个目的是提供具有上述液晶取向膜的液晶显示元件。
本发明的其它目的和优点从以下的说明中可以看出。
本发明的上述目的和优点,第一,通过一种液晶取向剂实现,其特征在于包括一种酰亚胺化聚合物,所述酰亚胺化聚合物具有:
(1)占全部重复单元30~50摩尔%的下式(A)表示的重复单元和
(2)占全部重复单元30~50摩尔%的从下式(B)和(C)各自表示的重复单元形成的群组中选出的至少一种重复单元,
(式中,X~Z可以相同也可不同,代表一价的有机基团)。
本发明的上述目的和优点,第二,通过一种具有由本发明液晶取向剂制得的液晶取向膜的液晶显示元件实现。
根据本发明,可以提供一种保存稳定性良好,能够形成涂布性优良、液晶取向性良好的液晶取向膜的液晶取向剂。并且,具有由本发明的液晶取向剂形成的液晶取向膜的液晶显示元件可以有效地用于各种装置,例如可以应用于台式计算机、手表、台钟、计数显示屏、移动电话、文字处理器、个人计算机、液晶数据投影仪、液晶电视机等显示装置。
具体实施方式
以下,对本发明进行具体的说明。本发明中使用的酰亚胺化聚合物(聚酰亚胺)可以通过将使四羧酸二酸酐与二胺化合物在有机溶剂中反应所合成的聚酰胺酸脱水闭环而制得。这些聚合物还可以2种或多种混合使用。本发明中所用的酰亚胺化聚合物中的式(A)表示的重复单元的含量比率相对于聚合物的全部重复单元优选为30~50摩尔%,并且,式(B)和/或式(C)表示的重复单元的含量比率同样地相对于全部重复单元优选为30~50摩尔%。
[四羧酸二酸酐]
本发明的酰亚胺化聚合物中的上述式(A)、(B)和(C)表示的重复单元,作为来源于四羧酸二酸酐的残基,均具有来源于2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酸酐的残基。为了引入这种残基,作为在聚酰胺酸合成中使用的四羧酸二酸酐,可以使用2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酸酐。
此外,在不损害下述条件的范围内,还可以联用其它的四羧酸二酸酐,该条件为含有占全部重复单元30~50摩尔%的式(A)表示的重复单元,并且含有占全部重复单元30~50摩尔%的至少一种或以上式(B)和式(C)各自表示的重复单元。
作为这种其它的四羧酸二酸酐,可以列举例如丁烷四羧酸二酸酐、1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酸酐、1,2-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酸酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酸酐、1,3-二氯-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酸酐、1,2,3,4-四甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酸酐、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酸酐、1,2,4,5-环己烷四羧酸二酸酐、3,3’,4,4’-二环己基四羧酸二酸酐、3,5,6-三羧基降冰片烷-2-乙酸二酸酐、2,3,4,5-四氢呋喃四羧酸二酸酐、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5-乙基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-7-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-7-乙基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-乙基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氢-5,8-二甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二氧代四氢呋喃亚甲基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸二酸酐、双环[2,2,2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酸酐、3-氧杂双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氢呋喃-2’,5’-二酮)、下式(I)和(II)代表的化合物等脂肪族和脂环族四羧酸二酸酐,
(式中,R1和R3代表具有芳香环的2价有机基团,R2和R4代表氢原子或者烷基,存在的多个R2和R4各自可以相同,也可以不同);
均苯四酸二酸酐、3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酸酐、3,3’,4,4’-二苯基砜四羧酸二酸酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酸酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酸酐、3,3’,4,4’-二苯基醚四羧酸二酸酐、3,3’,4,4’-二甲基二苯基硅烷四羧酸二酸酐、3,3’,4,4’-四苯基硅烷四羧酸二酸酐、1,2,3,4-呋喃四羧酸二酸酐、4,4’-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基硫醚二酸酐、4,4’-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基砜二酸酐、4,4’-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基丙烷二酸酐、3,3’,4,4’-全氟异亚丙基邻苯二甲酸二酸酐、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酸酐、二(邻苯二甲酸)苯膦氧化物二酸酐、对-亚苯基-二(三苯基邻苯二甲酸)二酸酐、间-亚苯基-二(三苯基邻苯二甲酸)二酸酐、二(三苯基邻苯二甲酸)-4,4’-二苯醚二酸酐、二(三苯基邻苯二甲酸)-4,4’-二苯基甲烷二酸酐、乙二醇-二(脱水偏苯三酸酯)、丙二醇-二(脱水偏苯三酸酯)、1,4-丁二醇-二(脱水偏苯三酸酯)、1,6-己二醇-二(脱水偏苯三酸酯)、1,8-辛二醇-二(脱水偏苯三酸酯)、2,2-二(4-羟苯基)丙烷-二(脱水偏苯三酸酯)、下述式(1)~(4)表示的化合物等芳香族四羧酸二酸酐。它们可以1种单独或者2种或多种组合使用。
[二胺化合物]
本发明的酰亚胺化聚合物中的上述式(A)表示的重复单元,作为来源于二胺的残基,具有对-三联苯基或者各苯基可被一价有机基团X、Y或Z取代的对-三联苯基。作为一价的有机基,优选例如碳原子数为1~3的烷基或者氟化烷基。作为这种二胺,可以列举例如4,4”-二氨基-对-三联苯及其衍生物,具体地说,可以列举2-甲基-4,4”-二氨基-对-三联苯、2,2”-二甲基-4,4”-二氨基-对-三联苯、2,2’,2”-三甲基-4,4”-二氨基-对-三联苯、2,2’,3”-三甲基-4,4”-二氨基-对-三联苯、2,3’,2”-三甲基-4,4”-二氨基-对-三联苯、2,2’,2”-三(三氟甲基)-4,4”-二氨基-对-三联苯等。
另外,本发明的酰亚胺化聚合物中的上述式(B)表示的重复单元,作为来源于二胺的残基,具有二甲基联苯基。作为这种二胺,可以列举例如2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、2,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯等。
此外,本发明的酰亚胺化聚合物中的上述式(C)表示的重复单元,作为来源于二胺的残基,具有对-亚苯基。这种二胺为对-苯二胺。
此外,在不损害下述条件,即:含有占全部重复单元30~50摩尔%的式(A)表示的重复单元,并且含有占全部重复单元30~50摩尔%的至少一种或以上式(B)~(C)表示的重复单元的范围内,还可以使用如上具有特定结构的二胺化合物以外其它二胺化合物。
作为其它二胺化合物,可以列举例如间-苯二胺、4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4’-二氨基二苯乙烷、4,4’-二氨基二苯硫醚、4,4’-二氨基二苯基砜、4,4’-二氨基苯甲酰苯胺、4,4’-二氨基二苯醚、1,5-二氨基萘、5-氨基-1-(4’-氨基苯基)-1,3,3-三甲基茚满、6-氨基-1-(4’-氨基苯基)-1,3,3-三甲基茚满、3,4’-二氨基二苯基醚、3,3’-二氨基二苯酮、3,4’-二氨基二苯酮、4,4’-二氨基二苯酮、2,2-二[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-二[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-二(4-氨基苯基)六氟丙烷、2,2-二[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜、1,4-二(4-氨基苯氧基)苯、1,3-二(4-氨基苯氧基)苯、1,3-二(3-氨基苯氧基)苯、9,9-二(4-氨基苯基)-10-氢蒽、2,7-二氨基芴、9,9-二(4-氨基苯基)芴、4,4’-亚甲基-二(2-氯苯胺)、2,2’,5,5’-四氯-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二氯-4,4’-二氨基-5,5’-二甲氧基联苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二氨基联苯、1,4,4’-(对-亚苯基异亚丙基)二苯胺、4,4’-(间-亚苯基异亚丙基)二苯胺、2,2’-二[4-(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4,4’-二氨基-2,2’-二(三氟甲基)联苯、4,4’-二[(4-氨基-2-三氟甲基)苯氧基]-八氟联苯等芳香族二胺;
1,1-间苯二甲胺、1,3-丙二胺、四甲撑二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、壬二胺、4,4-二氨基庚二胺、1,4-二氨基环己烷、异佛尔酮二胺、四氢二环戊二烯二胺、六氢-4,7-甲撑茚二亚甲基二胺、三环[6.2.1.02,7]-十一碳烯二甲二胺、4,4’-亚甲基二(环己胺)等脂肪族或脂环族二胺。
2,3-二氨基吡啶、2,6-二氨基吡啶、3,4-二氨基吡啶、2,4-二氨基嘧啶、5,6-二氨基-2,3-二氰基吡嗪、5,6-二氨基-2,4-二羟基嘧啶、2,4-二氨基-6-二甲氨基-1,3,5-三嗪、1,4-二(3-氨基丙基)哌嗪、2,4-二氨基-6-异丙氧基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-甲氧基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-苯基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-甲基-s-三嗪、2,4-二氨基-1,3,5-三嗪、4,6-二氨基-2-乙烯基-s-三嗪、2,4-二氨基-5-苯基噻唑、2,6-二氨基嘌呤、5,6-二氨基-1,3-二甲基尿嘧啶、3,5-二氨基-1,2,4-三唑、6,9-二氨基-2-乙氧基吖啶乳酸酯、3,8-二氨基-6-苯基菲啶、1,4-二氨基哌嗪、3,6-二氨基吖啶、二(4-氨基苯基)苯基胺以及下式(III)~(IV)表示的化合物等分子内具有两个伯氨基以及该伯氨基以外的氮原子的二胺;
(式中,R5代表选自吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶以及哌嗪的具有含氮原子环状结构的1价有机基团,X表示2价有机基团),
(式中,X代表选自吡啶、嘧啶、三嗪、哌啶以及哌嗪的具有含氮原子环状结构的2价有机基团,R6表示2价有机基团,存在的多个X可以相同也可以不同);
下述式(V)表示的单取代苯二胺类;
(式中,R7代表选自-O-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-以及-CO-的2价有机基团,R8代表具有选自甾体骨架、三氟甲基以及氟的基团的1价有机基团或者碳原子数为6~30的烷基),
下述式(VI)代表的二氨基有机硅氧烷;
(式中,R9代表碳原子数为1~12的烃基,存在的多个R9各自可以相同也可以不同,p为1~3的整数,q为1~20的整数);
下述式(5)~(9)表示的化合物等。
(式中,y为2~12的整数,z为1~5的整数)。
这些二胺化合物可以单独或者2种或多种组合使用。
其中,从能够使表现出良好的取向性的角度出发,优选上述式(5)~(9)表示的化合物、上述式(III)表示的化合物中的下述式(10)表示的化合物、上述式(IV)表示的化合物中的下述式(11)表示的化合物以及上述式(V)表示的化合物中的下述式(12)~(17)表示的化合物等。
[聚酰胺酸的合成]
供给聚酰胺酸合成反应的四羧酸二酸酐与二胺的使用比率,优选相对于1当量二胺的氨基,使四羧酸二酸酐的酸酐基为0.2~2当量的比率,更优选使其为0.3~1.2当量的比率。
聚酰胺酸的合成反应在有机溶剂中优选于-20~150℃、更优选于0~100℃的温度条件下进行。
作为有机溶剂,只要能够溶解合成的聚酰胺酸,则对其没有特别的限制。可以列举例如1-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、六甲基磷酰三胺之类的非质子极性溶剂;间甲基酚、二甲苯酚、苯酚、卤代苯酚之类的酚类溶剂。此外,有机溶剂的用量(α)通常优选为使四羧酸二酸酐与二胺化合物的总量(β)相对于反应溶液的总量(α+β)为0.1~30重量%的量。
此外,在不使生成的聚酰胺酸析出的范围内,上述有机溶剂中还可以联合使用聚酰胺酸的不良溶剂醇类、酮类、酯类、醚类、卤代烃类、烃类等。作为这种不良溶剂的具体例子,可以列举例如甲醇、乙醇、异丙醇、环己醇、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、三甘醇、乙二醇单甲醚、乳酸乙酯、乳酸丁酯、丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、草酸二乙酯、丙二酸二乙酯、乙醚、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、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙醚乙酸酯、二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚、二甘醇单甲醚、二甘醇单乙醚、二甘醇单甲醚乙酸酯、二甘醇单乙醚乙酸酯、四氢呋喃、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁烷、三氯乙烷、氯苯、邻二氯苯、己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯、二甲苯等。
如上所述,得到溶解了聚酰胺酸的反应溶液。然后,将该反应溶液投入到大量的不良溶剂中,得到析出物,通过减压干燥该析出物可得聚酰胺酸。并且,再次将该聚酰胺酸溶解于有机溶剂中,然后用不良溶剂析出,通过进行一次或者几次此工序,可以精制聚酰胺酸。
[酰亚胺化聚合物的合成]
构成本发明液晶取向剂的酰亚胺化聚合物可以通过将上述聚酰胺酸脱水闭环而合成。聚酰胺酸的脱水闭环通过(i)加热聚酰胺酸的方法,或者(II)将聚酰胺酸溶解于有机溶剂中,向该溶液中加入脱水剂和脱水闭环催化剂,并根据需要进行加热的方法而进行。
上述(i)加热聚酰胺酸的方法中反应温度优选为50~200℃,更优选为60~170℃。当反应温度不足50℃时,脱水闭环反应不能充分进行,如果反应温度超过200℃,会出现所得酰亚胺化聚合物的分子量下降的情况。
另一方面,在上述(II)向聚酰胺酸溶液中加入脱水剂和脱水闭环催化剂的方法中,作为脱水剂,可以使用例如乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。脱水剂的用量根据所需酰亚胺化率,优选相对于1摩尔聚酰胺酸重复单元为0.01~20摩尔。此外,作为脱水闭环催化剂,可以使用例如吡啶、三甲吡啶、二甲基吡啶、三乙胺等叔胺。但是,并不局限于这些。脱水闭环催化剂的用量,相对于1摩尔所用脱水剂,优选为0.01~10摩尔。上述脱水剂、脱水闭环催化剂的用量越大,可以使酰亚胺化率越高。从液晶显示元件余像消除速度的角度考虑,酰亚胺化率(酰胺酸单元向酰亚胺单元的转化率)优选为40%或以上。另外,作为脱水闭环反应中使用的有机溶剂,可以列举作为聚酰胺酸合成中所用溶剂而例示的有机溶剂。并且,脱水闭环反应的反应温度优选为0~180℃,更优选为10~150℃。此外,通过对如此得到的反应溶液进行与聚酰胺酸精制方法同样的操作,可以精制酰亚胺化聚合物。
此外,对于本发明中的酰亚胺化聚合物,所谓全部重复单元,是指1摩尔四羧酸二酸酐和1摩尔二胺的所有反应单元。其由酰胺酸单元与酰亚胺化单元构成或者仅由酰亚胺单元构成。
[末端修饰型聚合物]
本发明中使用的聚酰胺酸和酰亚胺化聚合物还可以是进行了分子量调节的末端修饰型聚合物。通过使用该末端修饰型聚合物,可以在不损害本发明效果的前提下改善液晶取向剂的涂布特性等。这种末端修饰型聚合物可以通过在聚酰胺酸的合成时,向反应体系中加入例如单酸酐、单胺化合物、单异氰酸酯化合物等单官能性化合物而合成。作为单酸酐,可以列举例如马来酸酐、邻苯二甲酸酐、衣康酸酐、正癸基琥珀酸酐、正十二烷基琥珀酸酐、正十四烷基琥珀酸酐、正十六烷基琥珀酸酐等。此外,作为单胺化合物,可以列举例如苯胺、环己基胺、正丁胺、正戊胺、正己胺、正庚胺、正辛胺、正壬胺、正癸胺、正十一烷胺、正十二烷胺、正十三烷胺、正十四烷胺、正十五烷胺、正十六烷胺、正十七烷胺、正十八烷胺、正二十烷胺等。此外,作为单异氰酸酯化合物,可以列举例如异氰酸苯酯、异氰酸萘基酯等。
[聚合物的对数粘度]
如上所得聚酰胺酸和酰亚胺化聚合物,其对数粘度(ηln)值优选为0.05~10dl/g,更优选为0.05~5dl/g。
上述对数粘度(ηln)值是通过使用N-甲基-2-吡咯烷酮作为溶剂,在30℃下对浓度为0.5g/100ml的溶液进行粘度测定,由下式(i)求得的值。
[酰亚胺化率]
将聚酰亚胺在室温下减压干燥后,溶于氘代二甲亚砜中,以四甲基硅烷为基准物质,在室温下测定1H-NMR,再由下述式(ii)表示的公式求出。
酰亚胺化率(%)=(1-A1/A2×α)×100 (ii)
A1:来源于NH基质子的峰面积(10ppm)
A2:来源于其它质子的峰面积
α:聚合物前体(聚酰胺酸)中,相对于1个NH基质子的其它质子的个数比率。
[液晶取向剂]
本发明的液晶取向剂通常由上述酰亚胺化聚合物溶解于有机溶剂中而构成。
配制本发明液晶取向剂时的温度优选为0℃~200℃,更优选为20℃~60℃。
作为上述有机溶剂,可以列举例如1-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、乙二醇单甲醚、乳酸丁酯、乙酸丁酯、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)、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚、二甘醇单甲醚、二甘醇单乙醚、二甘醇单甲醚乙酸酯、二甘醇单乙醚乙酸酯等。
本发明的液晶取向剂中固体成分浓度考虑粘性、挥发性而进行选择,优选为1~10重量%。也就是说,本发明的液晶取向剂涂布于基板表面,形成作为液晶取向膜的涂膜,当固体成分浓度不足1重量%时,导致该涂膜的厚度过小,而不能得到良好的液晶取向膜,当固体成分浓度超过10重量%时,导致涂膜厚度过厚,而不能得到良好的液晶取向膜,并且,液晶取向剂的粘性增大,则涂布特性变差。
本发明的液晶取向剂中,在不损害目的物性的范围内,从提高对基板表面的粘着性角度出发,还可以含有含官能性硅烷的化合物或者环氧化合物。作为这种含官能性硅烷的化合物,可以列举例如3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2-氨基丙基三甲氧基硅烷、2-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、N-乙氧羰基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-乙氧羰基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-三乙氧基硅烷基丙基三亚乙基三胺、N-三甲氧基硅烷基丙基三亚乙基三胺、10-三甲氧基硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、10-三乙氧基硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、9-三甲氧基硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、9-三乙氧基硅烷基-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-二(氧乙烯基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-二(氧乙烯基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷等。作为这种环氧化合物,可以列举例如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-m-苯二甲胺、1,3-二(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、3-(N-烯丙基-N-缩水甘油基)氨基丙基三甲氧基硅烷、3-(N,N-二缩水甘油基)氨基丙基三甲氧基硅烷等。
[液晶显示元件]
本发明的液晶显示元件可以通过例如以下的方法制造。
(1)通过例如辊涂机法、旋涂机法、印刷法等方法,将本发明的液晶取向剂涂布在设有形成图案的透明导电膜的基板一面上,接着,通过对涂布面进行加热形成涂膜。作为基板,可以使用例如浮法玻璃、钠玻璃等玻璃;聚对苯二甲酸乙酯、聚对苯二甲酸丁酯、聚醚砜、聚碳酸酯等塑料制透明基板。作为基板一面上所设置的透明导电膜,可以使用氧化锡(SnO2)制的NESA膜(美国PPG公司注册商标)、氧化铟-氧化锡(In2O3-SnO2)制的ITO膜等。这些透明导电膜图案的形成采用光刻蚀法和预先使用掩膜的方法。在液晶取向剂的涂布时,为了进一步改善基板表面和透明导电膜与涂膜的粘着性,还可以在基板的表面上预先涂布含官能性硅烷的化合物或含官能性钛的化合物等。涂布液晶取向剂后的加热温度优选为80~300℃,更优选为120~250℃。另外,含聚酰胺酸的本发明液晶取向剂通过涂布后除去有机溶剂,形成作为取向膜的涂膜,但还可以通过进一步加热使其进行脱水闭环,形成进一步酰亚胺化的涂膜。形成的涂膜的厚度优选为0.001~1μm,更优选为0.005~0.5μm。
(2)对所形成的涂膜表面用缠有例如尼龙、人造纤维、棉花等纤维制的布的辊以一定的方向摩擦进行打磨处理。这样,制成赋予涂膜以液晶分子取向能的液晶取向膜。
此外,通过对由本发明液晶取向剂形成的液晶取向膜,进行例如JP特开平6-222366号公报或JP特开平6-281937号公报中所示的部分照射紫外线而使预倾斜角改变的处理,或者进行如JP特开平5-107544号公报中所示的在进行了打磨处理的液晶取向膜表面上部分地形成保护膜,以与先前打磨处理不同的方向进行打磨处理后,除去保护膜,进行使液晶取向膜的液晶取向能改变的处理,能够改善液晶显示元件的视野特性。
(3)分别各制造1块上述形成液晶取向膜的基板和没有形成透明导电膜图案的基板,使各自液晶取向膜中摩擦方向相互垂直或者逆平行,2块基板通过间隙(盒间隙)相对放置,将2块基板周边部位用密封剂进行贴合,向由基板表面和密封剂分割出的盒间隙内注充液晶,封闭注入孔,形成液晶盒。然后,在液晶盒的外表面,即构成液晶盒的各个基板的另一侧面上贴合偏振片,使其偏振方向与形成该基板一面的液晶取向膜的摩擦方向一致或者垂直,从而制得液晶显示元件。
这里,作为密封剂,可以使用例如作为固化剂和分隔物的含氧化铝球的环氧树脂等。
作为液晶,可以列举向列型液晶和碟状型液晶,其中优选向列型液晶,可以使用例如希夫氏碱类液晶、氧化偶氮基类液晶、联苯类液晶、苯基环己烷类液晶、酯类液晶、三联苯类液晶、联苯基环己烷类液晶、嘧啶类液晶、二氧六环类液晶、双环辛烷类液晶、立方烷类液晶等。此外,这些液晶中也可以添加例如氯化胆甾醇、胆甾醇壬酸酯(コレステリルノナエ一ト)、胆甾醇碳酸酯等胆甾型液晶和以商品名“C-15”“CB-15”(メルク公司制)销售的手性剂等而进行使用。并且,还可以使用对癸氧基苯亚甲基-p-氨基-2-甲基丁基肉桂酸酯等强介电性液晶。
此外,作为液晶盒外表面上贴合的偏振片,可以列举将聚乙烯醇延伸取向同时吸收碘所得的称作为H膜的偏振膜夹在乙酸纤维保护膜中而制成的偏振片或者H膜本身制成的偏振片。
实施例
以下通过实施例对本发明进行更具体的说明,但本发明并不局限于这些实施例。根据以下实施例和比较例制备的各液晶取向剂和液晶显示元件的评价方法如下所示。
[液晶取向剂的印刷性能试验]
将聚合物或液晶取向剂溶解于γ-丁内脂/N-甲基吡咯烷酮/丁基溶纤剂(77/3/20(重量比))的混合溶剂中,制成固体成分浓度为4重量%的溶液,将该溶液用孔径为1μm的滤器过滤,配制本发明的液晶取向剂。采用液晶取向膜印刷机(日本照相印刷机公司制造)将上述液晶取向剂涂布在带有ITO膜制透明电极的玻璃基板的透明电极面上,在80℃的加热板上干燥1分钟后,再在180℃的加热板上干燥20分钟,形成平均膜厚度为600埃的涂膜。将该基板在20倍率的显微镜下观察,根据有无印刷不均匀及针眼判断印刷性能的优劣。
[液晶取向剂的保存稳定性]
将以所规定的组成制成的液晶取向剂于40℃的储存库内保存1个月,若1个月后取向剂均匀地溶解,记为○,若没有均匀地溶解,记为×。
[液晶显示元件的电压保持率]
在16.7毫秒的时间跨度内,给液晶显示元件施加5V的电压,电压施加时间为60微秒,然后测定从电压解除至16.7毫秒后的电压保持率。测定装置采用(株)東陽テクニカ制造的VHR-1。
合成例1
将作为四羧酸二酸酐的2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酸酐224.17g(1摩尔)、作为二胺化合物的对-苯二胺54.07g(0.5摩尔)、4,4”-二氨基-对-三联苯130.17g(0.5摩尔)溶于4500g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反应6小时。接着,将反应溶液投入到大过量的甲醇中,使反应产物沉淀,然后,用甲醇洗涤,通过在减压下于40℃干燥15小时,得到380g对数粘度为0.85dl/g的聚酰胺酸。将30g所得聚酰胺酸溶解于570g N-甲基-2-吡咯烷酮中,加入23.4g吡啶和18.1g乙酸酐,在110℃下脱水闭环4小时,与上述同样地进行沉淀、洗涤、减压,得到18.5g对数粘度为0.94dl/g、酰亚胺化率为90%的聚酰亚胺(将其作为“聚酰亚胺(B1)”)。
合成例2~6和比较合成例1~2
除了将四羧酸二酸酐、二胺更换为表中所列的化合物以外,与合成例1同样地操作,得到如表1所示的对数粘度、酰亚胺化率的聚酰亚胺B2~B6、b1、b2。
表1
合成例 | 二胺化合物(mol) | 酸酐(mol) | 聚酰胺酸(dl/g) | 聚酰亚胺 | 聚酰亚胺 | |
酰亚胺化率(%) | 对数粘度(dl/g) | |||||
2 | D2(0.5)、D3(0.5) | T1(1.0) | 0.76 | 88 | 0.95 | B2 |
3 | D1(0.25)、D2(0.5)、D3(0.25) | T1(1.0) | 0.65 | 88 | 0.81 | B3 |
4 | D1(0.48)、D2(0.48)、D4(0.04) | T1(1.0) | 0.71 | 87 | 0.88 | B4 |
5 | D2(0.48)、D3(0.48)、D4(0.04) | T1(1.0) | 0.7 | 89 | 0.82 | B5 |
6 | D1(0.5)、D2(0.5) | T1(0.9)、T2(0.1) | 0.64 | 92 | 0.69 | B6 |
比较合成例 | ||||||
1 | D2(1.0) | T1(1.0) | 0.74 | 88 | 0.92 | b1 |
2 | D3(1.0) | T1(1.0) | 0.59 | 87 | 0.73 | b2 |
表1中二胺化合物和四羧酸二酸酐如下所示:
<二胺化合物>
D1:对-苯二胺
D2:4,4”-二氨基-对-三联苯
D3:2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯
D4:上述式(12)表示的二胺
<四羧酸二酸酐>
T1:2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酸酐
T2:1,3,3a,4,5,9b-六氢-8-甲基-5-(四氢-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮
实施例1
将2g合成例1中制得的酰亚胺聚合物(B 1)溶解于γ-丁内脂中,制成固体成分浓度为4重量%的溶液,将该溶液用孔径为1μm的滤器过滤,配制本发明的液晶取向剂。评价保存稳定性。
用液晶取向剂涂布用印刷机将上述液晶取向剂涂布于带有ITO膜制透明电极的玻璃基板的透明电极面上,在180℃的加热板上干燥20分钟,形成干燥膜厚度为0.05μm的涂膜,评价其印刷性能的优劣。
采用装有缠绕人造纤维布的辊的打磨机,以辊转速为500rpm、载物台(ステ一ジ)移动速度为1cm/秒,绒毛压入长度为0.4mm的条件,对该涂膜进行打磨处理。
接着,将两块经打磨处理的挟有液晶的基板的具有液晶取向膜的各外缘上,通过丝网印刷涂布加入直径为17μm的氧化铝球的环氧树脂粘合剂,然后,使液晶取向膜面相对并使打磨方向逆平行地将两块挟有液晶的基板重合并压合,再使粘合剂固化。
接着,通过液晶注入口向两块基板之间填充向列型液晶(メルク社制,MLC-5081)后,用环氧类粘合剂将液晶注入口封闭,在基板外侧的两面上贴合偏振片,使偏振片的偏振方向与各自基板的液晶取向膜的打磨方向一致,从而制作本发明的液晶显示元件。
对所得液晶显示元件的电压保持率进行评价。评价结果与印刷性能试验结果一起列于表2。
实施例2~6、比较例1~2
除了使用表2所示的聚合物以外,与实施例1同样地操作,配制液晶取向剂,用其制造液晶显示元件,并进行评价。评价结果列于表2。
表2
实施例 | 聚合物 | 保存稳定性 | 印刷性能 | 电压保持率(%) |
1 | B1 | ○ | 良好 | 98或以上 |
2 | B2 | ○ | 良好 | 98或以上 |
3 | B3 | ○ | 良好 | 98或以上 |
4 | B4 | ○ | 良好 | 98或以上 |
5 | B5 | ○ | 良好 | 98或以上 |
6 | B6 | ○ | 良好 | 98或以上 |
比较例 | ||||
1 | b1 | × | × | 98或以上 |
2 | b2 | ○ | × | 98或以上 |
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