TW202009265A - 液晶配向劑、液晶配向膜、液晶元件及液晶元件的製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本發明是有關於一種液晶配向劑、液晶配向膜、液晶元件及液晶元件的製造方法。
液晶元件具備具有使液晶層中的液晶分子於一定方向上配向的功能的液晶配向膜。通常,液晶配向膜是藉由將使聚合體成分溶解於有機溶媒中而成的液晶配向劑塗佈於基板表面、且較佳為進行加熱而形成於基板上。
近年來,大畫面且高精細的液晶電視成為主體,另外智慧型手機或平板個人電腦(tablet personal computer,tablet PC)等小型的顯示終端機正在普及,對液晶元件的高品質化的要求較先前而提高。因此,先前為了改善液晶配向膜的性能,並使液晶元件的各種特性優異,提出有各種液晶配向劑(例如,參照專利文獻1~專利文獻3)。
專利文獻1中揭示出使液晶配向劑中含有聚醯亞胺、以及具有氮原子的環氧化合物(例如,N,N,N',N'-四縮水甘油基-4,4'-二胺基二苯基甲烷、1,3-雙(N,N'-二縮水甘油基胺基甲基)環己烷等)。另外,專利文獻2中揭示出使液晶配向劑中含有聚醯胺酸或聚醯亞胺、以及含有醯亞胺鍵與2個以上的環氧基的化合物(例如,單烯丙基二縮水甘油基異氰脲酸、三縮水甘油基異氰脲酸等)。專利文獻3中揭示出使液晶配向劑中含有聚醯胺酸或聚醯亞胺、以及具有2個以上的3,4-環氧環己烷環的多官能環氧化合物。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平10-333153號公報
[專利文獻2]日本專利特開2007-139949號公報
[專利文獻3]日本專利特開2016-170409號公報
[發明所欲解決之課題]
液晶元件不僅如先前般用於個人電腦等顯示終端機,而且無論室內及室外,其被用於例如液晶電視或汽車導航系統(car navigation system)、行動電話、智慧型手機、資訊顯示器(information display)、相位差膜、調光膜等多種多樣的用途。另外,伴隨使用用途的擴大,設想於較先前更嚴酷的環境下使用液晶元件。具體而言,液晶元件有時藉由長時間的連續驅動而長時間照射背光源,或者於高溫環境下使用,或者暴露於高熱環境下。另一方面,對液晶元件的高性能化的要求進一步提高,要求即便於嚴酷的環境條件下亦能夠維持元件性能。
本發明是鑒於所述狀況而成者,主要目的在於提供一種可獲得耐光性及耐熱性優異的液晶元件的液晶配向劑。
[解決課題之手段]
根據本發明,提供以下的手段。
[1] 一種液晶配向劑,其含有:聚合體成分;以及具有交聯性基的環狀矽氧烷化合物[A]。
[2] 一種液晶配向膜,其是使用所述[1]的液晶配向劑而形成。
[3] 一種液晶元件,其包括所述[2]的液晶配向膜。
[4] 一種液晶元件的製造方法,其包括:將所述[1]的液晶配向劑塗佈於一對基板的各者,並照射光,藉此形成液晶配向膜的步驟;以及將形成有所述液晶配向膜的一對基板隔著液晶層而以所述液晶配向膜相向的方式配置而構建液晶單元的步驟。
[5] 一種液晶元件的製造方法,其包括:將所述[1]的液晶配向劑塗佈於具有導電膜的一對基板的各自的所述導電膜上而形成塗膜的步驟;將塗佈有所述液晶配向劑的一對基板隔著液晶層而以所述塗膜相向的方式配置而構建液晶單元的步驟;以及於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。
[發明的效果]
根據本發明的液晶配向劑,藉由含有環狀矽氧烷化合物[A],可獲得耐光性及耐熱性優異的液晶元件。
<<液晶配向劑>>
本揭示的液晶配向劑含有聚合體成分與添加劑成分。另外,作為添加劑成分,含有具有交聯性基的環狀矽氧烷化合物[A]。以下,對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。
再者,本說明書中,所謂「烴基」,為包含鏈狀烴基、脂環式烴基以及芳香族烴基的含義。所謂「鏈狀烴基」,是指於主鏈不含環狀結構而僅由鏈狀結構構成的直鏈狀烴基及分支狀烴基。其中,可為飽和亦可為不飽和。所謂「脂環式烴基」,是指僅包含脂環式烴的結構作為環結構,而不包含芳香環結構的烴基。其中,無需僅由脂環式烴的結構構成,亦包含於其一部分中具有鏈狀結構者。所謂「芳香族烴基」,是指包含芳香環結構作為環結構的烴基。其中,無需僅由芳香環結構構成,亦可於其一部分中包含鏈狀結構或脂環式烴的結構。
<聚合體成分>
液晶配向劑中含有的聚合體成分只要藉由環狀矽氧烷化合物[A]而進行交聯即可,其主骨架的種類並無特別限定。作為聚合體成分的具體例,例如可列舉以聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚醯亞胺、聚有機矽氧烷、聚酯、聚醯胺、聚醯胺醯亞胺、聚苯乙烯、聚苯並噁唑前驅物、聚苯並噁唑、纖維素衍生物、聚縮醛、聚馬來醯亞胺、苯乙烯-馬來醯亞胺系共聚體、或聚(甲基)丙烯酸酯為主骨架的聚合體。再者,(甲基)丙烯酸酯是指包含丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯。
作為聚合體成分,該些中,就容易促進與環狀矽氧烷化合物[A]的交聯反應的方面、與環狀矽氧烷化合物[A]的相容性更良好的方面、以及與環狀矽氧烷化合物[A]組合使用時的耐熱性的提升效果高、可獲得可靠性更高的液晶元件的方面而言,較佳為選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚醯亞胺、及具有源自具有聚合性不飽和鍵的單體的結構單元的聚合體所組成的群組中的至少一種。聚合體成分具有能夠與環狀矽氧烷化合物[A]的交聯性基反應的官能基(以下,亦稱為「反應性官能基」)。該反應性官能基可根據環狀矽氧烷化合物[A]所具有的交聯性基而適當設計。以下,對聚合體成分的較佳例分別進行說明。
(聚醯胺酸)
聚醯胺酸可藉由使四羧酸二酐與二胺化合物反應而獲得。
·四羧酸二酐
作為聚醯胺酸的合成中所使用的四羧酸二酐,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。作為該些的具體例,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、1,3-二甲基-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-四氫萘並[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-四氫萘並[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、環戊烷四羧酸二酐、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'-(六氟亞異丙基)二鄰苯二甲酸酐、乙二醇雙偏苯三甲酸酐、4,4'-(六氟亞異丙基)二鄰苯二甲酸酐、4,4'-羰基二鄰苯二甲酸酐等,除此以外,亦可使用日本專利特開2010-97188號公報中記載的四羧酸二酐。再者,四羧酸二酐可單獨使用一種或將兩種以上組合使用。
·二胺化合物
作為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。作為該些二胺的具體例,脂肪族二胺可列舉:間苯二甲胺、1,3-丙二胺、六亞甲基二胺等;脂環式二胺可列舉:1,4-二胺基環己烷、4,4'-亞甲基雙(環己胺)等;
芳香族二胺可列舉:十六烷氧基-2,4-二胺基苯、十八烷氧基-2,4-二胺基苯、十八烷氧基-2,5-二胺基苯、膽甾烷氧基-3,5-二胺基苯、膽甾烯氧基-3,5-二胺基苯、膽甾烷氧基-2,4-二胺基苯、膽甾烯氧基-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、2,4-二胺基-N,N-二烯丙基苯胺、4-(4'-三氟甲氧基苯甲醯氧基)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、3,5-二胺基苯甲酸=5ξ-膽甾烷-3-基、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*-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)
所表示的化合物等側鏈型二胺:
對苯二胺、4,4'-二胺基二苯基甲烷、4-胺基苯基-4-胺基苯甲酸酯、4,4'-二胺基偶氮苯、3,5-二胺基苯甲酸、1,5-雙(4-胺基苯氧基)戊烷、1,2-雙(4-胺基苯氧基)乙烷、雙[2-(4-胺基苯基)乙基]己二酸、N,N-雙(4-胺基苯基)甲基胺、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、4,4'-[4,4'-丙烷-1,3-二基雙(哌啶-1,4-二基)]二苯胺、4,4'-二胺基苯甲醯苯胺、4,4'-二胺基二苯乙烯、4,4'-二胺基二苯基胺、1,3-雙(4-胺基苯乙基)脲、1,3-雙(4-胺基苄基)脲、1,4-雙(4-胺基苯基)-哌嗪、N-(4-胺基苯基乙基)-N-甲基胺、N,N'-雙(4-胺基苯基)-N,N'-二甲基聯苯胺等主鏈型二胺等;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,亦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
聚醯胺酸可藉由使四羧酸二酐與二胺化合物視需要與分子量調整劑(例如,酸單酐或單胺等)一併進行反應而獲得。被供於聚醯胺酸的合成反應的四羧酸二酐及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當量而四羧酸二酐的酸酐基成為0.2當量~2當量的比例。
聚醯胺酸的合成反應較佳為於有機溶媒中進行。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。作為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-吡咯啶酮、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、二甲酚及鹵化酚所組成的群組中的一種以上作為溶媒,或者使用該些中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)較佳為設為使四羧酸二酐及二胺的合計量(b)相對於反應溶液的總量(a+b)而成為0.1質量%~50質量%的量。
(聚醯胺酸酯)
聚醯胺酸酯例如可藉由如下方法等而獲得:[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;[III]使四羧酸二酯二鹵化物與二胺化合物進行反應的方法。液晶配向劑中含有的聚醯胺酸酯可僅具有醯胺酸酯結構,亦可為醯胺酸結構與醯胺酸酯結構併存的部分酯化物。
(聚醯亞胺)
聚醯亞胺例如可藉由將如所述般合成的聚醯胺酸脫水閉環並加以醯亞胺化而獲得。聚醯亞胺的醯亞胺化率較佳為20%~99%,更佳為30%~90%。醯亞胺化率以百分率表示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而言醯亞胺環結構的數量所佔的比例。再者,醯亞胺環的一部分亦可為異醯亞胺環。
聚醯胺酸的脫水閉環較佳為藉由如下方法進行:將聚醯胺酸溶解於有機溶媒中,於該溶液中添加脫水劑及脫水閉環觸媒並視需要進行加熱。該方法中,脫水劑例如可列舉乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。脫水劑的使用量較佳為相對於聚醯胺酸的醯胺酸結構的1莫耳而設為0.01莫耳~20莫耳。脫水閉環觸媒例如可使用吡啶、三甲吡啶、二甲吡啶、三乙胺等三級胺。脫水閉環觸媒的使用量較佳為相對於所使用的脫水劑1莫耳而設為0.01莫耳~10莫耳。作為脫水閉環反應中所使用的有機溶媒,可列舉作為於聚醯胺酸的合成中所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。
(具有源自具有聚合性不飽和鍵的單體的結構單元的聚合體)
作為具有源自具有聚合性不飽和鍵的單體的結構單元的聚合體(以下,亦稱為「聚合體[Pm]」),例如可列舉:聚(甲基)丙烯酸酯、苯乙烯-馬來醯亞胺系共聚體、聚苯乙烯、聚馬來醯亞胺等。就容易導入配向性基的方面、以及所獲得的液晶元件的可靠性更良好的方面而言,較佳為選自由聚(甲基)丙烯酸酯及苯乙烯-馬來醯亞胺系共聚體所組成的群組中的至少一種。
再者,本說明書中,所謂「配向性基」,為於將液晶配向膜與液晶層鄰接配置的情況下,能夠對液晶層中的液晶分子賦予預傾角的基團。具體而言,可列舉:不藉由光照射而能夠對液晶分子賦予預傾角的基團(以下,亦稱為「垂直配向性基」)、以及光配向性基。作為垂直配向性基的具體例,例如可列舉:碳數4~20的烷基、碳數4~20的烷氧基、碳數4~20的氟代烷基、碳數4~20的氟代烷氧基、2個以上的環(較佳為選自由環己烷環、苯環及萘環所組成的群組中的至少一種環)直接或經由二價連接基(例如氧原子、-CO-或-COO-)鍵結而成的具有液晶原(mesogen)結構的基團、具有類固醇(steroid)骨架的基團等。
聚合體[Pm]的合成中使用的單體只要具有聚合性不飽和鍵,則並無特別限定,例如可列舉:具有(甲基)丙烯醯基、乙烯基、苯乙烯基或馬來醯亞胺基等聚合性不飽和鍵的化合物。作為該些化合物的具體例,可列舉:(甲基)丙烯酸、α-乙基丙烯酸、馬來酸、富馬酸、乙烯基苯甲酸等不飽和羧酸;(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)丙烯酸環烷基酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(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-環氧環己基甲酯、(甲基)丙烯酸-3,4-環氧丁酯、丙烯酸-4-羥基丁基縮水甘油酯等不飽和羧酸酯;馬來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、4-(縮水甘油氧基甲基)苯乙烯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-甲基馬來醯亞胺、N-環己基馬來醯亞胺、N-苯基馬來醯亞胺、4-(2,5-二側氧-3-吡咯啉-1-基)苯甲酸、N-(4-縮水甘油氧基苯基)馬來醯亞胺、N-縮水甘油基馬來醯亞胺、3-馬來醯亞胺苯甲酸、3-馬來醯亞胺丙酸、3-(2,5-二側氧-3-吡咯啉-1-基)苯甲酸、4-(2,5-二側氧-3-吡咯啉-1-基)苯甲酸甲酯等馬來醯亞胺化合物等。另外,於將聚合體[Pm]設為具有光配向性基的聚合體的情況下,作為具有聚合性不飽和鍵的單體,亦能夠使用具有光配向性基的化合物。具有聚合性不飽和鍵的單體可單獨使用一種或組合使用兩種以上。再者,本說明書中,「(甲基)丙烯醯基」是指「丙烯醯基」及「甲基丙烯醯基」。另外,「(甲基)丙烯酸基」是指「丙烯酸基」及「甲基丙烯酸基」。
聚合體[Pm]例如可藉由在聚合起始劑的存在下使具有聚合性不飽和鍵的單體聚合而獲得。作為所使用的聚合起始劑,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,聚合起始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於有機溶媒中進行。作為反應中所使用的有機溶媒,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)較佳為設為反應中所使用的單體的合計量(b)相對於反應溶液的總體量(a+b)而成為0.1質量%~60質量%的量。
關於聚合體成分,藉由凝膠滲透層析法(Gel Permeation Chromatography,GPC)測定的聚苯乙烯換算的重量平均分子量(Mw)較佳為1,500~500,000,更佳為2,500~100,000。
再者,於用以獲得各聚合體的聚合反應中,於獲得了含有聚合體的反應溶液的情況下,該反應溶液可直接供於液晶配向劑的製備,亦可將聚合體分離之後供於液晶配向劑的製備。將聚合體分離的方法並無特別限定,可按照公知的方法進行。
於使用光配向法對使用液晶配向劑所形成的有機膜賦予液晶配向能力的情況下,較佳為將聚合體成分的至少一部分設為具有光配向性基的聚合體。光配向性基是指能夠藉由利用光照射的光異構化反應、光二聚化反應、光弗里斯重排(photo Fries rearrangement)反應或光分解反應等光反應而對膜賦予各向異性的官能基。
作為光配向性基的具體例,例如可列舉:包含偶氮苯或其衍生物作為基本骨架的含偶氮苯的基團、包含肉桂酸或其衍生物(肉桂酸結構)作為基本骨架的含肉桂酸結構的基團、包含查耳酮或其衍生物作為基本骨架的含查耳酮的基團、包含二苯甲酮或其衍生物作為基本骨架的含二苯甲酮的基團、包含香豆素或其衍生物作為基本骨架的含香豆素的基團、包含環丁烷或其衍生物作為基本骨架的含環丁烷的結構、將二苯乙烯或其衍生物作為基本骨架的含二苯乙烯的基團、包含苯甲酸苯酯或其衍生物作為基本骨架的含苯甲酸苯酯的基團等。該些中,光配向性基較佳為選自由含偶氮苯的基團、含肉桂酸結構的基團、含查耳酮的基團、含二苯乙烯的基團、含環丁烷的結構、以及含苯甲酸苯酯的基團所組成的群組中的至少一種,就對光的感度高的方面、以及容易向聚合體中導入的方面而言,較佳為含肉桂酸結構的基團或含環丁烷的結構。
具有光配向性基的聚合體例如可藉由如下方法等而獲得:(1)藉由使用具有光配向性基的單體的聚合而獲得的方法;(2)合成側鏈具有環氧基的聚合體,並使該含環氧基的聚合體與具有光配向性基的羧酸反應的方法。聚合體中的光配向性基的含有比例以對塗膜賦予所需的液晶配向能力的方式根據光配向性基的種類而適宜設定。例如於含肉桂酸結構的基團的情況下,相對於具有光配向性基的聚合體的全部構成單元,較佳為將光配向性基的含有比例設為5莫耳%以上,更佳為設為10莫耳%~60莫耳%。於光配向性基為含環丁烷的結構的情況下,相對於具有光配向性基的聚合體的全部構成單元,較佳為將光配向性基的含有比例設為50莫耳%以上,更佳為設為80莫耳%以上。再者,具有光配向性基的聚合體可單獨使用一種,亦可將兩種以上組合使用。
液晶配向劑中含有的聚合體成分可為單獨一種,但較佳為設為含有兩種以上的聚合體的聚合體摻合物(polymer blend)。於聚合體摻合物體系中調配交聯劑的情況下,若液晶配向劑中的交聯劑的分散性不充分,則於膜形成時無法效率良好地進行聚合體的交聯反應,擔心無法充分獲得由交聯劑的調配所帶來的效果。相對於此,根據環狀矽氧烷化合物[A],認為與聚合體的相容性及相對於溶劑的溶解性高,可容易地分散於聚合體的交聯點。結果,推測到即便於製成聚合體摻合物的情況下,亦能夠提高交聯反應的反應效率,可獲得耐光性及耐熱性優異的液晶元件。
作為液晶配向劑的較佳的一例,使液晶配向劑中含有第1聚合體、及極性較第1聚合體高的第2聚合體。該情況下,極性高的第2聚合體偏向存在於下層,第1聚合體偏向存在於上層,可產生相分離,從而較佳。作為液晶配向劑的聚合體成分的較佳態樣,可列舉以下的(I)~(III)。
(I)第1聚合體及第2聚合體為選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯及聚醯亞胺所組成的群組中的聚合體的態樣。
(II)第1聚合體及第2聚合體中的一者為選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯及聚醯亞胺所組成的群組中的一種聚合體、另一者為聚合體[Pm]的態樣。
(III)第1聚合體及第2聚合體為聚合體[Pm]的態樣。
於所述(II)的態樣中,就充分獲得由聚合體[Pm]帶來的改善效果、且實現低成本化的觀點而言,聚醯胺酸、聚醯胺酸酯及聚醯亞胺的合計的含有比例相對於液晶配向劑中所含的聚合體成分的合計量,較佳為設為20質量%以上,更佳為設為30質量%以上,進而佳為設為50質量%~90質量%。於藉由光配向法對使用液晶配向劑所形成的有機膜賦予液晶配向能力的情況下,藉由將聚合體[Pm]設為具有光配向性基的聚合體,可獲得液晶配向性高的配向膜,就該方面而言較佳。
就充分提高膜強度的觀點而言,液晶配向劑中的聚合體成分的含有比例相對於液晶配向劑中含有的固體成分的合計質量(液晶配向劑的除溶媒以外的成分的合計質量),較佳為設為50質量%以上,更佳為設為60質量%以上,進而佳為設為70質量%以上。
<環狀矽氧烷化合物[A]>
環狀矽氧烷化合物[A]為分子內具有1個由矽氧烷鍵(Si-O鍵)形成的環狀骨架的環式化合物,且具有交聯性基。作為交聯性基,只要為能夠與其他基團進行共價鍵結而形成交聯結構的基團,則無特別限定,例如可列舉:環氧乙烷基、氧環丁基、(甲基)丙烯醯基、烯丙基、乙烯基苯基、環狀碳酸酯基、羥甲基、胺基等。作為交聯性基,就可提高液晶配向劑的保存穩定性的方面而言,較佳為選自由環氧乙烷基、氧環丁基及(甲基)丙烯醯基所組成的群組中的至少一種,特佳為環氧乙烷基。再者,本說明書中,「(甲基)丙烯醯基」為包含「丙烯醯基」及「甲基丙烯醯基」的含義。
就可充分地獲得所得的液晶元件的耐熱性及耐光性的改善效果的方面而言,環狀矽氧烷化合物[A]所具有的交聯性基的數量較佳為2個以上,更佳為3個以上,進而佳為4個以上。另外,就與聚合體成分的相容性更良好的方面、更容易分散的方面、以及抑制所形成的液晶配向膜的膜收縮所引起的性能降低的觀點而言,交聯性基的數量的上限較佳為10個以下,更佳為8個以下。
再者,於使用液晶配向劑形成液晶配向膜的情況下,藉由膜形成時的加熱,而環狀矽氧烷化合物[A]所具有的交聯性基與聚合體成分所具有的反應性官能基發生反應,從而形成交聯結構。交聯性基與反應性官能基的組合可根據保存穩定性或向聚合體中的導入容易度、對熱或光的反應性等而適當選擇。具體而言,於交聯性基為環氧基的情況下,反應性官能基可列舉羧基、羥基、胺基等,就保存穩定性良好的方面而言,較佳為羧基。另外,於交聯性基為(甲基)丙烯醯基的情況下,反應性官能基可列舉:硫醇基、(甲基)丙烯醯基等。於交聯性基為乙烯基的情況下,反應性官能基可列舉硫醇基、乙烯基等,於交聯性基為胺基的情況下,反應性官能基可列舉:羧基、羥基、環氧基、鹵素原子等。於交聯性基為環狀碳酸酯基的情況下,反應性官能基可列舉胺基、羥基、羧基、環氧基、酸酐基,於交聯性基為羥甲基的情況下,反應性官能基可列舉:環氧基、胺基、羥基、羧基等。但是並不限定於該些的組合。
環狀矽氧烷化合物[A]較佳為下述式(1)所表示的化合物。
[化2]
(式(1)中,R1
~R6
分別獨立地為氫原子或碳數1~20的一價有機基。其中,R1
~R6
中的至少一個為具有交聯性基的一價有機基。n為1~18的整數。於n為2以上的情況下,多個R1
彼此可相同亦可不同,多個R2
彼此可相同亦可不同)
所述式(1)中,於R1
~R6
為一價有機基的情況下,作為其具體例,可列舉:碳數1~20的一價烴基、該一價烴基的至少一個氫原子經取代為交聯性基而成的一價基團、於烴基的碳-碳鍵間具有-O-、-COO-、-S-、-NR10
-或-CONR10
-(R10
為氫原子或碳數1~10的一價烴基)的碳數2~20的一價基團、該碳數2~20的一價基團的至少一個氫原子經取代為交聯性基而成的一價基團等,該些基團亦可具有取代基。取代基例如可列舉:羥基、鹵素原子等。
就於液晶配向劑中容易分散的方面、以及可使與聚合體成分的相容性及相對於溶劑的溶解性更良好的方面而言,R1
~R6
較佳為碳數1~20的一價有機基。R1
~R6
的碳數較佳為1~15,更佳為1~10。
R1
~R6
中,具有交聯性基的一價有機基較佳為下述式(2)所表示的基團。
*1
-R7
-X1
…(2)
(式(2)中,R7
為具有鏈狀結構的二價基團,X1
為具有交聯性基的一價基團。「*1
」表示與矽原子的結合鍵)
所述式(2)中,R7
的鏈狀結構較佳為碳數1~10的烷二基、或於該烷二基的碳-碳鍵間具有-O-或-S-的基團,亦可具有取代基。R7
的碳數較佳為1~7,更佳為2~5。
就液晶配向劑的保存穩定性的觀點而言,X1
較佳為具有環氧基(環氧乙烷基或氧環丁基)的一價基團,例如可列舉:縮水甘油氧基、環氧環己基等。
所述式(1)中的與矽原子鍵結的2個一價基團較佳為至少一者(R1
、R3
及R5
)為所述式(2)所表示的基團,另一者(R2
、R4
及R6
)為碳數1~10的一價烴基。R2
、R4
及R6
更佳為碳數1~5的烷基,進而佳為甲基或乙基。
就液晶配向劑中的分散性、與聚合體成分的相容性、以及材料的獲取容易性的觀點而言,n較佳為1~10,進而佳為1~6,特佳為1~4。
環狀矽氧烷化合物[A]亦可進而具有光反應性基。藉由環狀矽氧烷化合物[A]具有光反應性基,就可引起光反應性基的熱反應所致的自交聯的方面、於藉由聚合物穩定配向(Polymer Sustained Alignment,PSA)處理而獲得液晶元件的情況下可獲得與交聯性基同等的耐光性及耐熱性的方面而言較佳。作為光反應性基,較佳為具有碳-碳不飽和鍵的基團,例如可列舉:(甲基)丙烯醯基、乙烯基苯基、乙烯基等。該些中,就光反應性高的方面、容易發生光反應性基的熱反應所致的自交聯的方面而言,特佳為(甲基)丙烯醯基。於環狀矽氧烷化合物[A]具有光反應性基的情況下,為了充分確保交聯性基的導入數,光反應性基的數量較佳為1個~4個,更佳為1個或2個。
就於液晶配向劑中容易分散的方面、可使與聚合體成分的相容性及相對於溶劑的溶解性更良好的方面、以及可充分確保液晶配向膜的膜強度的方面而言,環狀矽氧烷化合物[A]的分子量較佳為未滿1000,更佳為900以下,進而佳為800以下。另外,就抑制環狀矽氧烷化合物[A]揮發的觀點而言,分子量的下限較佳為100以上,更佳為200以上。
作為環狀矽氧烷化合物[A]的具體例,例如可列舉下述式(A-1)~式(A-10)分別所表示的化合物等。再者,作為環狀矽氧烷化合物[A],亦可使用市售品。作為市售品,例如可列舉:CS-697、CS-783(以上為西格瑪奧瑞奇(Sigma-Aldrich)公司製造)、KR-470、X-40-2670、X-40-2678(以上為信越矽利光(Shinetsu Silicone)公司製造)等。
[化3]
[化4]
(式(A-1)~式(A-7)中,R為氫原子或甲基,n為0~18的整數)
就可充分提高所獲得的液晶元件的耐光性及耐熱性的改善效果的方面而言,環狀矽氧烷化合物[A]的含有比例較佳為相對於液晶配向劑中含有的聚合體成分的合計量100質量份而設為0.01質量份以上,更佳為設為0.05質量份以上,進而佳為設為0.1質量份以上。另外,關於環狀矽氧烷化合物[A]的含有比例的上限值,就可抑制液晶配向膜形成時的膜收縮的方面而言,較佳為相對於液晶配向劑中含有的聚合體成分的合計量100質量份而設為40質量份以下,更佳為設為30質量份以下,進而佳為設為20質量份以下。再者,環狀矽氧烷化合物[A]可單獨使用一種,亦可組合使用兩種以上。
<其他成分>
本揭示的液晶配向劑視需要亦可含有除聚合體成分及環狀矽氧烷化合物[A]以外的其他化合物。作為其具體例,例如可列舉:環氧化合物(例如,N,N,N',N'-四縮水甘油基-間苯二甲胺、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-胺基甲基環己烷、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯等)、官能性矽烷化合物(例如,3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷等)、抗氧化劑、金屬螯合化合物、硬化促進劑、界面活性劑、填充劑、分散劑、光增感劑等。其他化合物的調配比例可於無損本揭示的效果的範圍內,根據各化合物而適當選擇。
再者,於併用與環狀矽氧烷化合物[A]不同的化合物作為交聯劑的情況下,該化合物的含有比例相對於液晶配向劑中含有的環狀矽氧烷化合物[A]的合計量,較佳為設為5質量%以下,更佳為設為1質量%以下。
<溶劑成分>
本揭示的液晶配向劑是以溶液狀組成物的形式製備,所述溶液狀組成物是將聚合體成分、環狀矽氧烷化合物[A]、及視需要而任意調配的成分較佳為溶解於有機溶媒中而成。該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。溶劑成分可為該些的一種,亦可為兩種以上的混合溶媒。
作為溶劑成分,可列舉:聚合體的溶解性及調平性高的溶劑(以下,亦稱作「第1溶劑」)、潤濕擴展性良好的溶劑(以下,亦稱作「第2溶劑」)、以及該些的混合溶劑。
作為溶劑的具體例,第1溶劑例如可列舉:N-甲基-2-吡咯啶酮、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、二異丁基酮、碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯、N-乙基-2-吡咯啶酮、N-(正戊基)-2-吡咯啶酮、N-(第三丁基)-2-吡咯啶酮、N-甲氧基丙基-2-吡咯啶酮、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、3-丁氧基-N,N-二甲基丙醯胺、3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺等;
第2溶劑例如可列舉:乙二醇單丁醚(丁基溶纖劑)、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丙醚、二丙酮醇、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇甲基乙基醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單甲醚乙酸酯、3-甲氧基-1-丁醇、環戊酮、乳酸丁酯、乙酸丁酯、甲基甲氧基丙酸酯、乙基乙氧基丙酸酯、丙酸異戊酯、異丁酸異戊酯、丙二醇二乙酸酯、二丙二醇單甲醚、丙二醇單丁醚、二異戊基醚等。再者,溶劑可單獨使用該些中的一種,但較佳為設為第1溶劑與第2溶劑的混合溶劑。
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於液晶配向劑的總質量中所佔的比例)可考慮黏性、揮發性等而適宜選擇,較佳為1質量%~10質量%的範圍。於固體成分濃度未滿1質量%的情況下,塗膜的膜厚過小而難以獲得良好的液晶配向膜。另一方面,於固體成分濃度超過10質量%的情況下,塗膜的膜厚過大而難以獲得良好的液晶配向膜,另外,液晶配向劑的黏性增大而有塗佈性降低的傾向。
<<液晶配向膜及液晶元件>>
本揭示的液晶配向膜是由如所述般製備的液晶配向劑形成。另外,本揭示的液晶元件具備使用所述說明的液晶配向劑而形成的液晶配向膜。液晶元件中的液晶的動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、PSA型(Polymer Sustained Alignment)等各種模式。液晶元件例如可藉由包括以下的步驟1~步驟3的方法來製造。步驟1中,使用基板視所需的動作模式而不同。步驟2及步驟3於各動作模式下通用。
<步驟1:塗膜的形成>
首先,於基板上塗佈液晶配向劑,較佳為對塗佈面進行加熱,藉此於基板上形成塗膜。作為基板,例如可使用包含以下材料的透明基板:浮法玻璃、鈉玻璃等玻璃;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。設置於基板的一個面上的透明導電膜可使用:包含氧化錫(SnO2
)的奈塞(NESA)膜(美國PPG公司註冊商標)、包含氧化銦-氧化錫(In2
O3
-SnO2
)的氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)膜等。於製造TN型、STN型或VA型液晶元件的情況下,使用設置有經圖案化的透明導電膜的兩片基板。另一方面,於製造IPS型或FFS型液晶元件的情況下,使用設置有經圖案化為梳齒型的電極的基板、與並未設置電極的相向基板。對基板塗佈液晶配向劑是於電極形成面上較佳為藉由平板印刷法、柔版印刷法、旋轉塗佈法、輥塗佈機法或噴墨印刷法進行。
塗佈液晶配向劑後,出於防止所塗佈的液晶配向劑的滴液等目的,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。其後,出於將溶劑完全除去、視需要將聚合體成分中的醯胺酸結構加以熱醯亞胺化的目的,而實施鍛燒(後烘烤)步驟。此時的鍛燒溫度(後烘烤溫度)較佳為80℃~250℃,更佳為80℃~200℃。後烘烤時間較佳為5分鐘~200分鐘。如此形成的膜的膜厚較佳為0.001 μm~1 μm。
<步驟2:配向處理>
於製造TN型、STN型、IPS型或FFS型的液晶元件的情況下,實施對所述步驟1中形成的塗膜賦予液晶配向能力的處理(配向處理)。藉此,對塗膜賦予液晶分子的配向能力而成為液晶配向膜。作為配向處理,可使用如下處理:利用捲繞著包含例如尼龍(nylon)、嫘縈(rayon)、棉(cotton)等纖維的布的輥對形成於基板上的塗膜朝一定方向進行摩擦的摩擦處理、或對形成於基板上的塗膜進行光照射而對塗膜賦予液晶配向能力的光配向處理等。另一方面,於製造垂直配向(VA)型液晶元件的情況下,可將所述步驟1中形成的塗膜直接用作液晶配向膜,但為了進一步提高液晶配向能力,亦可對該塗膜實施配向處理。適合於垂直配向型液晶元件的液晶配向膜亦可適合用於PSA型液晶元件。
於光配向處理中,光照射可藉由如下方法等進行:對後烘烤步驟後的塗膜進行照射的方法、對預烘烤步驟後且後烘烤步驟前的塗膜進行照射的方法、於預烘烤步驟及後烘烤步驟的至少任一步驟中於塗膜的加熱過程中對塗膜進行照射的方法。作為照射至塗膜的放射線,例如可使用包含150 nm~800 nm的波長的光的紫外線及可見光線。較佳為包含200 nm~400 nm的波長的光的紫外線。於放射線為偏光的情況下,可為直線偏光亦可為部分偏光。於所使用的放射線為直線偏光或部分偏光的情況下,照射可自垂直於基板面的方向進行,亦可自傾斜方向進行,或者亦可將該些方向組合來進行。非偏光的放射線的情況下的照射方向設為傾斜方向。
作為所使用的光源,例如可列舉: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。對基板面而言的放射線的照射量較佳為400 J/m2
~50,000 J/m2
,更佳為1,000 J/m2
~20,000 J/m2
。於用於賦予配向能力的光照射後,亦可進行對基板表面使用例如水、有機溶媒(例如,甲醇、異丙醇、1-甲氧基-2-丙醇乙酸酯、丁基溶纖劑、乳酸乙酯等)或該些的混合物進行清洗的處理、或對基板進行加熱的處理。
<步驟3:液晶單元的構建>
準備如所述般形成有液晶配向膜的兩片基板,以於兩片基板間與液晶配向膜鄰接地配置有液晶的方式製造液晶單元。於製造液晶單元時,例如可列舉如下方法:以液晶配向膜相向的方式隔著間隙將兩片基板相向配置,藉由密封劑將兩片基板的周邊部貼合,於由基板表面與密封劑所包圍的單元間隙內注入填充液晶並將注入孔密封的方法、利用液晶滴注(One Drop Fill,ODF)方式的方法等。密封劑例如可使用含有硬化劑及作為間隔件(spacer)的氧化鋁球的環氧樹脂等。液晶可列舉向列液晶及層列液晶,其中較佳為向列液晶。PSA模式中,於構建液晶單元後,於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處理。
於製造PSA型的液晶元件的情況下,除了將液晶與光聚合性單體一併注入或滴加至具有導電膜的一對基板間的方面以外,以與所述相同的方式構建液晶單元。再者,光聚合性單體可使用先前公知的化合物。較佳為多官能性(甲基)丙烯酸單體。其後,於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。此處施加的電壓例如可設為5 V~50 V的直流或交流。另外,作為所照射的光,例如可使用包含150 nm~800 nm的波長的光的紫外線及可見光線。該些中,較佳為包含300 nm~400 nm的波長的光的紫外線。照射光的光源例如可使用低壓水銀燈、高壓水銀燈、氘燈、金屬鹵化物燈、氬共振燈、氙燈、準分子雷射等。作為光的照射量,較佳為1,000 J/m2
~200,000 J/m2
,更佳為1,000 J/m2
~100,000 J/m2
。
繼而,視需要於液晶單元的外側表面貼合偏光板,製成液晶元件。偏光板可列舉:以乙酸纖維素保護膜將一面使聚乙烯醇延伸配向一面使其吸收碘而成的被稱為「H膜」的偏光膜夾持所得的偏光板、或包含H膜本身的偏光板。
本揭示的液晶元件可有效地應用於各種用途,例如可應用於鐘錶、可攜式遊戲機、文字處理器、筆記型個人電腦、汽車導航系統、攝錄像機、個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA)、數位相機、行動電話、智慧型手機、各種監視器、液晶電視、資訊顯示器等各種顯示裝置、或調光膜、相位差膜等中。
[實施例]
以下,藉由實施例來具體說明,但本發明並不限定於以下實施例。
於以下的例子中,聚合體的溶液黏度、重量平均分子量(Mw)、數量平均分子量(Mn)、分子量分佈(Mw/Mn)及環氧當量是藉由以下方法進行測定。
<聚合體的溶液黏度>
聚合體的溶液黏度是使用E型黏度計於25℃下進行測定。
<重量平均分子量、數量平均分子量及分子量分佈>
藉由凝膠滲透層析法(GPC)於下述條件下測定Mw及Mn。分子量分佈(Mw/Mn)是根據所獲得的Mw及Mn而算出。
裝置:昭和電工(股)的「GPC-101」
GPC管柱:將島津GLC(SHIMADZU GLC)(股)製造的「GPC-KF-801」、「GPC-KF-802」、「GPC-KF-803」及「GPC-KF-804」連接
移動相:四氫呋喃(tetrahydrofuran,THF)
管柱溫度:40℃
流速:1.0 mL/分鐘
試樣濃度:1.0質量%
試樣注入量:100 μL
檢測器:示差折射計
標準物質:單分散聚苯乙烯
<環氧當量>
環氧當量是藉由日本工業標準(Japanese Industrial Standards,JIS)C 2105中記載的鹽酸-甲基乙基酮法進行測定。
以下示出下述例子中所使用的化合物的簡稱。再者,以下為了方便起見,有時將「式(X)所表示的化合物」簡單表示為「化合物(X)」。
<聚合體的合成>
[合成例2-1:聚醯亞胺的合成]
使作為四羧酸二酐的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐77 g(0.34莫耳)、以及作為二胺的對苯二胺19 g(0.18莫耳)及3,5-二胺基苯甲酸27 g(0.18莫耳)溶解於N-甲基-2-吡咯啶酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)1,260 g中,於室溫下反應6小時,藉此獲得含有聚醯胺酸的溶液。分取少量所獲得的聚醯胺酸溶液,於減壓下進行濃縮,藉此製成濃度為10質量%的溶液,測定出的溶液黏度為80 mPa·s。繼而,於所獲得的聚醯胺酸溶液中追加NMP 600 g,添加吡啶136 g及乙酸酐105 g,於110℃下進行4小時脫水閉環反應。於脫水閉環反應後,利用新的γ-丁內酯對系統內的溶媒進行溶媒置換,進而進行濃縮,藉此獲得含有20質量%的作為醯亞胺化率約為85%的聚醯亞胺的聚合體(PI-1)的溶液600 g。分取少量的該溶液,加入γ-丁內酯而製成濃度為6.0質量%的溶液,測定出的溶液黏度為22 mPa·s。
[合成例2-2:聚醯胺酸的合成]
使作為四羧酸二酐的1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐13.8 g(0.070 mol)、作為二胺的2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯16.3 g(0.0769 mol)溶解於NMP 170 g中,於25℃下進行3小時反應,藉此獲得含有10質量%的聚醯胺酸(將其設為「聚合體(PA-1)」)的溶液。
[合成例2-3:苯乙烯-馬來醯亞胺系共聚體的合成]
於氮氣下,向100 mL二口燒瓶中加入作為聚合單體的化合物(MI-1)5.00 g(8.6 mmol)、4-乙烯基苯甲酸0.64 g(4.3 mmol)、4-(2,5-二側氧-3-吡咯啉-1-基)苯甲酸2.82 g(13.0 mmol)、及4-(縮水甘油氧基甲基)苯乙烯3.29 g(17.2 mmol)、作為自由基聚合起始劑的2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)0.31 g(1.3 mmol)、作為鏈轉移劑的2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯0.52 g(2.2 mmol)、以及作為溶媒的四氫呋喃25 ml,於70℃下進行5小時聚合。再沈澱於正己烷中之後,對沈澱物進行過濾,於室溫下進行8小時真空乾燥,藉此獲得作為苯乙烯-馬來醯亞胺系共聚體的聚合體(StMI-A)。藉由利用GPC的聚苯乙烯換算而測定的重量平均分子量Mw為30000,分子量分佈Mw/Mn為2。
[合成例2-4:苯乙烯-馬來醯亞胺系共聚體的合成]
合成例2-3中,除了代替化合物(MI-1)而使用化合物(MI-2)作為聚合單體以外,與合成例2-3同樣地進行聚合。再沈澱於正己烷中之後,對沈澱物進行過濾,於室溫下進行8小時真空乾燥,藉此獲得作為苯乙烯-馬來醯亞胺系共聚體的聚合體(StMI-B)。藉由利用GPC的聚苯乙烯換算而測定的重量平均分子量Mw為25000,分子量分佈Mw/Mn為2。
[合成例2-5:含環氧基的聚有機矽氧烷的合成]
於具備攪拌機、溫度計、滴加漏斗及回流冷卻管的反應容器中放入2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷100.0 g、甲基異丁基酮500 g及三乙胺10.0 g,於室溫下加以混合。自滴加漏斗花30分鐘向其中滴加去離子水100 g後,於回流下混合且於80℃下進行6小時反應。反應結束後,取出有機層,藉由0.2質量%的硝酸銨水溶液將其清洗至清洗後的水成為中性為止,然後於減壓下將溶媒及水蒸餾去除,藉此,以黏調的透明液體形式獲得含環氧基的聚有機矽氧烷。測定該含環氧基的聚有機矽氧烷(將其設為「聚有機矽氧烷(PS-1)」)的環氧當量,結果為186 g /當量。
<液晶配向劑的製備及評價>
[實施例1]
1. 液晶配向劑(AL-1)的製備
向所述合成例2-1中所獲得的包含聚合體(PI-1)100質量份的溶液中加入所述合成例2-3中所獲得的聚合體(StMI-A)10質量份、化合物(A-1-1)(商品名「KR-470」,信越矽利光(Shinetsu Silicone)公司製造)2質量份、以及作為溶劑的NMP及丁基溶纖劑(butyl cellosolve,BC),從而製成溶劑組成為NMP/BC=50/50(質量比)、固體成分濃度為4.0質量%的溶液。利用孔徑為1 μm的過濾器對該溶液進行過濾,藉此製備液晶配向劑(AL-1)。
2. 光垂直型液晶單元的製造
於帶包含ITO膜的透明電極的玻璃基板的透明電極面上使用旋轉器塗佈所述製備的液晶配向劑(AL-1),並利用80℃的加熱板進行1分鐘預烘烤。其後,於對腔內進行了氮氣置換的烘箱中,以230℃加熱1小時,形成膜厚0.1 μm的塗膜。繼而,使用Hg-Xe燈及格蘭-泰勒稜鏡(glan-taylor prism),從自基板法線傾斜40°的方向對該塗膜表面照射包含313 nm的明線的偏光紫外線1,000 J/m2
而賦予液晶配向能力。反覆進行同樣的操作,製成一對(兩片)具有液晶配向膜的基板。
於所述一對基板中的一片基板的具有液晶配向膜的面的外周,藉由網版印刷來塗佈加入有直徑3.5 μm的氧化鋁球的環氧樹脂接著劑後,使一對基板的液晶配向膜面相向,以各基板的紫外線的光軸於基板面的投影方向成為逆平行的方式進行壓接,於150℃下花1小時使接著劑熱硬化。繼而,自液晶注入口於基板間的間隙中填充負型液晶(默克(Merck)公司製造的MLC-6608)後,藉由環氧系接著劑將液晶注入口密封。進而,為了去除液晶注入時的流動配向,將其以130℃加熱後緩緩冷卻到室溫,從而獲得液晶單元。繼而,於基板的外側兩面,以偏光板的偏光方向彼此正交且與液晶配向膜的紫外線的光軸於基板面的射影方向成45°角度的方式貼合偏光板,藉此製造光垂直型液晶顯示元件。
3. 液晶顯示元件的評價
反覆進行所述操作,製造多個液晶顯示元件,進行以下的耐熱性及耐光性的評價。再者,耐熱性及耐光性的評價分別使用不同的液晶顯示元件來進行。
[耐熱性的評價]
對於所述製造的液晶顯示元件,於60℃下以60微秒的施加時間、167毫秒的跨距(span)施加5 V的電壓後,測定自施加解除起167毫秒後的電壓保持率,並將其設為初期電壓保持率Arf[%]。繼而,將該液晶單元於100℃烘箱內靜置1,000小時而賦予熱應力後,再次於相同條件下測定電壓保持率,並將其設為熱應力後電壓保持率Atm[%]。算出熱應力後電壓保持率Atm相對於初期電壓保持率Arf的降低量α[%](α=Arf-Atm),根據降低量α來評價液晶顯示元件的耐熱性。將該降低量α為1%以下的情況評價為耐熱性「極其良好(◎)」,將降低量α超過1%且為2%以下的情況評價為耐熱性「良好(○)」,將降低量α超過2%且為3%以下的情況評價為耐熱性「可(Δ)」,將降低量α超過3%的情況評價為耐熱性「不良(×)」。結果,該實施例中,耐熱性為「極其良好(◎)」的評價。再者,電壓保持率的測定裝置是使用東陽技術(TOYO Technica)(股)製造的VHR-1。
[耐光性的評價]
對於所述製造的液晶顯示元件,於與耐熱性的評價同樣的條件下測定電壓保持率,並將其設為初期電壓保持率Arf[%]。繼而,將液晶顯示元件靜置於0瓦特型白色螢光燈下5 cm的距離處,照射1,000小時的光而賦予光應力後,再次於相同條件下測定電壓保持率,並將其設為光應力後電壓保持率Agt[%]。算出光應力後電壓保持率Agt相對於初期電壓保持率Arf的降低量β[%](β=Arf-Agt),根據降低量β來評價液晶顯示元件的耐熱性。將該降低量β為1%以下的情況評價為耐熱性「極其良好(◎)」,將降低量β超過1%且為2%以下的情況評價為耐熱性「良好(○)」,將降低量β超過2%且為3%以下的情況評價為耐熱性「可(Δ)」,將降低量β超過3%的情況評價為耐熱性「不良(×)」。結果,該實施例中,耐光性為「極其良好(◎)」的評價。
[實施例2~實施例9以及比較例1、比較例2、比較例4、比較例6]
除了如下述表1~表3所示般變更調配組成以外,以與實施例1相同的溶劑組成及固體成分濃度進行製備,分別獲得液晶配向劑。另外,使用各液晶配向劑以與實施例1同樣的方式製造光垂直型液晶顯示元件並進行各種評價。將該些結果示於下述表1~表3中。
[實施例10]
1. 液晶配向劑(AL-10)的製備
除了將所使用的聚合體變更為所述合成例2-2中所獲得的包含聚合體(PA-1)100質量份的溶液、及所述合成例2-4中所獲得的聚合體(StMI-B)5質量份以外,以與所述實施例1相同的溶媒組成及固體成分濃度來製備液晶配向劑(AL-10)。
2. 液晶組成物的製備
對10 g的向列液晶(默克(Merck)公司製造的MLC-6608)添加5質量%的所述式(L1-1)所表示的液晶性化合物、及0.3質量%的所述式(L2-1)所表示的光聚合性化合物並進行混合,藉此獲得液晶組成物LC1。
3. PSA型液晶顯示元件的製造
使用液晶配向膜印刷機(日本寫真印刷(股)製造)將所述製備的液晶配向劑(AL-10)塗佈於分別具有包含ITO電極的導電膜的兩片玻璃基板的各電極面上,於80℃的加熱板上加熱(預烘烤)2分鐘而將溶媒去除後,於230℃的加熱板上加熱(後烘烤)10分鐘,形成平均膜厚0.06 μm的塗膜。對於該些塗膜,於超純水中進行1分鐘超音波清洗後,於100℃潔淨烘箱中乾燥10分鐘,藉此獲得一對(兩片)具有液晶配向膜的基板。再者,所使用的電極的圖案為與PSA模式中的電極圖案為相同種類的圖案。
繼而,於所述一對基板中的一基板的具有液晶配向膜的面的外緣,塗佈加入有直徑5.5 μm的氧化鋁球的環氧樹脂接著劑後,以液晶配向膜面相對的方式重疊並壓接,使接著劑硬化。繼而,自液晶注入口於一對基板之間填充所述製備的液晶組成物LC1後,藉由丙烯酸系光硬化接著劑將液晶注入口密封,藉此製造液晶單元。其後,於液晶單元的導電膜間施加頻率60 Hz的交流10 V並於液晶驅動的狀態下,使用將金屬鹵化物燈用作光源的紫外線照射裝置以100,000 J/m2
的照射量照射紫外線。再者,該照射量為使用以波長365 nm為基準進行測量的光量計測定的值。其後,於基板的外側兩面,以偏光板的偏光方向彼此正交且與液晶配向膜的紫外線的光軸於基板面的射影方向成45°角度的方式貼合偏光板,藉此製造PSA型液晶顯示元件。
4. 液晶顯示元件的評價
反覆進行所述操作,製造多個液晶顯示元件,以與實施例1同樣的方式進行耐熱性及耐候性的評價。結果,該實施例中,耐熱性及耐光性均為「極其良好(◎)」的評價。
[實施例11~實施例13以及比較例3~比較例5]
除了如下述表2及表3所示般變更調配組成以外,以與實施例10相同的溶劑組成及固體成分濃度進行製備,分別獲得液晶配向劑。另外,使用各液晶配向劑以與實施例10同樣的方式製造PSA型液晶顯示元件,並以與實施例1同樣的方式進行各種評價。將該些結果示於下述表2及表3中。
表1~表3中,「-」表示未使用該欄的化合物。化合物的簡稱如以下所述。
A-1-1:商品名「KR-470」,信越矽利光(Shinetsu Silicone)公司製造(所述式(A-1-1)所表示的化合物)
A-2-1:商品名「CS-697」,西格瑪奧瑞奇(Sigma-Aldrich)公司製造(所述式(A-2-1)所表示的化合物)
A-3-1:商品名「CS-783」,西格瑪奧瑞奇(Sigma-Aldrich)公司製造(所述式(A-3-1)所表示的化合物)
C-1:商品名「X-40-2669」,信越矽利光(Shinetsu Silicone)公司製造(所述式(C-1)所表示的化合物)
C-2:所述合成例2-5的聚有機矽氧烷(PS-1)
C-3:N,N,N',N'-四縮水甘油基-4,4'-二胺基二苯基甲烷(所述式(C-3)所表示的化合物)
根據以上的結果,使用含有環狀矽氧烷化合物[A]作為交聯劑的液晶配向劑的實施例1~實施例13中,液晶顯示元件的耐熱性及耐光性的評價為「極其良好(◎)」或「良好(○)」的結果。
相對於此,除了不含有環狀矽氧烷化合物[A]以外,使液晶配向劑的組成相同的比較例4、比較例5中,與實施例相比,耐光性及耐熱性兩者均差。
另外,於使用作為鏈狀結構的多官能矽氧烷化合物的化合物(C-1)代替環狀矽氧烷化合物[A]的比較例1中,與實施例(實施例1~實施例3)相比,耐光性差,相對於實施例1、實施例2,耐熱性亦差。於使用聚有機矽氧烷(PS-1)代替環狀矽氧烷化合物[A]的比較例2、比較例3中,與實施例(實施例1~實施例3、實施例10~實施例13)相比,耐光性及耐熱性中的任一者均差。
另外,關於使用一直以來所使用的作為交聯劑的化合物(C-3)的比較例6,與實施例相比,耐光性及耐熱性中的任一者亦均差。
根據該些結果可知,藉由使用環狀矽氧烷化合物[A]作為交聯劑,可獲得耐熱性及耐光性優異的液晶元件。
無
無
Claims (8)
- 一種液晶配向劑,其含有:聚合體成分;以及具有交聯性基的環狀矽氧烷化合物[A]。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的液晶配向劑,其中所述聚合體成分為選自由聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚醯亞胺、及具有源自具有聚合性不飽和鍵的單體的結構單元的聚合體所組成的群組中的至少一種。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的液晶配向劑,其含有兩種以上的聚合體作為所述聚合體成分。
- 一種液晶配向膜,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。
- 一種液晶元件,其包括如申請專利範圍第5項所述的液晶配向膜。
- 一種液晶元件的製造方法,其包括: 將如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的液晶配向劑塗佈於一對基板的各者,並照射光,藉此形成液晶配向膜的步驟;以及 將形成有所述液晶配向膜的一對基板隔著液晶層而以所述液晶配向膜相向的方式配置而構建液晶單元的步驟。
- 一種液晶元件的製造方法,其包括: 將如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的液晶配向劑塗佈於具有導電膜的一對基板的各自的所述導電膜上而形成塗膜的步驟; 將塗佈有所述液晶配向劑的一對基板隔著液晶層而以所述塗膜相向的方式配置而構建液晶單元的步驟;以及 於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。
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