TWI504643B - 液晶顯示元件及其製造方法 - Google Patents

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Shigeo Shimizu
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Description

液晶顯示元件及其製造方法
本發明係關於液晶配向劑、液晶顯示元件以及液晶顯示元件的製造方法。
近年來,液晶顯示元件由於具有消耗電力少、小型化及扁平化容易等優點,因此被應用於從手機等小型液晶顯示裝置到液晶電視等大螢幕液晶顯示裝置的廣泛用途中。
以液晶顯示裝置的驅動模式而言,目前根據液晶分子的配向(排列)狀態的變化,已知有TN(扭曲向列)、STN(超扭曲向列)、IPS(橫向電場切換)、VA(垂直配向)等。另外,就VA模式而言,為了藉由配向分割來提高視角,採用有MVA(多域垂直配向)方式、PVA(圖像垂直配向)方式,為了進一步提高高速反應性、面板開口率,正在研究採用PSA(聚合物穩定配向)方式。
此PSA方式是指先將可藉由光或熱聚合的單體混入液晶,施加電壓使單體在液晶分子傾斜的狀態下聚合,因而記憶住液晶分子的傾斜方向的技術(參照日本特開2002-357830、日本特開2003-307720、日本特開2003-177418)。就使用PSA方式的液晶顯示元件而言,由於例如液晶分子是在相對於基板界面而極小地傾斜的狀態下被支撐著,因此在施加電壓時,可將液晶分子確實地倒向該傾斜方向,其結果是反應速度變快。
這樣的液晶顯示元件中的液晶分子的配向狀態被液晶配向膜控制,液晶配向膜在相當大的程度上擔負著液晶顯示元件的功能特性的顯現及控制。在PSA方式方面,為了提高反應速度等功能,雖然開發一種規定用於形成此液晶配向膜的液晶配向劑的組成的液晶顯示裝置(日本特開2006-215326),但是為了反應速度等的高性能化,要求更進一步的改善。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2002-357830
[專利文獻2]日本特開2003-307720
[專利文獻3]日本特開2003-177418
[專利文獻4]日本特開2006-215326
本發明基於如上述的情形而進行,其目的在於提供一種可形成高速反應性等各種特性優異的PSA方式的液晶顯示元件的液晶配向劑、一種具備由該液晶配向劑形成的液晶配向膜的PSA方式的液晶顯示元件以及這樣的液晶顯示元件的製造方法。
為了解決上述課題而開發的發明為一種形成PSA方式的液晶顯示元件中的液晶配向膜用的液晶配向劑,含有[A]具有由下述式(1)表示的基團的化合物(以下,亦稱為「[A]化合物」),
(式(1)中,R1 為至少具有兩個單環結構的基團。R2 為包含雙鍵、三鍵、醚鍵、酯鍵或氧原子的連結基團。a為0~1的整數。)
該液晶配向劑含有[A]化合物,該[A]化合物具備具有介電各向異性的上述基團,液晶分子的配向控制性優異。由此,具備使用該液晶配向劑而形成的液晶配向膜的PSA方式的液晶顯示元件中,液晶分子的配向性良好且可縮短反應時間。
[A]化合物可具有源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分、源自由下述式(2)表示的化合物(以下,亦稱為「特定羧酸」)的部分,
(式(2)中,R1 、R2 以及a與上述式(1)同義。R3 為亞甲基、碳原子數2~30的伸烷基、伸苯基或伸環己基,這些基團亦可進一步具有取代基。)
根據該液晶配向劑,通過利用環氧基與羧基的反應性,而可容易向作為主鏈的聚有機矽氧烷中導入作為側鏈的由上述式(1)表示的具有介電各向異性的結構,以作為[A]化合物。因此,該液晶配向劑可有效地對所獲得的液晶顯示元件賦予高速反應性。
上述R1 可以是由下述式(3)表示的基團,
(式(3)中,R4 為氫原子、氰基、氟原子、三氟甲基、烷氧基羰基、烷基、烷氧基、三氟甲氧基或烷基羰基氧基。R5 為從苯、聯苯、萘、環己烷、雙環己烷、環己基苯或雜環化合物去除(b+1)個氫原子的(b+1)價的基團,這些基團亦可進一步具有取代基。R6 為包含亞甲基、碳原子數2~10的伸烷基、雙鍵、三鍵、醚鍵、酯鍵以及雜環中的任一個的連結基團,這些基團亦可進一步具有取代基。R7 各自獨立地為伸苯基、伸聯苯基、萘基、伸環己基、雙伸環己基、伸環己基伸苯基或雜環,這些基團亦可進一步具有取代基。b為1~9的整數。在b為2以上的情況下,多個R4 可以相同也可不同。c為0~1的整數。d為1~2的整數。在d為2的情況下,多個R6 、R7 以及c各自可以相同也可以不同。)
藉由向該液晶配向劑的[A]化合物導入由上述式(3)表示的結構,而可使獲得的液晶顯示元件的反應性更高速化。
上述環氧基可以是由下述式(X1 -1)或(X1 -2)表示的基團,
(式(X1 -1)中,A為氧原子或單鍵。h為1~3的整數。i為0~6的整數。但是在i為0的情況下,A為單鍵。式(X1 -2)中,j為0~6的整數。)
藉由在上述聚有機矽氧烷中包含由上述式(X1 -1)或(X1 -2)表示的基團,而易於向該液晶配向劑的[A]化合物導入由上述式(1)表示的基團。
該液晶配向劑可進一步含有[B]由包含聚醯胺酸及聚醯亞胺的群組中選出的至少一種聚合物(以下,亦稱為「[B]聚合物」)。使用含有[B]聚合物的液晶配向劑而形成液晶配向膜時,可獲得更加改善高速反應性的液晶顯示元件。
本發明的液晶顯示元件為具備由該液晶配向劑形成的液晶配向膜的PSA方式的液晶顯示元件。根據該液晶顯示元件,通過由上述液晶配向劑形成液晶配向膜,從而液晶配向性高,並且可發揮優異的高速反應性。
本發明的液晶顯示元件的製造方法為PSA方式的液晶顯示元件的製造方法,其具有以下步驟:在具有透明電極的一對基板的各內側由該液晶配向劑形成液晶配向膜的步驟,將上述一對基板對向配置使得內側彼此面對面,在該基板之間填充聚合性液晶組合物的步驟,以及在施加電壓的狀態下使上述聚合性液晶組合物硬化的步驟。
根據該製造方法,通過由上述液晶配向劑形成液晶配向膜,而可製造液晶配向性高、且具有優異的高速反應性的PSA方式的液晶顯示元件。
如以上說明,根據本發明的液晶配向劑,可形成高速反應性等各種特性優異的PSA方式的液晶顯示元件。另外,本發明的液晶顯示元件,作為PSA方式的元件,可發揮高的反應性等。根據本發明的製造方法,可製造具備高的反應性等的PSA方式的液晶顯示元件。
[實施發明之形態]
以下,對本發明的液晶配向劑、液晶顯示元件以及液晶顯示元件的製造方法的實施形態進行詳述。
<液晶配向劑>
本發明的液晶配向劑係一種形成PSA方式的液晶顯示元件中的液晶配向膜用的液晶配向劑,其特徵在於含有[A]化合物。另外,該液晶配向劑可含有[B]聚合物等後述的「其它的聚合物」。進一步,該液晶配向劑也可在不損害本發明的效果的範圍含有其它的任意成分。以下對各成分進行詳述。
<[A]化合物>
[A]化合物為具有由上述式(1)表示的基團的化合物。由上述式(1)表示的基團具有介電各向異性,包含[A]化合物的液晶配向劑在液晶分子的配向控制性方面優異。因此,就具備使用該液晶配向劑而形成的液晶配向膜的PSA方式的液晶顯示元件而言,液晶分子的配向性良好且可縮短反應時間。
上述式(1)中,R1 為至少具有兩個單環結構的基團,較佳為顯現正或負的介電各向異性。單環結構是指一個環結構獨立於其它的環結構而存在,並且一個環結構的鍵與其它的環結構共有的不具有所謂的縮合環結構的結構。另外,以單環結構而言,可以是脂環式結構、芳香環式結構、雜環式結構中的任一個,也可組合該等而具有。
R1 只要是至少具有兩個單環結構的基團,則沒有特別限定,但是代表性地說R1 較佳為由上述式(3)表示的基團。藉由向該液晶配向劑的[A]化合物的側鏈中導入由上述式(3)表示的結構,而可使獲得的液晶配向元件的電光學反應性進一步高速化。
上述式(3)中,R4 為氫原子、氰基、氟原子、三氟甲基、烷氧基羰基、烷基、烷氧基、三氟甲氧基以及烷基羰基氧基中的任一個。作為烷氧基羰基,可列舉例如:甲氧基羰基、乙氧基羰基、丙氧基羰基等;作為烷基,可列舉例如:甲基、乙基、丙基、正丁基、異丁基等碳原子數為1~20的直鏈或支鏈狀烷基等;作為烷氧基,可列舉例如:甲氧基、乙氧基、丙氧基等;作為烷基羰基氧基,可列舉例如:甲基羰基氧基、乙基羰基氧基等。
在上述式(3)中,在R4 為多個的情況下,也可組合各不相同的基團而使用。以在具有多個R4 的情況下的組合而言,為了穩定地顯現所希望的介電各向異性,較佳為氟原子與氰基的組合、氟原子與烷基的組合、氰基與烷基的組合。又,b為0~9的整數。
在上述式(3)中,R5 為從苯、聯苯、萘、環己烷、雙環己烷、環己基苯或雜環化合物去除(b+1)個氫原子的(b+1)價的基團,這些基團可進一步具有取代基。作為上述雜環化合物,可列舉例如:吡啶、嗒、嘧啶等。
在上述式(3)中,R6 為包含亞甲基、碳原子數2~10的伸烷基、雙鍵、三鍵、醚鍵、酯鍵以及雜環中的任一個的連結R5 和R7 的連結基團,這些基團(伸烷基、雜環)可進一步具有取代基。作為R6 ,可列舉甲烷二基、乙烷二基、丙烷二基、乙烯二基、乙炔二基、醚基、酯基、甲烷二基氧基、乙烷二基氧基、氟甲烷二基氧基、二氟甲烷二基氧基等。在該等之中,較佳為乙烷二基、乙炔二基、酯基、甲烷二基氧基、二氟甲烷二基氧基。可按照[A]化合物所必需的配向性、介電各向異性來適當選擇。又,由於c為0或1的整數,因而可包含也可不包含R6
在上述式(3)中,R7 各自獨立地為伸苯基、伸聯苯基、萘基、伸環己基、雙伸環己基、伸環己基伸苯基或雜環。作為雜環,可列舉例如:吡啶環、嗒環、嘧啶環等。
上述式(3)中,d為1~2的整數。在d為2的情況下,多個R6 、R7 以及c各自可以相同也可以不同。
以由上述式(3)表示的基團而言,可列舉例如:由下述式(D-1)~(D-123)表示的基團。
式(D-1)~(D-123)中,R為碳原子數1至20的烷基(甲基、乙基、丙基、正丁基、異丁基、正戊基、正己基等)或碳原子數1~20的烷氧基(甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、丁氧基等)。X各自獨立地為氫原子或氟原子。
上述式(1)中,R2 為包含雙鍵、三鍵、醚鍵、酯鍵以及氧原子中的任一個的連結基團。R2 包含上述鍵中的任一個即可,但是也可組合各鍵而包含。作為R2 ,可列舉例如:乙烯二基、乙炔二基、酯基、甲烷二基氧基、氟甲烷二基氧基、二氟甲烷二基氧基等。又,在後述的R3 為伸苯基或伸環己基的情況下,從所形成的配向膜的配向性、對溶劑的溶解性的觀點考慮,R2 較佳為包含碳原子數為1~30的伸烷基。又,a為0~1的整數。
以[A]化合物而言,只要具有由上述式(1)表示的基團,則沒有特別限定,但是較佳為在側鏈具有由式(1)表示的基團的聚合物,從電特性的方面考慮更佳為將聚有機矽氧烷、聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚(苯乙烯-苯基順丁烯二醯亞胺)衍生物、纖維素衍生物、聚酯、聚醯胺、聚苯乙烯衍生物、聚醯胺酸酯作為主鏈結構者,從耐光性的方面考慮進一步更佳為將聚有機矽氧烷作為主鏈結構者。
以將聚有機矽氧烷作為主鏈結構的[A]化合物而言,較佳為具有源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分和源自由上述式(2)表示的特定羧酸的部分的化合物。由於該液晶配向劑中的[A]化合物具有特定的結構單元,而可在側鏈導入具有介電各向異性的結構,具備使用此液晶配向劑而形成的液晶配向膜的液晶顯示元件可更加縮短反應時間。另外,藉由利用環氧基與羧基之間的反應性,可容易向作為主鏈的聚有機矽氧烷中導入作為側鏈的由上述式(1)表示的具有介電各向異性的結構。
[A]化合物在具有源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分和源自上述特定羧酸的部分的情況下,可認為主要是以聚有機矽氧烷的環氧基與特定羧酸的羧基的反應物的方式而獲得,但是為了使其後的說明容易進行,方便地劃分為源自具有環氧基的聚有機矽氧烷(及其衍生物)的部分和源自特定羧酸的部分以說明[A]化合物。
[源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分]
此部分的概念包含[A]化合物的結構之中的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主鏈延伸出的作為側鏈的含環氧基的骨架。可認為如上述般在[A]化合物中,大部分的環氧基與特定羧酸反應而不具有其初期的結構,但是也可存在特定羧酸與環氧基以外的部分鍵結的情況。因此,在本發明中包括這兩者的形態在內稱為「源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分」。
[A]化合物藉由具有包括縮水甘油基、縮水甘油基氧基、環氧基環己基的基團等環氧基,而使得該液晶配向劑的配向性、高速反應性這樣的電特性更加提高。作為環氧基較佳為由上述式(X1 -1)或(X1 -2)表示的基團。藉由在聚有機矽氧烷中包含由上述式(X1 -1)或(X1 -2)表示的基團,而在[A]化合物中,使用特定羧酸將由上述式(1)表示的基輕易地導入到側鏈。
上述式(X1 -1)或(X1 -2)之中,較佳為由下述式表示的基團,
具有環氧基的聚有機矽氧烷由凝膠滲透層析法(GPC)測定的經聚苯乙烯換算的重量平均分子量較佳為500~100,000,更佳為1,000~50,000,特佳為1,000~20,000。
[具有環氧基的聚有機矽氧烷的合成方法]
這樣的具有環氧基的聚有機矽氧烷較佳可藉由以下來合成:將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它的矽烷化合物的混合物較佳在適當的有機溶劑、水及催化劑的存在下進行水解或水解‧縮合。
以上述具有環氧基的矽烷化合物而言,可列舉例如:3-縮水甘油基氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油基氧基丙基三乙氧基矽烷、3-縮水甘油基氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-縮水甘油基氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-縮水甘油基氧基丙基二甲基甲氧基矽烷、3-縮水甘油基氧基丙基二甲基乙氧基矽烷、2-縮水甘油基氧基乙基三甲氧基矽烷、2-縮水甘油基氧基乙基三乙氧基矽烷、2-縮水甘油基氧基乙基甲基二甲氧基矽烷、2-縮水甘油基氧基乙基甲基二乙氧基矽烷、2-縮水甘油基氧基乙基二甲基甲氧基矽烷、2-縮水甘油基氧基乙基二甲基乙氧基矽烷、4-縮水甘油基氧基丁基三甲氧基矽烷、4-縮水甘油基氧基丁基三乙氧基矽烷、4-縮水甘油基氧基丁基甲基二甲氧基矽烷、4-縮水甘油醚氧基丁基甲基二乙氧基矽烷、4-縮水甘油基氧基丁基二甲基甲氧基矽烷、4-縮水甘油基氧基丁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、3-(3,4-環氧基環己基)丙基三甲氧基矽烷、3-(3,4-環氧基環己基)丙基三乙氧基矽烷等。該等可單獨使用或使用兩種以上。
以上述其它的矽烷化合物而言,例如:為具有1個矽原子的化合物,並且以具有4個水解性基團者而言,可列舉四氯矽烷,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、四二級丁氧基矽烷等四烷氧基矽烷等;以具有3個水解性基團者而言,可列舉三氯矽烷等三鹵矽烷;三甲氧基矽烷、三乙氧基矽烷等三烷氧基矽烷;氟三氯矽烷,氟三甲氧基矽烷、氟三乙氧基矽烷等氟三烷氧基矽烷;甲基三氯矽烷等烷基三氯矽烷;甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷等烷基三烷氧基矽烷,2-(三氟甲基)乙基三氯矽烷等氟化烷基三氯矽烷;2-(三氟甲基)乙基三甲氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三乙氧基矽烷等氟化烷基三烷氧基矽烷;羥基甲基三氯矽烷等羥基烷基三氯矽烷;羥基甲基三甲氧基矽烷、羥基乙基三甲氧基矽烷等羥基烷基三烷氧基矽烷;3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三氯矽烷等(甲基)丙烯醯氧基烷基三氯矽烷;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等(甲基)丙烯醯氧基烷基三烷氧基矽烷;巰基甲基三氯矽烷、3-巰基丙基三氯矽烷等巰基烷基三氯矽烷;巰基甲基三甲氧基矽烷、巰基甲基三乙氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三乙氧基矽烷等巰基烷基三烷氧基矽烷;乙烯基三氯矽烷、烯丙基三氯矽烷等烯基三氯矽烷;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等烯基三烷氧基矽烷;苯基三氯矽烷等芳基三氯矽烷;苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷等芳基三烷氧基矽烷等;以具有2個水解性基團者而言,可列舉甲基二氯矽烷等烷基二氯矽烷;甲基二甲氧基矽烷、甲基二乙氧基矽烷等烷基二烷氧基矽烷;二甲基二氯矽烷等二烷基二氯矽烷;二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷等二烷基二烷氧基矽烷;(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二氯矽烷等二氟化烷基二氯矽烷;(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二甲氧基矽烷等二氟化烷基二烷氧基矽烷;(甲基)(3-巰基丙基)二氯矽烷等烷基.巰基烷基二氯矽烷;(甲基)(3-巰基丙基)二甲氧基矽烷等烷基‧巰基烷基二烷氧基矽烷;(甲基)(乙烯基)二氯矽烷等烷基烯基二氯矽烷;二乙烯基二氯矽烷等二烯基二氯矽烷;二乙烯基二甲氧基矽烷等二烯基二烷氧基矽烷;二苯基二氯矽烷等二芳基二氯矽烷;二苯基二甲氧基矽烷等二芳基二烷氧基矽烷;以具有1個水解性基團者而言,可列舉氯二甲基矽烷等二烷基氯矽烷;甲氧基二甲基矽烷等二烷基烷氧基矽烷;氯三甲基矽烷、溴三甲基矽烷、碘三甲基矽烷等三烷基鹵矽烷;甲氧基三甲基矽烷等三烷基烷氧基矽烷;(氯)(乙烯基)二甲基矽烷等二烷基烯基氯矽烷;(甲氧基)(乙烯基)二甲基矽烷等二烷基烯基烷氧基矽烷;(氯)(甲基)二苯基矽烷等二芳基烷基氯矽烷;(甲氧基)(甲基)二苯基矽烷等二芳基烷基烷氧基矽烷等。
作為市售品,可列舉例如: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,信越化學工業公司製);GLASS RESIN(昭和電工公司製);SH804、SH805、SH806A、SH840、SR2400、SR2402、SR2405、SR2406、SR2410、SR2411、SR2416、SR2420(以上,DOW CORNING TORAY公司製);FZ3711、FZ3722(以上,日本UNICAR公司製);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公司製);矽酸甲酯MS51、矽酸甲酯MS56(以上,三菱化學公司製);矽酸乙酯28、矽酸乙酯40、矽酸乙酯48(以上,COLCOAT公司製);GR100、GR650、GR908、GR950(以上,昭和電工公司製)等的部分縮合物。
從所獲得的液晶配向劑的配向性以及保存穩定性的觀點考慮,這些其它的矽烷化合物之中,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、二甲基二乙氧基矽烷。
為了使本發明中較佳使用的具有環氧基的聚有機矽氧烷以充分的量導入具有介電各向異性的側鏈,其環氧當量較佳為100~10,000g/莫耳,更佳為150~1,000g/莫耳,特佳為150~300g/莫耳。因此,在合成具有環氧基的聚有機矽氧烷的前驅物時,具有環氧基的矽烷化合物與其它的矽烷化合物的使用比例,較佳為使得所獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷的環氧當量調製成為上述範圍而設定。在合成本發明中使用的具有環氧基的聚有機矽氧烷時,更佳為僅使用具有環氧基的矽烷化合物而不使用其它的矽烷化合物。
以在合成具有環氧基的聚有機矽氧烷時可使用的有機溶劑而言,可列舉例如:烴化合物、酮化合物、酯化合物、醚化合物、醇化合物等。
作為上述烴,可列舉例如:甲苯、二甲苯等;作為上述酮,可列舉例如:甲乙酮、甲基異丁基酮、甲基正戊基酮、二乙基酮、環己酮等;作為上述酯,可列舉例如:乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸異戊酯、丙二醇單甲基醚乙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、乳酸乙酯等;作為上述醚,可列舉例如:乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、四氫呋喃、二烷等;作為上述醇,可列舉例如:1-己醇、4-甲基-2-戊醇、乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單正丙基醚、乙二醇單正丁基醚、丙二醇單甲基醚、丙二醇單乙基醚、丙二醇單正丙基醚等。它們之中較佳為非水溶性者。這些有機溶劑可單獨使用或使用兩種以上。
相對於全矽烷化合物100質量份,有機溶劑的用量較佳為10~10,000質量份,更佳為50~1,000質量份。相對於全矽烷化合物,製造具有環氧基的聚有機矽氧烷時的水的用量較佳為0.5~100倍莫耳,更佳為1~30倍莫耳。
作為上述催化劑,可使用例如:酸、鹼金屬化合物、有機鹼、鈦化合物、鋯化合物等。
作為上述鹼金屬化合物,可列舉例如:氫氧化鈉、氫氧化鉀、甲醇鈉、甲醇鉀、乙醇鈉、乙醇鉀等。
作為上述有機鹼,可分別列舉例如:乙胺、二乙胺、哌、哌啶、吡咯啶、吡咯等1~2級有機胺;三乙胺、三正丙胺、三正丁胺、吡啶、4-二甲基胺基吡啶、二氮雜雙環十一烯等3級有機胺;四甲基氫氧化銨等4級有機胺等。這些有機鹼之中,考慮反應平穩進行的觀點,較佳為三乙胺、三正丙胺、三正丁胺、吡啶、4-二甲基胺基吡啶等3級有機胺;四甲基氫氧化銨等4級有機胺。
以製造具有環氧基的聚有機矽氧烷時的催化劑而言,較佳為鹼金屬化合物或有機鹼。藉由將鹼金屬化合物或有機鹼作為催化劑使用,從而不發生環氧基的開環等副反應,可以以高的水解‧縮合速度為目的而獲得聚有機矽氧烷,因此生產穩定性優異,故較佳。另外,含有使用鹼金屬化合物或有機鹼作為催化劑而合成的具有環氧基的聚有機矽氧烷與特定羧酸的反應物的該液晶配向劑,其保存穩定性極其優異,因此方便使用。其理由可推測為如下:如Chemical Reviews、95卷、第1409頁(1995年)所指摘,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,形成無規結構、梯型結構或筐型結構,而可獲得矽烷醇基的含有比例少的聚有機矽氧烷。可推測出由於矽烷醇基的含有比例少,因此矽烷醇基彼此的縮合反應被抑制,進一步,在該液晶配向劑含有後述的其它的聚合物的情況下,由於矽烷醇基與其它的聚合物的縮合反應被抑制,因此結果為保存穩定性優異。
作為催化劑,特佳為有機鹼。有機鹼的用量因有機鹼的種類、溫度等反應條件等而不同,應該適當設定,但是例如:相對於全矽烷化合物較佳為0.01~3倍莫耳,更佳為0.05~1倍莫耳。
製造具有環氧基的聚有機矽氧烷時的水解或水解‧縮合反應較佳為如下實施:將具有環氧基的矽烷化合物和依需要的其它的矽烷化合物溶解於有機溶劑,將此溶液與有機鹼及水混合,例如:藉由油浴等加熱而實施。
在水解‧縮合反應時,油浴的加熱溫度較佳為130℃以下,更佳為40~100℃,較佳為加熱0.5~12小時,更佳為加熱1~8小時。加熱中,可將混合液攪拌,也可將其置於回流下。
反應終止後,較佳為用水將從反應液分取的有機溶劑層洗滌。此洗滌時,藉由用包含少量的鹽的水,例如:用0.2質量%左右的硝酸銨水溶液等洗滌,而使洗滌操作變容易,考慮到這一觀點而較佳。洗滌進行到洗滌後的水層成為中性為止,其後依需要將有機溶劑層用無水硫酸鈣、分子篩等乾燥劑乾燥後,去除溶劑,而可獲得目標的具有環氧基的聚有機矽氧烷。
在本發明中,也可使用作為具有環氧基的聚有機矽氧烷而市售的產品。作為這樣的市售品,可列舉例如:DMS-E01、DMS-E12、DMS-E21、EMS-32(以上,CHISSO公司)等。
[A]化合物也可包含源自具有環氧基的聚有機矽氧烷本身水解而產生的水解物的部分、源自具有環氧基的聚有機矽氧烷彼此水解縮合而得到的水解縮合物的部分。作為該部分的構成材料的這些水解物、水解縮合物也可與具有環氧基的聚有機矽氧烷的水解、縮合條件同樣地製備。
[源自特定羧酸的部分]
源自由上述式(2)表示的特定羧酸的此部分相當於該液晶配向劑所含有的[A]化合物的結構之中的以源自羧基的結構作為起始點的側鏈結構,所述源自羧基的結構主要與源自從聚有機矽氧烷主鏈延伸出的環氧基的結構相鍵結。但是在本發明中,也包括特定羧酸與除了環氧基以外的部分鍵結的情況在內而稱為「源自特定羧酸的部分」。
上述式(2)中的R1 及R2 與上述的式(1)中的R1 及R2 相同。
上述式(2)的R3 為亞甲基或碳原子數2~30的伸烷基、伸苯基或伸環己基,它們可進一步具有取代基。
作為碳原子數2~30的伸烷基,列舉出伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸戊基、伸己基、伸辛基、伸壬基、伸癸基、伸十一烷基、伸十二烷基、伸十四烷基、伸十六烷基、伸十八烷基、伸十九烷基、伸二十烷基、伸二十一烷基、伸二十二烷基、伸二十三烷基、伸二十四烷基、伸二十五烷基、伸二十六烷基、伸二十七烷基、伸二十八烷基、伸二十九烷基、以及伸三十烷基等。它們之中,為了穩定地顯現液晶配向而優選為伸戊基、伸己基、伸辛基、伸壬基、伸癸基、伸十一烷基、伸十二烷基、伸十四烷基、伸十六烷基、伸十八烷基、伸十九烷基、伸二十烷基等碳原子數為5以上20以下的伸烷基。
作為由上述式(2)表示的具有羧基的化合物,可列舉例如:由下述式(E-1)~(E-25)表示的化合物,
式(E-1)~(E-25)中,R1 與上述式(2)同義。m為1~30的整數。
[特定羧酸的合成方法]
特定羧酸的合成步驟沒有特別限定,可組合以往周知的方法而進行。以代表性的合成步驟而言,可例示例如:(1)在鹼性條件下使具有苯酚骨架的化合物、和高級脂肪酸酯的烷基鏈部分經鹵素取代而得到的化合物反應,苯酚骨架的羥基與經鹵素取代的碳形成鍵,其後將酯還原而製成特定羧酸的方法、(2)使具有苯酚骨架的化合物與碳酸伸乙酯進行反應而生成末端醇化合物,使其羥基與鹵化苯磺醯氯進行反應而活化,其後使活化部分與包含羥基的苯甲酸甲酯進行反應,而發生磺醯基部分的脫離並且末端醇化合物的羥基與包含羥基作為取代基的苯甲酸甲酯的羥基生成鍵,接著將酯還原而製成特定羧酸的方法等。但是,特定羧酸的合成步驟不受限於該等。
<[A]化合物的合成方法>
作為[A]化合物的合成方法,沒有特別限定,可藉由一般的周知方法而合成。[A]化合物在具有源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分和源自特定羧酸的部分的情況下,可藉由使具有環氧基的聚有機矽氧烷與特定羧酸反應,較佳為在催化劑的存在下反應而合成。
相對於聚有機矽氧烷所具有的環氧基1莫耳,此處特定羧酸較佳為使用0.001~10莫耳,更佳為使用0.01~5莫耳,最佳為使用0.05~2莫耳。
在本發明中,在不損害本發明的效果的範圍內也可用由下述式(4)表示的化合物替換特定羧酸的一部分而使用。在此情況下,[A]化合物的合成藉由使具有環氧基的聚有機矽氧烷與特定羧酸及由下述式(4)表示的化合物的混合物進行反應而進行。
A1 -L0 -L1 -Z (4)
上述式(4)中,A1 為碳原子數1~30的直鏈狀或支鏈狀烷基、可經碳原子數1~20的烷基或烷氧基取代的碳原子數3~10的環烷基或者具有類固醇骨架的碳原子數17~51的烴基。但是上述烷基及烷氧基的氫原子的一部分或全部也可經氰基、氟原子、三氟甲基等取代基取代。
L0 為單鍵、*-O-、*-COO-或*-OCO-。附有「*」的鍵端與A1 鍵結。
L1 為單鍵、碳原子數1~20的伸烷基、伸苯基、伸聯苯基、伸環己基、雙伸環己基或由下述式(L1 -1)或(L1 -2)表示的基團。
Z為可與[A]聚有機矽氧烷化合物中的環氧基反應而形成連接基團的1價的有機基團。
但是在L1 為單鍵時,L0 為單鍵。
上述式(L1 -1)和(L1 -2)中附有「*」的鍵端分別與Z鍵結。
Z較佳為羧基。
以在上述式(4)中A1 所表示的碳原子數1~30的直鏈狀或支鏈狀烷基而言,可列舉例如:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、二級丁基、三級丁基、正戊基、3-甲基丁基、2-甲基丁基、1-甲基丁基、2,2-二甲基丙基、正己基、4-甲基戊基、3-甲基戊基、2-甲基戊基、1-甲基戊基、3,3-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、1,1-二甲基丁基、正庚基、5-甲基己基、4-甲基己基、3-甲基己基、2-甲基己基、1-甲基己基、4,4-二甲基戊基、3,4-二甲基戊基、2,4-二甲基戊基、1,4-二甲基戊基、3,3-二甲基戊基、2,3-二甲基戊基、1,3-二甲基戊基、2,2-二甲基戊基、1,2-二甲基戊基、1,1-二甲基戊基、2,3,3-三甲基丁基、1,3,3-三甲基丁基、1,2,3-三甲基丁基、正辛基、6-甲基庚基、5-甲基庚基、4-甲基庚基、3-甲基庚基、2-甲基庚基、1-甲基庚基、2-乙基己基、正壬基、正癸基、正十一烷基、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、正十九烷基等。
以可由碳原子數1~20的烷基或烷氧基取代的碳原子數3~10的環烷基而言,可列舉例如:環戊基、環己基、環庚基、環辛基、環壬基、環癸基、環十二烷基等。
以具有類固醇骨架的碳原子數17~51的烴基而言,可列舉例如:由下述式(A-1)~(A-3)表示的基團。
以上述式(4)中的A1 而言,較佳為選自碳原子數1~20的烷基、碳原子數1~20的氟烷基以及上述式(A-1)或(A-3)中的基團。
以由上述式(4)表示的化合物而言,較佳為由下述式(4-1)~(4~6)中任一項表示的化合物。
上述式(4-1)~(4-6)中,u為1~5的整數,v為1~18的整數,w為1~20的整數,k為1~5的整數,p為0或1,q為0~18的整數,r為0~18的整數,s及t各自獨立地為0~2的整數。
這些化合物之中,更佳為由下述式(4-7)~(4-13)表示的化合物。
由上述式(4)表示的化合物為和特定羧酸一同與具有環氧基的聚有機矽氧烷反應,並且形成可賦予所獲得的液晶配向膜以規定的斜率(預傾角)顯現性的部位的化合物。在本說明書中以下有時將由上述式(4)表示的化合物稱為「其它的預傾角顯現性化合物」。
在本發明中,在和特定羧酸一同使用其它的預傾角顯現性化合物的情況下,相對於聚有機矽氧烷所具有的環氧基1莫耳,特定羧酸以及其它的預傾角顯現性化合物的合計使用比例較佳為0.001~1.5莫耳,更佳為0.01~1莫耳,最佳為0.05~0.9莫耳。在此情況下,相對於與特定羧酸的合計,其它的預傾角顯現性化合物較佳為在75莫耳%以下的範圍使用,更佳為在50莫耳%以下的範圍使用。其它的預傾角顯現性化合物的使用比例超過75莫耳%時,存在有在液晶的高速反應性方面出現不良影響的情況。
以聚有機矽氧烷中的環氧基與其它的預傾角顯現性化合物的反應中使用的催化劑而言,可使用有機鹼、或作為可促進環氧化合物與酸酐的反應的所謂硬化加速劑而周知的化合物。
作為上述有機鹼,可列舉例如:乙胺、二乙胺、哌、哌啶、吡咯啶、吡咯等1~2級有機胺;三乙胺、三正丙胺、三正丁胺、吡啶、4-二甲基胺基吡啶、二氮雜雙環十一烯等3級有機胺;四甲基氫氧化銨等4級有機胺等。這些有機鹼之中,較佳為三乙胺、三正丙胺、三正丁胺、吡啶、4-二甲基胺基吡啶、四甲基氫氧化銨。
作為上述硬化加速劑,可列舉例如:二甲苄胺、2,4,6-參(二甲基胺基甲基)苯酚、環己基二甲胺、三乙醇胺等3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-氰乙基)-2-甲基咪唑、1-(2-氰乙基)-2-正十一烷基咪唑、1-(2-氰乙基)-2-苯基咪唑、1-(2-氰乙基)-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(羥甲基)咪唑、1-(2-氰乙基)-2-苯基-4,5-二[(2’-氰基乙氧基)甲基]咪唑、1-(2-氰乙基)-2-正十一烷基咪唑鎓苯偏三酸酯、1-(2-氰乙基)-2-苯基咪唑鎓苯偏三酸酯、1-(2-氰乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑鎓苯偏三酸酯、2,4-二胺基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]乙基對稱三、2,4-二胺基-6-(2’-正十一烷基咪唑基)乙基對稱三、2,4-二胺基-6-[2’-乙基-4’-甲基咪唑基-(1’)]乙基對稱三、2-甲基咪唑的異三聚氰酸加成物、2-苯基咪唑的異三聚氰酸加成物、2,4-二胺基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]乙基對稱三的異三聚氰酸加成物等咪唑化合物;二苯膦、三苯膦、亞磷酸三苯酯等有機磷化合物;氯化苄基三苯鏻、溴化四正丁鏻、溴化甲基三苯鏻、溴化乙基三苯鏻、溴化正丁基三苯鏻、溴化四苯鏻、碘化乙基三苯鏻、乙基三苯鏻乙酸酯、四正丁鏻-o,o-二乙基二硫代磷酸酯、四正丁鏻苯并三唑鹽、四正丁鏻四氟硼酸鹽、四正丁鏻四苯基硼酸鹽、四苯鏻四苯基硼酸鹽等4級鏻鹽;1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一-7-烯、其有機酸鹽等二氮雜雙環烯;辛酸鋅、辛酸錫、乙醯丙酮酸鋁錯合物等有機金屬化合物;溴化四乙銨、溴化四正丁銨、氯化四乙銨、氯化四正丁銨等4級銨鹽;三氟化硼、硼酸三苯酯等硼化合物;氯化鋅、氯化錫等金屬鹵化合物;二氰二胺、胺與環氧樹脂的加成物等胺加成型促進劑等高熔點分散型潛在性硬化加速劑;以聚合物將上述咪唑化合物、有機磷化合物、4級鏻鹽等硬化加速劑的表面覆蓋得到的微膠囊型潛在性硬化加速劑;胺鹽型潛在性硬化加速劑;路易斯酸鹽、布忍斯特酸鹽等高溫解離型的熱陽離子聚合型潛在性硬化加速劑等潛在性硬化加速劑等。
這些催化劑之中,較佳為溴化四乙銨、溴化四正丁銨、氯化四乙銨、氯化四正丁銨等4級銨鹽。
相對於具有環氧基的聚有機矽氧烷100質量份,催化劑較佳為以100質量份以下的量來使用,更佳為以0.01~100質量份的量來使用,最佳為以0.1~20質量份的量來使用。
反應溫度較佳為0~200℃,更佳為50~150℃。反應時間較佳為0.1~50小時,更佳為0.5~20小時。
[A]化合物的合成反應,可依需要地在有機溶劑的存在下進行。作為上述有機溶劑,可列舉例如: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。該等之中,從到原料及產物的溶解性以及產物的精製的容易度的觀點來看,較佳為醚化合物、酯化合物、酮化合物。溶劑以固體含量濃度(反應溶液中的除了溶劑以外的成分的質量在溶液的總質量中所占的比例)較佳為0.1質量%以上70質量%以下的量來使用,更佳為5質量%以上50質量%以下的量來使用。
這般獲得的[A]化合物由凝膠滲透層析法測定的經苯乙烯換算而得到的重量平均分子量並沒有特別限定,但是較佳為1,000~200,000,更佳為2,000~20,000。在這樣的分子量範圍下,可確保液晶顯示元件的良好配向性及穩定性。
就上述[A]化合物而言,藉由特定羧酸的羧酸酯部分向環氧基的開環加成,而在具有環氧基的聚有機矽氧烷中導入源自特定羧酸的結構。此製造方法從簡便、而且可提高源自特定羧酸的結構的導入率的觀點考慮是極其合適的方法。
<任選成分>
就該液晶配向劑而言,除了上述[A]化合物之外,只要不損害本發明的效果,則還可含有例如:除了[A]化合物以外的聚合物(以下,有時稱為「其它的聚合物」)、硬化劑、硬化催化劑、硬化加速劑、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、界面活性劑等其它的任選成分。
[其它的聚合物]
就其它的聚合物而言,可為了更改善該液晶配向劑的溶液特性以及所獲得的液晶顯示元件的電特性而使用。作為其它的聚合物,可列舉例如:由聚醯胺酸及聚醯亞胺所組成的群組中選出的至少一種聚合物([B]聚合物);由下述式(5)表示的聚有機矽氧烷、其水解物以及其水解物的縮合物所組成的群組中的至少一種(以下,有時稱為「其它的聚有機矽氧烷」);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-苯基順丁烯二醯亞胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等,
式(5)中,X1 為羥基、鹵素原子、碳原子數1~20的烷基、碳原子數1~6的烷氧基或碳原子數6~20的芳基。Y1 為羥基或碳原子數1~10的烷氧基。
<[B]聚合物>
[B]聚合物為由聚醯胺酸及聚醯亞胺所組成的群組中選出的至少一種聚合物。以下,對聚醯胺酸及聚醯亞胺進行詳述。
[聚醯胺酸]
聚醯胺酸藉由使四羧酸二酐與二胺化合物進行反應而獲得。
作為四羧酸二酐,可列舉例如: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。這些四羧酸二酐可單獨使用或組合兩種以上而使用。
作為脂肪族四羧酸二酐,可列舉例如:丁烷四羧酸二酐等。
作為脂環式四羧酸二酐,可列舉例如:1,2,3,4-環丁烷四甲酸二酐、2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-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-2,5-二氧代-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-(2,5-二氧代四氫-3-呋喃基)-3-甲基-3-環己烯-1,2-二甲酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧甲基降烷-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 ]十一烷-3,5,8,10-四酮等。
作為芳香族四羧酸二酐,除了可列舉例如:苯均四酸二酐等之外,還可列舉日本特願2010-97188所記載的四羧酸二酐。
這些四羧酸二酐之中,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-環丁烷四甲酸二酐,特佳為2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐。
以2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐或1,2,3,4-環丁烷四甲酸二酐的用量而言,相對於全部四羧酸二酐,較佳為10莫耳%以上,更佳為20莫耳%以上,特佳為僅包含2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐或1,2,3,4-環丁烷四甲酸二酐。
作為二胺化合物,可列舉例如:脂肪族二胺、脂環式二胺、二胺基有機矽氧烷、芳香族二胺等。這些二胺化合物可單獨使用或組合兩種以上而使用。
作為脂肪族二胺,可列舉例如:間二甲苯二胺、1,3-丙二胺、四亞甲二胺、戊二胺、己二胺等。
作為脂環式二胺,可列舉例如: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。
作為二胺基有機矽氧烷,除了可列舉例如:1,3-雙(3-胺基丙基)-四甲基二矽氧烷等之外,還可列舉日本特願2009-97188所記載的二胺。
作為芳香族二胺,可列舉例如: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、2,7-二胺基芴、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)芴、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-胺基苄胺以及由下述式(A-1)表示的二胺化合物等。
上述式(A-1)中,XI 為亞甲基或者碳原子數2或3的伸烷基、-O-、-COO-或-OCO-,r為0或1,s為0~2的整數,t為1~20的整數。
以供給聚醯胺酸的合成反應的四羧酸二酐與二胺化合物的使用比例而言,相對於二胺化合物中所含的胺基1當量,四羧酸二酐的酸酐基較佳為0.2當量~2當量,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℃,更佳為0℃~100℃。作為反應時間,較佳為0.5小時~24小時,更佳為2小時~12小時。
作為有機溶劑,如果是可溶解所合成的聚醯胺酸者,則沒有特別限制,可列舉例如:N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基咪唑啶酮、二甲基亞碸、γ-丁內酯、四甲基尿素、六甲基磷酸三醯胺等非質子系極性溶劑;間甲酚、二甲苯酚、苯酚、鹵化苯酚等酚系溶劑。
以有機溶劑的用量(a)而言,相對於四羧酸二酐及二胺化合物的總量(b)和有機溶劑的用量(a)的合計(a+b),較佳為0.1質量%~50質量%,更佳為5質量%~30質量%。
反應後得到的聚醯胺酸溶液可直接供於液晶配向劑的製備,也可在單獨分離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,也可在精製單獨分離出的聚醯胺酸的基礎上供於液晶配向劑的製備。以聚醯胺酸的單獨分離方法而言,可列舉例如:在減壓下藉由將反應溶液注入至大量的不良溶劑中而將所獲得的析出物乾燥的方法、藉由蒸發器將反應溶液減壓餾出的方法等。以聚醯胺酸的精製方法而言,可列舉:再次將單獨分離出的聚醯胺酸溶解於有機溶劑中,由不良溶劑析出的方法;1次或多次進行用蒸發器將有機溶劑等減壓餾出的步驟的方法。
[聚醯亞胺]
聚醯亞胺可藉由對上述聚醯胺酸所具有的醯胺酸結構進行脫水閉環而醯亞胺化而製造。聚醯亞胺可以為對作為其前驅物的聚醯胺酸所具有的醯胺酸結構的全部進行脫水閉環而得到的完全醯亞胺化物,也可以為僅對醯胺酸結構的一部分進行脫水閉環且使醯胺酸結構和醯亞胺環結構並存的部分醯亞胺化物。
以聚醯亞胺的合成方法而言,可列舉例如:(i)聚醯胺酸的加熱方法(以下,有時稱為「方法(i)」)、(ii)將聚醯胺酸溶解於有機溶劑中,向此溶液中添加脫水劑及脫水閉環催化劑,依需要而加熱的方法(以下,有時稱為「方法(ii)」)等藉由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℃,更佳為60℃~170℃。反應溫度不足50℃時,則無法充分進行脫水閉環反應;反應溫度超過200℃時,所獲得的聚醯亞胺的分子量會降低。作為反應時間,較佳為0.5小時~48小時,更佳為2小時~20小時。
方法(i)中獲得的聚醯亞胺可直接供於液晶配向劑的製備,也可在單獨分離聚醯亞胺的基礎上供於液晶配向劑的製備,或也可在精製單獨分出的聚醯亞胺的基礎上或在精製所獲得的聚醯亞胺的基礎上供於液晶配向劑的製備。
作為方法(ii)中的脫水劑,可列舉例如:乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。
作為脫水劑的用量,可根據所希望的醯亞胺化率來適當選擇,但是相對於聚醯胺酸的醯胺酸結構1莫耳,較佳為0.01莫耳~20莫耳。
作為方法(ii)中的脫水閉環催化劑,可列舉例如:吡啶、柯林鹼、二甲吡啶、三乙胺等。
作為脫水閉環催化劑的用量,相對於含有的脫水劑1莫耳,較佳為0.01莫耳~10莫耳。又,就醯亞胺化率而言,上述脫水劑以及脫水閉環劑的含量越多則可越高。
作為方法(ii)中使用的有機溶劑,可列舉例如:與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同樣的有機溶劑等。
作為方法(ii)中的反應溫度,較佳為0℃~180℃,更佳為10℃~150℃。作為反應時間,較佳為0.5小時~20小時,更佳為1小時~8小時。藉由使反應條件為上述範圍,可使脫水閉環反應充分進行,另外,可使所獲得的聚醯亞胺的分子量為恰當的分子量。
在方法(ii)中可獲得含有聚醯亞胺的反應溶液。可將此反應溶液直接供於液晶配向劑的製備,也可在從反應溶液去除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,也可在單獨分離聚醯亞胺的基礎上供於液晶配向劑的製備,或也可在精製單獨分離出的聚醯亞胺的基礎上供於液晶配向劑的製備。以從反應溶液去除脫水劑以及脫水閉環催化劑的方法而言,可列舉例如:溶劑置換的方法等。以聚醯亞胺的單獨分離方法及精製方法而言,可列舉例如:與作為聚醯胺酸的單獨分離方法及精製方法而例示的方法同樣的方法等。
[其它的聚有機矽氧烷]
該液晶配向劑除了包含源自聚有機矽氧烷的部分的[A]化合物以外,還可包含其它的聚有機矽氧烷。其它的聚有機矽氧烷較佳為由上述式(5)表示的聚有機矽氧烷、其水解物以及其水解物的縮合物組成的群組中選出的至少一種。又,在該液晶配向劑包含其它的聚有機矽氧烷的情況下,其它的聚有機矽氧烷的大部分為與[A]化合物獨立而存在者,其一部分也可作為與[A]化合物的縮合物而存在。
在上述式(5)中的X1 以及Y1 中,作為碳原子數1~20的烷基,可列舉例如: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、正二十烷基等;作為碳原子數1~16的烷氧基,可列舉例如:甲氧基、乙氧基等;作為碳原子數6~20的芳基,可列舉例如:苯基等。
就其它的聚有機矽氧烷而言,例如可藉由將由烷氧基矽烷化合物以及鹵化矽烷化合物組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」),較佳為在適當的有機溶劑中,在水及催化劑的存在下進行水解或水解‧縮合而合成。
作為此處可使用的原料矽烷化合物,可列舉例如: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(二級丁氧基)矽烷、四(三級丁氧基)矽烷、四氯矽烷;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(二級丁氧基)矽烷、甲基三(三級丁氧基)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(二級丁氧基)矽烷、乙基三(三級丁氧基)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;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;三甲基甲氧基矽烷、三甲基乙氧基矽烷、三甲基氯矽烷等。它們之中,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、三甲基乙氧基矽烷。
在合成其它的聚有機矽氧烷時,作為可以任意使用的有機溶劑,可列舉例如:醇化合物、酮化合物、醯胺化合物或酯化合物或其它的非質子性化合物。該等可單獨使用或使用兩種以上。
作為醇化合物,可列舉例如::甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、二級丁醇、三級丁醇、正戊醇、異戊醇、2-甲基丁醇、二級戊醇、三級戊醇、3-甲氧基丁醇、正己醇、2-甲基戊醇、二級己醇、2-乙基丁醇、二級庚醇、3-庚醇、正辛醇、2-乙基己醇、二級辛醇、正壬醇、2,6-二甲基-4-庚醇、正癸醇、二級十一烷醇、三甲基壬醇、二級十四烷醇、二級十七烷醇、苯酚、環己醇、甲基環己醇、3,3,5-三甲基環己醇、苄醇、二丙酮醇等一元醇化合物;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、三甘醇、三丙二醇等多元醇化合物;乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丙基醚、乙二醇單丁基醚、乙二醇單己基醚、乙二醇單苯基基醚、乙二醇單-2-乙基丁基醚、二乙二醇單甲基醚、二乙二醇單乙基醚、二乙二醇單丙基醚、二乙二醇單丁基醚、二乙二醇單己基醚、丙二醇單甲基醚、丙二醇單乙基醚、丙二醇單丙基醚、丙二醇單丁基醚、二丙二醇單甲基醚、二丙二醇單乙基醚、二丙二醇單丙基醚等多元醇化合物的部分醚等。這些醇化合物可單獨使用或使用兩種以上。
作為酮化合物,可列舉例如:丙酮、甲乙酮、甲基正丙基酮、甲基正丁基酮、二乙基酮、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β-二酮化合物等。這些酮化合物可單獨使用或使用兩種以上。
作為上述醯胺化合物,可列舉例如: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-甲醯基啉、N-甲醯基哌啶、N-甲醯基吡咯啶、N-乙醯基啉、N-乙醯基哌啶、N-乙醯基吡咯啶等。這些醯胺化合物可單獨使用或使用兩種以上。
作為酯化合物,可列舉例如:碳酸二乙酯、碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯、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、乙酸二級丁酯、乙酸正戊酯、乙酸二級戊酯、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、乙酸乙二醇單甲基醚、乙酸乙二醇單乙基醚、乙酸二乙二醇單甲基醚、乙酸二乙二醇單乙基醚、乙酸二乙二醇單正丁基基醚、乙酸丙二醇單甲基醚、乙酸丙二醇單乙基醚、乙酸丙二醇單丙基醚、乙酸丙二醇單丁基醚、乙酸二丙二醇單甲基醚、乙酸二丙二醇單乙基醚、二乙酸乙二醇酯、乙酸甲氧基三乙二醇酯、丙酸乙酯、丙酸正丁酯、丙酸異戊酯、乙二酸二乙酯、乙二酸二正丁酯、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。這些酯化合物可單獨使用或使用兩種以上。
作為其它的非質子性化合物,可列舉例如: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、N-甲基-2-吡咯啶酮、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、1,3-二甲基四氫-2(1H)-嘧啶酮等。這些溶劑之中,特佳為多元醇化合物、多元醇化合物的部分醚、或酯化合物。
以在其它的聚有機矽氧烷的合成時使用的水量而言,相對於原料矽烷化合物所具有的烷氧基以及鹵素原子的總量的1莫耳,較佳為0.01~100莫耳,更佳為0.1~30莫耳,最佳為1~1.5莫耳。
以在其它的聚有機矽氧烷的合成時可使用的催化劑而言,可列舉例如:金屬螯合物、有機酸、無機酸、有機鹼、氨水、鹼金屬化合物等。
作為上述金屬螯合物,可列舉例如:三乙氧基‧單(乙醯丙酮酸)鈦等三烷氧基‧單(乙醯丙酮酸)鈦;二乙氧基‧雙(乙醯丙酮酸)鈦等二烷氧基‧雙(乙醯丙酮酸)鈦;單乙氧基‧參(乙醯丙酮酸)鈦等單烷氧基‧參(乙醯丙酮酸)鈦;肆(乙醯丙酮酸)鈦;三乙氧基‧單(乙基乙醯乙酸)鈦等三烷氧基‧單(乙基乙醯乙酸)鈦;二乙氧基‧雙(乙基乙醯乙酸)鈦等二烷氧基‧雙(乙基乙醯乙酸)鈦;單乙氧基‧參(乙基乙醯乙酸)鈦等單烷氧基‧三(乙基乙醯乙酸)鈦;肆(乙基乙醯乙酸)鈦;單(乙醯丙酮酸)參(乙基乙醯乙酸)鈦、雙(乙醯丙酮酸)雙(乙基乙醯乙酸)鈦、參(乙醯丙酮酸)單(乙基乙醯乙酸)鈦等包含兩種以上的螯合配位基的鈦化合物等鈦螯合物;三乙氧基‧單(乙醯丙酮酸)鋯等三烷氧基‧單(乙醯丙酮酸)鋯;二乙氧基‧雙(乙醯丙酮酸)鋯等二烷氧基‧雙(乙醯丙酮酸)鋯;單乙氧基‧參(乙醯丙酮酸)鋯等單烷氧基‧參(乙醯丙酮酸)鋯;肆(乙醯丙酮酸)鋯;三乙氧基‧單(乙基乙醯乙酸)鋯等三烷氧基‧單(乙基乙醯乙酸)鋯;二乙氧基‧雙(乙基乙醯乙酸)鋯等二烷氧基‧雙(乙基乙醯乙酸)鋯;單乙氧基‧參(乙基乙醯乙酸)鋯等單烷氧基‧參(乙基乙醯乙酸)鋯;肆(乙基乙醯乙酸)鋯;單(乙醯丙酮酸)參(乙基乙醯乙酸)鋯、雙(乙醯丙酮酸)雙(乙基乙醯乙酸)鋯、參(乙醯丙酮酸)單(乙基乙醯乙酸)鋯等包含兩種以上的螯合配位基的鋯化合物等鋯螯合物;參(乙醯丙酮酸)鋁、參(乙基乙醯乙酸)鋁等鋁螯合物等。
作為上述有機酸,可列舉例如:甲酸、乙酸、丙酸等脂肪族飽和羧酸;丙二酸、富馬酸等脂肪族不飽和羧酸;水楊酸、苯甲酸、鄰苯二甲酸等芳香族羧酸;對甲苯磺酸、苯磺酸等芳香族磺酸;一氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸等含鹵素羧酸;檸檬酸、酒石酸等。
作為上述無機酸,可列舉例如:鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸、磷酸等。
作為上述有機鹼,可列舉例如: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、二氮雜雙環十一烯、氫氧化四甲銨等。
作為上述鹼金屬化合物,可列舉例如:氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、氫氧化鈣等。這些催化劑可單獨使用或使用兩種以上。
這些催化劑之中,較佳為金屬螯合物、有機酸、無機酸。作為金屬螯合物,更佳為鈦螯合物。
就催化劑的用量而言,相對於原料矽烷化合物100質量份,較佳為0.001~10質量份,更佳為0.001~1質量份。
催化劑可預先添加至作為原料的矽烷化合物中或將矽烷化合物溶解於有機溶劑而得到的溶液中,或者也可溶解或分散於所添加的水中。
在其它的聚有機矽氧烷的合成時所添加的水,可斷續或連續地添加至作為原料的矽烷化合物中或將矽烷化合物溶解於有機溶劑而得到的溶液中。
以其它的聚有機矽氧烷的合成時的反應溫度而言,較佳為0~100℃,更佳為15~80℃。反應時間較佳為0.5~24小時,更佳為1~8小時。
該液晶配向劑在含有[A]化合物的同時亦含有其它的聚合物的情況下,以其它的聚合物的含量而言,相對於[A]化合物100質量份,較佳為10,000質量份以下。其它的聚合物的更佳的含量會因其它的聚合物的種類而不同。
該液晶配向劑在含有[A]化合物以及[B]聚合物的情況下,以兩者的較佳使用比例而言,相對於[A]化合物100質量份,[B]聚合物的合計量較佳為100~5,000質量份,更佳為200~3,000質量份。
另一方面,該液晶配向劑在含有[A]化合物以及其它的聚有機矽氧烷的情況下,以兩者的較佳使用比例而言,相對於[A]化合物100質量份的其它的聚有機矽氧烷的量為100~2,000質量份。
該液晶配向劑在含有[A]化合物的同時亦含有其它的聚合物的情況下,作為其它的聚合物,較佳為[B]聚合物、或其它的聚有機矽氧烷。
[硬化劑、硬化催化劑以及硬化加速劑]
出於使[A]化合物的交聯反應更牢固的目的,可使硬化劑以及硬化催化劑包含於該液晶配向劑中。出於促進硬化劑所掌管的硬化反應的目的,可使硬化加速劑包含於該液晶配向劑中。
作為硬化劑,可使用:具有環氧基的硬化性化合物、或是在含有具有環氧基的化合物的硬化性組合物的硬化中通常使用的硬化劑。作為這樣的硬化劑,可列舉例如:多元胺、多元羧酸酐、多元羧酸。
作為多元羧酸酐,可列舉例如:環己烷三羧酸的酸酐以及其它的多元羧酸酐。
作為環己烷三羧酸酐,可列舉例如:環己烷-1,3,4-三甲酸-3,4-酐、環己烷-1,3,5-三甲酸-3,5-酐、環己烷-1,2,3-三甲酸-2,3-酐等。作為其它的多元羧酸酐,可列舉例如:4-甲基四氫鄰苯二甲酸酐、甲基納迪克酸酐、十二烯基琥珀酸酐、琥珀酸酐、馬來酸酐、鄰苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、由下述式(6)表示的化合物、在聚醯胺酸的合成中通常使用的四羧酸二酐,此外還可列舉α-萜品烯、別羅勒烯(allo-ocimene)等具有共軛雙鍵的脂環式化合物與馬來酸酐的狄耳士-阿德爾反應產物(Diels-Alder reaction product)以及該等的氫化物等。
式(6)中,x為1~20的整數。
作為硬化催化劑,可使用例如:六氟化銻化合物、六氟化磷化合物、參乙醯丙酮酸鋁等。這些催化劑可在加熱的作用下對環氧基的陽離子聚合進行催化。
作為上述硬化加速劑,可列舉例如:咪唑化合物;4級磷化合物;4級胺化合物;1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一-7-烯、其有機酸鹽等二氮雜雙環烯烴;辛酸鋅、辛酸錫、乙醯丙酮酸鋁錯合物等有機金屬化合物;三氟化硼、硼酸三苯酯等硼化合物;氯化鋅、氯化錫等金屬鹵化合物;二氰二胺、胺與環氧樹脂的加成物等胺加成型加速劑等高熔點分散型潛在性硬化加速劑;以聚合物將4級鏻鹽等的表面覆蓋而得到的微膠囊型潛在性硬化加速劑;胺鹽型潛在性硬化加速劑;路易斯酸鹽、布忍斯特酸鹽等高溫解離型的熱陽離子聚合型潛在性硬化加速劑等。
[環氧化合物]
從提高對於所形成的液晶配向膜的基板表面的黏著性的觀點考慮,可使上述環氧化合物包含於該液晶配向劑中。
作為環氧化合物,較佳為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’-四縮水甘油基間茬二胺、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。
在該液晶配向劑含有環氧化合物的情況下,以其含有比例而言,相對於上述的[A]聚有機矽氧烷化合物與任意使用的其它的聚合物的合計100質量份,較佳為0.01~40質量份以下,更佳為0.1~30質量份。
又,在該液晶配向劑含有環氧化合物的情況下,也可出於高效率引起其交聯反應的目的,併用1-苄基-2-甲基咪唑等鹼催化劑。
[官能性矽烷化合物]
可出於提高與所獲得的液晶配向膜的基板的黏著性的目的,而使用官能性矽烷化合物。作為官能性矽烷化合物,可列舉例如: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-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-雙(氧乙烯基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-雙(氧乙烯基)-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-縮水甘油基氧基丙基三甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷等,進一步可列舉日本特開昭63-291922中所記載的四羧酸二酐與具有胺基的矽烷化合物的反應物等。
在該液晶配向劑含有官能性矽烷化合物的情況下,以其含有比例而言,相對於上述[A]化合物與任意使用的其它的聚合物的合計100質量份,較佳為50質量份以下,更佳為20質量份以下。
[界面活性劑]
作為界面活性劑,可列舉例如: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、聚環氧烷烴界面活性劑、含氟界面活性劑等。
在該液晶配向劑含有界面活性劑的情況下,以其含有比例而言,相對於液晶配向劑的全體100質量份,較佳為10質量份以下,更佳為1質量份以下。
<液晶配向劑的製備方法>
如上所述,該液晶配向劑以[A]化合物作為必需成分而含有,可依需要地含有其它的任選成分,但是較佳為以各成分溶解於有機溶劑而得到的溶液狀的組合物的方式製備。
以可以用於製備該液晶配向劑的有機溶劑而言,較佳為溶解[A]化合物以及任意使用的其它成分並且不與該等反應者。可較佳用於該液晶配向劑的有機溶劑因任意地添加的其它的聚合物的種類而不同。
在該液晶配向劑含有[A]化合物及[B]聚合物的情況下,作為較佳的有機溶劑,可列舉作為聚醯胺酸的合成中使用者而在上述中例示的有機溶劑。此時,也可併用作為本發明的聚醯胺酸的合成中使用者而例示的不良溶劑。這些有機溶劑可單獨使用或使用兩種以上。
另一方面,在該液晶配向劑僅含有[A]化合物作為聚合物的情況下,或含有[A]化合物以及其它的聚有機矽氧烷作為聚合物的情況下,作為較佳的有機溶劑,可列舉例如:1-乙氧基-2-丙醇、丙二醇單乙基醚、丙二醇單丙基醚、丙二醇單丁基醚、丙二醇單乙酸酯、二丙二醇甲基醚、二丙二醇乙基醚、二丙二醇丙基醚、二丙二醇二甲基醚、乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丙基醚、乙二醇單丁基醚(丁基賽璐蘇)、乙二醇單戊基醚、乙二醇單己基醚、二乙二醇、甲基賽璐蘇乙酸酯、乙基賽璐蘇乙酸酯、丙基賽璐蘇乙酸酯、丁基賽璐蘇乙酸酯、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、乙酸二級丁酯、乙酸正戊酯、乙酸二級戊酯、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。該等之中,較佳為乙酸正丙酯、乙酸異丙酯、乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、乙酸二級丁酯、乙酸正戊酯、乙酸二級戊酯。
可用於製備該液晶配向劑的較佳溶劑,可按照其它的聚合物的使用的有無以及其種類,組合上述的有機溶劑的一種以上而獲得。這樣的溶劑是在下述的較佳的固體含量濃度下不析出液晶配向劑中所含的各成分,且使液晶配向劑的表面張力成為25~40mN/m的範圍者。
該液晶配向劑的固體含量濃度,即液晶配向劑中的除了溶劑以外的全部成分的重量在液晶配向劑的總重量中所占的比例,雖然考慮黏性、揮發性等而選擇,但是較佳為1~10質量%的範圍。該液晶配向劑塗布於基板表面,形成要成為液晶配向膜的塗膜,但是在固體含量濃度為1質量%以上的情況下,此塗膜的膜厚不易變得過小而且可獲得良好的液晶配向膜。另一方面,在固體含量濃度為10質量%以下的情況下,抑制塗膜的膜厚變得過大而可獲得良好的液晶配向膜,另外,防止液晶配向劑的黏性增大而使塗布特性為良好。特佳的固體成分濃度的範圍因在基板上塗布液晶配向劑時採用的方法而不同。例如:基於旋轉法的情況下,特佳為1.5~4.5質量%的範圍;基於印刷法的情況下,特佳為將固體含量濃度設為3~9質量%的範圍,且由此將溶液黏度設為12~50mPa‧s的範圍;基於噴墨法的情況下,特佳為將固體含量濃度設為1~5質量%的範圍,且由此將溶液黏度設為3~15mPa‧s的範圍。製備該液晶配向劑時的溫度較佳為0℃~200℃,更佳為0℃~40℃。
<液晶顯示元件>
本發明的液晶顯示元件為具備由該液晶配向劑形成的液晶配向膜的PSA方式的液晶顯示元件。根據該液晶顯示元件,藉由由上述液晶配向劑形成液晶配向膜,而使得液晶配向性高,並且可發揮優異的高速反應性。以下,參照圖1和圖2,說明液晶顯示元件的實施形態。
[第一實施形態]
圖1的液晶顯示元件1為具備對向配置的一對基板2、分別積層於該一對基板2的內側的一對液晶配向膜3、及填充於上述液晶配向膜3間且由聚合性液晶組合物形成的液晶層4的PSA方式的液晶顯示元件。
作為一對基板2,可使用例如:漂浮玻璃、鈉玻璃等玻璃;包含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、脂環式聚烯烴等塑膠的透明基板。
在上述一對基板2的內側設置有透明電極5a及5b。透明電極5a成為共用電極(common electrode),透明電極5b成為像素電極。作為此透明電極5,可使用例如:包含氧化錫(SnO2 )的NESA膜(美國PPG公司註冊商標)、包含氧化銦-氧化錫(In2 O3 -SnO2 )的ITO膜等。又,此透明電極與周知的液晶顯示元件同樣,與未圖示的TFT、匯流排線(bus line)等連接。
在兩透明電極5a及5b的表面(對向的面側),形成有線狀突起(堤防狀配向控制用結構物)6。作為此線狀突起的尺寸,例如:高度為1.5μm,寬度為10μm;作為間隔例如為25μm。藉由此線狀突起6使液晶分子進行配向分割。
在一對基板2的內側,介由透明電極5a、5b以及線狀突起6而形成有液晶配向膜3。此液晶配向膜3為垂直配向膜,藉由上述的該液晶配向劑而形成。可對該液晶配向膜3的表面實施摩擦處理、光配向處理等處理,也可不實施。根據該液晶顯示元件,藉由由上述液晶配向劑形成液晶配向膜,而使得液晶配向性優異,並且可發揮優異的高速反應性。
在該液晶配向膜3間填充有由聚合性液晶組合物形成的液晶層4。此液晶層4具備有負的介電常數各向異性。作為這樣的液晶,可使用例如:二氰基苯系液晶、嗒系液晶、席夫鹼系液晶、氧偶氮系液晶、聯苯系液晶、苯基環己烷系液晶等。另外,作為上述聚合性液晶組合物,並沒有特別限定,可使用周知物,可使用例如:與具有丙烯醯基和液晶骨架的單體與聚合引發劑一同添加到負(負的介電常數各向異性)型液晶者。作為上述單體的添加量,例如為0.1質量%以上1質量%以下。作為液晶層4的厚度,例如為約4μm左右。
在該液晶顯示元件1中,藉由由聚合性液晶組合物形成液晶層4,而液晶層4中,在與液晶配向膜3的界面形成有聚合物層7。此聚合物層7以規定的角度θp賦予液晶層4中的液晶分子4a以預傾角。
該液晶顯示元件1中,與周知的液晶顯示元件同樣,在基板2的兩外側積層未圖示的偏光板。作為此偏光板,並沒有特別限定,但可列舉一邊使聚乙烯醇薄膜拉伸配向一邊吸收碘而得到被稱為「H膜」的偏光膜經由乙酸纖維素保護膜夾著的偏光板,或由H膜本身形成的偏光板等。
根據該液晶顯示元件1,藉由由上述液晶配向劑形成液晶配向膜3,而使得液晶配向性提高,並且可發揮優異的高速反應性。
[第二實施形態]
圖2(a)的液晶顯示元件11為備對向配置的一對基板2、分別積層於此一對基板2的內側的一對液晶配向膜3、及填充於上述液晶配向膜3間且由聚合性液晶組合物形成的液晶層4的PSA方式的液晶顯示元件。在該液晶顯示元件11中,也與液晶顯示元件1同樣,在基板2的兩外側積層未圖示的偏光板。
液晶顯示元件11為藉由以圖案化的透明電極15代替液晶顯示元件1的線狀突起6而進行液晶分子的配向分割的液晶顯示元件。液晶顯示元件11中的基板2、液晶配向膜3、液晶層4以及一側的透明電極5a(共用電極)由於是與圖1的液晶顯示元件1同樣的物質因而省略說明。
在上述基板2的另外一邊的內側,配設有魚骨狀地圖案化的透明電極15(像素電極)。藉由使用這樣的圖案化的透明電極15,而可使液晶層4中的液晶分子4a沿著此透明電極15配向,便可實現配向分割(參照圖2(b))。又,此透明電極與周知的液晶顯示元件同樣,與未圖示的TFT、匯流排線等連接。
在該液晶顯示元件11中,亦在施加電壓的狀態下使液晶層硬化,因而可記憶液晶層中的液晶分子的傾斜方向,作為PSA方式的液晶顯示元件而起作用。
根據該液晶顯示元件11,亦藉由由上述液晶配向劑形成液晶配向膜,而使得液晶配向性優異,並且可發揮優異的高速反應性。
[其它的實施形態]
又,對於該液晶顯示元件而言,在液晶層中,顯現PSA的硬化部分可以如圖1的液晶顯示元件1般以聚合物層4的方式形成,也可在液晶層中部分地或全體地形成。另外,也可透過狹縫(slit)、分隔壁等來替代上述線狀突起或圖案化的電極而進行配向分割。在任一個方式中,也根據該液晶顯示元件,例如液晶分子在相對於基板界面而極小地傾斜的狀態下被支撐,液晶配向膜由該液晶配向劑形成,因此在施加電壓時,可使得液晶分子確實地倒向該傾斜方向,且可提高此時的反應性。
<液晶顯示元件的製造方法>
以圖1的液晶顯示元件1的情況為例來說明該液晶顯示元件的製造方法的一個例子。
作為液晶顯示元件1的製造方法,可列舉具有下述步驟的方法:在具有透明電極5a或5b以及線狀突起6的一對基板2的各內側由上述液晶配向劑形成液晶配向膜3的步驟;將上述一對基板2對向配置使得內側彼此面對面,在該基板之間填充聚合性液晶組合物的步驟;以及在施加電壓的狀態下使上述聚合性液晶組合物硬化的步驟。
就上述液晶配向膜的形成而言,可在塗布液晶配向劑後,藉由加熱使其固化而形成。
以上述聚合性液晶組合物的硬化方法而言,可列舉:使用紫外線等的光硬化、基於熱賦予的熱硬化。以光硬化的情況下的照射量而言,並沒有特別限定,但是以紫外線照射量而言,例如為1,000~5,000mJ/cm2 左右。另外,聚合時的施加電壓也沒有特別限定,但是為0~20V左右。
藉由這樣地一邊施加電壓一邊硬化(聚合)而形成液晶層,而在傾斜後的狀態下支撐液晶分子,可有效地控制液晶分子的配向性。另外,根據該製造方法,藉由從上述液晶配向劑形成液晶配向膜,而可製造液晶配向性高並且具有優異的高速反應性的PSA方式的液晶顯示元件。
[實施例]
以下,根據合成例和實施例來進一步詳細說明本發明,但本發明不受限於這些實施例。
在以下的實施例中獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷以及[A]化合物的重量平均分子量(Mw)為由下述規格的GPC測定的聚苯乙烯換算值。
管柱:東曹公司、TSKgelGRCXLII
溶劑:四氫呋喃
溫度:40℃
壓力:68kgf/cm2
又,在以下的實施例中使用的原料化合物以及聚合物的必需量係藉由依需要地反覆進行在下述的合成例所示的合成圖示下的原料化合物以及聚合物的合成而確保。
<具有環氧基的聚有機矽氧烷的合成> [合成例1]
在具備攪拌器、溫度計、滴液漏斗以及回流冷凝管的反應容器中,加入2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷(ECETS)100.0g、甲基異丁基酮500g以及三乙胺10.0g,在室溫下混合。接著,花費30分鐘從滴液漏斗滴下去離子水100g後,在回流下一邊混合一邊在80℃下反應6小時。反應終止後,取出有機層,以0.2質量%硝酸銨水溶液洗滌至洗滌後的水成為中性後,在減壓下將溶劑及水餾出,以黏稠的透明液體的方式獲得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,確認在化學位移(δ)=3.2ppm附近可如同理論強度一樣獲得基於環氧基的峰,且在反應中未引起環氧基的副反應。
[合成例2~3]
除了將加入原料如下述表1所示設定以外,與合成例1同樣地操作而分別以黏稠的透明液體的方式獲得了具有環氧基的聚有機矽氧烷。將由合成例1~3獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷的Mw及環氧當量一併示於表1。又,表1中的原料矽烷化合物的略稱表示以下的意義。
ECETS:2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷
MTMS:甲基三甲氧基矽烷
PTMS:苯基三甲氧基矽烷
<特定羧酸的合成> [特定羧酸1的合成]
按照下述反應圖示合成特定羧酸1。
[合成例4]
在具備冷凝管的500mL的三口燒瓶中加入4-氰基-4’-羥基聯苯6.3g、11-溴十一酸甲酯10g、碳酸鉀14.2g、N,N-二甲基甲醯胺200mL,在160℃下加熱攪拌5小時。利用TLC確認反應結束後,將反應溶液冷卻至室溫。將反應溶液投入於水500mL中,進行混合攪拌。將析出的白色固體過濾分離,用水進一步洗滌。藉由在80℃下將所獲得的固體真空乾燥,而獲得11g的化合物1。
[合成例5]
接著,在具備冷凝管的200mL的三口燒瓶中,加入10g的化合物1、1.6g的氫氧化鋰‧一水合物、甲30mL醇、水15mL,在80℃下加熱攪拌4小時。利用TLC確認反應結束後,將反應溶液冷卻至室溫。在攪拌反應溶液的狀態下,將稀鹽酸慢慢滴加於反應溶液中。將析出固體過濾,依水、乙醇的順序洗滌。藉由在80℃下將所獲得的固體真空乾燥,而獲得8g的特定羧酸1。
[特定羧酸2的合成]
按照下述反應圖示合成特定羧酸2。
[合成例6]
在具備冷凝管的500mL的三口燒瓶中加入4-氰基-4’-羥基聯苯15g、碳酸伸乙酯13.5g、溴化四丁銨(TBAB)2.5g、N,N-二甲基甲醯胺300mL,在150℃下加熱攪拌9小時。利用TLC確認反應結束後,將反應溶液冷卻至室溫。用乙酸乙酯300mL、1N-氫氧化鈉水溶液100mL的混合溶液分液洗滌反應溶液。萃取有機層後,進一步依照1N-氫氧化鈉水溶液100mL、水100mL的順序進行分液洗滌。用硫酸鎂將有機層乾燥後,將有機溶劑餾出。將所獲得的固體真空乾燥後,用乙醇100mL/己烷250mL進行再結晶,而獲得13.1g的化合物2。
[合成例7]
在具備冷凝管、滴液漏斗的200mL的三口燒瓶中加入12g的化合物2、12.7g的4-氯苯磺醯氯、脫水二氯甲烷60mL並混合。在用冰浴冷卻反應溶液的狀態下,花費10分鐘而滴入三乙胺6.6g的脫水二氯甲烷10mL溶液。在冰浴狀態下,攪拌30分鐘,返回到室溫而進一步攪拌6小時。在反應溶液中加入氯仿150mL,用水100mL進行4次分液洗滌。用硫酸鎂乾燥所萃取的有機層,將有機溶劑餾出。用乙醇將所獲得的固體洗滌,而獲得16.1g的化合物3。
[合成例8]
在具備冷凝管的300mL的三口燒瓶中加入15g的化合物3、11g的4-羥基苯甲酸甲酯、12.5g的碳酸鉀、180mL的N,N-二甲基甲醯胺,在80℃下加熱攪拌9小時。利用TLC確認反應結束後,將反應溶液冷卻至室溫。將反應溶液投入於500mL的水中,進行混合攪拌。將析出的白色固體過濾分離,用乙醇進一步洗滌。藉由在80℃下將所獲得的固體真空乾燥,而獲得10g的化合物4。
[合成例9]
在具備冷凝管的100mL的三口燒瓶中加入9.5g的化合物4、1.6g的氫氧化鋰‧一水合物、30mL的甲醇、15mL的四氫呋喃、15mL的水,在80℃下加熱攪拌4小時。利用TLC確認反應結束後,將反應溶液冷卻至室溫。在攪拌反應溶液的狀態下,將稀鹽酸慢慢滴入於反應溶液中。將析出固體過濾,依照水、乙醇的順序洗滌。藉由在80℃下將所獲得的固體真空乾燥,而獲得9g的特定羧酸2。
[特定羧酸3的合成]
按照下述反應圖示合成特定羧酸3。
[合成例10]
在合成例4中,使用10.7g的2,3,5,6-四氟-4-(五氟苯基)苯酚來替代4-氰基-4’-羥基聯苯,而獲得13.7g的化合物5。
[合成例11]
在合成例5中,使用13.5g的化合物5來替代化合物1,而獲得11.2g的特定羧酸3。
[特定羧酸4的合成]
按照下述反應圖示合成特定羧酸4。
[合成例12]
在合成例6中,使用25.5g的2,3,5,6-四氟-4-(五氟苯基)苯酚來替代4-氰基-4’-羥基聯苯,而獲得23.1g的化合物6。
[合成例13]
在合成例7中,使用18.9g的化合物6來替代化合物2,從而獲得了24.1g的化合物7。
[合成例14]
在合成例8中,使用20g的化合物7來替代化合物3,而獲得15.4g的化合物8。
[合成例15]
在合成例9中,使用13g的化合物8來替代化合物4,而獲得11.4g的特定羧酸4。
[特定羧酸5的合成]
按照下述反應圖示合成特定羧酸5。
[合成例16]
與特定羧酸1的合成同樣地操作,獲得15g的將亞甲基的數從10變更為5的特定羧酸5。
[特定羧酸6的合成]
按照下述反應圖示合成特定羧酸6。
[合成例17]
在具備冷凝管的500mL的三口燒瓶中加入2,2’,3,3’-四氟-4’-丙基-4-羥基聯苯10.1g、11-溴十一酸甲酯10g、碳酸鉀14.2g、N,N-二甲基甲醯胺200mL,在160℃下加熱攪拌5小時。利用TLC確認反應結束後,將反應溶液冷卻至室溫。將反應溶液投入於水500mL,進行了混合攪拌。將析出的白色固體過濾分離,用水進一步洗滌。藉由在80℃下將所獲得的固體真空乾燥,而獲得10.8g的化合物9。
[合成例18]
接著,在具備冷凝管的200mL的三口燒瓶中,加入10g的化合物9、1.6g的氫氧化鋰‧一水合物、30mL的甲醇、15mL的水,在80℃下加熱攪拌4小時。利用TLC確認反應結束後,將反應溶液冷卻至室溫。在攪拌反應溶液的狀態下,將稀鹽酸慢慢滴入於反應溶液中。將析出固體過濾,依照水、乙醇的順序洗滌。藉由在80℃下將所獲得的固體真空乾燥,而獲得6g的特定羧酸6。
[特定羧酸7的合成]
按照下述反應圖示合成特定羧酸7。
[合成例19]
除了將起始化合物(2,2’,3,3’-四氟-4’-丙基-4-羥基聯苯)10.1g變更為上述反應圖示中記載的化合物(2,3-二氟-4-(4-丙基環己基)苯酚)9.1g以外,與上述特定羧酸6的合成同樣地操作,獲得5.9g的特定羧酸7。
[特定羧酸8的合成]
按照下述反應圖示合成特定羧酸8。
[合成例20]
除了將起始化合物(2,2’,3,3’-四氟-4’-丙基-4-羥基聯苯)10.1g變更為上述反應圖示中記載的化合物(2,2’,3,3’-四氟-4-丙基-4”-羥基聯三苯)12.9g以外,與上述特定羧酸6的合成同樣地操作,獲得7.1g的特定羧酸8。
[特定羧酸9的合成]
按照下述反應圖示合成特定羧酸9。
[合成例21]
除了將起始化合物(2,2’,3,3’-四氟-4’-丙基-4-羥基聯苯)10.1g變更為上述反應圖示中記載的化合物(2,3-二氟-4-(4-丙基環己基甲氧基)苯酚)10.2g以外,與上述特定羧酸6的合成同樣地操作,獲得6.5g的特定羧酸9。
[特定羧酸10的合成]
按照下述反應圖示合成特定羧酸10。
[合成例22]
除了將起始化合物(2,2’,3,3’-四氟-4’-丙基-4-羥基聯苯)10.1g變更為上述反應圖示中記載的化合物(2,3-二氟-4’-(4-丙基苯基乙基)聯苯)12.6g以外,與上述特定羧酸6的合成同樣地操作,獲得7.2g的特定羧酸10。
[特定羧酸11的合成]
按照下述反應圖示合成特定羧酸11。
[合成例23]
除了將起始化合物(2,2’,3,3’-四氟-4’-丙基-4-羥基聯苯)10.1g變更為上述反應圖示中記載的化合物14.2g以外,與上述特定羧酸6的合成同樣地操作,獲得7.6g的特定羧酸11。
[特定羧酸12的合成]
按照下述反應圖示合成特定羧酸12。
[合成例24]
在具備冷凝管的500mL的三口燒瓶中,加入4-[二氟(4-戊基環己基)甲氧基]-2,3-二氟苯酚12.5g、11-溴十一酸甲酯10g、碳酸鉀14.2g、N,N-二甲基甲醯胺200mL,在160℃下加熱攪拌5小時。利用TLC確認反應結束後,將反應溶液冷卻至室溫。將反應溶液投入於500mL水中,進行混合攪拌。將析出的白色固體過濾分離,用水進一步洗滌。藉由在80℃下將所獲得的固體真空乾燥,而獲得14.8g的化合物10。
[合成例25]
接著,在具備冷凝管的200mL的三口燒瓶中,加入10g的化合物10、1.6g的氫氧化鋰‧一水合物、30mL的甲醇、15mL的水,在80℃下加熱攪拌4小時。利用TLC確認反應結束後,將反應溶液冷卻至室溫。在攪拌反應溶液的狀態下,將稀鹽酸慢慢滴入反應溶液中。將析出固體過濾,依照水、乙醇的順序洗滌。藉由80℃下將所獲得的固體真空乾燥,而獲得6g的特定羧酸12。
<[A]化合物的合成> [合成例26]
在100mL的三口燒瓶中,加入9.8g的由上述合成例1獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷、28g的甲基異丁基酮、5.0g的由上述合成例5獲得的特定羧酸1、3.3g的作為由上述式(4)表示的化合物之一而例示的式(4-11)所表示的4-辛氧基苯甲酸以及0.20g的UCAT 18X(SAN-APRO公司的4級胺鹽),在80℃下攪拌12小時。反應終止後,用甲醇進行再沉澱,將沉澱物溶解於乙酸乙酯而獲得溶液,對該溶液進行3次水洗後,將溶劑餾出,而以白色粉末方式獲得14.5g的[A]化合物A-1。[A]化合物A-1的Mw為6,500。
[合成例27]
除了使用4g的由合成例9獲得的特定羧酸2來替代特定羧酸1以外,與合成例26同樣地操作,而獲得12.8g的[A]化合物A-2的白色粉末。[A]化合物A-2的Mw為6,000。
[合成例28]
除了使用6.8g的由合成例11獲得的特定羧酸3來替代特定羧酸1以外,與合成例26同樣地操作,而獲得14.7g的[A]化合物A-3的白色粉末。[A]化合物A-3的Mw為8,100。
[合成例29]
除了使用5.6g的由合成例15獲得的特定羧酸4來替代特定羧酸1以外,與合成例26同樣地進行了[A]化合物的合成。其結果,獲得15.0g的[A]化合物A-4的白色粉末。[A]化合物A-4的Mw為7,500。
[合成例30]
在100mL的三口燒瓶中,加入9.8g的由上述合成例1獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷、28g的甲基異丁基酮、10g的由上述合成例5獲得的特定羧酸1以及0.20g的UCAT 18X(SAN-APRO公司的4級胺鹽),在80℃下攪拌12小時。反應終止後,用甲醇進行再沉澱,將沉澱物溶解於乙酸乙酯,對該溶液進行3次水洗後,將溶劑餾出,而以白色粉末方式獲得16.0g的[A]化合物A-5。[A]化合物A-5的Mw為8,500。
[合成例31]
除了使用4.1g的由合成例16獲得的特定羧酸5來替代特定羧酸1以外,與合成例26同樣地操作,而獲得12.4g的[A]化合物A-6的白色粉末。[A]化合物A-6的Mw為6,200。
[合成例32]
除了使用3.6g的作為由上述式(4)表示的化合物之一而例示的式(4-13)所表示的4-(4-戊基環己基)苯甲酸來替代4-辛氧基苯甲酸以外,與合成例26同樣地操作,而獲得13.4g的[A]化合物A-7的白色粉末。[A]化合物A-7的Mw為7,900。
[合成例33]
在100mL的三口燒瓶中,加入9.8g的由上述合成例1獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷、28g的甲基異丁基酮、8.0g的由上述合成例5獲得的特定羧酸1、1.4g的由上述式(4-13)表示的4-(4-戊基環己基)苯甲酸以及0.20g的UCAT 18X(SAN-APRO公司的4級胺鹽),在80℃下攪拌12小時。反應終止後,用甲醇進行再沉澱,將沉澱物溶解於乙酸乙酯,對該溶液進行3次水洗後,將溶劑餾出,而以白色粉末方式獲得13.9g的[A]化合物A-8。[A]化合物A-8的Mw為8,900。
[合成例34]
在100mL的三口燒瓶中,加入9.8g的由上述合成例1獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷、28g的甲基異丁基酮、2.0g的由上述合成例5獲得的特定羧酸1、5.8g的由上述式(4-13)表示的4-(4-戊基環己基)苯甲酸以及0.20g的UCAT 18X(SAN-APRO公司的4級胺鹽),在80℃下攪拌12小時。反應終止後,用甲醇進行再沉澱,將沉澱物溶解於乙酸乙酯而獲得溶液,對該溶液進行3次水洗後,將溶劑餾出,而以白色粉末方式獲得13.4g的[A]化合物A-9。[A]化合物A-9的Mw為7,600。
[合成例35]
在100mL的三口燒瓶中,加入9.8g的由上述合成例1獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷、28g的甲基異丁基酮、8.0g的由上述合成例5獲得的特定羧酸1、2.6g的由上述式(4-12)表示的羧酸衍生物以及0.20g的UCAT 18X(SAN-APRO公司的4級胺鹽),在80℃下攪拌12小時。反應終止後,用甲醇進行再沉澱,將沉澱物溶解於乙酸乙酯,對該溶液進行3次水洗後,將溶劑餾出,而以白色粉末方式獲得15.5g的[A]化合物A-10。[A]化合物A-10的Mw為9,200。
[合成例36]
除了使用6.1g的由合成例18獲得的特定羧酸6來替代特定羧酸1以外,與合成例26同樣地操作,而獲得18.4g的[A]化合物A-11的白色粉末。[A]化合物A-11的Mw為7,300。
[合成例37]
除了使用5.7g的由合成例19獲得的特定羧酸7來替代特定羧酸1以外,與合成例26同樣地操作,而獲得17.5g的[A]化合物A-12的白色粉末。[A]化合物A-12的Mw為7,600。
[合成例38]
除了使用7.2g的由合成例20獲得的特定羧酸8來替代特定羧酸1以外,與合成例26同樣地操作,而獲得19.1g的[A]化合物A-13的白色粉末。[A]化合物A-13的Mw為7,000。
[合成例39]
除了使用6.2g的由合成例21獲得的特定羧酸9來替代特定羧酸1以外,與合成例26同樣地操作,而獲得18.1g的[A]化合物A-14的白色粉末。[A]化合物A-14的Mw為6,900。
[合成例40]
除了使用7.0g的由合成例22獲得的特定羧酸10來替代特定羧酸1以外,與合成例26同樣地操作,而獲得19.4g的[A]化合物A-15的白色粉末。[A]化合物A-15的Mw為7,500。
[合成例41]
除了使用8.4g的由合成例23獲得的特定羧酸11來替代特定羧酸1以外,與合成例26同樣地操作,而獲得20.1g的[A]化合物A-16的白色粉末。[A]化合物A-16的Mw為7,300。
[合成例42]
除了使用7.2g的由合成例25獲得的特定羧酸12來替代特定羧酸1以外,與合成例26同樣地操作,而獲得19.5g的[A]化合物A-17的白色粉末。[A]化合物A-17的Mw為7,300。
[比較合成例1]
在100mL的三口燒瓶中,加入9.8g的由上述合成例1獲得的具有環氧基的聚有機矽氧烷、28g的甲基異丁基酮、3.3g的4-辛氧基苯甲酸以及0.10g的UCAT 18X(SAN-APRO公司的4級胺鹽),在80℃下攪拌12小時。反應終止後,用甲醇進行再沉澱,將沉澱物溶解於乙酸乙酯,對該溶液進行3次水洗後,將溶劑餾出,而以白色粉末方式獲得9.6g的[A]化合物CA-1。化合物CA-1的Mw為6,000。
<聚醯胺酸的合成> [合成例43]
將1,2,3,4-環丁烷四甲酸二酐19.61g(0.1莫耳)和4,4’-二胺基-2,2’-二甲基聯苯21.23g(0.1莫耳)溶解於N-甲基-2-吡咯啶酮367.6g,在室溫下反應6小時。接著,將反應混合物注入過量的甲醇中,使反應產物沉澱。用甲醇洗滌沉澱物,藉由在減壓下在40℃下乾燥15小時,而獲得35g的聚醯胺酸PA-1。
[合成例44]
將2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐22.4g(0.1莫耳)和環己烷雙(甲基胺)14.23g(0.1莫耳)溶解於N-甲基-2-吡咯啶酮329.3g,在60℃下反應6小時。接著,將反應物注入過量的甲醇中,使反應產物沉澱。用甲醇洗滌沉澱物,在減壓下在40℃下乾燥15小時,而獲得32g聚醯胺酸PA-2。
<聚醯亞胺的合成> [合成例45]
取17.5g的由上述合成例44獲得的聚醯胺酸PA-2,在其中添加N-甲基-2-吡咯啶酮232.5g、吡啶3.8g以及乙酸酐4.9g,在120℃下反應4小時而進行醯亞胺化。接著,將反應混合液注入過量的甲醇中,使反應產物沉澱。用甲醇洗滌沉澱物,在減壓下乾燥15小時,而獲得15g聚醯亞胺PI-1。
[合成例46]
將作為四羧酸二酐的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐19.88g,作為二胺化合物的對苯二胺6.83g、二胺基二苯基甲烷3.58g和由上述式(G-4)表示的二胺4.72g溶解於N-甲基-2-吡咯啶酮140g中,在60℃下反應4小時。接著,將反應溶液注入於過量的甲醇中而使反應產物沉澱。其後,用甲醇洗滌,在減壓下在40℃下乾燥24小時而獲得聚醯胺酸32.8g。將所獲得的聚醯胺酸30g溶解於N-甲基-2-吡咯啶酮400g中,添加吡啶12.0g及乙酸酐15.5g,並且在110℃下脫水閉環4小時,與上述同樣地操作,進行沉澱、洗滌、減壓乾燥,獲得25g的Mw=92,000、Mw/Mn=4.19、醯亞胺化率79%的聚醯亞胺PI-2。
<液晶配向劑的製備> [實施例1]
取出含有由合成例43獲得的聚醯胺酸PA-1的溶液,以取出量為換算為其中所含的聚醯胺酸PA-1而相當於1,000質量份的量,加入[A]化合物A-1(100質量份),進一步加入N-甲基-2-吡咯啶酮以及丁基賽璐蘇,製成溶劑組成為N-甲基-2-吡咯啶酮:丁基賽璐蘇=50:50(質量比)、固體含量濃度為3.0質量%的溶液。以孔徑10.2μm的過濾器過濾此溶液,而製備液晶配向劑S-1。
[實施例2~21和比較例1]
除了如表2中記載般設啶作為[B]聚合物的聚醯胺酸或聚醯亞胺、作為[A]成分的聚有機矽氧烷化合物的組合以外,與實施例1同樣地操作,而製備液晶配向劑S-2~S-21及CS-1。
[比較例2]
在由上述合成例46獲得的聚醯亞胺PI-2中,分別加入N-甲基-2-吡咯啶酮以及丁基賽璐蘇使得溶劑組成成為N-甲基-2-吡咯啶酮:丁基賽璐蘇=70:30(質量比),而製成固體含量濃度為3.0質量%的溶液。以孔徑0.2μm的過濾器過濾此溶液,而製備液晶配向劑CS-2。又,表中的「-」表示沒有使用對應的成分。
<液晶顯示元件的製造>
作為使用實施例1的液晶配向劑S-1的液晶顯示元件,而製作15型XGA面板(像素間距:297μm,像素數:1024×768)。圖3係顯示此面板(液晶顯示元件)的一像素的模式圖。在一側的基板上形成圖案化的透明電極21。進一步為了使透明電極21作為像素電極而起作用,在該基板上設置TFT22及匯流排線23。如圖3所示,圖案化的透明電極21從像素中央部往4方位(右上、右下、左上、左下)延伸。此處,邊界部(背骨)附近的圖案化的透明電極21的電極寬度為2μm、間隔(space)的寬度為4μm,遠離邊界部的區域的電極寬度為4μm、間隔寬為2μm。從邊界部端到圖案寬度變化部的距離x為5μm。在另一側的基板上,形成透明電極(共用電極)。基板材料係使用板厚0.7mm的玻璃基板OA-2(日本電氣硝子公司製)。
在這些基板上,藉由印刷法使用液晶配向劑S-1形成液晶配向膜,在180℃下進行60分鐘的熱處理。進一步,介由直徑4μm的間隔物(積水Fine Chemical公司製)將這些基板貼合,而製作未注入液晶的空槽。在此槽中注入微量添加光聚合性單體(大日本油墨公司製)的介電常數各向異性為負的液晶(Merck公司製)。光聚合性單體的添加量為2.4質量%。接著,對此槽施加電壓而照射紫外線,將單體聚合而聚合物化。進一步,在基板的外側兩面,將偏光板貼合使得2張偏光板的偏光方向相互正交,而製作出實施例1的液晶顯示元件。聚合時的施加電壓為10V、UV照射量為2,000mJ/cm2 (λ=365nm)。
除了使用由表2表示的液晶配向劑來替代液晶配向劑S-1以外,進行與上述同樣的操作,而製成使用實施例2~20和比較例1和2的液晶配向劑的液晶顯示元件。
<評估>
對所製造的液晶顯示元件進行以下的評估。將結果一併示於表2。
[配向性]
對於由上述製造的液晶顯示元件,在背光源照射下藉由目視觀察不施加電壓狀態下的光洩漏‧配向散亂的有無,沒有光洩漏‧配向散亂的情況為「○」,存在一部分光洩漏‧配向散亂的情況為「△」,完全無法獲得垂直配向狀態的情況為「×」。
[反應速度(開始時的電光學反應性)]
利用包含偏光顯微鏡、光檢測器、以及脈衝產生機的裝置來測定液晶反應的開始的時間。此處液晶反應速度是指從對所製作的液晶顯示元件不施加電壓狀態到施加最大1秒的5V的電壓時,從透射率10%變化為透射率90%所需要的時間(msec.)。
由表2的結果可明確知道,具備使用實施例1~21的液晶配向劑製作的液晶配向膜的液晶顯示元件的配向性優異,並且在液晶的反應速度方面,與比較例的液晶顯示元件相比,其高速化達約2/3左右以上。
[產業上的可利用性]
本發明的液晶配向劑可適用於製造高速反應性優異的PSA方式的液晶顯示元件。
1、11...液晶顯示元件
2...基板
3...液晶配向膜
4...液晶層
4a...液晶分子
5、5a、5b...透明電極
6...線狀突起
15...圖案化的透明電極
21...透明電極
22...TFT
23...匯流排線
圖1係表示本發明的一個實施形態的液晶顯示元件的模式剖面圖。
圖2係表示與圖1的液晶顯示元件不同的實施形態的液晶顯示元件的模式剖面圖。
圖3係由實施例製造的液晶顯示元件的模式圖。
1、11...液晶顯示元件
2...基板
3...液晶配向膜
4...液晶層
4a...液晶分子
5a、5b...透明電極
6...線狀突起
7...聚合物層

Claims (5)

  1. 一種PSA方式的液晶顯示元件的製造方法,其特徵為,其具有以下步驟:在具有透明電極的一對基板的各內側由液晶配向劑形成液晶配向膜的步驟,將上述一對基板按照內側彼此面對面的方式對向配置,在該基板之間填充聚合性液晶組合物的步驟,以及在施加電壓的狀態下使上述聚合性液晶組合物硬化的步驟;該液晶配向劑係含有[A]具有由下述式(1)表示的基團的化合物, 式(1)中,R1 為由下述式(D-1)~(D-123)選出的基團,R2 為包含雙鍵、三鍵、醚鍵、酯鍵或氧原子的連結基團,a為0~1的整數, 式(D-1)~(D-123)中,R為碳原子數1至20的烷基或碳原子數1~20的烷氧基;X各自獨立地為氫原子或氟原子。
  2. 如申請專利範圍第1項之PSA方式的液晶顯示元件的製造方法,其中該液晶配向劑係含有[A]化合物的液晶配向劑,而該[A]化合物具有源自具有環氧基的聚有機矽氧烷的部分與源自由下述式(2)表示的化合物的部分, 式(2)中,R1 、R2 以及a與上述式(1)同義,R3 為亞甲基、碳原子數2~30的伸烷基、伸苯基或伸環己基,這些基團亦可進一步具有取代基。
  3. 如申請專利範圍第2項之PSA方式的液晶顯示元件的製造方法,其係由液晶配向劑形成液晶配向膜,該液 晶配向劑係含有上述環氧基為由下述式(X1 -1)或(X1 -2)表示的基團之該[A]化合物的液晶配向劑, 式(X1 -1)中,A為氧原子或單鍵,h為1~3的整數,i為0~6的整數,但是在i為0的情況下,A為單鍵;式(X1 -2)中,j為0~6的整數。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之PSA方式的液晶顯示元件的製造方法,其中該液晶配向劑係進一步含有[B]選自包含聚醯胺酸及聚醯亞胺的群組中的至少一種聚合物。
  5. 一種PSA方式的液晶顯示元件,其係由如申請專利範圍第1至4項中任一項之PSA方式的液晶顯示元件的製造方法所製造。
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