TW201624081A - 液晶配向劑、液晶元件的製造方法、液晶配向膜、液晶元件及化合物 - Google Patents

液晶配向劑、液晶元件的製造方法、液晶配向膜、液晶元件及化合物 Download PDF

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Fumitaka Sugiyama
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Abstract

本發明的液晶配向劑含有下述的(A)成分以及(B)成分。(A)成分:選自由聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚有機矽氧烷及具有聚合性不飽和鍵的單體的聚合物所組成的組群中的至少一種聚合物。(B)成分:具有下述(C)結構及(D)結構的至少任一者的光聚合性化合物。(C)結構:在與(A)成分所具有的官能基之間、以及(B)成分間的至少任一者中形成較共價鍵更弱的分子間力或者可逆的共價鍵的部分結構。(D)結構:在與(A)成分所具有的官能基之間、以及(B)成分間的至少任一者中,藉由加熱而形成共價鍵的部分結構。

Description

液晶配向劑、液晶元件的製造方法、液晶配向膜、液晶元件及化合物
本發明涉及一種液晶配向劑、液晶元件的製造方法、液晶配向膜、液晶元件以及化合物。
液晶元件中,以前作為垂直配向模式而已知的多域垂直配向(Multi-Domain Vertical Alignment,MVA)型面板藉由在液晶面板中形成突起物,由此限制液晶分子的倒塌方向,從而實現視角的擴大。但是,依據該方式,由突起物引起的透過率及對比度的不足不可避免,進而存在液晶分子的響應速度比較慢的不良情況。
近年來,為了解決如上所述的MVA型面板的問題點,提出了聚合物穩定配向(Polymer Sustained Alignment,PSA)模式(例如參照專利文獻1)。該PSA技術為如下技術:將藉由光照射而聚合的成分(光聚合性化合物)混入液晶單元的液晶層中,在藉由電壓施加而使液晶分子傾斜的狀態下對液晶單元進行光照射,藉此,將光聚合性化合物進行聚合來控制液晶分子的分子配向。然而,在利用PSA技術來控制液晶分子的配向的情況下,必須以比較高的照射量來進行光照射。因此,除了產生液晶分子分解的不良情況以外,即便藉由紫外線照射也不聚合的未反應化合物殘存於液晶層中,擔憂它們相互作用而導致顯示不均的產生、或電壓保持特性及面板的長期可靠性的下降。
對此,提出了用以獲得如下的液晶元件的技術,所述液晶元件能夠對使用液晶配向劑而形成的塗膜,以盡可能少的光照射量來賦予所需的預傾角特性,且液晶分子對於電壓變化的響應速度足夠快速(例如參照專利文獻2)。該專利文獻2中揭示:使用包含具有光聚合性基的聚合物的液晶配向劑,在基板上形成液晶配向膜,並且使用該基板來形成液晶單元,在對基板間施加電壓的狀態下對液晶單元進行光照射,藉此製造液晶元件。
另外,近年來,隨著基板的大型化而採用的液晶單元的制法有液晶滴加方式(One Drop Filling,ODF方式)。ODF方式為如下方法:在形成有液晶配向膜的基板上的既定的數個部位滴加所需量的液晶,在真空中與另一塊基板貼合,而且使液晶在基板的整個面上鋪開,然後對用以使液晶密閉的密封劑進行紫外線(ultraviolet,UV)硬化,藉此在面板整個面上填充液晶。該方法是與以前進行的真空注入方式相比,能夠大幅度縮短液晶填充步驟的製程時間的技術。特別是在電視等大型液晶顯示元件中使用的垂直配向型液晶顯示元件的製造中經常使用本方式。 [現有技術文獻]
[專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2003-149647號公報 [專利文獻2]日本專利特開2011-118358號公報
[發明所欲解決的問題]
利用ODF方式的液晶元件的製造方法中具有如上所述的優點,另一方面,容易產生稱為“ODF不均”的顯示不均,存在對顯示品質造成影響的情況。另外,隨著近年來的液晶面板的高精細化,對顯示品質的要求日益嚴格,要求新的液晶配向劑,其能夠縮短液晶元件的製造製程的時間,且加快液晶分子的響應速度,從而獲得難以產生殘像或顯示不均的液晶元件。
本發明是鑒於所述情況而形成,目的之一在於提供一種能夠獲得殘像特性良好,而且ODF不均少的液晶元件的液晶配向劑。 [解決問題的技術手段]
在使用包含光聚合性化合物作為添加劑的液晶配向劑,利用ODF方式來製造液晶元件的情況下,作為產生ODF不均的原因,假定為列舉如下情況作為原因之一:當滴加於配向膜上的液晶擴散時,光聚合性化合物溶出於液晶中。而且發現,使具有特定的部分結構的光聚合性化合物含有於液晶配向劑中,能夠解決所述問題,從而完成本發明。具體而言,藉由本發明來提供以下的手段。
[1] 一種液晶配向劑,含有下述的(A)成分以及(B)成分: (A)成分:選自由聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚有機矽氧烷及具有聚合性不飽和鍵的單體的聚合物所組成的組群中的至少一種聚合物; (B)成分:具有作為下述(C)結構及(D)結構中的至少任一者的特定結構的光聚合性化合物; (C)結構:在與所述(A)成分所具有的官能基之間、以及所述(B)成分間的至少任一者中,產生較共價鍵更弱的分子間力或者形成可逆的共價鍵的部分結構; (D)結構:在與所述(A)成分之間、以及所述(B)成分間的至少任一者中,藉由加熱而形成共價鍵的部分結構。 [發明的效果]
依據包含所述(A)成分以及(B)成分的液晶配向劑,能夠獲得殘像及ODF不均少、顯示品質良好的液晶元件。
以下,對本發明的液晶配向劑中所含的各成分、以及視需要而任意調配的其他成分進行說明。
<(A)成分> 本發明的液晶配向劑包含選自由聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚有機矽氧烷、以及具有聚合性不飽和鍵的單體的聚合物所組成的組群中的至少一種(以下也稱為“特定聚合物”)。 [聚醯胺酸] 本發明的聚醯胺酸可藉由使四羧酸二酐與二胺化合物進行反應而獲得。
(四羧酸二酐) 聚醯胺酸的合成中使用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、5-(2,5-二側氧四氫呋喃-3-基)-3a,4,5,9b-四氫萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二側氧四氫呋喃-3-基)-8-甲基-3a,4,5,9b-四氫萘并[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-(2,5-二側氧四氫-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、4,4'-(六氟伸異丙基)雙鄰苯二甲酸酐等;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一種或者將兩種以上組合使用。
(二胺化合物) 聚醯胺酸的合成中使用的二胺化合物例如可列舉: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(環己基胺)等; 芳香族二胺例如可列舉:十二烷氧基二胺基苯、十六烷氧基二胺基苯、十八烷氧基二胺基苯、膽甾烷氧基二胺基苯、膽甾烯氧基二胺基苯、二胺基苯甲酸膽甾烷基酯、二胺基苯甲酸膽甾烯基酯、二胺基苯甲酸羊毛甾烷基酯、3,6-雙(4-胺基苯甲醯氧基)膽甾烷、3,6-雙(4-胺基苯氧基)膽甾烷、1,1-雙(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-丁基環己烷、下述式(E-1) [化1](式(E-1)中,XI 及XII 分別獨立地為單鍵、-O-、*-COO-或者*-OCO-(其中,“*”表示與XI 的結合鍵),RI 為碳數1~3的烷二基,RII 為單鍵或碳數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,d為0或1;其中,a及b不會同時成為0) 所表示的化合物等含配向性基的二胺:
對苯二胺、4,4'-二胺基二苯基甲烷、4,4'-二胺基二苯基硫醚、4-胺基苯基-4'-胺基苯甲酸酯、4,4'-二胺基偶氮苯、1,5-雙(4-胺基苯氧基)戊烷、雙[2-(4-胺基苯基)乙基]己二酸、N,N-雙(4-胺基苯基)甲基胺、2,6-二胺基吡啶、1,4-雙-(4-胺基苯基)-哌嗪、N,N'-雙(4-胺基苯基)-聯苯胺、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、4,4'-二胺基二苯基醚、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-雙(4-胺基苯基)六氟丙烷、4,4'-(伸苯基二伸異丙基)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。
聚醯胺酸的合成中使用的二胺化合物可較佳使用具有羧基的二胺(以下也稱為“含羧基的二胺”)。藉由將具有由含羧基的二胺而來的部分結構的聚合物與下述(B)成分一起調配,就液晶顯示元件的顯示不均減少的改善效果提高的方面而言較佳。 合成中使用的含羧基的二胺可較佳使用具有作為在苯環等芳香環上鍵結有羧基的結構的芳香族羧酸結構的二胺。具體而言,例如可列舉下述式(C-1)所表示的化合物等。 [化2](式(C-1)中,X9 為單鍵、氧原子或碳數1~3的烷二基;m1及m2分別獨立地為0或1)
作為所述式(C-1)所表示的化合物的具體例,例如可列舉:3,5-二胺基苯甲酸、2,4-二胺基苯甲酸、2,5-二胺基苯甲酸、4,4'-二胺基聯苯基-3-羧酸、4,4'-二胺基二苯基甲烷-3-羧酸、4,4'-二胺基二苯基乙烷-3-羧酸等單羧酸;4,4'-二胺基聯苯基-3,3'-二羧酸、4,4'-二胺基聯苯基-2,2'-二羧酸、3,3'-二胺基聯苯基-4,4'-二羧酸、4,4'-二胺基二苯基甲烷-3,3'-二羧酸、4,4'-二胺基二苯基乙烷-3,3'-二羧酸、4,4'-二胺基二苯基醚-3,3'-二羧酸等二羧酸等。
合成聚醯胺酸時,就充分獲得藉由所述二胺的使用而帶來的ODF不均抑制的改善效果的觀點而言,相對於合成中使用的二胺的總量,含羧基的二胺的使用比例較佳為設為5莫耳%以上,更佳為設為10莫耳%以上,尤佳為設為20莫耳%以上。另外,該使用比例的上限值並無特別限制,就電壓保持率的觀點而言,相對於合成中使用的二胺的總量,所述含羧基的二胺的使用比例較佳為設為90莫耳%以下,更佳為設為80莫耳%以下。此外,含羧基的二胺可將所述二胺中的一種單獨使用或者適當選擇兩種以上來使用。
(聚醯胺酸的合成) 聚醯胺酸可藉由使如上所述的四羧酸二酐與二胺化合物,視需要與分子量調整劑一起進行反應而獲得。提供給聚醯胺酸的合成反應的四羧酸二酐與二胺化合物的使用比例較佳為相對於二胺化合物的胺基1當量,四羧酸二酐的酸酐基成為0.2當量~2當量的比例。分子量調整劑例如可列舉:順丁烯二酸酐、鄰苯二甲酸酐、衣康酸酐等酸單酐,苯胺、環己基胺、正丁基胺等單胺化合物,異氰酸苯基酯、異氰酸萘基酯等單異氰酸酯化合物等。相對於所使用的四羧酸二酐以及二胺化合物的合計100質量份,分子量調整劑的使用比例較佳為設為20質量份以下。
聚醯胺酸的合成反應較佳為在有機溶媒中進行。此時的反應溫度較佳為-20℃~150℃,反應時間較佳為0.1小時~24小時。 反應中使用的有機溶媒例如可列舉:非質子性極性溶媒、酚系溶媒、醇、酮、酯、醚、鹵化烴、烴等。特佳的有機溶媒較佳為使用選自由N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、γ-丁內酯、四甲基脲、六甲基磷醯三胺、間甲酚、二甲酚及鹵化苯酚所組成的組群中的一種以上作為溶媒,或者使用這些溶媒的一種以上與其他有機溶媒(例如丁基溶纖劑、二乙二醇二乙醚等)的混合物。有機溶媒的使用量(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質量%~50質量%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給液晶配向劑的製備,也可以將反應溶液中所含的聚醯胺酸分離後再提供給液晶配向劑的製備。
[聚醯胺酸酯] 本發明的聚醯胺酸酯可利用以下方法來獲得:例如,[I]使藉由所述合成反應而獲得的聚醯胺酸與酯化劑進行反應的方法;[II]使四羧酸二酯與二胺化合物進行反應的方法;以及[III]使四羧酸二酯二鹵化物與二胺化合物進行反應的方法等。液晶配向劑中所含有的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。此外,將聚醯胺酸酯溶解而成的反應溶液可直接提供給液晶配向劑的製備,也可以將反應溶液中所含的聚醯胺酸酯分離後再提供給液晶配向劑的製備。
[聚醯亞胺] 聚醯亞胺可藉由將例如以所述方式合成的聚醯胺酸進行脫水閉環,使其醯亞胺化而獲得。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成的完全醯亞胺化物,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。反應中使用的聚醯亞胺較佳為其醯亞胺化率為20%~99%,更佳為30%~90%。該醯亞胺化率是相對於聚醯亞胺的醯胺酸結構的數量與醯亞胺環結構的數量的合計,以百分率來表示醯亞胺環結構的數量所占的比例。此處,醯亞胺環的一部分也可以是異醯亞胺環。
聚醯胺酸的脫水閉環較佳為利用以下方法來進行:對聚醯胺酸進行加熱的方法;或者將聚醯胺酸溶解於有機溶媒中,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。其中,較佳為利用後者的方法。 在聚醯胺酸的溶液中添加脫水劑以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的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、三甲吡啶、二甲吡啶、三乙基胺等三級胺。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媒可列舉作為聚醯胺酸的合成中使用者而例示的有機溶媒。脫水閉環反應的反應溫度較佳為0℃~180℃。反應時間較佳為1.0小時~120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給液晶配向劑的製備,也可以將聚醯亞胺分離後再提供給液晶配向劑的製備。聚醯亞胺也可以藉由聚醯胺酸酯的醯亞胺化而獲得。
以所述方式獲得的聚醯胺酸、聚醯胺酸酯以及聚醯亞胺較佳為當將其製成濃度為10質量%的溶液時,具有10 mPa·s~800 mPa·s的溶液黏度者,更佳為具有15 mPa·s~500 mPa·s的溶液黏度者。此外,聚醯胺酸、聚醯胺酸酯以及聚醯亞胺的溶液黏度(mPa·s)是對使用這些聚合物的良溶媒(例如γ-丁內酯、N-甲基-2-吡咯烷酮等)來製備的濃度為10質量%的聚合物溶液,使用E型旋轉黏度計,在25℃下測定的值。
聚醯胺酸、聚醯胺酸酯以及聚醯亞胺的利用凝膠滲透層析法(Gel Permeation Chromatography,GPC)來測定的聚苯乙烯換算的重量平均分子量(Mw)較佳為1,000~500,000,更佳為2,000~300,000。另外,由Mw、與利用GPC來測定的聚苯乙烯換算的數量平均分子量(Mn)的比所表示的分子量分佈(Mw/Mn)較佳為15以下,更佳為10以下。藉由處於如上所述的分子量範圍內,能夠確保液晶顯示元件的良好配向性以及穩定性。
[聚有機矽氧烷] 本發明的聚有機矽氧烷可藉由例如將水解性的矽烷化合物進行水解·縮合而獲得。 聚有機矽氧烷的合成中使用的矽烷化合物例如可列舉:四甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷等烷氧基矽烷化合物;3-巰基丙基三乙氧基矽烷、巰基甲基三乙氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-(3-環己基胺基)丙基三甲氧基矽烷等含氮·硫的烷氧基矽烷化合物;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、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三乙氧基矽烷等含環氧基的矽烷化合物;3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷等含不飽和鍵的烷氧基矽烷化合物;三甲氧基矽烷基丙基丁二酸酐等。水解性矽烷化合物可單獨使用這些化合物中的一種或者將兩種以上組合使用。此外,“(甲基)丙烯醯氧基”是包含“丙烯醯氧基”及“甲基丙烯醯氧基”的含義。
所述水解·縮合反應可藉由較佳為在適當的催化劑以及有機溶媒的存在下,使如上所述的矽烷化合物的一種或者兩種以上與水進行反應而進行。反應時,相對於矽烷化合物(合計量)1莫耳,水的使用比例較佳為1莫耳~30莫耳。所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。催化劑的使用量根據催化劑的種類、溫度等反應條件等而不同,可適當設定,例如相對於矽烷化合物的合計量,較佳為0.01倍莫耳~3倍莫耳。所使用的有機溶媒例如可列舉:烴、酮、酯、醚、醇等、這些有機溶媒中,較佳為使用非水溶性或者難水溶性的有機溶媒。相對於反應中使用的矽烷化合物的合計100質量份,有機溶媒的使用比例較佳為10質量份~10,000質量份。
所述水解·縮合反應較佳為利用例如油浴等進行加熱而實施。此時,加熱溫度較佳為設為130℃以下,加熱時間較佳為設為0.5小時~12小時。反應結束後,將自反應液中分取出的有機溶媒層,視需要以乾燥劑進行乾燥後,去除溶媒,藉此獲得作為目標的聚有機矽氧烷。此外,聚有機矽氧烷的合成方法並不限定於所述的水解·縮合反應,例如可利用在乙二酸及醇的存在下使水解性矽烷化合物進行反應的方法等而進行。
也可以將作為(A)成分的聚有機矽氧烷設為在側鏈上具有液晶配向性基的聚有機矽氧烷(以下,也稱為“含配向性基的聚矽氧烷”)。合成含配向性基的聚矽氧烷的方法並無特別限定,可列舉如下方法等:在原料的至少一部分中使用含環氧基的矽烷化合物,來合成在側鏈上具有環氧基的聚有機矽氧烷(以下,也稱為“含環氧基的聚矽氧烷”),繼而使含環氧基的聚矽氧烷、與具有液晶配向性基的羧酸進行反應。該方法簡便,而且在能夠提高液晶配向性基的導入率的方面較佳。除此以外,也可以藉由在單體中包含具有液晶配向性基的水解性矽烷化合物的反應來合成含配向性基的聚矽氧烷。 關於作為(A)成分的聚有機矽氧烷,以GPC測定而得的聚苯乙烯換算的重量平均分子量(Mw)較佳為在100~50,000的範圍內,更佳為在200~10,000的範圍內。
[具有聚合性不飽和鍵的單體的聚合物] 具有聚合性不飽和鍵的單體的聚合物(以下,也稱為“聚合物(PAc)”)中,單體所具有的聚合性不飽和鍵例如可列舉:(甲基)丙烯醯基、乙烯基、苯乙烯基、順丁烯二醯亞胺基等。作為所述具有聚合性不飽和鍵的單體的具體例,例如可列舉:(甲基)丙烯酸、α-乙基丙烯酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸、乙烯基苯甲酸等不飽和羧酸,(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸環烷基酯、(甲基)丙烯酸苄基酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸三甲氧基矽烷基丙酯、(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯、(甲基)丙烯酸縮水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-環氧基環己基甲酯、(甲基)丙烯酸3,4-環氧基丁酯、丙烯酸4-羥基丁基縮水甘油醚等不飽和羧酸酯,順丁烯二酸酐等不飽和多元羧酸酐等(甲基)丙烯酸系化合物;苯乙烯、甲基苯乙烯、二乙烯基苯等芳香族乙烯基化合物;1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯等共軛二烯化合物;N-甲基順丁烯二醯亞胺、N-環己基順丁烯二醯亞胺、N-苯基順丁烯二醯亞胺等含順丁烯二醯亞胺基的化合物等。此外,具有聚合性不飽和鍵的單體可單獨使用一種或者將兩種以上組合使用。
就透明性或材料強度等觀點而言,所述聚合物中,聚合物(PAc)較佳為包含(甲基)丙烯酸系化合物的單體的聚合物。合成聚合物(PAc)時,相對於合成中使用的單體的合計量,(甲基)丙烯酸系化合物的使用比例較佳為設為50莫耳%以上,更佳為設為60莫耳%以上,尤佳為設為70莫耳%以上。
聚合物(PAc)例如可在聚合引發劑的存在下,將具有聚合性不飽和鍵的單體進行聚合而獲得。所使用的聚合引發劑例如較佳為:2,2'-偶氮雙(異丁腈)、2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)、2,2'-偶氮雙(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)等偶氮化合物。相對於反應中使用的全部單體100質量份,聚合引發劑的使用比例較佳為設為0.01質量份~30質量份。所述聚合反應較佳為在有機溶媒中進行。反應中使用的有機溶媒例如可列舉:醇、醚、酮、醯胺、酯、烴化合物等,較佳為二乙二醇乙基甲醚、丙二醇單甲醚乙酸酯等。反應溫度較佳為設為30℃~120℃,反應時間較佳為設為1小時~36小時。有機溶媒的使用量(a)較佳為設為相對於反應溶液的總量(a+b),反應中使用的單體的合計量(b)成為0.1質量%~60質量%的量。
作為(A)成分的聚合物(PAc)也可以設為在側鏈上具有液晶配向性基的聚合物(以下,也稱為“含配向性基的聚合物(PAc)”)。合成含配向性基的聚合物(PAc)的方法並無特別限定,例如可列舉如下方法等:在原料的至少一部分中使用含環氧基的化合物來合成在側鏈上具有環氧基的聚合物,繼而使其與具有液晶配向性基的羧酸進行反應。 關於聚合物(PAc),以GPC測定而得的聚苯乙烯換算的重量平均分子量(Mw)較佳為250~500,000,更佳為500~100,000,尤佳為1,000~50,000。
其中,(A)成分較佳為包含選自由聚醯亞胺、聚醯胺酸及聚醯胺酸酯所組成的組群中的至少一種。藉由這些聚合物所具有的羧基(相當於(A)成分所具有的官能基),與(B)成分的相互作用提高。液晶配向劑中所含有的特定聚合物可單獨使用一種或者將兩種以上組合使用。(A)成分的較佳實施方式可列舉:<1>(A)成分為選自由聚醯亞胺、聚醯胺酸及聚醯胺酸酯所組成的組群中的至少一種的實施方式;<2>(A)成分為選自由聚醯亞胺、聚醯胺酸及聚醯胺酸酯所組成的組群中的至少一種以及聚有機矽氧烷的實施方式;<3>(A)成分為選自由聚醯亞胺、聚醯胺酸及聚醯胺酸酯所組成的組群中的至少一種以及聚合物(PAc)的實施方式等。
<(B)成分> 本發明的液晶配向劑不僅含有(A)成分,還含有具有作為下述(C)結構及下述(D)結構的至少任一者的特定結構的光聚合性化合物(以下也稱為“化合物(B)”)。此外,本說明書中所謂“光聚合性化合物”,是指具有至少一個光聚合性基的化合物。 (C)結構:在與(A)成分所具有的官能基之間、以及(B)成分間的至少任一者中,產生較共價鍵更弱的分子間力或者形成可逆的共價鍵的部分結構。 (D)結構:在與(A)成分之間、以及(B)成分間的至少任一者中,藉由加熱來形成共價鍵的部分結構。
化合物(B)所具有的光聚合性基只要是可藉由光照射來聚合的官能基即可,例如可列舉具有聚合性的碳-碳不飽和鍵的基團等。作為這些基團的具體例,例如可列舉:(甲基)丙烯醯基、乙烯基、苯乙烯基、順丁烯二醯亞胺基等。化合物(B)所具有的光聚合性基的數量並無特別限制,可以是一個,也可以是多個。就適當控制塗膜的預傾角,加快液晶分子的響應速度的觀點而言,較佳為2個以上,更佳為2個~4個。 就充分提高配向膜中的配向限制力來實現殘像的減少的觀點而言,化合物(B)較佳為具有下述式(4)所表示的基團作為光聚合性基的化合物,更佳為具有兩個以上的下述式(4)所表示的基團的化合物。 [化3](式(4)中,R1 為氧原子、硫原子或-NH-;X1 ~X3 分別獨立地為氫原子、鹵素原子或一價有機基;其中,在R1 為氧原子的情況下,X3 也可以與其他基團鍵結而與-CO-R1 -一起形成環;“*”表示結合鍵)
所述式(4)中的X1 ~X3 的一價有機基例如可列舉:碳數1~12的一價鏈狀烴基、碳數3~12的一價脂環式烴基以及碳數6~12的一價芳香族烴基等,這些烴基所具有的氫原子也可以經鹵素原子等所取代。X1 及X2 較佳為氫原子,X3 較佳為氫原子、氟原子、碳數1~6的烷基、碳數1~6的氟烷基或碳數6~12的一價芳香環基。作為在X3 為芳香環基的情況下的具體例,例如可列舉苯基、甲苯基等。 所述式(4)所表示的部分結構的較佳具體例可列舉下述式(4-1)及式(4-2)所表示的結構等。 [化4](式(4-1)中,R1 為氧原子、硫原子或-NH-;X7 為氫原子、甲基或全氟甲基)
特定結構只要顯示出所述特性,則並無特別限制,可根據(A)成分所具有的官能基來適當選擇。此處,(C)結構的所謂“較共價鍵更弱的分子間力”,是指例如離子-偶極子相互作用、偶極子-偶極子相互作用、氫鍵、配位鍵、凡得瓦力等在分子間發揮作用的電磁學力。(C)結構例如可列舉:下述式(1)所表示的部分結構、下述式(2)所表示的部分結構、下述式(3)所表示的部分結構、三級胺結構、含氮雜環結構、-NR31 X10 、-NHX10 (其中,R31 為一價烴基,X10 為保護基)、羥基、羧基、-NH2 、-NHR41 (R41 為碳數1~6的一價烴基)、硫醇基、磷酸基等。其中,(C)結構較佳為選自由下述式(1)所表示的部分結構、下述式(2)所表示的部分結構、下述式(3)所表示的部分結構、三級胺結構、含氮雜環結構以及-NR31 X10 所組成的組群中的至少一種。 [化5](式(1)中,X4 為氧原子或硫原子,R2 為氧原子、硫原子、烷二基、芳香環基、伸環己基、或者-NR32 -(R32 為氫原子或保護基),R30 為氫原子或保護基;其中,在R2 為芳香環基或伸環己基的情況下,R30 為保護基;式(2)中,X5 為二價烴基或-NR33 -(R33 為氫原子或保護基);“*”表示結合鍵)
所述式(1)中,R2 的烷二基例如可列舉:亞甲基、伸乙基、丙二基、丁二基、戊二基等,這些基團可以是直鏈狀,也可以是分支狀。芳香環基例如可列舉伸苯基、伸聯苯基、萘基等,也可以在環部分具有取代基。該取代基例如可列舉烷基、烷氧基、鹵素原子等。R30 、R32 的保護基較佳為利用熱而脫離的基團,例如可列舉:胺基甲酸酯系保護基、醯胺系保護基、醯亞胺系保護基、磺醯胺系保護基、下述式(8-1)~式(8-5)分別所表示的基團等。其中,就利用熱的脫離性高的方面、或減少去保護的部分在膜中的殘存量的方面而言,較佳為第三丁氧基羰基。 [化6](式(8-1)~式(8-5)中,Ar11 為碳數6~10的一價芳香環基,R21 為碳數1~12的烷基,R23 為亞甲基或伸乙基;“*”表示鍵結於氮原子上的結合鍵)
所述式(1)中,就抑制ODF不均的改善效果高的方面而言,R2 較佳為氧原子、硫原子、烷二基或-NR32 -,更佳為-NR32 -,尤佳為-NH-。就抑制ODF不均的觀點而言,X4 較佳為硫原子,就化合物的合成容易度以及成本的觀點而言,較佳為氧原子。R30 較佳為氫原子。 所述式(2)中,X5 的二價烴基可列舉:二價鏈狀烴基、二價脂環式烴基以及二價芳香族烴基。關於R33 的保護基,應用R30 、R32 的保護基的例示以及較佳具體例的說明。R33 較佳為氫原子。此外,式(2)中的“-C=N-”的氮原子可鍵結於氫原子或烷基等一價基上,也可以藉由鍵結於X5 上而形成環結構。
作為所述式(1)所表示的部分結構的較佳具體例,例如可列舉下述式(1-1)及式(1-2)分別所表示的結構等,作為所述式(2)所表示的部分結構的較佳具體例,例如可列舉下述式(2-1)及式(2-2)分別所表示的結構等。 [化7](式中,“*”表示結合鍵)
所述(C)的三級胺結構為在氮原子上直接鍵結有三個烴基的結構,例如由下述式(N-1)所表示。 [化8](式(N-1)中,R6 為經取代或未經取代的一價烴基;“*”為鍵結於烴基上的結合鍵)
所述式(N-1)中,R6 的一價烴基較佳為碳數1~10,具體而言,例如可列舉:甲基、乙基、丙基、丁基等直鏈狀或分支狀的烷基;環己基等環烷基;苯基、甲基苯基等芳基;苄基等芳烷基等。R6 可具有的取代基例如可列舉鹵素原子、氰基、烷基矽烷基、烷氧基矽烷基、下述式(4)所表示的基團等。R6 較佳為碳數1~5的烷基、環己基、苯基或苄基,就抑制ODF不均的改善效果高的方面而言,更佳為碳數1~5的烷基、環己基或苄基。所述式(N-1)中的“*”所鍵結的烴基例如可列舉烷二基、伸環己基、伸苯基等。
所述(C)的含氮雜環結構例如可列舉:吡咯、咪唑、吡唑、三唑、吡啶、嘧啶、噠嗪、吡嗪、吲哚、苯并咪唑、1H-吡咯并[2,3-b]吡啶、嘌呤、喹啉、異喹啉、萘啶、吩嗪、喹噁啉、酞嗪、三嗪、哢唑、吖啶、哌啶、哌嗪、吡咯烷及六亞甲基亞胺等含氮雜環,或者在所述含氮雜環上導入有取代基的結構等。此處,含氮雜環所具有的取代基例如可列舉碳數1~5的烷基、烷氧基等。其中,所述含氮雜環較佳為選自由吡啶、嘧啶、吡嗪、喹啉、異喹啉、咪唑、1H-吡咯并[2,3-b]吡啶以及吖啶所組成的組群中的至少一種。就響應速度的觀點而言,含氮雜環結構較佳為在化合物(B)的主鏈中。 “-NR31 X10 ”中,R31 的一價烴基較佳為碳數1~5的烷基。關於X10 ,應用R30 、R32 的保護基的例示以及較佳具體例的說明。
(D)結構例如可列舉:環氧基(包含氧雜環丁基及氧雜環丙基)、異氰酸酯基、嵌段異氰酸酯基、-NHX10 (X10 為保護基)、羥基、羧基、-NH2 、硫醇基等。 所述(D)的嵌段異氰酸酯基只要是藉由利用熱的去保護而再生出異氰酸酯基的基團,則並無特別限定。將異氰酸酯基進行嵌段的嵌段劑並無特別限定,例如可列舉:醇系化合物、酚系化合物、活性亞甲基系化合物、硫醇系化合物、醯胺系化合物、醯亞胺系化合物、咪唑系化合物、吡唑系化合物、脲系化合物、肟系化合物、胺系化合物、亞胺系化合物、吡啶系化合物等。 其中,(D)結構較佳為選自由環氧基、異氰酸酯基及嵌段異氰酸酯基所組成的組群中的至少一種,更佳為選自由異氰酸酯基及嵌段異氰酸酯基所組成的組群中的至少一種。
所述部分結構中,化合物(B)所具有的特定結構較佳為選自由所述式(1)所表示的部分結構、所述式(2)所表示的部分結構、所述式(3)所表示的部分結構、三級胺結構、含氮雜環結構、-NR31 X10 、環氧基、異氰酸酯基以及嵌段異氰酸酯基所組成的組群中的至少一種。就液晶分子的響應速度的改善效果高的方面而言,所述結構中較佳為(C)結構。具體而言,較佳為選自由所述式(1)所表示的部分結構、所述式(2)所表示的部分結構、所述式(3)所表示的部分結構、三級胺結構、含氮雜環結構以及-NR31 X10 所組成的組群中的至少一種,特佳為選自由所述式(2)所表示的部分結構、三級胺結構以及含氮雜環結構所組成的組群中的至少一種。
就使與液晶的親和性良好來提高液晶分子的響應速度的觀點而言,化合物(B)較佳為在分子內還具有下述式(6)所表示的部分結構。 [化9](式(6)中,Ar3 及Ar4 分別獨立地為1,4-伸苯基或1,4-伸環己基,X8 為單鍵或-COO-;n2為1或2;當n2=2時,Ar4 、X8 分別獨立地具有所述定義;“*”表示結合鍵)
作為所述式(6)所表示的部分結構的具體例,例如可列舉4,4'-伸聯苯基、4,4'-雙伸環己基、以及下述式(6-1)~式(6-4)分別所表示的基團等。 [化10](式中,“*”表示結合鍵)
就使與液晶的親和性良好的觀點而言,化合物(B)較佳為具有下述式(5)所表示的部分結構的化合物。 [化11](式(5)中,X6 為氫原子、氟原子、碳數1~6的烷基、碳數1~6的氟烷基或碳數6~12的一價芳香族基,R3 為氧原子、硫原子或-NH-,Ar1 及Ar2 分別獨立地為1,4-伸苯基、1,4-伸環己基、哌啶-1,4-二基、哌啶-2,5-二基、哌嗪-1,4-二基、哌嗪-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、噠嗪-3,6-二基、吡嗪-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、伸萘基、四氫萘二基、或者十氫萘二基,也可以在環部分具有取代基;R4 為單鍵、酯鍵、醯胺鍵、醚鍵、或者-CO-NR34 -(R34 為保護基),R5 為酯鍵、醯胺鍵、醚鍵、或者-CO-NR35 -(R35 為保護基);n1為0~2的整數;當n1=2時,R4 、Ar2 分別獨立地具有所述定義;“*”表示結合鍵)
式(5)中,X6 較佳為氫原子、氟原子、甲基或氟甲基,更佳為氫原子或甲基。Ar1 及Ar2 的環可具有的取代基例如可列舉:鹵素原子、氰基、烷基矽烷基、烷氧基矽烷基、所述式(4)所表示的基團等。Ar1 及Ar2 較佳為1,4-伸苯基、1,4-伸環己基、伸萘基、四氫萘二基、或者十氫萘二基,更佳為1,4-伸苯基或1,4-伸環己基。在1,4-伸苯基及1,4-伸環己基的環部分可導入有取代基,但較佳為未經取代。 此外,在Ar1 及Ar2 的至少任一者為哌啶-1,4-二基、哌啶-2,5-二基、哌嗪-1,4-二基、哌嗪-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、噠嗪-3,6-二基、吡嗪-2,5-二基或吡啶-2,5-二基的情況下,具有所述式(5)的化合物(B)相當於具有含氮雜環結構作為所述特定結構的化合物。 R34 、R35 的保護基可應用R30 、R32 的保護基的例示以及較佳具體例的說明。就提高與液晶的親和性的方面而言,R4 及R5 較佳為單鍵或酯鍵。此外,所述式(6)所表示的部分結構可作為所述式(5)中的基團“-Ar1 -(R4 -Ar2 )n1 -”而導入至化合物(B)中,也可以與該基團分別導入至化合物(B)中。較佳為前者。
作為化合物(B)的較佳具體例,例如可列舉下述式(D-1)所表示的化合物等。 [化12](式(D-1)中,Y1 為包含選自由所述式(1)所表示的部分結構、所述式(2)所表示的部分結構、所述式(3)所表示的部分結構、三級胺結構、含氮雜環結構以及-NR31 X10 所組成的組群中的至少一種的二價基;R7 為單鍵、酯鍵、醯胺鍵、醚鍵、或者-CO-NR36 -(R36 為保護基);R8 為單鍵、烷二基、伸苯基、伸環己基、或者所述式(6)所表示的二價基;X6 、R3 、Ar1 、Ar2 、R4 、R5 及n1分別與所述式(5)為相同含義;多個X6 及多個R3 獨立地具有所述定義)
作為化合物(B)的具體例,例如可列舉下述式(DM-1)~式(DM-79)分別所表示的化合物等。此外,化合物(B)可單獨使用一種或者將兩種以上混合使用。 [化13] [化14] [化15][化16] [化17] (式(DM-50)及式(DM-51)中,R11 為氫原子或甲基,R12 及R13 分別獨立地為二價烴基;其中,式中的多個R11 可相同,也可以不同,多個R13 可相同,也可以不同)
[化18] [化19] [化20] (式(DM-66)~式(DM-71)中,n為1~10的整數)
化合物(B)可藉由將有機化學的常法適當組合來合成。例如,具有所述特定結構的多官能(甲基)丙烯酸酯化合物可列舉:合成具有所述式(5)所表示的部分結構的羧酸,繼而使其與具有所述特定結構的二醇進行反應後,與(甲基)丙烯酸等不飽和羧酸進行反應的方法;合成具有所述式(5)所表示的部分結構及羥基的多官能(甲基)丙烯酸酯化合物,繼而使其與具有所述特定結構的羧酸進行反應的方法;使具有所述式(5)所表示的部分結構的含苯甲醯基的化合物、與具有所述特定結構的多元醇進行反應的方法等。其中,化合物(B)的合成方法並不限定於這些方法。
此外,藉由使用包含化合物(B)的液晶配向劑來獲得殘像特性及ODF不均的改善效果的原因並不確定,推測原因之一在於:藉由化合物(B)所具有的特定結構,化合物(B)間、或者特定聚合物與化合物(B)之間的鍵結的形態因熱而變化。例如推測:具有在與特定聚合物等之間形成較共價鍵更弱的分子間力的部分結構的光聚合性化合物藉由在液晶滴加後的溫度(例如80℃以下,較佳為室溫)下,在特定聚合物與化合物(B)之間、或者化合物(B)間進行分子間相互作用(氫鍵或配位鍵),來抑制化合物(B)向液晶中的溶出,另一方面,由於液晶單元構築後的退火時的加熱,分子間相互作用變弱。此外,該情況下的(C)結構較佳為在加熱時不形成共價鍵。另外推測:具有所述式(3)所表示的部分結構的光聚合性化合物在液晶滴加後的溫度下,在化合物(B)間藉由狄耳士-阿爾德(Diels-Alder)反應來形成可逆的共價鍵,另一方面,藉由液晶單元構築後的退火時的加熱,該共價鍵被切斷。推測為:藉由所述鍵結形態的變化,因化合物(B)向液晶中的溶出所引起的顯示不均得到抑制,液晶分子的響應速度提高。其中,所述畢竟是推測,並不限定於本發明。
相對於液晶配向劑中所含有的作為(A)成分的特定聚合物的合計量100質量份,化合物(B)的含有比例較佳為設為1質量份以上,更佳為設為5質量份以上,尤佳為設為10質量份以上。若化合物(B)的含有比例小於1質量份,則存在液晶顯示元件中液晶分子的響應速度變慢,容易產生殘像的傾向。另外,就抑制由於光聚合性化合物的過量添加而引起的ODF不均的產生的觀點而言,較佳為相對於特定聚合物的合計100質量份,將化合物(B)的含有比例設為60質量份以下,更佳為設為50質量份以下,尤佳為設為40質量份以下。
<其他成分> 本發明的液晶配向劑含有所述的(A)成分及(B)成分,也可以視需要含有其他成分。該其他成分例如可列舉:所述(A)成分以外的其他聚合物、分子內具有至少一個環氧基且不具有光聚合性基的化合物、官能性矽烷化合物、不具有所述特定結構的光聚合性化合物、分子內具有至少一個氧雜環丁基的化合物、抗氧化劑、表面活性劑、光增感劑等。這些其他成分的調配比例可在不損及本發明效果的範圍內適當選擇。
<溶劑> 本發明的液晶配向劑被製備成所述(A)成分及(B)成分、以及視需要使用的其他成分較佳為分散或溶解於適當的溶媒中而成的液狀組合物。
所使用的有機溶媒例如可列舉: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、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇單甲醚、乳酸丁酯、乙酸丁酯、甲基甲氧基丙酸酯、乙基乙氧基丙酸酯、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、二異丁基酮、異戊基丙酸酯、異戊基異丁酸酯、二異戊基醚、碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯等。這些有機溶媒可單獨使用或者將兩種以上混合使用。
液晶配向劑中的固體成分濃度(液晶配向劑的溶媒以外的成分的合計質量在液晶配向劑的總質量中所占的比例)可考慮到黏性、揮發性等來適當選擇,較佳為1質量%~10質量%的範圍。即,本發明的液晶配向劑藉由以後述方式塗佈於基板表面,較佳為進行加熱,從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。此時,在固體成分濃度小於1質量%的情況下,塗膜的膜厚變得過小而難以獲得良好的液晶配向膜。另一方面,在固體成分濃度超過10質量%的情況下,塗膜的膜厚變得過大而難以獲得良好的液晶配向膜,另外,存在液晶配向劑的黏性增大而塗佈性下降的傾向。
[液晶配向膜以及液晶元件] 本發明的液晶配向膜可利用以所述方式製備的液晶配向劑來形成。另外,本發明的液晶元件包括使用所述液晶配向劑來形成的液晶配向膜。該液晶元件中的液晶的運作模式並無特別限定,例如可應用於扭轉向列(Twisted Nematic,TN)型、超扭轉向列(Super Twisted Nematic,STN)型、垂直配向(Vertical Alignment,VA)型(包含垂直配向-多域垂直配向(Vertical Alignment - Multi-domain Vertical Alignment,VA-MVA)型、垂直配向-圖案垂直配向(Vertical Alignment - Patterned Vertical Alignment,VA-PVA)型等)、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)型等多種運作模式。
使用所述液晶配向劑來製造液晶元件的方法並無特別限制,就適合獲得本發明的效果的觀點而言,較佳為利用包含以下步驟的方法來製造:(1)在具有導電膜的一對基板的該導電膜上分別塗佈液晶配向劑,繼而對其加熱而形成塗膜的步驟;(2)將形成塗膜的一對基板,隔著液晶層且以該塗膜相對的方式進行對向配置來構築液晶單元的步驟;以及(3)在對一對基板所具有的導電膜間施加電壓的狀態下對液晶單元進行光照射的步驟。
[步驟(1):塗膜的形成] 塗佈液晶配向劑的基板例如可使用:浮法玻璃、鈉玻璃之類的玻璃;包含聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚醚碸、聚碳酸酯之類的塑料等的透明基板等。基板所具有的導電膜較佳為使用透明導電膜,例如可使用包含SnO2 的奈塞(NESA)(注冊商標)膜、包含In2 O3 -SnO2 的氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)膜等。 為了在所述基板的導電膜上塗佈液晶配向劑,例如可利用輥塗佈機法、旋轉器法、膠版印刷法、噴墨印刷法等適當的塗佈方法。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℃。預烘烤時間較佳為0.25分鐘~10分鐘。然後,出於將溶劑完全去除的目的,另外出於將視需要而存在於聚合物中的醯胺酸結構進行熱醯亞胺化的目的,實施煆燒(後烘烤)步驟。此時的煆燒溫度(後烘烤溫度)較佳為80℃~300℃。後烘烤時間較佳為5分鐘~200分鐘。後烘烤後的塗膜的膜厚較佳為0.001 μm~1 μm。 以所述方式形成的塗膜可直接將其提供給液晶單元的製造,或者也可以在進行摩擦處理後再提供給液晶單元的製造。該摩擦處理可藉由利用捲繞有包含例如尼龍、人造絲、棉等纖維的布的輥,對塗膜面向一定方向擦拭而進行。
[步驟(2):液晶單元的構築] 繼而,將形成有塗膜的一對基板,隔著液晶層且以塗膜相對的方式進行對向配置而形成液晶單元。液晶層的厚度較佳為設為1 μm~5 μm。液晶層中所含有的液晶較佳為具有負的介電各向異性的向列液晶,例如可使用:二氰基苯系液晶、噠嗪系液晶、希夫鹼(Schiff base)系液晶、氧化偶氮系液晶、聯苯系液晶、苯基環己烷系液晶等。 就能夠縮短液晶填充步驟的製程時間的方面而言,液晶單元的製造方法較佳為採用如下方法(ODF方式):在形成有液晶配向膜的兩塊基板中的其中一塊基板上的既定部位,例如塗佈紫外光硬化性的密封劑,進而在液晶配向膜面上滴加液晶後,以液晶配向膜對向的方式貼合另一塊基板,並且使液晶在基板的整個面上鋪開,繼而對基板的整個面照射紫外光而使密封劑硬化,藉此製造液晶單元。所製造的液晶單元理想為:進而加熱至所使用的液晶取得各向同性相的溫度後,緩緩冷卻至室溫,藉此去除液晶填充時的流動配向(退火)。此時的加熱溫度較佳為設為50℃~150℃,加熱時間較佳為設為10分鐘~2小時。密封劑例如可使用含有硬化劑以及作為間隔物的氧化鋁球的環氧樹脂等。
[步驟(3):光照射處理] 繼而,對於所述製造的液晶單元,在對一對基板所具有的導電膜間施加電壓的狀態下進行光照射。所施加的電壓例如可設為5 V~50 V的直流或交流。所照射的光例如可使用包含150 nm~800 nm波長的光的紫外線以及可見光線,較佳為包含300 nm~400 nm波長的光的紫外線。照射光的光源例如可使用:低壓水銀燈、高壓水銀燈、金屬鹵化物燈、氬共振燈、氙燈、準分子雷射等。光的照射量較佳為1,000 J/m2 ~100,000 J/m2 ,更佳為1,000 J/m2 ~50,000 J/m2
接著,在實施了如上所述的處理後的液晶單元的外側表面,視需要貼合偏光板,藉此可獲得液晶元件。此處使用的偏光板可列舉: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、或者包含H膜其本身的偏光板等,所述“H膜”是使聚乙烯基醇一邊延伸配向一邊吸收碘而成的膜。
本發明的液晶元件可有效地應用於多種用途,例如可用於:鐘錶、攜帶型遊戲機、文字處理器、筆記型個人電腦、汽車導航系統、攝錄機、個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA)、數位照相機、手機、智慧型手機、各種監視器、液晶電視、信息顯示器等各種顯示裝置、或相位差膜、調光膜等。 [實施例]
以下,藉由實施例,對本發明進一步進行具體說明,但本發明並不限制於這些實施例。 以下的例子中,利用以下方法來測定聚合物的重量平均分子量、聚醯亞胺的醯亞胺化率、聚合物溶液的溶液黏度以及環氧當量。 [聚合物的重量平均分子量(Mw)]利用以下條件下的凝膠滲透層析法來測定的聚苯乙烯換算值。 管柱:東曹(Tosoh)(股)製造,TSKgelGRCXLII 溶劑:含有四氫呋喃、或者溴化鋰及磷酸的N,N-二甲基甲醯胺溶液 溫度:40℃ 壓力:68 kgf/cm2 [聚醯亞胺的醯亞胺化率]:將含有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,溶解於氘代二甲基亞碸中,以四甲基矽烷作為基準物質,在室溫下測定1 H-核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)。根據所獲得的1 H-NMR光譜,使用下述數學式(1)來求出醯亞胺化率[%]。 醯亞胺化率[%]=(1-A1 /A2 ×α)×100…(1)   (數學式(1)中,A1 為在化學位移10 ppm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是其他質子相對於聚合物的前驅物(聚醯胺酸)中的NH基的一個質子的個數比例) [聚合物溶液的溶液黏度(mPa·s)]:對使用既定的溶媒而製備成聚合物濃度10質量%的溶液,使用E型旋轉黏度計在25℃下測定。 [環氧當量]:依據JIS C2105的“鹽酸-甲基乙基酮法”來測定。 此外,以下,有時將式X所表示的化合物簡記為“化合物X”。
<(A)成分的合成> [合成例1-1] 使作為四羧酸二酐的110 g(0.50莫耳)的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐、作為二胺化合物的43 g(0.40莫耳)的對苯二胺及52 g(0.10莫耳)的3-(3,5-二胺基苯甲醯氧基)膽甾烷,溶解於830 g的N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)中,在60℃下進行6小時的反應。將所獲得的聚醯胺酸溶液分取少量,添加NMP,以固體成分濃度為10%的溶液來測定黏度,結果為60 mPa·s。繼而,在所獲得的聚醯胺酸溶液中追加1900 g的NMP,添加40 g的吡啶及51 g的乙酸酐,在110℃下進行4小時的脫水閉環。醯亞胺化反應後,將系統內的溶劑以新的NMP進行溶劑置換(藉由本操作,將醯亞胺化反應中使用的吡啶及乙酸酐去除至系統外),獲得含有約15質量%的醯亞胺化率約為50%的聚醯亞胺(聚合物(PIm-1))的溶液。將所獲得的聚醯亞胺溶液分取少量並添加NMP而製成聚醯亞胺濃度為10質量%的溶液來測定的溶液黏度為47 mPa·s。
[合成例1-2] 使作為四羧酸二酐的110 g(0.50莫耳)的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐,作為二胺化合物的22 g(0.20莫耳)的對苯二胺、30 g(0.20莫耳)的3,5-二胺基苯甲酸及52 g(0.10莫耳)的3-(3,5-二胺基苯甲醯氧基)膽甾烷,溶解於860 g的NMP中,在60℃下進行6小時的反應。將所獲得的聚醯胺酸溶液分取少量,添加NMP,以固體成分濃度為10%的溶液來測定黏度,結果為58 mPa·s。繼而,在所獲得的聚醯胺酸溶液中追加1800 g的NMP,添加40 g的吡啶及51 g的乙酸酐,在110℃下進行4小時的脫水閉環。醯亞胺化反應後,將系統內的溶劑以新的NMP進行溶劑置換,獲得含有約15質量%的醯亞胺化率約為50%的聚醯亞胺(聚合物(PIm-2))的溶液。將所獲得的聚醯亞胺溶液分取少量並添加NMP而製成聚醯亞胺濃度為10質量%的溶液來測定的溶液黏度為69 mPa·s。
[合成例2-1] 使作為四羧酸二酐的110 g(0.50莫耳)的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐,作為二胺化合物的52 g(0.10莫耳)的3-(3,5-二胺基苯甲醯氧基)膽甾烷、11 g(0.10莫耳)的對苯二胺及45 g(0.30莫耳)的2,5-二胺基苯甲酸,溶解於870 g的NMP中,在60℃下進行6小時的反應。添加NMP進行稀釋,以聚醯胺酸濃度成為10質量%的方式進行調整,藉此獲得含有聚醯胺酸(聚合物(PAm-1))的溶液。該聚醯胺酸溶液的溶液黏度為120 mPa·s。
[合成例2-2] 使作為四羧酸二酐的200 g(1.0莫耳)的1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、作為二胺化合物的52 g(0.1莫耳)的3-(3,5-二胺基苯甲醯氧基)膽甾烷及191 g(0.9莫耳)的2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯,溶解於3,990 g的NMP中,在40℃下進行3小時的反應,藉此獲得含有10質量%的聚醯胺酸(聚合物(PAm-2))的溶液。該聚醯胺酸溶液的溶液黏度為90 mPa·s。
[合成例3-1] 添加作為二胺化合物的12.69 g(相對於合成中使用的二胺的合計量100莫耳份而為80莫耳份)的4,4'-二胺基二苯基甲烷以及8.37 g(相對於合成中使用的二胺的合計量100莫耳份而為20莫耳份)的3-(3,5-二胺基苯甲醯氧基)膽甾烷、作為鹼的15 ml的吡啶、以及作為溶劑的505 ml的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),使其溶解。一邊將該溶液進行水浴冷卻攪拌,一邊添加23.05 g(相對於合成中使用的二胺的合計量100莫耳份而為97莫耳份)的二甲基-1,3-雙(氯羰基)環丁烷-2,4-羧酸酯,進而以固體成分濃度成為5質量%的方式添加NMP,一邊進行水浴冷卻,一邊攪拌4小時。將該溶液注入至250 g的水中,使聚合物析出,藉由抽吸過濾來濾取聚合物,再次以250 g的水進行洗滌,然後利用63 g的甲醇洗滌3次,在40℃下進行減壓乾燥,藉此獲得聚醯胺酸酯粉末36 g。利用NMP,以成為10質量%的方式製備該聚醯胺酸酯(聚合物(PAE-1))。
[合成例4-1] 在具備攪拌機、溫度計、滴加漏斗及回流冷卻管的反應容器中,加入作為水解性矽烷化合物的100.0 g的2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、作為溶媒的500 g的甲基異丁基酮、以及作為催化劑的10.0 g的三乙基胺,在室溫下混合。向其中,花30分鐘自滴加漏斗中滴加100 g的去離子水後,一邊在回流下混合,一邊在80℃下進行6小時的反應。反應結束後,取出有機層,利用0.2質量%硝酸銨水溶液,將所述有機層洗滌至洗滌後的水成為中性為止,然後在減壓下蒸餾去除溶媒及水,藉此以黏稠的透明液體的形式獲得具有環氧基的聚有機矽氧烷。對該具有環氧基的聚有機矽氧烷進行1 H-NMR分析,結果如理論強度般,在化學位移(δ)=3.2 ppm附近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。測定該含環氧基的聚有機矽氧烷的環氧當量,結果為186 g/當量。 繼而,在200 mL的三口燒瓶中,加入10.0 g的所述獲得的含環氧基的聚有機矽氧烷、作為溶媒的30.28 g的甲基異丁基酮、作為羧酸的3.87 g(相對於含環氧基的聚有機矽氧烷的環氧基而相當於25莫耳%)的4-(4-戊基環己基)苯甲酸、以及作為催化劑的0.10 g的UCAT18X(商品名,三亞普羅(San-Apro)(股)製造),在100℃下在攪拌下進行48小時的反應。反應結束後,在反應混合物中添加乙酸乙酯而獲得溶液,將所述溶液水洗3次,蒸餾去除溶劑,藉此獲得9.5 g的具有液晶配向性基的聚有機矽氧烷(聚合物(PSi-1))。所獲得的聚合物(PSi-1)的重量平均分子量Mw為5,500。
[合成例5-1] 在具備攪拌機、溫度計及回流冷卻管的反應容器中,加入作為聚合性不飽和單體的甲基丙烯酸3,4-環氧基環己基甲酯(ECMMA,相對於聚合中使用的單體的合計量100莫耳份而為60莫耳份)、甲基丙烯酸2-羥基乙酯(HEMA,相對於聚合中使用的單體的合計量100莫耳份而為15莫耳份)、N-環己基順丁烯二醯亞胺(CMI,相對於聚合中使用的單體的合計量100莫耳份而為10莫耳份)、以及苯乙烯(ST,相對於聚合中使用的單體的合計量100莫耳份而為15莫耳份),以聚合性不飽和單體的合計成為50質量%的方式添加二乙二醇乙基甲醚來溶解。 向其中添加作為聚合引發劑的相對於聚合性不飽和單體的合計莫耳數而為3莫耳%的2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)、以及作為鏈轉移劑的α-甲基苯乙烯二聚物,所述α-甲基苯乙烯二聚物為聚合引發劑的質量的0.5倍質量。繼而,在氮氣流下起泡10分鐘來進行系統內的氮置換,然後在氮氣環境下,在70℃下進行5小時聚合反應。反應結束後,將反應混合物注入至大量過剩的甲醇中,使反應產物沉澱。將回收的沉澱物以甲醇洗滌後,在減壓下、40℃下乾燥15小時,藉此獲得具有環氧基的甲基丙烯酸酯共聚物。 繼而,在200 mL的三口燒瓶中,加入10.0 g所述獲得的含環氧基的甲基丙烯酸酯共聚物、作為溶媒的30.28 g的甲基異丁基酮、作為羧酸的4.01 g(相對於聚合中使用的含環氧基的甲基丙烯酸酯共聚物而相當於25莫耳%)的4-(4-戊基環己基)苯甲酸、以及作為催化劑的0.10 g的UCAT18X(商品名,三亞普羅(San-Apro)(股)製造),在90℃下在攪拌下進行12小時的反應。反應結束後,在反應混合物中添加乙酸乙酯而獲得溶液,將所述溶液水洗3次。將水洗後的有機層投入至大量過剩的甲醇中,使聚合物沉澱,將回收的沉澱物在40℃下乾燥12小時,藉此獲得作為聚合物(PAc)的10.5 g的具有液晶配向性基的甲基丙烯酸酯共聚物(聚合物(PAc-1))。所獲得的聚合物(PAc-1)的重量平均分子量Mw為16,800。
<(B)成分的合成> [合成例6-1] 藉由下述流程1來合成化合物(DM-1)。 [化21]
在具備滴加漏斗及溫度計的2 L的三口燒瓶中添加42.8 g(0.2 mol)的4-(4-羥基苯基)苯甲酸、16 g(0.4 mol)的氫氧化鈉、1 L的水,均勻溶解後,冷卻至5℃以下。接著,在滴加漏斗中添加23.4 mL(0.24 mol)的甲基丙烯醯氯以及300 mL的二氯甲烷,在5℃下花2小時滴加,恢復至室溫,進而進行3小時的反應。反應結束後,將藉由過濾而回收的白色沉澱溶解於1 L的乙酸乙酯及2 L的四氫呋喃中,以1 L的1M鹽酸水溶液洗滌1次,以500 mL的水洗滌3次。接著,將有機層以硫酸鎂加以乾燥後,濃縮至500 mL左右,將所獲得的白色結晶回收、乾燥而獲得56.4 g的化合物(DM-1-1)的白色結晶。 繼而,在具備溫度計及氮氣導入管的500 mL的三口燒瓶中,添加8.03 g(28.4 mmol)的化合物(DM-1-1)、9.89 g(71.1 mmol)的2,6-吡啶二甲醇、150 mL的四氫呋喃、以及30 mL的N,N-二甲基甲醯胺,使其懸浮,進行冰浴冷卻。接著,添加8.17 g(42.6 mmol)的1-(3-二甲基胺基丙基)-3-乙基碳二醯亞胺鹽酸鹽、0.70 g(5.73 mmol)的N,N-二甲基胺基吡啶,在冰浴冷卻下攪拌2小時後,恢復至室溫,進行16小時的反應。反應結束後,添加1 L的乙酸乙酯,以水進行3次分液洗滌後,以硫酸鎂使其乾燥。將濃縮而產生的析出物以二氧化矽管柱(展開溶劑:二氯甲烷/己烷/乙酸乙酯=1:1:1)進行純化,進行濃縮、真空乾燥而獲得7.82 g的化合物(DM-1-2)的白色析出物。 繼而,在具備溫度計及氮氣導入管的200 mL的三口燒瓶中,添加5.46 g(13.5 mmol)的化合物(DM-1-2)、1.75 g(20.3 mmol)的甲基丙烯酸以及50 mL的二氯甲烷,使其溶解,進行冰浴冷卻。接著,添加3.89 g(20.3 mmol)的1-(3-二甲基胺基丙基)-3-乙基碳二醯亞胺鹽酸鹽、330 mg(2.7 mmol)的N,N-二甲基胺基吡啶,在冰浴冷卻下攪拌2小時後,恢復至室溫,進行16小時的反應。反應結束後,利用二氧化矽管柱(展開溶劑:二氯甲烷/乙酸乙酯=10:1)進行純化,並濃縮,添加700 mL的乙酸乙酯,以水進行3次分液洗滌後,以硫酸鎂使其乾燥。接著,將濃縮而產生的白色析出物進行過濾、乾燥,藉此獲得4.21 g的化合物(DM-1)的白色結晶。
[合成例6-2~合成例6-5] 除了代替2,6-吡啶二甲醇而使用下述所示的化合物的方面以外,以與所述合成例6-1相同的方法來合成所述式(DM-2)~式(DM-5)分別所表示的化合物。 合成例6-2(化合物(DM-2)的合成):1,3-(羥基甲基)脲 合成例6-3(化合物(DM-3)的合成):1,3-(羥基甲基)硫脲 合成例6-4(化合物(DM-4)的合成):N-苯基二乙醇胺 合成例6-5(化合物(DM-5)的合成):N-甲基二乙醇胺
[合成例6-6:化合物(DM-6)的合成] 藉由下述流程2來合成化合物(DM-6)。 [化22]
在具備冷卻管的300 mL的三口燒瓶中,加入10 g(35.4 mmol)的化合物(DM-1-1)、6.95 g(35.4 mmol)的甲基丙烯酸3,4-環氧基環己基甲酯、作為溶媒的85 mL的甲基異丁基酮、以及作為催化劑的0.24 g的UCAT18X(商品名,三亞普羅(San-Apro)(股)製造),在70℃下在攪拌下進行12小時的反應。反應結束後,在反應混合物中添加乙酸乙酯而獲得溶液,將所述溶液水洗3次後,以硫酸鎂使其乾燥。接著,將濃縮而產生的白色析出物進行過濾、乾燥而獲得13.7 g的化合物(DM-6-1)(位置異構體的混合物)的白色結晶。 繼而,在具備回流管的30 mL的茄型燒瓶中,添加2.78 g(20.3 mmol)的3-吡啶基乙酸、2.2 mL(30.5 mmol)的亞硫醯氯以及0.1 g的N,N-二甲基甲醯胺,回流1小時。反應結束後,藉由減壓濃縮而蒸餾去除亞硫醯氯,添加20 mL的二氯甲烷(將該溶液作為“A1液”)。另一方面,在具備溫度計及氮氣導入管的200 mL的三口燒瓶中,添加6.46 g(13.5 mmol)的化合物(DM-6-1)、作為溶劑的50 mL的二氯甲烷,使其溶解,進行冰浴冷卻。接著,在冰浴冷卻下花3小時滴加剛才製備的A1液,在室溫下進而進行1小時的反應。反應結束後,添加乙酸乙酯500 mL,以水進行3次分液洗滌後,以硫酸鎂使其乾燥。接著,將濃縮而產生的白色析出物進行過濾、乾燥,藉此獲得7.34 g的化合物(DM-6)(位置異構體的混合物)的白色結晶。
[合成例6-7~合成例6-10] 除了代替3-吡啶基乙酸而使用下述所示的化合物的方面以外,以與所述合成例6-6相同的方法來合成所述式(DM-7)~式(DM-10)分別所表示的化合物。 合成例6-7(化合物(DM-7)的合成):1H-吡咯并[2,3-b]吡啶-3-羧酸 合成例6-8(化合物(DM-8)的合成):(2-甲基-1H-咪唑-1-基)乙酸 合成例6-9(化合物(DM-9)的合成):3-胍基丙酸 合成例6-10(化合物(DM-10)的合成):4-(4,5-二氫-1H-咪唑-2-基胺基)丁酸
[合成例6-11] 以下述流程3的方式合成化合物(DM-52)。 [化23]
在具備冷卻管的200 mL的茄型燒瓶中,加入14.1 g(50.0 mmol)的化合物(DM-1-1)、71.4 g(600 mmol)的亞硫醯氯,在80℃下在攪拌下進行1小時的反應。反應後,藉由減壓濃縮來蒸餾去除過剩的亞硫醯氯,進行乾固。將所獲得的固體以己烷進行洗滌,加以乾燥,藉此獲得14.9 g的化合物(DM-1-1-Cl)的白色結晶。繼而,在500 mL的三口燒瓶中,加入2.22 g(30.0 mmol)的1-羥基-2,3-環氧基丙烷、4.75 g(60.0 mmol)的吡啶、300 mL的二氯甲烷,進行冰浴冷卻。向其中滴加將9.20 g(30.6 mmol)的化合物(DM-1-1-Cl)溶解於50 mL的二氯甲烷中而得的溶液,在室溫下在攪拌下進行5小時的反應。反應結束後,將反應溶液水洗3次。接著,將濃縮的殘渣以二氧化矽凝膠層析法進行純化,獲得7.95 g的化合物(DM-52)的白色結晶。
[合成例6-12] 以下述流程4的方式合成化合物(DM-56)。 [化24]
在2000 mL的三口燒瓶中,加入10.5 g(100 mmol)的化合物2,2'-二羥基二乙基胺、9.25 g(100 mmol)的表氯醇、12.1 g(120 mmol)的三乙基胺、1000 mL的四氫呋喃,在40℃下在攪拌下進行10小時的反應。藉由過濾而去除將反應液濃縮而產生的固體,將濾液濃縮,藉此獲得13.6 g的化合物(EDHA)的黃色油。 繼而,在1000 mL的三口燒瓶中加入5.64 g(35.0 mmol)的化合物(EDHA)、8.50 g(84.0 mmol)的三乙基胺、350 mL的二氯甲烷,進行冰浴冷卻。向其中滴加將23.2 g(38.5 mmol)的化合物(DM-1-1-Cl)溶解於100 mL的二氯甲烷中而成的溶液,在室溫下在攪拌下進行5小時的反應。反應結束後,將反應溶液水洗3次。接著,利用二氧化矽凝膠層析法將濃縮的殘渣進行純化,獲得22.0 g的化合物(DM-56)的白色結晶。
[合成例6-13以及合成例6-14] 除了代替1-羥基-2,3-環氧基丙烷而使用下述所示的化合物的方面以外,利用與所述合成例6-11中由化合物(DM-1-1-Cl)來合成化合物(DM-52)的方法相同的方法,分別合成化合物(DM-66)(其中,n=3)以及化合物(DM-72)。 合成例6-13(化合物(DM-66)(n=3)的合成):3-(二甲基胺基)-1-丙醇 合成例6-14(化合物(DM-72)的合成):胺基甲酸甲基4-羥基環己酯
[合成例6-15] 以下述流程5的方式合成化合物(DM-76)。 [化25]
在1000 mL的三口燒瓶中,加入5.96 g(50.0 mmol)的3-胺基戊烷-1,5-二醇、6.07 g(60.0 mmol)的三乙基胺、500 mL的四氫呋喃,進行冰浴。向其中滴加將5.20 g(55.0 mmol)的氯甲酸甲酯(methyl carbonochloridate)溶解於100 mL的二氯甲烷中而得的溶液,在室溫下在攪拌下進行5小時的反應。反應結束後,將反應溶液水洗3次。藉由過濾而去除將反應液濃縮而產生的固體,將濾液濃縮,藉此獲得17.2 g的化合物(BIDHA)的黃色油。後續的反應除了代替化合物(EDHA)而使用化合物(BIDHA)的方面以外,利用與所述合成例6-12中由化合物(EDHA)來合成化合物(DM-55)的方法相同的方法來合成化合物(DM-76)。
[合成例6-15] 除了在所述流程1中,代替甲基丙烯酸而使丙烯酸與化合物(DM-1-2)進行反應以外,利用與合成例6-1相同的方法來合成所述式(DM-78)所表示的化合物。
[實施例1] (1)液晶配向劑的製備 在作為(A)成分的80質量份的合成例1-1中獲得的聚合物(PIm-1)、以及作為(B)成分的20質量份的合成例6-1中獲得的化合物(DM-1)中,添加NMP以及丁基溶纖劑(BC),製成固體成分濃度為6.5質量%、溶媒的混合比為NMP:BC=50:50(質量比)的溶液。將該溶液充分攪拌後,利用孔徑為0.2 μm的過濾器進行濾過,藉此製備液晶配向劑。
(2)液晶單元的製造 使用液晶配向膜印刷機(日本寫真印刷(股)製造),將所述(1)中製備的液晶配向劑分別塗佈於具有細狹縫(fine slit)ITO電極結構的帶有透明電極的玻璃基板、以及具有圖案ITO電極結構的帶有透明電極的玻璃基板的透明電極面上。繼而,在80℃的加熱板上加熱(預烘烤)1分鐘而去除溶媒後,在200℃的加熱板上加熱(後烘烤)10分鐘,形成平均膜厚為800 Å的塗膜。對於塗膜形成後的各基板,在超純水中進行1分鐘超音波洗滌,繼而在100℃的潔淨烘箱中乾燥10分鐘。藉此,獲得具有液晶配向膜的一對(兩塊)基板。 接著,在具有細狹縫ITO電極結構的塗膜形成基板的外緣,塗佈加入有直徑為3.5 μm的氧化鋁間隔物的光硬化性環氧丙烯酸樹脂系接著劑後,滴加所需量的液晶(MLC-6608,默克(Merck)公司製造)。此時,液晶滴加於塗膜形成基板上的多個部位。另外,相對於藉由塗佈有接著劑的面積與間隔物直徑的相乘來求出的體積,液晶的滴加總量設為0.98倍~1.0倍,每一點的滴加量在0.2 g~1.0 g之間調節。繼而,將滴加有液晶的基板設置於真空貼合裝置內,在所述基板的對向側設置具有圖案ITO電極結構的塗膜形成基板後,在真空下實施貼合。此外,至此的操作是在室溫下進行。貼合結束後,使用365 nm的UV光使接著劑部分進行硬化,然後在120℃的烘箱中實施1小時的退火,獲得液晶單元。 繼而,對於所述獲得的液晶單元,在電極間施加頻率為60 Hz的交流10 V,在液晶驅動的狀態下,利用對光源使用金屬鹵化物燈的紫外線照射裝置,以50,000 J/m2 的照射量來照射紫外線。此外,該照射量是使用以波長365 nm基準進行測量的光量計來測量的值。使用光照射後的液晶單元來進行以下的評價。
(3)響應速度的評價 對於所述(2)中製造的液晶單元,首先不施加電壓而是照射可見光燈,利用光萬用表(photo multimeter)來測定透過液晶單元的光的亮度,將該值作為相對透過率0%。接著,以與所述相同的方式來測定當對液晶單元的電極間施加5 V的交流5秒時的透過率,將該值作為相對透過率100%。測定當對液晶單元施加5 V的交流時,相對透過率由10%轉變為90%為止的時間,將該時間定義為響應速度來評價。以如下方式進行評價:將響應速度小於8 msec的情況判斷為高速響應性“優良”,將8 msec以上且小於15 msec的情況判斷為高速響應性“良好”,將15 msec以上且小於20 msec的情況判斷為高速響應性“可”,將20 msec以上的情況判斷為高速響應性“不良”。其結果為,該實施例中,液晶單元的響應速度為5 msec,為“優良”。
(4)ODF不均的評價 對所述(2)中製造的液晶單元施加2.5 V的60 Hz交流電壓,觀察液晶單元整體產生的不均(ODF不均)。將未產生不均的情況評價為“優良”,將在液晶滴加位置以及液晶滴加位置的中間的至少任一者中看到微弱的不均的情況評價為“良好”,將在液晶滴加位置以及液晶滴加位置的中間的至少任一者中看到強烈的不均的情況評價為“不良”,結果,該液晶單元的ODF不均評價為“良好”。
[實施例2~實施例35以及比較例1~比較例5] 除了將(A)成分、(B)成分以及其他成分的種類及使用量分別設為如下述表1所記載以外,以與實施例1相同的方式製備液晶配向劑,使用所述液晶配向劑來製造液晶單元,進行各種評價。此外,實施例3、實施例4、實施例20~實施例23、實施例25中,使用兩種來作為(A)成分,實施例33~實施例35中進而調配其他成分。將評價結果示於下述表1中。
[表1]
表1中,(A)成分、(B)成分以及其他成分的欄的數值表示相對於液晶配向劑的製備中使用的固體成分(液晶配向劑中的溶媒以外的全部成分)的合計100質量份而言的各化合物的調配比例(質量份)。表1中的略稱分別為以下的含義。 DM-55:所述式(DM-55)所表示的化合物 dm-1:環氧乙烷(ethylene oxide,EO)改性雙酚A二甲基丙烯酸酯(商品名FA-321M,日立化成工業(股)製造) dm-2:4,4'-伸異丙基二苯酚二甲基丙烯酸酯 dm-3:下述式(dm-3)所表示的化合物 [化26]
如表1所示,包含(B)成分的實施例1~實施例35中均為ODF不均少,另外,液晶單元的響應速度也快。另外,包含具有由含羧基的二胺而來的部分結構的聚合物的實施例中,可見響應速度變快,ODF不均也變少的傾向。與此相對,不含(B)成分的比較例1~比較例4中,ODF不均為“不良”的評價,比較例5中,響應速度為“不良”的評價。根據以上的結果而確認:實施例中使用的液晶配向膜不會使響應速度惡化,能夠抑制ODF不均。

Claims (10)

  1. 一種液晶配向劑,其含有下述(A)成分及(B)成分: (A)成分:選自由聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚有機矽氧烷及具有聚合性不飽和鍵的單體的聚合物所組成的組群中的至少一種聚合物; (B)成分:具有作為下述(C)結構及(D)結構中的至少任一者的特定結構的光聚合性化合物; (C)結構:在與所述(A)成分所具有的官能基之間、以及所述(B)成分間的至少任一者中,產生較共價鍵更弱的分子間力或者形成可逆的共價鍵的部分結構; (D)結構:在與所述(A)成分之間、以及所述(B)成分間的至少任一者中,藉由加熱而形成共價鍵的部分結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的液晶配向劑,其中所述光聚合性化合物具有選自由下述式(1)所表示的部分結構、下述式(2)所表示的部分結構、下述式(3)所表示的部分結構、三級胺結構、含氮雜環結構、-NR31 X10 ,其中R31 為一價烴基,X10 為保護基、環氧基、異氰酸酯基及嵌段異氰酸酯基所組成的組群中的至少一種結構來作為所述特定結構,式(1)中,X4 為氧原子或硫原子,R2 為氧原子、硫原子、烷二基、芳香環基、伸環己基、或者-NR32 -,其中R32 為氫原子或保護基,R30 為氫原子或保護基;其中,在R2 為芳香環基或伸環己基的情況下,R30 為保護基;式(2)中,X5 為二價烴基或-NR33 -,其中R33 為氫原子或保護基;“*”表示結合鍵。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的液晶配向劑,其中所述光聚合性化合物為具有一個或兩個以上的下述式(4)所表示的光聚合性基的化合物,式(4)中,R1 為氧原子、硫原子或-NH-;X1 ~X3 分別獨立地為氫原子、鹵素原子或一價有機基;其中,在R1 為氧原子的情況下,X3 鍵結於其他基團上,可與X3 、X3 所鍵結的碳原子及-CO-R1 -一起形成環;“*”表示結合鍵。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的液晶配向劑,其中所述光聚合性化合物在分子內具有下述式(6)所表示的部分結構:式(6)中,Ar3 及Ar4 分別獨立地為1,4-伸苯基或1,4-伸環己基,X8 為單鍵或-COO-;n2為1或2;當n2=2時,Ar4 、X8 分別獨立地具有所述定義;“*”表示結合鍵。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的液晶配向劑,其中所述光聚合性化合物為下述式(D-1)所表示的化合物,式(D-1)中,Y1 為包含選自由下述式(1)所表示的部分結構、下述式(2)所表示的部分結構、下述式(3)所表示的部分結構、三級胺結構、含氮雜環結構及-NR31 X10 所組成的組群中的至少一種的二價基,其中R31 為一價烴基,X10 為保護基;X6 為氫原子、氟原子、碳數1~6的烷基、碳數1~6的氟烷基或碳數6~12的一價芳香環基,R3 為氧原子、硫原子或-NH-,Ar1 及Ar2 分別獨立地為1,4-伸苯基、1,4-伸環己基、伸萘基、四氫萘二基、或者十氫萘二基,也可以在環部分具有取代基;R4 為單鍵、酯鍵、醯胺鍵、醚鍵、或者-CO-NR34 -,其中R34 為保護基,R5 為酯鍵、醯胺鍵、醚鍵、或者-CO-NR35 -,其中R35 為保護基;R7 為單鍵、酯鍵、醯胺鍵、醚鍵、或者-CO-NR36 -,其中R36 為保護基;R8 為單鍵、烷二基、伸苯基、伸環己基、或者下述式(6)所表示的二價基;n1為0~2的整數;當n1=2時,R4 、Ar2 分別獨立地具有所述定義;多個X6 以及多個R3 獨立地具有所述定義;式(1)中,X4 為氧原子或硫原子,R2 為氧原子、硫原子、烷二基、芳香環基、伸環己基、或者-NR32 -,其中R32 為氫原子或保護基,R30 為氫原子或保護基;其中,在R2 為芳香環基或伸環己基的情況下,R30 為保護基;式(2)中,X5 為二價烴基或-NR33 -,其中R33 為氫原子或保護基;“*”表示結合鍵;式(6)中,Ar3 及Ar4 分別獨立地為1,4-伸苯基或1,4-伸環己基,X8 為單鍵或-COO-;n2為1或2;當n2=2時,Ar4 、X8 分別獨立地具有所述定義;“*”表示結合鍵。
  6. 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(A)成分為選自由聚醯亞胺、聚醯胺酸及聚醯胺酸酯所組成的組群中的至少一種,且包含具有由具有羧基的二胺而來的部分結構的聚合物。
  7. 一種液晶元件的製造方法,其為製造液晶元件的方法,其包括: 在具有導電膜的一對基板的所述導電膜上分別塗佈如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的液晶配向劑而形成塗膜的步驟;將形成有所述塗膜的一對基板,隔著液晶層以所述塗膜相對的方式進行對向配置來構築液晶單元的步驟;以及在對所述導電膜間施加電壓的狀態下對所述液晶單元進行光照射的步驟。
  8. 一種液晶配向膜,其使用如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的液晶配向劑來形成。
  9. 一種液晶元件,其包括如申請專利範圍第8項所述的液晶配向膜。
  10. 一種由下述式(D-1)所表示的化合物:式(D-1)中,Y1 為包含選自由下述式(1)所表示的部分結構、下述式(2)所表示的部分結構、下述式(3)所表示的部分結構、三級胺結構、含氮雜環結構以及-NR31 X10 所組成的組群中的至少一種的二價基,其中R31 為一價烴基,X10 為保護基;X6 為氫原子、氟原子、碳數1~6的烷基、碳數1~6的氟烷基或碳數6~12的一價芳香環基,R3 為氧原子、硫原子或-NH-,Ar1 及Ar2 分別獨立地為1,4-伸苯基、1,4-伸環己基、伸萘基、四氫萘二基、或者十氫萘二基,也可以在環部分具有取代基;R4 為單鍵、酯鍵、醯胺鍵、醚鍵、或者-CO-NR34 -,其中R34 為保護基,R5 為酯鍵、醯胺鍵、醚鍵、或者-CO-NR35 -,其中R35 為保護基;R7 為單鍵、酯鍵、醯胺鍵、醚鍵、或者-CO-NR36 -,其中R36 為保護基;R8 為單鍵、烷二基、伸苯基、伸環己基、或者下述式(6)所表示的二價基;n1為0~2的整數;當n1=2時,R4 、Ar2 分別獨立地具有所述定義;多個X6 以及多個R3 獨立地具有所述定義;式(1)中,X4 為氧原子或硫原子,R2 為氧原子、硫原子、烷二基、芳香環基、伸環己基、或者-NR32 -,其中R32 為氫原子或保護基,R30 為氫原子或保護基;其中,在R2 為芳香環基或伸環己基的情況下,R30 為保護基;式(2)中,X5 為二價烴基或-NR33 -,其中R33 為氫原子或保護基;“*”表示結合鍵;式(6)中,Ar3 及Ar4 分別獨立地為1,4-伸苯基或1,4-伸環己基,X8 為單鍵或-COO-;n2為1或2;當n2=2時,Ar4 、X8 分別獨立地具有所述定義;“*”表示結合鍵。
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