TWI492969B - 液晶配向劑、液晶配向膜、液晶顯示元件及聚有機矽氧烷化合物 - Google Patents

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Description

液晶配向劑、液晶配向膜、液晶顯示元件及聚有機矽氧烷化合物
本發明關於一種適合作為液晶顯示元件的配向膜形成材料的液晶配向劑、由該液晶配向劑所形成的液晶配向膜、具備該液晶配向膜的液晶顯示元件,以及可以適用於該液晶配向劑的聚有機矽氧烷化合物。
液晶顯示元件具有耗電小,容易小型化和平面化等優點,因此從行動電話等小型液晶顯示裝置到液晶電視等大畫面的液晶顯示裝置,均可廣泛地被應用。
作為液晶顯示裝置的顯示方式,例如,在專利文獻1~4中已經公開了根據液晶分子配向狀態的變化,而具有扭轉向列型(TN型)、超扭轉向列型(STN型)、面內切換型(IPS型)、垂直配向型(VA型)等液晶胞的液晶顯示元件。在任一種顯示方式中,液晶分子的配向狀態由液晶配向膜控制,因此液晶配向膜以及構成該液晶配向膜材料的液晶配向劑所具有的特性,對於液晶顯示元件的特性表現產生了影響。
作為對塗膜賦予液晶配向能力的一般方法,可以列舉在配向均勻性、處理時間和處理成本方面有利的摩擦處理。摩擦處理是在基板表面上形成有機膜,接著使用人造絲等布材在一個方向上對該有機膜的表面進行摩擦,從而賦予液晶配向能力的方法。
然而,在進行摩擦處理時,在該步驟內容易產生灰塵,並且容易產生靜電,因此灰塵附著在液晶配向膜的表面上,會有發生顯示不良的可能。此外,在更高精細化的液晶顯示元件中,隨著像素的高密度化,在基板表面上產生了凹凸,因此難以進行均勻的摩擦處理。
於是,作為和摩擦處理不同的方法,例如,在專利文獻5~18中公開了對基板表面上所形成的聚乙烯桂皮酸酯、聚醯亞胺等感光性薄膜照射偏光或非偏光放射線,從而賦予液晶配向能力的光配向法。根據該方法,不會產生灰塵或靜電,可以實現均勻的液晶配向。
另一方面,在液晶配向膜中,例如在TN型、STN型等顯示方式中,需要使液晶分子以相對於基板面為規定的角度(預傾角)進行傾斜配向。在通過光配向法形成液晶配向膜時,該預傾角通常是由對基板面的入射方向以基板法線進行傾斜的放射線的照射而形成的。
但是,使用現有的液晶配向劑並通過光配向法所形成的液晶配向膜,其殘影特性差,並且作為液晶顯示元件,在實用方面無法充分滿足所要求的電壓保持率、預傾角的隨時間變化穩定性、以及印刷性等特性。
現有技術
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平4-153622號公報
[專利文獻2]日本特開昭60-107020號公報
[專利文獻3]日本特開昭56-91277號公報
[專利文獻4]美國第5,928,733號專利
[專利文獻5]日本特開平9-222605號公報
[專利文獻6]日本特開平6-287453號公報
[專利文獻7]日本特開平10-251646號公報
[專利文獻8]日本特開平11-2815號公報
[專利文獻9]日本特開平11-152475號公報
[專利文獻10]日本特開2000-144136號公報
[專利文獻11]日本特開2000-319510號公報
[專利文獻12]日本特開2000-281724號公報
[專利文獻13]日本特開平9-297313號公報
[專利文獻14]日本特開2003-307736號公報
[專利文獻15]日本特開2004-163646號公報
[專利文獻16]日本特開2006-171304號公報
[專利文獻17]日本特開2007-224273號公報
[專利文獻18]日本特開2007-256484號公報
本發明基於上述情況而作成,其目的是提供一種殘影特性優良,並且作為液晶顯示元件,在實用方面滿足所要求的電壓保持率、良好的預傾角的隨時間變化穩定性、以及印刷性等特性的液晶顯示元件、該液晶顯示元件所具備的液晶配向膜、形成該液晶配向膜的液晶配向劑、以及可以適用於該液晶配向劑的聚有機矽氧烷化合物。
用於解決上述問題的發明是一種液晶配向劑,其含有[A]聚有機矽氧烷化合物,並且該[A]聚有機矽氧烷化合物具有:來自於具有下述式(1)所表示的結構單元的聚有機矽氧烷、其水解物以及該水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種(以下,有時稱為“具有環氧基的聚有機矽氧烷”)的部分;和來自於可以和具有環氧基的1價有機基團形成共價鍵的基團、以及兩個以上桂皮酸結構的桂皮酸衍生物(以下,有時僅稱為“桂皮酸衍生物”)的部分。
式(1)中,X1 為具有環氧基的1價有機基團。Y1 為羥基、碳原子數為1~10的烷氧基、碳原子數為1~20的烷基或碳原子數為6~20的芳基。
[A]聚有機矽氧烷化合物由於含有來自聚有機矽氧烷以及具有光配向性的桂皮酸衍生物的基團,因此具備使用該液晶配向劑形成的液晶配向膜之液晶顯示元件的殘影特性優良,並且作為液晶顯示元件,在實用方面滿足所要求的電壓保持率、良好的預傾角的隨時間變化穩定性、以及印刷性等特性。
上述的桂皮酸衍生物,較佳為下述式(2)所表示的化合物。
式(2)中,R1 各自獨立地為氫原子、含有脂環式基團的碳原子數為3~40的1價有機基團或碳原子數為1~40的烷基,並且上述烷基的部分或全部氫原子可以被氟原子取代。
R2 和R3 各自獨立地為單鍵、氧原子、硫原子、-COO-、OCO-、-NHCO-、-CONH-、碳原子數為1~10的烷二基、2價的芳香族基團、2價的脂環式基團、2價的雜環式基團、或將此等的兩種以上進行組合的連接基團。
R4 為(c+1)價的有機基團。
R5 為單鍵、氧原子、-COO-、-OCO-、碳原子數為1~10的烷二基、-CH=CH-、2價的芳香族基團或2價脂環式基團。
R6 為羧基、羥基、-SH、-NCO、-NHR、-CH=CH2 或-SO2 Cl。其中R為氫原子或碳原子數為1~6的烷基。
R7 各自獨立地為氟原子或氰基。
a和b各自獨立地為0~1的整數。其中,a和b不同時為0。
c為2~5的整數。其中多個的R1 、R2 、R3 和R7 各自獨立。
d為0~4的整數。
藉由使用上述特定化合物作為桂皮酸衍生物,可以進一步提高配向性能,並且進一步改善殘影特性、電壓保持率、良好的預傾角的隨時間變化穩定性、印刷性等。
該液晶配向劑中,[A]聚有機矽氧烷化合物較佳為從具有下述式(1)所表示的結構單元的聚有機矽氧烷、其水解物以及該水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種,與上述式(2)所表示的化合物的反應生成物。在[A]聚有機矽氧烷化合物中,藉由利用具有環氧基的聚有機矽氧烷與桂皮酸衍生物之間的反應性,可以很容易地將來自具有光配向性的桂皮酸衍生物的基團導入到聚有機矽氧烷中。
該液晶配向劑中,上述式(1)中的X1 較佳為下述式(X1 -1)或(X1 -2)所表示的基團。
式(X1 -1)中,A為氧原子或單鍵。e為1~3的整數。f為0~6的整數。其中,當f為0時,A為單鍵。
式(X1 -2)中,g為1~6的整數。
式(X1 -1)和(X1 -2)中,“*”表示各連接鍵。
藉由採用上述式(X1 -1)或(X1 -2)所表示的基團作為上述具有環氧基的1價有機基團,很容易將來自上述桂皮酸衍生物的基團導入到該液晶配向劑的[A]聚有機矽氧烷化合物中。
該液晶配向劑,較佳為進一步含有[B]聚醯胺酸和聚醯亞胺構成的群組中選出的至少一種聚合物。藉由製作進一步含有上述聚合物的液晶配向膜,可以得到進一步改善了電壓保持率等電氣特性的液晶顯示元件。
該液晶配向劑,較佳為進一步含有[C]具有下述式(4)所表示的結構單元的聚有機矽氧烷、其水解物以及該水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種。
式(4)中,X2 為羥基、鹵原子、碳原子數為1~20的烷基、碳原子數為1~6的烷氧基或碳原子數為6~20的芳基。Y2 為羥基或碳原子數為1~10的烷氧基。
該液晶配向劑通過進一步含有上述聚合物,可以促進[A]聚有機矽氧烷化合物的交聯,結果可以進一步改善所得的液晶顯示元件的良好的預傾角的隨時間變化穩定性、電壓保持率等。
本發明的液晶配向膜係藉該液晶配向劑所形成。並且,本發明的液晶顯示元件具備由該液晶配向劑所形成的液晶配向膜。藉此,殘影特性優良,並且作為液晶顯示元件,在實用方面滿足所要求的電壓保持率、殘影特性、以及印刷性等特性。
本發明的[A]聚有機矽氧烷化合物,具有:來自具有下述式(1)所表示的結構單元的聚有機矽氧烷、其水解物以及該水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種的部分;和來自具有可以和具有環氧基的1價有機基團形成共價鍵基團、以及兩個以上桂皮酸結構的桂皮酸衍生物的部分。
該[A]聚有機矽氧烷化合物,可以適用於構成殘影特性優良,並且作為液晶顯示元件,在實用方面滿足所要求的電壓保持率、良好的預傾角的隨時間變化穩定性、以及印刷性等特性的液晶顯示元件的液晶配向劑。
根據本發明,可以提供一種殘影特性優良,並且作為液晶顯示元件,在實用方面滿足所要求的電壓保持率、良好的預傾角的隨時間變化穩定性、以及印刷性等特性的液晶顯示元件,形成該液晶顯示元件的液晶配向劑,以及可以適用於該液晶配向劑的聚有機矽氧烷化合物。此外,由本發明的液晶配向劑所形成的液晶配向膜可適用於各種顯示方式的液晶顯示元件。還有,具備這種液晶配向膜的本案的液晶顯示元件,即使在長期使用時,其顯示性能也不會劣化。因此,本案的液晶顯示元件,可以適當用於例如鐘錶、可攜式遊戲機、文字處理器、筆記型電腦、汽車導航系統、攝錄像機、可攜式資訊終端、數位相機、手機、各種監視器、液晶電視等顯示裝置。
實施發明之形態
以下,對本發明的實施方式進行詳述。
<液晶配向劑>
本發明的液晶配向劑,含有[A]聚有機矽氧烷化合物。[A]聚有機矽氧烷化合物由於含有來自聚有機矽氧烷以及具有光配向性的桂皮酸衍生物的基團,因此具備使用該液晶配向劑形成的液晶配向膜的液晶顯示元件的殘影特性優良,並且作為液晶顯示元件在實用方面滿足所要求的電壓保持率、良好的預傾角的隨時間變化穩定性、以及印刷性等特性。此外,該液晶配向劑較佳為含有[A]聚有機矽氧烷化合物以外的聚合物(以下,有時稱為“其他聚合物”),進一步,只要不損害本發明的效果,則該液晶配向劑可以含有任意成分。以下,對[A]聚有機矽氧烷化合物、其他聚合物以及任意成分進行詳述。
<[A]聚有機矽氧烷化合物>
[A]聚有機矽氧烷化合物,含有來自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分以及來自於桂皮酸衍生物的部分。以下,對於具有環氧基的聚有機矽氧烷和桂皮酸衍生物進行詳述。
[具有環氧基的聚有機矽氧烷]
具有環氧基的聚有機矽氧烷,是在[A]聚有機矽氧烷化合物的結構中,包含作為聚合物主鏈的聚有機矽氧烷骨架,和從該聚有機矽氧烷上分支出來的作為聚合物主鏈的含環氧基骨架的概念。
作為具有環氧基的聚有機矽氧烷,是從具有上述式(1)所表示的結構單元的聚有機矽氧烷、其水解物以及該水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種,並且上述式(1)中,X1 為具有環氧基的1價有機基團。Y1 為羥基、碳原子數為1~10的烷氧基、碳原子數為1~20的烷基或碳原子數為6~20的芳基。
作為上述式(1)的X1 ,只要是具有環氧基的1價有機基團,就沒有特別限定,可以列舉例如包含縮水甘油基、縮水甘油氧基、環氧基環己基的基團等。其中,較佳為下述式(X1 -1)或(X1 -2)所表示的基團。藉由採用上述式(X1 -1)或(X1 -2)所表示的基團,作為上述具有環氧基的1價有機基團,很容易將來自上述桂皮酸衍生物的基團導入到該液晶配向劑的[A]聚有機矽氧烷化合物中。
式(X1 -1)中,A為氧原子或單鍵。e為1~3的整數。f為0~6的整數。其中,當f為0時,A為單鍵。
式(X1 -2)中,g為1~6的整數。
式(X1 -1)和(X1 -2)中,“*”表示各連接鍵。
作為上述式(1)的Y1 ,為羥基、碳原子數為1~10的烷氧基、碳原子數為1~20的烷基或碳原子數為6~20的芳基。
作為碳原子數為1~10的烷氧基,可以列舉例如甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基等。
作為碳原子數為1~20的烷基,可以列舉例如直鏈狀或分枝狀的甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、月桂基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基等。
作為碳原子數為6~20的芳基,可以列舉例如苯基、萘基等。
作為具有環氧基的聚有機矽氧烷,通過凝膠滲透色譜法所測定的聚苯乙烯換算的質量平均分子量(以下,有時稱為“Mw”),較佳為500~100,000,更佳為1,000~10,000,並特佳為1,000~5,000。另外,在本說明書中,Mw是通過下文說明的凝膠滲透色譜法所測定的聚苯乙烯換算值。
柱:Tosoh公司,TSKgel GRCXLII
溶劑:四氫呋喃
溫度:40℃
壓力:68kgf/cm2
具有環氧基的聚有機矽氧烷,較佳為可以存在適當的有機溶劑、水和催化劑的環境下,使具有環氧基的矽烷化合物或具有環氧基的矽烷化合物與其他矽烷化合物的混合物,進行水解或水解、縮合而合成。
作為具有環氧基的矽烷化合物,可以列舉例如3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基二甲基甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基二甲基乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三乙氧基矽烷等。此等可以單獨使用或將兩種以上組合使用。
作為其他矽烷化合物,可以列舉例如四氯矽烷、四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、四正丙氧基矽烷、四異丙氧基矽烷、四正丁氧基矽烷、四第二丁氧基矽烷、三氯矽烷、三甲氧基矽烷、三乙氧基矽烷、三正丙氧基矽烷、三異丙氧基矽烷、三正丁氧基矽烷、三第二丁氧基矽烷、氟三氯矽烷、氟三甲氧基矽烷、氟三乙氧基矽烷、氟三正丙氧基矽烷、氟三異丙氧基矽烷、氟三正丁氧基矽烷、氟三第二丁氧基矽烷、甲基三氯矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三正丙氧基矽烷、甲基三異丙氧基矽烷、甲基三正丁氧基矽烷、甲基三第二丁氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三氯矽烷、2-(三氟甲基)乙基三甲氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三乙氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三正丙氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三異丙氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三正丁氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三第二丁氧基矽烷、2-(全氟正己基)乙基三氯矽烷、2-(全氟正己基)乙基三甲氧基矽烷、2-(全氟正己基)乙基三乙氧基矽烷、2-(全氟正己基)乙基三正丙氧基矽烷、2-(全氟正己基)乙基三異丙氧基矽烷、2-(全氟正己基)乙基三正丁氧基矽烷、2-(全氟正己基)乙基三第二丁氧基矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三氯矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三甲氧基矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三乙氧基矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三正丙氧基矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三異丙氧基矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三正丁氧基矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三第二丁氧基矽烷、羥基甲基三氯矽烷、羥基甲基三甲氧基矽烷、羥基乙基三甲氧基矽烷、羥基甲基三正丙氧基矽烷、羥基甲基三異丙氧基矽烷、羥基甲基三正丁氧基矽烷、羥基甲基三第二丁氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三氯矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三正丙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三異丙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三正丁氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三第二丁氧基矽烷、3-巰基丙基三氯矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三乙氧基矽烷、3-巰基丙基三正丙氧基矽烷、3-巰基丙基三異丙氧基矽烷、3-巰基丙基三正丁氧基矽烷、3-巰基丙基三第二丁氧基矽烷、巰基甲基三甲氧基矽烷、巰基甲基三乙氧基矽烷、乙烯基三氯矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三正丙氧基矽烷、乙烯基三異丙氧基矽烷、乙烯基三正丁氧基矽烷、乙烯基三第二丁氧基矽烷、烯丙基三氯矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷、烯丙基三乙氧基矽烷、烯丙基三正丙氧基矽烷、烯丙基三異丙氧基矽烷、烯丙基三正丁氧基矽烷、烯丙基三第二丁氧基矽烷、苯基三氯矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、苯基三正丙氧基矽烷、苯基三異丙氧基矽烷、苯基三正丁氧基矽烷、苯基三第二丁氧基矽烷、甲基二氯矽烷、甲基二甲氧基矽烷、甲基二乙氧基矽烷、甲基二正丙氧基矽烷、甲基二異丙氧基矽烷、甲基二正丁氧基矽烷、甲基二第二丁氧基矽烷、二甲基二氯矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二甲基二正丙氧基矽烷、二甲基二異丙氧基矽烷、二甲基二正丁氧基矽烷、二甲基二第二丁氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二氯矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二甲氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二乙氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二正丙氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二異丙氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二正丁氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二第二丁氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二氯矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二甲氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二乙氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二正丙氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二異丙氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二正丁氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二第二丁氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二氯矽烷、(甲基)(乙烯基)二甲氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二乙氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二正丙氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二異丙氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二正丁氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二第二丁氧基矽烷、二乙烯基二氯矽烷、二乙烯基二甲氧基矽烷、二乙烯基二乙氧基矽烷、二乙烯基二正丙氧基矽烷、二乙烯基二異丙氧基矽烷、二乙烯基二正丁氧基矽烷、二乙烯基二第二丁氧基矽烷、二苯基二氯矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、二苯基二乙氧基矽烷、二苯基二正丙氧基矽烷、二苯基二異丙氧基矽烷、二苯基二正丁氧基矽烷、二苯基二第二丁氧基矽烷、氯二甲基矽烷、甲氧基二甲基矽烷、乙氧基二甲基矽烷、氯三甲基矽烷、溴三甲基矽烷、碘三甲基矽烷、甲氧基三甲基矽烷、乙氧基三甲基矽烷、正丙氧基三甲基矽烷、異丙氧基三甲基矽烷、正丁氧基三甲基矽烷、第二丁氧基三甲基矽烷、第三丁氧基三甲基矽烷、(氯)(乙烯基)二甲基矽烷、(甲氧基)(乙烯基)二甲基矽烷、(乙氧基)(乙烯基)二甲基矽烷、(氯)(甲基)二苯基矽烷、(甲氧基)(甲基)二苯基矽烷、(乙氧基)(甲基)二苯基矽烷等具有一個矽原子的矽烷化合物等。此等可以單獨使用或將兩種以上組合使用。
可以作為商品購買的材料,可以列舉例如KC-89、KC-89S、X-21-3153、X-21-5841、X-21-5842、X-21-5843、X-21-5844、X-21-5845、X-21-5846、X-21-5847、X-21-5848、X-22-160AS、X-22-170B、X-22-170BX、X-22-170D、X-22-170DX、X-22-176B、X-22-176D、X-22-176DX、X-22-176F、X-40-2308、X-40-2651、X-40-2655A、X-40-2671、X-40-2672、X-40-9220、X-40-9225、X-40-9227、X-40-9246、X-40-9247、X-40-9250、X-40-9323、X-41-1053、X-41-1056、X-41-1805、X-41-1810、KF6001、KF6002、KF6003、KR212、KR-213、KR-217、KR220L、KR242A、KR271、KR282、KR300、KR311、KR401N、KR500、KR510、KR5206、KR5230、KR5235、KR9218、KR9706(以上,信越化學工業公司);Glass Resin(昭和電工公司);SH804、SH805、SH806A、SH840、SR2400、SR2402、SR2405、SR2406、SR2410、SR2411、SR2416、SR2420(以上,Toray‧Dow Corning公司);FZ3711、FZ3722(以上,日本Unicar公司);DMS-S12、DMS-S15、DMS-S21、DMS-S27、DMS-S31、DMS-S32、DMS-S33、DMS-S35、DMS-S38、DMS-S42、DMS-S45、DMS-S51、DMS-227、PSD-0332、PDS-1615、PDS-9931、XMS-5025(以上,Chisso公司);矽酸甲酯MS51、矽酸甲酯MS56(以上,三菱化學公司);矽酸乙酯28、矽酸乙酯40、矽酸乙酯48(以上,Colcoat公司);GR100、GR650、GR908、GR950(以上,昭和電工公司)等的部分縮合物。
在這些其他矽烷化合物中,較佳為四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷、烯丙基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三乙氧基矽烷、巰基甲基三甲氧基矽烷、巰基甲基三乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷或二甲基二乙氧基矽烷。
作為具有環氧基的聚有機矽氧烷的環氧當量,較佳為100 g/mol~10,000 g/mol,更佳為150 g/mol~1,000 g/mol,且特佳為150 g/mol~300 g/mol。因此,在合成具有環氧基的聚有機矽氧烷時,就具有環氧基的矽烷化合物和其他矽烷化合物的使用比例而言,較佳為設定為使所得的聚有機矽氧烷的環氧當量達到上述範圍。
在合成具有環氧基的聚有機矽氧烷時,作為可使用的有機溶劑,可以列舉例如烴化合物、酮化合物、酯化合物、醚化合物、醇化合物等。此等可以單獨使用或將兩種以上組合使用。
作為烴化合物,可以列舉例如甲苯、二甲苯等。
作為酮化合物,可以列舉例如甲乙酮、甲基異丁酮、甲基正戊酮、二乙酮、環己酮等。
作為酯化合物,可以列舉例如乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸異戊酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、乳酸乙酯等。
作為醚化合物,可以列舉例如乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、四氫呋喃、二烷等。
作為醇化合物,可以列舉例如1-己醇、4-甲基-2-戊醇、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單正丙醚、乙二醇單正丁醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單正丙醚等。
其中,較佳為非水溶性的物質。
作為有機溶劑的使用量,相對於100質量份全部矽烷化合物,較佳為10質量份~10,000質量份,並更佳為50質量份~1,000質量份。
作為合成具有環氧基的聚有機矽氧烷時的水使用量,相對於全部矽烷化合物,較佳為0.5倍莫耳~100倍莫耳,並更佳為1倍莫耳~30倍莫耳。
作為催化劑,可以列舉例如酸、鹼金屬化合物、有機鹼、鈦化合物、鋯化合物等。此等可以單獨使用或將兩種以上組合使用。
作為鹼金屬化合物,可以列舉例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、甲醇鈉、甲醇鉀、乙醇鈉、乙醇鉀等。
作為有機鹼,可以列舉例如乙胺、二乙胺、哌、哌啶、吡咯啶、吡咯等有機一級胺或二級胺;三乙胺、三正丙胺、三正丁胺、吡啶、4-二甲基胺基吡啶、二氮雜雙環十一碳烯等有機三級胺;氫氧化四甲銨等這樣的有機四級銨等。
作為製造具有環氧基的聚有機矽氧烷時的催化劑,較佳為鹼金屬化合物或有機鹼。藉由使用鹼金屬化合物或有機鹼作為催化劑,不會產生環氧基的開環等副反應,並且能夠以高水解、縮合速度得到聚有機矽氧烷,因此生產穩定性優良。
此外,含有使用鹼金屬化合物或有機鹼作為催化劑,所合成的具有環氧基的聚有機矽氧烷和桂皮酸衍生物之反應物的該液晶配向劑,由於保存穩定性極其優良,因此非常有利。其原因可以推測為,如Chemical Reviews,95卷,p1409(1995年)所指出,在水解、縮合反應中使用鹼金屬化合物或有機鹼作為催化劑時,是否形成了無規結構、梯型結構或籠型結構,並且可以得到矽醇基含有比例少的聚有機矽氧烷。也就是說可以推測,由於這種聚有機矽氧烷的矽醇基含有比例少,因此可以抑制矽醇基團彼此之間的縮合反應,此外,當本發明的液晶配向劑含有後述的其他聚合物時,還可以抑制矽醇基團與其他聚合物的縮合反應,因此得到了保存穩定性優良的結果。
作為催化劑,更佳為有機鹼,並特佳為有機三級胺和有機四級銨。作為有機鹼的使用量,根據有機鹼的種類、溫度等反應條件而不同,例如,相對於全部矽烷化合物,較佳為0.01倍莫耳~3倍莫耳,並更佳為0.05倍莫耳~1倍莫耳。
合成具有環氧基的聚有機矽氧烷時的水解或水解.縮合反應,較佳為藉由將具有環氧基的矽烷化合物和根據需要的其他矽烷化合物溶解在有機溶劑中,將該溶液與有機鹼和水混合,並藉由例如油浴等加熱而進行實施。
作為水解、縮合反應時的油浴的加熱溫度,較佳為130℃以下,並更佳為40℃~100℃。作為加熱時間,較佳為0.5小時~12小時,並更佳為1小時~8小時。加熱中,可以攪拌混合液,也可以將其進行回流。
反應結束後,最好用水洗滌從反應液中分離出來的有機溶劑層。洗滌時,使用含有少量鹽的水,例如0.2質量%左右的硝酸銨水溶液等進行洗滌,在使洗滌操作變得容易這一方面是較佳的。進行洗滌,直至洗滌後的水層呈中性,然後根據需要使用無水硫酸鈣、分子篩等乾燥劑乾燥有機溶劑層,除去溶劑,藉此可以得到作為目標的具有環氧基的聚有機矽氧烷。
在本發明中,可以使用市售商品作為具有環氧基的聚有機矽氧烷。作為這種市售品,可以列舉例如DMS-E01、DMS-E12、DMS-E21、EMS-32(以上為Chisso公司)等。
[桂皮酸衍生物]
桂皮酸衍生物,具有可以和上述式(1)的具有環氧基的1價有機基團形成共價鍵的基團、以及兩個以上桂皮酸結構。
作為桂皮酸衍生物,較佳為上述式(2)所表示的化合物。藉由使用上述特定化合物作為桂皮酸衍生物,可以進一步提高配向性能,並且進一步改善殘影特性、電壓保持率、良好的預傾角的隨時間變化穩定性、印刷性等。
上述式(2)中,
R1 各自獨立地為氫原子、含有脂環式基團的碳原子數為3~40的1價有機基團或碳原子數為1~40的烷基,並且上述烷基的部分或全部氫原子可被氟原子取代。
R2 和R3 各自獨立地為單鍵、氧原子、硫原子、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、碳原子數為1~10的烷二基、2價的芳香族基團、2價的脂環式基團、2價的雜環式基團、或將此等的兩種以上進行組合的連接基團。
R4 為(c+1)價的有機基團。
R5 為單鍵、氧原子、-COO-、-OCO-、碳原子數為1~10的烷二基、-CH=CH-、2價的芳香族基團或2價脂環式基團。
R6 為羧基、羥基、-SH、-NCO、-NHR、-CH=CH2 或-SO2 Cl。其中,R為氫原子或碳原子數為1~6的烷基。
R7 各自獨立地為氟原子或氰基。
a和b各自獨立地為0~1的整數。其中,a和b不同時為0。
c為2~5的整數。其中多個的R1 、R2 、R3 和R7 各自獨立。
d為0~4的整數。
作為上述式(2)中的R1 的含有脂環式基團的碳原子數為3~40的1價有機基團,可以列舉例如環己基、膽甾烯基、膽甾烷基、金剛烷基等。這些有機基團的氫原子的一部分,可以被以下的碳原子數為1~20的烷基取代。作為碳原子數為1~40的烷基,較佳為也可以被取代的碳原子數為1~20的烷基,其可以列舉例如正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正月桂基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正十九烷基、正二十烷基、4,4,4-三氟丁基、4,4,5,5,5-五氟戊基、4,4,5,5,6,6,6-七氟己基、3,3,4,4,5,5,5-七氟戊基、2,2,2-三氟乙基、2,2,3,3,3-五氟丙基、2-(全氟丁基)乙基、2-(全氟辛基)乙基、2-(全氟癸基)乙基等。另外,當碳原子數為2以下時,較佳為用於水平配向用途,當碳原子數為3以上時,較佳為用於垂直配向用途。
作為上述式(2)中的2價脂環式基團,可以列舉1,4-伸環己基等。作為2價的芳香族基團,可以列舉例如1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、3-氟-1,4-伸苯基、2,3,5,6-四氟-1,4-伸苯基等。作為2價的雜環式基團,可以列舉例如2,6-伸吡啶基等2價的伸吡啶基、2,5-伸吡啶基等2價的伸吡啶基、2,5-伸呋喃基等2價的伸呋喃基等。另外,上述2價的脂環式基團、2價的芳香族基團以及2價的雜環式基團,也可以是多個環縮合所得的基團。作為縮合的2價脂環式基團,可以列舉降烷二基、金剛烷二基等。作為縮合的2價芳香族基團,可以列舉伸萘基等。作為縮合的2價雜環式基團,可以列舉伸喹啉基等。作為碳原子數為1~10的烷二基,可以列舉亞甲基、伸乙基、伸丙基等。
作為上述式(2)中的(c+1)價的有機基團,可以列舉(c+1)價的直鏈狀或分枝狀的烷基、(c+1)價的芳香族基團、(c+1)價的脂環式基團、或(c+1)價的雜環式基團等。
作為上述式(2),較佳為下述式(2-1)或式(2-2)所表示的化合物。
式(2-1)和式(2-2)中,Ra 和Rb 各自獨立地為下述式(3-1)~(3-25)。
上述式(3-1)~(3-25)中,R1 和上述式(2)中的R1 同義。v為1~10的整數。u為1~10的整數。
桂皮酸衍生物的合成順序沒有特別限定,可以將以往公知的方法組合進行。作為代表性的合成順序,例如,可以舉例(1)在鹼性條件下,使具有鹵原子取代的苯環骨架的化合物與丙烯酸在過渡金屬催化劑存在下反應得到桂皮酸衍生物的方法、(2)在鹼性條件下,使苯環的氫原子被鹵原子取代的桂皮酸與具有鹵原子取代的苯環骨架的化合物,在過渡金屬催化劑存在下反應得到桂皮酸衍生物的方法等。但是,特定桂皮酸衍生物的合成順序,並不限定於此。另外,桂皮酸衍生物可以是順式(Z)或反式(E)的任一種,並較佳為反式(E)。
[[A]聚有機矽氧烷化合物的合成]
[A]聚有機矽氧烷化合物,較佳為藉由上述具有環氧基的聚有機矽氧烷與桂皮酸衍生物,並且最好在催化劑的環境下,在有機溶劑中進行反應而合成。在[A]聚有機矽氧烷化合物中,藉由利用具有環氧基的聚有機矽氧烷與桂皮酸衍生物之間的反應性,可以很容易地將來自於具有光配向性的桂皮酸衍生物的基團導入到聚有機矽氧烷中。
作為桂皮酸衍生物的含量,相對於具有環氧基的聚有機矽氧烷的1mol矽原子,較佳為0.001mol~1mol,更佳為0.01mol~1mol,並特佳為0.05mol~0.9mol。
在不損害本發明效果的範圍內,可以將桂皮酸衍生物的一部分置換為下述式(5)所表示的化合物進行使用。這時,[A]聚有機矽氧烷化合物的合成,可以藉由具有環氧基的聚有機矽氧烷與桂皮酸衍生物和下述式(5)所表示的化合物的混合物的反應而合成。
R8 ─R9 ─R10  (5)
式(5)中,
R8 為含有脂環式基團的碳原子數為3~40的1價有機基團、碳原子數為4~20的烷基或烷氧基(其中,烷基或烷氧基的部分或全部氫原子可被氟原子取代)。
R9 為單鍵、2價的芳香族基團或2價的脂環式基團。其中,當R8 為烷氧基時,R9 為伸苯基。
R10 為選自羧基、羥基、-SH、-NCO、-NHR(並且,R為氫原子或碳原子數為1~6的烷基)、-CH=CH2 和-SO2 Cl構成的群組中的至少一種。
作為上述式(5)的R8 ,較佳為含有脂環式基團的碳原子數為3~40的1價有機基團、碳原子數為8~20的烷基、烷氧基、碳原子數為4~20的氟烷基或氟烷氧基。
作為上述式(5)中的R9 ,較佳為單鍵、1,4-伸環己基或1,4-伸苯基。
作為上述式(5)中的R10 ,較佳為羧基。
作為上述式(5)所表示的化合物,可以列舉例如下述式(5-1)~(5-4)中的任一種所表示的化合物。
上述式(5-1)~(5-4)中,h為1~3的整數。i為3~18的整數。j為5~20的整數。k為1~3的整數。m為0~18的整數。n為1~18的整數。
其中,較佳為下述式(5-2-1)、(5-3-1)或(5-3-2)所表示的化合物。
上述式(5)所表示的化合物,是和桂皮酸衍生物一起與具有環氧基的聚有機矽氧烷反應,從而導入對所得的液晶配向膜賦予預傾角表現性的部位的化合物。上述式(5)所表示的化合物,在下文中有時稱為“其他的預傾角表現性化合物”。
在用其他的預傾角表現性化合物置換桂皮酸衍生物的一部分進行使用時,作為桂皮酸衍生物和其他的預傾角表現性化合物的合計含有比例,相對於具有環氧基的聚有機矽氧烷的1mol矽原子,較佳為0.001mol~1mol,更佳為0.1mol~1mol,並特佳為0.2mol~0.9mol。
作為其他的預傾角表現性化合物相對於和桂皮酸衍生物的合計的含有比例,較佳為50mol%以下,並更佳為25mol%以下。如果其他的預傾角表現性化合物的使用比例超過50mol%,則在液晶顯示元件為ON時,有時會產生生成異常區域的缺陷。
作為催化劑,可以列舉例如有機鹼,或者作為促進環氧化合物和酸酐反應的所謂固化促進劑的公知化合物。
作為有機鹼,可以列舉例如乙胺、二乙胺、哌、哌啶、吡咯啶、吡咯這樣的有機一級胺或二級胺;三乙胺、三正丙胺、三正丁胺、吡啶、4-二甲基胺基吡啶、二氮雜雙環十一碳烯這樣的有機三級胺;四甲基氫氧化銨等這樣的有機四級銨等。其中,較佳為有機三級胺和有機四級銨。
作為固化促進劑,可以列舉例如苄基二甲胺、2,4,6-三(二甲基胺基甲基)苯酚、環己基二甲胺、三乙醇胺等三級胺;2-甲基咪唑、2-正庚基咪唑、2-正十一烷基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-甲基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-正十一烷基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-苯基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羥基甲基咪唑、2-苯基-4,5-二(羥基甲基)咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-苯基-4,5-二[(2’-氰基乙氧基)甲基]咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-正十一烷基咪唑鎓偏苯三酸鹽、1-(2-氰基乙基)-2-苯基咪唑鎓偏苯三酸鹽、1-(2-氰基乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑鎓偏苯三酸鹽、2,4-二胺基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]乙基-s-三、2,4-二胺基-6-(2’-正十一烷基咪唑基)乙基-s-三、2,4-二胺基-6-[2’-乙基-4’-甲基咪唑基-(1’)]乙基-s-三、2-甲基咪唑的異氰脲酸加成物、2-苯基咪唑的異氰脲酸加成物、2,4-二胺基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]乙基-s-三的異氰脲酸加成物等咪唑化合物;二苯基膦、三苯基膦、亞磷酸三苯酯等有機磷化合物;苄基三苯基鏻氯化物、四正丁基鏻溴化物、甲基三苯基鏻溴化物、乙基三苯基鏻溴化物、正丁基三苯基鏻溴化物、四苯基鏻溴化物、乙基三苯基鏻碘化物、乙基三苯基鏻乙酸鹽、四正丁基鏻、o,o-二乙基二硫代磷酸酯、四正丁基鏻苯并三唑鹽、四正丁基鏻四氟硼酸鹽、四正丁基鏻四苯基硼酸鹽、四苯基鏻四苯基硼酸鹽等四級鏻鹽;1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一碳烯-7、其有機酸鹽等的二氮雜雙環鏈烯;辛酸鋅、辛酸錫、鋁乙醯乙酸酯錯合物等有機金屬化合物;四乙基溴化銨、四正丁基溴化銨、四乙基氯化銨、四正丁基氯化銨等四級銨鹽;三氟化硼、硼酸三苯酯等硼化合物;氯化鋅、氯化錫等金屬鹵化物;二氰基二醯胺或胺與環氧樹脂的加成物等的胺加成型促進劑等的高熔點分散型潛在性固化促進劑;藉由以聚合物包覆咪唑化合物、有機磷化合物、四級鏻鹽等的固化促進劑的表面的微膠囊型潛在性固化促進劑;胺鹽型潛在性固化促進劑;路易士酸鹽、布朗斯台德酸鹽等高溫分解型的熱陽離子聚合型潛在性固化促進劑等潛在性固化促進劑等。
其中,較佳為四級銨鹽,並更佳為四乙基溴化銨、四正丁基溴化銨、四乙基氯化銨、四正丁基氯化銨。
作為催化劑的使用量,相對於100質量份具有環氧基的聚有機矽氧烷,較佳為100質量份以下,更佳為0.01質量份~100質量份,並特佳為0.1質量份~20質量份。
作為反應溫度,較佳為0℃~200℃,並更佳為50℃~150℃。作為反應時間,較佳為0.1小時~50小時,並更佳為0.5小時~20小時。
在合成[A]聚有機矽氧烷化合物時,作為可以使用的有機溶劑,可以列舉例如烴化合物、醚化合物、酯化合物、酮化合物、醯胺化合物、醇化合物等。其中,醚化合物、酯化合物、酮化合物,從原料和生成物的溶解性以及生成物容易精製的觀點考慮是較佳的。作為溶劑的含量,其固體成分濃度(反應溶液中除溶劑以外的成分的合計質量佔溶液總質量的比例)較佳為0.1質量%以上,並更佳為5質量%~50質量%的量。
[A]聚有機矽氧烷化合物,以具有環氧基的聚有機矽氧烷為原料,並藉由其環氧基的開環加成而導入來自於桂皮酸衍生物的結構。該製造方法簡便,並且特別是在能夠提高來自於桂皮酸衍生物的桂皮酸結構的導入率方面是有利的。
<其他聚合物>
其他聚合物,可以用於進一步改善該液晶配向劑的溶液特性和所得的液晶配向膜的電氣特性。作為其他聚合物,可以列舉例如[B]由聚醯胺酸和聚醯亞胺構成的群組中選出的至少一種聚合物(以下,有時稱為“[B]聚合物”)、[C]由上述式(4)所表示的聚有機矽氧烷、其水解物以及水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種(以下,有時稱為“[C]其他的聚有機矽氧烷”)、聚醯胺酸酯、聚酯、聚醯胺、纖維素衍生物、聚縮醛、聚苯乙烯衍生物、聚(苯乙烯-苯基馬來醯亞胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等。藉由使用進一步含有[B]聚合物的液晶配向劑製作液晶配向膜,可以得到進一步改善電壓保持率等電氣特性的液晶顯示元件。此外,該液晶配向劑藉由進一步含有[C]其他的聚有機矽氧烷,可以在照射偏光前的燒成步驟(以下,有時稱為“後烘烤”)中促進[A]聚有機矽氧烷化合物的交聯,於是可以進一步改善所得的液晶顯示元件的良好的預傾角的隨時間變化穩定性、電壓保持率等。
[聚醯胺酸]
聚醯胺酸,可以藉由使四羧酸二酐與二胺化合物反應而得到。
作為四羧酸二酐,可以列舉例如脂肪族四羧酸二酐、脂環式四羧酸二酐、芳香族四羧酸二酐等。除此之外,還可以使用日本特願2009-157556號中所記載的四羧酸二酐。這些四羧酸二酐可以單獨使用或將兩種以上組合使用。
作為脂肪族四羧酸二酐,可以列舉例如丁烷四羧酸二酐等。
作為脂環式四羧酸二酐,可以列舉例如1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二側氧-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-8-甲基-5-(四氫-2,5-二側氧-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、3-氧雜雙環[3.2.1]辛-2,4-二酮-6-螺-3’-(四氫呋喃-2’,5’-二酮)、5-(2,5-二側氧四氫-3-呋喃基)-3-甲基-3-環己烯-1,2-二羧酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧甲基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、2,4,6,8-四羧基雙環[3.3.0]辛烷-2:4,6:8-二酐、4,9-二氧雜三環[5.3.1.02,6 ]十一碳-3,5,8,10-四酮等。
作為芳香族四羧酸二酐,可以列舉例如苯均四酸二酐等。
這些四羧酸二酐中,較佳為脂環式四羧酸二酐,更佳為2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐或1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐,並特佳為2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐。
作為2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐或1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐的使用量,相對於全部四羧酸二酐,較佳為含有10mol%以上,更佳為20mol%以上,並特佳為僅由2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐或1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐構成。
作為二胺化合物,可以列舉例如脂肪族二胺、脂環式二胺、二胺基有機矽氧烷、芳香族二胺等。這些二胺化合物,可以單獨使用或將兩種以上組合使用。除此之外,還可以使用日本特願2009-157556號中所記載的二胺。
作為脂肪族二胺,可以列舉例如間苯二甲胺、1,3-丙二胺、四亞甲基二胺、五亞甲基二胺、六亞甲基二胺等。
作為脂環式二胺,可以列舉例如1,4-二胺基環己烷、4,4’-亞甲基二(環己胺)、1,3-二(胺基甲基)環己烷等。
作為二胺基有機矽氧烷,可以列舉例如1,3-二(3-胺基丙基)-四甲基二環己烷等。
作為芳香族二胺,可以列舉例如對苯二胺、4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基二苯基硫醚、1,5-二胺基萘、2,2’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯、4,4’-二胺基-2,2’-二(三氟甲基)聯苯、2,7-二胺基茀、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)茀、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、4,4’-(對苯二亞異丙基)二苯胺、4,4’-(間苯二亞異丙基)二苯胺、1,4-二(4-胺基苯氧基)苯、4,4’-二(4-胺基苯氧基)聯苯、2,6-二胺基吡啶、3,4-二胺基吡啶、2,4-二胺基嘧啶、3,6-二胺基吖啶、3,6-二胺基咔唑、N-甲基-3,6-二胺基咔唑、N-乙基-3,6-二胺基咔唑、N-苯基-3,6-二胺基咔唑、N,N’-二(4-胺基苯基)聯苯胺、N,N’-二(4-胺基苯基)-N,N’-二甲基聯苯胺、1,4-二(4-胺基苯基)哌、3,5-二胺基苯甲酸、十二烷氧基-2,4-二胺基苯、十四烷氧基-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、十二烷氧基-2,5-二胺基苯、十四烷氧基-2,5-二胺基苯、十五烷氧基-2,5-二胺基苯、十六烷氧基-2,5-二胺基苯、十八烷氧基-2,5-二胺基苯、膽甾烷氧基-3,5-二胺基苯、膽甾烯氧基-3,5-二胺基苯、膽甾烷氧基-2,4-二胺基苯、膽甾烯氧基-2,4-二胺基苯、3,5-二胺基苯甲酸膽甾烷基酯、3,5-二胺基苯甲酸膽甾烯基酯、3,5-二胺基苯甲酸羊毛膽甾醇、3,6-二(4-胺基苯甲醯氧基)膽甾烷、3,6-二(4-胺基苯氧基)膽甾烷、4-(4’-三氟甲氧基苯甲醯氧基)環己基-3,5-二胺基苯甲酸酯、4-(4’-三氟甲基苯甲醯氧基)環己基-3,5-二胺基苯甲酸酯、1,1-二(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-丁基環己烷、1,1-二(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-庚基環己烷、1,1-二(4-((胺基苯氧基)甲基)苯基)-4-庚基環己烷、1,1-二(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-(4-庚基環己基)環己烷、2,4-二胺基-N,N-二烯丙基苯胺、4-胺基苄胺、3-胺基苄胺和下述式(6)所表示的二胺化合物等。
式(6)中,Z是碳原子數為1~3的烷基、-O-、-COO-或-OCO-。p為0或1。q為0~2的整數。r為1~20的整數。
在上述式(6)中,作為Cr H2r+1 基,可以列舉例如直鏈狀或分枝狀的甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基等。
作為上述式(6)所表示的二胺化合物,可以列舉例如下述式(6-1)~(6-5)所表示的化合物等。
提供於聚醯胺酸合成反應的四羧酸二酐和二胺化合物的使用比例,相對於二胺化合物中所含的1當量胺基,四羧酸二酐的酸酐基較佳為0.2當量~2當量,並更佳為0.3當量~1.2當量。
合成反應,較佳為在有機溶劑中進行。作為反應溫度,較佳為-20℃~150℃,並更佳為0℃~100℃。作為反應時間,較佳為0.1小時~24小時,並更佳為0.5小時~12小時。
作為有機溶劑,只要可以溶解合成的聚醯胺酸,就沒有特別限制,其可以列舉例如N-甲基-2-吡咯啶酮(以下,有時稱為“NMP”。)、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基咪唑啉酮、二甲基亞碸、γ-丁內酯、四甲基脲、六甲基磷醯三胺等非質子系極性溶劑;間甲酚、二甲苯酚、苯酚、鹵代苯酚等酚類溶劑。
作為有機溶劑的使用量(a),相對於四羧酸二酐和二胺的總量(b)與有機溶劑使用量(a)的總量(a+b),較佳為0.1質量%~50質量%,並更佳為5質量%~30質量%。
反應後所得的聚醯胺酸溶液,可以直接供給於液晶配向劑的調製,也可以將反應溶液中所含的聚醯胺酸分離出來後,供給於液晶配向劑的調製,或者還可以將分離出的聚醯胺酸精製後,再供給於液晶配向劑的調製。作為聚醯胺酸的分離方法,可以列舉例如藉由將反應溶液注入到大量的不良溶劑中,並將所得的析出物在減壓下乾燥的方法、使用蒸發器減壓餾出反應溶液的方法等。作為聚醯胺酸的精製方法,可以列舉將分離的聚醯胺酸再次溶解在有機溶劑中,並用不良溶劑使其析出的方法、進行一次或多次使用蒸發器減壓餾出有機溶劑等的步驟的方法。
[聚醯亞胺]
聚醯亞胺,可以藉由使上述聚醯胺酸所具有的醯胺酸結構脫水閉環,進行醯亞胺化而製造。
聚醯亞胺,可以是作為其前軀體的聚醯胺酸所具有的全部醯胺酸結構脫水閉環的完全醯亞胺化物,也可以是僅將部分醯胺酸結構脫水閉環而形成醯胺酸結構和醯亞胺結構並存的部分醯亞胺化物。聚醯亞胺的醯亞胺化率,較佳為30%以上,並更佳為40%~80%。另外,聚醯亞胺中的醯亞胺化率,是將聚醯亞胺溶液投入到純水中,並在室溫下減壓乾燥所得的沉澱後,將其溶解在氘化二甲基亞碸中,以四甲基矽烷作為基準物,在室溫下測定1 H-NMR,並由所得的1 H-NMR譜圖,根據下述式(7)所表示的式子求出。
醯亞胺化率(%)={1-(A1 /A2 )×α}×100 (7)
式(7)中,A1 是來自於NH基質子的峰面積(10ppm)。A2 是來自於其他質子的峰面積。α是其他質子的個數相對於聚醯胺酸中的NH基的一個質子的比例。
作為聚醯亞胺的合成方法,可以列舉例如(i)加熱聚醯胺酸的方法(以下,有時稱為“方法(i)”)、(ii)將聚醯胺酸溶解在有機溶劑中,並向該溶液中添加脫水劑和脫水閉環催化劑,以及根據需要加熱的方法(以下,有時稱為“方法(ii)”)等使用聚醯胺酸的脫水閉環反應的方法。
作為方法(i)中的反應溫度,較佳為50℃~200℃,並更佳為60℃~170℃。當反應溫度不到50℃時,脫水閉環反應無法充分進行,而當反應溫度超過200℃時,所得的聚醯亞胺的分子量會下降。作為反應時間,較佳為0.5小時~48小時,並更佳為2小時~20小時。
方法(i)中所得的聚醯亞胺,可以直接供給液晶配向劑的調製,也可以將聚醯亞胺分離出來後供給液晶配向劑的調製,或者還可以將分離出的聚醯亞胺精製後或將所得的聚醯亞胺精製後再供給液晶配向劑的調製。
作為方法(ii)中的脫水劑,可以列舉例如乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。
作為脫水劑的含量,可以根據所希望的醯亞胺化率而適當選擇,但相對於1mol聚醯胺酸的醯胺酸結構,較佳為0.01mol~20mol。
作為方法(ii)中的脫水閉環催化劑,可以列舉例如吡啶、柯林鹼、二甲基吡啶、三乙胺等。
作為脫水閉環催化劑的含量,相對於1mol含有的脫水劑,較佳為0.01mol~10mol。另外,上述脫水劑和脫水閉環催化劑的含量越多,則越可以提高醯亞胺化率。
作為方法(ii)中所用的有機溶劑,可以列舉例如和作為聚醯胺酸合成中所用的溶劑而舉例的有機溶劑同樣的有機溶劑等。
作為方法(ii)中的反應溫度,較佳為0℃~180℃,並更佳為10℃~150℃。作為反應時間,較佳為0.5小時~20小時,並更佳為1小時~8小時。藉由使反應條件為上述範圍,脫水閉環反應可以充分進行,並且可以得到所得聚醯亞胺的適當分子量。
在方法(ii)中,可以得到含有聚醯亞胺的反應溶液。該反應溶液可以直接供給於液晶配向劑的調製,也可以在從反應溶液中除去脫水劑和脫水閉環催化劑後,再供給於液晶配向劑的調製,並且還可以將聚醯亞胺分離出來後,再供給於液晶配向劑的調製,或者將分離出的聚醯亞胺精製後,再供給於液晶配向劑的調製。作為從反應溶液中除去脫水劑和脫水閉環催化劑的方法,可以列舉例如溶劑置換的方法等。作為聚醯亞胺的分離方法和精製方法,可以列舉例如和作為聚醯胺酸的分離方法和精製方法而舉例的方法相同的方法等。
該液晶配向劑中含有的聚醯胺酸或聚醯亞胺,可以是末端修飾型的物質。藉由使用末端修飾型的聚合物,可以不損害本發明的效果而進一步改善液晶配向劑的塗布特性等。
這種末端修飾型的聚合物,可以藉由在合成聚醯胺酸時,向聚合反應體系中添加分子量調節劑而進行。作為分子量調節劑,可以列舉例如酸單酐、單胺化合物、單異氰酸酯化合物等。
作為酸單酐,可以列舉例如馬來酸酐、鄰苯二甲酸酐、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。
作為單胺化合物,可以列舉例如苯胺、環己胺、正丁胺、正戊胺、正己胺、正庚胺、正辛胺、正壬胺、正癸胺、正十一胺、正十二胺、正十三胺、正十四胺、正十五胺、正十六胺、正十七胺、正十八胺、正二十胺等。
作為單異氰酸酯化合物,可以列舉例如異氰酸苯酯、異氰酸萘基酯等。
作為分子量調節劑的使用量,相對於在合成聚醯胺酸時使用的四羧酸二酐和二胺化合物的合計100質量份,較佳為20質量份以下,並更佳為10質量份以下。
[[C]其他的聚有機矽氧烷]
該液晶配向劑,除了[A]聚有機矽氧烷化合物以外,較佳為含有[C]其他的聚有機矽氧烷。本發明中的[C]其他的聚有機矽氧烷,較佳為由上述式(4)所表示的聚有機矽氧烷、其水解物以及該水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種。另外,在該液晶配向劑含有[C]其他的聚有機矽氧烷時,[C]其他的聚有機矽氧烷的大部分,可以與[A]聚有機矽氧烷化合物獨立地存在,並且其一部分可以作為與特定聚有機矽氧烷化合物的縮合物存在。
式(4)中,X2 為羥基、鹵原子、碳原子數為1~20的烷基、碳原子數為1~6的烷氧基或碳原子數為6~20的芳基。Y2 為羥基或碳原子數為1~10的烷氧基。
作為碳原子數為1~20的烷基,可以列舉例如直鏈狀或分枝狀的甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、月桂基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基等。
作為碳原子數為1~6的烷氧基,可以列舉例如甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基等。
作為碳原子數為6~20的芳基,可以列舉例如苯基、萘基等。
作為[C]其他的聚有機矽氧烷的Mw,較佳為500~100,000,並更佳為500~10,000。
[C]其他的聚有機矽氧烷,例如可以藉由較佳為在適當的有機溶劑中,在水和催化劑的環境下,使烷氧基矽烷和鹵化矽烷化合物構成的群組中選出的至少一種矽烷化合物(以下,有時稱為“原料矽烷化合物”),進行水解或水解-縮合而合成。
作為原料矽烷化合物,可以列舉例如四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、四正丙氧基矽烷、四異丙氧基矽烷、四正丁氧基矽烷、四第二丁氧基矽烷、四第三丁氧基矽烷、四氯矽烷等;甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三正丙氧基矽烷、甲基三異丙氧基矽烷、甲基三正丁氧基矽烷、甲基三第二丁氧基矽烷、甲基三第三丁氧基矽烷、甲基三苯氧基矽烷、甲基三氯矽烷、乙基三甲氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、乙基三正丙氧基矽烷、乙基三異丙氧基矽烷、乙基三正丁氧基矽烷、乙基三第二丁氧基矽烷、乙基三第三丁氧基矽烷、乙基三氯矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、苯基三氯矽烷等;二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二甲基二氯矽烷等;三甲基甲氧基矽烷、三甲基乙氧基矽烷、三甲基氯矽烷等。
其中,較佳為四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、三甲基甲氧基矽烷或三甲基乙氧基矽烷。
在合成[C]其他的聚有機矽氧烷時,作為可以任意使用的有機溶劑,可以列舉例如醇化合物、酮化合物、醯胺化合物、酯化合物或其他非質子性化合物。此等可以單獨使用或將兩種以上組合使用。
作為醇化合物,可以列舉例如甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、第二丁醇、第三丁醇、正戊醇、異戊醇、2-甲基丁醇、第二戊醇、第三戊醇、3-甲氧基丁醇、正己醇、2-甲基戊醇、第二己醇、2-乙基丁醇、第二庚醇、庚醇-3、正辛醇、2-乙基己醇、第二辛醇、正壬醇、2,6-二甲基-4-庚醇、正癸醇、二級十一醇、三甲基壬醇、二級十四醇、二級十七醇、苯酚、環己醇、甲基環己醇、3,3,5-三甲基環己醇、苄醇、雙丙酮醇等單醇化合物;乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、2,4-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2,5-己二醇、2,4-庚二醇、2-乙基-1,3-己二醇、二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇、三丙二醇等多元醇化合物;乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丙醚、乙二醇單丁醚、乙二醇單己醚、乙二醇單苯醚、乙二醇單-2-乙基丁基醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丙醚、二乙二醇單丁醚、二乙二醇單己醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單丙醚、丙二醇單丁醚、二丙二醇單甲醚、二丙二醇單乙醚、二丙二醇單丙醚等多元醇化合物的部分醚化物等。
作為酮化合物,可以列舉例如丙酮、甲乙酮、甲基正丙基酮、甲基正丁基酮、二乙酮、甲基異丁基酮、甲基正戊基酮、乙基正丁基酮、甲基正己基酮、二異丁基酮、三甲基壬酮、環己酮、2-己酮、甲基環己酮、2,4-戊二酮、丙酮基丙酮、苯乙酮、葑酮等單酮化合物;乙醯基丙酮、2,4-己二酮、2,4-庚二酮、3,5-庚二酮、2,4-辛二酮、3,5-辛二酮、2,4-壬二酮、3,5-壬二酮、5-甲基-2,4-己二酮、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮、1,1,1,5,5,5-六氟-2,4-庚二酮等的β-二酮化合物等。
作為醯胺化合物,可以列舉例如甲醯胺、N-甲基甲醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N-乙基甲醯胺、N,N-二乙基甲醯胺、乙醯胺、N-甲基乙醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-乙基乙醯胺、N,N-二乙基乙醯胺、N-甲基丙醯胺、N-甲基吡咯啶酮、N-甲醯基嗎啉、N-甲醯基哌啶、N-甲醯基吡咯啶、N-乙醯基嗎啉、N-乙醯基哌啶、N-乙醯基吡咯啶等。
作為酯化合物,可以列舉例如二乙基碳酸酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、γ-丁內酯、γ-戊內酯、乙酸正丙酯、乙酸異丙酯、乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、乙酸第二丁酯、乙酸正戊酯、乙酸第二戊酯、乙酸3-甲氧基丁酯、乙酸甲基戊酯、乙酸2-乙基丁酯、乙酸2-乙基己酯、乙酸苄酯、乙酸環己酯、乙酸甲基環己酯、乙酸正壬酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸乙酯、乙酸乙二醇單甲醚、乙酸乙二醇單乙醚、乙酸二乙二醇單甲醚、乙酸二乙二醇單乙醚、乙酸二乙二醇單正丁醚、乙酸丙二醇單甲醚、乙酸丙二醇單乙醚、乙酸丙二醇單丙醚、乙酸丙二醇單丁醚、乙酸二丙二醇單甲醚、乙酸二丙二醇單乙醚、二乙酸甘醇、乙酸甲氧基三甘醇、丙酸乙酯、丙酸正丁酯、丙酸異戊酯、草酸二乙酯、草酸二正丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丁酯、乳酸正戊酯、丙二酸二乙酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯等。
作為其他的非質子性化合物,可以列舉例如乙腈、二甲基亞碸、N,N,N’,N’-四乙基磺醯胺、六甲基磷酸三醯胺、N-甲基嗎啉酮、N-甲基吡咯、N-乙基吡咯、N-甲基-Δ3-吡咯啉、N-甲基哌啶、N-乙基哌啶、N,N-二甲基哌、N-甲基咪唑、N-甲基-4-哌啶酮、N-甲基-2-哌啶酮、NMP、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、1,3-二甲基四氫-2(1H)-嘧啶酮等。
這些溶劑中,較佳為多元醇化合物、多元醇化合物的部分醚化物以及酯化合物。
作為在合成[C]其他的聚有機矽氧烷時使用的水量,相對於原料矽烷化合物所具有的烷氧基和鹵原子的合計1mol,較佳為0.01mol~100mol,更佳為0.1mol~30mol,並特佳為1mol~1.5mol。
作為在合成[C]其他的聚有機矽氧烷時可以使用的催化劑,可以列舉例如金屬螯合物、有機酸、無機酸、有機鹼、鹼金屬化合物、鹼土類金屬化合物、氨等。此等可以單獨使用或將兩種以上組合使用。
作為金屬螯合物,可以列舉例如三乙氧基‧單(乙醯丙酮)鈦、三正丙氧基‧單(乙醯丙酮)鈦、三異丙氧基‧單(乙醯丙酮)鈦、三正丁氧基‧單(乙醯丙酮)鈦、三第二丁氧基‧單(乙醯丙酮)鈦、三第三丁氧基‧單(乙醯丙酮)鈦、二乙氧基‧二(乙醯丙酮)鈦、二正丙氧基‧二(乙醯丙酮)鈦、二異丙氧基‧二(乙醯丙酮)鈦、二正丁氧基‧二(乙醯丙酮)鈦、二第二丁氧基‧二(乙醯丙酮)鈦、二第三丁氧基‧二(乙醯丙酮)鈦、單乙氧基‧三(乙醯丙酮)鈦、單正丙氧基‧三(乙醯丙酮)鈦、單異丙氧基‧三(乙醯丙酮)鈦、單正丁氧基‧三(乙醯丙酮)鈦、單第二丁氧基‧三(乙醯丙酮)鈦、單第三丁氧基‧三(乙醯丙酮)鈦、四(乙醯丙酮)鈦、三乙氧基‧單(乙基乙醯乙酸酯)鈦、三正丙氧基‧單(乙基乙醯乙酸酯)鈦、三異丙氧基‧單(乙基乙醯乙酸酯)鈦、三正丁氧基‧單(乙基乙醯乙酸酯)鈦、三第二丁氧基‧單(乙基乙醯乙酸酯)鈦、三第三丁氧基‧單(乙基乙醯乙酸酯)鈦、二乙氧基‧二(乙基乙醯乙酸酯)鈦、二正丙氧基‧二(乙基乙醯乙酸酯)鈦、二異丙氧基‧二(乙基乙醯乙酸酯)鈦、二正丁氧基‧二(乙基乙醯乙酸酯)鈦、二第二丁氧基‧二(乙基乙醯乙酸酯)鈦、二第三丁氧基‧二(乙基乙醯乙酸酯)鈦、單乙氧基‧三(乙基乙醯乙酸酯)鈦、單正丙氧基‧三(乙基乙醯乙酸酯)鈦、單異丙氧基‧三(乙基乙醯乙酸酯)鈦、單正丁氧基‧三(乙基乙醯乙酸酯)鈦、單第二丁氧基‧三(乙基乙醯乙酸酯)鈦、單第三丁氧基‧三(乙基乙醯乙酸酯)鈦、四(乙基乙醯乙酸酯)鈦、單(乙醯丙酮)三(乙基乙醯乙酸酯)鈦、二(乙醯丙酮)二(乙基乙醯乙酸酯)鈦、三(乙醯丙酮)單(乙基乙醯乙酸酯)鈦等鈦螯合化合物;三乙氧基‧單(乙醯丙酮)鋯、三正丙氧基‧單(乙醯丙酮)鋯、三異丙氧基‧單(乙醯丙酮)鋯、三正丁氧基‧單(乙醯丙酮)鋯、三第二丁氧基‧單(乙醯丙酮)鋯、三第三丁氧基‧單(乙醯丙酮)鋯、二乙氧基‧二(乙醯丙酮)鋯、二正丙氧基‧二(乙醯丙酮)鋯、二異丙氧基‧二(乙醯丙酮)鋯、二正丁氧基‧二(乙醯丙酮)鋯、二第二丁氧基‧二(乙醯丙酮)鋯、二第三丁氧基‧二(乙醯丙酮)鋯、單乙氧基‧三(乙醯丙酮)鋯、單正丙氧基‧三(乙醯丙酮)鋯、單異丙氧基‧三(乙醯丙酮)鋯、單正丁氧基‧三(乙醯丙酮)鋯、單第二丁氧基‧三(乙醯丙酮)鋯、單第三丁氧基‧三(乙醯丙酮)鋯、四(乙醯丙酮)鋯、三乙氧基‧單(乙基乙醯乙酸酯)鋯、三正丙氧基‧單(乙基乙醯乙酸酯)鋯、三異丙氧基‧單(乙基乙醯乙酸酯)鋯、三正丁氧基‧單(乙基乙醯乙酸酯)鋯、三第二丁氧基‧單(乙基乙醯乙酸酯)鋯、三第三丁氧基‧單(乙基乙醯乙酸酯)鋯、二乙氧基‧二(乙基乙醯乙酸酯)鋯、二正丙氧基‧二(乙基乙醯乙酸酯)鋯、二異丙氧基‧二(乙基乙醯乙酸酯)鋯、二正丁氧基‧二(乙基乙醯乙酸酯)鋯、二第二丁氧基‧二(乙基乙醯乙酸酯)鋯、二第三丁氧基‧二(乙基乙醯乙酸酯)鋯、單乙氧基‧三(乙基乙醯乙酸酯)鋯、單正丙氧基‧三(乙基乙醯乙酸酯)鋯、單異丙氧基‧三(乙基乙醯乙酸酯)鋯、單正丁氧基‧三(乙基乙醯乙酸酯)鋯、單第二丁氧基‧三(乙基乙醯乙酸酯)鋯、單第三丁氧基‧三(乙基乙醯乙酸酯)鋯、四(乙基乙醯乙酸酯)鋯、單(乙醯丙酮)三(乙基乙醯乙酸酯)鋯、二(乙醯丙酮)二(乙基乙醯乙酸酯)鋯、三(乙醯丙酮)單(乙基乙醯乙酸酯)鋯等鋯螯合化合物;三(乙醯丙酮)鋁、三(乙基乙醯乙酸酯)鋁等鋁螯合物化合物等。
作為有機酸,可以列舉例如乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、乙二酸、馬來酸、甲基丙二酸、己二酸、癸二酸、沒食子酸、酪酸、苯六甲酸、花生油烯酸、莽草酸、2-乙基己酸、油酸、硬脂酸、亞油酸、亞麻酸、水楊酸、苯甲酸、對胺基苯甲酸、對甲苯磺酸、苯磺酸、單氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、甲酸、丙二酸、磺酸、鄰苯二甲酸、富馬酸、檸檬酸、酒石酸等。
作為無機酸,可以列舉鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸、磷酸等。
作為有機鹼,可以列舉例如吡啶、吡咯、哌、吡咯啶、哌啶、甲基吡啶、三甲胺、三乙胺、單乙醇胺、二乙醇胺、二甲基單乙醇胺、單甲基二乙醇胺、三乙醇胺、二氮雜雙環辛烷、二氮雜雙環壬烷、二氮雜雙環十一碳烯、氫氧化四甲基銨等。
作為鹼金屬化合物,可以列舉例如氫氧化鈉、氫氧化鉀等。
作為鹼土類金屬化合物,可以列舉例如氫氧化鋇、氫氧化鈣等。
其中,較佳為金屬螯合化合物、有機酸和無機酸,並更佳為鈦螯合化合物和有機酸。
作為催化劑的使用量,相對於100質量份原料矽烷化合物,較佳為0.001質量份~10質量份,並更佳為0.001質量份~1質量份。
在合成[C]其他的聚有機矽氧烷時所添加的水,可以斷續地或連續地添加到作為原料的矽烷化合物中或添加到已將矽烷化合物溶解於有機溶劑的溶液中。催化劑可以預先添加到作為原料的矽烷化合物中或添加到將矽烷化合物溶解於有機溶劑的溶液中,也可以溶解或分散在添加的水中。
作為合成[C]其他的聚有機矽氧烷時的反應溫度,較佳為0℃~100℃,並更佳為15℃~80℃。作為反應時間,較佳為0.5小時~24小時,並更佳為1小時~8小時。
[其他聚合物的含有比例]
在該液晶配向劑含有其他聚合物時,作為其他聚合物的含有比例,根據其他聚合物的種類而不同,但相對於100質量份[A]聚有機矽氧烷化合物,較佳為10,000質量份以下。
在該液晶配向劑含有[B]聚合物時,作為聚醯胺酸和聚醯亞胺的合計量的含有比例,相對於100質量份[A]聚有機矽氧烷化合物,較佳為100質量份~5,000質量份,並更佳為200質量份~4,000質量份。
在該液晶配向劑含有[C]其他的聚有機矽氧烷時,作為[C]其他的聚有機矽氧烷的含有比例,相對於100質量份聚有機矽氧烷,較佳為100質量份~2,000質量份。
在該液晶配向劑含有其他聚合物時,作為其他聚合物的種類,較佳為[B]聚合物和[C]其他的聚有機矽氧烷。
<任意成分>
作為任意成分,可以列舉例如固化劑、固化催化劑、固化促進劑、在分子內具有至少一個環氧基的化合物(以下,有時稱為“環氧化合物”)、官能性矽烷化合物、界面活性劑、光增敏劑等。以下,對於這些任意成分進行詳述。
[固化劑、固化催化劑以及固化促進劑]
為了使聚有機矽氧烷的交聯反應更加強烈,在該液晶配向劑中可以含有固化劑和固化催化劑。此外,為了促進固化劑所控制的固化反應,在該液晶配向劑中可以含有上述固化促進劑。
作為固化劑,可以使用通常用於具有環氧基的固化性化合物或含有具有環氧基的化合物的固化性組合物的固化用的固化劑,其可以列舉例如多元胺、多元羧酸酐、多元羧酸等。
作為多元羧酸酐,可以列舉例如環己烷三羧酸的酐以及其他的多元羧酸酐等。作為環己烷三羧酸酐,可以列舉例如環己烷-1,3,4-三羧酸-3,4-酐、環己烷-1,3,5-三羧酸-3,5-酐、環己烷-1,2,3-三羧酸-2,3-酐等。
作為其他的多元羧酸酐,可以列舉例如4-甲基四氫化鄰苯二甲酸酐、甲基納迪克酸酐、十二碳烯基琥珀酸酐、琥珀酸酐、馬來酸酐、鄰苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、下述式(8)所表示的化合物以及在聚醯胺酸的合成中通常使用的四羧酸二酐,除此之外,還可以列舉α-萜品烯、別羅勒烯等具有共軛雙鍵的脂環式化合物與馬來酸酐的狄爾斯.阿德耳反應生成物以及此等的氫化物等。
上述式(8)中,s為1~20的整數。
作為固化劑的使用比例,相對於100質量份聚有機矽氧烷,較佳為100質量份以下。
作為固化催化劑,可以列舉例如六氟化銻化合物、六氟化磷化合物、鋁三乙醯乙酸酯等。這些催化劑可以藉由加熱對環氧基的陽離子聚合進行催化。
作為固化催化劑的使用比例,相對於100質量份聚有機矽氧烷,較佳為2質量份以下。
作為固化促進劑,可以列舉例如咪唑化合物;四級磷化合物;四級胺化合物;1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一碳烯-7或其有機酸鹽這樣的二氮雜雙環鏈烯;辛酸鋅、辛酸錫、鋁乙醯乙酸酯錯合物這樣的有機金屬化合物;三氟化硼、硼酸三苯酯這樣的硼化合物;氯化鋅、氯化錫這樣的金屬鹵化物;二氰基二醯胺、胺與環氧樹脂的加成物這樣的胺加成型促進劑等高熔點分散型潛在性固化促進劑;藉由聚合物包覆四級鏻鹽等的表面的微膠囊型潛在性固化促進劑;胺鹽型潛在性固化促進劑;路易士酸鹽、布朗斯台德酸鹽這樣的高溫分解型的熱陽離子聚合型潛在性固化促進劑等。
作為固化促進劑的使用比例,相對於100質量份聚有機矽氧烷,較佳為10質量份以下。
[環氧化合物]
為了進一步提高形成的液晶配向膜相對於基板表面的黏接性,在該液晶配向劑中可以含有環氧化合物。
作為環氧化合物,可以列舉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、丙三醇二縮水甘油醚、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-間二甲苯二胺、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-二縮水甘油基-苄基胺、N,N-二縮水甘油基-胺基甲基環己烷等。
作為環氧化合物的含有比例,相對於[A]聚有機矽氧烷化合物和任意含有的其他聚合物的合計100質量份,較佳為40質量份以下,並更佳為0.1質量份~30質量份。
另外,在該液晶配向劑含有環氧化合物時,為了有效產生交聯反應,可以併用1-苄基-2-甲基咪唑等鹼催化劑。鹼催化劑的使用比例,相對於100質量份環氧化合物,較佳為10質量份以下,並更佳為0質量份~2質量份。
[官能性矽烷化合物]
為了提高形成的液晶配向膜相對於基板表面的黏接性,可以使用上述官能性矽烷化合物。
作為官能性矽烷化合物,可以列舉例如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-醯脲基丙基三甲氧基矽烷、3-醯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-三乙氧基甲矽烷基丙基三伸乙基三胺、N-三甲氧基甲矽烷基丙基三伸乙基三胺、10-三甲氧基甲矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、10-三乙氧基甲矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、9-三甲氧基甲矽烷基3,6-二氮雜壬基乙酸酯、9-三乙氧基甲矽烷基-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(氧基伸乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-二(氧基伸乙基)-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、四羧酸二酐與具有胺基的矽烷化合物的反應物等。
作為官能性矽烷化合物的含有比例,相對於[A]聚有機矽氧烷化合物和任意含有的其他聚合物的合計100質量份,較佳為50質量份以下,並更佳為20質量份以下。
[界面活性劑]
作為界面活性劑,可以列舉例如非離子界面活性劑、陰離子界面活性劑、陽離子界面活性劑、兩性界面活性劑、聚矽氧烷界面活性劑、聚氧化烯界面活性劑、含氟界面活性劑等。
作為界面活性劑的使用比例,相對於該液晶配向劑的全體100質量份,較佳為10質量份以下,並更佳為1質量份以下。
[光增敏劑]
作為光增敏劑,可以列舉例如荰、苄腈、丁醯苯、丙醯苯、乙醯苯、酮、4-甲氧基乙醯苯、3-甲氧基乙醯苯、蒽酮、苯甲醛、4,4’-二甲氧基二苯甲酮、二苯甲酮、茀、苯并菲、聯苯、噻噸酮、蒽醌、4,4’-二(二乙基胺基)二苯甲酮、菲、萘、4-苯基乙醯苯、4-苯基二苯甲酮、2-碘萘、苊、2-萘腈、1-碘萘、1-萘腈、、六苯并苯、苯偶醯、熒蒽、芘、1,2-苯并蒽、吖啶、蒽、并四苯、2-甲氧基萘、1,4-二氰基萘、9-氰基蒽、9,10-二氰基蒽、2,6,9,10-四氰基蒽等。
作為光增敏劑的使用比例,相對於100質量份聚有機矽氧烷,較佳為20質量份以下,並更佳為10質量份以下。
<液晶配向劑的調製方法>
如上所述,該液晶配向劑含有[A]聚有機矽氧烷化合物作為必要成分,以及根據需要含有其他成分,並較佳為作為各成分溶解在有機溶劑中的溶液狀組合物進行調製。
作為有機溶劑,較佳為溶解聚有機矽氧烷以及任意使用的其他成分,並且不會與此等反應的溶劑。可以較佳為用於該液晶配向劑的有機溶劑,根據任意含有的其他聚合物的種類而不同。
作為該液晶配向劑含有[A]聚有機矽氧烷化合物和[B]聚合物時的較佳的有機溶劑,可以列舉作為聚醯胺酸合成中所用的溶劑而舉例的有機溶劑。這些有機溶劑可以單獨使用或將兩種以上組合使用。
另一方面,該液晶配向劑,僅含有[A]聚有機矽氧烷或者含有[A]聚有機矽氧烷化合物和[C]其他的聚有機矽氧烷作為聚合物時,作為較佳的有機溶劑,可以列舉例如1-乙氧基-2-丙醇、丙二醇單乙醚、丙二醇單丙醚、丙二醇單丁醚、丙二醇單乙酸酯、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇二甲醚、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丙醚、乙二醇單丁醚(丁基溶纖劑)、乙二醇單戊醚、乙二醇單己醚、二乙二醇、甲基溶纖劑乙酸酯、乙基溶纖劑乙酸酯、丙基溶纖劑乙酸酯、丁基溶纖劑乙酸酯、甲基卡必醇、乙基卡必醇、丙基卡必醇、丁基卡必醇、乙酸正丙酯、乙酸異丙酯、乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、乙酸第二丁酯、乙酸正戊酯、乙酸第二戊酯、乙酸3-甲氧基丁酯、乙酸甲基戊酯、乙酸2-乙基丁酯、乙酸2-乙基己酯、乙酸苄酯、乙酸正己酯、乙酸環己酯、乙酸辛酯、乙酸戊酯、乙酸異戊酯等。其中,較佳為乙酸正丙酯、乙酸異丙酯、乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、乙酸第二丁酯、乙酸正戊酯、乙酸第二戊酯等。
可以用於調製該液晶配向劑的較佳為溶劑,根據是否使用其他聚合物以及該聚合物的種類,可以將上述有機溶劑的一種或兩種以上組合使用而得到。這種溶劑,在下述的較佳為固體成分濃度中,不會析出液晶配向劑中含有的各成分,並且使液晶配向劑的表面張力為25mN/m~40mN/m的範圍。
本發明的液晶配向劑的固體成分濃度,也就是說液晶配向劑中除溶劑以外的所有成分的質量佔液晶配向劑總質量的比例,考慮黏性、揮發性等進行選擇,並較佳為1質量%~10質量%。當固體成分濃度不到1質量%時,存在有由該液晶配向劑所形成的液晶配向膜的膜厚過小而無法獲得良好的液晶配向膜的情況。另一方面,當固體成分濃度超過10質量%時,存在有塗膜膜厚過大而無法獲得良好的液晶配向膜,並且液晶配向劑的黏性增大而導致塗布特性不足的情況。較佳的固體成分濃度的範圍,根據在基板上塗布液晶配向劑時所採用的方法而不同。例如,採用旋塗法時的固體成分濃度範圍,較佳為1.5質量%~4.5質量%。當採用印刷法時,固體成分濃度較佳為3質量%~9質量%的範圍,並藉此使溶液黏度為12mPa‧s~50mPa‧s的範圍。當採用噴墨法時,固體成分濃度較佳為1質量%~5質量.%的範圍,並藉此使溶液黏度為3mPa‧s~15mPa‧s的範圍。
調製該液晶配向劑時的溫度,較佳為0℃~200℃,並更佳為10℃~60℃。
<液晶配向膜的形成方法>
該液晶配向劑,可以適用於藉由光配向法形成液晶配向膜。此外,由本發明的液晶配向劑所形成的液晶配向膜,可以適用於各種顯示方式的液晶顯示元件。作為形成液晶配向膜的方法,可以列舉例如在基板上塗布該液晶配向劑,形成塗膜,接著對該塗膜照射偏光或非偏光的放射線,而賦予液晶配向能力,形成液晶配向膜的方法。
首先,採用例如輥塗法、旋塗法、印刷法、噴墨法等適當的塗布方法,在設置了圖案狀的透明導電膜的基板的透明導電膜側塗布該液晶配向劑。接著,對塗布面進行預加熱(以下,有時稱為“預烘烤”。),接著藉由後烘烤形成塗膜。預烘烤的條件,例如為在40℃~120℃下進行0.1分鐘~5分鐘。後烘烤的條件,較佳為在120℃~300℃下,更佳為在150℃~250℃下,較佳為進行5分鐘~200分鐘,更佳為進行10分鐘~100分鐘。後烘烤後的塗膜膜厚,較佳為0.001μm~1μm,並更佳為0.005μm~0.5μm。
作為基板,可以列舉例如包含浮法玻璃、鈉鈣玻璃等玻璃基材、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚醚碸、聚碳酸酯等塑膠基材的透明基板等。
作為透明導電膜,可以列舉含有SnO2 的NESA膜、含有In2 O3 -SnO2 的ITO膜等。作為這些透明導電膜的圖案化方法,可以列舉例如光刻蝕法或者在形成透明導電膜時使用光罩的方法等。
在塗布液晶配向劑時,為了使基板或透明導電膜與塗膜的黏接性更加良好,可以預先在基板和透明導電膜上塗布官能性矽烷化合物、鈦酸酯化合物等。
接著,藉由對上述塗膜照射直線偏光或部分偏光的放射線或非偏光的放射線,而賦予液晶配向能力。作為放射線,可以列舉例如包含150nm~800nm波長光的紫外線和可見光線,並較佳為包含300nm~400nm波長光的紫外線。在所用的放射線為直線偏光或部分偏光時,可以從與基板面垂直的方向上進行照射,而為了賦予預傾角,也可以從傾斜的方向上進行照射。此外,也可以將此等組合進行。在照射非偏光的放射線時,照射的方向必須為傾斜方向。
作為使用的光源,可以列舉例如低壓水銀燈、高壓水銀燈、氘燈、金屬鹵化物燈、氬氣共振燈、氙燈、準分子雷射器等。上述較佳波長區域的紫外線,可以藉由將上述光源與例如濾光器、衍射光柵等併用的方法等而得到。
作為放射線的照射量,較佳為1J/m2 以上且不到10,000J/m2 ,並更佳為10J/m2 ~3,000J/m2 。另外,在藉由光配向法對於由以往公知的液晶配向劑所形成的塗膜賦予液晶配向能力時,需要10,000J/m2 以上的放射線照射量,而在使用該液晶配向劑時,即使光配向法時的放射線照射量為3,000J/m2 以下,並進一步為1,000J/m2 以下,也可以賦予良好的液晶配向能力,並且有助於液晶顯示元件製造成本的下降。
<液晶顯示元件>
本發明的液晶顯示元件,具備由該液晶配向劑所形成的液晶配向膜。藉此,殘影特性優良,並且滿足作為液晶顯示元件在實用方面所要求的電壓保持率、殘影特性、以及印刷性等特性。進一步,具備這種液晶配向膜的本申請的液晶顯示元件,即使在長期使用時,其顯示性能也不會劣化。該液晶顯示元件,藉由設置在基板周邊部分的密封劑,將兩片在表面上形成液晶配向膜的基板,以液晶配向膜側對向配置,並在這兩片基板間填充液晶。
該液晶顯示元件所具備的液晶配向膜的預傾角,較佳為87°~89.5°。此外,較佳為該角度在800小時以上也很穩定並且不會減小。
<液晶顯示元件的製造方法>
本發明的液晶顯示元件,具備由本發明的液晶配向劑所形成的液晶配向膜。該液晶顯示元件,例如可以如下製造。
準備兩片如上所述形成液晶配向膜的基板,並在這兩片基板間配置液晶,藉此製造液晶胞。製造液晶胞時可以列舉例如下述兩種方法。
作為第一種方法,是以往已知的方法,其中,首先,將兩片基板隔著間隙(以下,有時稱為“胞間隙”)相對配置,以使各自的液晶配向膜相對向,並使用密封劑將這兩片基板的周邊部位貼合在一起,向由基板表面和密封劑所劃分的胞間隙內注入填充液晶後,封閉注入孔,藉此可以製造液晶胞。
作為第二種方法,是被稱作為ODF(滴注,One Drop Fill)方式的方法,其中,在形成液晶配向膜的兩片基板中的一塊基板上的規定部位,塗布例如紫外線固化性密封材料,再在液晶配向膜面上滴下液晶,然後貼合另一塊基板,使液晶配向膜相對向,接著對基板整面照射紫外線,使密封劑固化,藉此可以製造液晶胞。
在採用任一方法的情況下,接下來都是希望將液晶胞加熱至所用液晶呈各向同性相的溫度,然後緩慢冷卻至室溫,藉此除去填充液晶時的流動配向。然後,藉由在液晶胞的外側表面上貼合偏光板,藉此可以得到本發明的液晶顯示元件。
當液晶配向膜為水平配向性時,藉由調整形成有液晶配向膜的兩片基板中照射的直線偏光放射線的偏光方向所成的角度以及各個基板與偏光板的角度,可以得到具有TN型液晶胞或STN型液晶胞的液晶顯示元件。另一方面,當液晶配向膜為垂直配向性時,藉由構成液晶胞,使形成液晶配向膜的兩片基板的光軸方向平行,並將偏光板與該液晶胞貼合在一起,使其偏光方向與易配向軸成45°角,可以得到具有VA型液晶胞的液晶顯示元件。
作為密封劑,可以列舉例如含有作為分隔物的氧化鋁球以及固化劑的環氧樹脂等。
作為上述液晶,可以列舉例如向列型液晶和碟狀型液晶等。在TN型液晶胞或STN型液晶胞情況下,較佳為具有正介電各向異性的向列型液晶。作為這種液晶,可以列舉例如聯苯類液晶、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。此外,在上述液晶中還可以進一步添加例如作為氯化膽甾醇、膽甾醇壬酸酯、膽甾醇碳酸酯等膽甾型液晶(Merck公司,“C-15”、“CB-15”)進行銷售的手性劑;對癸氧基苯亞甲基-對胺基-2-甲基丁基桂皮酸酯等鐵電性液晶等進行使用。
另一方面,在垂直配向型液晶胞情況下,較佳為具有負介電各向異性的向列型液晶。作為這種液晶,可以列舉例如二氰基苯類液晶、嗒類液晶、席夫鹼類液晶、氧化偶氮類液晶、聯苯類液晶、苯基環己烷類液晶等。
作為液晶胞外側使用的偏光板,可以列舉用乙酸纖維素保護膜夾住使聚乙烯醇拉伸配向的同時吸收碘所得的稱作為“H膜”的偏光膜而形成的偏光板或者H膜自身所形成的偏光板。
如此製造的該液晶顯示元件,其良好的預傾角的隨時間變化穩定性優良,並且滿足作為液晶顯示元件在實用方面所要求的電壓保持率、殘影特性、以及印刷性等特性。
本發明的[A]聚有機矽氧烷化合物,具有來自具有上述式(1)所表示的結構單元的聚有機矽氧烷、其水解物以及該水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種的部分,和來自具有可以和具有環氧基的1價有機基團形成共價鍵的基團、以及兩個以上桂皮酸結構的桂皮酸衍生物的部分。該[A]聚有機矽氧烷化合物的詳細說明,由於已在該液晶配向劑所含有的[A]成分的聚有機矽氧烷的說明項目中完成,因此此處省略該說明。該[A]聚有機矽氧烷化合物,可以適用於如下的液晶顯示元件:用於構成殘影特性優良,並且作為液晶顯示元件在實用方面滿足所要求的電壓保持率、良好的預傾角的隨時間變化穩定性、以及印刷性等特性的液晶顯示元件的液晶配向劑。
實施例
以下,基於實施例詳細說明本發明,但本發明並不由該實施例的記載而進行限定性地解釋。
另外,根據需要,重複進行下述合成例所示的合成路線中的原料化合物和聚合物的合成,來確保在以下的實施例中所用的原料化合物和聚合物的必要量。環氧當量根據JIS C2105的“鹽酸-甲乙酮法”進行測定。
溶液黏度(mPa‧s),是使用E型旋轉黏度計,對各合成例中將聚合物溶液的聚合物濃度調整為10質量%的溶液在25℃下進行測定的。
<具有環氧基的聚有機矽氧烷的合成> [合成例1]
在具有攪拌器、溫度計、滴液漏斗和回流冷凝管的反應容器中,加入100.0g的2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、500g甲基異丁酮和10.0g三乙胺,並在室溫下混合。接著,由滴液漏斗經30分鐘滴入100g去離子水,然後在回流下混合,並在80℃下反應6小時。反應結束後,取出有機層,使用0.2質量%的硝酸銨水溶液洗滌至洗滌後的水呈中性,然後在減壓下餾出溶劑和水,得到作為黏稠透明液體的具有環氧基的聚有機矽氧烷。
對該具有環氧基的聚有機矽氧烷進行1 H-NMR分析,結果在化學位移(δ)=3.2ppm附近可以得到和理論強度一樣的基於環氧基的峰,藉此可以確認在反應中沒有產生環氧基的副反應。
所得的具有環氧基的聚有機矽氧烷的Mw為2,200,環氧當量為186。
<桂皮酸衍生物的合成> [合成例2]
根據下述合成路線合成桂皮酸衍生物(A-1)。
在1L的茄型燒瓶中,加入91.3g的4-羥基苯甲酸甲酯、182.4g碳酸鉀和320mL的NMP,並在室溫下攪拌1小時,然後加入157.1g的1-碘-4,4,4-三氟丁烷,在100℃下攪拌5小時。反應結束後,用水進行再沉澱。接著,在該沉澱中加入48g氫氧化鈉和400mL水,回流3小時,進行水解反應。反應結束後,用鹽酸中和,並用乙醇對生成的沉澱進行再結晶,藉此得到110g化合物(A-1-1)的白色結晶。
在反應容器中稱取12.41g化合物(A-1-1),並向其中加入100mL亞硫醯氯和77μL的N,N-二甲基甲醯胺,並在80℃下攪拌1小時。接著,在減壓下餾出亞硫醯氯,加入二氯甲烷,用碳酸氫鈉水溶液洗滌,並用硫酸鎂乾燥,進行濃縮,然後加入四氫呋喃形成溶液。接著,在與上述不同的一個500mL三口燒瓶中,加入7.39g的4-羥基桂皮酸、13.82g碳酸鉀、0.48g四丁基銨、50mL四氫呋喃和100mL水。對該水溶液進行冰水冷卻,並緩慢滴加上述四氫呋喃溶液,再在攪拌下反應2小時。反應結束後,加入鹽酸進行中和,並用乙酸乙酯進行提取,然後用硫酸鎂乾燥,進行濃縮,然後用乙醇進行再結晶,藉此得到10.0g桂皮酸中間衍生物(A-1-2)的白色結晶。
在反應容器中稱取39.4g化合物(A-1-2),並向其中加入120mL亞硫醯氯和152μL的N,N-二甲基甲醯胺,並在80℃下攪拌1小時。接著,在減壓下餾出亞硫醯氯,加入二氯甲烷,用碳酸氫鈉水溶液洗滌,並用硫酸鎂乾燥,進行濃縮,然後加入四氫呋喃形成溶液。接著,在與上述不同的一個500mL三口燒瓶中,加入7.70g的3,4-二羥基苯甲酸、20.73g碳酸鉀、1.6g四丁基銨、100mL四氫呋喃和200mL水。對該水溶液進行冰水冷卻,並緩慢滴加上述四氫呋喃溶液,再在攪拌下反應1小時。反應結束後,加入鹽酸進行中和,並用乙酸乙酯進行提取,然後用硫酸鎂乾燥,進行濃縮,然後用乙酸乙酯、四氫呋喃進行再結晶,藉此得到41.0g桂皮酸衍生物(A-1)的白色結晶。
[合成例3]
除了使用8.00g下述式所表示的化合物代替3,4-二羥基苯甲酸外,和合成例2同樣操作,得到40g下述式所表示的桂皮酸衍生物(A-2)。
[合成例4]
根據下述合成路線合成桂皮酸衍生物(A-3)。
在具有回流管、溫度計和氮氣導入管的500mL三口燒瓶中,加入31g化合物(A-3-1)、0.23g乙酸鈀、1.2g三(鄰甲苯基)膦、56mL三乙胺、8.2mL丙烯酸和200mL的N,N-二甲基乙醯胺,並在120℃下,在攪拌下反應3小時。反應結束後,過濾反應混合物,向所得的溶液中加入1L乙酸乙酯,並對所得的有機層依次用稀鹽酸洗滌兩次,用水洗滌3次,再用硫酸鎂乾燥,然後在減壓下除去溶劑,並由乙酸乙酯和四氫呋喃的混合溶劑對所得的固體進行再結晶,藉此得到15g桂皮酸中間衍生物(A-3-2)的結晶。
在反應容器中稱取3.00g化合物(A-3-2),並向其中加入50mL亞硫醯氯和15μL的N,N-二甲基甲醯胺,並在80℃下攪拌1小時。接著,在減壓下餾出亞硫醯氯,加入二氯甲烷,用碳酸氫鈉水溶液洗滌,並用硫酸鎂乾燥,進行濃縮,然後加入四氫呋喃形成溶液。接著,在與上述不同的一個500mL三口燒瓶中,加入0.770g的3,5-二羥基苯甲酸、2.073g碳酸鉀、0.16g四丁基銨、10mL四氫呋喃和20mL水。對該水溶液進行冰水冷卻,並緩慢滴加上述四氫呋喃溶液,再在攪拌下反應1小時。反應結束後,加入鹽酸進行中和,並用乙酸乙酯進行提取,然後用硫酸鎂乾燥,進行濃縮,然後用乙酸乙酯、四氫呋喃進行再結晶,藉此得到3.05g桂皮酸衍生物(A-3)的白色結晶。
[合成例5]
根據下述合成路線合成桂皮酸衍生物(A-4)。
在具有回流管和氮氣導入管的300mL茄型燒瓶中,加入21g化合物(A-4-1)、80mL亞硫醯氯和0.1mL的N,N-二甲基甲醯胺,並在80℃下,在攪拌下反應1小時。反應結束後,從反應混合物中餾出亞硫醯氯,接著加入150mL二氯甲烷,用水對所得的有機層洗滌3次。用硫酸鎂乾燥該有機層,然後在減壓下除去溶劑,並向所得的化合物中加入400mL四氫呋喃。
另一方面,在具有滴液漏斗和溫度計的1L三口燒瓶中,加入16g對羥基桂皮酸、24g碳酸鉀、0.87g溴化四丁基銨、200mL水和100mL四氫呋喃,並用冰水冷卻至5℃以下。經3小時向其中滴加上述四氫呋喃溶液,再在攪拌下反應1小時。反應結束後,向反應混合物中加入稀鹽酸,使pH為4以下後,加入3L甲苯和1L四氫呋喃,並用水對所得的有機層洗滌3次。用硫酸鎂乾燥該有機層後,在減壓下除去溶劑,並用乙醇和四氫呋喃的混合溶劑對所得的固體進行再結晶,藉此得到21g桂皮酸中間衍生物(A-4-2)。
在反應容器中稱取4.2g化合物(A-4-2),並向其中加入50mL亞硫醯氯和15μL的N,N-二甲基甲醯胺,並在80℃下攪拌1小時。接著,在減壓下餾出亞硫醯氯,加入二氯甲烷,用碳酸氫鈉水溶液洗滌,並用硫酸鎂乾燥,進行濃縮,然後加入四氫呋喃形成溶液。接著,在與上述不同的一個500mL三口燒瓶中,加入0.770g的3,5-二羥基苯甲酸、2.073g碳酸鉀、0.16g四丁基銨、10mL四氫呋喃和20mL水。對該水溶液進行冰水冷卻,並緩慢滴加上述四氫呋喃溶液,再在攪拌下反應1小時。反應結束後,加入鹽酸進行中和,並用乙酸乙酯進行提取,然後用硫酸鎂乾燥,進行濃縮,然後用乙酸乙酯、四氫呋喃進行再結晶,藉此得到4.32g桂皮酸衍生物(A-4)的白色結晶。
[合成例6]
根據下述合成路線合成桂皮酸衍生物(A-5)。
在83g的亞硫醯氯中將107g的4-溴桂皮酸回流4小時,得到紅色的透明溶液。接著,在餾出未反應的亞硫醯氯後,用甲苯再結晶殘渣,並用正己烷進行洗滌,藉此得到85g化合物(A-5-1)的白色結晶。接著,將25.0g(0.147mol)的4-戊基環己醇溶解在25mL吡啶中。將該溶液的溫度保持在大約3℃,並向其中滴入43.3g(0.176mol)上述所得的化合物(A-5-1)懸浮在350mL吡啶中的懸濁液,進一步反應3小時。將所得的反應混合物(懸濁液)投入到1.3kg的鹽酸酸性冰水中,過濾生成的沉澱,並水洗、乾燥,藉此得到50g化合物(A-5-2)的乳色粉末的粗製品。
在氮氣環境下,向50g化合物(A-5-2)的粗製品、0.28g的乙酸鈀和1.52g三(鄰甲苯基)膦的混合物中,加入125mL的乾燥三乙胺,進行反應。在化合物(A-5-2)的粗製品完全溶解後,用注射器注入10.8g丙烯酸,進一步在95℃下繼續反應2小時。將所得的暗綠色的反應混合物投入到1.3kg的鹽酸酸性冰水中,過濾生成的沉澱。將該沉澱溶解在500mL的乙酸乙酯中,並依次用1N的鹽酸和5質量%的碳酸氫鈉溶液洗滌,然後回收有機層,用硫酸鎂乾燥,並餾出溶劑,得到56g化合物(A-5-3)的黃色固體的粗製品。用乙醇再結晶該粗製品,藉此得到30g化合物(A-5-3)的黃色粉末。
在反應容器中稱取3.70g化合物(A-5-3),並向其中加入50mL亞硫醯氯和15μL的N,N-二甲基甲醯胺,並在80℃下攪拌1小時。接著,在減壓下餾出亞硫醯氯,加入二氯甲烷,用碳酸氫鈉水溶液洗滌,並用硫酸鎂乾燥,進行濃縮,然後加入四氫呋喃形成溶液。接著,在與上述不同的一個500mL三口燒瓶中,加入0.770g的3,4-二羥基苯甲酸、2.073g碳酸鉀、0.16g四丁基銨、10mL四氫呋喃和20mL水。對該水溶液進行冰水冷卻,並緩慢滴加上述四氫呋喃溶液,再在攪拌下反應1小時。反應結束後,加入鹽酸進行中和,並用乙酸乙酯進行提取,然後用硫酸鎂乾燥,進行濃縮,然後用乙酸乙酯、四氫呋喃進行再結晶,藉此得到3.05g桂皮酸衍生物(A-5)的黃色結晶。
<[A]聚有機矽氧烷化合物的合成> [實施例1]
在200mL的三口燒瓶中,加入5.0g上述合成例1中所得的具有環氧基的聚有機矽氧烷、46.4g甲基異丁酮、2.44g作為桂皮酸衍生物的化合物(A-1)(相對於上述合成例1中所得的具有環氧基的聚有機矽氧烷所具有的矽原子,相當於10mol%)和0.10g四丁基溴化銨,在80℃下,在攪拌下反應12小時。反應結束後,用甲醇進行再沉澱,並將沉澱物溶解在乙酸乙酯中,接著,對溶液進行3次水洗,然後餾出溶劑,藉此得到2.8g作為白色粉末的聚有機矽氧烷(S-1)。(S-1)的Mw為12,500。
[實施例2~34和比較例1~4]
使桂皮酸衍生物的種類及其使用量、其他的預傾角表現成分的種類及其使用量、增敏劑成分的種類及其使用量,分別如表1所示,並和實施例1同樣操作,合成聚有機矽氧烷(S-2)~(S-34)、(CS-1)~(CS-4),將此等作為實施例2~34、比較例1~4。另外,在表1中,預傾角表現性化合物(P-1)、(P-2)和增敏劑(Q-1),分別為下述式所表示的化合物。
<聚醯胺酸的合成> [合成例7]
將作為四羧酸二酐的200g(1.0mol)的1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐,與作為二胺的210g(1.0mol)的2,2’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯溶解在3670g的NMP中,在40℃下反應3小時,得到固體成分濃度為10%、溶液黏度為40mPa‧s的聚醯胺酸(PA-1)溶液。
[合成例8]
將作為四羧酸二酐的98g(0.50mol)的1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐和110g(0.50mol)的苯均四酸二酐,與作為二胺的210g(1.0mol)的2,2’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯溶解在3,670g的NMP中,在40℃下反應3小時,然後追加1,350g的NMP,得到固體成分濃度為10%、溶液黏度為50mPa‧s的聚醯胺酸(PA-2)溶液。
[合成例9]
將作為四羧酸二酐的224g(1.0mol)的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐,與作為二胺的54g(0.5mol)的對苯二胺和261g(0.5mol)的3-(3,5-二胺基苯醯氧基)膽甾烷溶解在2,700g的NMP中,在60℃下反應4小時,得到固體成分濃度為20%、溶液黏度為1,400mPa‧s的聚醯胺酸(PA-3)溶液。
<聚醯亞胺的合成> [合成例10]
將作為四羧酸二酐的224g(1.0mol)的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐,與作為二胺的92g(0.60mol)的3,5-二胺基苯甲酸和199g(0.40mol)的3-(2,4-二胺基苯氧基)膽甾烷溶解在2,060g的NMP中,在60℃下反應4小時。取少量所得的聚醯胺酸溶液,測定其黏度,結果為1,400mPa‧s。接著,向所得的聚醯胺酸溶液中追加2,575g的NMP,並添加119g吡啶和153g乙酸酐,在110℃下進行4小時脫水閉環。醯亞胺化反應後,用新的NMP對體系內的溶劑進行溶劑置換(藉由該操作,將醯亞胺化反應中所使用的吡啶和乙酸酐排出至體系外),得到含有約20質量%醯亞胺化率約為65%的聚醯亞胺(PI-1)的溶液。取少量所得的聚醯亞胺溶液,加入NMP,形成聚醯亞胺濃度為10質量%的溶液,其測定的溶液黏度為160mPa‧s。
[合成例11]
將作為四羧酸二酐的224g(1.0mol)的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐,與作為二胺的38g(0.7mol)的3,5-二胺基苯甲酸和124g(0.3mol)的3-(2,4-二胺基苯氧基)膽甾烷溶解在2,080g的NMP中,在60℃下反應4小時。取少量所得的聚醯胺酸溶液,測定其黏度,結果為1,450mPa‧s。接著,向所得的聚醯胺酸溶液中追加2,600g的NMP,並添加128g吡啶和166g乙酸酐,在110℃下進行4小時脫水閉環。醯亞胺化反應後,用新的NMP對體系內的溶劑進行溶劑置換(藉由該操作,將醯亞胺化反應中所使用的吡啶和乙酸酐排出至體系外),得到含有約20質量%醯亞胺化率約為65%的聚醯亞胺(PI-2)的溶液。取少量所得的聚醯亞胺溶液,加入NMP,形成聚醯亞胺濃度為10質量%的溶液,其測定的溶液黏度為180mPa‧s。
[合成例12]
將作為四羧酸二酐的112g(0.5mol)的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐,與作為二胺化合物的38g(0.25mol)的3,5-二胺基苯甲酸和124g(0.25mol)的3-(2,4-二胺基苯氧基)膽甾烷,溶解在1,100g的NMP中,在60℃下反應4小時。取少量所得的聚醯胺酸溶液,測定其黏度,結果為1,350mPa‧s。接著,向所得的聚醯胺酸溶液中追加1,375g的NMP,並添加60g吡啶和77g乙酸酐,在110℃下進行4小時脫水閉環。醯亞胺化反應後,用新的NMP對體系內的溶劑進行溶劑置換(藉由該操作,將醯亞胺化反應中所使用的吡啶和乙酸酐排出至體系外。),得到含有約20質量%醯亞胺化率約為65%的聚醯亞胺(PI-3)的溶液。取少量所得的聚醯亞胺溶液,加入NMP,形成聚醯亞胺濃度為10質量%的溶液,其測定的溶液黏度為130mPa‧s。
<液晶配向劑的調製> [實施例35]
將100質量份聚有機矽氧烷(S-1)、和換算為聚醯胺酸(PA-1)為2,000質量份的含有作為其他聚合物的聚醯亞胺(PI-1)的溶液混合在一起,並向其中加入NMP和乙二醇單正丁醚,形成溶劑組成為NMP:乙二醇單正丁醚=50:50(質量比)、固體成分濃度為3.5質量%的溶液。使用孔徑為1μm的篩檢程式過濾該溶液,調製液晶配向劑(AF-1),將其作為實施例35。
[實施例36~88和比較例5~11]
使聚有機矽氧烷的種類及其使用量、其他聚合物的種類及其使用量分別如表2所示,並和實施例35同樣操作,調製液晶配向劑(AF-2)~(AF-54)以及(CAF-1)~(CAF-7),將此等作為實施例36~88、比較例5~11。
<液晶顯示元件的製造> [實施例89]
使用旋塗機將液晶配向劑(AF-1)塗布在具有由ITO膜所形成的透明電極的玻璃基板的透明電極面上,並在80℃的熱板上後烘烤1分鐘,然後在進行了氮氣置換的烘箱中,在200℃下加熱1小時,除去溶劑,形成膜厚為0.1μm的塗膜。接著,使用Hg-Xe燈和格蘭泰勒棱鏡,由相對基板法線傾斜40°的方向,對該塗膜表面照射200J/m2 包含波長為313nm明線的偏光紫外線,形成液晶配向膜。重複該操作,製作一對(兩片)具有液晶配向膜的基板。
藉由絲網印刷,在上述一片基板中具有液晶配向膜的面的外周,塗布加入了直徑為5.5μm的氧化鋁球的環氧樹脂黏合劑後,使一對基板的液晶配向膜面相對配置,進行壓合,使各基板中紫外線光軸在基板面上的投影方向為逆平行,並在150℃下加熱1小時,使黏合劑熱固化。接著,由液晶注入口向基板間的間隙中填充向列型液晶(Merck公司,MLC-6608)後,用環氧系黏合劑密封液晶注入口。此外,為了消除液晶注入時的流動配向,將其加熱至150℃後緩慢冷卻至室溫。接著,在基板的外側兩面上貼合偏光板,使偏光板的偏光方向彼此正交,並且使液晶配向膜的紫外線光軸在基板面上的投影方向為45°角,藉此製造液晶顯示元件,將其作為實施例89。
[實施例90~142,比較例12~18]
使用液晶配向劑(AF-2)~(AF-54)和(CAF-1)~(CAF-7),和實施例89同樣操作,製造液晶顯示元件,將此等作為實施例90~142、比較例12~18。
<評價>
對實施例90~142和比較例12~18的液晶顯示元件,進行以下評價。結果示於表3。
[殘影特性的測定]
在60℃下對電極施加20小時的10.0V交流電壓。在應力釋放後,藉由目視觀察到燒屏的情況,將其評價為殘影特性不良,並將未觀察到燒屏的情況,評價為良好。
[電壓保持率的測定]
對上述製造的液晶顯示元件,在60℃的環境溫度下以60微秒的施加時間、167毫秒的間隔施加5V的電壓後,測定從施加解除到167毫秒後的電壓保持率。測定裝置使用東陽Technica公司的VHR-1。
[預傾角的測定]
按照T. J. Scheffer等人在J. Appl. Phys. vol.19,p2013(1980)中所記載的方法,藉由使用He-Ne鐳射的結晶旋轉法測定預傾角(°)。
[印刷性的測定]
使用液晶配向膜印刷機(日本寫真印刷公司),在具有由ITO膜所形成的透明電極的玻璃基板的透明電極面上進行塗布,並在80℃的熱板上加熱1分鐘作為預烘烤除去溶劑,然後在200℃的熱板上加熱10分鐘作為後烘烤,形成平均膜厚為600的塗膜。使用倍率為20倍的顯微鏡觀察該塗膜,進行印刷性的評價。將沒有觀察到印刷不勻和氣孔的情況評價為◎,將觀察到一部分的情況評價為○,將觀察到很多的情況評價為△。
由表3的結果可知,具備由本發明的液晶配向劑所形成的液晶配向膜的液晶顯示元件,其殘影特性優良,並且具有作為液晶顯示元件在實用方面所要求的電壓保持率、良好的預傾角的隨時間變化穩定性、以及印刷性等特性。
產業上之可利用性
根據本發明,可以提供一種殘影特性優良,並且作為液晶顯示元件在實用方面,滿足所要求的電壓保持率、良好的預傾角的隨時間變化穩定性、以及印刷性等特性的液晶顯示元件、該液晶顯示元件所具備的液晶配向膜、形成該液晶配向膜的液晶配向劑、以及可以適用於該液晶配向劑的聚有機矽氧烷化合物。此外,由本發明的液晶配向劑所形成的液晶配向膜,可以適用於各種顯示方式的液晶顯示元件。此外,具備這種液晶配向膜的本申請的液晶顯示元件即使在長期使用時,其顯示性能也不會劣化。因此,本申請的液晶顯示元件,可以適當用於例如鐘錶、可攜式遊戲機、文字處理器、筆記型電腦、汽車導航系統、攝錄像機、可攜式資訊終端、數位相機、手機、各種監視器、液晶電視等顯示裝置。

Claims (9)

  1. 一種液晶配向劑,其含有[A]聚有機矽氧烷化合物,並且該[A]聚有機矽氧烷化合物具有:來自於具有環氧基的聚有機矽氧烷之部分和來自於桂皮酸衍生物之部分,該桂皮酸衍生物具有可以和具有環氧基的1價有機基團反應形成共價鍵之基團、以及兩個以上之桂皮酸結構。
  2. 如申請專利範圍第1項之液晶配向劑,其中上述的桂皮酸衍生物為下述式(2)所表示的化合物, 式(2)中,R1 各自獨立地為氫原子、含有脂環式基團的碳原子數為3~40的1價有機基團或碳原子數為1~40的烷基,並且上述烷基的部分或全部氫原子可以被氟原子取代;R2 和R3 各自獨立地為單鍵、氧原子、硫原子、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、碳原子數為1~10的烷二基、2價的芳香族基團、2價的脂環式基團、2價的雜環式基團、或將此等之兩種以上進行組合的連接基團;R4 為(c+1)價的有機基團;R5 為單鍵、氧原子、-COO-、-OCO-、碳原子數為1~10的烷二基、-CH=CH-、2價的芳香族基團或2價的脂環式基團;R6 為羧基、羥基、-SH、-NCO、-NHR、-CH=CH2 或-SO2 Cl; 其中,R為氫原子或碳原子數為1~6的烷基,R7 各自獨立地為氟原子或氰基;a和b各自獨立地為0~1的整數,其中a和b不同時為0;c為2~5的整數,其中多個的R1 、R2 、R3 和R7 各自獨立;d為0~4的整數。
  3. 如申請專利範圍第2項之液晶配向劑,其中[A]聚有機矽氧烷化合物是具有環氧基的聚有機矽氧烷與上述式(2)所表示的化合物之反應生成物。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之液晶配向劑,其中上述具有環氧基的聚有機矽氧烷係從下述式(1)所表示的結構單元之聚有機矽氧烷、其水解物以及該水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種, 式(1)中的X1 為下述式(X1 -1)或(X1 -2)所表示之基團,Y1 為羥基、碳原子數為1~10的烷氧基、碳原子數為1~20的烷基或碳原子數為6~20的芳基, 式(X1 -1)中,A為單鍵或氧原子,e為1~3的整數,f為0~6的整數,其中當f為0時,A為單鍵; 式(X1 -2)中,g為1~6的整數;式(X1 -1)和(X1 -2)中,“*”表示各連接鍵。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之液晶配向劑,其進一步含有[B]從聚醯胺酸和聚醯亞胺構成的群組中選出的至少一種聚合物。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之液晶配向劑,其進一步含有[C]從具有下述式(4)所表示的結構單元的聚有機矽氧烷、其水解物以及該水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種, 式(4)中,X2 為羥基、鹵原子、碳原子數為1~20的烷基、碳原子數為1~6的烷氧基或碳原子數為6~20的芳基,Y2 為羥基或碳原子數為1~10的烷氧基。
  7. 一種液晶配向膜,其係由如申請專利範圍第1至6項中任一項之液晶配向劑所形成。
  8. 一種液晶顯示元件,其係具備如申請專利範圍第7項之液晶配向膜。
  9. 一種聚有機矽氧烷化合物,其具有:來自於具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分、和來自於桂皮酸衍生物的部分,該桂皮酸衍生物具有可以和具有環氧基的1價有機基團形成共價鍵的基團、以及兩個以上桂皮酸結構。
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