TWI412547B - 垂直配向型液晶配向劑及液晶顯示元件 - Google Patents
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Description
本發明涉及垂直配向型液晶配向劑和液晶顯示元件,更具體地說,涉及印刷性、垂直配向性和可靠性優良的垂直配向型液晶配向劑和由該垂直配向型液晶配向劑製得的液晶顯示元件。
以前,作為液晶顯示元件,已知具有TN(Twisted Nematic:扭轉向列)型、STN(Super Twisted Nematic:超扭轉向列)型、IPS(In Plane Switching:面內切換)型等液晶胞的液晶顯示元件,其在設置了透明導電膜的基板的該表面上形成液晶配向膜,作為液晶顯示元件用的基板,將兩片該基板相對設置,在其間隙內形成具有正介電各向異性的向列型液晶層,構成夾層結構的晶胞,該液晶分子的長軸從一片基板向另一片基板連續地扭轉0~360度(參考專利文獻1和專利文獻2)。
在這種液晶胞中,液晶配向膜通常通過用人造纖維(rayon)等布料將基板表面上形成的有機膜的表面朝一個方向摩擦的方法(打磨(rubbing)法)而形成。作為這種有機膜,從耐熱性和電學性能角度出發,由使二胺化合物與二酸酐進行縮聚反應製備的聚醯亞胺樹脂製得的膜被廣泛使用。
不過,對於TN (Twisted Nematic)型、STN (Super Twisted Nematic)型等的液晶胞,液晶配向膜必須具有使液晶分子相對於基板以一定的角度(通常3~10∘)傾斜配向的預傾角性
能。這裏,本說明書中所謂的“預傾角”,是指液晶分子自與基板面平行的方向傾斜的角度。
另外,作為與上述不同的液晶顯示元件的工作方式,還已知使具有負介電各向異性的液晶分子與基板垂直,即,使預傾角約90∘配向的垂直(同型)配向方式。在這種工作方式中,一旦向基板間施加電壓,液晶分子便從基板的法線方向朝基板面內的一個方向傾斜。
已知為了使其表現出這些各種方式所要求的高預傾角,只要液晶配向膜採用具有十八烷基這種大體積取代基的聚醯亞胺樹脂即可。這種取代基中,體積大、且具有剛性甾體骨架的基團由於能夠使其表現出高的預傾角而特別有利。這種具有大體積取代基的聚醯亞胺樹脂,在其合成時,可以通過採用具有大體積取代基的二胺化合物或者二酐而製得。
並且,近年來,液晶顯示元件要在各種條件、環境下使用,因此,作為液晶配向劑所需的性能之一,可靠性越來越被重視。
【專利文獻1】日本特開昭56-91277號公報
【專利文獻2】日本特開平1-120528號公報
【專利文獻3】日本特開平4-281427號公報
【專利文獻4】日本特開2004-331937號公報
【專利文獻5】日本特開2006-010896號公報
本發明的目的是提供具有良好的印刷性,同時能夠形成垂直配向性和可靠性優良的液晶配向膜的垂直配向型液晶配向劑。
本發明的另一目的是提供具有由上述垂直配向型液晶配向劑製得的液晶配向膜的液晶顯示元件。
本發明的垂直配向型液晶配向劑的特徵在於包括:聚合物,係由藉由四羧酸二酐與二胺化合物之反應所製得、選自由下述式(I-1)及下述式(I-2)各自表示之重複單元所構成的群組之至少一種重複單元所構成,含有具有下述式(II-1)及(II-2)各自表示的二價有機基團中之至少一種作為下述式(I-1)中的Q1
及下述式(I-2)中的Q2
之重複單元,下述式(III)表示的環氧基類化合物。
(式(I-1)中,P1
為來自於四羧酸的四價有機基團,Q1
為來自於二胺化合物的二價有機基團。另外,式(I-2)中,P2
為來自於四羧酸的四價有機基團,Q2
為來自於二胺化合物的二價有機基團。)
(式(II-1)中,X1
為單鍵、-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-S-、亞甲基、碳數為2~6的伸烷基或伸苯基;R1
是碳數為10~20的烷基、碳數為4~40的具有脂環式骨架的一價有機基團或者碳數為6~20的含氟原子的一價有機基團。另外,式(II-2)中,X1
為單鍵、-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-S-、亞甲基、碳數為2~6的伸烷基或伸苯基;R2
是碳數為4~40的具有脂環式骨架的二價有機基團或者碳數為5~30的含氟原子的二價有機基團。)
(式(III)中,a為2~4的整數,R3
是具有a價的有機基團,a個與N結合的部位為脂肪族碳。)
根據本發明所述的液晶配向劑,能獲得良好的印刷性,同時能夠形成垂直配向性和可靠性優良的液晶配向膜。
本發明所述的液晶顯示元件,可以有效地用於各種裝置,例如可以適用於桌上型計算器、手錶、枱鐘、行動電話、計數顯示幕、文字處理器、個人電腦、液晶電視機等
的顯示裝置。
以下,對本發明進行具體的說明。
本發明所述的垂直配向型液晶配向劑(以下也稱為“液晶配向劑”),係由以四羧酸二酐與二胺化合物反應所製得的、由上述式(I-1)或式(I-2)表示的重複單元所構成的聚合物和上述式(III)表示的環氧基化合物所構成者。
含有上述重複單元中的上述式(I-1)表示的重複單元的聚合物(以下也稱為“特定聚醯胺酸聚合物”)通常可通過使四羧酸二酐與二胺化合物在有機溶劑中反應而製得。另外,含有上述式(I-2)表示的重複單元的聚合物(以下也稱為“特定聚醯亞胺聚合物”)可以通過使特定聚醯胺酸聚合物的醯胺酸部位脫水閉環而製得。
以下,對構成本發明所述液晶配向劑的特定聚醯胺酸聚合物和特定聚醯亞胺聚合物的製造方法進行說明。
作為可用於製備構成本發明所述液晶配向劑的特定聚醯胺酸聚合物和/或特定聚醯亞胺聚合物的四羧酸二酐,可以舉出例如丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2-二甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2-二乙基-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、1,3-二乙基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,3-二氯-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-四甲基-1,2,3,4-環丁烷
四羧酸二酐、1,2,3,4-環戊烷四羧酸二酐、1,2,4,5-環己烷四羧酸二酐、3,3',4,4'-二環己基四羧酸二酐、2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐、1,2,4-三羧基環戊基醋酸二酐、雙環[2,2,1]-庚烷-2,3,5,6-四羧酸二酐、3,5,6-三羧基降冰片烷-2-醋酸二酐、四環[4,4,0,12.5
,17.10
]十二烷-3,4,8,9-四羧酸二酐、2,3,4,5-四氫呋喃四羧酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-甲基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-乙基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-7-甲基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-7-乙基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-8-甲基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-8-乙基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5,8-二甲基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二氧代四氫呋喃亞甲基)-3-甲基-3-環己烯-1,2-二羧酸酐、雙環[2,2,2]-辛-4-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、雙環[2,2,2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、下述式(1)和(2)表示的化合物等脂肪族和脂環式四羧酸二酐;均苯四酸二酐、3,3',4,4'-聯酮四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯基碸四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、
2,3,6,7-萘四羧酸二酐、3,3',4,4'-聯苯基醚四羧酸二酐、3,3',4,4'-二甲基二苯基矽烷四羧酸二酐、3,3',4,4'-四苯基矽烷四羧酸二酐、1,2,3,4-呋喃四羧酸二酐、4,4'-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基硫醚二酐、4,4'-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基碸二酐、4,4'-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基丙烷二酐、3,3',4,4'-全氟異亞丙基二苯二甲酸二酐、3,3',4,4'-聯苯四羧酸二酐、二(苯二甲酸)苯膦氧化物二酐、乙二醇-二(脫水偏苯三酸酯)、丙二醇-二(脫水偏苯三酸酯)、1,4-丁二醇-二(脫水偏苯三酸酯)、1,6-己二醇-二(脫水偏苯三酸酯)、1,8-辛二醇-二(脫水偏苯三酸酯)、2,2-二(4-羥苯基)丙烷-二(脫水偏苯三酸酯)、下述式(3)~(6)表示的化合物等芳香族四羧酸二酐。它們可以一種單獨或者兩種以上組合使用。
(式中,R11
和R12
表示具有芳香環的二價有機基團,R4
和R5
表示氫原子或者烷基,多個存在的R4
和R5
各自可以
相同,也可以不同。)
其中,相對於全部四羧酸二酐,較佳為含有50莫耳%以上選自1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2-二甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2-二乙基-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、1,3-二乙基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,3-二氯-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-四甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、雙環[2.2.1]-庚烷-2,3,5,6-四羧酸二酐、1,2,3,4-環戊烷四羧酸二酐、1,2,4,5-環己烷四羧酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-甲基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-乙基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-7-甲基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-
萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-7-乙基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-8-甲基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-8-乙基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5,8-二甲基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐中的至少一種四羧酸二酐,從提高性能的角度出發,更佳為含70莫耳%以上。
上述式(I-1)和(I-2)表示的重複單元中的Q1
和Q2
是來自於二胺化合物的有機基團,相當於二胺化合物除去兩個胺基的殘基。在本發明中,使用這樣一種聚合物,該聚合物含有具有上述式(II-1)和上述式(II-2)表示的有機基團中的至少一種作為Q1
和Q2
的重複單元(以下稱為“特定重複單元”)。
上述式(II-1)中,R1
是碳數為10~20的烷基、碳數為4~40的具有脂環式骨架的一價有機基團或者碳數為6~20的含氟原子的一價有機基團。
這裏,作為碳數為10~20的烷基,可以舉出例如正癸基、正十二烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十八烷基、正二十烷基等;另外,作為碳數為4~40的具有脂環式骨架的一價有
機基團,可以舉出例如具有來自於環丁烷、環戊烷、環己烷、環癸烷等環烷的脂環式骨架;降冰片烷、金剛烷等有橋脂環式骨架;膽甾醇、膽甾烷醇等甾體骨架的一價有機基團等。上述具有脂環式骨架的一價有機基團還可以是被鹵素原子,較佳為氟原子取代的基團。
另外,作為碳數為6~20的含氟原子的一價有機基團,可以舉出例如正己基、正辛基、正癸基等碳數為6~20的直鏈烷基;環己基、環辛基等碳數為6~20的脂環式烴基;苯基、聯苯基等碳數為6~20的芳香族烴基等有機基團中的氫原子的一部分或全部被氟原子、氟代烷基或氟代烷氧基取代的基團。
另外上述式(II-1)中,X1
表示的基團為單鍵、-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-S-、亞甲基、碳數為2~6的伸烷基和伸苯基,其中,作為特佳的,可以舉出-O-、-CO-、-COO-、-OCO-表示的基團。
作為具有上述(II-1)表示的基團的二胺化合物的具體例子,較佳的可以舉出十二烷氧基-2,4-二胺基苯、十五烷氧基-2,4-二胺基苯、十六烷氧基-2,4-二胺基苯、十八烷氧基-2,4-二胺基苯、下述式(7)~(22)表示的化合物。
上述式(II-2)中,R2
是碳數為4~40的具有脂環式骨架的二價有機基團或者碳數為5~30的含氟原子的二價有機基團。
這裏,作為碳數為4~40的具有脂環式骨架的二價有機基團,可以舉出例如具有來自於環丁烷、環戊烷、環己烷、環癸烷等環烷的脂環式骨架;降冰片烷、金剛烷等有橋脂環式骨架;膽甾醇、膽甾烷醇等甾體骨架的二價有機基團等。上述具有脂環式骨架的二價有機基團還可以是被鹵素原子,較佳為氟原子取代的基團。
另外,作為碳數為5~30的含氟原子的二價有機基團
的具體例子,可以舉出正己基、正辛基、正癸基等碳數為5~30的直鏈烷基;環己基、環辛基等碳數為5~30的脂環式烴基;苯基、聯苯基等碳數為6~30的芳香族烴基等有機基團中的氫原子的一部分或全部被氟原子或氟代烷基取代的基團。
作為具有上述式(II-2)表示的基團的二胺化合物的具體例子,較佳的可以舉出下述式(23)~(27)表示的化合物。
本發明中所用的特定聚醯胺酸聚合物和/或特定聚醯亞胺聚合物中,特定重複單元的比例,從垂直配向性的角度出發,在全部重複單元中,較佳為7莫耳%以上,更佳為
10莫耳%以上。
在本發明中所用的特定聚醯胺酸聚合物和/或特定聚醯亞胺聚合物的合成中,在不損害本發明效果的範圍內,還可以含有具有上述式(II-1)或上述式(II-2)表示的二價有機基團以外的基團作為Q1
和Q2
的重複單元(以下稱為“其他重複單元”)。
作為用於獲得其他重複單元的二胺化合物,可以舉出例如對苯二胺、2-甲基-1,4-苯二胺、2-乙基-1,4-苯二胺、2,5-二甲基-1,4-苯二胺、2,5-二乙基-1,4-苯二胺、2,3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺、間苯二胺、4,4'-二胺基二苯基甲烷、4,4'-二胺基二苯基乙烷、4,4'-二胺基二苯基硫醚、4,4'-二胺基二苯基碸、2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯、2,2'-二(三氟甲基)-4,4'-二胺基聯苯、2,2'-二乙基-4,4'-二胺基聯苯、3,3'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯、3,3'-二(三氟甲基)-4,4'-二胺基聯苯、3,3'-二乙基-4,4'-二胺基聯苯、4,4'-二胺基苯甲醯苯胺、4,4'-二胺基二苯醚、1,5-二胺基萘、2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯、5-胺基-1-(4'-胺基苯基)-1,3,3-三甲基茚滿、6-胺基-1-(4'-胺基苯基)-1,3,3-三甲基茚滿、3,4'-二胺基二苯基醚、3,3'-二胺基二苯酮、3,4'-二胺基二苯酮、4,4'-二胺基二苯酮、2,2-二[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-二[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-二(4-胺基苯基)丙烷、2,2-二(4-胺基苯基)六氟丙烷、2,2-二[4-(4-胺基苯氧基)苯基]碸、1,4-二(4-
胺基苯氧基)苯、1,3-二(4-胺基苯氧基)苯、1,3-二(3-胺基苯氧基)苯、9,9-二(4-胺基苯基)-10-氫蒽、2,7-二胺基芴、9,9-二(4-胺基苯基)芴、4,4'-亞甲基-二(2-氯苯胺)、2,2',5,5'-四氯-4,4'-二胺基聯苯、2,2'-二氯-4,4'-二胺基-5,5'-二甲氧基聯苯、3,3'-二甲氧基-4,4'-二胺基聯苯、1,4,4'-(對伸苯基異亞丙基)二苯胺、4,4'-(間伸苯基異亞丙基)二苯胺、2,2'-二[4-(4-胺基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4,4'-二胺基-2,2'-二(三氟甲基)聯苯、4,4'-二[(4-胺基-2-三氟甲基)苯氧基]-八氟聯苯、4-(4-正庚基環己基)苯氧基-2,4-二胺基苯等芳香族二胺;1,3-二(胺基甲基)苯、1,3-丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、壬二胺、4,4-二胺基庚二胺等脂肪族二胺;2,3-二胺基吡啶、2,6-二胺基吡啶、3,4-二胺基吡啶、2,4-二胺基嘧啶、5,6-二胺基-2,3-二氰基吡嗪、5,6-二胺基-2,4-二羥基嘧啶、2,4-二胺基-6-二甲基胺基-1,3,5-三嗪、1,4-二(3-胺基丙基)呱嗪、2,4-二胺基-6-異丙氧基-1,3,5-三嗪、2,4-二胺基-6-甲氧基-1,3,5-三嗪、2,4-二胺基-6-苯基-1,3,5-三嗪、2,4-二胺基-6-甲基-s-三嗪、2,4-二胺基-1,3,5-三嗪、4,6-二胺基-2-乙烯基-s-三嗪、2,4-二胺基-5-苯基噻唑、2,6-二胺基嘌呤、5,6-二胺基-1,3-二甲基尿嘧啶、3,5-二胺基-1,2,4-三唑、6,9-二胺基-2-乙氧基吖啶乳酸酯、3,8-二胺基-6-苯基菲啶、1,4-二胺基呱嗪、3,6-二胺基吖啶、二
(4-胺基苯基)苯基胺等分子內具有兩個1級胺基以及該1級胺基以外的氮原子的二胺;下述式(28)~(30)表示的化合物等。
這些二胺化合物可以單獨或者兩種以上組合使用。
(式中,R6
表示碳數為1~12的烴基,多個存在的R6
各自可以相同也可以不同,p為1~3的整數,q為1~20的整數,y為2~12的整數,z為1~5的整數。)
其中,作為較佳的例子,可以舉出對苯二胺、2-甲基-1,4-苯二胺、2-乙基-1,4-苯二胺、2,5-二甲基-1,4-苯二胺、2,5-二乙基-1,4-苯二胺、2,3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺、4,4'-二胺基二苯甲烷、2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯、2,2'-二(三氟甲基)-4,4'-二胺基聯苯、2,2'-二乙基-4,4'-二胺基聯苯、3,3'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯、3,3'-二乙基
-4,4'-二胺基聯苯、3,3'-二(三氟甲基)-4,4'-二胺基聯苯、4,4'-二胺基二苯基醚、4,4'-二胺基二苯酮、2,2-二(4-胺基苯基)丙烷、2,2-二(4-胺基苯基)六氟丙烷、2,6-二胺基吡啶、3,4-二胺基吡啶等。
供給特定聚醯胺酸聚合物合成反應的四羧酸二酐與二胺化合物的使用比例,較佳為相對於1當量二胺化合物的胺基,使四羧酸二酐的酸酐基為0.2~2.0當量的比例,更佳為使其為0.8~1.2當量的比例。
特定聚醯胺酸聚合物的合成反應,在有機溶劑中,通常在-20℃~150℃、較佳為0~100℃的溫度條件下進行。
這裏,作為有機溶劑,只要能夠溶解合成的特定聚醯胺酸聚合物,則對其沒有特別的限制,作為其具體例子,可以舉出1-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、γ-丁內酯、四甲基脲、六甲基磷醯三胺等非質子體系極性溶劑;間甲基酚、二甲基苯酚、苯酚、鹵代苯酚等苯酚類溶劑等。
另外,有機溶劑的用量(α)通常較佳為使四羧酸二酐和二胺化合物的總量(β)相對於反應溶液的總量(α+β)為0.1~30重量%的量。
另外,上述有機溶劑中,在不使生成的特定聚醯胺酸聚合物析出的範圍內,還可以併用特定聚醯胺酸聚合物的不良溶劑醇類、酮類、酯類、醚類、鹵代烴類、烴類等。
作為這種不良溶劑的具體例子,可以舉出甲醇、乙醇、異丙醇、環己醇、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、三甘醇、乙二醇單甲醚、乳酸乙酯、乳酸丁酯、丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、草酸二乙酯、丙二酸二乙酯、二乙基醚、乙二醇甲基醚、乙二醇乙基醚、乙二醇正丙基醚、乙二醇異丙基醚、乙二醇正丁基醚、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、二甘醇二甲基醚、二甘醇二乙基醚、二甘醇單甲基醚、二甘醇單乙基醚、二甘醇單甲基醚乙酸酯、二甘醇單乙基醚乙酸酯、四氫呋喃、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁烷、三氯乙烷、氯苯、鄰二氯苯、己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯、二甲苯等。
如上所述,得到溶解了特定聚醯胺酸聚合物的反應溶液。然後,將該反應溶液投入到大量的不良溶劑中,得到析出物,通過減壓下乾燥該析出物,或者將反應溶液用蒸發器減壓餾出,可得特定聚醯胺酸聚合物。並且,通過進行一次或者幾次使特定聚醯胺酸聚合物再次溶解於有機溶劑中,然後用不良溶劑使其析出的製程,或用蒸發器減壓餾出的製程,可以精製特定聚醯胺酸聚合物。
構成本發明液晶配向劑的特定聚醯亞胺聚合物可以通過將特定聚醯胺酸聚合物脫水閉環而合成。本發明中所用
的特定聚醯亞胺聚合物還可以是醯亞胺化率不足100%的部分脫水閉環的聚合物。這裏所謂的“醯亞胺化率”是指在聚醯亞胺的全部重複單元中,具有醯亞胺環或異醯亞胺環的重複單元的比例用百分率表示的值。本發明中所用的特定聚醯胺酸聚合物和/或特定聚醯亞胺聚合物的醯亞胺化率較佳為40%以上。特定聚醯胺酸聚合物的脫水閉環可以採用(i)通過加熱特定聚醯胺酸聚合物的方法,或者(ii)通過將特定聚醯胺酸聚合物溶解於有機溶劑中,向該溶液中加入脫水劑和脫水閉環催化劑並根據需要加熱的方法使其縮合而合成的方法。
上述(i)的加熱特定聚醯胺酸聚合物的方法中,反應溫度較佳為50~200℃,更佳為60~170℃。當反應溫度不足50C時,則脫水閉環反應不能進行充分,一旦反應溫度超過200℃,則會出現所得聚醯亞胺的分子量下降的情況。
另一方面,在上述(ii)的在特定聚醯胺酸聚合物溶液中添加脫水劑和脫水閉環催化劑的方法中,作為脫水劑,可以使用例如醋酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。脫水劑的用量,根據所需的醯亞胺化率而定,較佳為相對於1莫耳特定聚醯胺酸聚合物的重複單元,為0.01~20莫耳。另外,作為脫水閉環催化劑,可以使用例如吡啶、三甲基吡啶、二甲基吡啶、三乙基胺等3級胺。但是,並不局限於這些。脫水閉環催化劑的用量,相對於1莫耳所用脫水劑,較佳為0.01~10莫耳。上述脫水劑、脫水閉環催化劑的用
量越多,則可使醯亞胺化率越高。另外,作為脫水閉環反應中所用的有機溶劑,可以舉出與作為特定聚醯胺酸聚合物合成中所用溶劑而例示的相同有機溶劑。並且,脫水閉環反應的反應溫度,較佳為0~180℃,更佳為10~150℃。另外,通過對如此得到的反應溶液進行與特定聚醯胺酸聚合物精製方法中同樣的操作,可以精製特定聚醯亞胺聚合物。
本發明中所用的特定聚醯胺酸聚合物和特定聚醯亞胺聚合物還可以是進行了分子量調節的末端修飾型聚合物。通過使用該末端修飾型的聚合物,可以在不損害本發明效果的前提下改善液晶配向劑的塗敷特性等。這種末端修飾型聚合物可以通過在特定聚醯胺酸聚合物的合成時,向反應體系中加入一元酸酐、單胺化合物、單異氰酸酯化合物等而合成。這裏,作為一元酸酐,可以舉出例如馬來酸酐、苯二甲酸酐、衣康酸酐、正癸基琥珀酸酐、正十二烷基琥珀酸酐、正十四烷基琥珀酸酐、正十六烷基琥珀酸酐等。另外,作為單胺化合物,可以舉出例如苯胺、環己胺、正丁胺、正戊胺、正己胺、正庚胺、正辛胺、正壬胺、正癸胺、正十一烷胺、正十二烷胺、正十三烷胺、正十四烷胺、正十五烷胺、正十六烷胺、正十七烷胺、正十八烷胺、正二十烷胺等。另外,作為單異氰酸酯化合物,可以舉出例如異氰酸苯酯、異氰酸萘基酯等。
本發明配向劑中所用的聚合物,較佳為當配成10%的溶液時,具有20~800mPa.s的黏度,更佳為具有30~500mPa.s的黏度。
另外,聚合物的溶液黏度(mPa.s)是採用指定的溶劑,對固體成分濃度稀釋為10%的溶液採用E型旋轉黏度計在25℃下測定的。
如上製得的特定聚醯亞胺聚合物,其醯亞胺化率從提高電壓保持性能的角度出發,較佳為40%以上。
本發明中所用的特定聚醯亞胺聚合物的醯亞胺化率的值,是將聚醯亞胺在60℃下減壓乾燥後,使其溶於氘代二甲基亞碸中,以四甲基矽烷為基準物,在室溫下測定1
H-NMR,由下述式(ii)所示的公式求得的值。
式(ii):醯亞胺化率(%)=(1-A1/A2×α)×100
這裏,Al為源於NH基質子的峰面積(10ppm),A2為源於芳香環質子的峰面積(7~8ppm),α為聚合物前驅物(特定聚醯胺酸聚合物)中,相對於1個NH基質子之源於芳香環的質子的個數比例。
為了得到本發明的液晶配向劑,將特定聚醯胺酸聚合物和/或特定聚醯亞胺聚合物較佳為溶解含於有機溶劑中而構成。另外,調製本發明液晶配向劑時的溫度,較佳為
0℃~200℃,更佳為20℃~60℃。
作為本發明液晶配向劑中所用的有機溶劑,可以舉出例如N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁內酯、γ-丁內醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇單甲基醚、乳酸丁酯、乙酸丁酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、乙二醇甲基醚、乙二醇乙基醚、乙二醇正丙基醚、乙二醇異丙基醚、乙二醇正丁基醚(丁基溶纖劑)、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、二甘醇二甲基醚、二甘醇二乙基醚、二甘醇單甲基醚、二甘醇單乙基醚、二甘醇單甲基醚乙酸酯、二甘醇單乙基醚乙酸酯等。其中作為較佳的溶劑組成,是使上述溶劑組合所得的組成,是不會使配向劑中的聚合物析出,且使配向劑表面張力落在30~40 mN/m範圍的組成。
本發明液晶配向劑中固體成分濃度考慮黏性、揮發性等而進行選擇,較佳為1~10重量%的範圍。也就是說,將本發明液晶配向劑塗敷於基板表面,形成作為液晶配向膜的樹脂膜,當固體成分濃度不足1重量%時,將導致該樹脂膜的厚度過小,從而不能獲得良好的液晶配向膜;當固體成分濃度超過10重量%時,將導致樹脂膜厚度過厚,從而不能獲得良好的液晶配向膜,並且,液晶配向劑的黏性增大,導致塗敷特性變差。另外,特佳的固體成分濃度範圍,根據將液晶配向劑塗敷於基板時所採用的方法而不同。例如,當採用旋塗法時,特佳為1.5~4.5重量%的範圍。當
採用印刷法時,特佳為使固體成分濃度為4~10重量%的範圍,這樣,可以使溶液黏度落在10~50mPa.s的範圍。當採用噴墨法時,特佳為使固體成分濃度為2~5重量%的範圍,這樣,可以使溶液黏度落在5~15mPa.s的範圍。
作為構成本發明所述液晶配向劑的上述式(III)表示的環氧基類化合物(以下稱為“特定環氧基化合物”),可以舉出例如N,N,N',N'-四縮水甘油基-1,2-二胺基環己烷、N,N,N',N'-四縮水甘油基-1,3-二胺基環己烷、N,N,N',N'-四縮水甘油基-1,4-二胺基環己烷、二(N,N-二縮水甘油基-4-胺基環己基)甲烷、二(N,N-二縮水甘油基-2-甲基-4-胺基環己基)甲烷、二(N,N-二縮水甘油基-3-甲基-4-胺基環己基)甲烷、1,3-二(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)環己烷、1,4-二(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)環己烷、1,3-二(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)苯、1,4-二(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)苯、1,3,5-三(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)環己烷、1,3,5-三(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)苯、下述式(31)~(35)表示的化合物等。
作為這種環氧基類化合物的含量,從可靠性的角度出發,在液晶配向劑的固體成分中,較佳為1~50重量%,更佳為5~45重量%。
本發明所述的液晶配向劑中,在不損害本發明效果的情況下,還可以併用特定環氧基化合物以外的環氧基化合物(以下稱為“其他環氧基化合物”)。作為其他環氧基化合物,較佳為的可以舉出例如乙二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚、丙二醇二縮水甘油醚、三丙二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、1,6-己二醇二縮水甘油醚、甘油二縮水甘油醚、2,2-二溴新戊二醇二縮水甘油醚、1,3,5,6-四縮水甘油基-2,4-己二醇、N,N,N',N'-四縮水甘油基-對苯二胺、N,N,N',N'-四縮水甘油基-間苯二胺、N,N,N',N'-四縮水甘油基-4,4'-二胺基二苯基甲烷、N,N,N',N'-四縮水甘油基-4,4'-二胺基二苯基醚、N,N,N',N'-四縮水甘油基-2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯等。
另外,本發明的液晶配向劑中,在不損害目的物性的範圍內,從使其提高對基板表面的接著性的角度出發,還可以包含含有官能性矽烷的化合物。作為這種含官能性矽
烷的化合物,可以舉出例如3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、2-胺基丙基三甲氧基矽烷、2-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-脲基丙基三甲氧基矽烷、3-脲基丙基三乙氧基矽烷、N-乙氧羰基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-乙氧羰基-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-三乙氧基矽烷基丙基三伸乙基三胺、N-三甲氧基矽烷基丙基三伸乙基三胺、10-三甲氧基矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、10-三乙氧基矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、9-三甲氧基矽烷基-3,6-二氮雜壬基乙酸酯、9-三乙氧基矽烷基-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、N-二(氧乙烯基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-二(氧乙烯基)-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-(N-烯丙基-N-縮水甘油基)胺基丙基三甲氧基矽烷、3-(N,N-二縮水甘油基)胺基丙基三甲氧基矽烷等。
採用本發明垂直配向型液晶配向劑的液晶顯示元件,可以通過例如以下的方法製造。
(1)通過例如輥塗法、旋塗法、印刷法、噴墨法等方法,將本發明的液晶配向劑塗敷在設有形成圖案的透明導電膜的基板一面上,接著,通過加熱塗敷面形成塗膜。這裏,
作為基板,可以使用例如浮法玻璃、鈉鈣玻璃等玻璃;由聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚醚碸、聚碳酸酯等塑膠所構成之透明基板。作為基板一面上所設置的透明導電膜,可以使用由氧化錫(SnO2
)所構成的NESA膜(美國PPG公司註冊商標)、由氧化銦-氧化錫(In2
O3
-SnO2
)所構成的ITO膜等。這些透明導電膜圖案的形成,採用光蝕刻法或者預先使用遮罩的方法。在液晶配向劑的塗敷時,為了進一步改善基板表面與樹脂膜的接著性,還可以預先塗敷例如含官能性矽烷的化合物、含官能性鈦的化合物等。塗敷液晶配向劑後的加熱溫度較佳為80~300℃,更佳為120~250℃。另外,本發明的液晶配向劑通過塗敷後除去有機溶劑,形成作為配向膜的樹脂膜,當還沒有完全醯亞胺化時,還可以進一步通過加熱使其進行脫水閉環,以形成進一步醯亞胺化的樹脂膜。形成的樹脂膜的厚度較佳為0.001~1μm,更佳為0.005~0.5μm。
(2)製作兩片如上形成垂直液晶配向膜的基板,將兩片基板通過間隙(晶胞間隙)相對設置,將兩片基板周邊部位用密封劑貼合,向由基板表面和密封劑分割出的晶胞間隙內注入填充液晶,封閉注入孔,構成液晶胞。然後,在液晶胞的外表面,即構成液晶胞的透明基板側配置偏光板,製得液晶顯示元件。
這裏,作為密封劑,可以使用例如作為硬化劑和間隙物的含氧化鋁球的環氧樹脂等。
作為液晶,可以舉出向列型液晶和層列型液晶,其中較佳為向列型液晶,可以使用例如希夫氏鹼類液晶、氧化偶氮基類液晶、聯苯類液晶、苯基環己烷類液晶、酯類液晶、三聯苯類液晶、聯苯基環己烷類液晶、嘧啶類液晶、二愕烷類液晶、雙環辛烷類液晶、立方烷類液晶等。此外,這些液晶中還可以添加例如氯化膽甾醇、膽甾醇壬酸酯、膽甾醇碳酸酯等膽甾型液晶和以商品名"C-15"、"CB-15"(默克公司製)銷售的手性劑等而進行使用。並且,還可以使用對癸氧基苯亞甲基-對胺基-2-甲基丁基肉桂酸酯等鐵電性液晶。
另外,作為液晶胞外表面上貼合的偏光板,可以舉出將聚乙烯醇延伸配向同時吸收碘所得的稱作為H膜的偏光膜夾在醋酸纖維保護膜中而製成的偏光板或者H膜自身製成的偏光板。
以下,通過實施例對本發明進行更具體的說明,但是本發明並不局限於這些實施例。
另外,實施例和比較例的各種測定按照下述方法進行。
將醯亞胺化聚合物在室溫下減壓乾燥後,使其溶於氘代二甲亞碸中,以四甲基矽烷為基準物,在室溫下測定1
H-NMR,由下述式(i)所示的公式求出。
醯亞胺化率(%)=(1-A1
/A2
×α)×100(i)
A1
:源於NH基質子的峰面積(10ppm)
A2
:源於其他質子的峰面積
α:聚合物前驅物(聚醯胺酸)中,相對於1個NH基質子之源於其他質子的個數比例。
聚合物的溶液黏度(mPa.s)採用指定的溶劑,對固體成分濃度稀釋為10重量%的溶液採用E型旋轉黏度計在25℃下測定的。
將由上述方法製作的垂直配向型液晶顯示元件,在正交偏光下(cross nicol)下,在沒有施加電壓時和施加8V交流電壓(峰-峰)時,對液晶顯示元件自垂直方向進行目測觀察時,沒有漏光等顯示不良的白顯示時評價為“良好”。
調製黏度為15~25mPa.s(固體成分濃度為6.0重量%~8.0重量%)、溶劑組成為γ-丁內酯:N-甲基-2-吡咯烷酮:丁基溶纖劑=0:50:50或40:30:30(重量比)的溶液,用該調製溶液通過印刷法形成塗膜、烘烤後,目視觀察塗膜。塗布膜中沒有排拆和塗敷不均的評價為“良好”。
在上述(1)中,採用表現出良好垂直配向性的液晶顯示元件,在60℃的恒溫槽中連續驅動48小時後,確認顯示不良或斑點的發生、電壓保持率的變化而判斷可靠性。
按照表1中所示組成,向N-甲基-2-吡咯烷酮中依其順序加入二胺化合物和四羧酸二酐(表中表示為“酸酐”),配成固體成分濃度為20重量%的溶液,使其在60℃下反應4小時,得到聚醯胺酸聚合物溶液(PA-1)~(PA-6)。所得聚醯胺酸聚合物的溶液黏度列於表1。
按照表1和表2中所示組成,向N-甲基-2-吡咯烷酮中依其順序加入二胺化合物和四羧酸二酐(表中表示為“酸酐”),配成固體成分濃度為20重量%的溶液,使其在60℃下反應4小時,得到聚醯胺酸聚合物。向所得聚醯胺酸聚合物中,相對於聚醯胺酸聚合物的總量,加入表1所示莫耳倍數的吡啶和醋酸酐後,加熱到110℃,進行4小時脫水閉環反應。醯亞胺化反應後,用新的γ-丁內酯對體系內的溶劑進行溶劑置換(通過此操作將醯亞胺化反應中使用的吡啶、醋酸酐排除至體系外),得到表1所示溶液黏度、醯亞胺化率的聚合物(PI-1)~(PI-15)的溶液。
表1中的二胺化合物和酸酐中,括弧內的數字表示含量比例,表1中符號的含義如下。
D-1:上述式(10)表示的二胺化合物
D-2:上述式(11)表示的二胺化合物
D-3:上述式(13)表示的二胺化合物
D-4:上述式(21)表示的二胺化合物
D-5:對苯二胺
D-6:4,4'-二胺基二苯基甲烷
D-7:4,4'-二胺基二苯基醚
D-8:2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯
T-1:1,2,4,5-環己烷四羧酸二酐
T-2:2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐
T-3:1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐
T-4:1,3,3a,4,5,9b-六氫-8-甲基-5(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮
T-5:均苯四酸二酐
將合成例1中製得的聚合物(PI-1)溶於γ-丁內酯/N-甲基-2-吡咯烷酮/丁基溶纖劑(γ BL/NMP/BC)混合溶液中,相對於100重量份聚合物,使其溶解20重量份1,3-二(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)苯(添加劑A),製成溶劑組成為γBL/NMP/BC=0/50/50(重量比)、固體成分濃度為6重量%的
溶液。然後,用孔徑為0.2μm的濾器過濾,製得本發明所述的液晶配向劑。對該液晶配向劑進行印刷性評價,塗膜上沒有發現排斥或塗敷不均,確認具有良好的印刷性。
然後,除了調製固體成分濃度為4%的溶液以外,與上述同樣地操作,調製出本發明所述的液晶配向劑。
將所得液晶配向劑採用旋塗法塗敷於厚度為1mm的玻璃基板的一面上所設置的由ITO膜所構成的透明導電膜上,在200℃下乾燥60分鐘,形成乾燥膜厚為0.08μm的覆膜。
採用裝有纏繞人造纖維製的布的輥的打磨機,對該覆膜表面在輥轉速為400rpm,操作臺移動速度為3cm/秒,絨毛押入長度為0.4mm的條件下進行打磨處理,形成液晶配向膜。
如此製作兩片液晶顯示元件用基板,在這些液晶顯示元件用基板的各液晶配向膜形成表面的外緣部位,塗敷含直徑為3.5μm的氧化鋁球的環氧樹脂接著劑後,通過液晶配向膜相互對向所形成的間隙進行重合並壓合,在該狀態下使接著劑固化。
然後,自預設的液晶注入口向液晶顯示元件用基板間的晶胞間隙內填充負性液晶(默克公司製,MLC-6608)後,用丙烯酸類光固化接著劑封閉注入口,在液晶顯示元件用基板外側兩面上貼合偏光板,製作液晶顯示元件。
對所製得的液晶顯示元件進行垂直配向性評價,為良好。並且,進行可靠性測定實驗時,即使恒溫連續驅動中
也沒有確認出顯示不均、斑點和電壓保持率下降,可靠性良好。
按照下述表2和下述表3中所示的配方,與實施例1同樣地調製固體成分濃度為6%的溶液,製得液晶配向劑,評價該液晶配向劑的溶解性和印刷性。並且同樣地調製固體成分濃度為4%的膜形成用組合物,製作液晶顯示元件。然後。進行垂直配向性評價和可靠性實驗。結果一並列於表2和表3。
表2中的實施例21~28的聚合物中,兩種聚合物的混合比均為50/50(重量%)。
另外,表2和表3中所示的添加劑如下。
添加劑A:1,3-二(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)苯
添加劑B:1,4-二(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)苯
添加劑C:1,3-二(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)環己烷
添加劑D:N,N,N',N'-四縮水甘油基-對苯二胺
添加劑E:N,N,N',N'-四縮水甘油基-4,4'-二胺基二苯基甲烷
添加劑F:聚乙二醇二縮水甘油基醚(分子量約為400)
由以上結果可知,可確認本發明所述的液晶配向劑具有良好的印刷性,並且能夠形成垂直配向性和可靠性優良的液晶配向膜。
Claims (7)
- 一種垂直配向型液晶配向劑,其特徵在於包括:聚合物,係由選自由下述式(I-1)及下述式(I-2)各自表示之重複單元所構成的群組之至少一種重複單元所構成,該重複單元具有下述式(II-1)及(II-2)各自表示的二價有機基團中之至少一種作為下述式(I-1)中的Q1 及下述式(I-2)中的Q2 ;和下述式(III)表示的環氧基類化合物,
- 如申請專利範圍第1項之垂直配向型液晶配向劑,其特徵在於聚合物含有占全部重複單元7莫耳%以上的具有式(II-1)和(II-2)各自表示的二價有機基團中的至少一種作為式(I-1)中的Q1 和(I-2)中的Q2 的重複單元。
- 如申請專利範圍第1或2項之垂直配向型液晶配向劑,其特徵在於用於獲得式(I-1)或式(I-2)表示的重複單元的四羧酸二酐包含2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酐。
- 如申請專利範圍第1或2項之垂直配向型液晶配向劑,其特徵在於聚合物包括至少一種含有占全部重複單元40莫耳%以上的由式(I-2)表示的重複單元的聚合物。
- 如申請專利範圍第1或2項之垂直配向型液晶配向劑, 其特徵在於環氧基化合物包含式(III)中R3 為芳香環骨架或脂環式骨架的化合物。
- 如申請專利範圍第1或2項之垂直配向型液晶配向劑,其特徵在於式(III)的含量為固體成分中的5~45重量%。
- 一種液晶顯示元件,其特徵在於具有由如申請專利範圍第1至6項中任一項之垂直配向型液晶配向劑製得的液晶配向膜。
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