TWI541268B - 液晶配向劑、液晶配向膜、及液晶顯示元件 - Google Patents

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Description

液晶配向劑、液晶配向膜、及液晶顯示元件
本發明是關於一種含有使具有三嗪結構的二胺與四羧酸二酐反應而得的聚醯胺酸的液晶配向劑,以及其用途。
液晶顯示元件的驅動方式大致可分為:扭轉向列(TN)模式、超扭轉向列(STN)模式、共面切換(IPS)模式及垂直配向(VA)模式。
這些液晶顯示元件的運行需外部光源,依外部光源的種類大致分類為穿透型與反射型兩種。穿透型是將畫面背面的背光源作為光源而顯示的類型。相對於此,反射型是藉由外光的反射來顯示的類型。特別是在穿透型液晶顯示元件中,在運行中,液晶配向膜一直暴露於背光源的光中,並且由於背光源的光照射而造成液晶顯示元件自身的溫度上升。另一方面,在反射型液晶中,在在室外使用的情況下,假設光源是太陽光。太陽光包含紫外光,因此成為液晶配向膜劣化的主要原因(例如參照專利文獻1~3)。
而且,特別是在大型液晶顯示元件的製造步驟中,為改善良率而在液晶注入步驟中使用液晶滴入技術(ODF技術,One Drop Fill技術)。在液晶滴入技術中,密封劑通常使用紫外光硬化型密封劑。即,在液晶滴入技術中,液晶配向膜進一步暴露於紫外光中,因此要求耐UV性良好的液晶配向膜的開發(例如參照專利文獻4)。
如上所述,近年來,液晶顯示元件開始在嚴格的條件進行加工,在嚴酷的環境下使用。因此,作為液晶配向劑所要求的特性之一,開始重視在暴露於光或熱中之後或者在如此環境下長時間驅動後的電壓保持率等電氣特性。
[先前技術文獻]:[專利文獻]:
專利文獻1:日本專利特開2008-70463號公報
專利文獻2:日本專利特開2006-292940號公報
專利文獻3:日本專利特開2002-333624號公報
專利文獻4:日本專利特開2001-174829號公報
本發明的課題例如在於解決上述問題,提供一種可靠性優良的液晶顯示元件用液晶配向劑。而且,本發明的課題在於提供一種具備使用該液晶配向劑而形成的液晶配向膜的液晶顯示元件。
本發明者等人為了解決上述問題而進行了深入研究,結果發現:在液晶配向膜中使用2,4-二胺基-1,3,5-三嗪衍生物與四羧酸二酐反應而得的聚醯胺酸時,在具有該液晶配向膜的液晶顯示元件中可得到電壓保持率高,熱可靠性、耐光性良好的效果。
本發明的液晶配向劑如下述的第[1]項所示。
[1].一種液晶配向劑,其是在將由式(1)所示二胺的至少一種和其他二胺的至少一種所構成的二胺混合物與四羧酸二酐反應而得的聚醯胺酸或其衍生物作為聚合物成分A,且將其他二胺的至少一種與四羧酸二酐反應而得的聚醯胺酸或其衍生物作為聚合物成分B的情況下,含有聚合物成分A作為必須成分,且可更含有聚合物成分B作為選擇成分。
在式(1)中,R1是氫、-OH、-NH-C4H9、-N(CH3)2、-N(C2H5)2、-N(CH2CH=CH2)2、-NH-CH2CH=CH2、鹵素、碳數1~20的烷基、碳數1~20的烷氧基、碳數2~20的烯基、碳數6~20的芳基、碳數7~10的芳烷基,或者下述結構式之一。
根據本發明,可提供一種電壓保持率高,熱可靠性、耐光性優良的液晶顯示元件,用於該液晶顯示元件的液晶配向膜,以及可形成該液晶配向膜的聚合物及液晶配向劑。
本說明書中術語的使用方法如下所述。
「液晶性化合物」是具有液晶相的化合物以及雖然不具有液晶相但可用作液晶組成物的成分的化合物的總稱。有時將液晶性化合物、液晶組成物、液晶顯示元件分別記為化合物、組成物、元件。
有時將式(1)所示二胺記為二胺(1)。其他式所示的二胺也同樣略記。
有時將四羧酸二酐略記為酸酐。而且,有時將式(T1)所示四羧酸二酐記為酸酐(T1)。其他式所示的四羧酸二酐也同樣。
在化學結構式中,六角形圍住文字(例如A)的記號表示其是環(環A)。
與構成環的碳的鍵結位置不明確的取代基表示其鍵結位置在無化學性問題的範圍內是任意的。
在化學式的定義中使用的術語「任意的」表示不僅位置可以自由選擇,而且數目也可以自由選擇。例如,「任意的A可被B、C、D或E取代」的表達具有如下的含義:1個A可被B、C、D或E取代的含義,多個A的均可被B、C、D以及E的任一個取代的含義,以及可以混合存在有被B取代的A、被C取代的A、被D取代的A,以及被E取代的A的至少2個的含義。任意的-CH2-可被-O-取代的結果並不包含可產生連結基-O-O-的取代。
在多個式中使用相同的記號的情況下,表示該基具有相同的定義範圍,但並不表示在所有式中必須同時是相同的基。在這種情況下,可以在多個式中選擇相同的基,也可以每個式中選擇不同的基。
本發明由上述第[1]項和如下第[2]~[9]項構成。
[2].如第[1]項所述之液晶配向劑,其中R1是乙烯基或苯基。
[3].如第[1]或[2]項所述之液晶配向劑,其中四羧酸二酐是式(T1)~(T8)所示化合物的至少一種。
[4].如第[3]項所述之液晶配向劑,其中四羧酸二酐是式(T1)、(T6)及(T7)所示化合物的至少一種。
[5].如第[1]~[4]項中任一項所述之液晶配向劑,其中其他二胺是選自式(3)~(6)所示化合物的群組的二胺。
在式(3)中,Y是碳數1~7的亞烷基,該亞烷基中任意的-CH2-可被-O-或-S-取代;各R2獨立為碳數1~3的烷基;k獨立為0或1;
在式(4)中,各X1獨立為-CH2-或-O-;X2是碳數1~8的亞烷基,該亞烷基中任意的氫可被甲基或-CF3取代;
式(5)中各X1獨立為碳數1~6的亞烷基或-O-;X3是單鍵或碳數1~3的亞烷基,環T是1,4-亞苯基或1,4-亞環己基,h是0或1;R3是氫或碳數1~30的烷基,且碳數2~30的烷基中任意的-CH2-可被-O-、-CH=CH-或-C≡C-取代;
在式(6)中,A1是單鍵、-O-、-COO-、-OCO-、-CO-、-CONH-、-NHCO-、碳數1~4的亞烷基或1,4-亞環己基;R4是具有類固醇骨架的基,或式(A)所表示的基;
在式(A)中,A2及A3獨立為單鍵、-O-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-CH=CH-或碳數1~12的亞烷基;R5及R6獨立為氟或甲基,且f及g獨立為0~2的整數;環S是1,4-亞苯基、1,4-亞環己基、1,3-二惡烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、萘-1,4-二基、萘-1,5-二基、萘-2,6-二基、萘-2,7-二基、或蒽-9,10-二基;R7是氫、氟、-OH、碳數1~30的烷基、碳數1~30的氟化烷基、碳數1~30的烷氧基、-CN、-OCH2F、-OCHF2或-OCF3;c、d及e獨立為0~3的整數,且c+d+e≧1;而且,e為2或3時,多個環S可均為相同的環,也可以由至少2種不同的環構成。
[6].如第[1]~[5]項中任一項所述之液晶配向劑,其中於由式(1)所示二胺的至少一種和其他二胺的至少一種所構成的二胺混合物中,式(1)所示二胺的含有比例相對於該二胺混合物總量而言為5~30 mol%。
[7].如第[1]~[6]項中任一項所述之液晶配向劑,其僅含有聚合物成分A,是由式(1)所示二胺的至少一種和其他二胺的至少一種所構成的二胺混合物與四羧酸二酐反應而得的聚醯胺酸或其衍生物。
[8].一種液晶配向膜,其是由第[1]~[7]項中任一項所述之液晶配向劑而得。
[9].一種液晶顯示元件,其含有第[8]項之液晶配向膜。
作為本發明的液晶配向劑的必須成分的聚合物成分A是由二胺(1)的至少一種和其他二胺的至少一種所構成的二胺混合物與酸酐反應而得的聚醯胺酸或其衍生物。
在式(1)中,R1是氫、-OH、-NH-C4H9、-N(CH3)2、-N(C2H5)2、-N(CH2CH=CH2)2、-NH-CH2CH=CH2、鹵素、碳數1~20的烷基、碳數1~20的烷氧基、碳數2~20的烯基、碳數6~20的芳基、碳數7~20的芳烷基,或下示結構。
另外,該聚醯胺酸的衍生物的例子是可溶性聚醯亞胺、聚醯胺酸酯及聚醯胺酸醯胺。更具體可列舉:1)聚醯亞胺、2)部分醯亞胺化聚醯胺酸、3)聚醯胺酸酯、4)將四羧酸二酐的一部分替換為二羧酸(衍生物)進行反應而得的聚醯胺酸-聚醯胺共聚物、以及5)使該聚醯胺酸-聚醯胺共聚物進行脫水閉環反應而成的聚醯胺-醯亞胺。在實例以外的以下的說明中,如果沒有特別的限制,則使用“聚醯胺酸”作為聚醯胺酸及其衍生物的總稱。
二胺(1)的例子如下。
在這些二胺(1)中,較佳者為二胺(1-1)~(1-3)、(1-7)、(1-9)、(1-13)、(1-20)及(1-21),更佳者為二胺(1-7)、(1-9)、(1-13)及(1-20)。二胺(1)可單獨使用,亦可併用2種以上。另外,亦可以將二胺(1)的至少一種和二胺(1)以外的其他二胺的至少一種混合使用。
其他二胺較佳選自式(3)~(6)所示二胺的群組。
在式(3)中,Y是碳數為1~7的亞烷基,該亞烷基中任意的-CH2-可被-O-或-S-取代。各R2獨立為碳數1~3的烷基,各k獨立為0或1。而且,胺基在苯環上的鍵結位置相對於Y而言較佳為間位或對位,更佳為對位。
此處,各X1獨立為-CH2-或-O-;X2是碳數1~8的亞烷基,且該亞烷基的任意的氫可被甲基或-CF3取代。較佳2個X1是相同的結合基。胺基在苯環上的鍵結位置相對於X1而言較佳為間位或對位,更佳為對位。
此處,各X1獨立為碳數1~6的亞烷基或-O-;X3是單鍵或碳數1~3的亞烷基,環T是1,4-亞苯基或1,4-亞環己基,且h是0或1;R3是氫或碳數1~30的烷基,且碳數2~30的烷基中任意的-CH2-可被-O-、-CH=CH-或-C≡C-取代。該碳數的較佳範圍是1~10。而且,胺基在苯環上的鍵結位置相對於X1而言較佳為間位或對位,更佳為對位。
此處,A1是單鍵、-O-、-COO-、-OCO-、-CO-、-CONH-、-NHCO-、碳數1~4的亞烷基或1,4-亞環己基;R4是具有類固醇骨架的基,或式(A)所示的基。
此處,A2及A3獨立為單鍵、-O-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-CH=CH-或碳數1~12的亞烷基;R5及R6獨立為氟或甲基,且f及g獨立為0~2的整數。環S是1,4-亞苯基、1,4-亞環己基、1,3-二惡烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、萘-1,4-二基、萘-1,5-二基、萘-2,6-二基、萘-2,7-二基或蒽-9,10-二基。R7是氫、氟、-OH、碳數1~30的烷基、碳數1~30的氟化烷基、碳數1~30的烷氧基、-CN、-OCH2F、-OCHF2或-OCF3,這些烷基、氟化烷基及烷氧基的碳數較佳為1~10。c、d及e獨立為0~3的整數,且c+d+e≧1。在e為2或3時,多個環S可均為相同的環,也可以由至少2種不同的環構成。而且,2個胺基在苯環上的鍵結位置相對於A1而言較佳為間位。
二胺(3)的較佳具體例表示如下。
這些較佳具體例中,更佳為二胺(3-1)~(3-4)、(3-6)、(3-8)、(3-13)、(3-14)、(3-19)、(3-20)及(3-21)。
二胺(4)的較佳具體例表示如下。
這些二胺(4)的較佳具體例中,更佳者為二胺(4-1)及(4-5)~(4-9)。
二胺(5)的較佳具體例表示如下。
這些二胺(5)的較佳具體例中,更佳者為二胺(5-3)~(5-8)、(5-15)~(5-18)、(5-23)及(5-24)。
二胺(6)的較佳例如下。
在這些式中,R8是碳數3~12的烷基或碳數3~12的烷氧基,較佳為碳數5~12的烷基或碳數5~12的烷氧基。R9是碳數1~10的烷基或碳數1~10的烷氧基,較佳為碳數3~10的烷基或碳數3~10的烷氧基。
這些式中,R10是碳數4~16的烷基,較佳為碳數6~16的烷基。R11是碳數6~20的烷基,較佳碳數8~20的烷基。
式(6-18)~(6-38)中,R12是碳數1~12的烷基或碳數1~12的烷氧基,較佳為碳數3~12的烷基或碳數3~12的烷氧基。R13是氫、氟、碳數1~12的烷基、碳數1~12的烷氧基、氰基、-OCH2F、-OCHF2或-OCF3,較佳為碳數3~12的烷基或碳數3~12的烷氧基。A9是碳數1~12的亞烷基。
上述二胺(6)的較佳例中,更佳者為二胺(6-1)~(6-11),又更佳者為二胺(6-2)、(6-4)、(6-5)及(6-6)。
在本發明中,可進一步使用除二胺(3)~(6)以外的其他二胺。此種其他二胺的例子是式(7)所示的矽氧烷系二胺。
此處,R22及R23獨立表示碳數1~3的烷基或苯基,各R21獨立表示亞甲基、亞苯基或經烷基取代的亞苯基,各x獨立表示1~6的整數,y表示1~10的整數。
本發明所用的其他二胺可依液晶顯示元件的電場方式的要求特性而定。在以TN或VA方式為代表的縱電場方式中需較大預傾角,因此主要使用二胺(5)或(6)。另外,為了控制預傾角,還可以使用二胺(3)或(4)。而且,在橫電場方式中必須預傾角小、液晶配向性高,因此主要使用二胺(3)或(4)。在橫電場方式的液晶顯示元件中,自提高未施加電壓時的黑顯示特性的觀點考慮,較佳並用這些二胺。
在本發明使用的所述二胺混合物中,二胺(1)的使用比例相對於該二胺混合物總量而言較佳為5~30 mol%。為獲得對電氣特性的上述提高效果,即熱可靠性、耐光性的改善效果,二胺(1)的含有率較佳為5 mol%以上,為了不妨礙聚醯胺酸的合成,二胺(1)的含有率較佳為30 mol%以下。
而且,在作為縱電場方式的VA、TN及OCB方式中,必須表現較大的預傾角。在此情況下,須和二胺(1)併用作為具有側鏈的二胺的二胺(5)及(6)的一種以上。藉由控制這些二胺的種類或比例,可表現出規定的預傾角。在併用這些二胺得聚合物時,應用該聚合物的液晶顯示元件可成為使電壓保持率進一步提高的縱電場方式的液晶顯示元件。
作為與二胺反應的酸酐,只要不損及本發明的效果,則可使用芳香族系四羧酸二酐、脂環式四羧酸二酐以及脂肪族四羧酸二酐的任意種,且可自這些酸酐的群組中選擇一種或2種以上而使用。
可在本發明中使用的酸酐的例子如下。
以上例子中更佳的酸酐表示如下。
上述酸酐(T1)~(T8)中,更佳者為酸酐(T1)、(T6)及(T7)。
上述二胺與酸酐的反應得的聚醯胺酸的分子量例如以凝膠滲透層析法(GPC)的聚苯乙烯換算重量平均分子量(Mw)計,較佳為10,000~500,000,更佳為20,000~200,000。
聚醯胺酸除使用上述二胺與酸酐外,可與形成聚醯亞胺膜所用的已知聚醯胺酸同樣地製造。例如,在具備原料投入口、氮氣導入口、溫度計、攪拌機及冷凝器的反應容器中,裝入二胺(1)的至少一種,或二胺(1)的至少一種和選自二胺(3)~(6)的群組的其他二胺的至少一種的混合物的所需量,且除這些二胺外,可依情況裝入二胺(3)~(6)以外的其他二胺的至少一種,進一步可視需要裝入所需量的單胺。接著投入溶劑(如醯胺基系極性溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮或二甲基甲醯胺等)及酸酐的至少一種,另外視需要投入羧酸酐,在攪拌下加熱使其反應。此時,酸酐的總裝入量較佳與二胺的總莫耳數大約等莫耳(莫耳比約0.9~1.1)。
如此而得的聚醯胺酸包含二胺(1)與酸酐反應生成的化學結構及其他二胺與酸酐反應生成的化學結構。二胺(1)與酸酐反應生成的化學結構如下式(10)及(11)所示的結構單元。其他二胺與酸酐反應而成的結構例如下述式(12)及(13)所示的結構單元。另外,在式(10)~(13)中,Q1是酸酐的殘基,R1與式(1)中的R1相同,Q2是其他二胺的殘基。
式(10)~(13)的結構可利用IR或NMR確定。更詳細而言,本發明中的聚醯胺酸可藉如下方式鑒定:以大量的貧溶劑使其沉澱,利用過濾等將固形物與溶劑完全分離,再用IR、NMR分析。另外,可在KOH或NaOH等強鹼的水溶液中使固形物的聚醯胺酸分解後,用有機溶劑萃取,再用GC、HPLC或GC-MS分析,由此鑒定所使用的單體。
本發明的液晶配向劑除聚合物成分A外,還可進一步含有由二胺(1)以外的其他二胺與酸酐反應而得的聚醯胺酸作為聚合物成分B,而成所謂的聚合物共混物的形態。在共混聚合物成分B時,相對於液晶配向劑中的聚合物總量而言,其含量較佳為1~50 wt%,更佳為2~30 wt%。使其含量為該範圍,可同時表現本發明的效果和調整配向性。
本發明的液晶配向劑除上述聚醯胺酸以外,還可以進一步含有除此以外的其他成分的一種或2種以上。例如,自提高液晶配向膜的耐久性的觀點考慮,本發明的液晶配向劑還可以進一步含有環氧化合物。
在本發明中,液晶配向劑中的所述環氧化合物的含量並無特別的限定,在使用環氧化合物時,其含量較佳為液晶配向劑總量的0.1~40 wt%,但自液晶配向劑所形成的液晶配向膜難以因摩擦處理而削減等耐久性良好的觀點考慮,更佳為0.2~30 wt%。
所述環氧化合物例如雙酚A型環氧樹脂、縮水甘油酯型環氧樹脂、脂環式環氧樹脂、具環氧乙烷的單體的聚合物,以及具環氧乙烷的單體與其他單體的共聚物、下述式(E1)~(E3)、(E5)表示的化合物,以及式(E4)表示的化合物。
(式(E4)中的n表示0~10的整數。)
環氧樹脂的具體例如Epikote 807、Epikote 815、Epikote 825、Epikote 827。式(E4)所表示的化合物可例舉Epikote 828、Epikote 190P、Epikote 191P、Epikote 1004、Epikote 1256、Araldite CY177等。Epikote是Japan Epoxy Resins公司的商品名(現在可以作為三菱化學公司的jER系列產品而得)。Araldite是日本Ciba-Geigy公司的商品名(現在可以自Huntsman Japan公司而得)。
式(E1)所示化合物例如Araldite CY184。式(E2)所示化合物如Daicel化學工業公司的商品名“Celloxide 2021P”、“EHPE-3150”。式(E3)所示化合物如三井化學公司的商品名“Techmore VG3101L”。式(E5)所示化合物如Sigma Aldrich公司的商品名「4,4'-亞甲基雙(N,N-二縮水甘油苯胺)」。
自使液晶配向膜的透明性與平坦性良好的觀點考慮,這些化合物中較佳為式(E4)所示化合物(n=0~4的化合物的混合物)Epikote 828、式(E1)所示化合物Araldite CY184、式(E2)所示化合物Celloxide 2021P、式(E3)所示化合物Techmore VG3101L,以及式(E5)所示化合物4,4'-亞甲基雙(N,N-二縮水甘油苯胺)。
自使對基板的密著性良好的觀點考慮,本發明的液晶配向劑還可進一步含有矽烷偶聯劑、鈦系偶聯劑、胺基矽化合物等偶聯劑的一種或2種以上。胺基矽化合物可列舉乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、N-(2-胺乙基)-3-胺丙基甲基二甲氧基矽烷、N-(2-胺乙基)-3-胺丙基甲基三甲氧基矽烷、對胺基苯基三甲氧基矽烷、對胺基苯基三乙氧基矽烷、間胺基苯基三甲氧基矽烷、間胺基苯基三乙氧基矽烷、3-胺丙基三甲氧基矽烷、3-胺丙基三乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-氯丙基甲基二甲氧基矽烷、3-氯丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、N-(1,3-二甲基亞丁基)-3-(三乙氧基矽烷基)-1-丙基胺,以及N,N'-雙[3-(三甲氧基矽烷基)丙基]乙二胺等。而且,在使用該偶聯劑時,其含有率較佳為液晶配向劑的0.01~20 wt%。
本發明的液晶配向劑還可以在不損及本發明特性的範圍內進一步含有聚酯、丙烯酸聚合物、丙烯酸酯聚合物等其他聚合物成分。其他聚合物成分還可以使用以所述其他二胺為二胺原料的聚醯胺或聚醯胺-醯亞胺。此時,以相對於結構單元中具有二胺(1)的殘基的所述聚醯胺酸的重量比計,其他聚合物成分的使用比例較佳為0.2以下。
自使液晶配向劑的塗布性提高的觀點考慮,本發明的液晶配向劑還可以進一步含有用以實現該目的的表面活性劑;自使液晶配向劑的抗靜電性提高的觀點考慮,本發明的液晶配向劑還可以進一步含有抗靜電劑。
而且,自液晶配向劑的塗布性或聚合物成分的濃度調整的觀點,本發明的液晶配向劑還可進一步含有溶劑。該溶劑的選擇條件可考慮對聚合物成分的溶解力、經濟性、環境安全性等而定,具體而言可選擇聚醯胺酸、可溶性聚醯亞胺等聚合物成分的製造步驟或用途面中所通常使用的溶劑。該溶劑可單獨使用,也可以是2種以上的混合溶劑。
作為對於聚醯胺酸的母液的非質子性極性有機溶劑的例子是N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基咪唑啉酮、N-甲基己內醯胺、N-甲基丙醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、二甲基亞碸、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二乙基甲醯胺、二乙基乙醯胺以及內酯類(例如:γ-丁內酯)。
以改善塗布性等為目的的非質子性極性有機溶劑以外的溶劑的例子是:乳酸烷基酯、3-甲基-3-甲氧基丁醇、萘滿、異佛爾酮、乙二醇單烷基醚(例如:乙二醇單丁醚)、二乙二醇單烷基醚(例如:二乙二醇單乙醚)、三乙二醇單烷基醚、丙二醇單烷基醚(例:丙二醇單丁基醚)、丙二酸二烷基酯(例如:丙二酸二乙酯)、二丙二醇單烷基醚(例如:二丙二醇單甲醚),以及這些乙二醇單烷基醚的酯化合物(例如:乙酸酯)。
該些溶劑中較佳的是N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基咪唑啉酮、γ-丁內酯、乙二醇單丁醚、二乙二醇單乙醚、丙二醇單丁醚及二丙二醇單甲醚。
本發明中,液晶配向劑中聚合物成分的濃度較佳為0.1 wt%~40 wt%。將該液晶配向劑塗布於基板上時,必須進行將用以調整膜厚而含有的聚合物成分預先用溶劑稀釋的操作。聚合物成分的濃度若為40 wt%以下,則可容易地混合稀釋溶劑,而不會在用以調整膜厚的黏度調整中產生障礙。
液晶配向劑中的聚合物成分的濃度有時也可以依液晶配向劑的塗布方法而調整。液晶配向劑的塗布方法為旋塗法或印刷法時,為保持好膜厚,所述聚合物成分的濃度大多通常為10 wt%以下。在其他塗布方法如浸漬法或噴墨法中也可以使其濃度更低。另一方面,若所述聚合物成分的濃度為0.1 wt%以上,則易使所得液晶配向膜的膜厚最佳化。因此,所述聚合物成分的濃度在通常的旋塗法或印刷法等中為0.1 wt%以上,較佳為0.5~10 wt%。然而,也可以根據液晶配向劑的塗布方法而以更稀薄的濃度使用。
另外,用於製作液晶配向膜時,本發明的液晶配向劑的黏度可根據形成該液晶配向劑的膜的手段或方法而定。例如,在使用印刷機形成液晶配向劑的膜時,自獲得充分膜厚的觀點考慮,較佳為5 mPa‧s以上,且自抑制印刷不均的觀點考慮較佳為100 mPa‧s以下,更佳為10~80 mPa‧s。在利用旋塗法塗布液晶配向劑而形成液晶配向劑的膜時,自同樣的觀點考慮,較佳為5~200 mPa‧s,更佳為10~100 mPa‧s。液晶配向劑的黏度可以藉由利用溶劑進行稀釋或者伴隨著攪拌的熟化而減小。
本發明的液晶配向膜由上述本發明的液晶配向劑而得。本發明的液晶配向膜可利用由液晶配向劑製作液晶配向膜的通常方法而得,例如本發明的液晶配向膜可藉由如下步驟而得:形成本發明的液晶配向劑的塗膜的步驟、對其加熱而煆燒的步驟。該塗膜可藉由如下方式形成:與通常的液晶配向膜製作同樣,將本發明的液晶配向劑塗布於液晶顯示元件基板上。塗布方法可用旋塗法、印刷法、浸漬法、滴入法、噴墨法等已知方法。基板例如為亦可設置氧化銦錫(ITO)電極等電極或彩色濾光片等的玻璃基板。
塗膜的煆燒可在聚醯胺酸的脫水、閉環反應所需的條件下進行。煆燒方法可用在烘箱或紅外爐中加熱處理的方法、在加熱板上加熱處理的方法等。通常較佳在150~300℃左右的溫度下進行1分鐘~3小時。
關於本發明的液晶配向膜,可視需要對所述煆燒步驟所得的膜進行摩擦處理。該摩擦處理可以與通常用於液晶配向膜的配向處理的摩擦處理同樣進行,只要是可使本發明的液晶配向膜獲得充分的延遲的條件即可。特佳的條件是毛壓入量為0.2~0.8 mm、平臺移動速度5~250 mm/sec、輥旋轉速度為500~2,000 rpm。液晶配向膜的配向處理方法除了摩擦法以外,通常已知光配向法或轉印法等。只要在獲得本發明的效果的範圍內,也可以在所述摩擦處理中並用這些其他配向處理方法。
本發明的液晶配向膜還可以利用包含上述步驟以外的其他步驟的方法而適宜獲得。此種其他步驟例如:使所述塗膜乾燥的步驟,或者用清洗液對摩擦處理前後的膜進行清洗的步驟等。
該乾燥步驟與所述煆燒步驟同樣地通常已知:在烘箱或紅外爐中加熱處理的方法、在加熱板上加熱處理的方法等。這些方法也同樣可以應用於所述乾燥步驟中。乾燥步驟較佳在溶劑可蒸發的範圍內的溫度下實施,更佳在相對於所述煆燒步驟中的溫度而言較低的溫度下實施。
配向處理前後的液晶配向膜的利用清洗液的清洗方法例如:刷洗、噴霧、蒸汽清洗或超聲波清洗等。這些方法可單獨進行也可以併用。清洗液可使用純水,或者甲醇、乙醇、異丙醇等各種醇類,苯、甲苯、二甲苯等芳香族烴類,二氯甲烷等鹵素系溶劑,丙酮、丁酮等酮類,但不限於這些清洗液。當然,這些清洗液需使用經過充分純化的雜質較少的清洗液。此種清洗方法還可應用於形成本發明的液晶配向膜時的所述清洗步驟中。
本發明的液晶配向膜的膜厚無特別限定,較佳為10~300 nm,更佳為30~150 nm。本發明的液晶配向膜的膜厚可以使用輪廓儀或橢偏儀(ellipsometer)等已知的膜厚測定裝置進行測定。
本發明的液晶顯示元件可藉由如下方式而得:使至少一者上形成本發明的液晶配向膜而得的一對基板以液晶配向膜朝內的方式介隔間隔物而對向,在形成在基板間的間隙封入液晶組成物而形成液晶層。該基板可使用所述附有ITO電極的玻璃基板。在本發明的液晶顯示元件的製造中還可以視需要包含在基板上貼附偏光膜等其他步驟。
所述液晶組成物無特別限制,可使用介電各向異性為正或負的各種液晶組成物。介電各向異性為正的較佳液晶組成物可列舉日本專利第3086228號公報、日本專利第2635435號公報、日本專利特表平5-501735號公報、日本專利特開平8-157826號公報、日本專利特開平8-231960號公報、日本專利特開平9-241644號公報(EP885272A1說明書)、日本專利特開平9-302346號公報(EP806466A1說明書)、日本專利特開平8-199168號公報(EP722998A1說明書)、日本專利特開平9-235552號公報、日本專利特開平9-255956號公報、日本專利特開平9-241643號公報(EP885271A1說明書)、日本專利特開平10-204016號公報(EP844229A1說明書)、日本專利特開平10-204436號公報、日本專利特開平10-231482號公報、日本專利特開2000-087040公報、日本專利特開2001-48822公報等揭示的液晶組成物。
負介電各向異性的較佳液晶組成物可列舉日本專利特開昭57-114532號公報、日本專利特開平2-4725號公報、日本專利特開平4-224885號公報、日本專利特開平8-40953號公報、日本專利特開平8-104869號公報、日本專利特開平10-168076號公報、日本專利特開平10-168453號公報、日本專利特開平10-236989號公報、日本專利特開平10-236990號公報、日本專利特開平10-236992號公報、日本專利特開平10-236993號公報、日本專利特開平10-236994號公報、日本專利特開平10-237000號公報、日本專利特開平10-237004號公報、日本專利特開平10-237024號公報、日本專利特開平10-237035號公報、日本專利特開平10-237075號公報、日本專利特開平10-237076號公報、日本專利特開平10-237448號公報(EP967261A1說明書)、日本專利特開平10-287874號公報、日本專利特開平10-287875號公報、日本專利特開平10-291945號公報、日本專利特開平11-029581號公報、日本專利特開平11-080049號公報、日本專利特開2000-256307號公報、日本專利特開2001-019965號公報、日本專利特開2001-072626號公報、日本專利特開2001-192657號公報等揭示的液晶組成物。
即使於所述介電各向異性為正或負的液晶組成物中添加一種以上光學活性化合物而使用也可以。
本發明的液晶顯示元件可形成各種電場方式用液晶顯示元件,例如:電極於相對於基板表面為水平的方向上對液晶層施加電壓的橫電場方式用液晶顯示元件,或者電極於相對於基板表面為垂直的方向上對液晶層施加電壓的縱電場方式用液晶顯示元件。
橫電場方式用液晶顯示元件也可不表現較大的預傾角,因此可適宜使用由不含具側鏈二胺的二胺而得的本發明的液晶配向劑的液晶配向膜。
縱電場方式用液晶顯示元件需表現較大的預傾角,因此使用了由包含式(1)所示二胺和具側鏈二胺的二胺混合物而得的聚合物A的液晶配向膜常適宜使用。而且,在聚合物A為由式(1)所示二胺和不具側鏈的二胺的混合物而得的聚合物的情況下,並用由具側鏈二胺或包含具側鏈二胺和不具側鏈二胺的二胺混合物而得的聚合物B的本發明的液晶配向劑所形成的液晶配向膜也適宜使用。
如上所述,以本發明的液晶配向劑為原料而製作的液晶配向膜可以藉由適宜選擇作為其原料的聚合物,而應用於各種顯示驅動方式的液晶顯示元件中。
[實例]
以下,藉由實例對使用本發明的聚合物而所得的液晶配向劑以及液晶顯示元件加以詳細的說明,但本發明並不限定於這些實例。在實例中,分子量的測定使用GPC,以聚苯乙烯為標準溶液,溶析液使用DMF。另外,在以下的實例中,體積單位升用L來表示。因此,mL表示毫升。
實例中使用的液晶顯示元件的評價法記載如下。
(1)電壓保持率(VHR)
使用TOYO公司製的「6254型液晶物性評價系統」,於頻率30 Hz、電壓±5 V、測定溫度60℃下測定。該值愈大愈可以說電特性良好。
(2)長期高溫可靠性的測定
對製作的液晶顯示元件求出隨時間變化的電壓保持率,以評價保持特性。保持特性的試驗方法是將液晶顯示元件在溫度100℃環境中放置500小時,中途時時取出測定電壓保持率。100℃下加熱後的電壓保持率與初始電壓保持率相較的降低愈小,則愈可以說長期高溫可靠性良好。
(3)耐UV性的測定
以金屬鹵素燈為光源,對所作成的液晶顯示元件的整個面照光。使用濾光器將照射波長設為300~450 nm的波段,在照射能量8 J/cm2下測定。照光後的電壓保持率與初始電壓保持率相較的降低愈小,則愈可以說耐UV性良好。
(4)預傾角(Pt角)
使用中央精機公司製造的液晶評價裝置OMS-CA3在室溫下測定。
實例及比較例中使用的酸酐、二胺及溶劑的名稱以縮寫表示。在後文的記述中使用該些縮寫。
<酸酐>
1,2,3,4-環丁烷四甲酸二酐(酸酐(T6)):CBDA
均苯四甲酸二酐(酸酐(T1)):PMDA
1,2,3,4-丁烷四甲酸二酐(酸酐(T7)):BTDA
4,4'-(乙烷-1,2-二基)雙(嗎啉-2,6-二酮):EDDA
<二胺>
2,4-二胺基-6-苯基-1,3,5-三嗪(二胺(1-9)):DPTA
2-乙烯基-4,6-二胺基-1,3,5-三嗪(二胺(1-7)):VDTA
2,4-二胺基-6-(甲基丙烯醯氧基)乙基-1,3,5-三嗪(二胺(1-13)):ETZ
2,4-二胺基-6-二烯丙基胺基-1,3,5-三嗪(二胺(1-20)):AAZ
4,4'-二胺基二苯甲烷(二胺(3-1)):DDM
2,2'-二甲基-4,4'-二胺基二苯甲烷(二胺(3-21)):MBMB
5-[[4-(4'-戊基[1,1'-聯環己基]-4-基)苯基]甲基]-1,3-二胺基苯(二胺(6-5-1)):PBPB
化合物:1,1-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基-4-(反式-4-正戊基環己基)環己烷(二胺(5-23)):5HHBA
1,2-雙(4-胺基苯基)乙烷(二胺(3-2)):DET
<溶劑>
N-甲基-2-吡咯烷酮:NMP
丁基溶纖劑:BC
[合成例1] <液晶配向膜用組成物P1(清漆P1)的調製>
在具備溫度計、攪拌機、原料投入裝入口以及氮氣導入口的200 mL四口燒瓶中裝入DPTA 0.298 g、MBMB 2.883 g、PBPB 0.689 g、脫水NMP 58.3 mL,在乾燥氮氣流下攪拌溶解。一面將反應系的溫度保持為5℃一面添加CBDA 2.50 g、BTDA 0.631 g,使其反應30小時後,添加BC 36.6 mL而調製聚合物成分濃度為7 wt%的聚醯胺酸清漆。在原料的反應中由於反應熱而造成反應溫度上升時,將反應溫度抑制為約70℃以下而使其反應。
所得聚醯胺酸的重量平均分子量為108,500,其藉如下方式求出:用磷酸-DMF混合溶液(磷酸/DMF=0.6/100,重量比)稀釋所得的聚醯胺酸以使其濃度約1 wt%,用2695 Separation Module‧2414示差折射儀(Waters公司製),以上述混合溶液作為展開劑而用GPC法測定,並進行聚苯乙烯換算。管柱使用HSPgel RT MB-M(Waters公司製),在管柱溫度40℃、流速0.35 mL/min條件下測定。
用NMP/BC(重量比為50/50)的混合溶劑對如上述所得的清漆進行稀釋將所有聚合物成分的濃度調整為3 wt%,將其作為塗布用清漆P1。
[合成例2~18] <各種清漆的調製>
以表1所示的各莫耳比使用表1所示的原料,除此以外用與清漆P1同樣的方法而調製所有聚合物成分的濃度為3 wt%的清漆P2~P18。將所得的聚醯胺酸的重量平均分子量與合成例1的結果一同表示於表1中。
[實例1] <電壓保持率測定用單元a的製作>
用旋塗器將合成例1所得的清漆P1塗布於附ITO電極的玻璃基板上。塗布條件是1,700 rpm、15秒。將塗布該清漆P1的基板在80℃下預煆燒約5分鐘,然後在200℃下加熱40分鐘,獲得形成膜厚約70 nm的液晶配向膜的液晶夾持用基板。將該基板在超純水中作5分鐘超聲波清洗後,在120℃烘箱中乾燥30分鐘。在其中一個附有ITO電極的玻璃基板上散佈4 μm的間隙劑,在另一個附有ITO電極的玻璃基板上用環氧硬化劑密封,製作間距4 μm的液晶胞。在該液晶胞中注入液晶材料,用光硬化劑密封注入口。接著,在110℃下加熱30分鐘,將其作為預傾角及電壓保持率測定胞a。用作液晶材料的液晶組成物A的組成如下。該組成物的NI點為75.4℃,雙折射率為0.081。
<液晶組成物A>
使用該測定用單元a測定預傾角、電壓保持率、長期高溫可靠性及耐UV性。測定結果表示於表2中。
[實例2~8]
使用合成例2及7~12所得的清漆P2及P7~P12,與實例1同樣地製作測定用單元a,測定預傾角、電壓保持率、長期高溫可靠性及耐UV性。測定結果表示於表2中。
[比較例1]
使用合成例3所得的清漆P3,與實例1同樣地製作測定用單元a,測定預傾角、電壓保持率、長期高溫可靠性及耐UV性。測定結果表示於表2。
[實例9]
用旋塗器將合成例4所得的清漆P4塗布於附ITO電極的玻璃基板上。塗布條件是1,700 rpm、15秒。將塗布該清漆P4的基板在80℃下預煆燒約3分鐘,然後在230℃下加熱20分鐘而得形成膜厚約70 nm的液晶配向膜的基板。用飯沼機械製作所公司製的摩擦處理裝置,在配向布(毛長1.8 mm:人造絲)的毛壓入量0.40 mm、平臺移動速度60 mm/sec、輥旋轉速度1,000 rpm的條件下對該液晶配向膜進行摩擦處理,而得液晶夾持用基板。將該基板在超純水中作5分鐘超聲波清洗後,在烘箱中120℃下乾燥30分鐘。在其中一個附ITO電極的玻璃基板上散佈7 μm的間隙劑,在另一個附ITO電極的玻璃基板上用環氧硬化劑進行密封,製作間距7 μm的反平行液晶胞。在該胞中注入液晶材料,用光硬化劑密封注入口。接著,在110℃下加熱30分鐘,將其作為預傾角及電壓保持率測定胞b。用作液晶材料的液晶組成物B的組成表示如下。該組成物的NI點為100.0℃,雙折射率為0.093。
<液晶組成物B>
使用所得的測定用單元b測定預傾角、電壓保持率、長期高溫可靠性及耐UV性。測定結果表示於表3中。
[實例10~16]
使用合成例5及13~18所得的清漆P5及P13~P18,與實例9同樣地製作測定用單元b,測定預傾角、電壓保持率、長期高溫可靠性及耐UV性。測定結果表示於表3中。
[比較例2]
使用合成例6所得的清漆P6,與實例9同樣地製作測定用單元b,測定預傾角、電壓保持率、長期高溫可靠性及耐UV性。測定結果表示於表3。
[合成例19~22]
以表4所示各莫耳比使用表4所示原料,以合成例1為基準而得聚合物濃度7 wt%的聚醯胺酸溶液。所得聚醯胺酸的重量平均分子量表示於表4。
[實例17]
將合成例19所得的濃度7 wt%的聚醯胺酸溶液與合成例22所得的濃度7 wt%的聚醯胺酸溶液以重量比10/90(合成例19/合成例22)混合。以NMP/BC(重量比50/50)的混合溶劑稀釋該混合液,而將所有聚合物成分的濃度調整為3 wt%,將其作為塗布用清漆P19。使用該清漆P19與實例1同樣地製作測定胞a,測定電壓保持率、長期高溫可靠性及耐UV性。測定結果表示於表5。
[實例18]
將合成例20所得的濃度7 wt%的聚醯胺酸溶液與合成例22所得的濃度7 wt%的聚醯胺酸溶液以重量比10/90(合成例20/合成例22)混合。以NMP/BC(重量比50/50)的混合溶劑稀釋該混合液,而將所有聚合物成分的濃度調整為3 wt%,將其作為塗布用清漆P20。使用該清漆P20與實例1同樣地製作測定胞a,測定電壓保持率、長期高溫可靠性及耐UV性。測定結果表示於表5。
[比較例3]
將合成例21所得的濃度7 wt%的聚醯胺酸溶液與合成例22所得的濃度7 wt%的聚醯胺酸溶液以重量比10/90(合成例21/合成例22)混合。以NMP/BC(重量比50/50)的混合溶劑稀釋該混合液,而將所有聚合物成分的濃度調整為3 wt%,將其作為塗布用清漆P21。使用該清漆P21與實例1同樣地製作測定胞a,測定電壓保持率、長期高溫可靠性及耐UV性。測定結果表示於表5。
由實例1~18及比較例1~3的結果可知:使用於結構單元中具有三嗪骨架的二胺殘基的聚醯胺酸,即可製作能夠同時滿足高電壓保持率、長期高溫可靠性(熱可靠性)及耐UV性(耐光性)的液晶顯示元件。

Claims (8)

  1. 一種液晶配向劑,其是在將由式(1)所示二胺的至少一種和其他二胺的至少一種所構成的二胺混合物與四羧酸二酐反應而得的聚醯胺酸或其衍生物作為聚合物成分A,其中在由式(1)所示二胺的至少一種和其他二胺的至少一種所構成的二胺混合物中,式(1)所示二胺的含有比例相對於該二胺混合物總量而言為5~30mol%;且將其他二胺的至少一種與四羧酸二酐反應而得的聚醯胺酸或其衍生物作為聚合物成分B的情況下,含有聚合物成分A作為必須成分,且可更含有聚合物成分B作為選擇成分,所述聚醯胺酸的重量平均分子量為20,000~200,000, 式(1)中,R1是氫、-OH、-NH-C4H9、-N(CH3)2、-N(C2H5)2、-N(CH2CH=CH2)2、-NH-CH2CH=CH2、鹵素、碳數1~20的烷基、碳數1~20的烷氧基、碳數2~20的烯基、碳數6~20的芳基、碳數7~10的芳烷基,或者下述的結構,
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶配向劑,其中R1 是乙烯基或苯基。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之液晶配向劑,其中四羧酸二酐是式(T1)~(T8)所示化合物的至少一種,
  4. 如申請專利範圍第3項所述之液晶配向劑,其中四羧酸二酐是式(T1)、(T6)及(T7)所示化合物的至少一種。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之液晶配向劑,其中其他二胺是選自式(3)~(6)所示化合物的群組, 在式(3)中,Y是碳數1~7的亞烷基,該亞烷基中任意的-CH2-可被-O-或-S-取代;各R2獨立為碳數1~3的烷基;k獨立為0或1; 在式(4)中,各X1獨立為-CH2-或-O-;X2是碳數1~8的亞烷基,該亞烷基中任意的氫可被甲基或-CF3取代; 在式(5)中,各X1獨立為碳數1~6的亞烷基或-O-;X3是單鍵或碳數1~3的亞烷基,環T是1,4-亞苯基或1,4-亞環己基,而且h是0或1;R3是氫或碳數1~30的烷基,且碳數2~30的烷基中任意的-CH2-可被-O-、-CH=CH-或-C≡C-取代; 在式(6)中,A1是單鍵、-O-、-COO-、-OCO-、-CO-、-CONH-、-NHCO-、碳數1~4的亞烷基或1,4-亞環己基;R4是具有類固醇骨架的基,或式(A)所表示的基; 其中,A2及A3獨立為單鍵、-O-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-CH=CH-或碳數1~12的亞烷基;R5及R6獨立為氟或甲基,且f及g獨立為0~2的整數;環S是1,4-亞苯基、1,4-亞環己基、1,3-二惡烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、萘-1,4-二基、萘-1,5-二基、萘-2,6-二基、萘-2,7-二基或蒽-9,10-二基;R7是氫、氟、-OH、碳數1~30的烷基、碳數1~30的氟化烷基、碳數1~30的烷氧基、-CN、-OCH2F、-OCHF2或-OCF3;c、d及e獨立為0~3的整數,且c+d+e≧1;e為2或3時,多個環S可以均為相同的環,也可以由至少2種不同的環構成。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之液晶配向劑,其僅含有聚合物成分A,且該聚合物成分A是由式(1)所示二胺的至少一種和其他二胺的至少一種所構成的二胺混合物與四羧酸二酐反應而得的聚醯胺酸或其衍生物。
  7. 一種液晶配向膜,其是由申請專利範圍第1~6項中任一項所述之液晶配向劑而得。
  8. 一種液晶顯示元件,其含有申請專利範圍第7項所述之液晶配向膜。
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