TWI504639B - 液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件、及用於該等之製造的聚醯胺酸及聚醯亞胺 - Google Patents
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Description
本發明關於液晶配向劑、液晶配向膜及液晶顯示元件、以及用於該等製造的聚醯胺酸及聚醯亞胺。
液晶顯示元件中為了使液晶分子配向而具備液晶配向膜。作為液晶配向膜的材料,為使耐熱性、機械強度、與液晶的親和性等各種特性良好,通常使用聚醯胺酸、聚醯亞胺。
為了實現液晶顯示元件的高品質化,需要提高殘影特性。為了提高上述殘影特性而需要獲得如下那樣的液晶配向膜,所述液晶配向膜滿足:施加直流電壓時的殘留電荷少、以及因直流電壓而蓄積的殘留電荷的緩和快這兩個條件中的至少一個。
作為這樣的液晶配向膜,在專利文獻1中揭示包含聚醯亞胺的液晶配向劑,該聚醯亞胺使用具有膽甾烷醇骨架的二胺而獲得。另外,在專利文獻2中揭示包含聚醯胺等的液晶配向劑,該聚醯胺使用具有唍結構的二胺而獲得。這些專利文獻1、2中,藉由在液晶配向劑中含有上述結構的聚醯亞胺或聚醯胺等來謀求提高殘影特性。
[專利文獻1]日本特開平9-241646號公報
[專利文獻2]日本特開2001-97969號公報
此處,液晶顯示元件適用於液晶電視這樣的高品質監控器,對於這樣的高品質監控器要求其即使在長時間(例如1天)的連續使用後殘影特性也為良好。相對於此,上述專利文獻1中記載的液晶配向劑和上述專利文獻2中記載的液晶配向劑完全沒有考慮在長時間的連續使用後的殘影特性這一點。
本發明鑒於上述情形而開發,其主要目的在於提供:用於獲得殘影特性優異的液晶顯示元件的液晶配向劑、可用作該液晶配向劑的成分的聚醯胺酸及聚醯亞胺、以及使用該等製作的液晶配向膜以及液晶顯示元件。
本發明人等為了解決如上所述的現有技術中的課題而進行了深入研究,結果發現,在液晶配向劑中含有聚合物可解決上述課題,以完成本發明,該聚合物藉由使用芳香族四羧酸二酐和具有三級氮原子的特定結構的二胺而獲得。本發明具體提供以下的液晶配向劑、液晶配向膜、液晶顯示元件、聚醯胺酸及聚醯亞胺。
本發明提供液晶配向劑,其特徵在於:含有選自由四羧酸二酐與二胺進行反應而獲得的聚醯胺酸及其醯亞胺化聚合物所組成的群組中的至少一種之聚合物,該四羧酸二酐包含芳香族四羧酸二酐,該二胺包含由下述式(1)所示之化合物。
(式(1)中,A各自獨立地為伸苯基、伸萘基、伸吡啶基、伸嘧啶基或伸三基,且該等可具有取代基。B為具有芳香環結構之1價基、碳原子數1~30之1價鏈狀烴基或碳原子數3~30之1價脂環式烴基,且鏈狀烴基或脂環式烴基可具有取代基,部分亞甲基可經氧原子、羰基或-COO-取代。其中,在B中,與式(1)中的氮原子結合的是亞甲基、形成脂環式結構的碳原子或形成芳香環結構的碳原子)。
根據本發明的液晶配向劑,可形成即使在長時間(例如1天)的連續使用後也顯現出良好的殘影特性的液晶配向膜。由此可獲得殘影特性優異的液晶顯示元件。另外,可提高預傾角的穩定性,並且可將電壓保持率的變化率(以下亦稱為可靠性)控制為很低。
另外,在使上述殘影特性、預傾角的穩定性以及可靠性成為更良好的方面,前述B較佳為碳原子數1~6的烷基(該烷基可具有取代基,且亞甲基的一部分可經氧原子、羰基或-COO-取代)、或可具有取代基的芳基。另外,前述A較佳為可具有取代基的伸苯基。
另外,本發明提供藉由上述記載的液晶配向劑形成的液晶配向膜、以及具備該液晶配向膜的液晶顯示元件。
本發明提供一種聚醯胺酸,其特徵在於:使四羧酸二酐與二胺進行反應而獲得的聚醯胺酸,前述四羧酸二酐包含芳香族四羧酸二酐,前述二胺包含由上述式(1)所示之化合物。另外提供一種聚醯亞胺,其藉由對該聚醯胺酸進行脫水閉環而成。
另外,在本說明書中,「烴基」可以為飽和烴基,也可以為不飽和烴基。另外,「鏈狀烴基」是指僅由鏈狀結構構成的烴基,可以為直鏈狀也可以為支鏈狀。「脂環式烴基」是指僅包含脂環式結構作為環結構且不包含芳香環結構的烴基。並且不需僅由脂環式結構構成,可在其一部分中包含鏈狀結構。「芳香族烴基」是指具有芳香環結構作為環結構的烴基。並且不需僅由芳香環結構構成,可在其一部分中包含鏈狀結構、脂環式結構。
本發明的液晶配向劑,係含有使四羧酸二酐與二胺進行反應而獲得的聚醯胺酸及其醯亞胺化聚合物中的至少任一聚合物。以下,對本發明的液晶配向劑進行詳細說明。
用於合成本發明中的聚醯胺酸的四羧酸二酐,係包含芳香族四羧酸二酐。
此處,芳香族四羧酸二酐,係指包含結合於芳香環的至少一個羧基且4個羧基進行分子內脫水而獲得的酸二酐。
作為芳香族四羧酸二酐,較佳為結合於相同或不同的芳香環的4個羧基進行分子內脫水而獲得的酸二酐。芳香環的數目較佳為1~4。在此情況下,如果芳香環為一個
,則較佳為結合於該芳香環的4個羧基進行分子內脫水而獲得的酸二酐。另外,如果芳香環為兩個以上,則較佳為:結合於一個芳香環的兩個羧基進行分子內脫水並且結合於另一個芳香環的兩個羧基進行分子內脫水而獲得的酸二酐,或者結合於相鄰的兩個芳香環之中的一個芳香環的羧基與結合於另一個芳香環的羧基進行分子內脫水、並且結合於相鄰的兩個芳香環之中的一個芳香環的羧基與結合於另一個芳香環的羧基進行分子內脫水而獲得的酸二酐。
作為這樣的酸二酐,具體可列舉出由下述式(Ar-1)表示的物質。
式(Ar-1)中,Ar為源自以下各結構的芳香族基中的任一。
(在上述式(Ar-1)中,* 1為結合於一個酸酐基的連接鍵,* 2為結合於另一個酸酐基的連接鍵)
上述Ar中,碳原子所具有的氫原子中的至少一個,係可經鹵素原子或碳原子數1~6的烷基或氟烷基等取代。
作為鹵素原子,列舉出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等。作為碳原子數1~6的烷基,可以為直鏈狀也可以為支鏈狀,具體而言,列舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、二級丁基、三級丁基、正戊基、異戊基、新戊基、正己基、異己基等。另外,作為碳原子數1~6的氟烷基,可列舉出作為上述的碳原子數1~6的烷基而列舉出的基中的至少一個氫原子經氟原子取代而得之
基。另外,Ar可具有僅一個或多個單獨一種的上述取代基,也可具有兩種以上。
作為較佳的芳香族四羧酸二酐,可更具體列舉出:苯均四酸二酐、1,4-二氟-苯均四酸二酐、2,5-三氟甲基苯均四酸二酐、三氟甲基苯均四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四酸二酐、3,3’,4,4’-聯苯四酸二酐、氧-4,4’-二鄰苯二甲酸二酐、2,2-雙[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐、萘-1,4,5,8-四酸二酐、乙二醇二苯甲酸酯四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基碸四酸二酐、苯-1,4-二基雙(1,3-二側氧-1,3-二氫-2-苯并呋喃-5-羧酸酯)等。另外,此外可使用日本特開2010-97188號公報中記載的芳香族四羧酸二酐,並且是除了上述以外的芳香族四羧酸二酐。
該等之中,較佳為苯均四酸二酐、1,4-二氟-苯均四酸二酐、2,5-三氟甲基苯均四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基碸四酸二酐、苯-1,4-二基雙(1,3-二側氧-1,3-二氫-2-苯并呋喃-5-羧酸酯)、或乙二醇二苯甲酸酯四酸二酐。
上述那樣的芳香族四羧酸二酐可單獨使用一種或組合使用兩種以上。
藉由使用芳香族四羧酸二酐,可使得所製作的液晶顯示元件經過長時間(例如1天)的連續使用後的殘影特性為良好。另外,可提高預傾角的穩定性,並且可將電壓保持率的變化率抑制為低。並且,作為四羧酸二酐,可僅使用上述芳香族四羧酸二酐,也可在上述芳香族四羧酸二酐的基礎上還使用脂肪族四羧酸二酐以及脂環式四羧酸二酐中的至少一個。
脂肪族四羧酸二酐,係指結合於鏈狀烴結構的4個羧基進行分子內脫水而獲得的酸二酐。惟,不需要僅由鏈狀烴結構構成,也可在其一部分中具有脂環式結構、芳香環結構。
脂環式四羧酸二酐,係指包含結合於脂環式結構的至少一個羧基且4個羧基進行分子內脫水而獲得的酸二酐。惟,這4個羧基都沒有結合於芳香環。另外,不需僅由脂環式結構構成,也可在其一部分中具有鏈狀烴結構、芳香環結構。
作為脂肪族四羧酸二酐,例如列舉出1,2,3,4-丁烷四羧酸二酐。另外,作為脂環式四羧酸二酐,例如可列舉出1,2,3,4-環丁烷四酸二酐、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]辛烷-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-羧甲基降莰烷-2:3,5:6-二酐、2,4,6,8-四羧基雙環[3.3.0]辛烷-2:3,5:6-二酐、4,9-二氧雜三環[5.3.1.02,6
]十一烷-3,5,8,10-四酮等。此外可使用日本特開2010-97188號公報中記載的脂肪族四羧酸二酐以及脂環式四羧酸二酐且能使用除了上述以外的脂肪族四羧酸二酐以及脂環式四羧酸二酐。
作為四羧酸二酐,在脂肪族四羧酸二酐以及脂環式
四羧酸二酐之中,從溶解性的觀點考慮,較佳為包含脂環式四羧酸二酐,更佳為包含2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐或1,2,3,4-環丁烷四酸二酐,特佳為包含2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐。
在使用上述那樣的脂肪族或脂環式四羧酸二酐的情況下,這些脂肪族或脂環式四羧酸二酐可單獨使用一種或組合使用兩種以上。
作為四羧酸二酐,在不僅包含芳香族四羧酸二酐且還包含脂肪族或脂環式四羧酸二酐的情況下,相對於四羧酸二酐的總量,芳香族四羧酸二酐的比率較佳為0.1~90莫耳%,更佳為0.5~80莫耳%,更較佳為1~70莫耳%,特佳為2~50莫耳%。藉由設為這樣的範圍,可使經過長時間的連續使用後的殘影特性更良好。另外,可提高預傾角的穩定性,並且可將電壓保持率的變化率控制為很低。
為了合成本發明中的聚醯胺酸而使用的二胺,包含由下述式(1)所示之化合物(以下亦稱為二胺(D-1))。
(式(1)中,A各自獨立地為伸苯基、伸萘基、伸吡啶基、伸嘧啶基或伸三基,該等可具有取代基。B為具有芳香環結構之1價基、碳原子數1~30之1價鏈狀烴基或碳原子數3~30之1價脂環式烴基,且鏈狀烴基或脂環式烴基可具有取代基,亞甲基的一部分可經氧原子、羰基或
-COO-取代。其中,在B中,與式(1)中的氮原子結合的是亞甲基、形成脂環式結構的碳原子或形成芳香環結構的碳原子)。
上述式(1)中的A之中,作為伸苯基,可列舉出1,3-伸苯基、1,4-伸苯基等;作為伸萘基,可列舉出1,4-伸萘基、1,5-伸萘基等;作為伸吡啶基,可列舉出2,4-伸吡啶基、2,5-伸吡啶基等;作為伸嘧啶基,可列舉出2,5-伸嘧啶基等;作為伸三基,可列舉出2,4-伸三基等;作為這些基可具有的取代基,例如可列舉出鹵素原子或碳原子數1~6的烷基、烷氧基或氟烷基等。該等之中,關於鹵素原子、碳原子數1~6的烷基、以及碳原子數1~6的氟烷基,係可列舉出作為上述Ar的取代基而例示的基。另外,作為碳原子數1~6的烷氧基,可列舉出作為上述的碳原子數1~6的烷基而列舉出的基團結合於氧原子而得到的烷氧基,具體可列舉出甲氧基、乙氧基等。
該等之中,作為A較佳為可具有取代基的伸苯基。即,本發明中的二胺較佳為包含由下述式(2)所示之化合物(以下亦稱為二胺(D-1-1))。由此可推測,在所形成的液晶配向膜中,在二胺部分(供體)與酸酐部分(受體)間發生CT相互作用從而產生光電流,使得離子的不均勻存在或者配向膜自身的極化的發生受抑制。因此,可以使液晶配向性為良好。
(式(2)中,Ra
各自獨立地為鹵素原子、或碳原子數1~6的烷基、烷氧基、或氟烷基。k各自獨立地為0~4的整數。B的定義與上述式(1)相同)。
上述式(2)的Ra
的具體例子可列舉出與上述A可具有的取代基同樣的取代基。作為k,較佳為0~2,更佳為0。在上述式(2)中的苯環中,一級胺基的結合位置沒有特別限定,但是相對於式(2)中的氮原子而言,較佳為3-位或4-位,更佳為4-位。
作為上述式(1)中以及上述式(2)中的B中的碳原子數1~30之1價鏈狀烴基,係較佳為碳原子數1~12的烷基。該碳原子數1~12的烷基可以為直鏈狀也可以為支鏈狀,例如列舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、二級丁基、三級丁基、正戊基、異戊基、新戊基、正己基、異己基、3-甲基戊基、2,2-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基等。
另外,如果與上述式(1)、上述式(2)中的氮原子結合的是亞甲基,則如上述式(1)中所示的亞甲基的一部分也可被取代。另外,碳原子所具有的氫原子中的至少一個也可被鹵素原子(氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等)、羥基、氰基等取代。
B為鏈狀烴基的情況下,可具有取代基,較佳為亞甲基的一部分可經氧原子、羰基或-COO-取代的碳原子數
1~6的烷基,更佳為碳原子數1~6的烷基或氟烷基,特佳為碳原子數1~6的烷基。
上述B的碳原子數3~30之1價脂環式烴基可僅由脂環式結構構成,也可在其一部分中包含鏈狀結構。作為脂環式結構,列舉出環戊烷、環己烷、環庚烷、環辛烷、降莰烷、金剛烷等。
另一方面,在一部分中具有鏈狀結構的情況下,該鏈狀結構可將上述式(1)、上述式(2)中的氮原子與上述鏈狀結構連結的方式存在,也可以不連結的方式存在。另外,上述脂環式烴基也可一同包含該連結的鏈狀結構和該不連結的鏈狀結構。
另外,關於上述1價的脂環式烴基,如果與上述式(1)、上述式(2)中的氮原子結合的是亞甲基或形成脂環式結構的碳原子,則如上述式(1)中所示的部分亞甲基也可被取代。另外,可具有取代基這一點與上述鏈狀烴基相同。
上述1價的脂環式烴基可以為碳原子數17~30的具有甾類骨架的基。所述甾類骨架,係指環戊烷全氫菲骨架、或該骨架所具有的碳原子間的單鍵之中一個或多個單鍵成為雙鍵而得到的骨架。作為具有這樣的甾類骨架的基,例如可列舉出膽甾烷基、膽甾烯基等。
上述B的具有芳香環結構的1價基可僅由芳香環結構構成,也可在其一部分中包含鏈狀結構及脂環式結構中的至少一個。
作為芳香環結構,可以為苯環,也可以為萘環、蒽環、菲環、茚環、芘環等之稠合苯環,也可以為噻啡環
、吡咯環、呋喃環、吡啶環、嘧啶環、三環等之雜芳香環。
作為脂環式結構,列舉出碳原子數3~12的單環烷、雙環烷、三環烷等,具體列舉出環戊烷、環己烷、環庚烷、環辛烷、降莰烷、金剛烷等。作為鏈狀結構,列舉出碳原子數3~12的飽和烴或不飽和烴。另外,這些脂環式結構、鏈狀結構也可在其一部分中具有-O-、羰基以及-COO-中的至少一個。
上述具有芳香環結構的1價基可僅具有一個芳香環結構,也可具有多個。具有多個的情況下,這些多個芳香環結構可藉由單鍵結合,在此情況下具體列舉出聯苯、三聯苯等。另外,也可按照連結多個芳香環結構的方式存在鏈狀結構或脂環式結構。
這些芳香環結構、鏈狀結構及脂環式結構中的至少一個結構可具有取代基。作為該取代基列舉出與上述鏈狀烴基同樣的取代基。
就上述具有芳香環結構的1價基而言,如果結合於上述式(1)、上述式(2)中的氮原子的原子為亞甲基、形成脂環式結構的碳原子或形成芳香環結構的碳原子,則該具有芳香環結構的1價基可以為芳香環結構結合於該氮原子的基,也可以為按照將這個氮原子和芳香環結構連結的方式存在有鏈狀結構及脂環式結構中的至少一個的基。其中,在使經過長時間的連續使用後的殘影特性、預傾角的穩定性以及可靠性為良好方面,具有芳香環結構的1價基係較佳為芳香環結構結合於上述氮原子的具有
芳香環結構的1價基。另外,更佳的是該芳香環結構,係苯環,或者萘環、蒽環、菲環、茚環、芘環等之稠合苯環的具有芳香環結構的1價基。也就是,可具有取代基的芳基。另外,特佳為下述式(3)所示的結構。
(式(3)中,Rb
為鹵素原子、碳原子數1~30的烷基、碳原子數3~30之1價脂環式烴基、或具有芳香環結構的碳原子數6~30之1價基,且烷基或脂環式烴基可具有取代基,亞甲基的一部分可經氧原子、羰基或-COO-取代。m為0~4的整數,m為2~4時,多個Rb
各自獨立地具有上述定義。「*」表示結合於上述式(1)、上述式(2)中的氮原子的連接鍵)。
作為Rb
的鹵素原子,列舉出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等,較佳為氟原子。
作為Rb
的碳原子數1~30的烷基,較佳為碳原子數1~12的烷基,具體而言,列舉出作為上述B中的碳原子數1~30之1價鏈狀烴基而例示的基。另外,該烷基的部分亞甲基可被取代,具體而言,包括烷氧基、-CO-Ra1
、-COO-Ra1
、-OCO-Ra1
、-Ra2
-O-Ra1
、-Ra2
-CO-Ra1
、-Ra2
-COO-Ra1
、-Ra2
-OCO-Ra1
(Ra1
為可具有取代基的烷基、Ra2
為可具有取代基的烷二基)。
作為Rb
的碳原子數3~30之1價脂環式烴基,列舉出作為上述B中的碳原子數1~30的1價脂環式烴基而例示的基團。另外,在一部分中具有鏈狀結構的情況下,該鏈狀
結構可以將上述式(3)中的苯環和脂環式結構連結的方式存在,也可以不連結的方式存在。另外,該脂環式烴基也可一同包含該連結的鏈狀結構和該不連結的鏈狀結構。
作為脂環式烴基,較佳為碳原子數17~30的具有甾類骨架之基。具體而言,列舉出膽甾烷基、膽甾烯基、膽甾烷基氧基羰基、膽甾烯基氧基羰基、膽甾烷基氧基、膽甾烯基氧基等。
作為Rb
的具有芳香環結構的碳原子數6~30之1價基,列舉出作為上述B中的具有芳香環結構的1價基而例示的基。在此情況下,在一部分中具有鏈狀結構、脂環式結構的情況下,這些鏈狀結構、脂環式結構可以將上述式(3)中的苯環和芳香環結構連結的方式存在,也可以不連結的方式存在。另外,該1價基也可一同包含該連結的鏈狀結構及脂環式結構中的至少一個和該不連結的鏈狀結構及脂環式結構中的至少一個。作為該1價基,較佳為苯基。
作為Rb
可具有的取代基,列舉出作為上述B中的碳原子數1~30之1價鏈狀烴基可具有的取代基而例示的基。
作為Rb
,較佳為氟原子、或碳原子數1~9的烷基、烷氧基、或氟烷基,更佳為碳原子數1~9的烷基。
m較佳為0~2,更佳為0或1。m為1時,Rb
的結合位置沒有特別限定,但是較佳為相對於上述式(1)、上述式(2)中的氮原子為3-位或4-位,更佳為4-位。
作為二胺(D-1),上述式(2)中的B較佳為碳原子數
1~6的烷基、或由上述式(3)所示之基。具體而言,可列舉出:N,N-雙(4-胺基苯基)-甲基胺、N,N-雙(4-胺基苯基)-丙基胺、N,N-雙(4-胺基苯基)-己基胺、N,N-雙(4-胺基苯基)-苯胺、N,N-雙(4-胺基苯基)-對甲基苯胺、N,N-雙(4-胺基苯基)-對己基苯胺、N,N-雙(4-胺基苯基)-對辛基苯胺、N,N-雙(4-胺基苯基)-對(1-甲基十四烷基)苯胺、N,N-雙(4-胺基苯基)-對(膽甾烷氧基羰基)苯胺、N,N-雙(4-胺基苯基)-對(膽甾烯基氧基羰基)苯胺、N,N-雙(4-胺基苯基)-對(膽甾烷基氧基)苯胺、N,N-雙(4-胺基苯基)-對(膽甾烯基氧基)苯胺等。
藉由將這些化合物中的至少任一與上述芳香族四羧酸二酐一同使用,從而在聚醯胺酸的主鏈導入3個以上的苯環,並且導入結合於至少兩個苯環的三級氮原子。由此,可以使所製作的液晶顯示元件經過長時間的連續使用後的殘影特性為良好。另外,可提高預傾角的穩定性,並且可將電壓保持率的變化率抑制為很低。
作為用於合成本發明中的聚醯胺酸的二胺,可僅使用上述二胺(D-1),也可將二胺(D-1)與其它的二胺一同合用。
作為此處可使用的其它的二胺,例如可列舉出下述所示的脂肪族二胺、脂環式二胺、芳香族二胺、二胺基有機矽氧烷等。就該等的具體例而言,作為脂肪族二胺,例如可列舉出間苯二甲胺、1,3-丙二胺、四亞甲基二胺、五亞甲基二胺、己二胺等;作為脂環式二胺,例如可列舉出1,4-二胺基環己烷
、4,4’-亞甲基雙(環己胺)、1,3-雙(胺基甲基)環己烷等;作為芳香族二胺,例如可列舉出鄰苯二胺、間苯二胺、對苯二胺、4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基二苯硫醚、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’-雙(三氟甲基)聯苯、2,7-二胺基茀、4,4’-二胺基二苯基醚、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、9,9-雙(4-胺基苯基)茀、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-雙(4-胺基苯基)六氟丙烷、4,4’-(對伸苯基二亞異丙基)雙(苯胺)、4,4’-(間伸苯基二亞異丙基)雙(苯胺)、1,4-雙(4-胺基苯氧基)苯、4,4’-雙(4-胺基苯氧基)聯苯、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’-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、1,4-雙-(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、3,6-雙(4-胺基苯甲醯氧基)膽甾烷、3,6-雙(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-雙(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-丁基環己烷、1,1-雙(4-((胺基苯基)甲基)苯基)-4-庚基環己烷、1,1-雙(4-((胺基苯氧基)甲基)苯基)-4-庚基環己烷、1,1-雙(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、1-(2,4-二胺基苯基)哌-4-羧酸、4-(啉-4-基)苯-1,3-二胺、1,3-雙(N-(4-胺基苯基)哌啶基)丙烷、α-胺基-ω-胺基苯基烯屬烴、1-(2-丙炔基氧基)-2,4-苯二胺、4-胺基苯基4-胺基苯甲酸酯、4,4'-[4,4'-丙烷-4,4-丙烷-1,3-二基雙(哌啶-1,4-二基)]二苯胺等;作為二胺基有機矽氧烷,例如可列舉出1,3-雙(3-胺基丙基)-四甲基二矽氧烷等,除此之外,還可使用日本特開2010-97188號公報中記載的二胺。
另外,作為芳香族二胺,除了如上述那樣列舉的化合物以外,還包括由下述式(A-1)所示之化合物。藉由使用上述化合物,便可使得預傾特性為良好。
(式(A-1)中,XI
、XII
及XIII
各自獨立地為單鍵、-O-或-COO-,RI
為碳原子數1~3的烷二基,a為0或1,b為0~2的整數,惟,a及b不需同時為0,c為1~20的整數,n為0或1)。
作為由上述式(A-1)中的-XI
-(RI
-XII
)n
-表示的2價基
,較佳為碳原子數1~3的烷二基、*-O-、*-COO-或*-O-CH2
CH2
-O-(其中帶有了「*」的連接鍵與二胺基苯基結合)。作為基Cc
H2c+1
-的具體例,例如可列舉出甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、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、正二十烷基等。二胺基苯基中的兩個一級胺基相對於其它的基團較佳為處於2,4-位或3,5-位。
作為由上述式(A-1)所示之化合物的具體例,例如可列舉出下述式(d2-1)~(d2-6)中各個所示的化合物等。
在合成聚醯胺酸的情況下,相對於二胺的總量,上述二胺(D-1)的比率較佳為包含0.1莫耳%以上,更佳為包
含0.5~80莫耳%,更較佳為包含1~70莫耳%,特佳為包含2~50莫耳%。藉由設為這樣的範圍,可使經過長時間的連續使用後的殘影特性更良好。另外,可提高預傾角的穩定性,並且可將電壓保持率的變化率控制為低。
在合成聚醯胺酸時,也可與上述那樣的四羧酸二酐及二胺一同使用適當的分子量調節劑而合成末端修飾型的聚合物。藉由製成所述末端修飾型的聚合物,可不損害本發明的效果而進一步改善液晶配向劑的塗布性(印刷性)。
作為前述分子量調節劑,例如可列舉出酸單酐、單胺化合物、單異氰酸酯化合物等。就該等的具體例而言,作為酸單酐,例如可列舉出馬來酸酐、鄰苯二甲酸酐、伊康酸酐、正癸基丁二酸酐、正十二烷基丁二酸酐、正十四烷基丁二酸酐、正十六烷基丁二酸酐等;
作為單胺化合物,例如可列舉出苯胺、環己胺、N-丁基胺、N-戊基胺、N-己基胺、N-庚胺、N-辛胺等;
作為單異氰酸酯化合物,例如可列舉出苯基異氰酸酯、萘基異氰酸酯等。
相對於所使用的四羧酸二酐及二胺的總量100重量份,分子量調節劑的使用比例較佳為20重量份以下,更佳為10重量份以下。
由上述式(1)所示的二胺(D-1),係可藉由有機化學的常規方法而適當製造。具體而言,在上述式(1)中B為由
上述式(3)所示之基的情況下,例如,首先,使由下述式所示之化合物(M-1)與化合物(M-2)進行反應,從而獲得中間體(M-3)(參照下述反應式(I))。另外,在上述式(1)中B為1價的鏈狀烴基或1價的脂環式烴基的情況下(以下稱為B1
),例如,首先使由下述式所示之化合物(M-4)與化合物(M-5)進行反應,從而獲得中間體(M-6)(參照下述反應式(II))。
(式中,Y為鹵素原子,A與上述式(1)的定義相同;Rb
及m與上述式(3)的定義相同)
(式中,Y為鹵素原子,B1
為碳原子數1~30之1價鏈狀烴基或碳原子數3~30之1價脂環式烴基,且該等可具有取代基,部分亞甲基可經氧原子、羰基或-COO-取代。其中,B1
中與三級氮原子結合的是亞甲基或形成脂環式結構的碳原子。A與上述(1)的定義相同)。
作為Y的鹵素原子,列舉出溴原子、氯原子、碘原子、氟原子等。該等之中,從反應性的觀點考慮較佳為氟原子。
反應式(I)和(II)的反應較佳在鹼的存在下進行。作為
鹼,例如列舉出氟化銫、氟化鉀、氟化鈉、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、乙醇鈉、三級丁醇鈉、乙酸鈉等。
反應式(I)和(II)的反應溫度根據反應方法來適當設定即可,但較佳為0~150℃,更佳為80~150℃。作為反應中使用的有機溶劑,例如列舉出二甲基亞碸、二甲基乙醯胺等。
接著,如果是在上述反應式(I)之後,則在催化還原條件下對中間體(M-3)進行硝基的還原以及羥基的還原性去除,如果是在上述反應式(II)之後則在催化還原條件下對中間體(M-6)進行硝基的還原以及羥基的還原性去除。由此可獲得二胺(D-1)中所含的二胺(D-1-a)、二胺(D-1-b)(參照下述反應式(III)以及下述反應式(IV))。
(式中,A與上述式(1)的定義相同;Rb
及m與上述式(3)的定義相同)。
(式中,A與上述式(1)的定義相同;B1
與上述式(II)的定義相同)。
反應式(III)和(IV)的反應使用鎳、鈀-碳、PtO2
、
Pd(OH)2
等催化劑,較佳為在-20~150℃進行,更佳為在0~120℃進行。作為反應中使用的溶劑,例如列舉出四氫呋喃、乙醇、甲苯、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、1-甲基-2-吡咯啶酮等。
本發明中的聚醯胺酸,係可藉由使包含芳香族四羧酸二酐的四羧酸二酐與二胺進行反應而獲得,該二胺包含由上述式(1)所示之化合物,較佳為包含由上述式(2)所示之化合物。關於供給於聚醯胺酸的合成反應的四羧酸二酐與二胺的使用比例,相對於二胺的胺基1當量而言,四羧酸二酐的酸酐基較佳為0.2~2當量的比例,進一步更佳為0.3~1.2當量的比例。
聚醯胺酸的合成反應較佳在有機溶劑中進行。此時的反應溫度較佳為-20℃~150℃,更佳為0~100℃。另外,反應時間較佳為0.1~24小時,更佳為0.5~12小時。
此處,作為有機溶劑,例如可列舉出非質子性極性溶劑、酚及其衍生物、醇、酮、酯、醚、鹵化烴、烴等。
就這些有機溶劑的具體例而言,作為上述非質子性極性溶劑,例如可列舉出N-甲基-2-吡咯啶酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、γ-丁內酯、四甲基尿素、六甲基磷醯三胺等;作為上述酚衍生物,例如可列舉出間甲酚、二甲苯酚、鹵化苯酚等;作為上述醇,例如可列舉出甲醇、乙醇、異丙醇、
環己醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、三乙二醇、乙二醇單甲醚等;作為上述酮,例如可列舉出丙酮、甲乙酮、甲基異丁基酮、環己酮等;作為上述酯,例如可列舉出乳酸乙酯、乳酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯、乙二酸二乙酯、丙二酸二乙酯等;作為上述醚,例如可列舉出乙醚、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、乙二醇二甲醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單甲醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、四氫呋喃等;作為上述鹵化烴,例如可列舉出二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,4-二氯丁烷、三氯乙烷、氯苯、鄰二氯苯等;作為上述烴,例如可列舉出己烷、庚烷、辛烷、苯、甲苯、二甲苯、異戊基丙酸酯、異戊基異丁酸酯、二異戊基醚等。
這些有機溶劑之中,較佳為使用選自非質子性極性溶劑以及酚及其衍生物所組成的群組(第一群組的有機溶劑)中的一種以上;或較佳為使用選自前述第一群組的有機溶劑中的一種以上、與選自由醇、酮、酯、醚、鹵化烴以及烴而成的群組(第二群組的有機溶劑)中的一種以上的混合物。後一情況下,相對於第一群組的有機溶劑和第二群組的有機溶劑的合計,第二群組的有機溶劑
的使用比例較佳為50重量%以下,更佳為40重量%以下,進一步更佳為30重量%以下。
關於有機溶劑的用量(a),相對於反應溶液的總量(a+b),較佳為四羧酸二酐及二胺的合計量(b)為0.1~50重量%那樣的量。
如上所述,可獲得溶解聚醯胺酸而成的反應溶液。可將此反應溶液直接供於液晶配向劑的製備,也可在單獨分離出反應溶液中所含的聚醯胺酸的基礎上供於液晶配向劑的製備,或也可在精製了單獨分離出的聚醯胺酸的基礎上供於液晶配向劑的製備。對聚醯胺酸進行脫水閉環而製成聚醯亞胺的情況下,可將上述反應溶液直接供於脫水閉環反應,也可在單獨分離出反應溶液中所含的聚醯胺酸的基礎上供於脫水閉環反應,或也可在精製了單獨分離出的聚醯胺酸的基礎上供於脫水閉環反應。聚醯胺酸的單獨分離及精製可按照公知方法來進行。
本發明中的醯亞胺化聚合物(聚醯亞胺)可藉由對如上述那樣操作而合成的聚醯胺酸進行脫水閉環而醯亞胺化而獲得。
本發明中的聚醯亞胺可以為完全醯亞胺化物,該完全醯亞胺化物對全部的作為其前驅物的聚醯胺酸所具有的醯胺酸結構進行脫水閉環而得到;也可以為僅對醯胺酸結構的一部分進行脫水閉環、使醯胺酸結構和醯亞胺環結構並存的部分醯亞胺化物。本發明中的聚醯亞胺的醯亞胺化率較佳為30%以上,更佳為35~99%,更佳為
40~99%。關於此醯亞胺化率,相對於聚醯亞胺的醯胺酸結構的數目與醯亞胺環結構的數目的合計,醯亞胺環結構的數目所占的比例以百分率來表示。此處,醯亞胺環的一部分也可以為異醯亞胺環。
聚醯胺酸的脫水閉環較佳為藉由加熱聚醯胺酸的方法來進行,或藉由將聚醯胺酸溶解於有機溶劑、在此溶液中添加脫水劑以及脫水閉環催化劑並且根據需要加熱的方法來進行。其中,較佳為基於後一方法。
在上述聚醯胺酸的溶液中添加脫水劑以及脫水閉環催化劑的方法中,作為脫水劑,例如可使用乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。相對於聚醯胺酸的醯胺酸結構1莫耳,脫水劑的用量較佳為0.01~20莫耳。作為脫水閉環催化劑,例如可使用吡啶、三甲基吡啶、二甲基吡啶、三乙胺等之三級胺。相對於所使用的脫水劑1莫耳,脫水閉環催化劑的用量較佳為0.01~10莫耳。作為脫水閉環反應中使用的有機溶劑,可列舉出作為聚醯胺酸的合成中使用的有機溶劑而例示的有機溶劑。脫水閉環反應的反應溫度較佳為0~180℃,更佳為10~150℃。反應時間較佳為1.0~120小時,更佳為2.0~30小時。
可藉由這樣操作而獲得含聚醯亞胺的反應溶液。此反應溶液可直接供於液晶配向劑的製備,也可在從反應溶液去除了脫水劑以及脫水閉環催化劑的基礎上供於液晶配向劑的製備,也可在單獨分離出聚醯亞胺的基礎上供於液晶配向劑的製備,或也可在精製了單獨分離出的聚醯亞胺的基礎上供於液晶配向劑的製備。這些精製操
作可按照公知方法來進行。
如以上那樣操作而獲得的本發明中的聚醯胺酸或醯亞胺化聚合物(以下亦稱為特定聚合物)較佳在將其製成濃度10重量%的溶液時具有10~800mPa.s的溶液黏度,更佳為具有15~500mPa.s的溶液黏度。
上述特定聚合物的溶液黏度(mPa.s)為:在25℃使用E型旋轉黏度計,對使用該特定聚合物的良溶劑(例如γ-丁內酯、N-甲基-2-吡咯啶酮等)而製備出的濃度10重量%的聚合物溶液進行測定得到的值。
本發明的液晶配向膜含有上述那樣的特定聚合物作為必需成分,但是也可根據需要含有其它的成分。作為上述其它的成分,例如可列舉出其它的聚合物、在分子內具有至少一個環氧基之化合物(以下稱為「環氧化合物」)、官能性矽烷化合物等。
上述其它的聚合物可用於改善溶液特性以及電特性。上述的其它的聚合物為除了特定聚合物以外的聚合物,例如可列舉出:使不含芳香族四羧酸二酐的四羧酸二酐與包含二胺(D-1)的二胺進行反應而獲得的聚醯胺酸(以下稱為「其它的聚醯胺酸(1)」)、對該聚醯胺酸進行脫水閉環而成的聚醯亞胺(以下稱為「其它的聚醯亞胺(1)」)、使不含二胺(D-1)的二胺與四羧酸二酐進行反應而獲得的聚醯胺酸(以下稱為「其它的聚醯胺酸(2)」)、對
該聚醯胺酸進行脫水閉環而成的聚醯亞胺(以下稱為「其它的聚醯亞胺(2)」)、聚醯胺酸酯、聚酯、聚醯胺、聚矽氧烷、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。該等之中,較佳為其它的聚醯胺酸(1)、其它的聚醯胺酸(2)、其它的聚醯亞胺(1)或其它的聚醯亞胺(2),更佳為其它的聚醯胺酸(1)或其它的聚醯胺酸(2)。
作為用於合成上述其它的聚醯胺酸(1)、(2)或其它的聚醯亞胺(1)、(2)的四羧酸二酐,可列舉出與作為用於合成特定聚合物的四羧酸二酐而在以上敍述的四羧酸二酐同樣的四羧酸二酐,較佳為使用由1,2,3,4-環丁烷四酸二酐、苯均四酸二酐、2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐以及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-1,3-二酮組成的群中選出的至少一種。
作為用於合成上述其它的聚醯胺酸(1)、(2)或其它的聚醯亞胺(1)、(2)的二胺,可列舉出與作為用於合成特定聚合物的二胺而在以上敍述的二胺同樣的二胺。較佳為使用選自4,4’-二胺基二苯基甲烷、2,2’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯、膽甾烷氧基-2,4-二胺基苯、3,5-二胺基苯甲酸以及1,4-雙-(4-胺基苯基)-哌所組成的群組中的至少一種。
將其它的聚合物添加於液晶配向劑的情況下,相對於液晶配向劑中的全聚合物量,其摻合比率較佳為95重量%以下,更佳為0.1~90重量%,更加較佳為0.1~85重量%。
作為上述環氧化合物,例如可列舉出: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、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、2,2-二溴代新戊二醇二縮水甘油醚、N,N,N’,N’-四縮水甘油基間二甲苯二胺、1,3-雙(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)環己烷、N,N,N’,N’-四縮水甘油基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、N,N-二縮水甘油基-苄胺、N,N-二縮水甘油基-胺基甲基環己烷、N,N-二縮水甘油基-環己胺等作為較佳的環氧化合物。
將這些環氧化合物添加於液晶配向劑的情況下,相對於液晶配向劑中所含的聚合物的總量100重量份,其摻合比率較佳為40重量份以下,更佳為0.1~30重量份。
作為上述官能性矽烷化合物,例如可列舉出: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-脲丙基三甲氧基矽烷、3-脲丙基三乙氧基矽烷、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亞乙基三胺、N-三甲氧基甲矽烷基丙基三亞乙基三胺、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、9-三甲氧基甲矽烷基-3,6-二氮雜壬烷酸甲酯、9-三乙氧基甲矽烷基-3,6-二氮雜壬烷酸甲酯、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、環氧丙氧基甲基三甲氧基矽烷、環氧丙氧基甲基三乙氧基矽烷、2-環氧丙氧基乙基三甲氧基矽烷、2-環氧丙氧基乙基三乙氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷等。
將這些官能性矽烷化合物添加於液晶配向劑的情況下,相對於聚合物的總量100重量份,其摻合比率較佳為2重量份以下,更佳為0.02~0.2重量份。
關於本發明的液晶配向劑,藉由使特定聚合物以及根據需要而任意摻合的其它的添加劑、較佳為溶解含於有機溶劑中而構成。
作為本發明的液晶配向劑中使用的有機溶劑,例如可列舉出:N-甲基-2-吡咯啶酮、γ-丁內酯、γ-丁內醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇單甲醚、乳酸丁酯、乙酸丁酯、甲基甲氧基丙酸酯、乙基乙氧基丙酸酯、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(丁基賽璐蘇)、乙二醇二甲醚、乙二醇乙基醚乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單甲醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、二異丁基酮、異戊基丙酸酯、異戊基異丁酸酯、二異戊基醚、碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯等。該等可單獨使用,或者可混合兩種以上而使用。
本發明的液晶配向劑中的固體含量濃度(除了液晶配向劑的溶劑以外的成分的合計重量在液晶配向劑的總重量中所占的比例)藉由考慮黏性、揮發性等而適當選擇,但是較佳為1~10重量%的範圍。即,本發明的液晶配向劑按照後述的方式塗布於基板表面,較佳為藉由加熱而形成作為液晶配向膜的塗膜或者要成為液晶配向膜的塗膜,但是在固體含量濃度不足1重量%時,此塗膜的膜厚變得過小而無法獲得良好的液晶配向膜,另一方面在固體含量濃度超過10重量%時,塗膜的膜厚變得過大而無法獲得良好的液晶配向膜,另外,液晶配向劑的黏性增大而塗布特性變差。
特佳的固體含量濃度的範圍,因在基板上塗布液晶配向劑時使用的方法而不同。例如在基於旋轉法時特佳為固體含量濃度為1.5~4.5重量%的範圍。在基於印刷法的情況下,特佳為使固體含量濃度為3~9重量%的範圍,由此使溶液黏度為12~50mPa.s的範圍。在基於噴墨法的情況下,特佳為使固體含量濃度為1~5重量%的範圍,由此使溶液黏度為3~15mPa.s的範圍。
製備本發明的液晶配向劑時的溫度較佳為10~50℃
,更佳為20~30℃。
本發明的液晶配向膜由上述的液晶配向劑形成。另外,本發明的液晶顯示元件具備該液晶配向膜。關於液晶顯示元件中的工作模式,可適用於IPS型、TN型、STN型這樣的水平配向型,也可適用於VA型這樣的垂直配向型。
以下,說明本發明的液晶顯示元件的製造方法,並且在該說明之中也說明本發明的液晶配向膜的製造方法。本發明的液晶顯示元件可藉由例如以下(P1)~(P3)的步驟來製造。
首先在基板上塗布本發明的液晶配向劑,接著加熱塗布面而在基板上形成塗膜。
(P1-1)製造TN型、STN型或VA型液晶顯示元件的情況下,將二張設置有圖案化的透明導電膜的基板作為一對,在其各透明性導電膜形成面上較佳為藉由膠版印刷法、旋塗法、輥塗法或噴墨印刷法分別塗布本發明的液晶配向劑,接著,對各塗布面進行加熱(較佳為包括預備加熱(預烘烤)以及燒成(後烘烤)的二步驟加熱)而形成塗膜。此處,本發明的液晶配向劑由於印刷性優異,因而採用膠版印刷法作為塗布方法,這是從最大限度發揮本發明的優異效果的觀點考慮是較佳的。
作為基板,例如可使用:浮法玻璃、鈉玻璃等之玻璃基材,聚萘二甲酸乙二醇酯、纖維素三乙酸酯(TAC)
、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚醚碸、聚醯胺、聚醯亞胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚(脂環式烯烴)等塑料所形成的透明基板。
作為設置於基板的一面的透明導電膜,可使用由氧化錫(SnO2
)形成的NESA膜(美國PPG公司註冊商標)、由氧化銦-氧化錫(In2
O3
-SnO2
)形成的ITO膜等,為了獲得圖案化的透明導電膜,可基於例如如下方法:形成無圖案的透明導電膜後藉由光刻形成圖案的方法、在形成透明導電膜時使用具有所希望的圖案的光罩的方法等。在塗布液晶配向劑時,為了進一步使基板表面及透明導電膜與塗膜的黏接性為良好,可實施如下前處理,即在基板表面之中的要形成塗膜的面上預先塗布官能性矽烷化合物、官能性鈦化合物等的前處理。
對於液晶配向劑塗布後的塗布面,接著進行預備加熱(預烘烤),進一步進行燒成(後烘烤)而形成塗膜。預烘烤溫度較佳為30~200℃,更佳為40~150℃,特佳為40~100℃。預烘烤時間較佳為0.25~10分鐘,更佳為0.5~5分鐘。燒成(後烘烤)溫度較佳為80~300℃,更佳為120~250℃。後烘烤時間較佳為5~200分鐘,更佳為10~100分鐘。藉由這樣操作,所形成的膜的膜厚較佳為0.001~1μm,更佳為0.005~0.5μm。
(P1-2)另一方面,製造IPS型液晶顯示元件的情況下,在設置有梳齒型地圖案化的透明導電膜的基板的導電膜形成面和未設置導電膜的對向基板的一面上,分別塗布本發明的液晶配向劑,接著加熱各塗布面而形成塗膜
。關於此時所使用的基板及透明導電膜的材質、塗布方法、塗布後的加熱條件、透明導電膜的圖案化方法、基板的前處理以及形成的塗膜的較佳的膜厚,與上述(P1-1)相同。
在上述(P1-1)和(P1-2)的任一種情況下,皆可在基板上塗布了液晶配向劑後,去除有機溶劑而形成要成為配向膜的塗膜。在此情況下,在形成塗膜後進一步進行加熱,從而進行脫水閉環反應,可製成更加醯亞胺化的塗膜。
在製造TN型、STN型或IPS型液晶顯示元件的情況下,對於如上述那樣操作而形成的塗膜例如實施如下摩擦處理,即,利用捲繞有由尼龍、人造絲、棉等纖維形成的布的輥在一定方向進行摩擦處理。由此,將液晶分子的配向功能賦予於塗膜而製成液晶配向膜。
進一步,對於上述的液晶配向膜,進行藉由將紫外線照射於液晶配向膜的一部分而改變液晶配向膜的一部分區域的預傾角的處理或進行在液晶配向膜表面的一部分上形成抗摩擦膜的基礎上在與之前的摩擦處理不同的方向上進行了摩擦處理後去除抗摩擦膜的處理,使得液晶配向膜在各個區域具有不同的液晶配向功能,從而可改善所獲得的液晶顯示元件的視界特性。
另外,在製造VA型液晶顯示元件的情況下,可直接將由上述步驟(1)形成的塗膜用作液晶配向膜,也可實施上述的摩擦處理。
為了在基板間配置液晶,例如列舉出以下兩種方法。
第一種方法為歷來已知的方法。首先,按照各個的液晶配向膜為對向的方式隔著間隙(胞間隙)將兩張基板對向配置,使用密封劑將兩張基板的周邊部貼合,在由基板表面以及密封劑區劃的胞間隙內注入填充液晶後,封住注入孔,從而可製造液晶胞。
第二種方法為稱作ODF(液晶滴下)方式的技術,在形成液晶配向膜的兩張基板之中的一張基板上的規定的部位上塗布例如紫外光硬化性的密封材料,進一步在液晶配向膜面上滴加液晶,然後按照液晶配向膜為對向的方式貼合另一張基板,接著在基板的整面照射紫外光使密封劑硬化,從而可製造液晶胞。
在基於任一種方法的情況下,較佳的是皆對於如上述那樣製造的液晶胞,進一步加熱至所使用的液晶成為各向同性相的溫度,然後緩緩冷卻至室溫,從而去除液晶注入時的流動取向。
作為密封劑,例如可使用含有硬化劑以及作為間隔物的氧化鋁球的環氧樹脂等。
作為液晶,可列舉出向列型液晶以及層列型液晶,其中較佳為向列型液晶,例如可使用席夫鹼類液晶、氧化偶氮類液晶、聯苯類液晶、苯基環己烷類液晶、酯類液晶、三聯苯類液晶、聯苯基環己烷類液晶、嘧啶類液晶、二烷類液晶、雙環辛烷類液晶、立方烷類液晶等。另外,也可在這些液晶中添加例如氯化膽甾醇、膽甾
醇壬酸酯、膽甾醇碳酸酯等之膽甾醇型液晶;作為商品名「C-15」、「CB-15」(Merck公司製)而銷售的那樣的手性劑;對癸氧基亞苄基-對胺基-2-甲基丁基桂皮酸酯等鐵電性液晶等而使用。
在液晶胞的外側表面貼合偏光板,可獲得本發明的液晶顯示元件。作為偏光板,可列舉出:一邊使聚乙烯醇拉伸取向一邊吸收碘而得到的稱為「H膜」的偏光膜經由乙酸纖維素保護膜夾持而得到的偏光板,或者由H膜本身形成的偏光板。
本發明的液晶顯示元件可有效適用於各種裝置,例如可用於鐘錶、攜帶式遊戲機、文字處理機、筆記本式電腦,車載導航系統、可攜式攝像機、PDA、數位相機、手機、各種監控器、液晶電視等的顯示裝置。
以下,藉由實施例來更具體說明本發明,但本發明不受限於這些實施例。
首先,以下說明各種二胺化合物(D-1)的合成例1~4。另外,根據需要以下述的規模反覆進行合成,從而確保了其後的聚醯亞胺的合成例中的必需量。
按照下述合成示意圖,合成了N,N-雙(4-胺基苯基)-對甲基苯胺(以下稱為化合物(d-1))。
向300ml三口燒瓶中,在氮氣環境下,混合4-氟硝基苯21.2g(0.15莫耳)、氟化銫27.4g(0.18莫耳)、4-甲基苯胺8.0g(0.0745莫耳)、二甲基亞碸75ml,在110℃攪拌反應6小時。其後,將反應溶液與乙醇800ml混合並攪拌1小時。將析出物過濾、乾燥,獲得了中間體11.2g。
接著,在300ml三口燒瓶中,在氮氣環境下,混合藉由上述而合成的中間體11.2g(0.025莫耳)、Pd/C 9.1g、四氫呋喃150ml,在70℃加熱攪拌了1小時。其後加入了肼一水合物15ml後,在氮氣環境下在80℃攪拌反應3小時。其後,藉由過濾去除催化劑,將濾液濃縮、乾燥。藉由管柱層析法(氯仿/丙酮=10/1)將所獲得的黏性液體精製,濃縮、乾燥後,獲得化合物(d-1)4.0g。
按照下述合成示意圖,合成了N,N-雙(4-胺基苯基)-對辛基苯胺(以下稱為化合物(d-2))。
在300ml三口燒瓶中,在氮氣環境下,混合4-氟硝基苯21.2g(0.15莫耳)、氟化銫27.4g(0.18莫耳)、4-辛基苯胺15.3g(0.0745莫耳)、二甲基亞碸75ml,在110℃攪拌反應6小時。其後,將反應溶液與乙醇800ml混合並攪拌1小時。將析出物過濾、乾燥,獲得了中間體11.2g。
接著,在300ml三口燒瓶中,在氮氣環境下,混合藉由上述而合成的中間體11.2g(0.025莫耳)、Pd/C 9.1g、四氫呋喃150ml,在70℃加熱攪拌1小時。其後加入了肼一水合物15ml後,在氮氣環境下在80℃攪拌反應3小時。其後,藉由過濾去除催化劑,將濾液濃縮、乾燥。藉由管柱層析法(氯仿/丙酮=10/1)將所獲得的黏性液體精製,濃縮、乾燥後,獲得化合物(d-2)5.3g。
按照下述合成示意圖,合成了N,N-雙(4-胺基苯基)-苯胺(以下稱為化合物(d-3))。
在300ml三口燒瓶中,在氮氣環境下,混合4-氟硝基苯40.6g(0.288莫耳)、苯胺12.8g(0.137莫耳)、氟化銫50.0g(0.329莫耳)、二甲基亞碸100ml,在110℃攪拌反應3天。其後,向反應液中注入水,從而過濾析出物,用水及乙醇洗滌,乾燥,獲得中間體34.5g。
接著,在300ml三口燒瓶中,在氮氣環境下混合藉由上述而合成的中間體34.1g(0.102莫耳)、Pd/C 2.54g、四氫呋喃200ml、乙醇200ml,加入了肼一水合物25.4ml後,在室溫下1小時,以70℃攪拌反應2天。其後,藉由過濾去除催化劑,追加乙酸乙酯500ml並且用蒸餾水300ml進行4次洗滌,濃縮。藉由再結晶將所獲得的粉末精製(在90℃溶解於乙酸乙酯270ml後加入己烷150ml並且放冷),進一步將濾液濃縮.再結晶(在80℃溶解於乙酸乙酯60ml後加入己烷40ml並且放冷),從而最終獲得23.5g化合物(d-3)。
按照下述合成示意圖,合成了N,N-雙(4-胺基苯基)-甲基胺(以下稱為化合物(d-4))。
在300ml三口燒瓶中,在氮氣環境下,混合4-氟硝基苯18.6g(0.132莫耳)、N-甲基-4-硝基苯胺18.3g(0.12莫耳)、碳酸鉀18.2g(0.132莫耳)、二甲基乙醯胺120ml,在110℃攪拌反應3天。其後,在反應液中注入水,過濾析出物,並用水及乙醇洗滌、乾燥,而獲得中間體28.4g。
接著,在300ml三口燒瓶中,在氮氣環境下,混合藉由上述而合成的中間體28.1g(0.103莫耳)、Pd/C 3.08g、四氫呋喃200ml、乙醇200ml,加入了肼一水合物30.8ml後,在室溫下攪拌反應30分鐘,在70℃攪拌反應3天(途中追加Pd/C 1g+2g、肼10ml+10ml)。其後,藉由過濾去除催化劑,追加乙酸乙酯500ml並且用蒸餾水500ml進行4次洗滌、濃縮。乾燥所獲得的粉末,而獲得21.3g化合物(d-4)。
以下的合成例中的聚醯亞胺的醯亞胺化率、以及溶液黏度根據以下方法測定。
在室溫下將聚醯亞胺減壓乾燥後,溶解於氘代二甲基亞碸,將四甲基矽烷作為基準物質在室溫下測定1
H-NMR(核磁共振裝置(商品名:JNM-ECX400,日本電子公司製)),根據下述式(i)所示的公式來求出。
醯亞胺化率(%)=(1-A1
/A2
×α)×100 (i)
A1
:源自NH基的質子的波峰面積(10ppm)
A2
:源自其它的質子的波峰面積
α:聚醯胺酸中,相對於一個NH基的質子之其它質子的個數比例
聚合物的溶液黏度(mPa.s)係藉由在25℃使用E型旋轉黏度計對使用規定的溶劑稀釋為規定的固體含量濃度的溶液進行測定。
將作為二胺化合物的N,N-雙(4-胺基苯基)-對辛基苯胺1.78g(4.58毫莫耳)、4,4’-二胺基二苯基甲烷0.82g(4.12毫莫耳)、4-胺基苯基4-胺基苯甲酸酯1.57g(6.87毫莫耳)、1-(2-丙炔基氧基)-2,4-苯二胺0.74g(4.58毫莫耳)、十四烷氧基-2,4-二胺基苯0.73g(2.29毫莫耳)、3,6-雙(4-胺基苯甲醯氧基)膽甾烷0.29g(0.46毫莫耳)溶解於N-甲基-2-吡咯啶酮44g後,加入作為四羧酸二酐的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐4.57g(20.4毫莫耳),在60℃反應3小時。其後,加入苯均四酸二酐0.49g(2.27毫莫耳),在常溫下反應1小時後,加入N-甲基-2-吡咯啶酮55g進行稀釋,獲得固體含量濃度10%的溶液黏度30mPa.s的聚醯胺酸溶液約110g。
接著,添加吡啶9.0g及乙酸酐6.9g並且在110℃脫水閉環4小時。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(本操作中將醯亞胺化反應中使用
的吡啶、乙酸酐去除到體系外),獲得約100g固體含量濃度10重量%、溶液黏度33mPa.s、醯亞胺化率83%的含聚醯亞胺的溶液。
對於合成例6~21及比較合成例1~2,除了如下述表1那樣將所使用的單體的種類、組成比設定這一點以及以下的(1)、(2)以外,與合成例5同樣地操作,製備含聚醯亞胺的溶液。另外,表1中,各四羧酸二酐的[mol%]表示相對於四羧酸二酐總量的含量,各二胺的[mol%]表示相對於二胺總量的含量。
(1)關於溶解各種二胺的溶劑,在合成例16中為N-甲基-2-吡咯啶酮760g以及γ-丁內酯760g,在合成例17中為N-甲基-2-吡咯啶酮22g以及γ-丁內酯22g。另外,在製備聚醯胺酸溶液後為了稀釋而加入的N-甲基-2-吡咯啶酮的量在合成例16中為1900g。
(2)關於吡啶以及乙酸酐的添加量,在合成例10、比較合成例2中為9.3g以及7.2g;在合成例11、12中為9.5g以及7.4g;在合成例13~15中為9.4g以及7.2g,在合成例16中為311.1g以及240.9g;在合成例17中為9.0g以及6.9g;在合成例18、21中為8.9g以及6.9g;在合成例19、20中為8.5g以及6.6g;在比較合成例1中為10.0g以及7.7g。
表1中,各化合物的略稱分別如下。
t-1:苯均四酸二酐
t-2:2,5-三氟甲基苯均四酸二酐
t-3:苯-1,4-二基雙(1,3-二側氧-1,3-二氫-2-苯并呋喃-5-羧酸酯)
t-4:乙二醇二苯甲酸酯四酸二酐
t-5:2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐
d-1:N,N-雙(4-胺基苯基)-對甲基苯胺
d-2:N,N-雙(4-胺基苯基)-對辛基苯胺
d-3:N,N-雙(4-胺基苯基)-苯胺
d-4:N,N-雙(4-胺基苯基)-甲胺
d-5:4,4’-二胺基二苯基甲烷
d-6:4-胺基苯基4-胺基苯甲酸酯
d-7:1-(2-丙炔基氧基)-2,4-苯二胺
d-8:十四烷氧基-2,4-二胺基苯
d-9:3,6-雙(4-胺基苯甲醯氧基)膽甾烷
d-10:4,4’-[4,4’-丙烷-4,4-丙烷-1,3-二基雙(哌啶-1,4-二基)]二苯胺
d-11:對苯二胺
d-12:雙胺基丙基四甲基二矽氧烷
將作為四羧酸二酐的1,2,3,4-環丁烷四酸二酐200g(1.0莫耳)、作為二胺的2,2’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯210g(1.0莫耳)溶解於N-甲基-2-吡咯啶酮370g、γ-丁內酯3300g中,在40℃反應3小時,從而獲得固體含量濃度10重量%、溶液黏度160mPa.s的聚醯胺酸溶液。
在上述合成例5所得的含聚醯亞胺溶液中,加入γ-丁內酯(BL)、N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)及丁基賽璐蘇(BC),進一步相對於聚合物的總量100重量份,加入2重量份作為環氧化合物的N,N,N’,N’-四縮水甘油基-4,4’-二胺基二苯基甲烷而進行充分攪拌,製成溶劑組成為BL:NMP:BC=75:10:15(重量比)、固體含量濃度5.0重量%的溶液。使用孔徑1μm的過濾器將此溶液過濾,從而製備液晶配向劑。
除了使用表2中記載的聚合物以外,與實施例1同樣地操作,製備實施例2~19和比較例1~2的液晶配向劑。
使用液晶配向膜印刷機(日本寫真印刷(股)製),將製備出的實施例1~19和比較例1~2的各液晶配向劑塗布於帶有由ITO膜形成的透明電極的玻璃基板的透明電極面,在80℃的熱板上進行1分鐘加熱(預烘烤)而去除溶劑,然後在200℃的熱板上進行10分鐘加熱(後烘烤),形成了平均膜厚600Å的塗膜。用倍率20倍的顯微鏡觀察此塗膜而調查了印刷不均勻以及小孔的有無。沒有縮孔、塗布不均勻的情況為「良好」,除此以外的情況為「不良」。
對於上述實施例1~19和比較例1~2的各塗膜,使用蝕針式膜厚計(KLA-Tencor公司製)分別測定了基板的中央部處的膜厚和從基板的外側端靠近中央15mm的位置處的膜厚。兩者的膜厚差為20Å以下的情況為膜厚均勻性「良好」,膜厚差超過20Å的情況評價為膜厚均勻性「不良」。
對於如上述所得的實施例1~19和比較例1~2的各塗膜,藉由具有捲繞人造絲布的輥的摩擦機械以輥轉速400rpm、載物台移動速度3cm/秒、絨毛擠入長度0.5mm進行摩擦處理,賦予了液晶配向功能。其後,對於各塗膜中的每個,在超純水中進行1分鐘超音波洗滌,接著在100℃潔淨烘箱中乾燥10分鐘,從而獲得具有液晶配向膜的基板,並且進一步反覆進行此操作,獲得了一對(兩張)具有液晶配向膜的基板。
接著,對於如上述所得的實施例1~19和比較例1~2的各一對基板,在上述一對基板中的具有液晶配向膜的任一張基板的外緣上塗布含有直徑3.5μm的氧化鋁球的環氧樹脂黏接劑,然後按照液晶配向膜面為相對的方式重疊並壓接,使黏接劑硬化。接著,從液晶注入口在一對的基板間填充向列型液晶(Merck公司製,MLC-6221),然後用丙烯酸類光硬化黏接劑封住液晶主入口,從而製造了液晶顯示元件。
藉由光學顯微鏡觀察如上述所製造的實施例1~19和
比較例1~2的各液晶顯示元件時,將觀察不到光洩漏的情況評價為液晶配向性「良好」,將觀察到光洩漏的情況評價為液晶配向性「不良」。
對於如上述所製造的實施例1~19和比較例1~2的各液晶顯示元件,在高溫環境(60℃)下,以DC1V、10Hz的三角波驅動1天后,利用閃變消去法測定了殘留DC值。測定是對停止驅動後即刻的初始殘留DC值、以及殘留DC值隨時間變化的傾斜度所相關的緩和速度(mV/sec)進行測定。初始殘留DC值以1000mV以下而緩和的情況為DC殘影特性良好,不緩和的情況為不良。
對於如上述所製造的實施例1~19和比較例1~2的各液晶顯示元件,依照「T.J.Scheffer等J.Appl.Phys.第48卷,第1783頁(1977)」、以及「F.Nakano等,JPN.J.Appl.Phys.第19卷,第2013頁(1980)」中記載的方法,藉由使用He-Ne雷射光的結晶旋轉法測定以AC9V、在室溫下驅動13小時後的預傾角(驅動後預傾角θac),並且根據下述式(ii)算出預傾角變化率α[%]。將預傾角變化率α不足3%的情況評價為「良好」、將其以上的情況評價為「不良」。以上述評價為AC殘影特性評價。
α=(θac-θini)/θini×100[%] (ii)
對於如上述所製造的實施例1~19和比較例1~2的各液晶顯示元件,測定了在背光電燈下經過應力施加100
小時後的電壓保持率的變化率(△VHR)。關於電壓保持率,以60微秒的施加時間、1670毫秒的間距對液晶顯示元件施加1V的電壓後,測定了施加解除之後1670毫秒後的電壓保持率。測定裝置使用TOYO Technica(股)製VHR-1。將的變化率(△VHR)為2%以內的情況判斷為良,將其以外的情況判斷為不良。
將實施例1~19和比較例1~2的評價結果與各組成一同示於下述表2。
如表2所示,實施例1~19和比較例1~2中任一的印刷性、膜厚均勻性、及液晶配向性都為良好。另外,實施例1~19中任一的DC殘影特性、AC殘影特性及可靠性也都為良好。相對於此,比較例1的DC殘影特性、AC殘影特性以及可靠性中的任一都為不良;比較例2的AC殘影特性為良好,但DC殘影特性及可靠性為不良。
另外,關於實施例1~19,與相對於四羧酸二酐的總量,芳香族四羧酸二酐的莫耳比為5莫耳%的實施例2及2莫耳%的實施例3、以及相對於二胺的總量,二胺(D-1)的莫耳比為5莫耳%的實施例7及2莫耳%的實施例8相比而言,任一莫耳比皆為10莫耳%以上的實施例1、4~6、9~19的殘留DC值的緩和速度是特佳的值。
Claims (7)
- 一種液晶配向劑,其特徵在於:含有選自由四羧酸二酐與二胺進行反應而得之聚醯胺酸及其醯亞胺化聚合物所組成的群組中的至少一種聚合物,該四羧酸二酐包含結合於芳香環的至少一個羧基且4個羧基進行分子內脫水而獲得的芳香族四羧酸二酐,且相對於四羧酸二酐的總量,該芳香族四羧酸二酐的比率為2~50莫耳%,該二胺包含由下述式(1)所示之化合物,
- 如申請專利範圍第1項之液晶配向劑,其中該B為碳原子數1~6的烷基、或可具有取代基的芳基,該烷基可具有取代基,部分亞甲基可經氧原子、羰基或-COO-取代。
- 如申請專利範圍第1或2項之液晶配向劑,其中該A為可 具有取代基的伸苯基。
- 一種液晶配向膜,其藉由如申請專利範圍第1至3項中任一項之液晶配向劑而形成。
- 一種液晶顯示元件,其具備如申請專利範圍第4項之液晶配向膜。
- 一種聚醯胺酸,其特徵在於:其為四羧酸二酐與二胺進行反應而獲得的聚醯胺酸,該四羧酸二酐包含結合於芳香環的至少一個羧基且4個羧基進行分子內脫水而獲得的芳香族四羧酸二酐,且相對於四羧酸二酐的總量,該芳香族四羧酸二酐的比率為2~50莫耳%,該二胺包含由下述式(1)所示之化合物,
- 一種聚醯亞胺,其係藉由對如申請專利範圍第6項之聚醯胺酸進行脫水閉環而成。
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