TWI422928B - 橫電場式液晶顯示元件用液晶配向劑及橫電場式液晶顯示元件 - Google Patents
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Description
本發明涉及橫電場式用液晶配向劑和橫電場式液晶顯示元件。更具體地說,涉及提供殘像緩和性能優良,且具有高電壓保持率的橫電場式用液晶配向膜之液晶配向劑和由其製得的橫電場式液晶顯示元件。
僅在基板的一側形成電極,在與基板平行的方向上施加電場的橫電場式中,與現有的向上下基板上形成的電極施加電壓、驅動液晶的縱電場方式相比,具有廣視角的特性,而且作為可進行高品質顯示的液晶顯示元件被人們所公知。作為這樣的使用橫電場方式的液晶顯示元件,比如在日本特開平5-505247號公報中有記載。
雖然橫電場方式的液晶盒(cell)具有優異的視角特性,但其具有下述問題,即,由於基板內形成的電極部分少,故容易在液晶盒內積蓄靜電,而且,通過施加由驅動產生的非對稱電壓,也會在液晶盒內積蓄電荷,這些積蓄的電荷會擾亂液晶的配向,或者作為殘像和殘影而影響顯示,使液晶元件的顯示品質顯著下降。
進而,縱電場方式中的殘像或殘影現象與液晶盒內積蓄的電荷相對應,但橫電場方式中的殘像現象不單純是液晶盒內積蓄的電壓的影響,根據液晶的種類和液晶盒製作的製程條件也會發生變化,所以推測不僅是積蓄電壓,是各種因素造成的影響。另外,這些殘像現象和殘影現象還受到液晶配向膜的種類的影響,因此一直謀求一種減少這些殘像、殘影的液晶配向膜。
另一方面,液晶配向膜一般是在對液晶配向劑進行印刷、乾燥、焙燒之後進行打磨(rubbing)處理而形成的,但橫電場方式液晶盒中,由於僅在基板的單側具有電極結構,故基板的凹凸大,而且,氮化矽等絕緣體有時候也形成在基板表面,與現有的配向劑相比,追求印刷性更優異的液晶配向處理劑。而且還具有下述問題,即,與現有的液晶盒相比,容易引起打磨處理產生的剝離、打磨屑,這些剝離和損傷使得顯示品質降低。
即,橫電場方式用液晶配向膜中,不僅謀求減少殘像和殘影,還謀求由產生的殘像的恢復性、印刷性,以及耐打磨性優異的液晶配向處理劑形成的液晶配向膜。
對於上述問題,在先前文獻(特願2002-536607)中,通過下述液晶配向膜來解決技術問題,該液晶配向膜是,將同時含有構成芳香族四羧酸的具有特定構造的4價有機基團的聚醯胺酸或聚醯亞胺的單位構造,與構成脂環式四羧酸的具有特定構造的4價有機基團的聚醯胺酸或聚醯亞胺的單位構造的液晶配向處理劑在基板上塗敷、焙燒之後,進行打磨處理而形成的。但是,上述專利中,作為解決殘像和殘影的對策仍然是不夠的,特別是對於產生的殘像的恢復性(殘像緩和性),完全沒有解決。
本發明的目的是解決現有技術的上述問題,提供殘像緩和性能優良、且具有高電壓保持率的橫電場式液晶顯示元件。
本發明的另一目的是提供能夠製得上述性能優良的本發明橫電場式液晶顯示元件的液晶配向劑。對於上述問題,本專利的液晶配向劑的特徵在於,按照特定比例,將具有特定結構的4價有機基團的聚醯亞胺和聚醯胺酸混合而構成。
本發明的其他目的和優點可以由以下的說明看出。
根據本發明,本發明的上述目的,第一,由一種橫電場式液晶顯示元件用液晶配向劑達成,其特徵在於由聚醯胺酸聚合物、醯亞胺化聚合物構成的液晶配向劑,該聚醯胺酸聚合物具有下述式(I-1)表示的結構的重複單元,該醯亞胺化聚合物具有下述式(I-2)表示的結構和(I-3)表示的醯亞胺結構的重複單元,P1
的至少50莫耳%來源於均苯四酸酐,Q2
的至少0.5莫耳%來源於含氟原子的二胺化合物,並且在聚醯胺酸聚合物與醯亞胺化聚合物的合計量中,聚醯胺酸聚合物為40~90重量%。
另外,根據本發明,本發明的上述目的和優點,第二,由一種橫電場式液晶顯示元件達成,其特徵在於具有由本發明液晶配向劑製得的液晶配向膜。
作為橫電場式液晶顯示元件存在的問題之一,是長時間驅動時產生殘像,導致顯示元件品質的下降。根據本發明的液晶配向劑,當製成液晶配向膜時,由於殘像緩和性能優良,因而可以解決這種問題。因此,具有用本發明液晶配向劑形成的配向膜的橫電場式液晶顯示元件係殘像緩和性能優良,顯示品質非常高,因此可以有效地用於各種裝置,例如,可以用於桌上型計算器、手錶、座鐘、計數顯示幕、文字處理器、個人電腦、行動電話、液晶電視機等的顯示裝置。
以下對本發明進行具體的說明。
本發明的液晶配向劑由聚醯胺酸、醯亞胺化聚合物構成,該聚醯胺酸具有上述式(I-1)表示的醯胺酸結構的重複單元,該醯亞胺化聚合物具有上述式(I-2)和(I-3)表示的醯亞胺結構的重複單元。
上述聚醯胺酸由四羧酸二酸酐與二胺化合物開環加成聚合而製得,醯亞胺化聚合物通常通過使聚醯胺酸脫水閉環而製得。以下,對本發明中所用聚醯胺酸和醯亞胺化聚合物的製備方法進行說明。
聚醯胺酸聚合物的製備中所用的四羧酸二酸酐,其至少50莫耳%為均苯四酸二酸酐。作為可含50莫耳%以下的其他四羧酸二酸酐,可以舉出例如丁烷四羧酸二酸酐、1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐、1,2-二甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐、1,3-二氯-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐、1,2,3,4-四甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐、1,2,3,4-環戊烷四羧酸二酸酐、1,2,4,5-環己烷四羧酸二酸酐、3,3’,4,4’-二環己基四羧酸二酸酐、2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酸酐、3,5,6-三羧基降冰片烷-2-醋酸二酸酐、2,3,4,5-四氫呋喃四羧酸二酸酐、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-1,2-二羧酸二酸酐、雙環[2,2,2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酸酐、3-氧雜雙環[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氫呋喃-2’,5’-二酮)、3,5,6-三羧基-2-羧基降冰片烷-2:3,5:6-二酸酐、二環[3.3.0]辛烷-2,4,6,8-四羧酸二酸酐、5-(2,5-二氧代四氫-3-甲基-3-環己烯-1,2-二羧酸酐)、下式(III)和(IV)表示的化合物等脂肪族和脂環式四羧酸二酸酐;
(式中,R1
和R3
表示具有芳香環的2價有機基團,R2
和R4
表示氫原子或者烷基,多個存在的R2
和R4
各自可以相同,也可以不同);3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酸酐、3,3’,4,4’-二苯基碸四羧酸二酸酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酸酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酸酐、3,3’,4,4,-二苯基醚四羧酸二酸酐、3,3’,4,4,-二甲基二苯基矽烷四羧酸二酸酐、3,3’,4,4’-四苯基矽烷四羧酸二酸酐、1,2,3,4-呋喃四羧酸二酸酐、4,4’-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基硫醚二酸酐、4,4’-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基碸二酸酐、4,4’-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基丙烷二酸酐、3,3,,4,4’-全氟異亞丙基二苯二甲酸二酸酐、3,3’,4,4,-聯苯四羧酸二酸酐、二(苯二甲酸)苯膦氧化物二酸酐、對-伸苯基-二(三苯基苯二甲酸)二酸酐、間-伸苯基-二(三苯基苯二甲酸)二酸酐、二(三苯基苯二甲酸)-4,4,-二苯醚二酸酐、二(三苯基苯二甲酸)-4,4’-二苯基甲烷二酸酐、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(1)~(4)各自表示的化合物等芳香族四羧酸二酸酐。它們可以1種單獨或者2種以上組合使用。
另外,作為能夠製得上述醯亞胺化聚合物的四羧酸二酸酐,也可以使用與上述相同的化合物。其中,從溶解性和塗敷性的角度考慮,較佳使用選自1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐、2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酸酐、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-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-1,3-二酮和均苯四酸酐構成的群組中的至少一種,更佳為使用選自2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酸酐、1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐、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-1,3-二酮和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-1,3-二酮中的至少一種四羧酸二酸酐。特佳為使2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酸酐與選自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-1,3-二酮和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-1,3-二酮的至少一種組合。在該組合中,進一步較佳後者四羧酸二酸酐以50莫耳%以上的比率使用。
作為可用於上述聚醯胺酸合成中的二胺化合物,可以舉出例如對-苯二胺、間-苯二胺、4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基二苯乙烷、4,4’-二胺基二苯硫醚、4,4’-二胺基二苯基碸、3,3’-二甲基-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、3,3-二甲基-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)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’-伸甲基-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]-八氟聯苯等芳香族二胺;1,1-間苯二甲胺、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、1,4-二胺基環己烷、異佛爾酮二胺、四氫二環戊二烯二胺、六氫-4,7-甲撐茚二伸甲基二胺、三環[6.2.1.02,7
]-十一碳烯二甲二胺、4,4’-伸甲基二(環己胺)等脂肪族和脂環式二胺;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)苯基胺以及下述式(V)或(VI)表示的化合物等分子內具有2個一級胺和該一級胺以外的氮原子的二胺;
(式中,R5
表示選自吡啶、嘧啶、三嗪、呱啶以及呱嗪的具有含氮原子環狀結構的1價有機基團,X表示2價有機基團)。
可列舉下述式(9)~(13)各自表示的化合物等。這些二胺化合物可以單獨或者2種以上組合使用。
其中,較佳為對-苯二胺、4,4’-二胺基二苯甲烷、2,2’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯、4,4’-二胺基二苯硫醚、1,5-二胺基萘、2,7-二胺基芴、4,4’-二胺基二苯醚、2,2-二[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、9,9-二(4-胺基苯基)芴、2,2-二[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-二[4-胺基苯基]六氟丙烷、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’-(對-伸苯基二異亞丙基)二苯胺、4,4’-(間-伸苯基二異亞丙基)二苯胺、1,4-環己烷二胺、4,4’-伸甲基二(環己胺)、1,4-二(4-胺基苯氧基)苯、4,4’-二(4-胺基苯氧基)聯苯、上述式(9)~(13)各自表示的化合物、2,6-二胺基吡啶、3,4-二胺基吡啶、2,4-二胺基嘧啶、3,6-二胺基吖啶、上述式(V)表示的化合物中的下述式(14)表示的化合物、上述式(VI)表示的化合物中的下述式(15)表示的化合物以及上述式(VII)表示的化合物中的下述式(16)~(21)各自表示的化合物。
另外,可用於上述醯亞胺化聚合物中的二胺化合物含有至少0.5莫耳%含氟原子的二胺化合物。含氟原子的二胺化合物較佳為至少含有1.0莫耳%,更佳為至少含有2.0莫耳%。作為該含氟原子的二胺,較佳使用2,2-二(4-胺基苯基)六氟丙烷、2,2-二[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、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。作為可使用99.5莫耳%以下的其他二胺,可以使用與上述相同的化合物。
供給聚醯胺酸合成反應的四羧酸二酸酐與二胺化合物的使用比率,較佳相對於1當量二胺化合物中所含的胺基,使四羧酸二酸酐的酸酐基為0.2~2當量的比率,更佳使其為0.3~1.2當量的比率。
聚醯胺酸的合成反應,在有機溶劑中較佳於-20~150℃、更佳於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聚醯胺酸,則對其沒有特別的限制,可以例示例如N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、γ-丁內酯、四甲基脲、六甲基磷醯三胺等非質子極性溶劑;間甲基酚、二甲苯酚、苯酚、鹵代苯酚等酚類溶劑。此外,有機溶劑的用量(a)較佳為使四羧酸二酸酐和二胺化合物的總量(b)相對於反應溶液的總量(a+b)為0.1~30重量%的量。
另外,在不使生成的聚醯胺酸析出的範圍內,上述有機溶劑中還可以聯用聚醯胺酸的不良溶劑(poor solvent)醇類、酮類、酯類、醚類、鹵代烴類和烴類等。作為這種不良溶劑的具體例子,可以舉出例如甲醇、乙醇、異丙醇、環己醇、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、二乙醚、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇正丙醚、乙二醇異丙醚、乙二醇正丁醚、乙二醇二甲基醚、乙二醇乙醚乙酸酯、二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚、二甘醇單甲醚、二甘醇單乙醚、二甘醇單甲醚乙酸酯、二甘醇單乙醚乙酸酯、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、二異丁基酮、丙酸異戊酯、異丁酸異戊酯、二異戊基醚等。
如上所述,得到溶解了聚醯胺酸的反應溶液。然後,將該反應溶液投入到大量的不良溶劑中,獲得析出物,通過減壓下乾燥該析出物,或者在蒸發器中將反應溶劑減壓餾出,由此可獲得聚醯胺酸。再者,將該聚醯胺酸再次溶解於有機溶劑中,接著進行1次或多次用不良溶劑析出的製程,或者,在蒸發器中減壓餾出的製程,由此可精製聚醯胺酸。
構成本發明液晶配向劑的醯亞胺化聚合物可以通過將上述聚醯胺酸脫水閉環而調製。聚醯胺酸的脫水閉環可以通過(i)加熱聚醯胺酸的方法、(ii)將聚醯胺酸溶解於有機溶劑中,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、抑或(iii)通過將四羧酸二酸酐、二胺化合物和二異氰酸酯化合物混合,並根據需要加熱使其縮合而合成的方法進行。
在上述(i)加熱聚醯胺酸的方法中,反應溫度較佳為50~200℃,更佳為60~170℃。當反應溫度不足50℃時,則脫水閉環反應不能進行完全,若反應溫度超過200℃,則會出現所得醯亞胺化聚合物的分子量下降的情況。
另一方面,在上述(ii)向聚醯胺酸溶液中加入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,相對於1莫耳聚醯胺酸的重複單元,較佳為0.01~20莫耳。另外,作為脫水閉環催化劑,可以使用例如吡啶、三甲吡啶、二甲基吡啶、三乙胺等三級胺。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。此外,作為脫水閉環反應中使用的有機溶劑,可以舉出與作為聚醯胺酸合成中所用溶劑而例示的有機溶劑相同。並且,脫水閉環反應的反應溫度較佳為0~180℃,更佳為10~150℃。此外,通過對如此得到的反應溶液進行與聚醯胺酸精製方法同樣的操作,可以精製醯亞胺化聚合物。
作為上述(iii)的反應中所用的二異氰酸酯化合物的具體例子,可以舉出伸己基二異氰酸酯等脂肪族二異氰酸酯;環己烷-1,2-二異氰酸酯、1-甲基環己烷-2,4-二異氰酸酯、1,2-二甲基環己烷-ω,ω ’-二異氰酸酯、1,4-二甲基環己烷-ω,ω ’-二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、1,3,5-三甲基-2-丙基環己烷-1 ω,2 ω-二異氰酸酯、二環己基甲烷-4,4’-二異氰酸酯等脂環式二異氰酸酯;二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯、1,3-伸苯基二異氰酸酯、1,4-伸苯基二異氰酸酯、1-甲基-2,4-伸苯基二異氰酸酯、1-甲基-2,6-伸苯基二異氰酸酯、下述式(22)~(26)分別表示的二異氰酸酯等芳香族二異氰酸酯。
醯亞胺化聚合物的醯亞胺化率為30%以上不到100%,更佳為50%以上不到100%,特佳為75%以上不到100%。這裏,所謂「醯亞胺化率」,是指相對於醯亞胺化聚合物重複單元的總數,形成(I-3)表示的醯亞胺環的重複單元的數量比率用%表示的值。此時,醯亞胺環的一部分還可以是異醯亞胺環。醯亞胺化率可通過下述式(1),從聚合物的1
H-NMR求出。
醯亞胺化率(%)=(1-A1/A2×α)×100 (1)(式(1)中,A1為來自NH基的質子的化學位移10ppm附近的峰值面積,A2為來自芳香族質子的化學位移7~8ppm附近的峰值面積,α為相對於醯亞胺化反應前的聚醯胺酸中的NH基團的1個質子,芳香族質子的個數的比例。)
上述聚醯胺酸和醯亞胺化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聚醯胺酸的合成時,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。其中,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。此外,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。此外,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。
如上所得的聚醯胺酸和醯亞胺化聚合物,其溶液黏度(mPa.S)的值較佳為20~800mPa.S,更佳為30~500mPa.S。
本發明中黏度(mPa.S)的值是使用N-甲基-2-吡咯烷酮作為溶劑,使用E型旋轉黏度計在25℃下對固體成分濃度為10重量%的溶液進行黏度測定獲得的。
本發明的液晶配向劑通常是將上述聚合物溶解含於有機溶劑中而構成。在本發明的液晶配向劑中,上述聚醯胺酸聚合物與醯亞胺化聚合物基於其合計量,分別含有40~90莫耳%和10~60莫耳%,較佳分別含有45~85莫耳%和15~55莫耳%。
作為構成本發明液晶配向劑的有機溶劑,可以舉出與作為聚醯胺酸合成反應中使用的溶劑所例示的相同的溶劑。另外,還可以適當地選擇與作為在聚醯胺酸合成反應時可聯用而例示的不良溶劑相同的不良溶劑進行聯用。特佳的溶劑組成,是將上述溶劑組合所得的組成,而且是在配向劑中聚合物不會析出,並且使配向劑的表面張力為25~40mN/m範圍的組成。
本發明的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,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塗膜,當固體成分濃度不足1重量%時,將導致該塗膜的厚度過小,從而難以得到良好的液晶配向膜;當固體成分濃度超過10重量%時,將導致塗膜厚度過厚,從而難以得到良好的液晶配向膜,並且,液晶配向劑的黏性增大,塗敷特性易變差。
另外,特別佳的固體成分濃度範圍根據向基板塗敷液晶配向劑時所採用的方法而不同。例如,當為旋塗法時,特佳為1.5~4.5重量%的範圍。當採用印刷法時,特佳為固體成分濃度為3~9重量%,這樣,可以使溶液黏度落在12~50mPa.S的範圍。當採用噴墨法時,特佳為固體成分濃度為1~5重量%的範圍,這樣可以使溶液黏度落在3~15mPa.S的範圍。
另外,配製本發明液晶配向劑時的溫度較佳為0℃~200℃,更佳為20℃~60℃。
本發明的液晶配向劑還可以含有具有環氧基的化合物(以下,也稱為「含環氧基化合物」)。作為這種含環氧基化合物,較佳的可以舉出例如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-間苯二甲胺、1,3-二(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,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-p-苯二甲胺、N,N,N’,N’-四縮水甘油基-3,4’-二胺基二苯基甲烷、N,N,N’,N’-四縮水甘油基-1,3-丙二胺、N,N,N’,N’-四縮水甘油基-4,4’-二胺基庚二胺、1,3-二(N,N-二縮水甘油基胺基乙基)環己烷、N,N,N’,N’-四縮水甘油基-2,2’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯、N,N-二縮水甘油基-芐胺、N,N-二縮水甘油基-胺基甲基環己烷等。
另外,本發明的液晶配向劑還可以含有含官能性矽烷的化合物(以下,也稱為「矽烷偶合劑」)。作為這種矽烷偶合劑,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-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-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-[2-(3-三甲氧基矽烷基丙胺基)乙胺基]丙酸甲酯等。
本發明的橫電場式液晶顯示元件,可以通過例如以下的方法製造。
(1)採用例如輥塗法、旋塗法、印刷法、噴墨法等方法,在由ITO(Indium Tin Oxide)等透明電極或鉻等金屬電極形成梳齒狀圖案的基板和沒有設置電極的對向基板的一面上分別塗敷本發明的液晶配向劑,接著,通過對塗敷面進行加熱形成樹脂膜。這裏,作為基板,可以使用例如浮法玻璃、鈉鈣玻璃等玻璃;聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚醚碸、聚碳酸酯等塑膠製透明基板。這些電極圖案的形成採用光刻蝕法或濺射法、化學氣相生長法等。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黏著性,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,在需要進一步進行醯亞胺化時,還可以通過進一步加熱進行脫水閉環,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)對所形成的樹脂膜表面,用纏有例如尼龍、人造纖維、棉花等纖維製的布的輥,以一定的方向摩擦進行打磨處理。這樣,製成在樹脂膜上產生了液晶分子配向能的液晶配向膜。
另外,對由本發明液晶配向劑形成的液晶配向膜,例如,進行如日本特開平6-222366號公報或日本特開平6-281937號公報中所示的部分照射紫外線而使預傾角改變的處理,或者進行如日本特開平5-107544號公報中所示的在實施打磨處理後的液晶配向膜表面上部分地形成保護膜,以與先前打磨處理不同的方向進行打磨處理後,除去保護膜,使液晶配向膜的液晶配向能改變的處理,這樣能夠改善液晶顯示元件的視角特性。
(3)各製作1片如上所述形成電極的基板和沒有電極的基板,將2片基板隔有間隙(盒間隙)相對放置,使各自液晶配向膜的打磨方向逆平行,將2片基板周邊部位用密封劑進行貼合,向由基板表面和密封劑分割出的盒間隙內注入充填液晶,封閉注入孔,構成液晶盒。然後,在液晶盒的外表面,即構成液晶盒的各基板的另一側面上設置偏光板,使其偏光方向與該基板一面上形成的液晶配向膜的打磨方向一致,製得橫電場式液晶顯示元件。
這裏,作為密封劑,可以使用例如作為固化劑和分隔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碟狀型液晶,其中向列型液晶較佳,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、二氧六環類液晶、雙環辛烷類液晶、立方烷類液晶等。
另外,作為貼合在液晶盒外表面上的偏光板,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素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,但是本發明不局限於這些實施例。實施例和比較例中殘像緩和測定、電壓保持率通過以下方法進行評價。
將一個液晶顯示元件以DC5V、AC3.5V、60Hz的矩形波驅動2小時、另一個液晶顯示元件不進行驅動地放置,然後將2個液晶顯示元件的驅動條件改變為AC3.5V、60Hz的矩形波,以1秒的間隔計測此時兩個液晶顯示元件產生的亮度差到消失時所需的時間,當該時間為300秒以內時判斷為良好,當為300秒以上時判斷為不好。
在60℃,給液晶顯示元件施加5V的電壓,電壓施加時間為60微秒,施加時間跨度為l67毫秒,然後,測定從電壓解除至167毫秒後的電壓保持率。測定裝置採用(股)東陽科技製的VHR-1。當電壓保持率為95%以上時,判斷為良好,除此以外的情況判斷為不好。
合成例中的溶液黏度(mPa.S)的值是使用N-甲基-2-吡咯烷酮作為溶劑,使用E型旋轉黏度計在25℃下對固體成分濃度為10重量%的溶液進行黏度測定獲得的。
將作為四羧酸二酸酐的2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酸酐22.1g(0.1莫耳)、作為二胺化合物的對-苯二胺9.7g(0.09莫耳)和4,4’-二胺基-2,2’-二(三氟甲基)聯苯3.2g(0.01莫耳)溶於315g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反應4小時,由此得到350g溶液黏度為35mPa.S的聚醯胺酸溶液。接著,向獲得的聚醯胺酸溶液中追加350g N-甲基-2-吡咯烷酮,加入39.5g吡啶和30.6g醋酸酐,在110℃下脫水閉環4小時。在醯亞胺化反應後,以未使用的N-甲基-2-吡咯烷酮將系統內的溶劑進行溶劑置換(本操作中,將醯亞胺化反應中使用的吡啶、醋酸酐去除到系統外),得到340g固體成分濃度為10wt%、溶液黏度為40mPa.S、醯亞胺化率為92%的醯亞胺化聚合物(A-1)溶液。
在合成例1中,除了使用對-苯二胺8.7g(0.08莫耳)、4,4’-二胺基二苯基甲烷2.0g(0.01莫耳)和4,4’-二胺基-2,2’-二(三氟甲基)聯苯3.2g(0.01莫耳)作為二胺化合物以外,與合成例1同樣地製得聚醯胺酸,進一步用其與合成例1同樣地進行醯亞胺化反應,得到24.9g固體成分濃度為10wt%、溶液黏度為30mPa.S、醯亞胺化率為93%的醯亞胺化聚合物(A-2)。
將作為四羧酸二酸酐的2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酸酐22.1g(0.1莫耳),作為二胺化合物的對-苯二胺8.7g(0.08莫耳)、4,4’-二胺基二苯基醚2.0g(0.01莫耳)和4,4’-二胺基-2,2’-二(三氟甲基)聯苯3.2g(0.01莫耳)溶於315g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在60℃下反應4小時,由此得到350g溶液黏度為36mPa.S的聚醯胺酸溶液。接著,向獲得的聚醯胺酸溶液中追加350g N-甲基-2-吡咯烷酮,加入15.7g吡啶和20.3g醋酸酐,在110℃下脫水閉環4小時。在醯亞胺化反應後,以未使用的N-甲基-2-吡咯烷酮將系統內的溶劑進行溶劑置換(本操作中,將醯亞胺化反應中使用的吡啶、醋酸酐去除到系統外),得到330g固體成分濃度為10wt%、溶液黏度為42mPa.S、醯亞胺化率為80%的醯亞胺化聚合物(A-3)溶液。
在合成例3中,除了使用對-苯二胺9.7g(0.09莫耳)和2,2-二(4-胺基苯基)六氟丙烷3.4g(0.01莫耳)作為二胺化合物以外,與合成例3同樣地製得聚醯胺酸,進一步用其與合成例3同樣地進行醯亞胺化反應,得到327g固體成分濃度為10wt%、溶液黏度為38mPa.S、醯亞胺化率為83%的醯亞胺化聚合物(A-4)溶液。
在合成例3中,除了使用對-苯二胺9.7g(0.09莫耳)和2,2-二[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷5.2g(0.01莫耳)作為二胺化合物以外,與合成例3同樣地製得聚醯胺酸,進一步用其與合成例3同樣地進行醯亞胺化反應,得到322g固體成分濃度為10wt%、溶液黏度為42mPa.S、醯亞胺化率為83%的醯亞胺化聚合物(A-5)溶液。
在合成例1中,除了使用2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酸酐11.2g(0.05莫耳)和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15.7g(0.05莫耳)作為四羧酸二酸酐以外,與合成例1同樣地製得聚醯胺酸,進一步用其與合成例1同樣地進行醯亞胺化反應,得到19.0g固體成分濃度為10wt%、溶液黏度為47mPa.S、醯亞胺化率為91%的醯亞胺化聚合物(A-6)。
將作為四羧酸二酸酐的2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酸酐11.2g(0.05莫耳)和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15.7g(0.05莫耳)和作為二胺化合物的對-苯二胺9.7g(0.09莫耳)和2,2-二(4-胺基苯基)六氟丙烷3.3g(0.01莫耳)溶解於320g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在40℃下反應4小時,由此得到360g溶液黏度為40mPa.S的聚醯胺酸溶液。接著,向獲得的聚醯胺酸溶液中追加360g N-甲基-2-吡咯烷酮,加入15.7g吡啶和20.3g醋酸酐,在80℃下脫水閉環4小時。在醯亞胺化反應後,以未使用的N-甲基-2-吡咯烷酮將系統內的溶劑進行溶劑置換(本操作中,將醯亞胺化反應中使用的吡啶、醋酸酐去除到系統外),得到351g固體成分濃度為10wt%、溶液黏度為43mPa.S、醯亞胺化率為82%的醯亞胺化聚合物(A-7)溶液。
在合成例3中,除了使用對-苯二胺7.6g(0.07莫耳)、2,2’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯4.2g(0.02莫耳)和4,4’-二胺基-2,2’-二(三氟甲基)聯苯3.2g(0.01莫耳)作為二胺化合物以外,與合成例3同樣地製得聚醯胺酸,進一步用其與合成例3同樣地進行醯亞胺化反應,得到341g固體成分濃度為10wt%、溶液黏度為38mPa.S、醯亞胺化率為79%的醯亞胺化聚合物(A-8)溶液。
在合成例3中,除了使用對-苯二胺10.8g(0.1莫耳)作為二胺化合物以外,與合成例3同樣地製得聚醯胺酸,進一步用其與合成例3同樣地進行醯亞胺化反應,得到351g固體成分濃度為10wt%、溶液黏度為105mPa.S、醯亞胺化率為78%的醯亞胺化聚合物(A-9)溶液。
將作為四羧酸二酸酐的均苯四酸酐21.8g(0.1莫耳),作為二胺化合物的對-苯二胺10.8g(0.1莫耳)溶於168g N-甲基-2-吡咯烷酮中,在40℃下反應4小時,由此得到200g溶液黏度為70mPa.S的聚醯胺酸(B-1)溶液。
除了使用對-苯二胺2.2g(0.02莫耳)和4,4’-二胺基二苯基醚16.0g(0.08莫耳)作為二胺化合物以外,與合成例10同樣地操作,得到205g溶液黏度為69mPa.S的聚醯胺酸(B-2)溶液。
除了使用均苯四酸酐17.4g(0.08莫耳)和1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐4.0g(0.02莫耳)作為四羧酸二酸酐以外,與合成例10同樣地操作,得到188g溶液黏度為83mPa.S的聚醯胺酸(B-3)溶液。
除了使用均苯四酸酐19.6g(0.09莫耳)和1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐2.0g(0.01莫耳)作為四羧酸二酸酐以外,與合成例10同樣地操作,得到208g溶液黏度為82mPa.S的聚醯胺酸(B-4)溶液。
除了使用均苯四酸酐19.6g(0.09莫耳)和1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐2.0g(0.01莫耳)作為四羧酸二酸酐,使用4,4’-二胺基二苯基醚20.0g(0.1莫耳)作為二胺化合物以外,與合成例10同樣地操作,得到198g溶液黏度為80mPa.S的聚醯胺酸(B-5)溶液。
除了使用4,4’-二胺基二苯基甲烷19.8g(0.1莫耳)作為二胺化合物以外,與合成例10同樣地操作,得到202g溶液黏度為67mPa.S的聚醯胺酸(B-6)溶液。
除了使用均苯四酸酐19.6g(0.09莫耳)和1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐2.0g(0.01莫耳)作為四羧酸二酸酐,使用對-苯二胺2.2g(0.02莫耳)和4,4’-二胺基二苯基醚16.0g(0.08莫耳)作為二胺化合物以外,與合成例10同樣地操作,得到212g溶液黏度為78mPa.S的聚醯胺酸(B-7)溶液。
除了使用1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐19.6g(0.1莫耳)作為四羧酸二酸酐以外,與合成例10同樣地操作,得到182g溶液黏度為80mPa.S的聚醯胺酸(B-8)溶液。
將合成例1中製得的醯亞胺化聚合物(A-1)和合成例10中製得的聚醯胺酸(B-1)以醯亞胺化聚合物:聚醯胺酸=20:80(重量比)溶解於N-甲基-2-吡咯烷酮/丁基溶纖劑混合溶液(重量比80/20)中,相對於100重量份聚合物溶解5重量份N,N,N’,N’-四縮水甘油基-4,4’-二胺基二苯基甲烷(分子量約400),製成固體成分濃度為4重量%的溶液。將該溶液用孔徑為1μm的濾器過濾,調製出本發明的膜形成用組合物。
接著,在一面上具有梳齒狀設置的鉻電極的厚度為1mm的玻璃基板上,採用旋塗法塗敷該膜形成用組合物,在230℃的加熱板上乾燥10分鐘,形成膜厚約為800埃的樹脂膜。
採用裝有纏繞尼龍布的輥的打磨機對所形成的樹脂膜面進行打磨處理,製成液晶配向膜。其中,打磨處理條件為:輥轉速1000rpm、操作臺移動速度25mm/秒,絨毛擠入長度為0.4mm(該基板作為「基板A」)。對該基板進行耐磨性評價,沒有觀察到打磨產生的磨削痕和磨削渣。
同樣地,在厚度為1mm的玻璃基板之一面上,採用旋塗法塗敷該膜形成用組合物,在230℃的加熱板上乾燥10分鐘,形成膜厚約為800埃的樹脂膜。
採用裝有纏繞尼龍布的輥的打磨機對所形成的樹脂膜面進行打磨處理,製成液晶配向膜。其中,打磨處理條件為:輥轉速1000rpm、操作臺移動速度25mm/秒,絨毛擠入長度為0.4mm(該基板作為「基板B」)。
接著在打磨處理過的液晶挾持基板的具有液晶配向膜的基板外緣上,塗敷加入了直徑為5.5μm的氧化鋁球的環氧樹脂黏合劑,然後,將2片基板通過間隙相對設置,使各液晶配向膜的打磨方向逆平行,使外緣部位相互接觸壓合,並使黏合劑固化。接著,通過液晶注入口向一對基板之間填充向列型液晶(默克公司製,MLC-2042)後,用丙烯酸類光固化黏合劑將液晶注入口封閉,在基板外側的兩面上貼合偏振片,製成液晶顯示元件。
對所得液晶顯示元件的殘像緩和進行評價,得到300秒以內的良好值,進一步評價電壓保持率,得到95%以上的較高值。結果一併列於表1。
除了將表1所示的聚合物組合按照表1所示的混合比進行使用以外,進行與實施例1同樣地操作。結果列於表1。
Claims (3)
- 一種橫電場式液晶顯示元件用液晶配向劑,其特徵在於由聚醯胺酸聚合物、醯亞胺化聚合物構成的液晶配向劑,該聚醯胺酸聚合物具有下述式(I-1)表示的結構的重複單元,該醯亞胺化聚合物具有下述式(I-2)表示的結構和(I-3)表示的醯亞胺結構的重複單元,其中P1 的至少50莫耳%來源於均苯四酸酐,Q2 的至少0.5莫耳%來源於含氟原子的二胺化合物,並且在聚醯胺酸聚合物與醯亞胺化聚合物的合計量中,聚醯胺酸聚合物為40~90重量%,液晶配向劑的固體成分濃度為1~10重量%,
- 如申請專利範圍第1項之橫電場式液晶顯示元件用液晶配向劑,其中上述式(I-2)、(I-3)中之P2 來源於選自由1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酸酐、2,3,5-三羧基環戊基醋酸二酸酐、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-8-甲基-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮和均苯四酸酐構成之群組之至少一種。
- 一種橫電場式液晶顯示元件,其特徵在於具有從如申請專利範圍第1及2項中任一項之液晶配向劑製得的液晶配向膜。
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