TW201408729A - 液晶配向劑、液晶配向膜、液晶配向膜的製造方法以及液晶顯示元件 - Google Patents
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Abstract
本發明是有關於一種液晶配向劑、液晶配向膜、液晶配向膜的製造方法以及液晶顯示元件。本發明提供一種對基板的印刷性良好,並且難以使印刷版膨潤,且連續印刷性良好的液晶配向劑。本發明的液晶配向劑中包含:至少一種聚合物(A),其選自由聚醯胺酸、聚醯亞胺、聚醯胺酸酯以及聚有機矽氧烷所組成的組群中;第1溶劑,其包含N-乙基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮以及3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺等的一種以上;以及第2溶劑,其包含丙二醇二乙酸酯、二乙二醇二乙醚、二異戊醚以及雙丙酮醇等的一種以上。
Description
本發明是有關於一種液晶配向劑、液晶配向膜、液晶配向膜的製造方法以及液晶顯示元件,詳細而言,是有關於一種印刷性良好的液晶配向劑、以及使用該液晶配向劑來製作的液晶配向膜以及液晶顯示元件。
以前,液晶顯示元件已開發出電極結構或所使用的液晶分子的物性等不同的多種驅動方式,例如已知有扭轉向列(Twisted Nematic,TN)型或超扭轉向列(Super Twisted Nematic,STN)型、垂直配向(Vertical Alignment,VA)型、共面切換(In-Plane Switching,IPS)型、邊緣場切換(Fringe Field Switching,FFS)型、光學補償彎曲(Optically Compensated Bend,OCB)型等各種液晶顯示元件。這些液晶顯示元件具有用於使液晶分子配向的液晶配向膜。就耐熱性、機械强度、與液晶的親和性等各種特性
良好的方面而言,液晶配向膜的材料可使用聚醯胺酸(polyamic acid)或聚醯亞胺(polyimide)、聚有機矽氧烷(polyorganosiloxane)等。
液晶配向劑中,所述聚合物成分溶解於溶劑中,透過將
該液晶配向劑塗佈於基板上,進行加熱而形成液晶配向膜。此處,為了使聚合物均勻溶解,作為液晶配向劑的溶劑,通常使用例如N-甲基-2-吡咯烷酮或γ-丁內酯等非質子性極性溶劑。另外,為了使將液晶配向劑塗佈於基板上時的液晶配向劑的塗佈性(印刷性)良好,該溶劑是將例如丁基溶纖劑等表面張力比較低的有機溶劑與非質子性極性溶劑併用(例如參照專利文獻1或專利文獻2)。
將液晶配向劑塗佈於基板上的方法可應用旋轉塗佈法或
平版印刷(offset printing)法、噴墨法等多種方法。這些方法中,平版印刷法通常是利用如下的轉印印刷裝置來進行,該轉印印刷裝置在包含APR(註冊商標)等樹脂等的印刷版上塗佈液晶配向劑,利用印刷版,將液晶配向劑轉印於基板上(例如參照專利文獻3)。
[專利文獻1]日本專利特開2010-97188號公報
[專利文獻2]日本專利特開2010-156934號公報
[專利文獻3]日本專利特開2001-343649號公報
然而,為了提高液晶配向劑對基板的塗佈性而通常使用
的丁基溶纖劑容易使APR樹脂膨潤。因此,在透過平版印刷,將包含丁基溶纖劑的液晶配向劑塗佈於基板上的情况下,透過反覆將液晶配向劑塗佈於印刷版上,印刷版會膨潤,因此擔憂印刷性會下降。另外,液晶配向劑的溶劑成分要求即便在連續進行印刷的情况下,也難以在印刷機上析出聚合物,印刷性(連續印刷性)良好。
本發明是鑒於上述課題而形成,主要目的為提供一種不僅對基板的塗佈性良好,並且難以使印刷版膨潤,且連續印刷性良好的液晶配向劑。
本發明者等人為了達成如上所述的現有技術的課題而進行積極研究,結果發現,透過使用特定的有機溶劑作為溶劑,可解决上述課題,從而完成本發明。具體而言,透過本發明來提供以下的液晶配向劑、液晶配向膜以及液晶顯示元件。
本發明的一技術方案中,提供一種液晶配向劑,其含有:至少一種聚合物(A),其選自由聚醯胺酸、聚醯亞胺、聚醯胺酸酯以及聚有機矽氧烷所組成的組群中;第1溶劑,其為選自由下述式(1)所表示的化合物、下述式(2)所表示的化合物以及1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(1,3-dimethyl-2-imidazolidinone)所組成組群中的至少一種;第2溶劑,其為選自由下述式(3)所表示的化合物、下述式(4)所表示的化合物以及下述式(5)所表示的化合
物所組成組群中的至少一種。
(式(1)中,R1為碳數2~5的1價烴基、或者在該烴基中的碳-碳鍵間具有“-O-”的1價基。)
(式(2)中,R2及R3分別獨立地為氫原子、碳數1~6的1價烴基、或者在該烴基的碳-碳鍵間具有“-O-”的1價基,R2與R3可相互鍵結而形成環結構;R4為碳數1~6的烷基。)
(式(3)中,R5及R7分別獨立地為碳數1~3的1價烴基,R6為碳數2~5的烷二基(alkanediyl)。)
[化4]R8-O-R8 (4)
(式(4)中,R8為在碳數3~5的直鏈狀或者分支狀烷基的碳-碳鍵間具有1個“-O-”的1價基、碳數3~5的直鏈狀或
者分支狀烷基的至少1個氫原子經羥基取代而成的1價基或者碳數3~5的分支狀烷基。)
(式(5)中,X1為-C(OH)Ra-(其中,Ra為碳數1或者2的烷基)、-CO-或者-COO-*(其中,*表示與R9的結合鍵),R9為碳數1~4的烷基。)
透過使用包含所述第1溶劑及所述第2溶劑的混合溶劑作為液晶配向劑的溶劑成分,可獲得對基板的塗佈性良好,印刷版難以膨潤的液晶配向劑。另外,即便在連續進行印刷的情况下,聚合物也難以析出於印刷機上,可使印刷性良好。
另外,本發明的一技術方案中,提供一種由所述液晶配向劑形成的液晶配向膜、以及包括該液晶配向膜的液晶顯示元件。本發明的液晶配向膜由於使用所述液晶配向劑來形成,故而不僅可形成均勻的塗膜,而且膜質良好。另外,在使用這種液晶配向膜來製造液晶顯示元件的情况下,可在製造製程中減少印刷不良,結果可實現製品的良率提高。
本發明的液晶配向劑包含選自由聚醯胺酸、聚醯亞胺、聚醯胺酸酯以及聚有機矽氧烷所組成組群中的至少一種聚合物(A)作為聚合物成分,該聚合物(A)溶解於溶劑中而成。以下,對該液晶配向劑進行說明。
本發明的聚醯胺酸可透過使四羧酸二酐與二胺進行反應來獲得。
用於合成本發明的聚醯胺酸的四羧酸二酐例如可列舉:脂肪族四羧酸二酐、脂環式四羧酸二酐、芳香族四羧酸二酐等。作為這些四羧酸二酐的具體例:脂肪族四羧酸二酐例如可列舉:1,2,3,4-丁烷四羧酸二酐等;脂環式四羧酸二酐例如可列舉:1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘幷[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-8-甲基-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘幷[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、3-氧雜雙環[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺環-3'-(四氫呋喃-2',5'-二酮)、5-(2,5-二氧代四氫-3-呋喃基)-3-甲基-3-環己烯-1,2-二羧酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧基甲基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、2,4,6,8-四羧基雙
環[3.3.0]辛烷-2:4,6:8-二酐、4,9-二氧雜三環[5.3.1.02,6]十一烷-3,5,8,10-四酮、環己烷四羧酸二酐等;芳香族四羧酸二酐例如可列舉:均苯四甲酸二酐等;除此以外,可使用日本專利特開2010-97188號公報中記載的四羧酸二酐。此外,所述四羧酸二酐可單獨使用1種或者將2種以上組合使用。
就透明性以及對溶劑的溶解性等觀點而言,用於合成的四羧酸二酐較佳為包含脂環式四羧酸二酐。另外,脂環式四羧酸二酐中,較佳為包含選自由2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘幷[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-8-甲基-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘幷[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、2,4,6,8-四羧基雙環[3.3.0]辛烷-2:4,6:8-二酐、以及1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐所組成組群中的至少一種,特佳為包含選自由2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐、2,4,6,8-四羧基雙環[3.3.0]辛烷-2:4,6:8-二酐、以及1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐所組成組群中的至少一種。
在包含選自由2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐、2,4,6,8-四羧基雙環[3.3.0]辛烷-2:4,6:8-二酐、以及1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐所組成組群中的至少一種作為所述四羧酸二酐的情况下,相對於用於合成聚醯胺酸的四羧酸二酐的總量,這些化合物的合計含量較佳為10莫耳%以上,更佳為20莫耳%~100莫耳%。
用於合成本發明的聚醯胺酸的二胺例如可列舉:脂肪族二胺、脂環式二胺、芳香族二胺、二胺基有機矽氧烷等。作為這些二胺的具體例,脂肪族二胺例如可列舉:間苯二甲胺、1,3-丙二胺、四亞甲基二胺、五亞甲基二胺、六亞甲基二胺等;脂環式二胺例如可列舉:1,4-二胺基環己烷、4,4'-亞甲基雙(環己胺)、1,3-雙(胺基甲基)環己烷等;芳香族二胺例如可列舉:對苯二胺、4,4'-二胺基二苯基甲烷、4,4'-二胺基二苯基硫醚、1,5-二胺基萘、2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯、2,2'-雙(三氟甲基)-4,4'-二胺基聯苯、2,7-二胺基茀、4,4'-二胺基二苯基醚、1,3-雙(4-胺基苯氧基)丙烷、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、9,9-雙(4-胺基苯基)茀、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-雙(4-胺基苯基)六氟丙烷、4,4'-(對伸苯基二亞異丙基)雙苯胺、4,4'-(間伸苯基二亞異丙基)雙苯胺、1,4-雙(4-胺基苯氧基)苯、4,4'-雙(4-胺基苯氧基)聯苯、2,6-二胺基吡啶、3,4-二胺基吡啶、2,4-二胺基嘧啶、3,6-二胺基吖啶、3,6-二胺基哢唑、N-甲基-3,6-二胺基哢唑、N-乙基-3,6-二胺基哢唑、N-苯基-3,6-二胺基哢唑、N,N'-雙(4-胺基苯基)-聯苯胺、N,N'-雙(4-胺基苯基)-N,N'-二甲基聯苯胺、1,4-雙-(4-胺基苯基)-哌嗪、1-(4-胺基苯基)-2,3-二氫-1,3,3-三甲基-1H-茚-5-胺、1-(4-胺基苯基)-2,3-二氫-1,3,3-三甲基-1H-茚-6-胺、3,5-二胺基苯甲酸、膽甾烷基氧基-3,5-二胺基苯(cholestanyloxy-3,5-diaminobenzene)、膽甾烯基氧基-3,5-二胺基苯(cholestenyloxy-3,5-diaminobenzene)、膽甾烷基氧基-2,4-
二胺基苯、膽甾烯基氧基-2,4-二胺基苯、3,5-二胺基苯甲酸膽甾烷基酯(cholestanyl 3,5-diaminobenzoate)、3,5-二胺基苯甲酸膽甾烯基酯(cholestenyl 3,5-diaminobenzoate)、3,5-二胺基苯甲酸羊毛甾烷基酯(lanostanyl 3,5-diaminobenzoate)、3,6-雙(4-胺基苯甲醯基氧基)膽甾烷(3,6-bis(4-aminobenzoyloxy)cholestane)、3,6-雙(4-胺基苯氧基)膽甾烷、4-(4'-三氟甲氧基苯甲醯氧基)環己基-3,5-二胺基苯甲酸酯、4-(4'-三氟甲基苯甲醯氧基)環己基-3,5-二胺基苯甲酸酯、1,1-雙(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-丁基環己烷、1,1-雙(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-庚基環己烷、1,1-雙(4-((胺基苯氧基)甲基)苯基)-4-庚基環己烷、1,1-雙(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-(4-庚基環己基)環己烷、2,4-二胺基-N,N-二烯丙基苯胺、4-胺基苄胺、3-胺基苄胺、以及下述式(D-1)
(式(D-1)中,XI及XII分別獨立地為單鍵、-O-、*-COO-、*-OCO-或者*-NH-CO-(其中,標註了“*”的結合鍵與二胺基苯基鍵結),RI及RII分別獨立地為碳數1~3的烷二基,a為0或1,b為0~2的整數,c為1~20的整數,n為0或1,m為0或1;其中,a及b不會同時為0,在XI為*-NH-CO-的情况下,n為0)所表示的化合物等;二胺基有機矽氧烷例如可列舉1,3-雙(3-胺基丙基)-四甲
基二矽氧烷等;除此以外,可使用日本專利特開2010-97188號公報中記載的二胺。此外,這些二胺可單獨使用1種或者將2種以上組合使用。
所述式(D-1)中的“-XI-(RI-XII)n-”所表示的2價基較
佳為碳數1~3的烷二基、*-O-、*-COO-、*-O-C2H4-O-或者*-NH-CO-(其中,標註了“*”的結合鍵與二胺基苯基鍵結)。
基“-CcH2c+1”的具體例例如可列舉:甲基、乙基、正丙
基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、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、正十八烷基、正十九烷基、正二十烷基等。
二胺基苯基中的2個胺基較佳為相對於其他基團而位於2,4-位或者3,5-位。
所述式(D-1)所表示的化合物的具體例例如可列舉下述式(D-1-1)~式(D-1-4)分別所表示的化合物等。
此外,二胺可單獨使用這些化合物的1種或者將2種以
上組合使用。
合成本發明的聚醯胺酸時使用的二胺較佳為相對於全部的二胺而包含30莫耳%以上的芳香族二胺,更佳為包含50莫耳%以上,特佳為包含80莫耳%以上。
在製成垂直配向型的液晶顯示元件用液晶配向劑的情况下,為了賦予良好的垂直配向性,宜使用具有預傾(pretilt)成分者作為二胺。具體而言,這種具有預傾成分的二胺例如可列舉:十二烷氧基-2,4-二胺基苯、十四烷氧基-2,4-二胺基苯、十五烷氧基-2,4-二胺基苯、十六烷氧基-2,4-二胺基苯、十八烷氧基-2,4-二胺基苯、十二烷氧基-2,5-二胺基苯、十四烷氧基-2,5-二胺基苯、十五烷氧基-2,5-二胺基苯、十六烷氧基-2,5-二胺基苯、十八烷氧基-2,5-二胺基苯、膽甾烷基氧基-3,5-二胺基苯、膽甾烯基氧基-3,5-二胺基苯、膽甾烯基氧基-2,4-二胺基苯、3,5-二胺基苯甲酸膽甾烷基酯、3,5-二胺基苯甲酸膽甾烯基酯、3,5-二胺基苯甲酸羊毛甾烷基酯、3,6-雙(4-胺基苯甲醯基氧基)膽甾烷、3,6-雙(4-胺基苯氧基)膽甾烷、4-(4'-三氟甲氧基苯甲醯氧基)環己基-3,5-二胺基苯甲酸酯、4-(4'-三氟甲基苯甲醯氧基)環己基-3,5-二胺基苯甲酸酯、1,1-雙(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-丁基環己烷、1,1-雙(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-庚基環己烷、1,1-雙(4-((胺基苯氧基)甲基)苯基)-4-庚基環己烷、1,1-雙(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-(4-庚基環己基)環己烷、所述式(A-1)所表示的二胺等。此外,具有預傾成分的二胺可單獨使用1種或者將2種以上組合使用。
相對於具有預傾成分的二胺的合計量較佳為相對於全部的二胺而包含5莫耳%以上,更佳為包含10莫耳%以上。
在利用光配向法來對使用本發明的液晶配向劑所製成的塗膜賦予液晶配向性的情况下,較佳為將用於製備本發明的液晶配向劑的聚合物(A)的一部分或者全部設為具有光配向性結構的聚合物。此處,所謂光配向性結構,是指包含光配向性基以及分解型光配向部這兩者的概念。具體而言,光配向性結構可採用由透過光異構化或光二聚化、光分解等而表現出光配向性的各種化合物而來的結構,例如可列舉:含有偶氮苯或其衍生物作為基本骨架的含偶氮苯的基團、含有肉桂酸或其衍生物作為基本骨架的具有肉桂酸結構的基團、含有查耳酮(chalcone)或其衍生物作為基本骨架的含查耳酮的基團、含有二苯甲酮或其衍生物作為基本骨架的含二苯甲酮的基團、含有香豆素(coumarin)或其衍生物作為基本骨架的含香豆素的基團、含有聚醯亞胺或其衍生物作為基本骨架的含聚醯亞胺的結構等。
在作為所述聚合物(A)的聚醯胺酸具有光配向性基作為光配向性結構的情况下,就具有高配向能力的方面而言,該光配向性基較佳為具有肉桂酸結構的基團。就容易導入至聚合物中的方面而言,這種聚合物(A)較佳為使用使上述所例示的四羧酸二酐與包含具有肉桂酸結構的二胺的二胺進行反應的方法。作為具有肉桂酸結構的二胺的具體例,例如可列舉下述式(R1)~式(R7):[化8]
(式(R1)~式(R5)中,RI為碳數3~12的烷基或者碳數3~12的氟烷基,a為1~6的整數)分別所表示的化合物等。
此處,關於所述式(R1)~式(R5),RI的碳數3~12的烷基例如可列舉:丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基等,這些烷基可為直鏈狀或者分支狀的任一者,較佳為直鏈狀。另外,碳數3~12的氟烷基例如可列舉將上述例示的烷基所具有的氫原子中的至少1個以氟原子取代而成的基團等。a較佳為1~3的整數,更佳為1或2。二胺基苯基中的2個胺基較佳為相對於其他基團而位於2,4-位或者3,5-位。
在作為所述聚合物(A)的聚醯胺酸具有分解型光配向部作為光配向性結構的情况下,該聚合物(A)的較佳具體例例如可
列舉:具有雙環[2.2.2]辛烯骨架的聚合物、具有環丁烷骨架的聚合物、主鏈上具有肉桂酸結構的聚合物、以及主鏈上具有下述式(b)所表示的結構的聚合物等:
(式(b)中,X2為硫原子或者氧原子;“*”分別表示結合鍵;其中,2個“*”中至少一者鍵結於芳香環上)。
所述具有分解型光配向部的聚合物例如可利用以下方法等來獲得:在四羧酸二酐與二胺反應時,使用例如環丁烷四羧酸二酐、雙環[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、或者具有所述式(b)所表示的結構的四羧酸二酐作為用於反應的四羧酸二酐的至少一部分的方法;使用具有例如下述式(c)
(式(c)中,A1為單鍵或者2價有機基,B1為2價有機基;R10為取代基,n1為0~4的整數)
所表示的肉桂酸結構的化合物、或者具有所述式(b)所表示的結構的二胺作為用於反應的二胺的至少一部分的方法。
此處,具有所述式(b)所表示的結構的四羧酸二酐例如可列舉下述式(b-1-1)~式(b-1-6):[化11]
分別所表示的化合物等。
另外,所述式(c)所表示的化合物例如可列舉下述(b-2-1)~(b-2-6)
分別所表示的化合物等。另外,具有所述式(b)所表示的結構的二胺例如可列舉:所述式(b-2-1)~式(b-2-5)分別所表示的化合物、4-胺基苯基-4'-胺基苯甲酸酯、3,3'-二甲基-4-胺基苯基-4'-胺基苯甲酸酯、3,3',5,5'-四甲基-4-胺基苯基-4'-胺基苯甲酸酯、3-甲基-4-胺基苯基-4'-胺基苯甲酸酯、下述式(b-2-8)~式(b-2-14)[化13]
分別所表示的化合物等。
於利用光配向法來對塗膜賦予液晶配向能力的情况下,
相對於用於合成本發明聚醯胺酸的聚合物(A)的整體量,具有光配向性結構的聚合物(A)的使用比例較佳為設為10重量%以上,更佳為設為30重量%~100重量%,尤佳為設為50重量%~100重量%。
合成聚醯胺酸時,可使用適當的分子量調節劑,與如上所述的四羧酸二酐以及二胺一起合成末端修飾型的聚合物。透過形成該末端修飾型的聚合物,能夠不損及本發明效果,而進一步改善液晶配向劑的塗佈性(印刷性)。
分子量調節劑例如可列舉單酸酐、單胺化合物、單異氰酸酯化合物等。作為這些分子量調節劑的具體例,單酸酐例如可列舉:順丁烯二酸酐、鄰苯二甲酸酐、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;單胺化合物例如可列舉:苯胺、環己胺、正丁胺、正戊胺、正己胺、正庚胺、正辛胺等;單異氰酸酯化合物例如可列舉:異氰酸苯酯、異氰酸萘酯等。
相對於所使用的四羧酸二酐以及二胺的合計100重量份,分子量調節劑的使用比例較佳為設為20重量份以下,更佳為設為10重量份以下。
對本發明的聚醯胺酸的合成反應提供的四羧酸二酐與二胺的使用比例較佳為,相對於二胺的胺基1當量,四羧酸二酐的酸酐基成為0.2當量~2當量的比例,更佳為成為0.3當量~1.2當量的比例。
聚醯胺酸的合成反應較佳為在有機溶劑中進行。此時的
反應溫度較佳為-20℃~150℃,更佳為0℃~100℃。另外,反應時間較佳為0.1小時~24小時,更佳為0.5小時~12小時。
此處,有機溶劑例如可列舉:非質子性極性溶劑、酚系
溶劑、醇、酮、酯、醚、鹵代烴、烴等。
作為這些有機溶劑的具體例,所述非質子性極性溶劑例
如可列舉:N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-戊基-2-吡咯烷酮、N-丁基-2-吡咯烷酮、N-甲氧基丙基-2-吡咯烷酮、N-乙氧基乙基-2-吡咯烷酮、N-甲氧基丁基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、3-丁氧基-N,N-
二甲基丙醯胺、3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺、3-己基氧基-N,N-二甲基丙醯胺、異丙氧基-N-異丙基-丙醯胺、正丁氧基-N-異丙基-丙醯胺、二甲基亞碸、γ-丁內酯、四甲基脲、六甲基磷醯三胺等;所述酚系溶劑例如可列舉:苯酚、間甲酚、二甲酚、鹵代苯酚等;所述醇例如可列舉:甲醇、乙醇、異丙醇、環己醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、三乙二醇、乙二醇單甲醚、雙丙酮醇等;所述酮例如可列舉:丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮、乙醯基丙酮等;所述酯例如可列舉:乳酸乙酯、乳酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醯乙酸乙酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、乙二酸二乙酯、丙二酸二乙酯、丙酸異戊酯、異丁酸異戊酯、乙二醇二乙酸酯、丙二醇二乙酸酯等;所述醚例如可列舉:二乙醚、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇-正丙醚、乙二醇-異丙醚、乙二醇-正丁醚、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、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單甲醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、四氫呋喃、二異丙醚、二-仲丁醚、二-仲戊醚、二異戊醚等;所述鹵代烴例如可列舉:二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁烷、三氯乙烷、氯苯、鄰二氯苯等;所述烴例如可列舉:己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯、二甲苯等。
這些有機溶劑中,較佳為使用選自由非質子性極性溶劑以及酚系溶劑所組成組群(A溶劑)中的一種以上、或者選自A
溶劑中的一種以上,與選自由醇、酮、酯、醚、鹵代烴及烴所組成組群(B溶劑)中的一種以上的混合物。在後一種情况下,相對於A溶劑及B溶劑的合計量,B溶劑的使用比例較佳為50重量%以下,更佳為40重量%以下,尤佳為30重量%以下。
有機溶劑的使用量(a)較佳為設為:相對於反應溶液的總量(a+b),四羧酸二酐以及二胺的合計量(b)成為0.1重量%~50重量%的量。
以所述方式獲得將聚醯胺酸溶解而成的反應溶液。該反應溶液可直接提供於液晶配向劑的製備,也可以將反應溶液中所含的聚醯胺酸離析後再提供於液晶配向劑的製備,或者也可以將經離析的聚醯胺酸純化後再提供於液晶配向劑的製備。在將聚醯胺酸進行脫水閉環來製成聚醯亞胺的情况下,可將所述反應溶液直接提供於脫水閉環反應,也可以將反應溶液中所含的聚醯胺酸離析後再提供於脫水閉環反應,或者也可以將經離析的聚醯胺酸純化後再提供於脫水閉環反應。聚醯胺酸的離析以及純化可依據衆所周知的方法來進行。
本發明的液晶配向劑中所含的聚醯亞胺可透過將以所述方式合成的聚醯胺酸進行脫水閉環,加以醯亞胺化而獲得。
所述聚醯亞胺可以是將作為其前驅物的聚醯胺酸所具有的醯胺酸結構全部進行脫水閉環而得的完全醯亞胺化物,也可以是僅將醯胺酸結構的一部分進行脫水閉環而使醯胺酸結構與醯亞
胺環結構並存的部分醯亞胺化物。本發明的聚醯亞胺的醯亞胺化率較佳為30%以上,更佳為40%~99%,尤佳為50%~99%。該醯亞胺化率是以百分率表示相對於聚醯亞胺的醯胺酸結構數量與醯亞胺環結構數量的合計而言的醯亞胺環結構數量所占的比例。此處,醯亞胺環的一部分可以是異醯亞胺(isoimide)環。
聚醯胺酸的脫水閉環較佳為利用對聚醯胺酸進行加熱的
方法,或者利用將聚醯胺酸溶解於有機溶劑中,在該溶液中添加脫水劑以及脫水閉環催化劑,視需要進行加熱的方法來進行。其中,較佳為利用後一種方法。
於所述聚醯胺酸的溶液中添加脫水劑及脫水閉環催化劑
的方法中,脫水劑例如可使用乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。相對於聚醯胺酸的醯胺酸結構1莫耳,脫水劑的使用量較佳為設為0.01莫耳~20莫耳。脫水閉環催化劑例如可使用:吡啶(pyridine)、三甲吡啶(collidine)、二甲吡啶(lutidine)、三乙胺(triethylamine)等三級胺。相對於所使用的脫水劑1莫耳,脫水閉環催化劑的使用量較佳為設為0.01莫耳~10莫耳。脫水閉環反應中使用的有機溶劑可列舉作為用於合成聚醯胺酸的有機溶劑而例示的有機溶劑。脫水閉環反應的反應溫度較佳為0℃~180℃,更佳為10℃~150℃。反應時間較佳為1.0小時~120小時,更佳為2.0小時~30小時。
以所述方式獲得含有聚醯亞胺的反應溶液。該反應溶液
可直接提供於液晶配向劑的製備,也可以從反應溶液中去除脫水
劑以及脫水閉環催化劑後再提供於液晶配向劑的製備,也可以將聚醯亞胺離析後再提供於液晶配向劑的製備,或者還可以將經離析的聚醯亞胺純化後再提供於液晶配向劑的製備。這些純化操作能夠依據衆所周知的方法來進行。
本發明的液晶配向劑中所含的聚醯胺酸酯例如可利用以下方法來獲得:[I]透過使由所述合成反應獲得的聚醯胺酸與含羥基的化合物、鹵化物、含環氧基的化合物等進行反應來合成的方法;[II]使四羧酸二酯與二胺反應的方法;[III]使四羧酸二酯二鹵化物與二胺反應的方法。
此處,方法[I]中使用的含羥基的化合物例如可列舉:甲醇、乙醇、丙醇等醇類;苯酚、甲酚等酚類等。另外,鹵化物例如可列舉:溴代甲烷、溴代乙烷、溴代十八烷、氯代甲烷、氯代十八烷、1,1,1-三氟-2-碘乙烷等;含環氧基的化合物例如可列舉環氧丙烷等。方法[II]中使用的四羧酸二酯例如可透過使用所述醇類,將所述聚醯胺酸的合成中例示的四羧酸二酐進行開環而獲得。另外,方法[III]中使用的四羧酸二酯二鹵化物可透過使以所述方式獲得的四羧酸二酯與亞硫醯氯等適當的氯化劑進行反應而獲得。方法[II]及方法[III]中使用的二胺可使用所述聚醯胺酸的合成中例示的二胺等。此外,聚醯胺酸酯可僅具有醯胺酸酯結構,也可以是醯胺酸結構與醯胺酸酯結構並存的部分酯化物。
以所述方式獲得的聚醯胺酸以及聚醯亞胺較佳為當將其
製成濃度為10重量%的溶液時,具有10mPa.s~800mPa.s的溶液黏度的化合物,更佳為具有15mPa.s~500mPa.s的溶液黏度的化合物。此外,所述聚合物的溶液黏度(mPa.s)是使用E型旋轉黏度計,對使用該聚合物的良溶劑(例如γ-丁內酯、N-甲基-2-吡咯烷酮等)來製備的濃度為10重量%的聚合物溶液,在25℃下測定而得的值。
對本發明的液晶配向劑中所含的聚醯胺酸以及聚醯亞
胺,利用凝膠滲透色譜法(Gel-Permeation Chromatography,GPC)來測定的聚苯乙烯換算的重量平均分子量較佳為500~100,000,更佳為1,000~50,000。
本發明的聚有機矽氧烷例如可透過較佳為在適當的有機
溶劑、水以及催化劑的存在下,將水解性矽烷化合物進行水解或者水解.縮合而獲得。
用於合成聚有機矽氧烷的水解性矽烷化合物例如可列
舉:甲基三氯矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、苯基三氯矽烷、苯基三甲氧基矽烷、甲基二氯矽烷、甲基二甲氧基矽烷、二甲基二氯矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二苯基二氯矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、甲氧基二甲基矽烷、乙氧基二甲基矽烷、氯三甲基矽烷、溴三甲基矽烷、碘三甲基矽烷、甲氧基三甲基矽烷、乙氧基三甲基矽烷、四甲氧基矽烷、
四乙氧基矽烷、十八烷基三氯矽烷、十八烷基三甲氧基矽烷、乙烯基三氯矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷、烯丙基三乙氧基矽烷;3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基二甲基甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基二甲基乙氧基矽烷、2-縮水甘油氧基乙基三甲氧基矽烷、2-縮水甘油氧基乙基甲基二甲氧基矽烷、2-縮水甘油氧基乙基二甲基甲氧基矽烷、4-縮水甘油氧基丁基三甲氧基矽烷、4-縮水甘油氧基丁基二甲基甲氧基矽烷、4-縮水甘油氧基丁基二甲基乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三乙氧基矽烷、3-(3,4-環氧環己基)丙基三甲氧基矽烷、3-(3,4-環氧環己基)丙基三乙氧基矽烷、(甲基)丙烯酸(3-乙基氧雜環丁烷-3-基)甲酯、(甲基)丙烯酸(3-甲基氧雜環丁烷-3-基)甲酯;3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三氯矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、2-(甲基)丙烯醯氧基乙基三氯矽烷、2-(甲基)丙烯醯氧基乙基三甲氧基矽烷、2-(甲基)丙烯醯氧基乙基三乙氧基矽烷、4-(甲基)丙烯醯氧基丁基三氯矽烷、4-(甲基)丙烯醯氧基丁基三甲氧基矽烷、4-(甲基)丙烯醯氧基丁基三乙氧基矽烷等。此外,“(甲基)丙烯醯氧基”是包含“丙烯醯氧基”以及“甲基丙烯醯氧基”的含義。
合成聚有機矽氧烷時可使用的有機溶劑例如可列舉烴、
酮、酯、醚、醇等。此處,所述烴例如可列舉:甲苯、二甲苯等;所述酮例如可列舉:甲基乙基酮、甲基異丁基酮、甲基正戊基酮、二乙基酮、環己酮等;所述酯例如可列舉:乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸異戊酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、乳酸乙酯等;所述醚例如可列舉:乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、四氫呋喃、二惡烷等;所述醇例如可列舉:1-己醇、4-甲基-2-戊醇、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單-正丙醚、乙二醇單-正丁醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單-正丙醚等。這些有機溶劑中較佳為使用非水溶性的有機溶劑。此外,這些有機溶劑可單獨使用1種或者將2種以上混合使用。
相對於全部矽烷化合物100重量份,合成所述聚有機矽
氧烷的情况下的有機溶劑的使用量較佳為10重量份~10,000重量份,更佳為50重量份~1,000重量份。另外,相對於所使用的全部矽烷化合物,製造所述聚有機矽氧烷時的水的使用量較佳為0.5倍莫耳~100倍莫耳,更佳為1倍莫耳~30倍莫耳。
所述聚有機矽氧烷的合成時可使用的催化劑例如可列
舉:酸、鹼金屬化合物、有機鹼、鈦化合物、鋯化合物等。此處,所述酸例如可列舉:鹽酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙二酸、乙酸、三氟乙酸、三氟甲磺酸、磷酸等;所述鹼金屬化合物例如可列舉:氫氧化鈉、氫氧化鉀、甲醇鈉、甲醇鉀、乙醇鈉、乙醇鉀等;所述有機鹼例如可列舉:乙胺、二乙胺、哌嗪、哌啶、吡咯烷、吡
咯之類的一級~二級有機胺,三乙胺、三-正丙胺、三-正丁胺、吡啶、4-二甲基胺基吡啶、二氮雜雙環十一烯之類的三級有機胺,四甲基氫氧化銨之類的四級有機胺等。
所述催化劑特佳為有機鹼。有機鹼的使用量根據有機鹼的種類、溫度等反應條件等而有所不同,應該適當設定,例如相對於全部矽烷化合物,較佳為0.01倍莫耳~3倍莫耳,更佳為0.05倍莫耳~1倍莫耳。
製造所述聚有機矽氧烷時的水解或者水解.縮合反應較佳為透過將水解性矽烷化合物的1種或者2種以上溶解於有機溶劑中,將所得的溶液與有機鹼以及水混合,例如利用油浴等進行加熱來實施。
水解.縮合反應時理想為,較佳為將加熱溫度設為130℃以下,更佳為40℃~100℃,較佳為加熱0.5小時~12小時,更佳為加熱1小時~8小時。加熱中,可將混合液進行攪拌,也可以置於回流條件下。
反應結束後,較佳為將從反應液中分餾的有機溶劑層以水清洗。進行該清洗時,就清洗操作變得容易的方面而言,較佳為使用包含少量鹽的水,例如0.2重量%左右的硝酸銨水溶液等進行清洗。清洗可進行至清洗後的水層成為中性為止,然後將有機溶劑層視需要以無水硫酸鈣、分子篩(molecular sieves)等乾燥劑進行乾燥後,去除溶劑,由此可獲得作為目標的聚有機矽氧烷。此外,本發明的聚有機矽氧烷也可以使用市售品。
本發明的液晶配向劑中所含的聚有機矽氧烷可使用透過
使由所述縮合反應獲得的反應性聚有機矽氧烷,進而與具有特定結構的反應性化合物進行反應而獲得的聚有機矽氧烷(側鏈上具有源自所述反應性化合物的特定結構的聚有機矽氧烷)。此處,反應性聚有機矽氧烷例如可列舉具有環氧基、不飽和雙鍵、巰基、胺基等的聚有機矽氧烷。另外,反應性化合物例如可列舉:具有長鏈烷基的化合物、具有2個以上的環(例如苯環或環己烷環等)連結而成的結構的化合物、具有類固醇骨架的化合物、具有不飽和雙鍵的化合物、具有光配向性基的化合物等。
此外,反應性聚有機矽氧烷與反應性化合物的反應可依
據有機化學的常用方法來進行。例如,可透過使用側鏈上具有環氧基的聚有機矽氧烷作為反應性聚有機矽氧烷,且使用具有特定結構的羧酸作為反應性化合物,來獲得側鏈上具有該特定結構的聚有機矽氧烷。另外,可透過使用具有不飽和雙鍵的聚有機矽氧烷作為反應性聚有機矽氧烷,且使用具有巰基或者胺基及特定結構的化合物作為反應性化合物,來獲得側鏈上具有該特定結構的聚有機矽氧烷。
本發明的聚有機矽氧烷中,利用GPC測定的聚苯乙烯換
算的重量平均分子量較佳為500~100,000,更佳為1,000~30,000,尤佳為1,000~20,000。
本發明的液晶配向劑含有單獨1種選自由所述聚醯胺酸、聚醯亞胺、聚醯胺酸酯以及聚有機矽氧烷所組成組群中的聚
合物,或者含有2種以上的組合,來作為聚合物(A)。相對於該液晶配向劑中的聚合物(A)的整體量,含有各聚合物的含有比例可根據所使用的用途或環境來適當選擇,就更適宜獲得本發明效果的觀點而言,較佳為至少包含聚醯胺酸以及聚醯亞胺的任一種。該情况下,相對於液晶配向劑中所含的聚合物(A)的整體量,聚醯胺酸以及聚醯亞胺的合計含量較佳為1重量%~100重量%,更佳為5重量%~100重量%。
本發明的液晶配向劑被製備成聚合物成分以及視需要調配的其他成分在有機溶劑中分散或者溶解而成的液狀組合物。本發明的液晶配向劑含有第1溶劑及第2溶劑來作為溶劑成分,所述第1溶劑為選自由所述式(1)所表示的化合物、所述式(2)所表示的化合物以及1,3-二甲基-2-咪唑啉酮所組成組群中的至少一種,所述第2溶劑為選自由所述式(3)所表示的化合物、所述式(4)所表示的化合物以及所述式(5)所表示的化合物所組成組群中的至少一種。
第1溶劑中,關於所述式(1)所表示的化合物,R1的碳數2~5的1價烴基較佳為鏈狀烴基,例如可列舉碳數2~5的烷基、烯基、炔基等。另外,該烴基中的碳-碳鍵間具有“-O-”的1價基例如可列舉碳數2~5的烷氧基烷基等。
作為這些1價烴基的具體例,碳數2~5的烷基例如可列
舉:乙基、丙基、丁基、戊基等;碳數2~5的烯基例如可列舉:乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、3-丁烯基等;碳數2~5的炔基例如可列舉:乙炔基、2-丙炔基、2-丁炔基等;碳數2~5的烷氧基烷基例如可列舉:甲氧基甲基、甲氧基乙基、甲氧基丙基、甲氧基丁基、乙氧基甲基、乙氧基乙基等;這些基團可以是直鏈狀,也可以是分支狀。R1較佳為所述基團中的碳數2~5的烷基或者烷氧基烷基。
所述式(1)所表示的化合物的具體例例如可列舉:N-
乙基-2-吡咯烷酮、N-(正丙基)-2-吡咯烷酮、N-異丙基-2-吡咯烷酮、N-(正丁基)-2-吡咯烷酮、N-(叔丁基)-2-吡咯烷酮、N-(正戊基)-2-吡咯烷酮、N-甲氧基丙基-2-吡咯烷酮、N-乙氧基乙基-2-吡咯烷酮、N-甲氧基丁基-2-吡咯烷酮等。這些化合物中,能夠特佳使用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。此外,所述式(1)所表示的化合物可單獨使用1種這些例示的化合物或者將2種以上組合使用。
第1溶劑中,關於所述式(2)所表示的化合物,R2及R3的碳數1~6的1價烴基例如可列舉:碳數1~6的鏈狀烴基、碳數3~6的脂環式烴基、碳數5或6的芳香族烴基等。另外,在該烴基的碳-碳鍵間具有“-O-”的1價基例如可列舉碳數2~6的
烷氧基烷基等。
作為這些1價烴基的具體例,碳數1~6的鏈狀烴基例如可列舉:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基等,這些基團可以是直鏈狀,也可以是分支狀。另外,碳數3~6的脂環式烴基例如可列舉環戊基、環己基等;芳香族烴基例如可列舉苯基等;碳數2~6的烷氧基烷基例如可列舉R1中列舉的化合物等。此外,式(2)中的R2及R3可相互相同,也可以不同。另外,R2及R3可藉由相互鍵結,而與R2及R3所鍵結的氮原子一起形成環。R2、R3相互鍵結而形成的環例如可列舉吡咯烷環、哌啶環等,這些環上可鍵結有甲基等1價鏈狀烴基。
R2及R3較佳為氫原子或者碳數1~6的烷基,更佳為氫原子或者碳數1~3的烷基,尤佳為氫原子或者甲基。
R4的碳數1~6的烷基可列舉所述R2及R3的碳數1~6的烷基的說明中所例示的基團。較佳為碳數1~4的烷基。
所述式(2)所表示的化合物的具體例例如可列舉:3-丁氧基-N,N-二甲基丙醯胺、3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺、3-己基氧基-N,N-二甲基丙醯胺、異丙氧基-N-異丙基-丙醯胺、正丁氧基-N-異丙基-丙醯胺等。此外,所述式(2)所表示的化合物可單獨使用1種或者將2種以上組合使用。
其中,第1溶劑較佳為選自由所述式(1)所表示的化合
物以及1,3-二甲基-2-咪唑啉酮所組成組群中的至少一種,更佳為選自由所述式(1)所表示的化合物中R1為碳數2~5的烷基或者
烷氧基烷基的化合物以及1,3-二甲基-2-咪唑啉酮所組成組群中的至少一種。
就在基板上印刷時適當抑制印刷機上的聚合物成分析出
的觀點而言,相對於液晶配向劑中所含的溶劑的整體量,第1溶劑的使用量較佳為設為5重量%以上,更佳為設為10重量%以上。
另外,該使用量的上限並無特別限制,相對於液晶配向劑中所含的溶劑的整體量,較佳為設為95重量%以下,更佳為設為90重量%以下。第1溶劑可單獨使用1種所述化合物或者將2種以上組合使用。
此外,所述第1溶劑可溶解所述聚合物(A),並且沸點
適度地高。因此推測,透過將該第1溶劑用作液晶配向劑的溶劑成分,液晶配向劑在基板上印刷時抑制溶劑從印刷機上揮發,可抑制聚合物成分的析出,結果可使印刷性(特別是連續印刷性)良好。另外,由於溶劑的沸點不會過高,因此在印刷後進行預加熱(預烘烤(prebake))的情况下,能夠減少預加熱後殘存於塗膜中的溶劑量。由此,能夠抑制預加熱後在塗膜表面附著灰塵,可抑制製品的良率下降。
第2溶劑中,關於所述式(3)所表示的化合物,R5及
R7中的碳數1~3的烴基例如可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基等碳數1~3的烷基;乙烯基、烯丙基等碳數2或3的1價不飽
和烴基等。這些烴基中,R5及R7較佳為甲基或者乙基。此外,R5及R7可相互相同,也可以不同。
R6的碳數2~5的烷二基例如可列舉:伸乙基、丙烷-1,2-二基、丙烷-1,3-二基、丁烷-1,3-二基、丁烷-1,4-二基、戊烷-1,5-二基等。
所述式(3)所表示的化合物的較佳具體例例如可列舉:乙二醇二乙酸酯、丙二醇二乙酸酯等伸烷基二醇二乙酸酯。其中可較佳使用丙二醇二乙酸酯。所述式(3)所表示的化合物可單獨使用1種所述化合物或者將2種以上組合使用。
所述式(4)所表示的化合物具有2個R8分別鍵結於1個氧原子上的結構。作為這種化合物,R8為在碳數3~5的烷基的碳-碳鍵間具有1個“-O-”的1價基的化合物的具體例例如可列舉:二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚等;R8為碳數3~5的烷基的氫原子經羥基取代而成的1價基的化合物的具體例例如可列舉:二丙二醇等;R8為分支狀烷基的化合物的具體例例如可列舉:二異丙醚、二異戊醚、二-仲丁醚、二-仲戊醚等。這些化合物中,所述式(4)所表示的化合物較佳為二乙二醇二乙醚以及二異戊醚中的至少任一種。此外,所述式(4)所表示的化合物可單獨使用1種所述化合物或者將2種以上組合使用。
所述式(5)中的X1較佳為基“-C(OH)Ra-”,更佳為基
“-C(OH)(CH3)-”。另外,R9的碳數1~4的烷基可以是直鏈狀,也可以是分支狀,較佳為甲基或者乙基。
所述式(5)所表示的化合物的較佳具體例例如可列舉:雙丙酮醇、乙醯基丙酮、乙醯乙酸乙酯等,可特佳使用雙丙酮醇。此外,所述式(5)所表示的化合物可單獨使用1種所述化合物或者將2種以上組合使用。
其中,第2溶劑更佳為選自由所述式(3)所表示的化合物以及所述式(5)所表示的化合物所組成組群中的至少一種,尤佳為所述式(5)所表示的化合物。
就不僅抑制聚合物的析出,而且使對基板的塗佈性(印刷性)良好的方面而言,相對於液晶配向劑中所含的溶劑的整體量,第2溶劑的使用量較佳為1重量%~70重量%,更佳為3重量%~60重量%。第2溶劑可單獨使用1種所述化合物或者將2種以上組合使用。
另外,就使對基板的塗佈性良好的觀點而言,第1溶劑與第2溶劑的比率較佳為相對於第1溶劑的使用量而將第2溶劑的使用量設為0.03倍(重量)以上,更佳為設為0.05倍(重量)以上。另外,就抑制聚合物的析出的觀點而言,較佳為設為2.5倍(重量)以下,更佳為設為2.0倍(重量)以下。
此外推測,所述第2溶劑難以使通常作為將液晶配向劑塗佈於基板上時使用的印刷機的印刷版來使用的APR(註冊商標,以下相同)樹脂膨潤,印刷時溶劑難以滲入印刷版中,由此
可使印刷性(特別是連續印刷性)良好。
本發明的液晶配向劑中所含的溶劑還可以使用所述第1溶劑以及第2溶劑以外的其他溶劑(第3溶劑)。該第3溶劑例如可列舉:N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁內酯、γ-丁內醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、乙二醇單甲醚、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-異丙醚、乙二醇-正丁醚(丁基溶纖劑)、乙二醇二甲醚、乙二醇乙醚乙酸酯、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單甲醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、二丙二醇單甲醚(dipropylene glycol monomethyl ether,DPM)、二異丁基酮、丙酸異戊酯、異丁酸異戊酯、碳酸乙二酯、碳酸丙二酯等。此外,第3溶劑可單獨使用1種所述化合物或者將2種以上混合使用。
相對於液晶配向劑中所含的溶劑的整體量,所述第3溶劑的含量較佳為80重量%以下,更佳為70重量%以下,尤佳為50重量%以下,特佳為30重量%以下。
本發明的液晶配向劑含有如上所述的聚合物以及溶劑,也可以視需要含有其他成分。該其他成分例如可列舉:所述聚合物以外的其他聚合物、分子內具有至少一個環氧基的化合物(以下稱為“含環氧基的化合物”)、官能性矽烷化合物等。
所述其他聚合物可用於改善溶液特性或電氣特性。該其
他聚合物例如可列舉:聚酯、聚醯胺、纖維素衍生物、聚縮醛、聚苯乙烯衍生物、聚(苯乙烯-苯基順丁烯二醯亞胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等。在將該其他聚合物添加於液晶配向劑中的情况下,相對於該組合物中的聚合物總量,所述其他聚合物的調配比率較佳為50重量%以下,更佳為0.1重量%~40重量%,尤佳為0.1重量%~30重量%。
含環氧基的化合物可用於提高液晶配向膜的與基板表面
的黏著性或電氣特性。此處,含環氧基的化合物例如可列舉:乙二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚、丙二醇二縮水甘油醚、三丙二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、1,6-己二醇二縮水甘油醚、甘油二縮水甘油醚、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、2,2-二溴新戊二醇二縮水甘油醚、N,N,N',N'-四縮水甘油基-間二甲苯二胺、1,3-雙(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)環己烷、N,N,N',N'-四縮水甘油基-4,4'-二胺基二苯基甲烷、N,N-二縮水甘油基-苄胺、N,N-二縮水甘油基-胺基甲基環己烷、N,N-二縮水甘油基-環己胺等。
在將這些環氧化合物添加於液晶配向劑中的情况下,相
對於液晶配向劑中所含的聚合物的合計100重量份,這些環氧化合物的調配比率較佳為40重量份以下,更佳為0.1重量份~30重
量份。
所述官能性矽烷化合物可出於提高液晶配向劑的印刷性的目的來使用。這種官能性矽烷化合物例如可列舉:3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、2-胺基丙基三甲氧基矽烷、2-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-脲基丙基三甲氧基矽烷、3-脲基丙基三乙氧基矽烷、N-乙氧基羰基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-三乙氧基矽烷基丙基三伸乙基三胺、10-三甲氧基矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、9-三甲氧基矽烷基-3,6-二氮雜壬基乙酸酯、9-三甲氧基矽烷基-3,6-二氮雜壬酸甲酯、N-苄基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、縮水甘油氧基甲基三甲氧基矽烷、2-縮水甘油氧基乙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷等。
在將這些官能性矽烷化合物添加於液晶配向劑中的情况下,相對於聚合物的合計100重量份,這些官能性矽烷化合物的調配比率較佳為2重量份以下,更佳為0.02重量份~0.2重量份。
此外,除上述以外,液晶配向劑中所含的其他添加劑可使用分子內具有至少一個氧雜環丁基的化合物、或抗氧化劑等。
本發明的液晶配向劑中的固體成分濃度(液晶配向劑的溶劑以外的成分的合計重量在液晶配向劑的總重量中所占的比例)是考慮到黏性、揮發性等來適當選擇,較佳為1重量%~10
重量%的範圍。即,本發明的液晶配向劑透過以後述方式塗佈於基板表面,較佳為進行加熱,而形成作為液晶配向膜的塗膜或者成為液晶配向膜的塗膜,但此時,在固體成分濃度小於1重量%的情况下,塗膜的膜厚變得過小而無法獲得良好的液晶配向膜。另一方面,在固體成分濃度超過10重量%的情况下,塗膜的膜厚變得過大而無法獲得良好的液晶配向膜,另外,液晶配向劑的黏性增大,塗佈特性變差。
特佳的固體成分濃度的範圍根據在基板上塗佈液晶配向
劑時使用的方法而不同。例如在利用旋轉塗佈法的情况下,固體成分濃度特佳為1.5重量%~4.5重量%的範圍。在利用平版印刷法的情况下,特佳為將固體成分濃度設為3重量%~9重量%的範圍,由此將溶液黏度設為12mPa.s~50mPa.s的範圍。在利用噴墨法的情况下,特佳為將固體成分濃度設為1重量%~5重量%的範圍,由此將溶液黏度設為3mPa.s~15mPa.s的範圍。製備本發明的液晶配向劑時的溫度較佳為10℃~50℃,更佳為20℃~30℃。
本發明的液晶配向膜是利用以所述方式製備的液晶配向
劑來形成。另外,本發明的液晶顯示元件包括使用本發明的液晶配向劑來形成的液晶配向膜。應用本發明的液晶顯示元件的驅動模式並無特別限定,可應用於TN型、STN型、IPS型、FFS型、VA型、多域垂直配向(Multi-domain Vertical Alignment,MVA)型等多種驅動模式。
本發明的液晶顯示元件例如可透過以下(1)~(3)的步驟來製造。步驟(1)根據所需的驅動模式而使用不同的基板。步驟(2)及步驟(3)在各驅動模式中共通。
首先在基板上塗佈本發明的液晶配向劑,接著對塗佈面進行加熱,由此在基板上形成塗膜。
(1-1)在製造TN型、STN型、VA型或者MVA型液晶顯示元件的情况下,將設置有經圖案化的透明導電膜的兩塊基板作為一對,在所述各透明性導電膜形成面上,較佳為利用平版印刷法、旋轉塗佈法、輥塗佈機法(roll coater method)或者噴墨印刷法來分別塗佈本發明的液晶配向劑。作為液晶配向劑的塗佈方法,由於本發明的液晶配向劑具有難以使APR版膨潤的特性,故而可較佳應用於這些方法中的平版印刷法。此處,基板例如可列舉:浮法玻璃(float glass)、鈉玻璃(soda glass)等玻璃;包含聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚醚碸、聚碳酸酯、聚(脂環式烯烴)等塑膠的透明基板。設置於基板的一面的透明導電膜可使用包含氧化錫(SnO2)的NESA膜(美國必丕志(PPG)公司註冊商標)、包含氧化銦-氧化錫(In2O3-SnO2)的ITO膜等。
為了獲得經圖案化的透明導電膜,例如能夠利用以下方法:形成無圖案的透明導電膜後,透過光蝕刻(photo etching)來形成圖案的方法;形成透明導電膜時使用具有所需圖案的遮罩的方法等。
塗佈液晶配向劑時,為了使基板表面以及透明導電膜與塗膜的黏
著性更良好,也可以對基板表面中應形成塗膜的面,實施預先塗佈官能性矽烷化合物、官能性鈦化合物等的前處理。
塗佈液晶配向劑後,出於防止所塗佈的配向劑的流掛等
目的,較佳為實施預加熱(預烘烤)。預烘烤溫度較佳為30℃~200℃,更佳為40℃~150℃,特佳為40℃~100℃。預烘烤時間較佳為0.25分鐘~10分鐘,更佳為0.5分鐘~5分鐘。然後,將溶劑完全去除,視需要出於將聚合物中存在的醯胺酸結構進行熱醯亞胺化的目的而實施煅燒(後烘烤(postbake))步驟。該煅燒(後烘烤)溫度較佳為80℃~300℃,更佳為120℃~250℃。後烘烤時間較佳為5分鐘~200分鐘,更佳為10分鐘~100分鐘。這樣一來,所形成的膜的膜厚較佳為0.001μm~1μm,更佳為0.005μm~0.5μm。
(1-2)在製造IPS型液晶顯示元件或者FFS型液晶顯示
元件的情况下,於設置有包含經圖案化為梳齒型的透明導電膜或者金屬膜的電極的基板的電極形成面、及未設置有電極的對向基板的一面,分別塗佈本發明的液晶配向劑,接著對各塗佈面進行加熱,由此形成塗膜。此時所使用的基板以及透明導電膜的材質、塗佈方法、塗佈後的加熱條件、透明導電膜或者金屬膜的圖案化方法、基板的前處理以及所形成的塗膜的較佳膜厚與所述(1-1)相同。金屬膜例如可使用包含鉻等金屬的膜。
在所述(1-1)以及(1-2)的任一情况下,均透過在基板
上塗佈液晶配向劑後,去除有機溶劑來形成成為配向膜的塗膜。
此時,在本發明的液晶配向劑中所含的聚合物為聚醯胺酸,或者是具有醯亞胺環結構及醯胺酸結構的醯亞胺化聚合物的情况下,也可以透過在塗膜形成後進一步加熱來進行脫水閉環反應,製成進一步經醯亞胺化的塗膜。
接著,透過對形成於基板上的塗膜,視需要進行摩擦處
理或者光照射處理,來對該塗膜賦予液晶配向能力。
首先,關於摩擦處理,在製造TN型、STN型、IPS型或
者FFS型液晶顯示元件的情况下,對所述步驟(1)中形成的塗膜實施如下的摩擦處理:利用捲繞有包含例如尼龍、人造絲、棉等纖維的布的輥,向一定方向摩擦。由此,液晶分子的配向能力被賦予至塗膜上而成為液晶配向膜。另一方面,在製造VA型或者MVA型液晶顯示元件的情况下,可將所述步驟(1)中形成的塗膜直接用作液晶配向膜,但也可以對該塗膜實施摩擦處理。
此外,也可以對摩擦處理後的液晶配向膜進一步進行以
下處理:透過對液晶配向膜的一部分照射紫外線而使液晶配向膜的一部分區域的預傾角變化的處理;或在液晶配向膜表面的一部分形成抗蝕劑膜後,向與剛才的摩擦處理不同的方向進行摩擦處理,然後去除抗蝕劑膜的處理;從而使液晶配向膜在每個區域具有不同的液晶配向能力。該情况下,可改善所得液晶顯示元件的視野特性。
在利用光照射處理(光配向法)的情况下,對於塗膜形
成後的基板,透過對塗膜面照射偏光或者非偏光的放射線,而對該塗膜賦予液晶配向能力。此處,放射線例如可使用包含波長150nm~800nm的光的紫外線或者可見光線。其中,較佳為包含波長300nm~400nm的光的紫外線。在所使用的放射線發生偏光(直線偏光或者部分偏光)的情况下,光照射方向可設為與塗膜面垂直的方向,也可以為了賦予預傾角而設為傾斜方向。另一方面,在照射非偏光的放射線的情况下,必須從傾斜方向對塗膜面進行光照射。
光源例如可使用:低壓水銀燈、高壓水銀燈、氘燈、金
屬鹵化物燈、氬共振燈、氙燈、準分子雷射等。所述較佳的波長區域的紫外線能夠利用將光源與例如濾光器、衍射光栅等併用的手段等來獲得。放射線的照射量較佳為1J/m2以上且小於15,000J/m2,更佳為10J/m2以上、10,000J/m2以下。
透過準備兩塊以所述方式形成有液晶配向膜的基板,在
對向配置的兩塊基板間配置液晶來製造液晶單元。製造液晶單元時,例如可列舉以下2種方法。
第一方法為先前已知的方法。首先,以各液晶配向膜對
向的方式,隔著間隙(單元間隙)將兩塊基板對向配置,使用密封劑將兩塊基板的周邊部貼合,在由基板表面以及密封劑劃分的單元間隙內注入填充液晶後,將注入孔密封,由此可製造液晶單元。另外,第二方法是稱為滴注(One Drop Fill,ODF)方式的方
法。可透過在形成有液晶配向膜的兩塊基板中的其中一塊基板上的規定部位,塗佈例如紫外光硬化性的密封材料,進而在液晶配向膜面上的規定的數個部位滴加液晶後,以液晶配向膜對向的方式貼合另一塊基板,並且將液晶在基板的整個面上鋪開,接著對基板的整個面照射紫外光,使密封劑硬化,從而製造液晶單元。
在利用任一種方法的情况下,理想的是透過對以所述方式製造的液晶單元,進而加熱至所使用的液晶成為等向性相位(isotropic phase)的溫度後,緩緩冷却至室溫,從而去除液晶填充時的流動配向。
密封劑例如可使用含有硬化劑以及作為間隔物(spacer)的氧化鋁球的環氧樹脂等。
液晶可列舉向列型液晶(nematic liquid crystal)以及近晶型液晶(smectic liquid crystal),其中較佳為向列型液晶,例如可使用:希夫鹼(Schiff base)系液晶、氧化偶氮(azoxy)系液晶、聯苯系液晶、苯基環己烷系液晶、酯系液晶、三聯苯(terphenyl)系液晶、聯苯基環己烷系液晶、嘧啶系液晶、二惡烷系液晶、雙環辛烷系液晶、立方烷(cubane)系液晶等。另外,也可以在這些液晶中添加以下物質來使用:例如氯化膽甾醇(cholestil chloride)、膽甾醇壬酸酯(cholesteryl nonanoate)、膽甾醇碳酸酯(cholesteryl carbonate)等膽固醇液晶(cholesteric liquid crystal);作為商品名“C-15”、“CB-15”(默克(Merck)公司製造)來銷售的手性劑;對癸氧基苯亞甲基-對胺基-2-甲基丁基肉
桂酸酯(p-decyloxybenzylidene-p-amino-2-methylbutylcinnamate)等鐵電液晶(ferroelectric liquid crystal)等。
接著,透過在液晶單元的外側表面貼合偏光板,可獲得
本發明的液晶顯示元件。貼合於液晶單元的外表面的偏光板可列舉:以乙酸纖維素保護膜夾持被稱為“H膜”的偏光膜而成的偏光板,該“H膜”是一邊使聚乙烯醇延伸配向一邊使其吸收碘的膜;或者包含H膜其本身的偏光板。
此外,在對塗膜進行摩擦處理的情况下,兩塊基板是以
各塗膜中的摩擦方向相互形成規定的角度,例如成為正交或者反平行(antiparallel)的方式對向配置。另外,在對塗膜進行光照射的情况下,若液晶配向膜為水平配向性,則透過調整形成有液晶配向膜的兩塊基板中的所照射的直線偏光放射線的偏光方向所成的角度以及各個基板與偏光板的角度,可獲得具有TN型液晶單元或者STN型液晶單元的液晶顯示元件。另一方面,在液晶配向膜為垂直配向性的情况下,透過以形成有液晶配向膜的兩塊基板中的配向容易軸(easy orientation axis)的方向成為平行的方式構成單元,在該單元上,將偏光板以其偏光方向與配向容易軸形成45°的角度的方式貼合,可製成具有垂直配向型液晶單元的液晶顯示元件。
本發明的液晶顯示元件能夠有效地應用於多種裝置,例
如能夠用於:鐘錶、可攜式遊戲機(portable video game)、文字處理器(word processor)、筆記型個人電腦(note type personal
computer)、汽車導航系統(car navigation system)、攝錄機(camcorder)、個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA)、數位相機(digital camera)、手機、智慧型手機(smartphone)、各種監視器(monitor)、液晶電視等的顯示裝置。
以下,利用實施例來對本發明進一步進行具體說明,但本發明不受這些實施例的限制。
合成例中的各聚合物溶液的溶液黏度、聚醯亞胺的醯亞胺化率、重量平均分子量、以及環氧當量是利用以下方法來測定。
聚合物溶液的溶液黏度(mPa.s)是使用E型旋轉黏度計,對使用規定的溶劑而將聚合物濃度調整為10重量%的溶液,在25℃下測定。
將聚醯亞胺的溶液投入至純水中,將所得的沉澱在室溫下充分地減壓乾燥後,溶解於氘化二甲基亞碸中,將四甲基矽烷作為基準物質,在室溫下測定1H-核磁共振(1H-Nuclear Magnetic Resonance,1H-NMR)。根據所得的1H-NMR光譜,利用下述數學式(x)來求出醯亞胺化率[%]。
醯亞胺化率[%]=(1-A1/A2×α)×100…(x)
(數學式(x)中,A1為化學位移10ppm附近出現的源自NH基的質子的峰值面積,A2為源自其他質子的峰值面積,α
為其他質子相對於聚合物的前驅物(聚醯胺酸)中的NH基的1個質子的個數比例。)
重量平均分子量Mw以及數量平均分子量Mn是利用以下條件下的凝膠滲透色譜法來測定的聚苯乙烯換算值。
管柱:東曹(Tosoh)(股)製造,TSKgel GRCXLII
溶劑:四氫呋喃
温度:40℃
壓力:68kgf/cm2
環氧當量是利用JIS C 2105中記載的鹽酸-甲基乙基酮法來測定。
將作為四羧酸二酐的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐(TCA)22.4g(0.1莫耳)、作為二胺的對苯二胺(p-phenylenediamine,PDA)8.6g(0.08莫耳)以及3,5-二胺基苯甲酸膽甾烷基酯(HCDA)10.5g(0.02莫耳),溶解於N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)166g中,在60℃下進行6小時反應,獲得含有聚醯胺酸20重量%的溶液。分餾少量的所得聚醯胺酸溶液,添加NMP而製成聚醯胺酸濃度為10重量%的溶液,對該溶液測定而得的溶液黏度為90mPa.s。
接著,在所得的聚醯胺酸溶液中追加NMP而製成聚醯胺酸濃度為7重量%的溶液,添加吡啶11.9g以及乙酸酐15.3g,在110℃下進行4小時脫水閉環反應。脫水閉環反應後,以新的NMP將系統內的溶劑進行溶劑置換(透過本操作,將脫水閉環反應中使用的吡啶以及乙酸酐去除至系統外;以下相同),由此獲得含有醯亞胺化率約68%的聚醯亞胺(PI-1)26重量%的溶液。分餾少量的所得聚醯亞胺溶液,添加NMP而製成聚醯亞胺濃度為10重量%的溶液,對該溶液測定而得的溶液黏度為45mPa.s。接著,將反應溶液注入至大量過剩的甲醇中,使反應生成物沉澱。將該沉澱物以甲醇清洗,在減壓下、40℃下乾燥15小時,由此獲得聚醯亞胺(PI-1)。
將作為四羧酸二酐的TCA 22.5g(0.1莫耳)、作為二胺的PDA 7.6g(0.07莫耳)、HCDA 5.2g(0.01莫耳)以及4,4'-二胺基二苯基甲烷(DDM)4.0g(0.02莫耳),溶解於NMP 157g中,在60℃下進行6小時反應,獲得含有聚醯胺酸20重量%的溶液。分餾少量的所得聚醯胺酸溶液,添加NMP而製成聚醯胺酸濃度為10重量%的溶液,對該溶液測定而得的溶液黏度為110mPa.s。
接著,在所得的聚醯胺酸溶液中追加NMP而製成聚醯胺酸濃度為7重量%的溶液,添加吡啶16.6g以及乙酸酐21.4g,在110℃下進行4小時脫水閉環反應。脫水閉環反應後,以新的NMP將系統內的溶劑進行溶劑置換,由此獲得含有醯亞胺化率約82%
的聚醯亞胺(PI-2)26重量%的溶液。分餾少量的所得聚醯亞胺溶液,添加NMP而製成聚醯亞胺濃度為10重量%的溶液,對該溶液測定而得的溶液黏度為62mPa.s。接著,將反應溶液注入至大量過剩的甲醇中,使反應生成物沉澱。將該沉澱物以甲醇清洗,在減壓下、40℃下乾燥15小時,由此獲得聚醯亞胺(PI-2)。
將作為四羧酸二酐的2,4,6,8-四羧基雙環[3.3.0]辛烷
-2:4,6:8-二酐(BODA)24.9g(0.10莫耳)、作為二胺的PDA 8.6g(0.08莫耳)以及HCDA 10.4g(0.02莫耳),溶解於NMP 176g中,在60℃下進行6小時反應,獲得含有聚醯胺酸20重量%的溶液。分餾少量的所得聚醯胺酸溶液,添加NMP而製成聚醯胺酸濃度為10重量%的溶液,對該溶液測定而得的溶液黏度為103mPa.s。
接著,在所得的聚醯胺酸溶液中追加NMP而製成聚醯胺
酸濃度為7重量%的溶液,添加吡啶11.9g以及乙酸酐15.3g,在110℃下進行4小時脫水閉環反應。脫水閉環反應後,以新的NMP將系統內的溶劑進行溶劑置換,由此獲得含有醯亞胺化率約71%的聚醯亞胺(PI-3)26重量%的溶液。分餾少量的所得聚醯亞胺溶液,添加NMP而製成聚醯亞胺濃度為10重量%的溶液,對該溶液測定而得的溶液黏度為57mPa.s。接著,將反應溶液注入至大量過剩的甲醇中,使反應生成物沉澱。將該沉澱物以甲醇清洗,在減壓下、40℃下乾燥15小時,由此獲得聚醯亞胺(PI-3)。
將作為四羧酸二酐的TCA 110g(0.50莫耳)以及1,3,3a,4,5,9b-六氫-8-甲基-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)萘幷[1,2-c]呋喃-1,3-二酮160g(0.50莫耳)、作為二胺的PDA 91g(0.85莫耳)、1,3-雙(3-胺基丙基)四甲基二矽氧烷25g(0.10莫耳)以及3,6-雙(4-胺基苯甲醯基氧基)膽甾烷25g(0.040莫耳)、以及作為單胺的苯胺1.4g(0.015莫耳),溶解於NMP 960g中,在60℃下進行6小時反應,由此獲得含有聚醯胺酸的溶液。分餾少量的所得聚醯胺酸溶液,添加NMP而製成聚醯胺酸濃度為10重量%的溶液,對該溶液測定而得的溶液黏度為60mPa.s。
接著,在所得的聚醯胺酸溶液中追加NMP 2,700g,添加吡啶390g以及乙酸酐410g,在110℃下進行4小時脫水閉環反應。脫水閉環反應後,以新的γ-丁內酯將系統內的溶劑進行溶劑置換,由此獲得含有醯亞胺化率約95%的聚醯亞胺(PI-4)15重量%的溶液約2,500g。分餾少量的該溶液,添加NMP,製成聚醯亞胺濃度為10重量%的溶液,對該溶液測定而得的溶液黏度為70mPa.s。接著,將反應溶液注入至大量過剩的甲醇中,使反應生成物沉澱。將該沉澱物以甲醇清洗,在減壓下、40℃下乾燥15小時,由此獲得聚醯亞胺(PI-4)。
將作為四羧酸二酐的TCA 22.4g(0.1莫耳)、作為二胺的PDA 8.6g(0.08莫耳)、4,4'-二胺基二苯基甲烷2.0g(0.01莫耳)以及4,4'-二胺基-2,2'-雙(三氟甲基)聯苯3.2g(0.01莫耳),
溶解於NMP 324g中,在60℃下進行4小時反應,獲得含有聚醯胺酸10重量%的溶液。
接著,在所得的聚醯胺酸溶液中追加NMP 360g,添加
吡啶39.5g以及乙酸酐30.6g,在110℃下進行4小時脫水閉環反應。脫水閉環反應後,以新的NMP將系統內的溶劑進行溶劑置換,獲得含有醯亞胺化率約93%的聚醯亞胺(PI-5)10重量%的溶液。
分餾少量的所得聚醯亞胺溶液,對該溶液測定而得的溶液黏度為30mPa.s。接著,將反應溶液注入至大量過剩的甲醇中,使反應生成物沉澱。將該沉澱物以甲醇清洗,在減壓下、40℃下乾燥15小時,由此獲得聚醯亞胺(PI-5)。
除了將所使用的二胺變更為3,5-二胺基苯甲酸(3,5DAB)
0.08莫耳以及膽甾烷基氧基-2,4-二胺基苯(HCODA)0.02莫耳以外,利用與所述合成例1相同的方法獲得聚醯胺酸溶液。分餾少量的所得聚醯胺酸溶液,添加NMP而製成聚醯胺酸濃度為10重量%的溶液,對該溶液測定而得的溶液黏度為80mPa.s。
接著,利用與所述合成例1相同的方法進行醯亞胺化,獲得含有醯亞胺化率約65%的聚醯亞胺(PI-6)26重量%的溶液。分餾少量的所得聚醯亞胺溶液,添加NMP而製成聚醯亞胺濃度為10重量%的溶液,對該溶液測定而得的溶液黏度為40mPa.s。接著,將反應溶液注入至大量過剩的甲醇中,使反應生成物沉澱。將該沉澱物以甲醇清洗,在減壓下、40℃下乾燥15小時,由此獲
得聚醯亞胺(PI-6)。
將作為四羧酸二酐的1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐(CB)200g(1.0莫耳)、作為二胺的2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯210g(1.0莫耳),溶解於NMP 370g以及γ-丁內酯3,300g的混合溶劑中,在40℃下進行3小時反應,獲得固體成分濃度為10重量%、溶液黏度為160mPa.s的聚醯胺酸溶液。接著,將該聚醯胺酸溶液注入至大量過剩的甲醇中,使反應生成物沉澱。將該沉澱物以甲醇清洗,在減壓下、40℃下乾燥15小時,由此獲得聚醯胺酸(PA-1)。
除了將所使用四羧酸二酐設為均苯四甲酸二酐(PMDA)0.9莫耳以及CB 0.1莫耳,且將二胺設為PDA 0.2莫耳以及4,4'-二胺基二苯基醚(DDE)以外,利用與所述合成例7相同的方法,獲得固體成分濃度為10重量%、溶液黏度為170mPa.s的聚醯胺酸溶液。接著,將該聚醯胺酸溶液注入至大量過剩的甲醇中,使反應生成物沉澱。將該沉澱物以甲醇清洗,在減壓下、40℃下乾燥15小時,由此獲得聚醯胺酸(PA-2)。
將作為四羧酸二酐的TCA 7.0g(0.031莫耳)、作為二胺的下述式(R-1)所表示的化合物13g(相對於TCA 1莫耳,相當於1莫耳),溶解於NMP 80g中,在60℃下進行4小時反應,由此獲得含有聚醯胺酸(PA-3)20重量%的溶液。該聚醯胺酸溶液
的溶液黏度為2,000mPa.s。此外,下述式(R-1)所表示的化合物是依據日本專利特開2011-100099號公報的記載來合成。接著,將該聚醯胺酸溶液注入至大量過剩的甲醇中,使反應生成物沉澱。將該沉澱物以甲醇清洗,在減壓下、40℃下乾燥15小時,由此獲得聚醯胺酸(PA-3)。
在具備攪拌機、溫度計、滴液漏斗以及回流冷却管的反
應容器中,投入2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷(ECETS)100.0g、甲基異丁基酮500g以及三乙胺10.0g,在室溫下混合。
接著,利用滴液漏斗,花30分鐘滴加去離子水100g後,一邊在回流下攪拌,一邊在80℃下進行6小時反應。反應結束後,取出有機層,利用0.2重量%硝酸銨水溶液,清洗至清洗後的水成為中性為止,然後在減壓下蒸餾去除溶劑以及水,由此獲得反應性聚有機矽氧烷(EPS-1)作為黏稠的透明液體。對該反應性聚有機矽氧烷進行1H-NMR分析,結果在化學位移(δ)=3.2ppm附近,如理論强度所述般獲得基於環氧基的峰值,確認反應中未產生環氧基的副反應。所得的反應性聚有機矽氧烷的重量平均分子量Mw為3,500,環氧當量為180g/莫耳。
接著,向200mL的三口燒瓶中投入反應性聚有機矽氧烷(EPS-1)10.0g、作為溶劑的甲基異丁基酮30.28g、作為反應性化合物的4-十二烷氧基苯甲酸3.98g、以及作為催化劑的UCAT 18X(商品名,三亞普羅(San-Apro)(股)製造)0.10g,在100℃下於攪拌下進行反應48小時。反應結束後,在反應混合物中添加乙酸乙酯,將所得的溶液水洗3次,使用硫酸鎂將有機層乾燥後,蒸餾去除溶劑,由此獲得液晶配向性聚有機矽氧烷(APS-1)9.0g。所得聚合物的重量平均分子量Mw為9,900。
使用聚醯亞胺(PI-1)作為聚合物(A),向其中添加N-乙基-2-吡咯烷酮(NEP)以及丙二醇二乙酸酯(PGDAc)作為溶劑,製成溶劑組成為NEP:PGDAc=50:50(重量比)、固體成分濃度為6.5重量%的溶液。使用孔徑為1μm的過濾器來過濾該溶液,由此製備液晶配向劑(S-1)。此外,液晶配向劑(S-1)主要用於製造垂直配向型的液晶顯示元件。
使用所述液晶配向劑(S-1),對APR版的膨潤容易度(膨潤性)進行評價。APR版是由紫外線照射部分硬化的液狀感光性樹脂形成的樹脂版,通常用於液晶配向膜印刷機的印刷版。在使液晶配向劑與APR版接觸的情况下APR版難以膨潤,是指印刷時液晶配向劑難以滲入APR版中,印刷性良好。膨潤性的評價是透
過將APR版在液晶配向劑中浸漬1天,測定浸漬前後的APR版的重量變化來進行。此時,在APR版的重量的增加量小於4%的情况下,APR版難以膨潤,評價為良好(○),在增加量為4%以上的情况下,APR版容易膨潤,評價為不良(×)。將該評價結果示於下述表1。
針對上述所製備的液晶配向劑,對於在連續進行基板的印刷時的印刷性(連續印刷性)進行評價。評價是以如下方式進行。首先,針對所製備的液晶配向劑(S-1),使用液晶配向膜印刷機(日本寫真印刷機(股)製造,Angstromer形式“S40L-532”),在將液晶配向劑對網紋輥(anilox roll)的滴加量設為往返20滴(約0.2g)的條件下,印刷於包含ITO膜的帶有透明電極的玻璃基板的透明電極面上。對基板的印刷是以1分鐘為間隔而使用新的基板來實施20次。
繼而,以1分鐘為間隔來將液晶配向劑分配(one way,單程)於網紋輥上,每次進行使網紋輥與印刷版接觸的作業(以下,稱為空運轉(idling)),合計進行10次(其間,不進行對玻璃基板的印刷)。此外,該空運轉是為了特意在苛刻的狀况下實施液晶配向劑的印刷而進行的操作。
10次空運轉後,繼而使用玻璃基板來進行正式印刷。正式印刷中,在空運轉後,以30秒為間隔而將5塊基板投入,將印刷後的各基板在80℃下加熱(預烘烤)1分鐘而去除溶劑後,在
200℃下加熱(後烘烤)10分鐘,形成膜厚約80nm的塗膜。透過利用倍率為20倍的顯微鏡觀察該塗膜,來評價印刷性(連續印刷性)。評價是以如下方式進行:將從空運轉後的第1次正式印刷起未觀察到聚合物的析出的情况評價為連續印刷性“優良(○)”,將空運轉後的第1次正式印刷時觀察到聚合物的析出,但在實施5次正式印刷的過程中不再觀察到聚合物的析出的情况評價為連續印刷性“良好(△)”,將反覆進行5次正式印刷後還是觀察到聚合物的析出的情况評價為連續印刷性“不良(×)”。將該評價結果示於下述表1中。此外,在印刷性良好的液晶配向劑的情况下,透過實驗獲知在連續投入基板的過程中,聚合物的析出良化(消失)。另外,進而將空運轉的次數變更為15次、20次、25次,分別以與上述相同的方式,評價液晶配向劑的印刷性。將其評價结果也一併示於下述表1中。
所述表1以及表2中的溶劑組成的記號分別為以下含義。
a:N-乙基-2-吡咯烷酮
b:N-戊基-2-吡咯烷酮
c:1,3-二甲基-2-咪唑啉酮
d:丙二醇二乙酸酯
e:雙丙酮醇
f:二乙二醇二乙醚
g:二異戊醚
h:γ-丁內酯
i:碳酸丙二酯
j:N-甲基-2-吡咯烷酮
m:丁基溶纖劑
p:丙二醇-1-單甲醚乙酸酯
除了將所使用的聚合物(A)、以及溶劑的種類以及組成分別變更為如所述表1或者表2所記載以外,利用與所述實施例1相同的方法,分別製備液晶配向劑(S-2)~液晶配向劑(S-64)以及液晶配向劑(SR-1)~液晶配向劑(SR-5)。另外,對於各個液晶配向劑,以與所述實施例1相同的方式進行印刷版的膨潤性以及印刷性的評價。將它們的結果示於所述表1以及表2中。此外,表2中,關於使用2種聚合物作為聚合物(A)的實施例(實施例46~實施例64),一併表示各聚合物相對於所使用的聚合物的整體量100重量份的使用比例(重量比)。另外,各液晶配向劑中,液晶配向劑(S-2)~液晶配向劑(S-45)、液晶配向劑(SR-1)~液晶配向劑(SR-5)主要用於製造垂直配向型液晶顯示元件,液晶配向劑(S-46)~液晶配向劑(S-61)主要用於製造TN型液晶顯示元件,液晶配向劑(S-62)主要用於製造IPS型的液晶顯示元件,液晶配向劑(S-64)主要用於利用光配向法來製造垂直配向型液晶顯示元件,液晶配向劑(S-63)主要用於製造PSA方式的液晶顯示元件。
除了將所使用的聚合物(A)、以及溶劑的種類以及組成分別變更為如下述表3中所記載以外,利用與所述實施例1相同
的方法,分別製備液晶配向劑(S-65)~液晶配向劑(S-70)。另外,對於各個液晶配向劑,以與所述實施例1相同的方式進行印刷版的膨潤性以及印刷性的評價。將它們的結果示於下述表3中。
此外,表3中,關於使用2種聚合物作為聚合物(A)的實施例69、實施例70,一併表示各聚合物相對於所使用的聚合物的整體量100重量份的使用比例(重量比)。另外,各液晶配向劑中,液晶配向劑(S-65)~液晶配向劑(S-68)主要用於製造垂直配向型液晶顯示元件,液晶配向劑(S-69)主要用於製造TN型液晶顯示元件,液晶配向劑(S-70)主要用於製造PSA方式的液晶顯示元件。
所述表3中的溶劑組成的記號中,所述表1以及表2中記載的記號以外的記號分別為以下含義。
k:3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺
l:3-丁氧基-N,N-二甲基丙醯胺
如表1、表2以及表3所示,實施例中均難以使APR版膨潤。因此,在實施例的液晶配向劑的情况下,可以說能夠抑制印刷時的印刷版的膨脹,可將液晶配向劑均勻地塗佈於基板上。另外,關於連續印刷性,實施例中均為良好。另一方面,與實施例相比,比較例的液晶配向劑的連續印刷性差。另外,關於比較例2、比較例4、比較例5,APR版的膨潤的程度大。
將作為四羧酸二酐的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐2.24g(0.01莫耳)以及作為二胺的所述式(b-2-1)所表示的化合物2.54g(0.01莫耳)溶解於N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)27.1g中,在40℃下進行3小時反應,由此獲得含有聚醯胺酸(PA-4)15重量%的溶液31.8g。該聚醯胺酸溶液的溶液黏度為65mPa.s。接著,將該聚醯胺酸溶液注入至大量過剩的甲醇中,使反應生成物沉澱。將該沉澱物以甲醇清洗,在減壓下、40℃下乾燥15小時,由此獲得聚醯胺酸(PA-4)。
將作為四羧酸二酐的所述式(b-1-1)所表示的化合物4.845g(0.0106莫耳)、作為二胺的對苯二胺1.155g(0.0107莫耳),溶解於NMP 54g中,在室溫下進行6小時反應。由此,獲得固體成分濃度為10%、溶液黏度為130mPa.s的聚醯胺酸溶液59g。接著,將該聚醯胺酸溶液注入至大量過剩的甲醇中,使反應
生成物沉澱。將該沉澱物以甲醇清洗,在減壓下、40℃下乾燥15小時,由此獲得聚醯胺酸(PA-5)。
將作為四羧酸二酐的1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐19.6g(0.10莫耳)、作為二胺的對苯二胺10.8g(0.10莫耳)溶解於NMP 369.6g中,在室溫下進行6小時反應。接著,將反應混合物注入至大量過剩的甲醇中,使反應生成物沉澱。將該沉澱物以甲醇清洗,在減壓下、40℃下乾燥15小時,由此獲得聚醯胺酸(PA-6)。
將作為四羧酸酐的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐5.94g、作為二胺的3,5-二胺基苯甲酸1.65g、膽甾烷基氧基-2,4-二胺基苯1.35g、所述式(D-1-4)所表示的化合物2.51g、以及下述式(d-1)所表示的化合物2.54g溶解於NMP 56g中,在60℃下進行6小時反應,由此獲得含有聚醯胺酸20重量%的溶液。分餾少量的該溶液,添加NMP而製成聚醯胺酸濃度為10%重量的溶液,在25℃下測定而得的溶液黏度為60mPa.s。
接著,在所得的聚醯胺酸溶液中追加NMP 70g,添加吡啶3.15g以及乙酸酐4.06g,在110℃下進行4小時脫水閉環反應。脫水閉環反應後,以新的NMP將系統內的溶劑進行溶劑置換,由
此獲得含有醯亞胺化率為74%的聚醯亞胺(PI-7)20重量%的溶液。分餾少量的該溶液,添加NMP,製成聚醯亞胺濃度為10重量%的溶液,在25℃下測定該溶液而得的溶液黏度為55mPa.s。接著,將反應溶液注入至大量過剩的甲醇中,使反應生成物沉澱。將該沉澱物以甲醇清洗,在減壓下、40℃下乾燥15小時,由此獲得聚醯亞胺(PI-7)。
在加入有攪拌子的100mL的四口燒瓶中,投入下述式(t-1)所表示的化合物2.68g(9.50mmol),然後添加NMP 69.9g,攪拌而使其溶解。接著,添加三乙胺0.506g(5.00mmol)、以及下述式(d-2)所表示的化合物2.58g(10.0mmol),攪拌而使其溶解。一邊攪拌該溶液,一邊添加4-(4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪-2-基)-4-甲基氯化嗎啉(DMT-MM(15±2重量%水合物))9.96g(36.0mmol),進而添加NMP 12.5g,在室溫下攪拌4小時而獲得包含聚醯胺酸酯(PAE-1)的溶液。該聚醯胺酸酯溶液的25℃下的溶液黏度為30.9mPa.s。接著,將該聚醯胺酸酯溶液投入至甲醇(589g)中,將所得的沉澱物過濾分離。將該沉澱物以甲醇清洗後,在100℃下減壓乾燥,獲得聚醯胺酸酯(PAE-1)的粉末。該聚醯胺酸酯(PAE-1)的數量平均分子量為Mn=17,800,重量平均分子量為Mw=39,700。
[化16]
除了將所使用的聚合物(A)、以及溶劑的種類以及組成分別變更為如下述表4中所記載以外,利用與所述實施例1相同的方法,分別製備液晶配向劑(S-71)~液晶配向劑(S-75)。另外,對於各個液晶配向劑,以與所述實施例1相同的方式進行印刷版的膨潤性以及印刷性的評價。將它們的結果示於下述表4中。
所述表4中的溶劑組成的記號與所述表1、表2以及表3相同。
如表4所示,實施例71~實施例75的液晶配向劑均難以使APR版膨潤,連續印刷性也良好。另外,即便在將空運轉的次數設為25次的情况下,從空運轉後的第1次正式印刷起也沒有觀察到聚合物的析出,連續印刷性為“優良”的評價。
將單面具有經圖案化為梳齒狀的包含鉻的金屬電極的玻
璃基板、與未設置有電極的對向玻璃基板作為一對,在玻璃基板的具有電極的面及對向玻璃基板的一面上,使用旋轉器來分別塗佈上述所製備的液晶配向劑(S-71)。接著,利用80℃的加熱板進行1分鐘預烘烤,然後,在將庫內進行氮置換後的烘箱中,在200℃下加熱(後烘烤)1小時,形成膜厚為0.1μm的塗膜。接著,對這些塗膜表面,分別使用Hg-Xe燈以及格蘭泰勒棱鏡(Glan-Taylor prism),以偏光紫外線10,000J/m2,從基板面的垂直方向照射,獲得具有液晶配向膜的一對基板。
接著,在一對基板中的其中一塊基板的具有液晶配向膜
的面的外周,利用網版印刷來塗佈加入有直徑為3.5μm的氧化鋁球的環氧樹脂黏著劑,然後使一對基板的液晶配向膜面對向,以照射偏光紫外線時的各基板的朝向成為相反的方式重疊壓接,在150℃下花1小時使黏著劑熱硬化。接著,自液晶注入口向基板間的間隙中填充默克公司製造的液晶“MLC-7028”,然後利用環氧系黏著劑將液晶注入口密封。進而,為了消除液晶注入時的流動配向,而將其在150℃下加熱後再緩緩冷却至室溫。接著,在基板的外側兩面,以偏光板的偏光方向相互正交、且與液晶配向膜的偏光紫外線的光軸在基板面上的射影方向正交的方式貼合偏光板,由此來製造液晶顯示元件。
對上述所製造的液晶顯示元件,利用光學顯微鏡來觀察施加/解除5V電壓時的明暗的變化中的異常區域的有無。評價是以如下方式進行:將未觀察到異常區域的情况評價為液晶配向性“良好”,將觀察到異常區域的情况評價為液晶配向性“不良”。其結果為,該液晶顯示元件中未觀察到異常區域,液晶配向性良好。
除了將所使用的液晶配向劑變更為液晶配向劑(S-72)
以外,以與所述實施例71A相同的方式製造液晶顯示元件,並且對所製造的液晶顯示元件的液晶配向性進行評價。其結果為,該液晶顯示元件中未觀察到異常區域,液晶配向性良好。
除了將所使用的液晶配向劑變更為液晶配向劑(S-73)
以外,以與所述實施例71A相同的方式製造液晶顯示元件,並且對所製造的液晶顯示元件的液晶配向性進行評價。其結果為,該液晶顯示元件中未觀察到異常區域,液晶配向性良好。
Claims (7)
- 一種液晶配向劑,其特徵在於含有:至少一種聚合物(A),其選自由聚醯胺酸、聚醯亞胺、聚醯胺酸酯以及聚有機矽氧烷所組成的組群中;第1溶劑,其是選自由下述式(1)所表示的化合物、下述式(2)所表示的化合物以及1,3-二甲基-2-咪唑啉酮所組成組群中的至少一種;以及第2溶劑,其是選自由下述式(3)所表示的化合物、下述式(4)所表示的化合物以及下述式(5)所表示的化合物所組成組群中的至少一種:
- 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑,其中所述第2 溶劑的含量為液晶配向劑中所含的溶劑整體的1重量%~70重量%。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的液晶配向劑,其中包含選自由使四羧酸二酐與二胺進行反應而獲得的聚醯胺酸、聚醯亞胺以及聚醯胺酸酯所組成組群中的至少一種來作為所述聚合物(A),並且所述四羧酸二酐包含選自由2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐、2,4,6,8-四羧基雙環[3.3.0]辛烷-2:4,6:8-二酐以及1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐所組成組群中的至少一種。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的液晶配向劑,其中所述聚合物(A)為具有光配向性結構的聚合物。
- 一種液晶配向膜的製造方法,其特徵在於包括:將如申請專利範圍第4項所述的液晶配向劑塗佈於基板上而形成塗膜的步驟;以及對所述塗膜進行光照射而製成液晶配向膜的步驟。
- 一種液晶配向膜,其特徵在於:其是使用如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的液晶配向劑而形成。
- 一種液晶顯示元件,其特徵在於:包括如申請專利範圍第6項所述的液晶配向膜。
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