TW202403414A - 附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法、及液晶顯示元件之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,係在具有液晶及弱錨定配向膜之液晶胞之製造中使用的附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,包含下列步驟:
將含有係展現弱錨定性之成分之聚合物α、與係不展現弱錨定性且因配向處理而展現單軸配向規制力之成分之聚合物β之弱錨定液晶配向劑塗佈在基板上,在前述基板上設置薄膜;及
對於前述薄膜實施配向處理。
Description
本發明關於能以低廉且不含複雜步驟之方法製造展現弱錨定特性之有機膜(弱錨定膜)之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法、及用以實現更高亮度化、低電壓驅動化之液晶顯示元件。
近年於行動電話、電腦及電視的顯示器等廣泛使用了液晶顯示元件。液晶顯示元件具有薄型、輕量、低耗電等特性,今後期待朝VR(虛擬實境,Virtual Reality)、超高精細之顯示器等更多方面應用。液晶顯示器之顯示方式已有人提出TN(扭轉向列,Twisted Nematic)方式、IPS(面內切換,In-Plane Switching)方式、VA(垂直排列,Vertical Alignment)方式等各種顯示方式,所有的顯示方式皆使用了將液晶誘導成所期望之配向狀態之膜(液晶配向膜)。
尤其在平板電腦、智慧型手機、智慧電視等具備了觸控面板之產品中,使用即使觸碰其顯示也不易受到擾亂之IPS方式較理想,近年為了改善對比度、視野角度特性,使用了FFS(邊界電場切換,Frindge Field Switching)方式之液晶顯示元件、使用了光配向法之液晶配向技術已被採用。
但是,FFS方式比起IPS方式,基板的製造成本高、會發生被稱為Vcom位移之特有的顯示不良係為課題。又,光配向法比起摩擦(rubbing)配向法,在容易適應元件的擴大方面、可大幅改善顯示特性方面具有優點,另一方面,則可列舉原理上的課題(使用光分解型材料的話,則可列舉源自分解物之顯示不良,若為光異構化型,則可列舉因配向力不足所導致之烙印等)。為了解決這些課題,液晶顯示元件製造商、液晶配向膜製造商現在正在進行各種努力。
近年來,有人發現藉由在液晶胞中之液晶與基材之接觸界面形成高分子與液晶之互溶界面(完全濕潤狀態之液體-液晶界面),可作出面內方向不帶有配向規制力的「零面錨定」狀態,報告了無切換閾值、有配向記憶體性的液晶切換器件(參照專利文獻1)。
已有人提出利用了弱錨定技術之弱錨定IPS方式。其比起習知的IPS方式,可實現對比度比之改善、大幅度的低電壓驅動(參照專利文獻2)。
弱錨定IPS方式係藉由在單側之基板使用具有強錨定能量之液晶配向膜,並於另一基板側(具備產生橫電場之電極)使用已施以無錨定能量之處理的有機薄膜來製作。
近年已有人提出藉由在基板直接設置濃厚聚合物刷來製作出弱錨定狀態的弱錨定IPS方式之技術(參照專利文獻3)。
有人提案藉由使用能產生光自由基之液晶配向膜及能自由基聚合之化合物,在液晶中照射UV並使其進行自由基反應以弱錨定化之弱錨定IPS方式(參照專利文獻4)。藉由此技術,已利用可量產的方法達成了對比度比之提升、大幅低電壓驅動,並且達成了高速響應化、烙印的減少。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2006-84536號公報
[專利文獻2] 日本專利第4053530號公報
[專利文獻3] 日本特開2013-231757號公報
[專利文獻4] 國際公開第2019/004433號小冊
(發明欲解決之課題)
於基板直接設置濃厚聚合物刷之方法(專利文獻3),考量需要在基板設置反應點的表面處理步驟、及使聚合物從基板表面之反應點成長的步驟故步驟複雜化之觀點、及因需高程度的脫氧條件故環境需要嚴格控制之觀點,技術上的難度高,於量產化方面不實際。而有人提案藉由在基板上塗佈具有固著部位之瓶刷聚合物以獲得弱錨定IPS顯示元件之方法,但是製造瓶刷聚合物時使用具有聚合開始部位之巨分子單體,且皆使用活性自由基聚合製造,故會有難以大量供給的問題。而且瓶刷聚合物缺乏溶劑選擇性,據認為有對於以往頻繁使用之N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、γ-丁內酯(GBL)等之溶解性低等,在通常使用的塗佈步驟重大之課題,因其結構,對於密封劑、基板上之密合性亦欠缺,故需考量能將此等問題予以解決的方法。
在使用能光自由基聚合反應及自由基聚合之化合物進行弱錨定化之方法(專利文獻4),據認為存有液晶注入時之高真空狀態下之聚合性添加劑之揮發、液晶元件製作後之紫外線照射步驟之對於液晶組成物之不利影響等課題。
弱錨定IPS方式,需要在構成液晶胞之二片基材中之一片形成弱錨定配向膜,所以電壓off時之響應速度變慢。其係弱錨定IPS方式特有的課題。據認為由於響應速度變慢,動畫之影像顯示品質會惡化、能應用的用途大為受限,所以在弱錨定IPS實用化之觀點,高速響應化可謂最大的課題。
若能夠解決如此的技術的課題,則對於面板製造商而言,能夠以簡便且良好的良率生產電池省電化、畫質提升等方面有優勢的弱錨定IPS液晶顯示元件。
本發明係為了解決如上述課題而成,能夠解決在弱錨定IPS中難兼顧的弱錨定性及電壓off時之高速響應化。亦即本發明的目的為提供不發生預傾角、能同時達成低電壓驅動及電壓OFF時之高速響應化之附設有弱錨定配向膜之基板、及使用了此基板的液晶顯示元件。
(解決課題之方式)
本案發明人等為了解決上述課題而努力研究,結果發現能夠解決上述課題,完成了具有以下要旨之本發明。
亦即,本發明包括以下事項。
[1] 一種附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,係在具有液晶及弱錨定配向膜之液晶胞之製造中使用的附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,包含下列步驟:
將含有係展現弱錨定性之成分之聚合物α、與係不展現弱錨定性且因配向處理而展現單軸配向規制力之成分之聚合物β之弱錨定液晶配向劑塗佈在基板上,在前述基板上設置薄膜;及
對於前述薄膜實施配向處理。
[2] 如[1]之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,前述聚合物β為藉由進行配向處理而具有水平配向規制力之聚合物。
[3] 如[1]或[2]之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,前述弱錨定配向膜係經單軸配向處理之液晶配向膜。
[4] 如[1]至[3]中任一項之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,前述聚合物α含有選自由下列聚合物A、聚合物B及聚合物C構成之群組中之至少1種,
聚合物A:係具有和前述液晶互溶之嵌段鏈段(A)、及和前述液晶不互溶或因煅燒而變得不溶化於前述液晶之嵌段鏈段(B)之嵌段共聚物,
聚合物B:係具有幹聚合物、及作為前述幹聚合物之側鏈而鍵結於前述幹聚合物之枝聚合物之接枝共聚物,且係前述枝聚合物和前述液晶互溶,前述幹聚合物係不溶於前述液晶或因煅燒而不溶化於前述液晶之接枝共聚物,
聚合物C:係具有和前述液晶互溶之聚合物單元且因加熱而和前述聚合物β反應之聚合物。
[5] 如[4]之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,
其中,前述聚合物A中之前述嵌段鏈段(A)含有選自由下式(2)表示之化合物、下式(3)表示之化合物、下式(4)表示之化合物、及下式(5)表示之化合物構成之群組中之至少1種作為構成成分,
前述聚合物A中之前述嵌段鏈段(B)含有下式(6)表示之化合物作為構成成分,
[化1]
式(2)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,X表示單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、或硫醚鍵,R
1表示也可插入了鍵結基之碳數1~20之烷基,n為1~2之整數,n為2時,2個X及R
1可分別相同也可不同,
[化2]
式(3)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,S表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基,T表示下式(3-T)表示之有機基,n為1~2之整數,n為2時,2個T可相同也可不同,惟n為2時,S表示也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基,
[化3]
式(3-T)中,*代表鍵結部位,X為選自單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、硫醚鍵、-Si(R
1)(R
2)-(R
1及R
2各自獨立地表示鍵結於Si之烷基)、-Si(R
3)(R
4)-O-(R
3及R
4各自獨立地表示鍵結於Si之烷基)、及-N(R
5)-(R
5表示鍵結於N之氫原子或烷基)中之鍵結基,Cy表示6~20員環之非芳香族之環狀基,
[化4]
式(4)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R
1表示碳數1~10之直鏈或具有分支結構之脂肪族烴基,3個X各自獨立地表示氫原子或下式(4-X),惟3個X中之至少一個表示式(4-X),
[化5]
式(4-X)中,Y表示單鍵、-O-、-S-或-N(R)-(R表示鍵結於N之氫原子或碳數1~4之烷基),*代表鍵結部位,R
2、R
3、及R
4各自獨立地表示碳數1~6之烷基或也可具有取代基之芳香族烴基,
[化6]
式(5)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R
1~R
3各自獨立地表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之伸烷基,Ar表示也可具有取代基之芳香族烴基,X
1及X
2各自獨立地表示氫原子、或也可具有取代基之芳香族烴基,R
1X
1與R
2X
2與R
1X
1及R
2X
2所鍵結之碳原子亦可一起形成環,惟R
1X
1、R
2X
2及R
3之合計碳數為1以上,
[化7]
式(6)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,n為1~2之整數,Z表示下式(6-Z)表示之基,n為2時,2個Z可相同也可不同,
[化8]
式(6-Z)中,L表示選自由三烷氧基矽基、異氰酸酯基、封端異氰酸酯基、環氧基、氧雜環丁烷基、乙烯基、烯丙基、㗁唑啉基、胺基、保護胺基、苯胺基、保護苯胺基、羥基、保護羥基、苯酚基、保護苯酚基、硫醇基、保護硫醇基、硫苯酚基、保護硫苯酚基、醛基、羧基、馬來醯亞胺基、N-羥基琥珀醯亞胺酯基、也可插入了鍵結基之碳數5~18之芳香族烴基、也可插入了鍵結基之碳數5~18之芳香族雜環基、桂皮酸基、桂皮酸芳香族酯基、桂皮酸烷酯基、桂醯基、苯基苯甲酸酯基、偶氮苯基、N-亞苄基苯胺基、二苯乙烯基、及二苯基乙炔基構成之群組中之官能基,J表示單鍵或碳數1~6之脂肪族烴基,K於和芳香族烴基鍵結時,表示選自單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、脲鍵、胺甲酸酯鍵、及硫醚鍵中之連結基,其餘情形時表示單鍵,*表示鍵結部位,m為1~3之整數,m為2或3時,多個K及L可相同也可不同,惟J為單鍵時,m為1。
[6] 如[4]或[5]之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,前述聚合物B中之前述枝聚合物來自下式(7)表示之巨分子單體,
[化9]
式(7)中,P表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,Q係藉由將含有下式(2)~(5)表示之化合物之至少1種之單體予以聚合而獲得之結構,n為1~2之整數,n為2時,2個Q可相同也可不同,
[化10]
式(2)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,X表示單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、或硫醚鍵,R
1表示也可插入了鍵結基之碳數1~20之烷基,n為1~2之整數,n為2時,2個X及R
1可分別相同也可不同,
[化11]
式(3)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,S表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基,T表示下式(3-T)表示之有機基,n為1~2之整數,n為2時,2個T可相同也可不同,惟n為2時,S表示也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基,
[化12]
式(3-T)中,*代表鍵結部位,X為選自單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、硫醚鍵、-Si(R
1)(R
2)-(R
1及R
2各自獨立地表示鍵結於Si之烷基)、-Si(R
3)(R
4)-O-(R
3及R
4各自獨立地表示鍵結於Si之烷基)、及-N(R
5)-(R
5表示鍵結於N之氫原子或烷基)中之鍵結基,Cy表示6~20員環之非芳香族之環狀基,
[化13]
式(4)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R
1表示碳數1~10之直鏈或具有分支結構之脂肪族烴基,3個X各自獨立地表示氫原子或下式(4-X),惟3個X中之至少一個表示式(4-X),
[化14]
式(4-X)中,Y表示單鍵、-O-、-S-或-N(R)-(R表示鍵結於N之氫原子或碳數1~4之烷基),*代表鍵結部位,R
2、R
3、及R
4各自獨立地表示碳數1~6之烷基或也可具有取代基之芳香族烴基,
[化15]
式(5)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R
1~R
3各自獨立地表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之伸烷基,Ar表示也可具有取代基之芳香族烴基,X
1及X
2各自獨立地表示氫原子、或也可具有取代基之芳香族烴基,R
1X
1與R
2X
2與R
1X
1及R
2X
2所鍵結之碳原子亦可一起形成環,惟R
1X
1、R
2X
2及R
3之合計碳數為1以上。
[7] 如[4]至[6]中任一項之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,前述聚合物B中之前述幹聚合物含有下式(6)表示之化合物作為構成成分,
[化16]
式(6)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,n為1~2之整數,Z表示下式(6-Z)表示之基,n為2時,2個Z可相同也可不同,
[化17]
式(6-Z)中,L表示選自由三烷氧基矽基、異氰酸酯基、封端異氰酸酯基、環氧基、氧雜環丁烷基、乙烯基、烯丙基、㗁唑啉基、胺基、保護胺基、苯胺基、保護苯胺基、羥基、保護羥基、苯酚基、保護苯酚基、硫醇基、保護硫醇基、硫苯酚基、保護硫苯酚基、醛基、羧基、馬來醯亞胺基、N-羥基琥珀醯亞胺酯基、也可插入了鍵結基之碳數5~18之芳香族烴基、也可插入了鍵結基之碳數5~18之芳香族雜環基、桂皮酸基、桂皮酸芳香族酯基、桂皮酸烷酯基、桂醯基、苯基苯甲酸酯基、偶氮苯基、N-亞苄基苯胺基、二苯乙烯基、及二苯基乙炔基構成之群組中之官能基,J表示單鍵或碳數1~6之脂肪族烴基,K於和芳香族烴基鍵結時,表示選自單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、脲鍵、胺甲酸酯鍵、及硫醚鍵中之連結基,其餘之情形,表示單鍵,*表示鍵結部位,m為1~3之整數,m為2或3時,多個K及L可相同也可不同,惟J為單鍵時,m為1。
[8] 如[4]至[7]中任一項之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,前述聚合物C為下式(8)表示之聚合物,
[化18]
式(8)中,A表示選自下式(8-A-1)~(8-A-16)中之具有因加熱而和前述聚合物β反應之基之分子量500以下之n價有機基,
Q係含有選自由下式(2)~(5)表示之化合物構成之群組中之至少1種作為構成成分之和前述液晶互溶之2價聚合物單元,
R係選自下式(8-R-1)~(8-R-11)之不會因加熱而和前述聚合物β反應之分子量500以下之1價有機基,
n為1~2之整數,n為2時,2個Q及R可分別相同也可不同,
[化19]
式(8-A-1)~(8-A-16)中,R
1及R
2各自獨立地表示氫原子或碳數1~12之直鏈或分支烷基,R
3及R
4各自獨立地表示單鍵或碳數1~12之直鏈或分支伸烷基,X表示氧原子或硫原子,*表示鍵結部位,
[化20]
式(8-R-1)~(8-R-11)中,R
1及R
2各自獨立地表示氫原子或碳數1~12之直鏈或分支烷基,R
3及R
4各自獨立地表示單鍵或碳數1~12之直鏈或分支伸烷基,*表示鍵結部位,
[化21]
式(2)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,X表示單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、或硫醚鍵,R
1表示也可插入了鍵結基之碳數1~20之烷基,n為1~2之整數,n為2時,2個X及R
1可分別相同也可不同,
[化22]
式(3)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,S表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基,T表示下式(3-T)表示之有機基,n為1~2之整數,n為2時,2個T可相同也可不同,惟n為2時,S表示也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基,
[化23]
式(3-T)中,*代表鍵結部位,X為選自單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、硫醚鍵、-Si(R
1)(R
2)-(R
1及R
2各自獨立地表示鍵結於Si之烷基)、-Si(R
3)(R
4)-O-(R
3及R
4各自獨立地表示鍵結於Si之烷基)、及-N(R
5)-(R
5表示鍵結於N之氫原子或烷基)中之鍵結基,Cy表示6~20員環之非芳香族之環狀基,
[化24]
式(4)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R
1表示碳數1~10之直鏈或具有分支結構之脂肪族烴基,3個X各自獨立地表示氫原子或下式(4-X),惟3個X中之至少一個表示式(4-X),
[化25]
式(4-X)中,Y表示單鍵、-O-、-S-或-N(R)-(R表示鍵結於N之氫原子或碳數1~4之烷基),*代表鍵結部位,R
2、R
3、及R
4各自獨立地表示碳數1~6之烷基或也可具有取代基之芳香族烴基,
[化26]
式(5)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R
1~R
3各自獨立地表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之伸烷基,Ar表示也可具有取代基之芳香族烴基,X
1及X
2各自獨立地表示氫原子、或也可具有取代基之芳香族烴基,R
1X
1與R
2X
2與R
1X
1及R
2X
2所鍵結之碳原子亦可一起形成環,惟R
1X
1、R
2X
2及R
3之合計碳數為1以上。
[9] 如[5]、[6]、及[8]中任一項之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,前述式(2)中之M為下列表示之任一結構,
前述式(3)中之M為下列表示之任一結構,
前述式(4)中之M為下列表示之任一結構,
前述式(5)中之M為下列表示之任一結構,
[化27]
式中,R
1、及R
2各自獨立地表示氫原子或碳數1~12之直鏈或分支烷基,X、Y、及Z各自獨立地表示氧原子或硫原子,*、*
1及*
2表示鍵結部位,*
1及*
2中之任一者為氫原子或也可被碳數1~12之直鏈或分支烷基取代,n表示1~5之整數。
[10] 如[1]至[9]中任一項之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,前述聚合物β係選自由聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚醯胺、聚脲、及聚(甲基)丙烯酸酯構成之群組中之至少一種聚合物。
[11] 如[1]至[10]中任一項之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,前述聚合物β係藉由使含有選自由四羧酸二酐及其衍生物構成之群組中之至少一個化合物之四羧酸衍生物成分與二胺成分聚合反應而獲得之選自由聚醯亞胺前驅物、及係該聚醯亞胺前驅物之醯亞胺化物的聚醯亞胺構成之群組中之聚合物。
[12] 如[11]之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,前述四羧酸衍生物成分含有下式(9)表示之四羧酸二酐,
[化28]
式(9)中,X表示選自由下式(X-1)~(X-17)、及(XR-1)~(XR-2)構成之群組中之結構,
[化29]
[化30]
式(X-1)~(X-17)中,R
1~R
4各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、碳數1~6之烷基、碳數2~6之烯基、碳數2~6之炔基、含有氟原子之碳數1~6之1價有機基、碳數1~6之烷氧基、碳數2~6之烷氧基烷基、碳數2~6之烷氧基羰基、或苯基,R
5及R
6各自獨立地表示氫原子或甲基,
式(XR-1)~(XR-2)中,j及k為0或1之整數,A
1及A
2各自獨立地表示單鍵、-O-、-CO-、-COO-、伸苯基、磺醯基、或醯胺基,多個A
2各自可相同也可不同,
*1為鍵結於其中一酸酐基之原子鍵,*2為鍵結於另一酸酐基之原子鍵。
[13] 如[12]之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,前述式(X-1)選自由下式(X1-1)~(X1-6)構成之群組,
[化31]
式(X1-1)~(X1-6)中,*1為鍵結於其中一酸酐基之原子鍵,*2為鍵結於另一酸酐基之原子鍵。
[14] 如[11]至[13]中任一項之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,前述二胺成分含有下式(10)表示之二胺,
[化32]
式(10)中,Ar
1、及Ar
1’各自獨立地表示苯環、聯苯結構、或萘環,該苯環、該聯苯結構、或該萘環上之1個以上之氫原子也可被1價基取代,L
1及L
1’各自獨立地表示單鍵、-O-、-C(=O)-、或-O-C(=O)-,A表示-CH
2-、碳數2~12之伸烷基、或該伸烷基之碳-碳鍵之間插入了-O-、-C(=O)-O-、及-O-C(=O)-中之至少任一基而成之2價有機基,A擁有之任意氫原子亦可被鹵素原子取代。
[15] 如[4]至[14]中任一項之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,前述聚合物C係利用活性聚合或鏈轉移聚合獲得之聚合物。
[16] 一種液晶顯示元件之製造方法,包括利用如[1]至[15]中任一項之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法製造附設有弱錨定配向膜之基板之步驟。
(發明之效果)
依照本發明,能夠解決在弱錨定IPS難兼顧的弱錨定性及電壓off時之高速響應化。又,藉由使用本發明之材料及方法,能夠提供不發生預傾角、能同時達成低電壓驅動及電壓OFF時之高速響應化之弱錨定配向膜、及使用其之液晶顯示元件。
(弱錨定)
本發明中「弱錨定」係指具有控制液晶分子對基板朝方位角方向或極角方向進行配向之力,但完全沒有錨定強度(亦即保持液晶分子的位置、或即使液晶分子的配向發生變化仍會回復到原本的狀態之界面彈性能量)、或即使有也比液晶彼此之分子間作用力弱之意,係指本發明之弱錨定中,方位角錨定強度(A
2)比10
-5[J/m
2]小的情況。如日本特開2013-231757號公報之記載,已知藉由在基材界面設置能和液晶形成完全濕潤狀態之聚合物並使其和液晶接觸,能形成高分子-液晶混合層並展現弱錨定狀態。
(弱錨定配向膜)
本發明中,「弱錨定配向膜」,係指藉由和液晶接觸,會形成弱錨定狀態之膜,不限於固體膜,也涵蓋被覆固體表面之液體膜。
又,「弱錨定配向膜」也稱為「弱錨定液晶配向膜」。
(強錨定、強錨定配向膜)
本發明中「強錨定」係指具有可控制液晶分子沿單軸配向進行配向,且即使從外部給予能量仍可保持液晶之配向、或即使液晶分子之配向發生變化仍可回復原本的位置之錨定強度之意,係指本發明之強錨定中,方位角錨定強度(A
2)比10
-4[J/m
2]大的情況。又,「強錨定配向膜」係指藉由和液晶接觸而形成強錨定狀態的膜之意,不限於固體膜,也涵蓋被覆固體表面之液體膜。
又,「強錨定配向膜」也稱為「強錨定液晶配向膜」。
(弱錨定液晶顯示元件)
可藉由將上述定義之弱錨定配向膜與強錨定配向膜分別塗佈於設有電極之基板,並以成對的方式進行貼合來製作弱錨定液晶顯示元件。弱錨定液晶顯示元件由於其中之一的液晶配向膜之方位角錨定強度無限小,因此能以弱電場、外場能量誘發液晶之配向變化,亦可使通常不動的區域之液晶分子發生配向變化,故尤其在如IPS、FFS之類使用了梳齒電極之顯示元件中,電場強度弱的電極上之液晶分子也可予以驅動,因此比起成對之配向膜兩者皆以強錨定配向膜構成之液晶顯示元件,可使其高透射率化及使驅動電壓低電壓化。
方位角錨定強度係表示液晶分子與液晶配向膜間的界面彈性能量之強度相對於方位角方向之指標。計算方位角錨定強度之方法可使用扭矩平衡法、強電場法、幾何(geometry)法(外場施加法)、弗氏轉變(Frederik’s transition)法等。
(聚合物合金)
本發明中之「聚合物合金」之一實施形態,係由弱錨定液晶配向劑含有之係展現弱錨定性之成分之聚合物(以下有時稱為「聚合物α」)與係不展現弱錨定性且因配向處理而展現單軸配向規制力之成分之聚合物(以下有時稱為「聚合物β」)構成之聚合物合金。弱錨定液晶配向劑,使用在使液晶顯示元件使用之液晶配向膜,亦即液晶配向膜之形成中。
本發明之聚合物合金,特徵為係使聚合物α及聚合物β各至少1種以上混合而獲得。理想的實施形態中,聚合物α展現優良的弱錨定性(也稱為「弱錨定成分」),而聚合物β不展現弱錨定性,且是藉由配向處理而展現單軸配向規制力。又,可藉由選擇適當的聚合物β,利用對於基板之固著、聚合物彼此的交聯、和密封劑成分之交聯,而對於弱錨定配向膜賦予優良的膜硬度、優良的密封劑密合強度,又,能獲得溶劑選擇性、塗佈性優異之弱錨定液晶配向劑。
國際公開第2019/004433號小冊,提出應用了使用活性聚合而枝聚合物之密度高的接枝共聚物(稱為聚合物刷)之弱錨定液晶顯示元件。該聚合物刷,係使用將枝聚合物延長之方法(grafting from法)合成,需要使用活性聚合來合成。又,藉由對於枝聚合物導入有助於和基板之密合提升之基,以嘗試改善基板與聚合物之密合性,但是若導入量增多,有損及弱錨定性之可能性,且枝聚合物之密度非常高,所以,據認為和溶劑之溶劑合不易發生,尤其據認為會存在和NMP、γ-丁內酯等高沸點且極性比較高的溶劑的親和性。
申請人驗證時,也探討了使用非聚合物刷之利用活性聚合製得之嵌段共聚物之弱錨定液晶配向劑並提出專利申請(日本特願2021-96448、WO202/2260048),但都得到聚合物之溶劑選擇性及密合強度減低的結果,和聚合物刷同樣,據認為存在和精密合成的聚合物共通的課題。本結果記載在實施例。
本發明之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,係使用在具有液晶及弱錨定配向膜之液晶胞之製造中。
本發明之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法包括以下之步驟。
・將含有聚合物α及聚合物β之弱錨定液晶配向劑塗佈在基板上並在基板上設置薄膜,
・對於薄膜實施配向處理
待塗佈弱錨定液晶配向劑之基板,只要是透明性高的基板即可,無特殊限制,宜為在基板上形成了用以驅動液晶之透明電極之基板為較佳。具體例如後述。
在基板上塗佈弱錨定液晶配向劑之方法無特殊限制,例如:旋塗法、印刷法、噴墨法、噴塗法、輥塗法等,考量生產性方面,工業上以轉印印刷法為較佳。
弱錨定液晶配向劑塗佈在基板上後,也可進行乾燥及/或煅燒。乾燥及煅燒之條件無特殊限制,例如:後述條件。
薄膜之厚度可視需要選擇,較佳為5nm以上,更佳為10nm以上時,液晶顯示元件之可靠性提高故為理想。又,薄膜之厚度較佳為300nm以下,更佳為150nm以下時,液晶顯示元件之耗電不會變得極大,故為理想。
對於薄膜實施之配向處理較佳為單軸配向處理。
實施單軸配向處理之方法,例如利用光配向法、斜向蒸鍍法、摩擦、磁場所為之單軸配向處理等。
實施藉由對於一方向進行摩擦處理所為之配向處理時,例如:邊使捲繞了摩擦布之摩擦輥旋轉,邊以使摩擦布與膜接觸的方式使基板移動。使用光配向法時,可係對於膜全面照射特定波長的偏光UV,並視需要加熱以配向處理。
為形成了梳齒電極之基板時,取決於液晶之電物性來選擇方向,當使用具有正的介電異向性的液晶時,摩擦方向宜為和梳齒電極之延伸方向大致相同方向較佳。
本發明之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法之一實施形態,係在基板上形成由將聚合物α與聚合物β混合獲得之聚合物合金構成的有機膜,對其實施配向處理(較佳為單軸配向處理)。聚合物α宜含有選自由聚合物A、聚合物B及聚合物C構成之群組中之至少1種。聚合物β宜為選自由聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚醯胺、聚脲、及聚(甲基)丙烯酸酯構成之群組中之至少一種聚合物。如後述實施例具體驗證,聚合物β是因摩擦配向處理、光配向處理而展現優良的單軸配向規制力的聚合物,藉由對於由聚合物α與聚合物β構成之弱錨定配向膜實施配向處理(較佳為單軸配向處理),能維持充分的弱錨定性且使電壓off時之響應速度高速化。再者,藉由選擇適當聚合物β,利用對於基板之固著、聚合物彼此的交聯、和密封劑成分之交聯,能對於弱錨定配向膜賦予優良的膜硬度、優良的密封劑密合強度,又,可獲得溶劑選擇性、塗佈性優異之弱錨定液晶配向劑。
(聚合物A)
聚合物A之一實施形態,係具有和液晶互溶之嵌段鏈段(A)、及和液晶不互溶或因煅燒而對於前述液晶不溶化之嵌段鏈段(B)之共聚物。
聚合物A,例如:是由因活性聚合而獲得之2種以上之嵌段鏈段構成的線形共聚物,至少1個嵌段鏈段由會溶解於液晶之嵌段鏈段(A)構成,至少1個嵌段鏈段由不會溶解於液晶或因煅燒而對於液晶不溶化之嵌段鏈段(B)構成。
聚合物A中之嵌段鏈段(A),宜含有選自由下式(2)表示之化合物、下式(3)表示之化合物、下式(4)表示之化合物、及下式(5)表示之化合物構成之群組中之至少1種作為構成成分較佳。
聚合物A中之嵌段鏈段(B),宜含有下式(6)表示之化合物作為構成成分較佳。
聚合物A,聚合物A中的嵌段鏈段(A)為由選自由下式(2)~(5)表示之化合物構成之群組中之至少1種合成之聚合物且嵌段鏈段(B)為由下式(6)表示之化合物合成之聚合物較佳。
本案申請人,就不發生預傾角而能安定地製作弱錨定橫電場液晶顯示元件之液晶組成物含有之有助於弱錨定發生之自由基聚合性化合物而言,發現了下式(2)表示之化合物、式(3)表示之化合物、式(4)表示之化合物、及式(5)表示之化合物並已提出專利申請(日本特願2020-134149、日本特願2020-163212、日本特願2021-041196、WO2022/030602、WO2022/071286、WO2022/196565、WO2019/004433。藉由在此引用,該等申請案及公開公報之內容皆和明示為同程度地納入於本說明書)。
又,本案申請人發現了含有聚合物A之弱錨定液晶配向劑比起習知的方法,能夠更簡便且安定地製造弱錨定膜、且即使是窄晶胞隙化也仍不發生預傾角而安定地同時達成低電壓驅動及電壓OFF時之高速響應化,且能減少烙印,提供在低溫環境能兼顧高背光透射率及低電壓驅動之橫電場液晶顯示元件,並已提出專利申請(日本特願2021-96448、及WO202/2260048。藉由在此引用,該等申請案及公開公報之內容皆和明示為同程度地納入於本說明書)。
共聚物擁有之嵌段鏈段可為3種以上。
共聚物較佳為主鏈不分支而是以直鏈狀延伸的共聚物。
[化33]
式(2)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,X表示單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、或硫醚鍵,R
1表示也可插入了鍵結基之碳數1~20之烷基,n為1~2之整數。n為2時,2個X及R1可分別相同也可不同。
也可插入了鍵結基之碳數1~20之烷基中的鍵結基,例如:醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、硫醚鍵、-Si(R
11)(R
12)-(R
11及R
12各自獨立地表示鍵結於Si之烷基。)、-Si(R
13)(R
14)-O-(R
13及R
14各自獨立地表示鍵結於Si之烷基。)、-N(R
15)-(R
15表示鍵結於N之氫原子或烷基。)。R
11~R
15中的烷基,例如:碳數1~6之烷基。
[化34]
式(3)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,S表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基,T表示下式(3-T)表示之有機基,n為1~2之整數。n為2時,2個T可相同也可不同。惟n為2時,S表示也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基。
[化35]
式(3-T)中,*代表鍵結部位。X為選自單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、硫醚鍵、-Si(R
1)(R
2)-(R
1及R
2各自獨立地表示鍵結於Si之烷基。)、-Si(R
3)(R
4)-O-(R
3及R
4各自獨立地表示鍵結於Si之烷基。)、及-N(R
5)-(R
5表示鍵結於N之氫原子或烷基。)中的鍵結基,Cy表示6~20員環之非芳香族之環狀基。
式(3)中之S之飽和烴基,係指從飽和烴取走n+1個氫原子而成的n+1價基(n係和式(3)中之n為相同的整數)。n為1時,飽和烴基為伸烷基。
式(3)中之S中,插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基,係指在碳數2~6之飽和烴基內之碳-碳間插入鍵結基之n+1價基、或在碳數1~6之飽和烴基和其鍵結之原子(例如:碳原子)之間插入了鍵結基之n+1價基。
式(3)中之S之鍵結基,例如:碳-碳不飽和鍵、醚鍵(-O-)、酯鍵(-COO-或-OCO-)、醯胺鍵(-CONH-或-NHCO-)等。碳-碳不飽和鍵,例如:碳-碳雙鍵等,插入了碳-碳雙鍵之碳數1~6之飽和烴基,宜不在其末端而在內部具有碳-碳雙鍵較佳。
n為1時,也可插入了鍵結基之碳數1~6之伸烷基,例如:碳數1~6之伸烷基、碳數1~6之氧伸烷基等。
碳數1~6之伸烷基,可為直鏈伸烷基,也可為分支伸烷基,也可為環狀伸烷基。
式(3-T)之X中,-Si(R
1)(R
2)-之R
1及R
2,各自獨立地為和Si鍵結之烷基,例如:碳數1~6之烷基。
式(3-T)之X中,-Si(R
3)(R
4)-O-之R
3及R
4,各自獨立地為和Si鍵結之烷基,例如:碳數1~6之烷基。
式(3-T)之X中,-N(R
5)-之R
5係和N鍵結之氫原子或烷基。烷基,例如:碳數1~6之烷基。
式(3-T)中,Cy為6~20員環之非芳香族之環狀基,為8~18員環之非芳香族之環狀基較佳。又,Cy也可為12~20員環之非芳香族之環狀基。式(3-T)中之X,係和Cy中之構成環之原子鍵結。
非芳香族之環狀基中之構成環之原子,例如:碳原子、氧原子、氮原子、矽原子等。
構成環之原子-原子間之鍵結可為單鍵,也可為雙鍵,也可為參鍵,單鍵為較佳。
非芳香族之環狀基中之環,例如:環狀烷、環狀醚、環狀矽氧烷等。環狀醚,例如:冠醚。例如:12-冠-4中,構成環之原子為碳原子及氧原子,員數為12。
環可為單環,也可為多環。多環中之環之數,例如:2~4。
多環中之各環彼此之鍵結方式,例如:包括以下之3種。
・共用1原子:例如螺環化合物
・共用2原子:如十氫萘般2個環共用2個原子的情況
・橋聯結構:如降莰烷般視為2個環共用3個原子以上的情況
另外,為多環時,係以構成環之原子之數為其員環數。例如降莰烷為7員環。
構成環之原子上,也可將氫原子替換成鹵素原子,或鍵結碳數1~6之烷基。鹵素原子可列舉例如:氟原子、氯原子等。
[化36]
式(4)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R
1表示碳數1~10之直鏈或具有分支結構之脂肪族烴基,3個X各自獨立地表示氫原子或下式(4-X)。惟3個X中之至少一個表示式(4-X)。
[化37]
式(4-X)中,Y表示單鍵、-O-、-S-或-N(R)-(R表示鍵結於N之氫原子或碳數1~4之烷基。),*代表鍵結部位。R
2、R
3、及R
4各自獨立地表示碳數1~6之烷基或也可具有取代基之芳香族烴基。
式(4)中之R
1中之脂肪族烴基之碳數為1~10,也可為碳數1~8,也可為碳數1~6,也可為碳數1~4。
式(4-X)中之R
2、R
3、及R
4中,碳數1~6之烷基,例如:碳數1~5之烷基,也可為碳數1~4之烷基。此等烷基可為直鏈結構,也可為分支結構。
式(4-X)中之R
2、R
3、及R
4之芳香族烴基,可為無取代,也可氫原子被取代基取代。
也可具有取代基之芳香族烴基之取代基,例如:鹵素原子、碳數1~4之烷基、碳數1~4之烷氧基、碳數1~4之鹵化烷基、碳數1~4之鹵化烷氧基等。鹵化烷基、及鹵化烷氧基中的鹵化,可為全部鹵化,也可為部分鹵化。鹵素原子,例如:氟原子、氯原子等。
也可具有取代基之芳香族烴基之芳香族烴基,例如:苯基、萘基。
芳香族烴基中之取代基之數目無特殊限制。
式(4)中,式(4-X)為1個以上,也可為1個,也可為2個,也可為3個。
式(4)中,3個X各自獨立地表示。所以,式(4)中,式(4-X)為2個以上時,2個以上之式(4-X)可為相同結構,也可為不同結構。
式(4-X)中,R
2、R
3、及R
4中之至少一個也可是也可具有取代基之芳香族烴基。所以,式(4-X)中,可係R
2、R
3、及R
4之一個為也可具有取代基之芳香族烴基,也可係R
2、R
3、及R
4中的二個為也可具有取代基之芳香族烴基,也可係R
2、R
3、及R
4之三個為也可具有取代基之芳香族烴基。
[化38]
式(5)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R
1~R
3各自獨立地表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之伸烷基,Ar表示也可具有取代基之芳香族烴基,X
1及X
2各自獨立地表示氫原子、或也可具有取代基之芳香族烴基,R
1X
1與R
2X
2與R
1X
1及R
2X
2所鍵結之碳原子亦可一起形成環。惟R
1X
1、R
2X
2及R
3之合計碳數為1以上。
式(5)中之R
1~R
3中,插入了鍵結基之碳數1~6之伸烷基,係指碳數1~6之伸烷基內之碳-碳間插入了鍵結基之2價基、或碳數1~6之伸烷基與其鍵結之碳原子之間插入了鍵結基之2價基。
鍵結基,例如:碳-碳不飽和鍵、醚鍵(-O-)、酯鍵(-COO-或-OCO-)、醯胺鍵(-CONH-或-NHCO-)等。不飽和鍵,例如:碳-碳雙鍵等,插入了鍵結基之碳數1~6之伸烷基宜不在其末端而在內部具有碳-碳雙鍵較佳。
也可插入了鍵結基之碳數1~6之伸烷基,例如:碳數1~6之伸烷基、碳數1~6之氧伸烷基等。碳數1~6之氧伸烷基中的氧原子,例如係和式(5)中之M、R
1、R
2、及R
3鍵結之碳原子鍵結。
碳數1~6之伸烷基,可為直鏈伸烷基,也可為分支伸烷基,也可為環狀伸烷基。
式(5)之X
1及X
2中之也可具有取代基之芳香族烴基,例如:也可具有取代基之苯基、萘基等。
取代基,例如:鹵素原子、碳數1~4之烷基、碳數1~4之烷氧基、碳數1~4之鹵化烷基、碳數1~4之鹵化烷氧基等。鹵化烷基、及鹵化烷氧基中之鹵化,可為全部鹵化也可為部分鹵化。鹵素原子,例如:氟原子、氯原子等。
式(5)中之R
1,例如:單鍵、碳數1~6之伸烷基等。碳數1~6之伸烷基更具體而言例如碳數1~6之直鏈伸烷基。
式(5)中之R
2,例如:單鍵、碳數1~6之伸烷基等。碳數1~6之伸烷基,更具體而言例如碳數1~6之直鏈伸烷基。
式(5)中之R
3,例如:單鍵、碳數1~6之伸烷基等。碳數1~6之伸烷基,更具體而言例如碳數1~6之直鏈伸烷基。
式(5)中之X
1,例如:氫原子、苯基等。
式(5)中之X
2,例如:氫原子、苯基等。
式(5)中之Ar,例如:苯基等。
式(5)中之R
1X
1、R
2X
2及R
3之合計碳數若為1以上,則不特別限定,也可為2以上。
又,式(5)中之R
1、R
2、及R
3之合計碳數為,可為例如:18以下,也可為15以下,也可為10以下。
又,式(5)中之X
1及X
2為氫原子時,R
1、R
2、及R
3之合計碳數若為1以上,則不特別限定,也可為2以上。
又,式(5)中之X
1及X
2中之至少任一者為也可具有取代基之芳香族烴基時,R
1、R
2、及R
3之合計碳數為0亦可。
式(5)中,R
1X
1與R
2X
2與R
1X
1及R
2X
2鍵結之碳原子一起形成之環,例如:也可插入了鍵結基之碳數3~13之烴環。鍵結基如同前述。
藉由使用上述化合物之結構,容易達成電壓OFF時之高速響應化、烙印之減少、低溫環境之高背光透射率及低電壓驅動。
嵌段鏈段(A),主要擔任以薄膜狀態使液晶膨潤並形成弱錨定膜的作用。因應嵌段鏈段(A)之分子量,弱錨定膜之物性大不相同,故無須分子量之最適化,但是係重要。考量形成良好的弱錨定膜之觀點,理想的嵌段鏈段(A)之分子量為1,000~100,000,更佳為3,000~50,000。又,此分子量為利用凝膠滲透層析(GPC)測定之聚苯乙烯換算之數量平均分子量(Mn)。又,以利用GPC測定之聚苯乙烯換算之重量平均分子量(Mw)與數量平均分子量(Mn)之比表示之分子量分布PDI(Mw/Mn),較佳為3.0以下,更佳為2.0以下。
嵌段鏈段(A),也可為上述化合物之均聚物,可將多個化合物組合使用。組合時,可為無規共聚合,也可為嵌段共聚合。當和會與液晶互溶之化合物物種組合時,不拘於組合方法,其比率無特殊限制。當和以下說明之對於液晶不溶化之化合物物種組合時,考量特性維持之觀點,和液晶不溶化之化合物物種之理想組合比率為30莫耳%以下,更佳為20莫耳%以下,但不限定。它們的組合方法、組合之化合物物種、組合比率,宜在獲得目的物性、顯示特性、電特性等之範圍內使用較佳。
嵌段鏈段(B),有助於於薄膜狀態之膜之安定性。
嵌段鏈段(B)較佳為具有選自由三烷氧基矽基、異氰酸酯基、封端異氰酸酯基、環氧基、氧雜環丁烷基、乙烯基、烯丙基、㗁唑啉基、胺基、保護胺基、苯胺基、保護苯胺基、羥基、保護羥基、苯酚基、保護苯酚基、硫醇基、保護硫醇基、硫苯酚基、保護硫苯酚基、醛基、羧基、馬來醯亞胺基、N-羥基琥珀醯亞胺酯基、也可插入了鍵結基之碳數5~18之芳香族烴基、也可插入了鍵結基之碳數5~18之芳香族雜環基、桂皮酸基、桂皮酸芳香族酯基、桂皮酸烷酯基、桂醯基、苯基苯甲酸酯基、偶氮苯基、N-亞苄基苯胺基、二苯乙烯基、及二苯基乙炔基構成之群組中之至少一種官能基之側鏈結構。鍵結基之具體例,例如在式(2)之說明列舉之鍵結基之具體例等。
此時,嵌段鏈段(B),例如:含有具有上述官能基及具可聚合之不飽和烴基之聚合性基之聚合性化合物作為構成成分。
嵌段鏈段(B)之形成使用之聚合性化合物之一例,以下式(6)表示。
[化39]
式(6)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,n為1~2之整數。Z表示下式(6-Z)表示之基。n為2時,2個Z可相同也可不同。
[化40]
式(6-Z)中,L表示選自由三烷氧基矽基、異氰酸酯基、封端異氰酸酯基、環氧基、氧雜環丁烷基、乙烯基、烯丙基、㗁唑啉基、胺基、保護胺基、苯胺基、保護苯胺基、羥基、保護羥基、苯酚基、保護苯酚基、硫醇基、保護硫醇基、硫苯酚基、保護硫苯酚基、醛基、羧基、馬來醯亞胺基、N-羥基琥珀醯亞胺酯基、也可插入了鍵結基之碳數5~18之芳香族烴基、也可插入了鍵結基之碳數5~18之芳香族雜環基、桂皮酸基、桂皮酸芳香族酯基、桂皮酸烷酯基、桂醯基、苯基苯甲酸酯基、偶氮苯基、N-亞苄基苯胺基、二苯乙烯基、及二苯基乙炔基構成之群組中之官能基。J表示單鍵或碳數1~6之脂肪族烴基。K於和芳香族烴基鍵結時,表示選自單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、脲鍵、胺甲酸酯鍵、及硫醚鍵中之連結基,其餘時,表示單鍵。*表示鍵結部位。m為1~3之整數。m為2或3時,多個K及L可相同也可不同。惟J為單鍵時,m為1。
嵌段鏈段(B)具有和液晶不互溶或因煅燒而變得和液晶不互溶之側鏈結構。嵌段鏈段(B)之形成使用之和液晶不互溶之化合物物種,例如高極性化合物物種、具有剛直結構之化合物物種,就藉由嵌段鏈段(B)之形成使用之煅燒而變得和液晶不互溶之化合物物種而言,例如熱硬化性之化合物物種。
嵌段鏈段(B)之形成使用之聚合性化合物之一例,例如具有具可聚合之不飽和烴基之聚合性基、與高極性結構之化合物。
上述高極性結構宜以下之結構為較佳。惟不限於此等。
[化41]
X、及Y各自獨立地表示氧原子或硫原子。R
1及R
2各自獨立地表示單鍵或碳數1~18之伸烷基。R
3表示碳數1~18之烷基。A
1、A
2及A
3中之1個表示N,其餘2個表示CH。A
4及A
5中的1個表示N,其餘1個表示CH。*表示鍵結部位,n表示0~4之整數。
嵌段鏈段(B)之形成使用之聚合性化合物之一例,例如具有具可聚合之不飽和烴基之聚合性基及剛直結構之化合物。
上述剛直結構為以下之結構為較佳。惟不限於此等。
[化42]
X、Y、及Z各自獨立地表示氧原子或硫原子。R
1及R
2各自獨立地表示單鍵或碳數1~18之伸烷基。R
3表示碳數1~18之烷基。*表示鍵結部位,n表示1~5之整數。
嵌段鏈段(B)之形成使用之聚合性化合物之一例,例如具有具可聚合之不飽和烴基之聚合性基、及熱硬化性之結構之化合物。
上述熱硬化性之結構為以下之結構為較佳。惟不限於此等。
[化43]
X、Y及Z各自獨立地表示氧原子或硫原子。R
1、R
2及R
3各自獨立地表示碳數1~18之烷基。R
4及R
5各自獨立地表示單鍵或碳數1~18之伸烷基。*表示鍵結部位,n表示0~5之整數。
本發明中,具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基為以下之結構為較佳。
[化44]
式中,R
1、及R
2各自獨立地表示氫原子或碳數1~12之直鏈或分支烷基,X、Y、及Z各自獨立地表示氧原子或硫原子。*、*
1及*
2表示鍵結部位,*
1及*
2中之一者為氫原子或也可被碳數1~12之直鏈或分支烷基取代。n表示1~5之整數。
嵌段鏈段(B)主要負責薄膜狀態之安定化,和弱錨定膜之物性關連不大。只要利用嵌段鏈段(B)來補足膜之安定性即可,能夠補足膜之安定性之最適分子量,因應使用之化合物物種而異,故無特殊限制。又,取決於使用之化合物物種,溶劑選擇性、塗佈性有其優點,故配合用途、目的來控制構成嵌段鏈段(B)之化合物物種及其分子量即可。
嵌段鏈段(B)可單獨使用上述聚合性化合物,也可將多個化合物組合使用。如前述,嵌段鏈段(B)只是有助膜安定性之嵌段鏈段,和弱錨定特性無重大關連,所以只要能補足膜的安定化,則組合之化合物物種、組合方法無特殊限制。
聚合物A之一實施形態,係具有和液晶互溶之嵌段鏈段(A)及對於液晶不溶或不溶化之嵌段鏈段(B)之共聚物,嵌段之數目不限定,可如例如(A)-(B)-(A),為具有多個嵌段鏈段之構成,其嵌段鏈段之數目、組合無特殊限定。也可實施賦予電特性之嵌段鏈段之導入等。另一方面,考量合成容易性等觀點,嵌段鏈段之數目為約2~4程度較好,考量膜安定性之觀點,聚合物之終端之嵌段鏈段成為嵌段鏈段(B)較佳。
如上所述,和液晶互溶之嵌段鏈段(A)負責弱錨定特性,嵌段鏈段(A)之分子量對於特性有重大影響,所以嵌段鏈段(A)與嵌段鏈段(B)之分子量比率不限定。
聚合物A,例如可利用活性聚合獲得。活性聚合,係聚合反應中不伴隨鏈轉移反應、停止反應等副反應之聚合反應,可獲得分子量分布窄、結構受高程度控制的聚合物。可列舉例如在聚合活性部位導入被稱為休眠物種之安定的共價鍵物種來抑制活性部位的失活,而不使鏈轉移反應、停止反應等副反應發生之方法。活性聚合可列舉:使用自由基作為活性物種者、使用陽離子作為活性物種者、使用陰離子作為活性物種者,依所使用的聚合性化合物之結構、性質來區分使用係為重要。
獲得係聚合物A之嵌段聚合物時,其聚合法無需特別限制,惟陽離子聚合、陰離子聚合,在使活性物種產生時,常使用鹼金屬、金屬錯合物、鹵素化合物,而在液晶顯示器中,金屬等殘渣、鹵素化合物等的混入可能會成為烙印、顯示不良的原因,故宜使用盡量不使用金屬、鹵素化合物之自由基聚合。活性自由基聚合可列舉:活性自由基聚合可列舉:使用氮氧化物(nitroxide)作為休眠物種之活性自由基聚合(NMP)、使用金屬錯合物之原子移動自由基聚合(ATRP)、使用硫化合物作為休眠物種之可逆加成-斷裂鏈轉移聚合(RAFT聚合)、使用有機碲化合物等之活性自由基聚合(TERP)、休眠物種使用碘化烷基化合物並使用磷化合物、醇等作為觸媒之可逆移動觸媒聚合(RTCP)等,理想的聚合法可列舉NMP、RTCP、RAFT聚合等活性自由基聚合,尤佳為NMP或RAFT聚合。
使用NMP時,使用之聚合起始劑,例如2,2’-偶氮雙(異丁腈)、2,2’-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)、過氧化苯甲醯、1,1’-雙(第三丁基過氧化)環己烷、過氧化氫等。聚合起始劑之使用比例,相對於使用之單體1莫耳份,通常為0.000001~0.1莫耳份,較佳為0.00001~0.01莫耳份。氮氧化物(nitroxide),例如下式(N-1)~(N-12)表示之化合物。氮氧化物之使用比例,相對於使用之單體1莫耳份,通常為0.000001~0.1莫耳份,較佳為0.00001~0.01莫耳份。上述聚合之反應溫度較佳為20~200℃,更佳為40~150℃,反應時間較佳為1~168小時,更佳為8~72小時。
[化45]
使用RTCP時,使用之聚合起始劑,例如2,2’-偶氮雙(異丁腈)、2,2’-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)、過氧化苯甲醯、1,1’-雙(第三丁基過氧化)環己烷、過氧化氫等。聚合起始劑之使用比例,相對於使用之單體1莫耳份,通常為0.000001~0.1莫耳份,較佳為0.00001~0.01莫耳份。
碘化物觸媒,例如下式(P-1)~(P-7)表示之化合物。碘化物觸媒之使用比例,相對於使用之單體1莫耳份,通常為0.000001~0.1莫耳份,較佳為0.00001~0.01莫耳份。又,氫化物觸媒,例如下式(O-1)~(O-6)表示之化合物。氫化物觸媒之使用比例,相對於使用之單體1莫耳份,0.000001~0.1莫耳份,較佳為0.00001~0.01莫耳份。通常為上述聚合之反應溫度較佳為20~200℃,更佳為40~150℃,反應時間較佳為1~168小時,更佳為8~72小時。
[化46]
[化47]
使用RAFT聚合時,使用之聚合起始劑,例如2,2’-偶氮雙(異丁腈)、2,2’-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)、過氧化苯甲醯、1,1’-雙(第三丁基過氧化)環己烷、過氧化氫等。聚合起始劑之使用比例,相對於使用之單體1莫耳份,通常為0.000001~0.1莫耳份,較佳為0.00001~0.01莫耳份。鏈轉移劑(RAFT劑),例如宜為三硫碳酸酯、二硫苯甲酸酯、二硫胺甲酸酯、黃原酸酯(xanthate)較理想,具體例例如下式(R-1)~(R-24)表示之化合物。鏈轉移劑之使用比例,相對於使用之單體1莫耳份,通常為0.000001~0.1莫耳份,較佳為0.00001~0.01莫耳份。上述聚合之反應溫度較佳為20~200℃,更佳為40~150℃,反應時間較佳為1~168小時,更佳為8~72小時。
[化48]
式中,Me表示甲基。
RAFT聚合中會展現活性自由基性,是因為如活性鏈之大部分為休眠型(休止型)般,存在能使成長之自由基物種可逆性地失活之化合物,且在活性鏈與休眠鏈之間存在快速的平衡的緣故。
藉由使用RAFT聚合,能夠進行高分子末端控制、高程度的分子量控制、分子量分布控制。
為了使用RAFT聚合將機能性高分子予以精密地合成,需考慮單體之反應性而選擇適當的鏈轉移劑。
RAFT聚合中,藉由將存在於成長末端之RAFT末端予以熱性、化學性地改質,能夠控制高分子末端。予以熱性改質時,藉由將使用之RAFT劑加熱到熱分解之溫度以上,能將末端改質為不飽和烴基。又,予以化學性改質時,藉由和一級胺、二級胺等接觸,能伴隨胺解,將末端改質為硫醇鍵。再者,藉由和新的聚合性化合物及自由基發生劑接觸,能夠在末端設置新的嵌段鏈。
RAFT聚合中,可藉由使用下式(eq1)來控制分子量。具體而言,因數量平均分子量(Mn)會伴隨單體之莫耳濃度及鏈轉移劑之莫耳濃度之比以線性變化,故能夠控制分子量。
[數1]
上式(eq1)中,Mn
(theor)表示聚合物之分子量,[Monomer]
0表示單體之莫耳濃度,[CTA]
0表示鏈轉移劑之莫耳濃度,M
monomer表示為單體之之分子量,conv.表示聚合轉化率,M
CTA表示鏈轉移劑之分子量。
又,因上述聚合而獲得之共聚物已溶於反應溶液中時,該反應溶液可直接供應至液晶配向劑之製備,也可將反應溶液中含有的共聚物單離後再供應至液晶配向劑之製備。
共聚物(聚合物A)之合成使用之有機溶劑,只要是不和構成共聚物之化合物物種進行化學反應且不會捕捉自由基的有機溶劑即可。例如:N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二乙基甲醯胺、N-甲基甲醯胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、N-甲基-ε-己內醯胺、N,N-二乙基乙醯胺、N,N-二丙基乙醯胺、3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺、N,N-二乙基丙醯胺、二甲基亞碸、四甲基脲、吡啶、二甲基碸、六甲基磷醯胺、γ-丁內酯、異丙醇、甲氧基甲基戊醇、二戊烯、乙基戊酮、甲基壬基酮、甲乙酮、甲基異戊基酮、甲基異丙基酮、甲基賽珞蘇、乙基賽珞蘇、甲基賽珞蘇乙酸酯、丁基賽珞蘇乙酸酯、乙基賽珞蘇乙酸酯、丁基卡必醇、乙基卡必醇、乙二醇、乙二醇單乙酸酯、乙二醇單異丙醚、乙二醇單丁醚(丁基賽珞蘇)、丙二醇、丙二醇單乙酸酯、丙二醇單甲醚、丙二醇單丁醚、丙二醇-第三丁醚、二丙二醇單甲醚、丙二醇單甲醚乙酸酯、二乙二醇、二乙二醇單乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二丙二醇單乙酸酯單甲醚、二丙二醇單乙醚、二丙二醇單乙酸酯單乙醚、二丙二醇單丙醚、二丙二醇單乙酸酯單丙醚、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、三丙二醇甲醚、3-甲基-3-甲氧基丁醇、二異丙醚、乙基異丁醚、二異丁烯、乙酸戊酯、丁酸丁酯、丁醚、二異丁基酮、甲基環己烯、丙醚、二己醚、1,4-二㗁烷、正己烷、正戊烷、正辛烷、環己烷、2-乙基-1-己醇、苯、二甲苯、甲苯、乙基苯、異丙基苯、第三丁基苯、四氫呋喃、二乙醚、環己酮、碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸丙二醇單乙醚、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸、3-甲氧基丙酸、3-甲氧基丙酸丙酯、3-甲氧基丙酸丁酯、二甘二甲醚、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺、3-乙氧基-N,N-二甲基丙醯胺、3-丁氧基-N,N-二甲基丙醯胺、丙酮酸丙酯、丙酮酸丁酯、丙酮酸戊酯、丙酮酸己酯、丙酮酸-2-乙基己酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸乙酯、乙醯乙酸丙酯、乙醯乙酸丁酯、乙醯乙酸戊酯、乙醯乙酸己酯、乙醯乙酸-2-乙基己酯、乙醯丙酸甲酯、乙醯丙酸乙酯、乙醯丙酸丙酯、乙醯丙酸丁酯、乙醯丙酸戊酯、乙醯丙酸己酯、乙醯丙酸-2-乙基己酯、丙二酸二甲酯、琥珀酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、鄰苯二甲酸二甲酯、馬來酸二甲酯、丙二酸二乙酯、琥珀酸二乙酯、戊二酸二乙酯、己二酸二乙酯、鄰苯二甲酸二乙酯、馬來酸二乙酯、丙二酸二丙酯、琥珀酸二丙酯、戊二酸二丙酯、己二酸二丙酯、鄰苯二甲酸二丙酯、馬來酸二丙酯、丙二酸二丁酯、琥珀酸二丁酯、戊二酸二丁酯、己二酸二丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯、馬來酸二丁酯、丙二酸二戊酯、琥珀酸二戊酯、戊二酸二戊酯、己二酸二戊酯、鄰苯二甲酸二戊酯、馬來酸二戊酯、丙二酸二己酯、琥珀酸二己酯、戊二酸二己酯、己二酸二己酯、鄰苯二甲酸二己酯、馬來酸二己酯、丙二酸二2-乙基己酯、琥珀酸-2-乙基己酯、戊二酸-2-乙基己酯、己二酸-2-乙基己酯、鄰苯二甲酸-2-乙基己酯、馬來酸-2-乙基己酯(以下也稱為「特定之有機溶劑」)等。該等有機溶劑可單獨使用也可混合使用。
(聚合物B)
聚合物B,係具有和液晶互溶之枝聚合物、與和液晶不互溶或因煅燒而對於液晶不互溶化之幹聚合物之接枝共聚物。又,接枝共聚物,因幹聚合物而不溶解於液晶或因煅燒而對於液晶不溶化。
枝聚合物,鍵結在幹聚合物作為幹聚合物之側鏈。
本案申請人,發現含有聚合物B之弱錨定液晶配向劑能簡便製造且為塗佈性良好的弱錨定液晶配向劑,和密封劑之密合性良好,可獲得無預傾角之發生,能同時達成低電壓驅動與電壓OFF時之高速響應化之弱錨定液晶配向膜,並已提出了專利申請(日本特願2021-156886、WO2023/048278。藉由在此引用,其申請案及公開公報之內容全部和已明示為同程度地納入本說明書)。
接枝共聚物係具有分枝結構之聚合物的總稱,且係指同時具有「幹」所對應的聚合物及作為幹的側鏈而鍵結於幹之「枝」所對應的聚合物之聚合物。本發明之液晶配向劑之一實施形態使用接枝共聚物作為聚合物B,接枝共聚物,具有和液晶互溶之枝聚合物,及和液晶不互溶或因煅燒而對於液晶不互溶化之幹聚合物。亦即,和液晶互溶之枝聚合物因和液晶互溶且膨潤,而有助於弱錨定狀態形成,且接枝共聚物因為幹聚合物而不溶解於液晶或因煅燒而對於液晶不溶化,因而防止接枝共聚物對於液晶溶出,且由於對於基板固著、聚合物彼此交聯、和密封劑成分交聯,可獲得膜硬度、密封劑密合強度優異之弱錨定液晶顯示元件。
和液晶互溶之枝聚合物之結構,只要會溶解於液晶即可,無特殊限定,例如:枝聚合物可來自下式(7)表示之巨分子單體。
[化49]
式(7)中,P表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,Q為藉由將含有前述式(2)~(5)表示之化合物之至少1種以上之單體予以聚合而獲得之結構,n為1~2之整數。n為2時,2個Q可相同也可不同。
枝聚合物之合成使用之前述單體可為單一成分,也可將多數單體組合使用。又,也可併用以下所述其他可自由基聚合反應之單體。
聚合物B中,枝聚合物對於弱錨定特性展現有重大關連。弱錨定膜的物性會因應枝聚合物之分子量而變化,故分子量之最適化重要。考量形成良好的弱錨定膜之觀點,枝聚合物之理想的數量平均分子量為1,000~100,000,更佳為3,000~50,000,以重量平均分子量(Mw)與數量平均分子量(Mn)之比表示之分子量分布(PDI)較佳為3.0以下,更佳為2.0以下。又,接枝共聚物當以使用了巨分子單體之共聚接枝(grafting throuth)法合成時,在此所指之分子量相當於巨分子單體之分子量。
枝聚合物中除了末端外的結構(例如:式(7)之Q之結構),可為使用例如上式(2)~(5)表示之單體中僅1種的均聚物結構,也可為將多數之單體組合成的共聚物結構。將多數之單體彼此組合時,可為無規共聚合,也可為嵌段共聚合。上式(2)~(5)表示之單體彼此組合時,不拘於組合方法,其比率無特殊限制。當和以下說明之對於液晶不溶化之化合物物種組合時,考量特性維持之觀點,對於液晶不溶化之單體之理想組合比率為30莫耳%以下,更佳為20莫耳%以下,但不限定。此等合成方法、組合單體、組合比率,宜在可獲得目的物性、顯示特性、電特性等之範圍內使用較佳。
幹聚合物,例如可含有前述式(6)表示之化合物作為構成成分。
為形成係聚合物B之接枝共聚物之枝聚合物之原料的式(7)表示之巨分子單體,例如可藉由活性聚合、鏈轉移聚合、聚合物末端修飾反應之組合獲得。又,有人報告可藉由在200℃以上之高溫的連續塊狀聚合,獲得在末端基具有具自由基聚合性之不飽和鍵的聚合物(東亞合成研究年報TREND 2002 第5號)。
當獲得成為接枝共聚物之原料之巨分子單體時,聚合法無特別限定的必要,但是陽離子聚合、陰離子聚合在產生活性物種時常使用鹼金屬、金屬錯合物、鹵化合物,液晶顯示器中有金屬等殘渣、鹵化合物等混入可能會成為烙印、顯示不良的原因,所以,宜儘量採用不使用金屬、鹵化合物之自由基聚合較佳。活性自由基聚合可列舉:使用氮氧化物(nitroxide)作為休眠物種之氮氧化物媒介自由基聚合(NMP)、使用金屬錯合物之原子移動自由基聚合(ATRP)、使用硫化合物作為休眠物種之可逆加成-斷裂鏈轉移聚合(RAFT聚合)、使用有機碲化合物等之活性自由基聚合(TERP)、休眠物種使用碘化烷基化合物並使用磷化合物、醇等作為觸媒之可逆移動觸媒聚合(RTCP)等,理想的聚合法可列舉NMP、RTCP、RAFT聚合等活性自由基聚合,尤佳為NMP或RAFT聚合。
接枝共聚物之主要合成方法,可列舉對於幹聚合物直接導入枝聚合物之嫁接支鏈(Grafting-to)法、從巨分子起始劑(具有聚合活性點的幹聚合物)將單體聚合並將枝聚合物予以延長之長出支鏈(Grafting-from)法、將巨分子單體(一末端具有聚合性官能基之聚合物)予以聚合之共聚接枝(Grafting-through)法等,上列方法皆可利用,故其合成方法無限定。
接枝共聚物之製造方法無特殊限制,能夠利用在工業上採用的泛用方法。具體而言,可使用前述單體並利用自由基聚合、陽離子聚合或陰離子聚合製造。該等之中,考量反應控制之容易性等觀點,自由基聚合尤佳。
自由基聚合之聚合起始劑可使用自由基聚合起始劑(自由基熱聚合起始劑、自由基光聚合起始劑)、可逆性加成-開裂型鏈轉移(RAFT)聚合試藥等公知之化合物。
自由基熱聚合起始劑,係藉由加熱到分解溫度以上以使其產生自由基之化合物。如此的自由基熱聚合起始劑,例如:酮過氧化物類(甲乙酮過氧化物、環己酮過氧化物等)、二醯基過氧化物類(過氧化乙醯、過氧化苯甲醯等)、過氧化氫類(過氧化氫、第三丁基過氧化氫、異丙苯過氧化氫等)、二烷基過氧化物類(二第三丁基過氧化物、二異丙苯基過氧化物、二過氧化月桂醯等)、過氧化縮酮類(二丁基過氧化環己烷等)、烷基過酯類(過氧化新癸酸第三丁酯、過氧化三甲基乙酸第三丁酯、過氧化2-乙基環己烷酸第三戊酯等)、過硫酸鹽類(過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨等)、偶氮系化合物(偶氮雙異丁腈、2,2’-二(2-羥基乙基)偶氮雙異丁腈等)等。自由基熱聚合起始劑可單獨使用1種,也可將2種以上組合使用。
自由基光聚合起始劑只要是因光照射而開始自由基聚合之化合物即無特殊限制。如此的自由基光聚合起始劑可列舉二苯基酮、米其勒酮、4,4’-雙(二乙胺基)二苯基酮、呫噸酮、噻吨酮、異丙基呫噸酮、2,4-二乙基噻吨酮、2-乙基蒽醌、苯乙酮、2-羥基-2-甲基苯丙酮、2-羥基-2-甲基-4’-異丙基苯丙酮、1-羥基環己基苯基酮、異丙基苯偶因醚、異丁基苯偶因醚、2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、樟腦醌、苯并蒽醌、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-𠰌啉代丙-1-酮、2-苄基-2-二甲胺基-1-(4-𠰌啉代苯基)-1-丁酮、4-二甲胺基苯甲酸乙酯、4-二甲胺基苯甲酸異戊酯、4,4’-二(第三丁基過氧化羰基)二苯基酮、3,4,4’-三(第三丁基過氧化羰基)二苯基酮、2,4,6-三甲基苯甲醯基二苯基氧化膦、2-(4’-甲氧基苯乙烯基)-4,6-雙(三氯甲基)-s-三𠯤、2-(3’,4’-二甲氧基苯乙烯基)-4,6-雙(三氯甲基)-s-三𠯤、2-(2’,4’-二甲氧基苯乙烯基)-4,6-雙(三氯甲基)-s-三𠯤、2-(2’-甲氧基苯乙烯基)-4,6-雙(三氯甲基)-s-三𠯤、2-(4’-戊氧基苯乙烯基)-4,6-雙(三氯甲基)-s-三𠯤、4-[對-N,N-二(乙氧基羰基甲基)]-2,6-二(三氯甲基)-s-三𠯤、1,3-雙(三氯甲基)-5-(2’-氯苯基)-s-三𠯤、1,3-雙(三氯甲基)-5-(4’-甲氧基苯基)-s-三𠯤、2-(對二甲胺基苯乙烯基)苯并㗁唑、2-(對二甲胺基苯乙烯基)苯并噻唑、2-巰基苯并噻唑、3,3’-羰基雙(7-二乙胺基香豆素)、2-(鄰氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基-1,2’-聯咪唑、2,2’-雙(2-氯苯基)-4,4’,5,5’-肆(4-乙氧基羰基苯基)-1,2’-聯咪唑、2,2’-雙(2,4-二氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基-1,2’-聯咪唑、2,2’-雙(2,4-二溴苯基)-4,4’,5,5’-四苯基-1,2’-聯咪唑、2,2’-雙(2,4,6-三氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基-1,2’-聯咪唑、3-(2-甲基-2-二甲胺基丙醯基)咔唑、3,6-雙(2-甲基-2-𠰌啉代丙醯基)-9-正十二基咔唑、1-羥基環己基苯基酮、雙(5-2,4-環戊二烯-1-基)-雙(2,6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)-苯基)鈦、3,3’,4,4’-肆(第三丁基過氧化羰基)二苯基酮、3,3’,4,4’-肆(第三己基過氧化羰基)二苯基酮、3,3’-雙(甲氧基羰基)-4,4’-雙(第三丁基過氧化羰基)二苯基酮、3,4’-雙(甲氧基羰基)-4,3’-雙(第三丁基過氧化羰基)二苯基酮、4,4’-雙(甲氧基羰基)-3,3’-雙(第三丁基過氧化羰基)二苯基酮、2-(3-甲基-3H-苯并噻唑-2-亞基)-1-萘-2-基-乙酮、2-(3-甲基-1,3-苯并噻唑-2(3H)-亞基)-1-(2-苯甲醯基)乙酮等。自由基光聚合起始劑可單獨使用1種也可將2種以上混合使用。
自由基聚合法無特殊限定,可使用乳化聚合法、懸浮聚合法、分散聚合法、沉澱聚合法、塊狀聚合法、溶液聚合法等。
自由基聚合反應使用之有機溶劑只要是生成之聚合物會溶解的有機溶劑即無特殊限制。其具體例例如上述特定之有機溶劑,可單獨使用1種也可將2種以上混合使用。
再者,即使是生成之聚合物不溶解之溶劑,亦能在生成之聚合物不析出的範圍內,混合於上述有機溶劑使用。
又,自由基聚合中之有機溶劑中之氧會成為妨礙聚合反應之原因,故有機溶劑宜儘可能脱氣後使用較佳。
又,當因上述聚合獲得之接枝共聚物已溶於反應溶液中時,該反應溶液可直接供液晶配向劑之製備,亦可將反應溶液中含有的接枝共聚物單離後供液晶配向劑之製備。
自由基聚合時之聚合溫度可選擇30~150℃之任意之溫度,較佳為50~100℃之範圍。又,反應可於任意濃度進行,但濃度若過低則變得難獲得高分子量之聚合物,濃度若過高則反應液之黏性變得過高,變得難以均勻攪拌,故單體濃度較佳為1~50質量%,更佳為5~40質量%。反應初期於高濃度進行,之後追加有機溶劑亦可。
上述自由基聚合反應中,自由基聚合起始劑之比率若相對於單體為多,則獲得之高分子之分子量減小,若少則獲得之高分子之分子量增大,故自由基起始劑之比率宜相對於待聚合之單體為0.1~10莫耳%較佳。又,聚合時亦可追加各種單體成分、溶劑、起始劑等。
由上述反應獲得之反應溶液生成之聚合物,可將反應溶液投入到不良溶劑而使其沉澱來回收,但此再沉澱處理並非必要。沉澱使用之不良溶劑可列舉甲醇、丙酮、己烷、庚烷、丁基賽珞蘇、庚烷、甲乙酮、甲基異丁基酮、乙醇、甲苯、苯、二乙醚、甲基乙基醚、水等。投入到不良溶劑而使其沉澱之聚合物,過濾回收後可於常壓或減壓下、於常溫或加熱使其乾燥。又,若將回收的聚合物再溶解於有機溶劑並再沉澱回收,重複此操作2~10次,則能減少聚合物中之雜質。此時之不良溶劑可列舉例如:醇類、酮類、烴等,若使用該等之中選出的3種以上之不良溶劑,則精製之效率更高,故為理想。
接枝共聚物若考量獲得之塗膜之強度、塗膜形成時之作業性及塗膜之均勻性,按GPC(Gel Permeation Chromatography)法測定之重量平均分子量為2,000~5,000,000較理想,5,000~2,000,000更理想。
接枝共聚物,具有和液晶互溶之枝聚合物與和液晶不互溶或因熱等而不互溶化之幹聚合物,其特徵為它們係利用自由基聚合而以無規排列連結。藉此,可獲得高密封劑密合性、溶劑選擇性、塗佈性。
為了分別兼顧弱錨定配向膜之塗佈性、密封劑密合性、膜強度、良好的弱錨定特性,枝聚合物與幹聚合物之導入比率等也是重要要素。例如枝聚合物對於弱錨定特性擔任重要作用,它們的導入比例若多則有損膜強度或妨礙熱硬化等,故須考量適當導入量。而幹聚合物之導入量、分子量不影響弱錨定特性(影響小),故為了各自兼顧前述特性,相對於幹聚合物之合成使用之式(6)表示之單體之分子數,枝聚合物之合成使用之式(7)表示之巨分子單體之分子數比(導入比率)宜小較佳。理想的導入比率(式(7)表示之巨分子單體/式(6)表示之單體),為0.1/99.9~50/50(莫耳/莫耳),更佳為0.2/99.8~30/70(莫耳/莫耳)。
(聚合物C)
聚合物C,係具有和液晶互溶之聚合物單元且因加熱會和聚合物β反應之聚合物。
聚合物C,係具有因加熱而和聚合物β反應之基,且係將和液晶互溶之單體1種以上聚合而獲得之聚合物,其特徵為:若於薄膜狀態和液晶接觸,會和液晶互溶,藉此有助弱錨定狀態之形成。
本案申請人,發現含有如聚合物C之聚合物(具有和液晶互溶之聚合物單元且會和併用之其他聚合物反應之聚合物)之弱錨定液晶配向劑能簡便地製造,且為塗佈性良好的弱錨定液晶配向劑,且能提供和密封劑之密合性良好,不發生預傾角,能同時達成低電壓驅動及電壓OFF時之高速響應化之弱錨定液晶配向膜,並已提出了專利申請(日本特願2022-6921及主張日本特願2022-6921之優先權的PCT/JP2023/1515。藉由在此引用,此申請案的內容全部和已明示為同程度地納入本說明書。)。
聚合物C之一實施形態為下式(8)表示之聚合物。
[化50]
式(8)中,A表示選自下式(8-A-1)~(8-A-16)中之具有因加熱而和前述聚合物β反應之基之分子量500以下之n價有機基。
Q為含有選自由前述式(2)~(5)表示之化合物構成之群組中之至少1種作為構成成分之和液晶互溶之2價聚合物單元。
R為選自下式(8-R-1)~(8-R-11)之不因加熱而和前述聚合物β反應之分子量500以下之1價有機基。
n為1~2之整數。n為2時,2個Q及R可分別相同也可不同。
[化51]
式(8-A-1)~(8-A-16)中,R
1及R
2各自獨立地表示氫原子或碳數1~12之直鏈或分支烷基,R
3及R
4各自獨立地表示單鍵或碳數1~12之直鏈或分支伸烷基,X表示氧原子或硫原子。*表示鍵結部位。
[化52]
式(8-R-1)~(8-R-11)中,R
1及R
2各自獨立地表示氫原子或碳數1~12之直鏈或分支烷基,R
3及R
4各自獨立地表示單鍵或碳數1~12之直鏈或分支伸烷基。*表示鍵結部位。
碳數1~12之直鏈或分支烷基之碳數,例如:取決於各基而有不同的理想範圍,例如:可為1~6,也可為6~12。
碳數1~12之直鏈或分支伸烷基之碳數,例如:可為1~6,也可為1~3。
式(8)中之A之分子量為500以下。
式(8)中之R之分子量為500以下。
式(8)中之A,係選自上式(8-A-1)~(8-A-16)之基。它們例如係後述RAFT聚合之RAFT劑、鏈轉移聚合之鏈轉移劑之次結構。
例如:-S-C(=S)-基,會和胺基、保護胺基、羥基、保護羥基、硫醇基、保護硫醇基、羧基、保護羧基、異氰酸酯基、保護異氰酸酯基、馬來醯亞胺基、無水羧酸基、乙烯基、烯丙基、苯乙烯基、(甲基)丙烯酸基、及(甲基)丙烯醯胺基等反應。
碳數1~12之直鏈或分支烷基之碳數,例如:可為1~6,也可為1~3。
碳數1~12之直鏈或分支伸烷基之碳數為,例如:可為1~6,也可為1~3。
式(8)中之R,係選自上式(8-R-1)~(8-R-11)中之基。他們例如為後述RAFT聚合之RAFT劑之次結構。
式(8)中之Q,係含有選自由前述式(2)~(5)表示之化合物構成之群組中之至少1種作為構成成分之和液晶互溶之2價聚合物單元。
聚合物C之合成使用之單體可為單一成分,也可將多數之單體組合使用。又,也可併用以下所述之其他自由基聚合單體。
聚合物C,若在薄膜狀態和液晶接觸則會形成高分子-液晶混合層,並展現弱錨定性。因應聚合物C之分子量,形成之高分子-液晶混合層之厚度變化且弱錨定性變化,故分子量最適化係重要。考量形成良好的弱錨定膜的觀點,聚合物C的理想數量平均分子量為1,000~100,000,更佳為3,000~50,000,以重量平均分子量(Mw)與數量平均分子量(Mn)之比表示之分子量分布(PDI)較佳為3.0以下,更佳為2.0以下。
以聚合物C之一例之式(8)表示之聚合物中之Q之結構,可為使用上式(2)~(5)表示之化合物(單體)僅1種之均聚物結構,也可為多數之單體組合成的共聚物結構。將多數之單體彼此組合時,可為無規共聚合也可為嵌段共聚合。上式(2)~(5)表示之單體彼此組合時,不拘於組合方法,其比率無特殊限制。當和以下說明之對於液晶不溶化之化合物物種組合時,考量特性維持之觀點,對於液晶不溶化之化合物物種之理想組合比率為30莫耳%以下,更佳為20莫耳%以下,但不限定。此等合成方法、組合單體、組合比率,宜在獲得目的物性、顯示特性、電特性等之範圍內使用較佳。
對於液晶不溶化之化合物物種,例如:前述式(6)表示之化合物、前述具有具可聚合之不飽和烴基之聚合性基及高極性結構之化合物、前述具有具可聚合之不飽和烴基之聚合性基及剛直結構之化合物、前述具有具可聚合之不飽和烴基之聚合性基及熱硬化性之結構之化合物。
聚合物C較佳為利用活性聚合或鏈轉移聚合獲得。
獲得聚合物C時,其聚合法無需特別限制,惟陽離子聚合、陰離子聚合,在使活性物種產生時,常使用鹼金屬、金屬錯合物、鹵素化合物,而在液晶顯示器中,金屬等殘渣、鹵素化合物等的混入可能會成為烙印、顯示不良的原因,故宜使用盡量不使用金屬、鹵素化合物之自由基聚合。活性自由基聚合可列舉:活性自由基聚合可列舉:使用氮氧化物(nitroxide)作為休眠物種之活性自由基聚合(NMP)、使用金屬錯合物之原子移動自由基聚合(ATRP)、使用硫化合物作為休眠物種之可逆加成-斷裂鏈轉移聚合(RAFT聚合)、使用有機碲化合物等之活性自由基聚合(TERP)、休眠物種使用碘化烷基化合物並使用磷化合物、醇等作為觸媒之可逆移動觸媒聚合(RTCP)等,理想的聚合法可列舉NMP、RTCP、RAFT聚合等活性自由基聚合,尤佳為NMP或RAFT聚合。又,使用鏈轉移聚合亦為理想。
使用鏈轉移聚合時,使用之聚合起始劑,例如2,2’-偶氮雙(異丁腈)、2,2’-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)、過氧化苯甲醯、1,1’-雙(第三丁基過氧化)環己烷、過氧化氫等。聚合起始劑之使用比例,相對於使用之單體1莫耳份,通常為0.000001~0.1莫耳份,較佳為0.00001~0.01莫耳份。鏈轉移劑使用硫醇類較佳,具體例例如下式(S-1)~(S-15)表示之化合物。鏈轉移劑之使用比例,相對於使用之單體1莫耳份,通常為0.000001~0.1莫耳份,較佳為0.00001~0.01莫耳份。上述聚合之反應溫度較佳為20~200℃,更佳為40~150℃,反應時間較佳為1~168小時,更佳為8~72小時。
[化53]
式(S-1)~(S-15)中,Me表示甲基,Et表示乙基。
鏈轉移聚合反應使用之有機溶劑,只要生成之聚合物會溶解即可,無特殊限制。其具體例例如上述特定之有機溶劑,可單獨使用1種也可將2種以上混合使用。
再者,即使是不使生成之聚合物溶解之溶劑,仍可於生成之聚合物不析出之範圍內,混在上述有機溶劑使用。
又,鏈轉移聚合中,有機溶劑中之氧會成為妨礙聚合反應之原因,故有機溶劑宜使用儘可能經脫氣者較佳。
藉由使用鏈轉移聚合,能進行高分子末端控制、分子量控制、分子量分布控制。
鏈轉移聚合中,聚合物係藉由鏈轉移及成長反應之競爭反應而獲得。鏈轉移聚合獲得之聚合物之分子量、分子量分布,係藉由將鏈轉移速度常數(kc)除以成長速度常數(kp)而得之商所示之鏈轉移常數(Cs)決定。一般而言,鏈轉移聚合宜為Cs成為1~60之範圍之構成,使用之單體種類、鏈轉移劑種類、及將它們予以正確組合係重要。
鏈轉移常數(Cs)取決於使用之單體之種類、鏈轉移劑種類有大幅不同,需正確地選擇。
聚合物C,考量特性維持之觀點,宜由和液晶互溶之一種以上之化合物物種構成,但若為少量也能導入和液晶不互溶或因煅燒而對於液晶不溶化之化合物物種。對於液晶不溶化之單體之理想組合比率為30莫耳%以下,更佳為20莫耳%以下,但不限定。它們的合成方法、組合之單體、組合比率,宜於可獲得目的物性、顯示特性、電特性等範圍內使用較佳。
本發明之聚合物合金之一實施形態,特徵為含有由具有因加熱而和聚合物β反應之基且係將和液晶互溶之單體1種以上聚合而獲得之聚合物構成之聚合物C,及因加熱而和聚合物C反應以抑制聚合物C向液晶溶出之聚合物β。藉此,可獲得高密封劑密合性、溶劑選擇性、塗佈性。
聚合物C中之因加熱而和聚合物β反應之基、與聚合物β中之因加熱而和聚合物C反應之部位反應之溫度無特殊限制,例如:可為150℃以上,也可為200℃以上。
本發明之聚合物合金,其特徵為含有係展現弱錨定性之成分之聚合物α、與係不展現弱錨定性且因配向處理(較佳為單軸配向處理)展現單軸配向規制力之成分之聚合物β,藉由將使用其而獲得之弱錨定配向進行配向處理(較佳為單軸配向處理),可兼顧弱錨定性及電壓off時之高速響應化。再者,藉由選擇適合聚合物β的聚合物,可獲得良好的塗佈性、良好的密封劑密合性。
針對本發明之聚合物合金之加熱溫度無特殊限制,例如可為150℃以上,也可為200℃以上。
為了各自兼顧弱錨定配向膜之塗佈性、密封劑密合性、膜強度、良好的弱錨定特性,併用聚合物α及聚合物β係必要要素。此外,聚合物α與聚合物β之混合比率係重要要素。
例如就弱錨定特性而言,係展現弱錨定性之成分之聚合物α擔任重要作用,它們的導入比例若多則有損膜強度或妨礙熱硬化等,需考量適當導入量。另一方面,聚合物β之導入量、分子量對於弱錨定特性不影響(影響小),故為了各自兼顧前述特性,聚合物β對於聚合物α之質量比宜小較佳。
質量比率(聚合物α/聚合物β),為10/90~99.9/0.1(質量比)較理想,30/70~99.5/0.5(質量比)更佳,50/50~99.0/1.0(質量比)尤佳。
(聚合物β)
聚合物β,不展現弱錨定性,藉由配向處理(較佳為單軸配向處理),會展現單軸配向規制力。聚合物β較佳為其單獨作為強錨定配向膜作用的聚合物。理想的單軸配向處理方法,例如光配向處理、摩擦配向處理等。藉由對於由聚合物α與聚合物β構成之弱錨定配向膜上實施光配向處理、摩擦配向處理等單軸配向處理,僅聚合物β會單軸配向,在弱錨定配向膜上能夠形成弱錨定區及強錨定區兩者,藉此可達成高速響應化。
又,藉由選擇適當聚合物β,利用對於基板之固著、聚合物彼此的交聯、和密封劑成分的交聯,可獲得膜硬度、密封劑密合強度優異、溶劑選擇性優異、塗佈性優異之弱錨定液晶配向劑、及使用其之顯示元件。
又,使用聚合物C作為聚合物α時,聚合物β和聚合物C會因加熱而反應,抑制聚合物C向液晶溶出。
為了獲得期待的效果,聚合物α與聚合物β在弱錨定配向膜表面以海島狀相分離,作出鏈段化的表面狀態係重要。為了引發海島狀之相分離,聚合物α與聚合物β之物性(熱膨脹率、極性)需大不相同,聚合物α為疏水的且柔軟,為低Tg,聚合物β為高極性且剛直的聚合物較佳。
聚合物β,宜為選自由聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚醯胺、聚脲、及聚(甲基)丙烯酸酯構成之群組中之至少一種聚合物較佳,尤佳為聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯。
聚合物β,宜為利用四羧酸衍生物成分與二胺成分聚合反應獲得之選自由聚醯亞胺前驅物、及係該聚醯亞胺前驅物之醯亞胺化物的聚醯亞胺構成之群組中之聚合物(以下有時稱為「聚醯亞胺系聚合物」)較佳。
四羧酸衍生物成分,含有選自由四羧酸二酐及其衍生物構成之群組中之至少一個化合物。
聚醯亞胺前驅物,例如:聚醯胺酸、聚醯胺酸酯。
當選擇聚醯胺酸作為聚合物β時,例如:藉由使四羧酸衍生物成分、與二胺成分聚合(縮聚)反應而獲得。又,選擇聚醯亞胺作為聚合物β時,藉由將上述聚醯胺酸予以醯亞胺化而獲得。再者,選擇聚醯胺酸酯作為聚合物β時,可依後述方法獲得。又,也可將該聚醯胺酸酯予以醯亞胺化而獲得聚醯亞胺。
上述四羧酸衍生物成分,例如:芳香族四羧酸二酐、非環族脂肪族四羧酸二酐或脂環族四羧酸二酐、或該等之衍生物。在此,芳香族四羧酸二酐,係將包括芳香環鍵結之至少1個羧基在內的4個羧基進行分子內脫水而獲得之酸二酐。非環族脂肪族四羧酸二酐,係藉由鏈狀烴結構鍵結之4個羧基進行分子內脫水而獲得之酸二酐。惟無須僅由鏈狀烴結構構成,其一部分也可具有脂環族結構、芳香環結構。
又,脂環族四羧酸二酐,係將包括脂環族結構鍵結之至少1個羧基在內的4個羧基進行分子內脫水而獲得之酸二酐。惟此等4個羧基皆不鍵結在芳香環。
又,無須僅由脂環族結構構成,其一部分也可具有鏈狀烴結構、芳香環結構。
上述芳香族四羧酸二酐、非環族脂肪族四羧酸二酐或脂環族四羧酸二酐之中,下式(9)表示之四羧酸二酐為較佳。
[化54]
X表示選自由下式(X-1)~(X-17)、及(XR-1)~(XR-2)構成之群組中之結構。
[化55]
[化56]
式(X-1)~(X-17)中,R
1~R
4各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、碳數1~6之烷基、碳數2~6之烯基、碳數2~6之炔基、含有氟原子之碳數1~6之1價有機基、碳數1~6之烷氧基、碳數2~6之烷氧基烷基、碳數2~6之烷氧基羰基、或苯基。R
5及R
6各自獨立地表示氫原子或甲基。
式(XR-1)~(XR-2)中,j及k為0或1之整數,A
1及A
2各自獨立地表示單鍵、-O-、-CO-、-COO-、伸苯基、磺醯基、或醯胺基。多個A
2各自可相同也可不同。
*1為鍵結於其中一酸酐基之原子鍵,*2為鍵結於另一酸酐基之原子鍵。
上式(9)表示之四羧酸二酐之理想具體例,例如X為選自上式(X-1)~(X-8)、(X-10)~(X-11)、及(XR-1)~(XR-2)中之例。
上式(X-1)之中,選自由下式(X1-1)~(X1-6)構成之群組者較佳。
[化57]
式(X1-1)~(X1-6)中,*1為鍵結於其中一酸酐基之原子鍵,*2為鍵結於另一酸酐基之原子鍵。
上式(XR-1)、(XR-2)之理想具體例,例如下式(XR-3)~(XR-18)。
[化58]
[化59]
*表示原子鍵。
製造聚醯亞胺系聚合物時,上式(9)表示之四羧酸二酐或其衍生物之使用量相對於和二胺成分反應之全部四羧酸衍生物成分1莫耳為5莫耳%以上較理想,10莫耳%以上更佳,20莫耳%以上更理想。
聚醯亞胺系聚合物之製造中使用的二胺成分不特別限定,宜為含有下式(10)表示之二胺之二胺成分為較佳。
[化60]
式(10)中,Ar
1、及Ar
1’各自獨立地表示苯環、聯苯結構、或萘環,該苯環、該聯苯結構、或該萘環上之1個以上之氫原子也可被1價基取代。L
1及L
1’各自獨立地表示單鍵、-O-、-C(=O)-、或-O-C(=O)-。A表示-CH
2-、碳數2~12之伸烷基、或該伸烷基之碳-碳鍵之間插入-O-、-C(=O)-O-、及-O-C(=O)-中之至少任一基而成之2價有機基。A擁有之任意氫原子亦可被鹵素原子取代。
上式(10)中之Ar
1、及Ar
1’,各表示苯環、聯苯結構、或萘環。苯環、聯苯結構、或萘環上之1個以上之氫原子也可被1價基取代,該1價基例如鹵素原子、碳數1~3之烷基、碳數2~3之烯基、碳數1~3之烷氧基、碳數1~3之氟烷基、碳數2~3之氟烯基、碳數1~3之氟烷氧基、碳數2~3之烷氧基羰基、氰基、硝基等。
上式(10)之Ar
1、及Ar
1’中,胺基及L
1或L
1’相對於苯環之鍵結位置為1,4-位或1,3-位更佳,1,4-位又更佳。胺基及L
1或L
1’相對於聯苯結構之鍵結位置,為4,4’-位或3,3’-位更佳,4,4’-位又更佳。胺基及L
1或L
1’相對於萘環之鍵結位置,為1,5-位或2,6-位更佳,2,6-位又更佳。
上式(10)之A,表示-CH
2-、或碳數2~12之伸烷基、或該伸烷基之碳-碳鍵之間插入-O-、-C(=O)-O-、及-O-C(=O)-中之至少任一基而成的2價有機基。A擁有之任意氫原子亦可被鹵素原子取代。
碳數2~12之伸烷基可為直鏈狀,也可為分支狀,但直鏈狀較佳。
2價有機基插入之-O-、-C(=O)-O-、及-O-C(=O)-,可為各1個,也可為多個。
上式(10)中之基-L
1-A-L
1’-之理想具體例,列舉如下。
-(CH
2)
n-、
-O-(CH
2)
n-、
-O-(CH
2)
n-O-、
-C(=O)-(CH
2)
n-C(=O)-、
-O-C(=O)-(CH
2)
n-O-、
-O-C(=O)-(CH
2)
n-O-C(=O)-、
-O-C(=O)-(CH
2)
n-C(=O)-O-、
-C(=O)-O-(CH
2)
n-O-C(=O)-、
-(CH
2)
m1-O-(CH
2)
n’-O-(CH
2)
m2-、
-(CH
2)
m1-O-C(=O)-(CH
2)
n’-C(=O)-O-(CH
2)
m2-、
-(CH
2)
m1-C(=O)-O-(CH
2)
n’-O-C(=O)-(CH
2)
m2-
上述基-L
1-A-L
1’-之理想具體例中,n為1~12之整數,更佳為2~12之整數,又更佳為2~6之整數。
m1、m2及n’它們的合計為3~12之整數,更佳為6~12之整數。m1、及m2各為1~4之整數更佳,2~4之整數更理想。n’為2~6之整數更佳,2~4之整數更理想。
式(10)表示之二胺之比例,相對於二胺成分1莫耳為1莫耳%以上較佳,10莫耳%以上更佳,20莫耳%以上又更佳。
構成聚醯亞胺系聚合物之二胺成分,也可含有上述記載之二胺以外之其他二胺。以下舉其他二胺之例,但本發明不限於此等。上式(10)表示之二胺以外更併用其他二胺時,式(10)表示之二胺相對於二胺成分之使用量為90莫耳%以下較理想,80莫耳%以下更理想。以下舉其他二胺之例,但本發明中之其他二胺不限於此等。上述其他二胺可單獨使用一種也可將二種以上組合使用。
對苯二胺、2,3,5,6-四甲基-對苯二胺、2,5-二甲基-對苯二胺、間苯二胺、2,4-二甲基-m-苯二胺、1,4-二胺基-2,5-二甲氧基苯、2,5-二胺基甲苯、2,6-二胺基甲苯、4-胺基苄胺、2-(4-胺基苯基)乙胺、4-(2-(甲胺基)乙基)苯胺、4-(2-胺基乙基)苯胺、2-(6-胺基-2-萘基)乙胺、2,2’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯、3,3’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二胺基聯苯、3,3’-二羥基-4,4’-二胺基聯苯、3-三氟甲基-4,4’-二胺基聯苯、2-三氟甲基-4,4’-二胺基聯苯、3-氟-4,4’-二胺基聯苯、2-氟-4,4’-二胺基聯苯、2,2’-二氟-4,4’-二胺基聯苯、3,3’-二氟-4,4’-二胺基聯苯、2,2’-雙(三氟甲基)-4,4’-二胺基聯苯、3,3’-雙(三氟甲基)-4,4’-二胺基聯苯、3,4’-二胺基聯苯、4,4’-二胺基聯苯、3,3’-二胺基聯苯、2,2’-二胺基聯苯、2,3’-二胺基聯苯、1,5-二胺基萘、1,6-二胺基萘、1,7-二胺基萘、2,5-二胺基萘、2,6-二胺基萘、2,7-二胺基萘;
N,N’-雙(4-胺基苯基)-環丁烷-(1,2,3,4)-四羧酸二醯亞胺、N,N’-雙(4-胺基苯基)-1,3-二甲基環丁烷-(1,2,3,4)-四羧酸二醯亞胺、N,N’-雙(2,2’-雙(三氟甲基)-4’-胺基-1,1’-聯苯-4-基)-環丁烷-(1,2,3,4)-四羧酸二醯亞胺等具有四羧酸二醯亞胺結構之二胺;
1,4-伸苯基雙(4-胺基苯甲酸酯)、1,4-伸苯基雙(3-胺基苯甲酸酯)、1,3-伸苯基雙(4-胺基苯甲酸酯)、1,3-伸苯基雙(3-胺基苯甲酸酯)、雙(4-胺基苯基)對苯二甲酸酯、雙(3-胺基苯基)對苯二甲酸酯、雙(4-胺基苯基)間苯二甲酸酯、雙(3-胺基苯基)間苯二甲酸酯;
4,4’-二胺基偶氮苯、二胺基二苯基乙炔(diaminotolan)、4,4’-二胺基查耳酮、或[4-[(E)-3-[2-(2,4-二胺基苯基)乙氧基]-3-側氧基-丙-1-烯基]苯基]4-(4,4,4-三氟丁氧基)苯甲酸酯、或[4-[(E)-3-[[5-胺基-2-[4-胺基-2-[[(E)-3-[4-[4-(4,4,4-三氟丁氧基)苯甲醯基]氧苯基]丙-2-烯醯基]氧甲基]苯基]苯基]甲氧基]-3-側氧基-丙-1-烯基]苯基]4-(4,4,4-三氟丁氧基)苯甲酸酯代表之具有桂皮酸酯結構之芳香族二胺等具有光配向性基之二胺;
甲基丙烯酸2-(2,4-二胺基苯氧基)乙酯或2,4-二胺基-N,N-二烯丙基苯胺等末端具有光聚合性基之二胺;
1-(4-(2-(2,4-二胺基苯氧基)乙氧基)苯基)-2-羥基-2-甲基丙酮、2-(4-(2-羥基-2-甲基丙醯基)苯氧基)乙基3,5-二胺基苯甲酸酯等具有自由基聚合起始劑作用之二胺;
4,4’-二胺基苯醯替苯胺等具有醯胺鍵之二胺;
1,3-雙(4-胺基苯基)脲等具有脲鍵之二胺;
H
2N-Y
D-NH
2(Y
D表示分子內具有-N(D)-(D表示因加熱而脫離並取代為氫原子之保護基。)之2價有機基。)等具有熱脫離性基之二胺;
3,3’-二胺基二苯醚、3,4’-二胺基二苯醚、4,4’-二胺基二苯醚、4,4’-磺醯基二苯胺、3,3’-磺醯基二苯胺、雙(4-胺基苯基)矽烷、雙(3-胺基苯基)矽烷、二甲基-雙(4-胺基苯基)矽烷、二甲基-雙(3-胺基苯基)矽烷、4,4’-硫二苯胺、3,3’-硫二苯胺、4,4’-二胺基二苯基酮、1,4-雙(4-胺基苯基)苯、1,3-雙(4-胺基苯基)苯、1,4-雙(4-胺基苄基)苯;
2,6-二胺基吡啶、3,4-二胺基吡啶、2,4-二胺基嘧啶、3,6-二胺基咔唑、N-甲基-3,6-二胺基咔唑、1,4-雙-(4-胺基苯基)-哌𠯤、3,6-二胺基吖啶、N-乙基-3,6-二胺基咔唑、N-苯基-3,6-二胺基咔唑、N-[3-(1H-咪唑-1-基)丙基]3,5-二胺基苯甲醯胺、4-[4-[(4-胺基苯氧基)甲基]-4,5-二氫-4-甲基-2-㗁唑基]-苯胺、4-[4-[(4-胺基苯氧基)甲基]-4,5-二氫-2-㗁唑基]-苯胺、1,4-雙(對胺基苄基)哌𠯤、4,4’-丙烷-1,3-二基雙(哌啶-1,4-二基)二苯胺、4-(4-胺基苯氧基羰基)-1-(4-胺基苯基)哌啶、2,5-雙(4-胺基苯基)吡咯、4,4’-(1-甲基-1H-吡咯-2,5-二基)雙[苯胺]、1,4-雙-(4-胺基苯基)-哌𠯤、2-N-(4-胺基苯基)吡啶-2,5-二胺、2-N-(5-胺基吡啶-2-基)吡啶-2,5-二胺、2-(4-胺基苯基)-5-胺基苯并咪唑、2-(4-胺基苯基)-6-胺基苯并咪唑、5-(1H-苯并咪唑-2-基)苯-1,3-二胺、或下式(Z-1)~式(Z-5)表示之二胺等雜環含有二胺、或4,4’-二胺基二苯胺、4,4’-二胺基二苯基-N-甲胺、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、或N,N’-雙(4-胺基苯基)-N,N’-二甲基-1,4-苯二胺等具有二苯胺結構之二胺為代表之具有選自由含有氮原子之雜環、二級或三級胺基構成之群組中之至少一種含氮原子結構(惟來自-N(D)-(D表示因加熱而脫離並取代為氫原子之保護基。)之胺基除外。)之二胺;
2,4-二胺基苯酚、3,5-二胺基苯酚、3,5-二胺基苯甲醇、2,4-二胺基苯甲醇、4,6-二胺基間苯二酚、4,4’-二胺基-3,3’-二羥基聯苯;
2,4-二胺基苯甲酸、2,5-二胺基苯甲酸、3,5-二胺基苯甲酸、4,4’-二胺基聯苯-3-羧酸、4,4’-二胺基二苯基甲烷-3-羧酸、1,2-雙(4-胺基苯基)乙烷-3-羧酸、4,4’-二胺基聯苯-3,3’-二羧酸、4,4’-二胺基聯苯-2,2’-二羧酸、3,3’-二胺基聯苯-4,4’-二羧酸、3,3’-二胺基聯苯-2,4’-二羧酸、4,4’-二胺基二苯基甲烷-3,3’-二羧酸、1,2-雙(4-胺基苯基)乙烷-3,3’-二羧酸、4,4’-二胺基二苯醚-3,3’-二羧酸等具有羧基之二胺;
1-(4-胺基苯基)-1,3,3-三甲基-1H-二氫茚-5-胺、1-(4-胺基苯基)-2,3-二氫-1,3,3-三甲基-1H-茚-6-胺;
膽甾烷基氧基-3,5-二胺基苯、膽甾烯基氧基-3,5-二胺基苯、膽甾烷基氧基-2,4-二胺基苯、3,5-二胺基苯甲酸膽甾烷酯、3,5-二胺基苯甲酸膽甾烯酯、3,5-二胺基苯甲酸羊毛甾烷酯及3,6-雙(4-胺基苯甲醯氧基)膽甾烷等具有類固醇骨架之二胺;
下式(V-1)~(V-2)表示之二胺;
1,3-雙(3-胺基丙基)-四甲基二矽氧烷等具有矽氧烷鍵之二胺;
間亞二甲苯二胺、1,3-丙烷二胺、四亞甲基二胺、五亞甲基二胺、六亞甲基二胺等非環族脂肪族二胺、1,3-雙(胺基甲基)環己烷、1,4-二胺基環己烷、4,4’-亞甲基雙(環己胺)等脂環族二胺、WO2018/117239號記載之式(Y-1)~(Y-167)中之任一者表示之基鍵結了2個胺基之二胺等。
[化61]
[化62]
式(V-1)中,m、及n各自獨立地表示1~3之整數(惟符合1≦m+n≦4。),j為0或1之整數,X
1表示-(CH
2)
a-(a為1~15之整數。)、-CONH-、-NHCO-、-CO-N(CH
3)-、-NH-、-O-、-CH
2O-、-CH
2-OCO-、-COO-、或-OCO-。R
1表示氟原子、碳數1~10之含氟原子之烷基、碳數1~10之含氟原子之烷氧基、碳數3~10之烷基、碳數3~10之烷氧基、或碳數3~10之烷氧基烷基。
式(V-2)中,X
2表示-O-、-CH
2O-、-CH
2-OCO-、-COO-、或-OCO-,R
2表示碳數3~30之烷基、或碳數3~20之含氟原子之烷基。
m、n、X
1、及R
1有2個存在時,各自獨立而具有上述定義。
又,前述其他二胺擁有之-N(D)-中之D,宜為苄氧基羰基、9-茀基甲氧基羰基、烯丙氧基羰基、Boc(第三丁氧基羰基)等代表之胺甲酸酯系之有機基為較佳。考量因熱脫離之效率良好,能於比較低的溫度脫離且脫離時會以無害氣體方式排出之觀點,Boc尤佳。
上述就其他二胺例示之具有熱脫離性基之二胺之理想例,宜為選自下式(d-1)~(d-7)中之二胺較佳。
[化63]
式(d-2)、(d-6)、及(d-7)中,R表示氫原子或Boc。
聚醯亞胺系聚合物之製造中使用的二胺成分,當使用前述具有熱脫離性基之二胺時,考量理想地獲得本發明之效果之觀點,相對於二胺成分1莫耳,為5~40莫耳%較佳,5~35莫耳%更佳,5~30莫耳%又更佳。
上述聚合物β,考量減少來自殘留DC之殘影、或提升電特性之觀點,也可含有使用選自由含有前述具含氮原子之結構之二胺之二胺成分獲得之聚醯亞胺前驅物及該聚醯亞胺前驅物之醯亞胺化物構成之群組中之至少1種聚合物(以下也稱為聚醯亞胺系聚合物(Q)。)。
用以獲得前述聚醯亞胺系聚合物(Q)之四羧酸衍生物成分,例如:上述四羧酸衍生物成分。其中上式(9)表示之四羧酸二酐或其衍生物為較佳。上式(9)表示之四羧酸二酐或其衍生物之使用量相對於和二胺成分反應之全部四羧酸衍生物成分1莫耳為10莫耳%以上較理想,20莫耳%以上更理想。
就用以獲得上述聚醯亞胺系聚合物(Q)之二胺成分而言,具有上述含氮原子之結構之二胺之使用量相對於用以獲得聚醯亞胺系聚合物(Q)之二胺成分之全部量,為5~100莫耳%較理想,10~95莫耳%更佳,20~80莫耳%更理想。
就用以獲得上述聚醯亞胺系聚合物(Q)之二胺成分而言,也可更含有上述具含氮原子之結構之二胺以外之二胺。更理想的具體例,例如分子內具有選自由脲鍵、醯胺鍵、羧基及羥基構成之群組中之至少1種基之二胺(以下也稱為二胺(c))。二胺(c)之使用量相對於用以獲得聚醯亞胺系聚合物(Q)之二胺成分之全部量,為1~95莫耳%較理想,5~90莫耳%更佳,20~80莫耳%更理想。
聚合物β,也可為上述聚醯亞胺系聚合物(Q)、與選自由使用不含上述具含氮原子之結構之二胺之二胺成分獲得之聚醯亞胺前驅物及該聚醯亞胺前驅物之醯亞胺化物構成之群組中之至少1種聚合物(以下也稱為聚醯亞胺系聚合物(H)。)之混合物。聚醯亞胺系聚合物(Q)與聚醯亞胺系聚合物(H)之含有比例,按[聚醯亞胺系聚合物(Q)]/[聚醯亞胺系聚合物(H)]之質量比計,為10/90~90/10較佳,20/80~80/20更佳,30/70~70/30又更佳。
為了利用加熱和聚合物C反應,聚合物β宜為含有選自由胺基、保護胺基、羥基、保護羥基、硫醇基、保護硫醇基、羧基、保護羧基、異氰酸酯基、保護異氰酸酯基、馬來醯亞胺基、無水羧酸基、乙烯基、烯丙基、苯乙烯基、(甲基)丙烯酸基、及(甲基)丙烯醯胺基構成之群組中之至少一者作為和聚合物C反應之部位之聚合物較佳。
在此,保護胺基之保護基、保護羥基之保護基、保護硫醇基之保護基、保護羧基之保護基、保護異氰酸酯基之保護基,係代表因加熱而脫離且生成胺基、羥基、硫醇基、羧基、異氰酸酯基之基。
保護胺基之保護基,例如:第三丁氧基羰基、苄氧基羰基、9-茀基甲氧基羰基、烯丙氧基羰基、鄰苯二甲醯基、硝基苯磺醯基、(2-三甲基矽基)-乙烷磺醯基、2,2,2-三氯乙氧基羰基、疊氮化物基等。
保護羥基之保護基,例如:四氫哌喃基、甲氧基甲醚基、三苯甲基、第三丁基、三烷基矽基、第三丁氧基羰基、苄基、乙醯基等。
保護硫醇基之保護基,例如:第三丁氧基羰基、苄氧基羰基、9-茀基甲氧基羰基、烯丙氧基羰基、鄰苯二甲醯基、硝基苯磺醯基、(2-三甲基矽基)-乙烷磺醯基、2,2,2-三氯乙氧基羰基、疊氮化物基等。
保護羧基之保護基,例如:甲酯基、苄酯基、第三丁酯基等。
保護異氰酸酯基之保護基,例如:第三丁基、二甲基吡唑基、甲乙酮肟基、內醯胺基等。
使用聚醯胺酸、聚醯亞胺、聚醯胺酸酯作為聚合物β時,因為存在四羧酸二酐與二胺成分之反應生成之羧基,且聚合物鏈末端基存在(無水)羧酸或胺基,故醯亞胺化率只要不是100%,全部聚醯胺酸、聚醯亞胺屬於聚合物β。
<聚醯亞胺前驅物之製造方法>
為聚醯亞胺前驅物之一之聚醯胺酸,可依以下之方法製造。具體而言,可藉由使四羧酸衍生物成分與二胺成分於有機溶劑存在下,於-20~150℃,較佳為0~50℃中,進行30分~24小時,較佳為1~12小時反應(縮聚反應)而合成。
上述反應使用之有機溶劑之具體例,例如N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、γ-丁內酯、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、二甲基亞碸、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮。又,聚合物之溶劑溶解性高時,可使用甲乙酮、環己酮、環戊酮、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、丙二醇單甲醚、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丙醚、二乙二醇單甲醚、或二乙二醇單乙醚。可將它們中的2種以上混合使用。
反應可於任意濃度進行,較佳為1~50質量%,更佳為5~30質量%。反應初期於高濃度進行,之後也可追加溶劑。反應時,二胺成分之合計莫耳數與四羧酸衍生物成分之合計莫耳數之比為0.8~1.2較佳。和通常的縮聚反應同樣,此莫耳比越接近1.0,則生成之聚醯胺酸之分子量越大。
上述反應獲得之聚醯胺酸,藉由邊充分攪拌反應溶液邊注入到不良溶劑,能夠使聚醯胺酸析出並回收。又,析出進行數次,以不良溶劑洗淨後,於常溫或加熱乾燥,可獲得經精製之聚醯胺酸之粉末。不良溶劑不特別限定,例如水、甲醇、乙醇、己烷、丁基賽珞蘇、丙酮、甲苯等。
為聚醯亞胺前驅物之一之聚醯胺酸酯,可利用下列等既知之方法製造:(1)將上述聚醯胺酸予以酯化之方法、(2)利用含有四羧酸二酯二氯之四羧酸衍生物成分與二胺成分之反應之方法、(3)使含有四羧酸二酯之四羧酸衍生物成分與二胺縮聚之方法。
上述聚醯胺酸、聚醯胺酸酯,在製造時,也可為將如上述四羧酸衍生物成分及二胺成分和適當封端劑同時使用而獲得之末端修飾型之聚合物。
封端劑,例如乙酸酐、馬來酸酐、奈地酸酐、鄰苯二甲酸酐、衣康酸酐、1,2-環己烷二羧酸酐、3-羥基鄰苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐、3-(3-三甲氧基矽基)丙基)-3,4-二氫呋喃-2,5-二酮、4,5,6,7-四氟異苯并呋喃-1,3-二酮、4-乙炔基鄰苯二甲酸酐等酸一酐;二碳酸二第三丁酯、二碳酸二烯丙酯等二碳酸二酯化合物;丙烯醯氯、甲基丙烯醯氯、菸鹼醯氯等氯羰基化合物;苯胺、2-胺基苯酚、3-胺基苯酚、4-胺基水楊酸、5-胺基水楊酸、6-胺基水楊酸、2-胺基苯甲酸、3-胺基苯甲酸、4-胺基苯甲酸、環己胺、正丁胺、正戊胺、正己胺、正庚胺、正辛胺等單胺化合物;異氰酸乙酯、異氰酸苯酯、異氰酸萘酯、異氰酸2-丙烯醯氧基乙酯及異氰酸2-甲基丙烯醯氧乙酯等具有不飽和鍵之異氰酸酯等單異氰酸酯化合物;異硫氰酸乙酯、異硫氰酸烯丙酯等異硫氰酸酯化合物等。
封端劑之使用比例,相對於使用之二胺成分合計100莫耳份,為40莫耳份以下較佳,30莫耳份以下更佳。
聚醯亞胺,可利用將上述聚醯亞胺前驅物以既知之方法予以醯亞胺化以製造。
聚醯亞胺中,聚醯胺酸或聚醯胺酸酯擁有之官能基之閉環率(也稱為醯亞胺化率)未必須為100%,可因應用途、目的而任意調整。
上述聚醯胺酸或聚醯胺酸酯進行醯亞胺化而得到聚醯亞胺之方法,例如將上述聚醯胺酸或聚醯胺酸酯之溶液直接加熱之熱醯亞胺化、或於上述聚醯胺酸或聚醯胺酸酯之溶液添加觸媒(例:吡啶等鹼性觸媒、乙酸酐等酸酐)之觸媒醯亞胺化。
本發明中使用的聚醯胺酸、聚醯胺酸酯及聚醯亞胺,其製成濃度10~15質量%之溶液時,例如帶有10~1000mPa・s之溶液黏度者,就作業性之觀點較好,但無特殊限制。又,上述聚合物之溶液黏度(mPa・s),係就使用該聚合物之良溶劑(例如γ-丁內酯、N-甲基-2-吡咯烷酮等)製備之濃度10~15質量%之聚合物溶液,使用E型旋轉黏度計於25℃測定之值。
上述聚醯胺酸、聚醯胺酸酯及聚醯亞胺之利用凝膠滲透層析(GPC)測定之聚苯乙烯換算之重量平均分子量(Mw)較佳為1,000~500,000,更佳為2,000~500,000。又,Mw與以GPC測定之聚苯乙烯換算之數量平均分子量(Mn)之比表示之分子量分布(Mw/Mn)較佳為15以下,更佳為10以下。藉由為如此的分子量範圍,能夠確保液晶顯示元件的良好液晶配向性。
選擇聚脲作為聚合物β時,和上述二胺成分反應之二異氰酸酯無特殊限定,可因應取得性等使用。二異氰酸酯之具體的結構如下所示。
[化64]
式中R
2、及R
3表示碳數1~10之脂肪族烴基。
式(K-1)~(K-5)表示之脂肪族二異氰酸酯,反應性不佳但有使溶劑溶解性提升的好處,如式(K-6)~(K-13)所示之芳香族二異氰酸酯,富反應性,有使耐熱性提升的效果,但有使溶劑溶解性下降的缺點。於泛用性、特性面,式(K-1)、(K-7)、(K-8)、(K-9)、(K-10)較理想,於電特性之觀點,式(K-12)較好,於液晶配向性之觀點,式(K-13)為較佳。二異氰酸酯也可併用2種以上,宜因應欲獲得的特性來採用較佳。
又,一部分二異氰酸酯也可替換為上述說明之四羧酸二酐,也能夠以如聚醯胺酸與聚脲之共聚物之形態使用,也可以利用化學醯亞胺化而為聚醯亞胺與聚脲之共聚物之形態使用。
選擇聚醯胺作為聚合物β時,反應之二羧酸之結構不特別限定,具體例列舉如下。
脂肪族二羧酸,例如丙二酸、草酸、二甲基丙二酸、琥珀酸、富馬酸、戊二酸、己二酸、黏康酸、2-甲基己二酸、三甲基己二酸、庚二酸、2,2-二甲基戊二酸、3,3-二乙基琥珀酸、壬二酸、癸二酸及辛二酸等二羧酸。
脂環族系之二羧酸,例如1,1-環丙烷二羧酸、1,2-環丙烷二羧酸、1,1-環丁烷二羧酸、1,2-環丁烷二羧酸、1,3-環丁烷二羧酸、3,4-二苯基-1,2-環丁烷二羧酸、2,4-二苯基-1,3-環丁烷二羧酸、1-環丁烯-1,2-二羧酸、1-環丁烯-3,4-二羧酸、1,1-環戊烷二羧酸、1,2-環戊烷二羧酸、1,3-環戊烷二羧酸、1,1-環己烷二羧酸、1,2-環己烷二羧酸、1,3-環己烷二羧酸、1,4-環己烷二羧酸、1,4-(2-降莰烯)二羧酸、降莰烯-2,3-二羧酸、雙環[2.2.2]辛烷-1,4-二羧酸、雙環[2.2.2]辛烷-2,3-二羧酸、2,5-二側氧基-1,4-雙環[2.2.2]辛烷二羧酸、1,3-金剛烷二羧酸、4,8-二側氧基-1,3-金剛烷二羧酸、2,6-螺[3.3]庚烷二羧酸、1,3-金剛烷二乙酸、樟腦酸等。
芳香族二羧酸,例如鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、5-甲基間苯二甲酸、5-第三丁基間苯二甲酸、5-胺基間苯二甲酸、5-羥基間苯二甲酸、2,5-二甲基對苯二甲酸、四甲基對苯二甲酸、1,4-萘二羧酸、2,5-萘二羧酸、2,6-萘二羧酸、2,7-萘二羧酸、1,4-蒽二羧酸、1,4-蒽醌二羧酸、2,5-聯苯二羧酸、4,4’-聯苯二羧酸、1,5-伸聯苯基二羧酸、4,4”-聯三苯二羧酸、4,4’-二苯基甲烷二羧酸、4,4’-二苯基乙烷二羧酸、4,4’-二苯基丙烷二羧酸、4,4’-二苯基六氟丙烷二羧酸、4,4’-二苯醚二羧酸、4,4’-聯苄基二羧酸、4,4’-二苯乙烯二羧酸、4,4'-伸乙炔基苯甲酸、4,4’-羰基二苯甲酸、4,4’-磺醯基二苯甲酸、4,4’-二硫二苯甲酸、對伸苯基二乙酸、3,3’-對伸苯基二丙酸、4-羧基桂皮酸、對伸苯基二丙烯酸、3,3’-[4,4’-(亞甲基二對伸苯基)]二丙酸、4,4’-[4,4’-(氧二對伸苯基)]二丙酸、4,4’-[4,4’-(氧二對伸苯基)]二丁酸、(異亞丙基二對伸苯基二氧基)二丁酸、雙(對羧基苯基)二甲基矽烷等二羧酸。
含有雜環之二羧酸,例如1,5-(9-側氧基茀)二羧酸、3,4-呋喃二羧酸、4,5-噻唑二羧酸、2-苯基-4,5-噻唑二羧酸、1,2,5-噻二唑-3,4-二羧酸、1,2,5-㗁二唑-3,4-二羧酸、2,3-吡啶二羧酸、2,4-吡啶二羧酸、2,5-吡啶二羧酸、2,6-吡啶二羧酸、3,4-吡啶二羧酸、3,5-吡啶二羧酸等。
上述各種二羧酸亦可為醯二鹵化物或酸酐之結構。該等二羧酸類中,尤其能提供直線結構之聚醯胺的二羧酸類在保持液晶分子之配向性方面,為較理想。該等之中,對苯二甲酸、間苯二甲酸、1,4-環己烷二羧酸、4,4’-聯苯二羧酸、4,4’-二苯基甲烷二羧酸、4,4’-二苯基乙烷二羧酸、4,4’-二苯基丙烷二羧酸、4,4’-二苯基六氟丙烷二羧酸、2,2-雙(苯基)丙烷二羧酸、4、4”-聯三苯二羧酸、2,6-萘二羧酸、2,5-吡啶二羧酸或該等之醯二鹵化物等較理想。該等化合物亦有存在異構物者,也可為包含此等異構物的混合物。又,亦可併用2種以上之化合物。又,本發明使用之二羧酸類不限於上述例示化合物。
藉由為原料之二胺(也記載為「二胺成分」)與選自為原料之四羧酸二酐(也記載為「四羧酸二酐成分」)、四羧酸二酯、二異氰酸酯及二羧酸之成分之反應,獲得聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚脲、聚醯胺時,可採用公知之合成方法。一般而言,係使二胺成分與選自四羧酸二酐成分、四羧酸二酯、二異氰酸酯及二羧酸中之一種以上之成分,於有機溶劑中反應之方法。
選擇聚(甲基)丙烯酸酯作為聚合物β時,聚(甲基)丙烯酸酯之理想態樣之一,係不是上述說明之聚合物α的聚丙烯酸酯。例如藉由使用一般的自由基發生劑將工業上能取得之可自由基聚合反應之單體進行用聚合而獲得之聚合物。
工業上能取得之可自由基聚合反應之單體之具體例,例如不飽和羧酸、丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸酯化合物、馬來醯亞胺化合物、丙烯腈、馬來酸酐、苯乙烯化合物及乙烯基化合物等。
不飽和羧酸之具體例,例如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、馬來酸、富馬酸等。
丙烯酸酯化合物,例如:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸萘酯、丙烯酸蒽酯、甲基丙烯酸蒽酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、丙烯酸第三丁酯、丙烯酸環己酯、丙烯酸異莰酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、丙烯酸甲氧基三乙二醇酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸四氫呋喃甲酯、丙烯酸3-甲氧基丁酯、丙烯酸2-甲基-2-金剛烷酯、丙烯酸2-丙基-2-金剛烷酯、丙烯酸8-甲基-8-三環癸酯、及丙烯酸8-乙基-8-三環癸酯等。也可使用丙烯酸環氧丙酯、甲基丙烯酸(3-甲基-3-環氧丙烷基)酯、及甲基丙烯酸(3-乙基-3-環氧丙烷基)酯等具有環狀醚基之丙烯酸酯化合物。
甲基丙烯酸酯化合物,例如:甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸萘酯、甲基丙烯酸蒽酯、甲基丙烯酸蒽基甲酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、甲基丙烯酸第三丁酯、甲基丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸異莰酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲基丙烯酸甲氧基三乙二醇酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸四氫呋喃甲酯、甲基丙烯酸3-甲氧基丁酯、甲基丙烯酸2-甲基-2-金剛烷酯、甲基丙烯酸2-丙基-2-金剛烷酯、甲基丙烯酸8-甲基-8-三環癸酯、及甲基丙烯酸8-乙基-8-三環癸酯等。也可使用甲基丙烯酸環氧丙酯、甲基丙烯酸(3-甲基-3-環氧丙烷基)甲酯、及甲基丙烯酸(3-乙基-3-環氧丙烷基)甲酯等具有環狀醚基之甲基丙烯酸酯化合物。
乙烯基化合物,例如:乙烯醚、甲基乙烯醚、苄基乙烯醚、2-羥基乙基乙烯醚、苯基乙烯醚、及丙基乙烯醚等。
苯乙烯化合物,例如:苯乙烯、甲基苯乙烯、氯苯乙烯、溴苯乙烯等。
馬來醯亞胺化合物,例如:馬來醯亞胺、N-甲基馬來醯亞胺、N-苯基馬來醯亞胺、及N-環己基馬來醯亞胺等。
上述工業上可取得之可自由基聚合反應之單體以外,也可使用具有液晶性側鏈結構之單體(以下稱為液晶性側鏈單體之)之側鏈型高分子、具有感光性基之感光性單體(以下稱為光反應性側鏈單體)等。
液晶性側鏈單體,係指來自該單體之高分子展現液晶性並且該高分子能在側鏈部位形成液晶原基的單體。
液晶性側鏈單體之更具體的例子,宜為具有選自由烴、(甲基)丙烯酸酯、衣康酸酯、富馬酸酯、馬來酸酯、α-亞甲基-γ-丁內酯、苯乙烯、乙烯基、馬來醯亞胺、降莰烯等自由基聚合性基構成之群組中之至少1種構成的聚合性基,及液晶性側鏈所具有之液晶原基中之至少1種之結構較佳。
液晶性側鏈單體,宜為選自下式(LS-1)~(LS-13)之液晶性側鏈鍵結在可自由基聚合之聚合性基的單體較佳。可自由基聚合之聚合性基,例如在聚合物α之說明例示之具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基。
[化65]
[化66]
式(LS-1)~(LS-13)中,A
1及A
2各自獨立地表示單鍵、-O-、-CH
2-、-C(=O)-O-、-OC(=O)-、-C(=O)NH-、-NHC(=O)-、-CH=CH-C(=O)O-、或-OC(=O)-CH=CH-,R
11表示-NO
2、-CN、鹵素原子、苯基、萘基、聯苯基、呋喃基、1價含氮雜環基、碳數5~8之1價脂環族烴基、碳數1~12之烷基、或碳數1~12之烷氧基,R
12表示選自由苯基、萘基、聯苯基、呋喃-2,5-二基、1價含氮雜環基、碳數5~8之1價脂環族烴基、及它們組合而獲得之基構成之群組中之基,R
11及R
12中和它們鍵結之氫原子也可被-NO
2、-CN、鹵素原子、碳數1~5之烷基、或碳數1~5之烷氧基取代,R
13表示氫原子、-NO
2、-CN、-CH=C(CN)
2、-CH=CH-CN、鹵素原子、苯基、萘基、聯苯基、呋喃-2,5-二基、1價含氮雜環基、碳數5~8之1價脂環族烴基、碳數1~12之烷基、或碳數1~12之烷氧基,E表示-C(=O)O-、或-OC(=O)-,d表示1~12之整數,k1~k5各自獨立地為0~2之整數,各式中之k1~k5之合計為2以上,k6及k7各自獨立地為0~2之整數,但各式中之k6及k7之合計為1以上,m1、m2及m3各自獨立地為1~3之整數,n為0或1,Z
1及Z
2各自獨立地表示單鍵、-C(=O)-、-CH
2O-、-CH=N-或-CF
2-。鏈線表示原子鍵。
光反應性側鏈單體,於主鏈鍵結了具感光性之側鏈,光反應性側鏈單體係具有會感應光而產生交聯反應、異構化反應、或光弗賴斯重排之側鏈之單體。具有感光性之側鏈之結構不特別限定,宜為感應光而產生交聯反應、或光弗賴斯重排之結構,更宜為會產生交聯反應者。於此情形,即使暴露於熱等外部壓力,仍能長期間安定地保持已達成的配向控制能力。能展現液晶性之感光性之側鏈型丙烯酸基聚合物膜之結構,只要是能符合如此的特性者即不特別限定,宜於側鏈結構具有剛直的液晶原成分較佳。
該感光性之側鏈型丙烯酸基聚合物之結構,例如可為下列結構:具有主鏈及鍵結於主鏈之側鏈,且此側鏈具有聯苯基、聯三苯、苯基環己基、苯基苯甲酸酯基、偶氮苯基等液晶原成分、及鍵結於前端部之感應光而進行交聯反應、異構化反應之感光性基的結構、或是具有主鏈及鍵結於主鏈之側鏈,此側鏈也成為液晶原成分,且具有進行光弗賴斯重排反應之苯基苯甲酸酯基之結構。
於預定之溫度範圍展現液晶性之感光性之側鏈型丙烯酸基聚合物之結構之更具體例,宜為具有選自由烴、(甲基)丙烯酸酯、衣康酸酯、富馬酸酯、馬來酸酯、α-亞甲基-γ-丁內酯、苯乙烯、乙烯基、馬來醯亞胺、降莰烯等自由基聚合性基構成之群組中之至少1種構成的主鏈,及由下式(31)至(35)中之至少1種構成之側鏈之結構較佳。
[化67]
式中,Ar
1及Ar
2各自獨立地表示從苯環、萘環、吡咯環、呋喃環、噻吩環、或吡啶環取走了2個氫原子之2價有機基,
q1與q2其中一者為1另一者為0,
Y
1-Y
2表示CH=CH、CH=N、N=CH或C-C(惟碳-碳間之鍵結為參鍵),
S
1及S
2各自獨立地表示單鍵、碳數1~18之直鏈狀或分支狀之伸烷基、碳數5~8之環伸烷基、伸苯基或伸聯苯基,或表示選自單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、脲鍵、胺甲酸酯鍵、-NR-(R表示氫原子或碳數1~18之烷基。)、及羰基或它們的組合中之1種或2種以上之鍵結、或介隔該1種或2種以上之鍵結而鍵結選自碳數1~18之直鏈狀或分支狀之伸烷基、碳數5~8之環伸烷基、伸苯基、伸聯苯基基或它們的組合中之2~10之部位而成之結構,且也可為前述Ar
1及Ar
2也可介隔前述鍵結而各多數個連結成之結構,
R表示氫原子、羥基、巰基、胺基、碳數1~10之烷基、碳數1~10之烷氧基、碳數1~8之烷胺基或碳數2~16之二烷胺基,
Ar
1、Ar
2、S
1及S
2中之苯環及/或萘環,也可被選自鹵素原子、氰基、硝基、羧基及碳數2~11之烷氧基羰基中之相同或相異之1以上之取代基取代。此時,碳數2~11之烷氧基羰基中之碳數1~10之烷基,可為直鏈狀、分支狀、環狀皆可,也可為它們組合成的結構,該碳數1~10之烷基中之氫原子亦可被鹵素原子取代。
針對前述聚丙烯酸酯之製造方法,無特殊限定,可利用工業上操作的泛用方法。具體而言,可藉由利用液晶性側鏈單體、光反應性側鏈單體之乙烯基之陽離子聚合、自由基聚合、陰離子聚合來製造。該等之中,考量反應控制容易性等觀點,自由基聚合尤佳。
自由基聚合之聚合起始劑,可使用AIBN(偶氮雙異丁腈)等公知之自由基聚合起始劑、可逆的加成-開裂型鏈轉移(RAFT)聚合試藥等公知之化合物。
自由基聚合法無特殊限制,可使用乳化聚合法、懸浮聚合法、分散聚合法、沉澱聚合法、塊狀聚合法、溶液聚合法等。
於預定之溫度範圍能展現液晶性之感光性之側鏈型丙烯酸基聚合物之聚合反應使用之有機溶劑,只要是生成之聚合物會溶解即無特殊限制。其具體例列舉如下。
N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二乙基甲醯胺、N,N-二丁基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二乙基乙醯胺、N,N-二丙基乙醯胺、N,N-二甲基丙醯胺、N,N-二乙基丙醯胺、3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺、N-甲基甲醯胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、N-甲基-ε-己內醯胺、N,N-二乙基甲醯胺、二甲基亞碸、四甲基脲、吡啶、二甲基碸、六甲基磷醯胺、γ-丁內酯、異丙醇、甲氧基甲基戊醇、二戊烯、乙基戊酮、甲基壬基酮、甲乙酮、甲基異戊基酮、甲基異丙基酮、甲基賽珞蘇、乙基賽珞蘇、甲基賽珞蘇乙酸酯、丁基賽珞蘇乙酸酯、乙基賽珞蘇乙酸酯、丁基卡必醇、乙基卡必醇、乙二醇、乙二醇單乙酸酯、乙二醇單異丙醚、乙二醇單丁醚(丁基賽珞蘇)、丙二醇、丙二醇單乙酸酯、丙二醇單甲醚、丙二醇單丁醚、丙二醇-第三丁醚、二丙二醇單甲醚、丙二醇單甲醚乙酸酯、二乙二醇、二乙二醇單乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二丙二醇單乙酸酯單甲醚、二丙二醇單乙醚、二丙二醇單乙酸酯單乙醚、二丙二醇單丙醚、二丙二醇單乙酸酯單丙醚、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、三丙二醇甲醚、3-甲基-3-甲氧基丁醇、二異丙醚、乙基異丁醚、二異丁烯、乙酸戊酯、丁酸丁酯、丁醚、二異丁基酮、甲基環己烯、丙醚、二己醚、1,4-二㗁烷、正己烷、正戊烷、正辛烷、環己烷、2-乙基-1-己醇、苯、二甲苯、甲苯、乙基苯、異丙基苯、第三丁基苯、四氫呋喃、二乙醚、環己酮、碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸丙二醇單乙醚、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸、3-甲氧基丙酸、3-甲氧基丙酸丙酯、3-甲氧基丙酸丁酯、二甘二甲醚、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、3-乙氧基-N,N-二甲基丙醯胺、3-丁氧基-N,N-二甲基丙醯胺、丙酮酸丙酯、丙酮酸丁酯、丙酮酸戊酯、丙酮酸己酯、丙酮酸-2-乙基己酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸乙酯、乙醯乙酸丙酯、乙醯乙酸丁酯、乙醯乙酸戊酯、乙醯乙酸己酯、乙醯乙酸-2-乙基己酯、乙醯丙酸甲酯、乙醯丙酸乙酯、乙醯丙酸丙酯、乙醯丙酸丁酯、乙醯丙酸戊酯、乙醯丙酸己酯、乙醯丙酸-2-乙基己酯、丙二酸二甲酯、琥珀酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、鄰苯二甲酸二甲酯、馬來酸二甲酯、丙二酸二乙酯、琥珀酸二乙酯、戊二酸二乙酯、己二酸二乙酯、鄰苯二甲酸二乙酯、馬來酸二乙酯、丙二酸二丙酯、琥珀酸二丙酯、戊二酸二丙酯、己二酸二丙酯、鄰苯二甲酸二丙酯、馬來酸二丙酯、丙二酸二丁酯、琥珀酸二丁酯、戊二酸二丁酯、己二酸二丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯、馬來酸二丁酯、丙二酸二戊酯、琥珀酸二戊酯、戊二酸二戊酯、己二酸二戊酯、鄰苯二甲酸二戊酯、馬來酸二戊酯、丙二酸二己酯、琥珀酸二己酯、戊二酸二己酯、己二酸二己酯、鄰苯二甲酸二己酯、馬來酸二己酯、丙二酸二2-乙基己酯、琥珀酸-2-乙基己酯、戊二酸-2-乙基己酯、己二酸-2-乙基己酯、鄰苯二甲酸-2-乙基己酯、馬來酸-2-乙基己酯等。
此等有機溶劑可單獨使用也可混合使用。再者,即使是不使生成之高分子溶解之溶劑,仍可於生成之高分子不析出之範圍內,混在上述有機溶劑使用。
又,自由基聚合中,有機溶劑中之氧會成為妨礙聚合反應之原因,故有機溶劑宜使用儘可能經脫氣者較佳。
自由基聚合時之聚合溫度可於30~150℃之任意之溫度選擇,較佳為50~100℃之範圍。又,反應可於任意之濃度進行,但濃度若過低,獲得高分子量之聚合物會變難,濃度若過高,則反應液之黏性會變得過高,均勻攪拌變得困難,故單體濃度較佳為1~50質量%,更佳為5~30質量%。可於反應初期於高濃度進行,之後追加有機溶劑。
上述自由基聚合反應中,自由基聚合起始劑之比率相對於單體若多,則獲得之高分子之分子量減小,若少則獲得之高分子之分子量變大,故自由基起始劑之比率宜相對於待聚合之單體為0.1~10莫耳%較佳。又,聚合時亦可追加各種單體成分、溶劑、起始劑等。
從因上述反應獲得之會展現液晶性之感光性之側鏈型高分子之反應溶液來回收生成之高分子時,可將反應溶液投入到不良溶劑,並使此等聚合物沉澱。沉澱使用之不良溶劑可列舉甲醇、丙酮、己烷、庚烷、丁基賽珞蘇、庚烷、甲乙酮、甲基異丁基酮、乙醇、甲苯、苯、二乙醚、甲基乙基醚、水等。投入到不良溶劑而沉澱之聚合物,可於過濾回收後,於常壓或減壓下於常溫或加熱而乾燥。又,若已沉澱回收之聚合物再溶於有機溶劑,並進行再沉澱回收,重複此操作2~10次,則能減少聚合物中之雜質。此時之不良溶劑,例如:醇類、酮類、烴等,若從該等之中選出3種以上之不良溶劑,能使精製之效率更好,故為理想。
於預定之溫度範圍展現液晶性之感光性之側鏈型丙烯酸基聚合物之分子量,當考量獲得之塗膜之強度、塗膜形成時之作業性、及塗膜之均勻性時,按GPC法測定之重量平均分子量為2,000~1,000,000較理想,5,000~100,000更理想。
(弱錨定液晶配向劑)
弱錨定液晶配向劑,係在具有液晶及弱錨定配向膜之液晶胞之前述弱錨定配向膜之形成中使用。
液晶配向劑中,構成配向膜之聚合物α、及聚合物β以外之複合成分可為單體,也可為聚合物。選擇聚合物作為複合成分時,可將多個聚合物混合使用。又,複合之聚合物,例如選自由聚矽氧烷、聚酯、聚醯胺、聚脲、聚有機矽氧烷、纖維素衍生物、聚縮醛、聚苯乙烯衍生物、聚(苯乙烯-馬來酸酐)共聚物、聚(異丁烯-馬來酸酐)共聚物、聚(乙烯醚-馬來酸酐)共聚物、聚(苯乙烯-苯基馬來醯亞胺)衍生物、及聚(甲基)丙烯酸酯構成之群組中之聚合物等。聚(苯乙烯-馬來酸酐)共聚物之具體例,例如SMA1000、SMA2000、SMA3000(Cray Valley公司製)、GSM301(GIFUSHELLAC製造所公司製)等,聚(異丁烯-馬來酸酐)共聚物之具體例,例如ISOBAM-600(可樂麗公司製),聚(乙烯醚-馬來酸酐)共聚物之具體例,例如Gantrez AN-139(甲基乙烯醚馬來酸酐樹脂、ASHLAND公司製)。
其他聚合物可單獨使用一種,也可將二種以上組合使用。其他聚合物之含有比例,相對於聚合物α及聚合物β之合計100質量份為0.1~90質量份更佳,1~90質量份更理想。
針對選擇單體作為複合成分時,也可將多數之單體混合使用。又,複合之單體宜為多官能(甲基)丙烯酸酯、多官能環氧化物、多官能乙烯等顯示熱硬化性者較理想,也可同時併用熱酸產生劑、熱鹼發生劑、熱自由基發生劑等。和聚合物合金複合之單體之複合比率無特殊限定,考量光學特性、步驟性之觀點,理想的複合比率為99質量%以下,更佳為70質量%以下。
液晶配向劑使用之有機溶劑例如上述特定之有機溶劑。該等有機溶劑可單獨使用也可混合使用。
又,將使塗膜之均勻性、平滑性提升之溶劑和溶解性高的有機溶劑混合使用較理想。
使塗膜之均勻性、平滑性提升之溶劑,例如:異丙醇、甲氧基甲基戊醇、甲基賽珞蘇、乙基賽珞蘇、甲基賽珞蘇乙酸酯、丁基賽珞蘇乙酸酯、乙基賽珞蘇乙酸酯、丁基卡必醇、乙基卡必醇、乙基卡必醇乙酸酯、乙二醇、乙二醇單乙酸酯、乙二醇單異丙醚、乙二醇單丁醚(丁基賽珞蘇)、丙二醇、丙二醇單乙酸酯、丙二醇單甲醚、丙二醇單丁醚、丙二醇-第三丁醚、二乙二醇、二乙二醇單乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二丙二醇單乙酸酯單甲醚、二丙二醇單甲醚、丙二醇單甲醚乙酸酯、二丙二醇單乙醚、二丙二醇單乙酸酯單乙醚、二丙二醇單丙醚、二丙二醇單乙酸酯單丙醚、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、三丙二醇甲醚、3-甲基-3-甲氧基丁醇、二異丙醚、乙基異丁醚、二異丁烯、戊基乙酸酯、丁酸丁酯、丁醚、二異丁基酮、甲基環己烯、丙醚、二己醚、正己烷、正戊烷、正辛烷、二乙醚、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丙酯、乳酸正丁酯、乳酸異戊酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸丙二醇單乙醚、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸甲基乙酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸、3-甲氧基丙酸、3-甲氧基丙酸丙酯、3-甲氧基丙酸丁酯、1-甲氧基-2-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇、1-丁氧基-2-丙醇、1-苯氧基-2-丙醇、丙二醇二乙酸酯、丙二醇-1-單甲醚-2-乙酸酯、丙二醇-1-單乙醚-2-乙酸酯、二丙二醇、2-(2-乙氧基丙氧基)丙醇、2-乙基-1-己醇、丙酮酸甲基、丙酮酸乙酯、丙酮酸丙酯、丙酮酸丁酯、丙酮酸戊酯、丙酮酸己酯、丙酮酸-2-乙基己酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸乙酯、乙醯乙酸丙酯、乙醯乙酸丁酯、乙醯乙酸戊酯、乙醯乙酸己酯、乙醯乙酸-2-乙基己酯、乙醯丙酸甲酯、乙醯丙酸乙酯、乙醯丙酸丙酯、乙醯丙酸丁酯、乙醯丙酸戊酯、乙醯丙酸己酯、乙醯丙酸-2-乙基己酯、丙二酸二甲酯、琥珀酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、鄰苯二甲酸二甲酯、馬來酸二甲酯、丙二酸二乙酯、琥珀酸二乙酯、戊二酸二乙酯、己二酸二乙酯、鄰苯二甲酸二乙酯、馬來酸二乙酯、丙二酸二丙酯、琥珀酸二丙酯、戊二酸二丙酯、己二酸二丙酯、鄰苯二甲酸二丙酯、馬來酸二丙酯、丙二酸二丁酯、琥珀酸二丁酯、戊二酸二丁酯、己二酸二丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯、馬來酸二丁酯、丙二酸二戊酯、琥珀酸二戊酯、戊二酸二戊酯、己二酸二戊酯、鄰苯二甲酸二戊酯、馬來酸二戊酯、丙二酸二己酯、琥珀酸二己酯、戊二酸二己酯、己二酸二己酯、鄰苯二甲酸二己酯、馬來酸二己酯、丙二酸二2-乙基己酯、琥珀酸-2-乙基己酯、戊二酸-2-乙基己酯、己二酸-2-乙基己酯、鄰苯二甲酸-2-乙基己酯、馬來酸-2-乙基己酯等。該等溶劑也可多數種混合。使用該等溶劑時,為液晶配向劑中含有的溶劑全體的5~80質量%較佳,更佳為20~60質量%。
本發明之弱錨定液晶配向劑也可追加地含有聚合物成分及溶劑以外之成分(以下也稱為添加劑成分)。如此的添加劑成分,例如用以提升液晶配向膜之強度之化合物(以下也稱為交聯性化合物。)、用以提升液晶配向膜與基板之密合性、液晶配向膜與密封劑之密合性之密合助劑、用以調整液晶配向膜之介電常數、電阻之介電體、導電物質等。
上述交聯性化合物,例如選自由具有選自環氧基、環氧丙烷基、㗁唑啉結構、環碳酸酯基、封端異氰酸酯基、羥基及烷氧基中之至少1種取代基之交聯性化合物(c-1)、及具有聚合性不飽和基之交聯性化合物(c-2)構成之群組中之至少1種交聯性化合物。
上述交聯性化合物(c-1)、(c-2)之理想具體例,例如以下之化合物。
具有環氧基之化合物,例如乙二醇二環氧丙醚、聚乙二醇二環氧丙醚、丙二醇二環氧丙醚、三丙二醇二環氧丙醚、聚丙二醇二環氧丙醚、新戊二醇二環氧丙醚、1,6-己烷二醇二環氧丙醚、甘油二環氧丙醚、二溴新戊二醇二環氧丙醚、1,3,5,6-四環氧丙基-2,4-己烷二醇、EPIKOTE828(三菱化學公司製)等雙酚A型環氧樹脂、EPIKOTE807(三菱化學公司製)等雙酚F型環氧樹脂、YX-8000(三菱化學公司製)等氫化雙酚A型環氧樹脂、YX6954BH30(三菱化學公司製)等含有聯苯骨架之環氧樹脂、EPPN-201(日本化藥公司製)等苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、EOCN-102S(日本化藥公司製)等(鄰,間,對-)甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、肆(環氧丙氧基甲基)甲烷、N,N,N’,N’-四環氧丙基-1,4-苯二胺、N,N,N’,N’-四環氧丙基-2,2’-二甲基-4.4’-二胺基聯苯、2,2-雙[4-(N,N-二環氧丙基-4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、N,N,N’,N’-四環氧丙基-4,4’-二胺基二苯基甲烷等三級氮原子和芳香族碳原子鍵結之化合物;N,N,N’,N’-四環氧丙基-1,2-二胺基環己烷、N,N,N’,N’-四環氧丙基-1,3-二胺基環己烷、N,N,N’,N’-四環氧丙基-1,4-二胺基環己烷、雙(N,N-二環氧丙基-4-胺基環己基)甲烷、雙(N,N-二環氧丙基-2-甲基-4-胺基環己基)甲烷、雙(N,N-二環氧丙基-3-甲基-4-胺基環己基)甲烷、1,3-雙(N,N-二環氧丙胺基甲基)環己烷、1,4-雙(N,N-二環氧丙胺基甲基)環己烷、1,3-雙(N,N-二環氧丙胺基甲基)苯、1,4-雙(N,N-二環氧丙胺基甲基)苯、1,3,5-參(N,N-二環氧丙胺基甲基)環己烷、1,3,5-參(N,N-二環氧丙胺基甲基)苯等三級氮原子和脂肪族碳原子鍵結之化合物、TEPIC(日產化學公司製)等異氰尿酸三環氧丙酯等異氰尿酸酯化合物、日本特開平10-338880號公報之段落[0037]記載之化合物、WO2017/170483號公報記載之化合物等;
作為具有環氧丙烷基之化合物,例如1,4-雙{[(3-乙基-3-環氧丙烷基)甲氧基]甲基}苯(ARON OXETANE OXT-121(XDO))、雙[2-(3-環氧丙烷基)丁基]醚(ARON OXETANE OXT-221(DOX))、1,4-雙〔(3-乙基氧雜環丁烷-3-基)甲氧基〕苯(HQOX)、1,3-雙〔(3-乙基氧雜環丁烷-3-基)甲氧基〕苯(RSOX)、1,2-雙〔(3-乙基氧雜環丁烷-3-基)甲氧基〕苯(CTOX)、WO2011/132751號公報之段落[0170]~[0175]記載之具有2個以上之環氧丙烷基之化合物等;
作為具有㗁唑啉結構之化合物,例如2,2’-雙(2-㗁唑啉)、2,2’-雙(4-甲基-2-㗁唑啉)等化合物、EPOCROS(商品名、(股)公司日本觸媒製)之具有㗁唑啉基之聚合物、寡聚物、日本特開2007-286597號公報之段落[0115]記載之化合物等;
具有環碳酸酯基之化合物,例如N,N,N’,N’-四[(2-側氧基-1,3-二氧戊環-4-基)甲基]-4,4’-二胺基二苯基甲烷、N,N’’-二[(2-側氧基-1,3-二氧戊環-4-基)甲基]-1,3-苯二胺、WO2011/155577號公報之段落[0025]~[0030]、[0032]記載之化合物等;
具有封端異氰酸酯基之化合物,例如CORONATEAP StableM、CORONATE2503、2515、2507、2513、2555、MILLIONATEMS-50(以上、東曹公司製)、TAKENATEB-830、B-815N、B-820NSU、B-842N、B-846N、B-870N、B-874N、B-882N(以上為三井化學公司製)、日本特開2014-224978號公報之段落[0046]~[0047]記載之具有2個以上之保護異氰酸酯基之化合物、WO2015/141598號之段落[0119]~[0120]記載之具有3個以上之保護異氰酸酯基之化合物等;
具有羥基及/或烷氧基之化合物,例如N,N,N’,N’-肆(2-羥基乙基)己二醯胺、2,2-雙(4-羥基-3,5-二羥基甲基苯基)丙烷、2,2-雙(4-羥基-3,5-二甲氧基苯基)丙烷、2,2-雙(4-羥基-3,5-二羥基甲基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、WO2015/072554號、日本特開2016-118753號公報之段落[0058]記載之化合物、日本特開2016-200798號公報記載之化合物、WO2010/074269號公報記載之化合物等;
具有聚合性不飽和基之交聯性化合物,例如甘油單(甲基)丙烯酸酯、甘油二(甲基)丙烯酸酯(1,2-,1,3-體混合物)、甘油參(甲基)丙烯酸酯、甘油1,3-二甘油酸酯二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇單(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇單(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇單(甲基)丙烯酸酯、五乙二醇單(甲基)丙烯酸酯、六乙二醇單(甲基)丙烯酸酯等。
上述化合物為交聯性化合物之一例,不限於此等。例如:WO2015/060357號公報之53頁[0105]~55頁[0116]揭示之上述以外之成分等。又,交聯性化合物也可2種以上組合。
使用交聯性化合物時,液晶配向劑中之交聯性化合物之含量,相對於液晶配向劑中含有的聚合物成分100質量份為0.5~20質量份較佳,更佳為1~15質量份。
上述密合助劑,例如3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-胺基丙基二乙氧基甲基矽烷、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-乙氧基羰基-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-3-三乙氧基矽基丙基三伸乙基四胺、N-3-三甲氧基矽基丙基三伸乙基四胺、10-三甲氧基矽基-1,4,7-三氮雜癸烷、10-三乙氧基矽基-1,4,7-三氮雜癸烷、9-三甲氧基矽基-3,6-二氮雜壬基乙酸酯、9-三乙氧基矽基-3,6-二氮雜壬基乙酸酯、N-苄基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-苄基-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、對苯乙烯基三甲氧基矽烷、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三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、參(3-三甲氧基矽基丙基)異氰尿酸酯、3-巰基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-異氰酸酯丙基三乙氧基矽烷等矽烷偶聯劑。
使用密合助劑時,液晶配向劑中之密合助劑之含量,相對於液晶配向劑中含有的聚合物成分100質量份為0.1~30質量份較佳,更佳為0.1~20質量份。
(強錨定水平配向膜)
具備弱錨定液晶配向膜之基板之對向側之基板須設置強錨定水平配向膜。在此所述之強錨定水平配向膜,係能夠將液晶沿水平方向均勻排列,且維持排列的液晶的力亦即界面錨定能量充分強的液晶配向膜。
強錨定水平配向膜,係藉由將上述說明之聚醯胺酸、聚醯亞胺、聚醯胺酸酯、聚醯胺、聚酯、聚丙烯酸酯等利用摩擦處理、光配向處理等而沿單軸方向進行配向處理以獲得。
強錨定水平配向膜,可藉由將前面所述單體之組合獲得。
(弱錨定配向膜與強錨定水平配向膜)
本發明之弱錨定液晶配向膜,可使用上述弱錨定液晶配向劑獲得。例如:可將本發明使用之弱錨定液晶配向劑塗佈在基板後,進行乾燥、煅燒,將獲得之硬化膜予以摩擦、照射偏光或特定波長之光等、以離子束等處理來進行配向處理以獲得。
強錨定水平配向膜,也同樣可藉由將強錨定液晶配向劑塗佈於基板後,進行乾燥、煅燒,將獲得之硬化膜進行配向處理以獲得。
本發明中,可為第一基板係具有梳齒電極之基板,第二基板係對向基板。又,本發明中,也可為第二基板係具有梳齒電極之基板,第一基板係對向基板。
塗佈各液晶配向膜之基板,只要是透明性高的基板即可,不特別限定,宜為在基板上形成了用以驅動液晶之透明電極的基板較佳。
若舉具體例,例如在玻璃板、聚碳酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚醚碸、聚芳酯、聚胺甲酸酯、聚碸、聚醚、聚醚酮、三甲基戊烯、聚烯烴、聚對苯二甲酸乙二醇酯、(甲基)丙烯腈、三乙醯基纖維素、二乙醯基纖維素、丁酸乙酯纖維素等塑膠板等形成了透明電極之基板。
可使用於IPS方式之液晶顯示元件的基板,也可使用標準的IPS梳齒電極、PSA(Polymer-Stabilized Alignment)魚骨電極等電極圖案、MVA(Multi-domain Vertical Alignment)之類的突起圖案。
又,在TFT(Thin-Film-Transistor)型元件之類的高功能性元件中,會使用在用以驅動液晶之電極與基板之間形成有如電晶體之元件者。
欲為透射型液晶顯示元件時,一般使用如上述之基板,欲為反射型液晶顯示元件時,若僅單側基板的話,也可使用矽晶圓等不透明的基板。此時,形成於基板之電極亦可使用會反射光之如鋁之類的材料。
弱錨定液晶配向劑的塗佈方法可列舉:旋塗法、印刷法、噴墨法、噴霧法、輥塗法等,就生產性方面而言,工業上廣泛使用轉印印刷法,本發明也可理想地使用。
塗佈液晶配向劑後之乾燥步驟並非必要,惟塗佈後至煅燒前的時間每個基板並不固定時、或塗佈後並未直接進行煅燒時,則宜包含乾燥步驟。該乾燥只要將溶劑去除至塗膜形狀不會因基板之搬運等而變形的程度即可,其乾燥手段並無特別限制。乾燥步驟之理想條件可列舉於溫度40~150℃,更佳為60~100℃之加熱板上乾燥0.5~30分鐘,更佳為乾燥1~5分鐘之方法。煅燒步驟之理想條件,例如於溫度80~250℃,更佳為100~230℃之熱板或熱風循環式烘箱進行1~120分鐘,更佳為5~30分鐘煅燒的方法。
該硬化膜的厚度可因應需要而選擇,宜為5nm以上,更佳為10nm以上時,可改善液晶顯示元件的可靠性,故較理想。又,硬化膜的厚度宜為300nm以下,更佳為150nm以下時,液晶顯示元件的耗電不會變得極大,故較理想。
以上述方式,可獲得具有弱錨定液晶配向膜之第一基板或第二基板、及具有強錨定水平配向膜之第二基板或第一基板。實施單軸配向處理之方法可列舉:光配向法、斜向蒸鍍法、摩擦配向法、利用磁場所為之單軸配向處理等。
實施沿單一方向進行摩擦處理所為之配向處理時,例如邊使捲繞有摩擦布之摩擦輥旋轉,邊使摩擦布和膜接觸的方式來移動基板。使用光配向法時,可藉由對膜全面照射特定波長之偏光UV,並因應需要加熱來進行配向處理。
形成有梳齒電極之基板的情況,係依液晶之電物性來選擇方向,在使用具有正的介電異向性之液晶時,摩擦方向宜設為和梳齒電極之延伸方向大致相同的方向。
[液晶胞]
本發明之液晶胞,係利用上述方法,藉由將使用本發明之液晶配向劑而得的具有弱錨定液晶配向膜之基板(例如第一基板)、及具有公知之強錨定液晶配向膜之基板(例如第二基板),以弱錨定液晶配向膜和強錨定液晶配向膜彼此相向的方式進行配置,挾持間隔件並以密封劑固定,注入液晶並進行密封來獲得。此時,使用的間隔件之大小通常為1~30μm,宜為2~10μm。又,藉由使第一基板之摩擦方向和第二基板之摩擦方向平行,可使用於IPS方式、FFS方式,若摩擦方向以垂直相交的方式進行配置,則可使用於TN方式。
另外,IPS方式中使用的梳齒電極基板即IPS基板,具有:基材、形成於基材上且配置成梳齒狀之多條線狀電極、及以包覆線狀電極的方式形成於基材上之液晶配向膜。
另外,FFS方式中使用的梳齒電極基板即FFS基板,具有:基材、形成於基材上之面電極、形成於面電極上之絕緣膜、形成於絕緣膜上且配置成梳齒狀之多條線狀電極、及以包覆線狀電極的方式形成於絕緣膜上之液晶配向膜。
(液晶顯示元件之製造方法)
本發明之液晶表元件之製造方法,包括利用本發明之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法製造附設有弱錨定配向膜之基板之步驟。
(液晶顯示元件)
液晶顯示元件例如具有:第一基板、和第一基板對向配置之第二基板、及填充於第一基板與第二基板之間的液晶。然後,液晶顯示元件係使用將本發明之弱錨定液晶配向劑予以塗佈成膜而具備弱錨定液晶配向膜之第一基板或第二基板、及具備強錨定水平配向膜之第二基板或第一基板來製得。
液晶顯示元件例如可因應需要藉由在液晶胞依循常用方法設置反射電極、透明電極、λ/4板、偏光膜、彩色濾光片層等來製成反射型液晶顯示元件。又,也可因應需要藉由在液晶胞依循常用方法設置背光、偏光板、λ/4板、透明電極、偏光膜、彩色濾光片層等來製成透射型液晶顯示元件。
圖1係顯示本發明之橫電場液晶顯示元件之一例之概略剖面圖,為IPS方式液晶顯示元件之例。
圖1例示之橫電場液晶顯示元件1中,在具備液晶配向膜2c之梳齒電極基板2與具備液晶配向膜4a之對向基板4之間,夾著液晶3。梳齒電極基板2,具有:基材2a;在基材2a上形成且配置成梳齒狀之多個線狀電極2b;在基材2a上以包覆線狀電極2b之方式形成之液晶配向膜2c。對向基板4,具有:基材4b;形成在基材4b上之弱錨定液晶配向膜或強錨定水平配向膜(液晶配向膜4a)。液晶配向膜2c,例如:本發明之弱錨定液晶配向膜或強錨定水平配向膜。對向之基板所具備的液晶配向膜係以互為強錨定水平配向膜及弱錨定液晶配向膜之組合來製作。
該橫電場液晶顯示元件1中,對線狀電極2b施加電壓的話,則如電力線L所示般會於線狀電極2b間產生電場。
圖2為顯示本發明之橫電場液晶顯示元件之另一例之概略剖面圖,係FFS方式液晶顯示元件之例。
於圖2例示之橫電場液晶顯示元件1中,在具備液晶配向膜2h之梳齒電極基板2與具備液晶配向膜4a之對向基板4之間,挾持有液晶3。梳齒電極基板2具有:基材2d、形成於基材2d上之面電極2e、形成於面電極2e上之絕緣膜2f、形成於絕緣膜2f上且配置成梳齒狀之多條線狀電極2g、及以包覆線狀電極2g的方式形成於絕緣膜2f上之液晶配向膜2h。對向基板4具有:基材4b、及形成於基材4b上之液晶配向膜4a。液晶配向膜4a和前述說明之圖1中的液晶配向膜4a同樣。液晶配向膜2h和前述說明之圖1中的液晶配向膜2c同樣。
該橫電場液晶顯示元件1中,對面電極2e及線狀電極2g施加電壓的話,則如電力線L所示般會於面電極2e及線狀電極2g間產生電場。
[實施例]
以下列舉實施例具體地說明本發明,惟本發明並非解釋為限於這些實施例。化合物之縮寫及各特性之測定方法如下所述。
(和液晶互溶之自由基聚合性單體)
[化68]
(因加熱等而對於液晶不溶化之自由基聚合性單體)
[化69]
Me表示甲基。
(光配向性自由基聚合單體)
[化70]
(RAFT劑)
[化71]
(脫RAFT劑)
[化72]
(鏈轉移劑)
[化73]
Me表示甲基。
(熱聚合起始劑)
[化74]
(二胺)
[化75]
(四羧酸二酐)
[化76]
(添加劑)
[化77]
(溶劑)
THF:四氫呋喃
NMP:N-甲基-2-吡咯烷酮
BCS:乙二醇單丁醚
BCA:乙二醇單丁醚乙酸酯
PGMEA:丙二醇單甲醚乙酸酯
(黏度測定)
聚醯胺酸溶液等的黏度係使用E型黏度計TVE-22H(東機產業公司製),以樣本量1.1mL(毫升)、錐形轉子TE-1(1°34’,R24)、於溫度25℃的條件進行測定。
(分子量之測定)
聚醯亞胺前驅物及聚醯亞胺以外之合成後的聚合物的分子量,係使用常溫凝膠滲透層析(GPC)裝置(CBM-20A)(島津製作所製)、管柱(Shodex(註冊商標)KF-804L及KF-803L之串聯)(昭和電工公司製),如下進行測定。
管柱溫度:40℃
溶離液:四氫呋喃
流速:1.0mL/分
檢量線製作用標準樣本:標準聚苯乙烯(分子量;197,000、55,100、12,800、3,950、1,260)(東曹公司製)
聚醯亞胺前驅物及聚醯亞胺的分子量,係使用常溫凝膠滲透層析(GPC)裝置(GPC-101)(昭和電工公司製)、管柱(GPC KD-803、GPC KD-805之串聯)(昭和電工公司製),如下進行測定。
管柱溫度:50℃
溶離液:N,N-二甲基甲醯胺(添加劑為溴化鋰一水合物(LiBr・H
2O)為30mmol/L(公升)、磷酸無水結晶(正磷酸)為30mmol/L、四氫呋喃(THF)為10mL/L)
流速:1.0mL/分
檢量線製作用標準樣本:TSK 標準聚環氧乙烷(分子量;約900,000、150,000、100,000及30,000)(東曹公司製)及聚乙二醇(分子量;約12,000、4,000及1,000)(Polymer Laboratory Corporation製)。
(醯亞胺化率之測定)
將聚醯亞胺粉末20mg裝入到NMR(核磁共振)樣本管(草野科學公司製,NMR取樣標準試管φ5),添加氘化二甲基亞碸(DMSO-d
6,0.05質量%四甲基矽烷(TMS)混合品)(1.0mL),施加超音波,使其完全溶解。將此溶液以傅利葉變換型超傳導核磁共振裝置(FT-NMR)「AVANCE III」(BRUKER製)測定500MHz之質子NMR。
醯亞胺化率係以來自醯亞胺化前後不變化之結構之質子作為基準質子而決定,使用此質子之峰部累積值、及來自出現於9.5~10.0ppm附近之醯胺酸之NH基之質子峰部累積值,依下式求出。又,式中,X為來自醯胺酸之NH基之質子峰部累積值,Y為基準質子之峰部累積值,Α為相對於聚醯胺酸(醯亞胺化率為0%)時醯胺酸之NH基之質子1個之基準質子之個數比例。
醯亞胺化率(%)=(1-Α・X/Y)×100
<均聚物之合成>
(合成例1-1)
於配備攪拌子及氮氣導入管之50ml茄形燒瓶中量取A-1(10.0g,58.7mmol)、R-3(294mg,0.729mmol)、及AIBN(59.9mg,0.365mmol),加入THF(10.4g),於室溫攪拌使其溶解後,將系內進行氮氣取代,於設定在60℃之油浴中進行24小時加熱攪拌。加熱攪拌後,邊攪拌甲醇(30g)邊將反應溶液小心注入,使固體析出,攪拌30分鐘。利用過濾分取此沉澱物,再以甲醇(30g)進行30分鐘漿液洗淨,共計進行2次,將固體於50℃真空乾燥,獲得均聚物mCTA-1。數量平均分子量(Mn):11,400、重量平均分子量(Mw):13,000。
(合成例1-2~1-14)
使用之原料(單體)之種類、觸媒種類及進料量替換為如下列表1所示,除此以外和合成例1-1同樣實施,獲得下列表1所示之均聚物。
[表1]
<使用了末端基變換的均聚物之合成>
(合成例1-15)
於配備攪拌子及氮氣導入管之50ml茄形燒瓶中量取合成例1-1獲得之mCTA-1(6.00g,0.526mmol),加入THF(6.32g),於室溫攪拌使其溶解。將系內進行氮氣取代,加入AM-1(316mg,5.26mmol),於室溫攪拌6小時。確認反應溶液已成為透明,邊攪拌甲醇(40g)邊小心地注入反應溶液,使固體析出,進行30分鐘攪拌。利用過濾分取此沉澱物,再以甲醇(40g)進行30分鐘漿液洗淨,共計進行2次,使固體於50℃真空乾燥,以獲得均聚物mTT-1。Mn:11,500、Mw:12,900。
<使用了RAFT聚合之嵌段共聚物之合成>
(合成例2-1)
於配備攪拌子及氮氣導入管之50ml茄形燒瓶中量取mCTA-1(3.81g,0.334mmol)、B-1(6.00g,23.9mmol)、及AIBN(27.4mg,0.167mmol),加入THF(9.84g),於室溫攪拌,使其溶解後,將系內進行氮氣取代,於設定60℃之油浴進行24小時加熱攪拌。加熱攪拌後,邊攪拌甲醇(40g)邊小心地注入反應溶液,使固體析出,進行30分鐘攪拌。利用過濾分取此沉澱物,再以甲醇(40g)進行30分鐘漿液洗淨,共計進行2次,使固體於50℃真空乾燥,以獲得嵌段共聚物BCP-1。Mn:24,200、Mw:30,000。
(合成例2-2~2-6)
將使用之原料(單體)之種類、進料量替換為如下列表2所示,除此以外和合成例2-1同樣實施,獲得下列表2所示之嵌段共聚物(BCP-2~BCP-6)。
[表2]
<巨分子單體之合成>
(合成例3-1)
於配備攪拌子及氮氣導入管之50mL茄形燒瓶中量取A-7(10.0g、78.0mmol)、S-4(0.216g、2.34mmol)及AIBN(0.128g、0.780mmol),加入THF(10.3g),於室溫攪拌,使其溶解後,將系內進行氮氣取代,於設定60℃之油浴進行12小時加熱攪拌。加熱攪拌後,邊攪拌冷甲醇(30.0g),邊小心地注入反應溶液,使固體析出,進行30分鐘攪拌。利用過濾分取此沉澱物,再以冷甲醇(30g)進行30分鐘漿液洗淨,共計進行2次,將固體於50℃真空乾燥,獲得預聚物。Mn:6,000、Mw:9,900。
於配備攪拌子及氮氣導入管之100mL茄形燒瓶中,加入以前述方法合成之預聚物(10.0g、1.67mmol)、B-4(0.830g、5.83mmol)、氫醌(8.1mg)、N,N-二甲基月桂胺(2.0mg)及二甲苯(20.0g),於室溫攪拌,使其溶解後,於設定140℃之油浴進行6小時加熱攪拌。加熱攪拌後,邊攪拌甲醇(50g)邊小心注入反應溶液,使固體析出,進行30分鐘攪拌。利用過濾分取此沉澱物,再以甲醇(50g)進行30分鐘漿液洗淨,共計進行2次,使固體於50℃真空乾燥,以獲得巨分子單體(MA-1)。Mn:6,100、Mw:9,900。
<接枝共聚物之合成>
(合成例3-2)
於配備攪拌子及氮氣導入管之100mL茄形燒瓶量取MA-1(1.00g,0.167mmol)、B-2(4.10g,16.5mmol)、及AIBN(82.1mg,0.500mmol),加入THF(7.77g),於室溫攪拌,使其溶解後,將系內進行氮氣取代,於設定60℃之油浴進行12小時加熱攪拌。加熱攪拌後,邊攪拌甲醇(40g)邊小心注入反應溶液,使固體析出,進行30分鐘攪拌。利用過濾分取此沉澱物,再以甲醇(40g)進行30分鐘漿液洗淨,共計進行2次,將固體於50℃真空乾燥,以獲得接枝共聚物(GP-1)。Mn:92,200、Mw:196,600。
<瓶刷聚合物之合成>
(合成例4-1)
於配備攪拌子及氮氣導入管之100ml茄形燒瓶中,量取甲基丙烯酸2-((2-溴-2-甲基丙醯基)氧)乙酯(5.00g、17.91mmol)、B-7(0.078g、0.60mmol)、R-3(0.72g,1.80mmol)及AIBN(0.09g、0.54mmol),加入THF(10.2g),於室溫攪拌,使其溶解後,將系內進行氮氣取代,於設定60℃之油浴進行12小時加熱攪拌。加熱攪拌後,邊攪拌甲醇(50.0g)邊小心注入反應溶液,使固體析出,進行30分鐘攪拌。利用過濾分取此沉澱物,再以甲醇(50.0g)進行30分鐘漿液洗淨,共計進行2次,使固體於50℃真空乾燥,以獲得巨分子單體(MA-2)。Mn:45,300、Mw:68,000。
於配備攪拌子及氮氣導入管之50ml茄形燒瓶中,加入以前述方法合成之巨分子單體(MA-2:2.00g、0.03mmol)、B-2(0.43g、1.76mmol)、A-1(3.00g、17.62mmol)、2-溴異丁酸乙酯(0.012g、0.06mmol)、CuBr(0.03g、0.19mmol)、N,N,N’,N’’,N’’-五甲基二伸乙三胺(0.043g、0.25mmol)、及Anisole(7.5g),於室溫攪拌,使其溶解後,進行冷凍脫氣3次,於設定90℃之油浴進行6小時加熱攪拌。加熱攪拌後,邊攪拌甲醇(50.0g)邊將反應溶液小心注入,使固體析出,進行30分鐘攪拌。利用過濾分取此沉澱物,再以甲醇(50.0g)進行30分鐘漿液洗淨,共計進行2次,使固體於50℃真空乾燥,以獲得瓶刷聚合物(BBP-1)。Mn:203,000、Mw:384,000。
<聚醯胺酸、聚醯亞胺之合成>
(合成例5-1)
於配備機械式攪拌器及氮氣導入管之100mL四口燒瓶中量取DA-1(0.584g,5.40mmol)、DA-2(1.98g,8.10mmol)、DA-3(2.60g,8.10mmol)及DA-4(1.84g,5.40mmol),加入NMP(93.73g),於氮氣環境下攪拌,使其溶解後,邊於冰浴中保持10℃以下,邊加入TC-1(5.63g,25.1mmol),於氮氣環境下,於室溫進行18小時反應,獲得黏度為約200mPa・s、固體成分濃度為12質量%之聚醯胺酸(PAA-1)之溶液。此聚醯胺酸之分子量為Mn:12,600、Mw:35,200。
(合成例5-2)
於配備攪拌子及氮氣導入管之300mL之茄形燒瓶,量取上述獲得之聚醯胺酸(PAA-1)之溶液(40.0g),加入NMP(74.3g),於室溫攪拌一段時間後,加入乙酸酐(5.61g:55.0mmol)及吡啶(2.90g、36.7mmol),於氮氣環境下於室溫進行30分鐘後,於氮氣環境下於50℃進行3小時反應。反應結束後,在冷卻到10℃以下的甲醇(500mL)中邊攪拌邊小心注入反應溶液,使固體析出,進行10分鐘攪拌。利用過濾分取此沉澱物,再以甲醇(200mL)進行30分鐘漿液洗淨,共計進行2次,使固體於80℃真空乾燥,以獲得目的之聚醯亞胺粉末(SPI-1)(7.04g、產率88%)。此聚醯亞胺之醯亞胺化率為66%、分子量為Mn:12,200、Mw:36,600。
(合成例5-3)
於配備機械式攪拌器及氮氣導入管之100mL四口燒瓶中量取DA-5(4.83g,16.2mmol)及DA-6(1.62g,10.8mmol),加入NMP(89.1g),於氮氣環境下攪拌,使其溶解後,於冰浴中保持10℃以下的狀態,加入TC-2(5.69g:25.4mmol),於室溫進行18小時反應,獲得黏度為約600mPa・s、固體成分濃度為12質量%之聚醯胺酸(PAA-2)之溶液。此聚醯胺酸之分子量為Mn:17,200、Mw:48,200。
(合成例5-4)
於配備機械式攪拌器及氮氣導入管之100mL四口燒瓶中量取DA-7(4.30g,21.6mmol)及DA-8(1.07g,5.40mmol),加入NMP(81.1g),於氮氣環境下攪拌,使其溶解後,在冰浴中保持10℃以下的狀態,加入TC-2(5.69g,25.4mmol),於室溫使其進行18小時反應,獲得黏度為約720mPa・s、固體成分濃度為12質量%之聚醯胺酸(PAA-3)之溶液。此聚醯胺酸之分子量為Mn:14,000、Mw:38,600。
上述合成之聚醯胺酸及聚醯亞胺之內容示於表3。
[表3]
<弱錨定液晶配向劑之製備>
(製備例1)
於配備攪拌子的30mL小玻璃瓶中,量取0.0120g之合成例2-1獲得之BCP-1、及9.90g之合成例5-1獲得之PAA-1之溶液,加入NMP 2.09g、及BCA 8.0g,於室溫進行1小時攪拌,獲得成為BCP-1:PAA-1:NMP:BCA=0.06:5.94:54:40(質量比)之弱錨定液晶配向劑(WAS-1)。
(製備例2~25)
將使用之聚合物之種類及摻合量替換為下列表4所示者,除此以外和製備例1同樣實施,獲得下列表4所示之弱錨定液晶配向劑(WAS-2)~(WAS-25)。
[表4]
又,BCP-1~BCP-6為聚合物A且係展現弱錨定性的成分。
GP-1,係聚合物B且係展現弱錨定性的成分。
mCTA-7~mCTA-10、mTT-1、及mTr-1~mTr-3,係聚合物C且係展現弱錨定性的成分。
BBP-1為聚合物A、B及C以外之聚合物,且係展現弱錨定性之成分。
PAA-1~PAA-3、及SPI-1,屬於聚合物β。
(液晶顯示元件之製作)
以下揭示為了評價液晶配向性及電氣光學響應之液晶胞之製作方法。首先準備附電極之基板。基板使用大小為30mm×35mm、厚度為0.7mm的無鹼玻璃基板。於基板上形成電極寬度為3μm、電極與電極之間隔為6μm、相對於基板之長邊呈10°之角度的具備梳齒型圖案之ITO(INDIUM-TIN-OXIDE)電極,並形成畫素。各畫素的尺寸為縱10mm、橫約5mm。於後稱IPS基板。
然後,將上述方法得到的弱錨定液晶配向劑(WAS-1~WAS-23)、水平配向用之液晶配向劑(SE-6414、NRB-U973(日產化學公司製))分別以孔徑1.0mm之過濾器過濾後,於已準備之上述IPS基板、及作為對向基板之背面成膜有ITO膜且具有高度4.0μm之柱狀間隔件的玻璃基板(於後稱對向基板)上,以旋塗法實施塗佈、成膜。然後,於80℃之加熱板上乾燥2分鐘後,於230℃進行30分鐘煅燒,獲得膜厚100nm之塗膜。於IPS基板上之塗膜,以沿梳齒的方向之方向進行配向處理,於對向基板上之塗膜,沿和梳齒電極垂直之方向進行配向處理。又,配向處理中,SE-6414使用摩擦法,NRB-U973使用光配向法。又,WAS-1~WAS-23,對於實施例所示之液晶胞進行配向處理,對於比較例(比較例1~5、7~11)所示之液晶胞不實施配向處理。摩擦法中,以PREMATEC公司製摩擦裝置、吉川化工公司製摩擦布(YA-20R)、摩擦輥(徑10.0cm)、台座輸送速度30mm/s、輥轉速700rpm、推入壓力0.3mm進行。光配向法使用USHIO電機公司製之UV曝光裝置,將消光比約26:1之直線偏光UV以254nm之波長為基準,照射偏光UV,使照射量成為300mJ/cm
2,之後,於230℃進行30分鐘加熱,以進行配向處理。
之後,使用上述2種基板,按以下表6及表7所示之組合,將各自之配向方向以成為平行的方式組合,留下液晶注入口而將周圍密封(密封劑:XN-1500T(三井化學公司製)),於150℃進行60分鐘加熱處理,使密封劑硬化,製作晶胞隙約3.0μm的空胞。對此空晶胞於常溫真空注入液晶(MLC-3019(Merck公司製))後,將注入口密封,製成反向平行配向的液晶胞。
獲得之液晶胞,構成IPS方式液晶顯示元件。之後,將獲得之液晶胞於120℃進行10分加熱處理,獲得液晶顯示元件。
(初期配向性之評價)
使用偏光顯微鏡,將偏光板設定為正交尼科耳,並使液晶胞之亮度固定在成為最小的狀態,並由此使液晶胞旋轉1°,觀察液晶之配向狀態。當未觀察到斑點、微域等配向不良時或非常輕微時,定義評價為「良好」,明確觀察到斑點、微域等配向不良時定義評價為「不良」。
(V-T曲線之測定與驅動閾值電壓、最大亮度電壓、透射率評價)
以光軸對齊的方式設置白色LED背光及亮度計,並於其間以亮度成為最小的方式設置安裝有偏光板的液晶胞(液晶顯示元件),以1V間隔施加電壓直到8V並測定電壓的亮度,藉此實施V-T曲線之測定。從無施加電壓之狀態施加電壓,估算最大透射亮度之10%時之電壓值(Vth)之值。從獲得之V-T曲線估算亮度成為最大之電壓(Vmax)之值。又,以介隔無施加電壓之液晶胞且於平行偏光(parallel nicol)時之透射亮度為100%,並比較於V-T曲線之最大透射亮度,藉此估計最大透射率(Tmax)。
(響應時間(Ton、Toff)之測定)
使用上述V-T曲線之測定所使用的裝置,將亮度計連接於示波器,測定施加達最大亮度之電壓時的響應速度(Ton)及電壓回復0V時的響應速度(Toff)。
(方位角錨定強度(A
2)之測定)
強錨定水平配向膜NRB-U973及SE-6414之方位角錨定強度A
2,
SA係使用利用轉矩均衡性另外測得的值。弱錨定配向膜之方位角錨定強度A
2,WA係使用得自上述製作的液晶胞之V-T曲線測定的驅動閾值電壓(Vth),並由下式(eq2)及(eq3)算出。另外,方位角錨定強度小於1.0×10
-4[J/m
2]時定義為弱錨定配向膜,大於1.0×10
-4[J/m
2]時定義為強錨定水平配向膜。
[數2]
[數3]
在此,V
th,SA表示強錨定液晶胞的驅動閾值電壓,V
th,WA表示弱錨定液晶胞的驅動閾值電壓,l為梳齒電極間距離,d為晶胞隙,K
2為液晶的扭轉彈性常數,ε
0為真空中之液晶的介電常數,Δε為液晶的介電常數異向性。
上述式eq3本來是兩基板使用弱錨定液晶配向膜時的計算式,故無法計算出正確的弱錨定液晶配向膜之方位角錨定強度,惟係以弱錨定液晶配向膜之方位角錨定強度的近似值之形式來使用。
<使用了光配向之晶胞特性評價>
(弱錨定IPS特性之評價結果)
實施例內容及評價結果示於表5。表5也揭示IPS基板側之液晶配向膜的方位角錨定強度(A
2)之測定結果。
實施例1~23對於IPS基板及對向基板兩者實施了光配向處理。
比較例1~6僅對於對向基板實施光配向處理。
[表5]
實施例1~22,係將含有本發明之聚合物合金之液晶配向劑形成在IPS基板上,並於對向基板上形成光配向膜,對於兩基板實施了光配向處理,實施例23,係將含有本發明之聚合物合金之液晶配向劑形成在對向基板上,並於IPS基板上形成光配向膜,對於兩基板實施了光配向處理,比較例1~5,係將含有聚合物合金之液晶配向劑形成在IPS基板上,在對向基板上形成光配向膜,僅對於對向基板實施光配向處理。
實施例1~23皆顯示透射率提升、驅動電壓低電壓化,方位角錨定能量為1.2×10
-5(J/m
2)左右。由此可知使用本發明之聚合物合金並實施光配向處理,會展現弱錨定性。
由實施例1、9、13、16、比較例1~4可知,藉由對於塗佈了含有本發明之聚合物合金之弱錨定液晶配向劑之基板實施光配向處理,電壓off時之響應速度(Toff)高速化為約20~30ms。據認為原因是以下之2個現象獲致在弱錨定配向膜上能形成弱錨定區及強錨定區兩者的緣故。
・在基板上塗佈液晶配向劑時,由物性(熱膨脹率、極性)大不相同的聚合物α與聚合物β構成的聚合物合金,發生微細的相分離,弱錨定配向膜表面出現聚合物α及聚合物β成海島狀鏈段化的現象
・藉由實施光配向處理,僅聚合物β單軸配向之現象
由實施例1~22的方位角錨定強度比起比較例1~5的方位角錨定強度顯示較大之值,也啟示在弱錨定配向膜上強錨定區與弱錨定區係鏈段化。
由實施例1~3可知,聚合物合金中之聚合物α所佔比例越多則閾值電壓越高電壓化,最大透射率降低,電壓off時之響應速度變慢,方位角錨定強度下降。原因是弱錨定配向膜表面,聚合物α所佔之比率增大,意指藉由控制聚合物α與聚合物β之比率,能夠控制弱錨定性。
聚合物合金中含有的聚合物α,為聚合物A(實施例1~8)、聚合物B(實施例17)、聚合物C(實施例9~16)、聚合物A~C以外之弱錨定成分(實施例18),利用光配向處理,電壓off時之響應速度(T
off)皆會高速響應化。據認為任何弱錨定展現成分,其分子設計上皆為特徵係疏水且柔軟、低Tg,所以和剛直且高極性聚合物β會成良好的相分離,能形成理想的弱錨定區及強錨定區。
本發明之聚合物合金中含有的聚合物α,藉由在液晶元件中和液晶形成互溶液體層而展現弱錨定特性,但若針對聚合物α中含有的展現弱錨定性之成分是和液晶互溶之聚合物即可,不限於聚合性基、聚合性單體之結構。又,本案申請人就不發生預傾角而能製作弱錨定橫電場液晶顯示元件之液晶組成物含有之有助弱錨定發生之自由基聚合性單體而言,發現了式(2)表示之化合物、式(3)表示之化合物、式(5)表示之化合物、及式(7)表示之化合物並已提出了專利申請(日本特願2020-134149、日本特願2020-163212、日本特願2021-041196、WO2019/004433、WO2022/030602、WO2022/071286、WO2022/196565。藉由在此引用,該等申請及公開公報之內容,和全部明示為同程度地納入本說明書。)。藉由使用該等單體,容易達成良好的弱錨定特性。由此可謂該等單體之使用係適當。
由實施例1、19~22可知,聚合物β以具有光配向性之聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚醯亞胺、聚(甲基)丙烯酸酯等較佳,但是只要是具有光配向性且能誘發和聚合物α相分離之材料即無特殊限制。又,也可含有新聚合物作為聚合物α及聚合物β以外之第三成分,此第三成分可具有光配向性也可沒有。藉由含有第三成分,預測能控制弱錨定配向膜之膜電阻、密封劑密合性、機械強度。
由實施例1、23可知,藉由在對向基板側設置弱錨定配向膜,能獲得高透射率。此啟示藉由在對向基板側設置弱錨定配向膜,在液晶驅動前後可獲得高相位差變化,係由於能驅動之液晶之執行膜厚擴大。藉此,通常為了獲得高透射率,會設計液晶或晶胞隙成液晶之雙折射率差(Δn)與晶胞隙(D)之積為約300nm,但上述值即使是300nm以下也能展現高透射率,故可知能達成更高速響應化,且烙印、對比度改善也有效果。
<使用了摩擦配向之晶胞特性評價>
(弱錨定IPS特性之評價結果)
實施例內容及評價結果示於表6。表6也揭示IPS基板側之液晶配向膜的方位角錨定強度(A
2)之測定結果。
實施例24~46,對於IPS基板及對向基板兩者實施了摩擦配向處理。
比較例7~12,僅對於對向基板實施了摩擦配向處理。
[表6]
實施例24~45,係將含有本發明之聚合物合金之液晶配向劑形成在IPS基板上,在對向基板上形成摩擦配向膜,對於兩基板實施了摩擦配向處理,實施例46係將含有本發明之聚合物合金之液晶配向劑形成在對向基板上,在IPS基板上形成摩擦配向膜,對兩基板實施了摩擦配向處理,比較例7~11係將含有聚合物合金之液晶配向劑形成在IPS基板上,在對向基板上形成摩擦配向膜,僅對於對向基板實施了摩擦配向處理。
實施例24~46皆為透射率提升、驅動電壓低電壓化,方位角錨定能量顯示為1.2×10
-5(J/m
2)左右。由此可知使用本發明之聚合物合金且實施摩擦配向處理,也能展現弱錨定性。
由實施例24、32、36、39、比較例7~10可知,藉由對於塗佈了含有本發明之聚合物合金之弱錨定液晶配向劑之基板實施摩擦配向處理,電壓off時之響應速度(Toff)高速化為約20~30ms左右。據認為原因是與前述同樣之以下2個現象獲致在弱錨定配向膜上能形成弱錨定區及強錨定區兩者的緣故。
・在基板上塗佈液晶配向劑時,由物性(熱膨脹率、極性)大不相同的聚合物α與聚合物β構成的聚合物合金,發生微細的相分離,弱錨定配向膜表面出現聚合物α及聚合物β成海島狀鏈段化的現象
・藉由實施摩擦配向處理,僅聚合物β單軸配向之現象
又,實施摩擦配向處理時,需在不破壞弱錨定成分的強度範圍內進行。
由實施例24~45的方位角錨定強度比起比較例7~10的方位角錨定強度顯示較大之值,也啟示在弱錨定配向膜上強錨定區與弱錨定區係鏈段化。
由實施例24~26可知,聚合物合金中之聚合物α所佔比例越多則閾值電壓越高電壓化,最大透射率降低,電壓off時之響應速度變慢,方位角錨定強度下降。原因是弱錨定配向膜表面,聚合物α所佔之比率增大,意指藉由控制聚合物α與聚合物β之比率,能夠控制弱錨定性。
由實施例24、42~45可知,聚合物β以具有摩擦配向性之聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚醯亞胺、聚(甲基)丙烯酸酯等較佳,但是只要是具有由於摩擦配向處理所致之單軸配向性且能誘發和聚合物α相分離之材料即無特殊限制。又,也可含有新聚合物作為聚合物α及聚合物β以外之第三成分,此第三成分可具有單軸向性也可沒有。
由實施例23、46可知,藉由在對向基板側設置弱錨定配向膜,能獲得更高透射率。此啟示藉由在對向基板側設置弱錨定配向膜,在液晶驅動前後可獲得更高相位差變化,係由於能驅動之液晶之執行膜厚擴大。藉此,通常為了獲得高透射率,會設計液晶或晶胞隙成液晶之雙折射率差(Δn)與晶胞隙(D)之積為約300nm,但上述值即使是300nm以下也能展現高透射率,故可知能達成更高速響應化,且烙印、對比度改善也有效果。
(黏接性評價樣本之製作)
將上述製備例1、9、13、16~18、23~25獲得之液晶配向劑分別以孔徑1.0μm的濾器過濾後,旋塗在附透明電極之玻璃基板上,於80℃之熱板上進行2分鐘乾燥後,於230℃進行20分鐘煅燒,獲得膜厚100nm的塗膜。又,和前述方法同樣,在對向基板全部形成NRB-U973。分別準備獲得之2片基板,在其中一基板之液晶配向膜面上散布直徑4μm的珠粒間隔件,滴加密封劑(三井化學公司製XN-1500T)。此時,調整密封劑滴加量使貼合後之密封劑之直徑成為約3mm。然後,將彼此的膜面面對,貼合使基板之重疊範圍成為1cm。貼合的基板彼此以夾具固定後,於120℃進行1小時熱硬化,製作黏接性評價用之樣本。
(黏接力之測定)
將製作的樣本在島津製作所製之桌上形精密萬能試驗機AGS-X 500N,固定上下基板之端部部分後,從基板中央部之上部進行推入,測定剝離時之壓力(N)。又,使用量測之密封劑之直徑規格化為3.0mm時之壓力(N),來評價黏接力(亦稱為密封剝離強度、密封劑密合性)。結果示於表7。
下列表7記載了對於塗佈了製備例製作之液晶配向劑之基板是否有配向處理、及配向處理之種類。又,對於形成了NRB-U973之基板未實施配向處理(光配向處理)。
[表7]
可知實施了配向處理之本發明之聚合物合金(實施例47~52),比起未實施配向處理者(比較例13~18),皆顯示較高的密封剝離強度。推測是由於在配向處理之步驟引起物質在弱錨定液晶配向膜中移動,弱錨定區稍微縮小的緣故。
[產業利用性]
依照本發明能夠以極單純的方法製造安定的弱錨定膜,能夠使電壓off時之響應速度高速化,能改善和密封劑之密合性,所以弱錨定IPS能夠採用在廣泛的用途,且能減少實際工業化時對於製造施加的步驟負荷、能改善良率。再者,藉由使用本發明之材料及方法,能抑制伴隨窄晶胞隙化之預傾角之發生,且比起習知技術能達成電壓OFF時之高速響應化、烙印減少、低溫環境之高背光透射率及低電壓驅動,能提供可安定展現優良的特性的材料及橫電場液晶顯示元件。
1:橫電場液晶顯示元件
2:梳齒電極基板
2a:基材
2b:線狀電極
2c:液晶配向膜
2d:基材
2e:面電極
2f:絕緣膜
2g:線狀電極
2h:液晶配向膜
3:液晶
4:對向基板
4a:液晶配向膜
4b:基材
L:電力線
圖1係顯示本發明之橫電場液晶顯示元件之一例之概略剖面圖。
圖2係顯示本發明之橫電場液晶顯示元件之其他例之概略剖面圖。
1:橫電場液晶顯示元件
2:梳齒電極基板
2a:基材
2b:線狀電極
2c:液晶配向膜
3:液晶
4:對向基板
4a:液晶配向膜
4b:基材
L:電力線
Claims (16)
- 一種附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,係在具有液晶及弱錨定配向膜之液晶胞之製造中使用的附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,包含下列步驟: 將含有係展現弱錨定性之成分之聚合物α、與係不展現弱錨定性且因配向處理而展現單軸配向規制力之成分之聚合物β之弱錨定液晶配向劑塗佈在基板上,在該基板上設置薄膜;及 對於該薄膜實施配向處理。
- 如請求項1之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,該聚合物β為藉由進行配向處理而具有水平配向規制力之聚合物。
- 如請求項1之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,該弱錨定配向膜係經單軸配向處理之液晶配向膜。
- 如請求項1之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,該聚合物α含有選自由下列聚合物A、聚合物B及聚合物C構成之群組中之至少1種, 聚合物A:係具有對於該液晶互溶之嵌段鏈段(A)、及對於該液晶不互溶或因煅燒而變得對於該液晶不溶化之嵌段鏈段(B)之嵌段共聚物, 聚合物B:係具有幹聚合物、及作為該幹聚合物之側鏈而鍵結於該幹聚合物之枝聚合物之接枝共聚物,且係該枝聚合物和該液晶互溶,該幹聚合物對於該液晶不互溶或因煅燒而對於該液晶不溶化之接枝共聚物, 聚合物C:係具有對於該液晶互溶之聚合物單元且因加熱而和該聚合物β反應之聚合物。
- 如請求項4之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法, 其中,該聚合物A中之該嵌段鏈段(A)含有選自由下式(2)表示之化合物、下式(3)表示之化合物、下式(4)表示之化合物、及下式(5)表示之化合物構成之群組中之至少1種作為構成成分, 該聚合物A中之該嵌段鏈段(B)含有下式(6)表示之化合物作為構成成分, 式(2)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,X表示單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、或硫醚鍵,R 1表示也可插入了鍵結基之碳數1~20之烷基,n為1~2之整數,n為2時,2個X及R 1可分別相同也可不同, 式(3)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,S表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基,T表示下式(3-T)表示之有機基,n為1~2之整數,n為2時,2個T可相同也可不同,惟n為2時,S表示也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基, 式(3-T)中,*代表鍵結部位,X為選自單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、硫醚鍵、-Si(R 1)(R 2)-(R 1及R 2各自獨立地表示鍵結於Si之烷基)、-Si(R 3)(R 4)-O-(R 3及R 4各自獨立地表示鍵結於Si之烷基)、及-N(R 5)-(R 5表示鍵結於N之氫原子或烷基)中之鍵結基,Cy表示6~20員環之非芳香族之環狀基, 式(4)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R 1表示碳數1~10之直鏈或具有分支結構之脂肪族烴基,3個X各自獨立地表示氫原子或下式(4-X),惟3個X中之至少一個表示式(4-X), 式(4-X)中,Y表示單鍵、-O-、-S-或-N(R)-(R表示鍵結於N之氫原子或碳數1~4之烷基),*代表鍵結部位,R 2、R 3、及R 4各自獨立地表示碳數1~6之烷基或也可具有取代基之芳香族烴基, 式(5)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R 1~R 3各自獨立地表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之伸烷基,Ar表示也可具有取代基之芳香族烴基,X 1及X 2各自獨立地表示氫原子、或也可具有取代基之芳香族烴基,R 1X 1與R 2X 2與R 1X 1及R 2X 2所鍵結之碳原子亦可一起形成環,惟R 1X 1、R 2X 2及R 3之合計碳數為1以上, 式(6)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,n為1~2之整數,Z表示下式(6-Z)表示之基,n為2時,2個Z可相同也可不同, 式(6-Z)中,L表示選自由三烷氧基矽基、異氰酸酯基、封端異氰酸酯基、環氧基、氧雜環丁烷基、乙烯基、烯丙基、㗁唑啉基、胺基、保護胺基、苯胺基、保護苯胺基、羥基、保護羥基、苯酚基、保護苯酚基、硫醇基、保護硫醇基、硫苯酚基、保護硫苯酚基、醛基、羧基、馬來醯亞胺基、N-羥基琥珀醯亞胺酯基、也可插入了鍵結基之碳數5~18之芳香族烴基、也可插入了鍵結基之碳數5~18之芳香族雜環基、桂皮酸基、桂皮酸芳香族酯基、桂皮酸烷酯基、桂醯基、苯基苯甲酸酯基、偶氮苯基、N-亞苄基苯胺基、二苯乙烯基、及二苯基乙炔基構成之群組中之官能基,J表示單鍵或碳數1~6之脂肪族烴基,K於和芳香族烴基鍵結時,表示選自單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、脲鍵、胺甲酸酯鍵、及硫醚鍵中之連結基,其餘情形時表示單鍵,*表示鍵結部位,m為1~3之整數,m為2或3時,多個K及L可相同也可不同,惟J為單鍵時,m為1。
- 如請求項4之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,該聚合物B中之該枝聚合物來自下式(7)表示之巨分子單體, 式(7)中,P表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,Q係藉由將含有下式(2)~(5)表示之化合物之至少1種之單體予以聚合而獲得之結構,n為1~2之整數,n為2時,2個Q可相同也可不同, 式(2)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,X表示單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、或硫醚鍵,R 1表示也可插入了鍵結基之碳數1~20之烷基,n為1~2之整數,n為2時,2個X及R 1可分別相同也可不同, 式(3)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,S表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基,T表示下式(3-T)表示之有機基,n為1~2之整數,n為2時,2個T可相同也可不同,惟n為2時,S表示也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基, 式(3-T)中,*代表鍵結部位,X為選自單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、硫醚鍵、-Si(R 1)(R 2)-(R 1及R 2各自獨立地表示鍵結於Si之烷基)、-Si(R 3)(R 4)-O-(R 3及R 4各自獨立地表示鍵結於Si之烷基)、及-N(R 5)-(R 5表示鍵結於N之氫原子或烷基)中之鍵結基,Cy表示6~20員環之非芳香族之環狀基, 式(4)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R 1表示碳數1~10之直鏈或具有分支結構之脂肪族烴基,3個X各自獨立地表示氫原子或下式(4-X),惟3個X中之至少一個表示式(4-X), 式(4-X)中,Y表示單鍵、-O-、-S-或-N(R)-(R表示鍵結於N之氫原子或碳數1~4之烷基),*代表鍵結部位,R 2、R 3、及R 4各自獨立地表示碳數1~6之烷基或也可具有取代基之芳香族烴基, 式(5)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R 1~R 3各自獨立地表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之伸烷基,Ar表示也可具有取代基之芳香族烴基,X 1及X 2各自獨立地表示氫原子、或也可具有取代基之芳香族烴基,R 1X 1與R 2X 2與R 1X 1及R 2X 2所鍵結之碳原子亦可一起形成環,惟R 1X 1、R 2X 2及R 3之合計碳數為1以上。
- 如請求項4之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,該聚合物B中之該幹聚合物含有下式(6)表示之化合物作為構成成分, 式(6)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,n為1~2之整數,Z表示下式(6-Z)表示之基,n為2時,2個Z可相同也可不同, 式(6-Z)中,L表示選自由三烷氧基矽基、異氰酸酯基、封端異氰酸酯基、環氧基、氧雜環丁烷基、乙烯基、烯丙基、㗁唑啉基、胺基、保護胺基、苯胺基、保護苯胺基、羥基、保護羥基、苯酚基、保護苯酚基、硫醇基、保護硫醇基、硫苯酚基、保護硫苯酚基、醛基、羧基、馬來醯亞胺基、N-羥基琥珀醯亞胺酯基、也可插入了鍵結基之碳數5~18之芳香族烴基、也可插入了鍵結基之碳數5~18之芳香族雜環基、桂皮酸基、桂皮酸芳香族酯基、桂皮酸烷酯基、桂醯基、苯基苯甲酸酯基、偶氮苯基、N-亞苄基苯胺基、二苯乙烯基、及二苯基乙炔基構成之群組中之官能基,J表示單鍵或碳數1~6之脂肪族烴基,K於和芳香族烴基鍵結時,表示選自單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、脲鍵、胺甲酸酯鍵、及硫醚鍵中之連結基,其餘之情形,表示單鍵,*表示鍵結部位,m為1~3之整數,m為2或3時,多個K及L可相同也可不同,惟J為單鍵時,m為1。
- 如請求項4之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,該聚合物C為下式(8)表示之聚合物, 式(8)中,A表示選自下式(8-A-1)~(8-A-16)中之具有因加熱而和該聚合物β反應之基之分子量500以下之n價有機基, Q係含有選自由下式(2)~(5)表示之化合物構成之群組中之至少1種作為構成成分之和該液晶互溶之2價聚合物單元, R係選自下式(8-R-1)~(8-R-11)之不會因加熱而和該聚合物β反應之分子量500以下之1價有機基, n為1~2之整數,n為2時,2個Q及R可分別相同也可不同, 式(8-A-1)~(8-A-16)中,R 1及R 2各自獨立地表示氫原子或碳數1~12之直鏈或分支烷基,R 3及R 4各自獨立地表示單鍵或碳數1~12之直鏈或分支伸烷基,X表示氧原子或硫原子,*表示鍵結部位, 式(8-R-1)~(8-R-11)中,R 1及R 2各自獨立地表示氫原子或碳數1~12之直鏈或分支烷基,R 3及R 4各自獨立地表示單鍵或碳數1~12之直鏈或分支伸烷基,*表示鍵結部位, 式(2)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,X表示單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、或硫醚鍵,R 1表示也可插入了鍵結基之碳數1~20之烷基,n為1~2之整數,n為2時,2個X及R 1可分別相同也可不同, 式(3)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,S表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基,T表示下式(3-T)表示之有機基,n為1~2之整數,n為2時,2個T可相同也可不同,惟n為2時,S表示也可插入了鍵結基之碳數1~6之飽和烴基, 式(3-T)中,*代表鍵結部位,X為選自單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺甲酸酯鍵、脲鍵、硫醚鍵、-Si(R 1)(R 2)-(R 1及R 2各自獨立地表示鍵結於Si之烷基)、-Si(R 3)(R 4)-O-(R 3及R 4各自獨立地表示鍵結於Si之烷基)、及-N(R 5)-(R 5表示鍵結於N之氫原子或烷基)中之鍵結基,Cy表示6~20員環之非芳香族之環狀基, 式(4)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R 1表示碳數1~10之直鏈或具有分支結構之脂肪族烴基,3個X各自獨立地表示氫原子或下式(4-X),惟3個X中之至少一個表示式(4-X), 式(4-X)中,Y表示單鍵、-O-、-S-或-N(R)-(R表示鍵結於N之氫原子或碳數1~4之烷基),*代表鍵結部位,R 2、R 3、及R 4各自獨立地表示碳數1~6之烷基或也可具有取代基之芳香族烴基, 式(5)中,M表示具有可聚合之不飽和烴基之聚合性基,R 1~R 3各自獨立地表示單鍵、或也可插入了鍵結基之碳數1~6之伸烷基,Ar表示也可具有取代基之芳香族烴基,X 1及X 2各自獨立地表示氫原子、或也可具有取代基之芳香族烴基,R 1X 1與R 2X 2與R 1X 1及R 2X 2所鍵結之碳原子亦可一起形成環,惟R 1X 1、R 2X 2及R 3之合計碳數為1以上。
- 如請求項5、6、及8中任一項之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,該式(2)中之M為下列表示之任一結構, 該式(3)中之M為下列表示之任一結構, 該式(4)中之M為下列表示之任一結構, 該式(5)中之M為下列表示之任一結構, 式中,R 1、及R 2各自獨立地表示氫原子或碳數1~12之直鏈或分支烷基,X、Y、及Z各自獨立地表示氧原子或硫原子,*、* 1及* 2表示鍵結部位,* 1及* 2中之任一者為氫原子或也可被碳數1~12之直鏈或分支烷基取代,n表示1~5之整數。
- 如請求項1之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,該聚合物β係選自由聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯胺酸酯、聚醯胺、聚脲、及聚(甲基)丙烯酸酯構成之群組中之至少一種聚合物。
- 如請求項1之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,該聚合物β係藉由使含有選自由四羧酸二酐及其衍生物構成之群組中之至少一個化合物之四羧酸衍生物成分與二胺成分聚合反應而獲得之選自由聚醯亞胺前驅物、及係該聚醯亞胺前驅物之醯亞胺化物的聚醯亞胺構成之群組中之聚合物。
- 如請求項11之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,該四羧酸衍生物成分含有下式(9)表示之四羧酸二酐, 式(9)中,X表示選自由下式(X-1)~(X-17)、及(XR-1)~(XR-2)構成之群組中之結構, 式(X-1)~(X-17)中,R 1~R 4各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、碳數1~6之烷基、碳數2~6之烯基、碳數2~6之炔基、含有氟原子之碳數1~6之1價有機基、碳數1~6之烷氧基、碳數2~6之烷氧基烷基、碳數2~6之烷氧基羰基、或苯基,R 5及R 6各自獨立地表示氫原子或甲基, 式(XR-1)~(XR-2)中,j及k為0或1之整數,A 1及A 2各自獨立地表示單鍵、-O-、-CO-、-COO-、伸苯基、磺醯基、或醯胺基,多個A 2各自可相同也可不同, *1為鍵結於其中一酸酐基之原子鍵,*2為鍵結於另一酸酐基之原子鍵。
- 如請求項12之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,該式(X-1)選自由下式(X1-1)~(X1-6)構成之群組, 式(X1-1)~(X1-6)中,*1為鍵結於其中一酸酐基之原子鍵,*2為鍵結於另一酸酐基之原子鍵。
- 如請求項11之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,該二胺成分含有下式(10)表示之二胺, 式(10)中,Ar 1、及Ar 1’各自獨立地表示苯環、聯苯結構、或萘環,該苯環、該聯苯結構、或該萘環上之1個以上之氫原子也可被1價基取代,L 1及L 1’各自獨立地表示單鍵、-O-、-C(=O)-、或-O-C(=O)-,A表示-CH 2-、碳數2~12之伸烷基、或該伸烷基之碳-碳鍵之間插入了-O-、-C(=O)-O-、及-O-C(=O)-中之至少任一基而成之2價有機基,A擁有之任意氫原子亦可被鹵素原子取代。
- 如請求項4之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法,其中,該聚合物C係利用活性聚合或鏈轉移聚合獲得之聚合物。
- 一種液晶顯示元件之製造方法,包括利用如請求項1之附設有弱錨定配向膜之基板之製造方法製造附設有弱錨定配向膜之基板之步驟。
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