液晶取向剂、液晶取向膜、液晶取向膜的制造方法、液晶显示元件、聚合物及化合物与流程
本发明是2015年8月18日所提出的申请号为201580061347.x、发明名称为《液晶取向剂、液晶取向膜、液晶取向膜的制造方法、液晶显示元件、聚合物及化合物》的发明专利申请的分案申请。
本发明涉及一种液晶取向剂、液晶取向膜、液晶取向膜的制造方法、液晶显示元件、聚合物及化合物。
背景技术:
液晶显示元件被广泛用于电视或移动设备、各种监视器等。另外,液晶显示元件中,为了对液晶单元中的液晶分子进行取向控制而使用液晶取向膜。作为获得具有液晶取向限制力的有机膜的方法,之前已知:对有机膜进行摩擦的方法、斜向蒸镀氧化硅的方法、形成具有长链烷基的单分子膜的方法、对感光性的有机膜进行光照射的方法(光取向法)等。
光取向法不仅可抑制静电或灰尘的产生,而且可对感光性的有机膜赋予均匀的液晶取向性,而且也可精密地控制液晶取向方向,因此,近年来进行了各种研究(例如参照专利文献1)。专利文献1中揭示:使用包含主链具有肉桂酰基的聚酰亚胺前驱物、聚酰亚胺或者聚酰胺的液晶取向剂来形成液晶取向膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2013/161984号
技术实现要素:
发明要解决的课题
近年来,大画面且高精细的液晶电视成为主体,另外,智能手机或平板pc等这样的小型显示终端的普及推进,对液晶面板的高精细化要求进一步不断提高。具体而言,为了改善液晶显示元件的显示品质,重要的是难以产生残像(残像特性)、以及对比度良好(对比度特性)等,要求进一步改善这些各种特性。
本发明是鉴于所述课题而形成,目的之一在于提供一种可获得残像特性及对比度特性良好的液晶显示元件的液晶取向剂。
解决课题的技术手段
本发明人等人为了达成如上所述的现有技术的课题而进行努力研究,结果发现,通过使液晶取向剂中含有具有特定结构的化合物,能够解决所述课题,从而完成本发明。具体而言,提供以下的液晶取向剂、液晶取向膜、液晶取向膜的制造方法、液晶显示元件、聚合物及化合物。
[1]一种液晶取向剂,其含有具有下述式(1)所表示的部分结构的化合物(x),
[化1]
(式(1)中,r1及r2分别独立地为氢原子、卤素原子、氰基或一价有机基,r3为取代基;其中,r1及r2的至少一个为卤素原子、氰基或一价有机基;x1为氧原子或-nr4-(其中,r4为氢原子、羟基或一价有机基,r4也可键结于其他基团而与氮原子一并形成环结构);r3也可键结于其他基团而构成环的至少一部分;n为0~4的整数;在n为2以上的情况下,多个r3可相同,也可不同;“*”表示结合键)。
[2]一种液晶取向膜的制造方法,其包括:将所述[1]的液晶取向剂涂布于基板上而形成涂膜的步骤;以及对所述涂膜进行光照射的步骤。
[3]一种液晶取向膜,其是使用所述[1]的液晶取向剂而形成。
[4]一种液晶显示元件,其包括根据所述[3]所述的液晶取向膜。
[5]一种聚合物,其是选自由聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸酯、聚酰胺、聚有机硅氧烷及聚(甲基)丙烯酸酯所组成的群组中的聚合物,且具有所述式(1)所表示的部分结构。
[6]一种二胺化合物,其是由下述式(2-1)或式(2-2)所表示,
[化2]
h2n-r5-a1-r6-a2-r7-nh2(2-1)
(式(2-1)中,a1为下述式(1-1)所表示的基团或下述式(1-2)所表示的基团,a2为单键、下述式(1-1)所表示的基团或下述式(1-2)所表示的基团;在a1为下述式(1-1)所表示的基团的情况下,r5为二价有机基,在a1为下述式(1-2)所表示的基团的情况下,r5为单键或二价有机基;在a2为下述式(1-1)所表示的基团的情况下,r7为二价有机基,在a2为下述式(1-2)所表示的基团或单键的情况下,r7为单键或二价有机基;r6为二价有机基;其中,下述式(1-1)及式(1-2)中的“*1”键结于r6)
[化3]
r8-a1-r9-a2-r10(2-2)
(式(2-2)中,a1及a2与所述式(2-1)为相同含义;在a1为下述式(1-1)所表示的基团的情况下,r8为一价有机基,在a1为下述式(1-2)所表示的基团的情况下,r8为氢原子或一价有机基;其中,在r8为氢原子的情况下,a1具有二氨基苯基,在r8为一价有机基的情况下,r8具有二氨基苯基;在a2为下述式(1-1)所表示的基团的情况下,r10为一价有机基,在a2为下述式(1-2)所表示的基团或单键的情况下,r10为氢原子或一价有机基;r9为二价有机基;下述式(1-1)及式(1-2)中的“*1”键结于r9)
[化4]
(式(1-1)及式(1-2)中,r1及r2分别独立地为氢原子、卤素原子、氰基或一价有机基,r3为取代基;其中,r1及r2的至少一个为卤素原子、氰基或一价有机基;x1为氧原子或-nr4-(其中,r4为氢原子、羟基或一价有机基,r4也可键结于其他基团而与氮原子一并形成环结构);n为0~4的整数;在n为2以上的情况下,多个r3可相同,也可不同;“*1”表示结合键)。
[7]一种酸二酐,其是由下述式(5-1)或式(5-2)所表示,
[化5]
(式(5-1)中,a3为所述式(1-1)所表示的基团或所述式(1-2)所表示的基团,a4为单键、所述式(1-1)所表示的基团或所述式(1-2)所表示的基团;r15及r17分别独立地为芳香族环基、脂环式基或杂环基,r16为二价有机基,x3及x4分别独立地为单键或二价连结基;其中,所述式(1-1)及式(1-2)中的“*1”键结于r16)
[化6]
(式(5-2)中,r18为二价有机基,r19为芳香族环基、脂环式基或杂环基;r1、r2及x1与所述式(5-1)为相同含义)。
[8]一种羧酸,其是由下述式(3)所表示,
[化7]
(式(3)中,a1为所述式(1-1)所表示的基团或所述式(1-2)所表示的基团,a2为单键、所述式(1-1)所表示的基团或所述式(1-2)所表示的基团;在a1为所述式(1-1)所表示的基团的情况下,r11为一价有机基,在a1为所述式(1-2)所表示的基团的情况下,r11为氢原子或一价有机基;r12为二价有机基;在a2为所述式(1-1)所表示的基团的情况下,r13为二价有机基,在a2为所述式(1-2)所表示的基团的情况下,r13为单键或二价有机基;s及r分别独立地为0或1;其中,式(3)中具有一个羧基;所述式(1-1)及式(1-2)中的“*1”键结于r12)。
发明的效果
通过包含所述化合物(x)的液晶取向剂,可获得难以产生残像(特别是由交流电压引起的残像)、而且对比度良好的液晶显示元件。
附图说明
图1是边缘场切换(fringefieldswitching,ffs)型液晶显示元件的概略构成图。
图2(a)及图2(b)是用于利用光取向处理来制造液晶显示元件的顶电极的平面示意图。图2(a)为顶电极的俯视图,图2(b)为顶电极的部分放大图。
图3是表示四系统的驱动电极的图。
附图标号说明
10:ffs型液晶显示元件
11a:玻璃基板
11b:对向玻璃基板
13:顶电极
14:绝缘层
15:底电极
d1:电极的线宽
d2:电极间的距离
c1:由虚线包围的部分
a、b、c、d、e:电极
f:像素边缘部分
具体实施方式
以下,对本揭示的液晶取向剂中所含的各成分、以及视需要而任意调配的其他成分进行说明。
<化合物(x)>
本揭示的液晶取向剂含有具有下述式(1)所表示的部分结构的化合物(以下也称为“化合物(x)”)。
[化8]
(式(1)中,r1及r2分别独立地为氢原子、卤素原子、氰基或一价有机基,r3为取代基;其中,r1及r2的至少一个为卤素原子、氰基或一价有机基;x1为氧原子或-nr4-(其中,r4为氢原子、羟基或一价有机基,r4也可键结于其他基团而与氮原子一并形成环结构);r3也可键结于其他基团而构成环的至少一部分;n为0~4的整数;在n为2以上的情况下,多个r3可相同,也可不同;“*”表示结合键)
所述式(1)中,r1及r2的一价有机基例如可列举:碳数1~20的烷基、碳数1~20的烷氧基、碳数1~20的氟烷基、碳数3~20的环烷基、碳数6~20的芳基、碳数7~20的芳烷基、环氧基、烷基硅烷基、烷氧基硅烷基等。
此处,碳数1~20的烷基可为直链状,也可为分支状,具体而言,例如可列举:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等。另外,碳数1~20的烷氧基例如可列举:甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基等;碳数1~20的氟烷基例如可列举:全氟甲基、全氟乙基、2,2,2-三氟乙基等;碳数3~20的环烷基例如可列举:环戊基、环己基、甲基环己基等;碳数6~20的芳基例如可列举:苯基、甲苯基等;碳数6~20的芳烷基例如可列举:苄基等。
r1及r2的卤素原子例如可列举:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等,优选为氟原子。
关于r1及r2,虽然这些的至少一个为卤素原子、氰基或一价有机基,但就通过光照射而充分表现出液晶的取向限制力的观点而言,优选为至少r2为卤素原子、氰基或一价有机基。具体而言,所述基团中,r1优选为氢原子、氟原子或碳数1~10的烷基,更优选为氢原子、氟原子或甲基,进而优选为氢原子。另外,r2优选为氟原子或碳数1~10的烷基,更优选为氟原子或碳数1~3的烷基,进而优选为甲基。其中,特别优选为r1为氢原子且r2为甲基的组合。
-nr4-中的r4优选为氢原子、羟基、碳数1~6的烷基、或者保护基。保护基例如可列举:胺甲酸酯系保护基、酰胺系保护基、酰亚胺系保护基、磺酰胺系保护基等。优选为胺甲酸酯系保护基,作为其具体例,例如可列举:叔丁氧基羰基、苄氧基羰基、1,1-二甲基-2-卤乙基氧基羰基、1,1-二甲基-2-氰基乙基氧基羰基、9-芴基甲基羰基、烯丙基氧基羰基、2-(三甲基硅烷基)乙氧基羰基等。就容易通过热而去保护的方面、或容易将脱离的化合物作为气体而排出至膜外的方面而言,优选为叔丁氧基羰基。
这些基团中,r4优选为氢原子、甲基、羟基或叔丁氧基羰基,更优选为氢原子或者甲基。r4也可与其他基团键结而与氮原子一并形成环结构。所述环结构例如可列举:哌啶、哌嗪等。x1优选为氧原子。
r3的取代基例如可列举:碳数1~5的烷基、碳数1~5的烷氧基、卤素原子、羟基、羧基、氨基、氰基、烷基硅烷基、烷氧基硅烷基、酯基等。r3与其他基团键结而形成的环例如可列举酰亚胺环等。n优选为0~2,更优选为0或1。式(1)中的“*”可键结于氢原子,也可键结于有机基,或者也可键结于r3而形成环结构(例如酰亚胺环等)。
所述化合物(x)可为能够成为液晶取向膜的主成分的聚合物成分,或者也可为与聚合物成分分别调配的添加剂成分。这些化合物中,就通过光取向法的各向异性的表现效果高的方面而言,优选为作为聚合物成分的至少一部分而含有于液晶取向剂中,特别优选为在聚合物的主链中具有所述式(1)所表示的部分结构。
此处,本说明书中的所谓聚合物的“主链”,是指聚合物中包含最长的原子链的“干”的部分。此外,容许所述“干”的部分包含环结构。因此,所谓“在聚合物的主链中具有所述式(1)所表示的部分结构”,是指所述部分结构构成主链的一部分。其中,并不排除所述式(1)所表示的部分结构也存在于主链以外的部分、例如侧链(自聚合物的“干”分支的部分)上的情况。所谓“有机基”是指包含烃基的基团,也可在结构中包含杂原子。
化合物(x)为聚合物的情况下的主骨架并无特别限定,例如可列举:聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸酯、聚有机硅氧烷、聚酯、聚酰胺、纤维素衍生物、聚缩醛、聚苯乙烯衍生物、聚(苯乙烯-苯基顺丁烯二酰亚胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等主骨架。
这些聚合物中,就耐热性或机械强度、与液晶的亲和性等观点而言,优选为选自由聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸酯、聚酰胺、聚有机硅氧烷及聚(甲基)丙烯酸酯所组成的群组中的至少一种聚合物(以下也称为“聚合物(a)”),更优选为选自由聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸酯及聚有机硅氧烷所组成的群组中的至少一种聚合物,进而优选为选自由聚酰胺酸、聚酰亚胺及聚酰胺酸酯所组成的群组中的至少一种聚合物。此外,液晶取向剂的制备中使用的聚合物可仅为一种,也可为两种以上。(甲基)丙烯酸酯是指包含丙烯酸酯以及甲基丙烯酸酯。
[聚酰胺酸]
作为化合物(x)的聚酰胺酸为具有所述式(1)所表示的部分结构的聚酰胺酸,例如可通过使四羧酸二酐与二胺进行反应而获得。具体而言,可列举:[1]将包含具有所述式(1)所表示的部分结构的四羧酸二酐(以下也称为“特定酸二酐”)的单体进行聚合的方法;[2]将包含具有所述式(1)所表示的部分结构的二胺(以下也称为“特定二胺”)的单体进行聚合的方法;[3]将包含所述特定酸二酐及所述特定二胺的单体进行聚合的方法等。这些方法中,就单体的合成比较容易的方面而言,优选为使用特定二胺,具体而言优选为所述[2]的方法。
(四羧酸二酐)
聚酰胺酸的合成中使用的特定酸二酐只要具有所述式(1)所表示的部分结构,则其余的结构并无特别限定,优选的具体例可列举下述式(5-1)所表示的化合物、下述式(5-2)所表示的化合物等。
[化9]
(式(5-1)中,a3为下述式(1-1)所表示的基团或下述式(1-2)所表示的基团,a4为单键、下述式(1-1)所表示的基团或下述式(1-2)所表示的基团;r15及r17分别独立地为芳香族环基、脂环式基或杂环基,r16为二价有机基,x3及x4分别独立地为单键或二价连结基;其中,下述式(1-1)及式(1-2)中的“*1”键结于r16)
[化10]
(式(1-1)及式(1-2)中,r1、r2、r3、x1及n与所述式(1)为相同含义;“*1”表示结合键)
[化11]
(式(5-2)中,r18为二价有机基,r19为芳香族环基、脂环式基或杂环基;r1、r2及x1与所述式(1)为相同含义)
所述式(5-1)中,r15及r17为自芳香族环、脂肪族环或杂环的环部分中去除三个氢原子而成的基团。优选为芳香族环基或脂环式基,更优选为自苯环、萘环、环戊烷环或环己烷环的环部分中去除三个氢原子而成的基团,进而优选为自苯环或环己烷环的环部分中去除三个氢原子而成的基团。
关于r16的二价有机基,可应用下述式(2-1)的r5~r7的例示的说明。就使液晶显示元件的残像特性及对比度特性更良好的观点而言,优选为经取代或未经取代的芳香族环基或脂环式基,更优选为经取代或未经取代的芳香族环基。
x3及x4的二价连结基可列举:-o-、-co-、-coo-、-conr4-(r4与所述式(1)为相同含义)、下述式(2-1)的r5~r7中例示的二价有机基等。
关于所述式(1-1)及式(1-2)中的r1、r2、r3及x1,可应用所述式(1)的说明。
就合成容易度的观点而言,所述式(5-1)所表示的化合物优选为a3为所述式(1-2)所表示的化合物,进而更优选为a4为单键。
所述式(5-2)中,关于r18的二价有机基,可应用下述式(2-1)的r5~r7的例示的说明。关于r19,可应用所述式(5-1)的r15及r17的例示以及优选具体例的说明。所述式(5-2)所表示的化合物中,也可通过r18的至少一部分与r19键结而成的结构,进一步形成所述式(1)所表示的部分结构。
作为特定酸二酐的优选具体例,例如可列举下述式(t-1)~式(t-31)分别所表示的化合物等。此外,特定酸二酐可单独使用一种,也可将两种以上组合使用。
[化12]
[化13]
(式(t-1)~式(t-4)及式(t-11)~式(t-15)中,r为碳数1~5的烷基,k及j分别独立地为0~2的整数)
[化14]
此外,所述式(t-1)~式(t-4)及式(t-11)~式(t-15)中,键结于1,4-亚苯基的环部分上的r的位置并无特别限定。具体而言,在1取代的情况下,可设为2-位、3-位、5-位或6-位,在2取代的情况下,优选为2,4-位或3,5-位。r优选为甲基。
特定酸二酐可通过将有机化学的常法适当组合而合成。例如可通过如下方式而获得:使具有“-c(r1)=c(r2)-co-x1-”的化合物、与邻苯二甲酸衍生物进行反应,合成具有所述式(1)所表示的部分结构的四羧酸,继而,对所获得的四羧酸进行酸酐化。其中,特定酸二酐的合成方法并不限定于所述。
与所述方法[1]及方法[3]的情况下,作为化合物(x)的聚酰胺酸的合成中使用的四羧酸二酐可仅为特定酸二酐,也可并用不具有所述式(1)所表示的部分结构的四羧酸二酐(以下也称为“其他酸二酐”)。所述方法[2]中,合成作为化合物(x)的聚酰胺酸时,使用其他酸二酐作为四羧酸二酐。
其他酸二酐例如可列举:脂肪族四羧酸二酐、脂环式四羧酸二酐、芳香族四羧酸二酐等。作为这些四羧酸二酐的具体例,脂肪族四羧酸二酐例如可列举:丁烷四羧酸二酐、下述式(an-2)或式(an-3)
[化15]
(式(an-2)中,x13及x14分别独立地为自亚甲基中去除一个氢原子而成的基团或氮原子,r41为碳数1~10的烷二基;式(an-3)中,x15及x16分别独立地为自亚甲基中去除一个氢原子而成的基团或氮原子,b1及b2分别独立地为亚苯基或亚吡啶基,r42为碳数1~10的烷二基,m为1~3的整数;其中,在m为2或3的情况下,多个r42可相互相同,也可不同)
所表示的化合物等;
脂环式四羧酸二酐例如可列举:1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐、5-(2,5-二氧代四氢呋喃-3-基)-3a,4,5,9b-四氢萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二氧代四氢呋喃-3-基)-8-甲基-3a,4,5,9b-四氢萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、3-氧杂双环[3.2.1]辛烷-2,4-二酮-6-螺环-3'-(四氢呋喃-2',5'-二酮)、5-(2,5-二氧代四氢-3-呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐、3,5,6-三羧基-2-羧基甲基降冰片烷-2:3,5:6-二酐、双环[3.3.0]辛烷-2,4,6,8-四羧酸-2:4,6:8-二酐、双环[2.2.1]庚烷-2,3,5,6-四羧酸2:3,5:6-二酐、4,9-二氧杂三环[5.3.1.02,6]十一烷-3,5,8,10-四酮、1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐、双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、乙二胺四乙酸二酐、环戊烷四羧酸二酐、乙二醇双(脱水偏苯三甲酸酯)、1,3-丙二醇双(脱水偏苯三甲酸酯)、下述式(an-4)
[化16]
所表示的化合物等;
芳香族四羧酸二酐例如可列举:均苯四甲酸二酐、4,4'-(六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸酐、下述式(an-1)
[化17]
(式(an-1)中,x11及x12分别独立地为单键、氧原子、硫原子、-co-、*-coo-、*-oco-、*-co-nr21-、*-nr21-co-(其中,r21为氢原子或者碳数1~6的一价烃基;“*”表示与r20的结合键);r20为单键、碳数1~20的二价烃基、在所述烃基的碳-碳键间包含-o-的二价基、或者具有含氮杂环的二价基)
所表示的化合物、下述式(an-5-1)~式(an-5-4)
[化18]
分别所表示的化合物等;除此以外,还可使用日本专利特开2010-97188号公报中记载的四羧酸二酐。
所述式(an-2)中,r41及r42的碳数1~10的烷二基例如可列举:亚甲基、亚乙基、亚丙基、丁二基、戊二基、己二基、庚二基、辛二基、壬二基、癸二基等,这些基团可为直链状,也可为分支状。b1及b2优选为1,4-亚苯基或2,5-亚吡啶基。
作为所述式(an-2)所表示的化合物的具体例,例如可列举下述式(a-2)所表示的化合物等,作为所述式(an-3)所表示的化合物的具体例,例如可列举下述式(an-3-1)~式(an-3-28)分别所表示的化合物等。
[化19]
[化20]
[化21]
[化22]
作为所述式(an-1)中的r20的碳数1~20的二价烃基的具体例,例如可列举:亚甲基、亚乙基、亚丙基、丁二基、戊二基、己二基、庚二基、辛二基、壬二基、癸二基等烷二基;亚环己基等二价脂环式烃基;亚苯基、亚联苯基等二价芳香族烃基等。可导入至烃基的碳-碳键间的氧原子的数量可为一个,也可为2个以上。在r20为具有含氮杂环的二价基的情况下,所述含氮杂环例如可列举:吡咯环、咪唑环、吡啶环、吡嗪环、哒嗪环、哌啶环、哌嗪环、吡咯啶环等。
作为所述式(an-1)所表示的化合物的具体例,例如可列举:下述式(an-1-1)~式(an-1-27)分别所表示的化合物、下述式(a-1)所表示的化合物、以及下述式(a-3)所表示的化合物等。
[化23]
[化24]
[化25]
此外,合成聚酰胺酸时,四羧酸二酐可单独使用一种或者将两种以上组合使用。
就电气特性的观点而言,其他酸二酐优选为包含选自由脂肪族四羧酸二酐以及脂环式四羧酸二酐所组成的群组中的至少一种,具体而言,优选为包含选自由所述式(a-2)所表示的化合物、双环[2.2.1]庚烷-2,3,5,6-四羧酸-2:3,5:6-二酐、1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐、2,3,5-三羧基环戊基乙酸二酐、5-(2,5-二氧代四氢呋喃-3-基)-3a,4,5,9b-四氢萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二氧代四氢呋喃-3-基)-8-甲基-3a,4,5,9b-四氢萘并[1,2-c]呋喃-1,3-二酮、双环[3.3.0]辛烷-2,4,6,8-四羧酸-2:4,6:8-二酐、以及环己烷四羧酸二酐所组成的群组中的至少一种化合物。相对于聚酰胺酸的合成中使用的其他酸二酐的总量,这些化合物的优选化合物的使用量(在使用两种以上的情况下为其合计量)优选为设为10摩尔%以上,更优选为设为20摩尔%以上,进而优选为设为50摩尔%以上。
就充分获得液晶显示元件的残像特性以及对比度特性的改善效果的观点而言,相对于聚酰胺酸的合成中使用的四羧酸二酐的总量,所述方法[1]中的特定酸二酐的使用比例优选为设为10摩尔%以上,更优选为设为20摩尔%以上,进而优选为设为30摩尔%以上。
(二胺)
聚酰胺酸的合成中使用的特定二胺只要具有所述式(1)所表示的部分结构,则其余的结构并无特别限制,例如可列举下述式(2-1)所表示的化合物、以及下述式(2-2)所表示的化合物等。
[化26]
h2n-r5-a1-r6-a2-r7-nh2(2-1)
(式(2-1)中,a1为下述式(1-1)所表示的基团或下述式(1-2)所表示的基团,a2为单键、下述式(1-1)所表示的基团或下述式(1-2)所表示的基团;在a1为下述式(1-1)所表示的基团的情况下,r5为二价有机基,在下述式(1-2)所表示的基团的情况下,r5为单键或二价有机基;在a2为下述式(1-1)所表示的基团的情况下,r7为二价有机基,在下述式(1-2)所表示的基团或单键的情况下,r7为单键或二价有机基;r6为二价有机基)
[化27]
r8-a1-r9-a2-r10(2-2)
(式(2-2)中,a1及a2与所述式(2-1)为相同含义;在a1为下述式(1-1)所表示的基团的情况下,r8为一价有机基,在下述式(1-2)所表示的基团的情况下,r8为氢原子或一价有机基;其中,在r8为氢原子的情况下,a1具有二氨基苯基,在r8为一价有机基的情况下,r8具有二氨基苯基;在a2为下述式(1-1)所表示的基团的情况下,r10为一价有机基,在下述式(1-2)所表示的基团或单键的情况下,r10为氢原子或一价有机基;r9为二价有机基)
[化28]
(式(1-1)及式(1-2)中,“*1”表示键结于r9的结合键;r1、r2、r3、x1及n与所述式(1)为相同含义)
所述式(2-1)中,r5~r7的二价有机基例如可列举:碳数1~20的二价烃基;将所述烃基所具有的亚甲基的一部分以-o-、-co-、-coo-或-nr33-(r33为氢原子或者碳数1~6的烷基)取代而成的二价基、二价杂环基等;这些基团也可具有取代基。此处,本说明书中的所谓“烃基”是包含链状烃基、脂环式烃基及芳香族烃基的含义。这些基团中,“链状烃基”是指主链不含环状结构,而仅由链状结构所构成的直链状烃基以及分支状烃基。其中,可为饱和,也可为不饱和。“脂环式烃基”是指仅包含脂环式烃的结构作为环结构,而不包含芳香环结构的烃基。其中,不需要仅由脂环式烃的结构所构成,也包含在其一部分中具有链状结构者。“芳香族烃基”是指包含芳香环结构作为环结构的烃基。其中,不需要仅由芳香环结构所构成,也可在其一部分中包含链状结构或脂环式烃的结构。
作为r5~r7中的碳数1~20的二价烃基的具体例,链状烃基例如可列举:亚甲基、亚乙基、丙二基、丁二基、戊二基、己二基、庚二基、辛二基、壬二基、癸二基等;脂环式烃基例如可列举:亚环己基、-r30-r31-(其中,r30为亚环己基,r31为碳数1~3的烷二基)等;芳香族烃基例如可列举:亚苯基、经烷基取代的亚苯基、亚联苯基、亚萘基、-ar3-r32-(其中,ar3为亚苯基、亚联苯基或亚萘基,r32为碳数1~3的烷二基或亚环己基)等。
r5~r7中的二价杂环基例如可列举自吡啶、哌嗪、哌啶等含氮杂环去除2个氢原子而成的基团等。r5~r7可具有的取代基例如可列举卤素原子、烷氧基等、羟基、羧基、氰基。
r5~r7中,r5及r7的二价有机基优选为所述基团中的经取代或未经取代的亚苯基、亚联苯基、亚萘基、亚环己基、亚吡啶基、或者-ar4-coo-*3(ar4为经取代或未经取代的亚苯基、亚联苯基、亚萘基或亚环己基,“*3”表示与苯环的结合键)。r6优选为碳数1~6的烷二基、亚环己基、亚苯基、亚联苯基或亚萘基。
所述式(2-2)中,r8及r10的一价有机基例如可列举:碳数1~20的一价烃基;将所述烃基所具有的亚甲基的一部分以-o-、-co-、-coo-或-nr33-(r33为氢原子或者碳数1~6的烷基)取代而成的一价基、一价杂环基等;这些基团也可具有取代基。作为r8及r10的一价有机基的具体例,例如可列举:碳数1~20的烷基、碳数1~20的烷氧基、碳数1~20的氟烷基、环己基、苯基、甲苯基、苄基、联苯、萘基、吡啶基、哌啶基等。
关于r9,可应用所述式(2-1)中的r6的说明。所述式(2-2)所具有的二氨基苯基中,两个氨基优选为相对于其他基团而位于2,4-位或3,5-位。
此外,所述式(1-1)及式(1-2)中的r1、r2、r3及x1的说明可应用所述式(1)的说明。
特定二胺优选为在分子内具有下述式(4)所表示的部分结构的化合物。通过具有下述式(4)所表示的部分结构,就在液晶显示元件中提高由交流电压引起的残像(交流电(alternatingcurrent,ac)残像)的减少效果的方面而言优选。
[化29]
(式(4)中,ar1及ar2分别独立地为经取代或未经取代的亚苯基或亚环己基,x2为单键、-coo-或-conr20-(r20为氢原子或一价有机基);其中,ar1也可构成所述式(1)中的苯环;t为1或2;t=2时,ar2、x2分别独立地具有所述定义;“*”表示结合键)
所述式(4)中,r20的一价有机基例如可列举碳数1~6的烷基、保护基等。作为保护基的具体例,例如可列举:叔丁氧基羰基、苄氧基羰基、1,1-二甲基-2-卤乙基氧基羰基、烯丙基氧基羰基等。
x2优选为单键或-coo-。
ar1及ar2的环部分的取代基优选为碳数1~5的烷基或卤素原子,更优选为甲基或氟原子。
作为所述式(4)所表示的部分结构的优选具体例,例如可列举:4,4'-亚联苯基、4,4'-双亚环己基、以及下述式(4-1)~式(4-4)分别所表示的基团、以及在这些基团的环部分具有甲基或氟原子的基团等。
[化30]
(式中,“*”表示结合键)
在对使用液晶取向剂而形成的涂膜,通过光取向法来赋予取向限制力的情况下,就液晶显示元件的ac残像的减少以及对比度的改善效果高的方面而言,优选为使用所述式(2-1)所表示的化合物作为特定二胺。通过使用所述式(2-1)所表示的化合物作为特定二胺,可获得主链具有所述式(1)所表示的部分结构的聚合物。
作为特定二胺的具体例,所述式(2-1)所表示的化合物例如可列举下述式(b-1)~式(b-17)、式(b-26)~式(b-56)分别所表示的化合物等;所述式(2-2)所表示的化合物例如可列举下述式(b-18)~式(b-59)分别所表示的化合物等。
[化31]
[化32]
[化33]
[化34]
此外,合成聚酰胺酸时,特定二胺可单独使用一种或者将两种以上组合使用。所述式(b-1)~式(b-59)中,式(b-1)、式(b-3)、式(b-5)~式(b-7)、式(b-11)、式(b-18)、式(b-20)、式(b-22)~式(b-26)、式(b-28)、式(b-41)~式(b-45)、式(b-47)、式(b-54)、式(b-56)及式(b-57)相当于具有所述式(4)所表示的部分结构的化合物。
特定二胺可通过将有机化学的常法适当组合来合成。其一例可列举如下方法:合成代替所述式(2-1)或式(2-2)所表示的化合物的一级氨基而具有硝基的二硝基中间体,继而,使用适用的还原系,将所获得的二硝基中间体的硝基进行氨基化。
合成二硝基中间体的方法可根据作为目标的化合物来适当选择。具体而言,例如可通过使“o2n-r5-a1-h”所表示的化合物、与“ho-r6-a2-r7-no2”所表示的化合物,优选为在有机溶媒中,视需要在催化剂的存在下进行反应而获得。
二硝基中间体的还原反应优选为在有机溶媒中,例如使用钯碳、氧化铂、锌、铁、锡、镍等催化剂来实施。此处使用的有机溶媒例如可列举乙酸乙酯、甲苯、四氢呋喃、醇系等。其中,特定二胺的合成顺序并不限定于所述方法。
合成作为化合物(x)的聚酰胺酸时,可单独使用特定二胺,或也可并用不具有所述式(1)所表示的部分结构的二胺(其他二胺)。
所述其他二胺例如可列举:脂肪族二胺、脂环式二胺、芳香族二胺、二氨基有机硅氧烷等。作为这些二胺的具体例,脂肪族二胺例如可列举:间苯二甲胺、1,3-丙二胺、四亚甲基二胺、五亚甲基二胺、六亚甲基二胺、1,3-双(氨基甲基)环己烷、1,2-双(2-氨基乙氧基)乙烷等;
脂环式二胺例如可列举:1,4-二氨基环己烷、4,4'-亚甲基双(环己基胺)等;
芳香族二胺例如可列举:十二烷氧基二氨基苯、十四烷氧基二氨基苯、十五烷氧基二氨基苯、十六烷氧基二氨基苯、十八烷氧基二氨基苯、胆甾烷基氧基二氨基苯、胆甾烯基氧基二氨基苯、二氨基苯甲酸胆甾烷基酯、二氨基苯甲酸胆甾烯基酯、二氨基苯甲酸羊毛甾烷基酯、3,6-双(4-氨基苯甲酰基氧基)胆甾烷、3,6-双(4-氨基苯氧基)胆甾烷、1,1-双(4-((氨基苯基)甲基)苯基)-4-丁基环己烷、1,1-双(4-((氨基苯基)甲基)苯基)-4-庚基环己烷、1,1-双(4-((氨基苯氧基)甲基)苯基)-4-庚基环己烷、1,1-双(4-((氨基苯基)甲基)苯基)-4-(4-庚基环己基)环己烷、n-(2,4-二氨基苯基)-4-(4-庚基环己基)苯甲酰胺、下述式(e-1)
[化35]
(式(e-1)中,xi及xii分别独立地为单键、-o-、*4-coo-或*4-oco-(其中,“*4”为键结于苯环的结合键),ri为碳数1~3的烷二基,rii为单键或碳数1~3的烷二基,a为0或1,b为0~2的整数,c为1~20的整数,d为0或1;其中,a及b不会同时成为0)
所表示的化合物、下述式(da-1)或式(da-2)
[化36]
所表示的化合物等含取向性基的二胺:
对苯二胺、4,4'-二氨基二苯基甲烷、4,4'-二氨基二苯基胺、4,4'-二氨基二苯基硫醚、4-氨基苯基-4'-氨基苯甲酸酯、4,4'-二氨基偶氮苯、1,5-双(4-氨基苯氧基)戊烷、1,7-双(4-氨基苯氧基)庚烷、双[2-(4-氨基苯基)乙基]己二酸、n,n-双(4-氨基苯基)甲基胺、1,5-二氨基萘、2,2'-二甲基-4,4'-二氨基联苯、2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯、4,4'-二氨基二苯基醚、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、9,9-双(4-氨基苯基)芴、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、4,4'-(对亚苯基二亚异丙基)双苯胺、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、4,4'-双(4-氨基苯氧基)联苯、2,6-二氨基吡啶、2,4-二氨基嘧啶、3,6-二氨基吖啶、3,6-二氨基咔唑、n-甲基-3,6-二氨基咔唑、n,n'-双(4-氨基苯基)-联苯胺、n,n'-双(4-氨基苯基)-n,n'-二甲基联苯胺、1,4-双-(4-氨基苯基)-哌嗪、3,5-二氨基苯甲酸、下述式(da-3)~式(da-17)
[化37]
分别所表示的化合物等;
二氨基有机硅氧烷例如可列举:1,3-双(3-氨基丙基)-四甲基二硅氧烷等;除此以外,还可使用日本专利特开2010-97188号公报中记载的二胺。
所述式(e-1)中的“-xi-(ri-xii)d-”所表示的二价基优选为:碳数1~3的烷二基、*-o-、*-coo-或*-o-c2h4-o-(其中,带有“*”的结合键与二氨基苯基键结)。基“-cch2c+1”例如可列举: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、十二烷基等,这些基团优选为直链状。二氨基苯基中的两个氨基优选为相对于其他基团而位于2,4-位或3,5-位。
作为所述式(e-1)所表示的化合物的具体例,例如可列举下述式(e-1-1)~式(e-1-4)分别所表示的化合物等。
[化38]
此外,聚酰胺酸的合成中使用的二胺可将这些化合物的一种单独使用,或者适当选择两种以上来使用。
在应用于扭转向列(twistednematic,tn)型、超扭转向列(supertwistednematic,stn)型或者垂直取向型的液晶显示元件用液晶取向剂的情况下,也可在聚酰胺酸的侧链导入不论是否进行光照射均可表现出液晶取向限制力的官能基(液晶取向性基)。所述液晶取向性基例如可列举:碳数4~20的烷基、碳数4~20的氟烷基、碳数4~20的烷氧基、碳数17~51的具有类固醇骨架的基团、具有多环结构的基团(例如具有所述式(4)所表示的部分结构的基团)等。具有液晶取向性基的聚酰胺酸例如可通过单体组成中包含所述含取向性基的二胺的聚合而获得。在使用含取向性基的二胺的情况下,就使液晶取向性良好的观点而言,相对于合成中使用的全部二胺,所述含取向性基的二胺的调配比例优选为设为3摩尔%以上,更优选为设为5摩尔%~70摩尔%。
在利用所述方法[2]来合成聚酰胺酸的情况下,就充分获得液晶显示元件的残像特性以及对比度特性的改善效果的观点而言,相对于聚酰胺酸的合成中使用的二胺的总量,特定二胺的使用比例优选为设为10摩尔%以上,更优选为设为20摩尔%以上,进而优选为设为30摩尔%以上。
另外,在利用所述方法[3]来合成聚酰胺酸的情况下,相对于合成中使用的四羧酸二酐以及二胺的总量,优选为将特定酸二酐与特定二胺的合计量设为10摩尔%以上,更优选为设为20摩尔%以上,尤其优选为设为30摩尔%以上。
(聚酰胺酸的合成)
聚酰胺酸可通过使如上所述的四羧酸二酐与二胺,视需要与分子量调整剂一并进行反应而获得。提供给聚酰胺酸的合成反应的四羧酸二酐与二胺的使用比例优选为相对于二胺的氨基1当量,四羧酸二酐的酸酐基成为0.2当量~2当量的比例,更优选为成为0.3当量~1.2当量的比例。
分子量调整剂例如可列举:顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、衣康酸酐、下述式(f-1)~式(f-4)
[化39]
分别所表示的化合物等酸单酐,苯胺、环己基胺、正丁基胺等单胺化合物,异氰酸苯基酯、异氰酸萘基酯等单异氰酸酯化合物等。
另外,分子量调整剂也可使用具有所述式(1)所表示的部分结构的单官能性化合物。所述化合物优选为可使用单胺化合物及酸单酐。具体而言,例如可列举下述式(ma-1)~式(ma-15)分别所表示的化合物、下述式(mt-1)~式(mt-10)分别所表示的化合物等。
[化40]
[化41]
相对于所使用的四羧酸二酐以及二胺的合计100重量份,分子量调整剂的使用比例优选为设为20重量份以下,更优选为设为10重量份以下。此外,分子量调整剂可单独使用一种或者将两种以上组合使用。
聚酰胺酸的合成反应优选为在有机溶媒中进行。此时的反应温度优选为-20℃~150℃,更优选为0℃~100℃。另外,反应时间优选为0.1小时~24小时,更优选为0.5小时~12小时。
反应中使用的有机溶媒例如可列举:非质子性极性溶媒、酚系溶媒、醇、酮、酯、醚、卤化烃、烃等。这些有机溶媒中,优选为使用选自由非质子性极性溶媒及酚系溶媒所组成的群组(第一群组的有机溶媒)中的一种以上,或者选自第一群组的有机溶媒中的一种以上与选自由醇、酮、酯、醚、卤化烃及烃所组成的群组(第二群组的有机溶媒)中的一种以上的混合物。在后者的情况下,相对于第一群组的有机溶媒以及第二群组的有机溶媒的合计量,第二群组的有机溶媒的使用比例优选为50重量%以下,更优选为40重量%以下,进而优选为30重量%以下。
特别优选的有机溶媒优选为使用选自由n-甲基-2-吡咯烷酮、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯、四甲基脲、六甲基磷酰三胺、间甲酚、二甲酚及卤化苯酚所组成的群组中的一种以上作为溶媒,或者在所述比例的范围内使用这些溶媒的一种以上与其他有机溶媒的混合物。有机溶媒的使用量(a)优选为设为相对于反应溶液的总量(a+b),四羧酸二酐以及二胺的合计量(b)成为0.1重量%~50重量%的量。
以所述方式,可获得将聚酰胺酸溶解而成的反应溶液。所述反应溶液可直接提供给液晶取向剂的制备,也可将反应溶液中所含的聚酰胺酸分离后再提供给液晶取向剂的制备,或者将分离的聚酰胺酸纯化后再提供给液晶取向剂的制备。在将聚酰胺酸进行脱水闭环而制成聚酰亚胺的情况下,可将所述反应溶液直接提供给脱水闭环反应,也可将反应溶液中所含的聚酰胺酸分离后再提供给脱水闭环反应,或者也可将分离的聚酰胺酸纯化后再提供给脱水闭环反应。聚酰胺酸的分离及纯化可依据公知的方法来进行。
[聚酰胺酸酯]
作为化合物(x)的聚酰胺酸酯例如可通过以下方法来获得:[i]使具有所述式(1)所表示的部分结构的聚酰胺酸、与酯化剂进行反应的方法;[ii]使四羧酸二酯与二胺进行反应的方法;[iii]使四羧酸二酯二卤化物与二胺进行反应的方法等。
此外,本说明书中所谓“四羧酸二酯”,是指四羧酸所具有的四个羧基中的两个被酯化,其余的两个为羧基的化合物。所谓“四羧酸二酯二卤化物”,是指四羧酸所具有的四个羧基中的两个被酯化,其余的两个被卤化而成的化合物。
方法[i]中使用的酯化剂例如可列举:含羟基的化合物、缩醛系化合物、卤化物、含环氧基的化合物等。作为这些化合物的具体例,含羟基的化合物例如可列举:甲醇、乙醇、丙醇等醇类,苯酚、甲酚等酚类等;缩醛系化合物例如可列举:n,n-二甲基甲酰胺二乙基缩醛、n,n-二乙基甲酰胺二乙基缩醛等;卤化物例如可列举:溴代甲烷、溴代乙烷、溴代十八烷、氯代甲烷、氯代十八烷、1,1,1-三氟-2-碘乙烷、氯甲基甲醚、2-氯甲氧基-1,1,1-三氟乙烷、碳酸氯甲基异丙酯、三甲基乙酸氯甲酯、乙酸氯甲酯、丁酸氯甲酯、氯甲基甲基硫醚等;含环氧基的化合物例如可列举:环氧丙烷等。
方法[ii]中使用的四羧酸二酯例如可通过使用甲醇或乙醇等醇类,将所述聚酰胺酸的合成中例示的四羧酸二酐进行开环而获得。所使用的二胺可列举聚酰胺酸的合成中例示的二胺。方法[ii]的反应优选为在有机溶媒中,在适当的脱水催化剂的存在下进行。有机溶媒可列举作为聚酰胺酸的合成中使用者而例示的有机溶媒。脱水催化剂例如可列举:4-(4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪-2-基)-4-甲基吗啉鎓卤化物、羰基咪唑、磷系缩合剂等。此时的反应温度优选为-20℃~150℃,更优选为0℃~100℃。反应时间优选为0.1小时~24小时,更优选为0.5小时~12小时。
方法[iii]中使用的四羧酸二酯二卤化物例如可通过使以所述方式获得的四羧酸二酯,与亚硫酰氯等适当的氯化剂进行反应而获得。所使用的二胺可列举聚酰胺酸的合成中例示的二胺。方法[iii]的反应优选为在有机溶媒中,在适当的碱的存在下进行。有机溶媒可列举作为聚酰胺酸的合成中使用者而例示的有机溶媒。碱例如可优选地使用:吡啶、三乙基胺等三级胺;氢化钠、氢化钾、氢氧化钠、氢氧化钾、钠、钾等碱金属类等。此时的反应温度优选为-20℃~150℃,更优选为0℃~100℃。反应时间优选为0.1小时~24小时,更优选为0.5小时~12小时。
液晶取向剂中含有的聚酰胺酸酯可仅具有酰胺酸酯结构,也可为酰胺酸结构与酰胺酸酯结构并存的部分酯化物。此外,将聚酰胺酸酯溶解而成的反应溶液可直接提供给液晶取向剂的制备,也可将反应溶液中所含的聚酰胺酸酯分离后再提供给液晶取向剂的制备,或者也可将分离的聚酰胺酸酯纯化后再提供给液晶取向剂的制备。聚酰胺酸酯的分离及纯化可依据公知的方法来进行。
[聚酰亚胺]
作为化合物(x)的聚酰亚胺例如可通过将以所述方式合成的作为化合物(x)的聚酰胺酸进行脱水闭环,加以酰亚胺化而获得。
聚酰亚胺可为将作为其前驱物的聚酰胺酸所具有的酰胺酸结构全部进行脱水闭环而成的完全酰亚胺化物,也可为仅将酰胺酸结构的一部分进行脱水闭环而使酰胺酸结构与酰亚胺环结构并存的部分酰亚胺化物。反应中使用的聚酰亚胺优选为其酰亚胺化率为20%以上,更优选为30%~99%,进而优选为40%~99%。所述酰亚胺化率是相对于聚酰亚胺的酰胺酸结构的数量与酰亚胺环结构的数量的合计,以百分率来表示酰亚胺环结构的数量所占的比例。此处,酰亚胺环的一部分也可为异酰亚胺环。
聚酰胺酸的脱水闭环优选为通过以下方法来进行:对聚酰胺酸进行加热的方法;或者将聚酰胺酸溶解于有机溶媒中,在所述溶液中添加脱水剂及脱水闭环催化剂,视需要进行加热的方法。其中,优选为利用后者的方法。
对于在聚酰胺酸的溶液中添加脱水剂及脱水闭环催化剂的方法,脱水剂例如可使用乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。相对于聚酰胺酸的酰胺酸结构的1摩尔,脱水剂的使用量优选为设为0.01摩尔~20摩尔。脱水闭环催化剂例如可使用吡啶、三甲吡啶、二甲吡啶、三乙基胺等三级胺。相对于所使用的脱水剂1摩尔,脱水闭环催化剂的使用量优选为设为0.01摩尔~10摩尔。脱水闭环反应中使用的有机溶媒可列举作为聚酰胺酸的合成中使用者而例示的有机溶媒。脱水闭环反应的反应温度优选为0℃~180℃,更优选为10℃~150℃。反应时间优选为1.0小时~120小时,更优选为2.0小时~30小时。
以所述方式,可获得含有聚酰亚胺的反应溶液。所述反应溶液可直接提供给液晶取向剂的制备,也可自反应溶液中去除脱水剂及脱水闭环催化剂后再提供给液晶取向剂的制备,也可将聚酰亚胺分离后再提供给液晶取向剂的制备,或者还可将分离的聚酰亚胺纯化后再提供给液晶取向剂的制备。这些纯化操作可依据公知的方法来进行。除此以外,聚酰亚胺也可通过聚酰胺酸酯的酰亚胺化而获得。
以所述方式可获得的作为化合物(x)的聚酰胺酸、聚酰胺酸酯及聚酰亚胺优选为具有选自由下述式(6-1)~式(6-10)分别所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种。
此外,合成化合物(x)时,在使用所述特定酸二酐中的所述式(5-1)所表示的化合物的情况下,可获得具有选自由下述式(6-1)所表示的部分结构以及下述式(6-2)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种部分结构的聚合物。在使用所述特定酸二酐中的所述式(5-2)所表示的化合物的情况下,可获得具有选自由下述式(6-3)所表示的部分结构以及下述式(6-4)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种部分结构的聚合物。另外,在使用所述特定二胺中的所述式(2-1)所表示的化合物的情况下,可获得具有选自由下述式(6-5)所表示的部分结构以及下述式(6-6)所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种部分结构的聚合物。在使用所述特定二胺中的所述式(2-2)所表示的化合物的情况下,可获得具有选自由下述式(6-7)~式(6-10)分别所表示的部分结构所组成的群组中的至少一种部分结构的聚合物。
[化42]
(式(6-1)及式(6-2)中,a3、a4、r15、r16、r17、x3及x4分别与所述式(5-1)为相同含义;r20及r21分别独立地为氢原子或一价有机基)
[化43]
(式(6-3)及式(6-4)中,r1、r2及x1分别与所述式(1)为相同含义,r18及r19分别与所述式(5-2)为相同含义;r20及r21分别独立地为氢原子或一价有机基)
[化44]
(式(6-5)及式(6-6)中,a1、a2、r5、r6及r7分别与所述式(2-1)为相同含义;r20及r21分别独立地为氢原子或一价有机基,r22及r23分别独立地为三价有机基)
[化45]
(式(6-7)~式(6-10)中,a1、a2、r9及r10分别与所述式(2-2)为相同含义;r20及r21分别独立地为氢原子或一价有机基,r22及r23分别独立地为三价有机基)
关于所述式(6-1)~式(6-8),r20及r21的一价有机基例如可列举:碳数1~10的一价烃基、具有桂皮酸结构的基团等。r22及r23的三价有机基可列举:链状烃基、脂环式基、芳香族环基、杂环基等。优选为脂环式基或芳香族环基,关于其具体例,可应用所述式(5-1)的r15及r17的说明。
作为化合物(x)的聚酰胺酸、聚酰胺酸酯以及聚酰亚胺优选为当将其制成浓度为10重量%的溶液时,具有10mpa·s~800mpa·s的溶液粘度者,更优选为具有15mpa·s~500mpa·s的溶液粘度者。此外,所述聚合物的溶液粘度(mpa·s)是对使用所述聚合物的良溶媒(例如γ-丁内酯、n-甲基-2-吡咯烷酮等)来制备的浓度为10重量%的聚合物溶液,使用e型旋转粘度计,在25℃下测定的值(关于以下的聚合物也相同)。
聚酰胺酸、聚酰胺酸酯以及聚酰亚胺的利用凝胶渗透色谱法(gelpenetrationchromatography,gpc)来测定的聚苯乙烯换算的重量平均分子量(mw)优选为1,000~500,000,更优选为2,000~300,000。另外,mw与利用gpc来测定的聚苯乙烯换算的数量平均分子量(mn)的比所表示的分子量分布(mw/mn)优选为15以下,更优选为10以下。通过在所述的分子量范围内,可确保液晶显示元件的良好的取向性及稳定性。
[聚酰胺]
作为化合物(x)的聚酰胺例如可通过使二羧酸与二胺进行反应的方法等而获得。此处,二羧酸优选为使用例如亚硫酰氯等适当的氯化剂进行酰氯化后,提供给与二胺的反应。
聚酰胺的合成中使用的二羧酸并无特别限制,例如可列举:乙二酸、丙二酸、二甲基丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、2-甲基己二酸、三甲基己二酸、庚二酸、2,2-二甲基戊二酸、3,3-二乙基丁二酸、壬二酸、癸二酸、辛二酸、反丁烯二酸、粘康酸(muconicacid)等脂肪族二羧酸;
环丁烷二羧酸、1-环丁烯二羧酸、环戊烷二羧酸、环己烷二羧酸等具有脂环式结构的二羧酸;
邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、5-甲基间苯二甲酸、5-叔丁基间苯二甲酸、2,5-二甲基对苯二甲酸、萘二羧酸、4,4'-联苯二羧酸、4,4'-二苯基甲烷二羧酸、4,4'-二苯基丙烷二羧酸、4,4'-二苯基醚二羧酸、4,4'-羰基二苯甲酸、4-羧基桂皮酸、对亚苯基二丙烯酸、3,3'-[4,4'-(亚甲基二-对亚苯基)]二丙酸、4,4'-[4,4'-(氧双-对亚苯基)]二丁酸、3,4-二苯基-1,2-环丁烷二羧酸等具有芳香族环的二羧酸等。此外,二羧酸可单独使用一种或者将两种以上组合使用。
合成作为化合物(x)的聚酰胺时使用的二胺包含特定二胺。另外,视需要也可并用其他二胺。相对于聚酰胺的合成中使用的二胺的总量,特定二胺的使用比例优选为设为10摩尔%以上,更优选为设为20摩尔%以上,进而优选为设为30摩尔%以上。此外,二胺可单独使用一种或者将两种以上组合使用。
提供给聚酰胺的合成反应的二羧酸与二胺的使用比例优选为相对于二胺的氨基1当量,二羧酸的羧基成为0.2当量~2当量的比例,更优选为成为0.3当量~1.2当量的比例。
二羧酸(优选为经酰氯化的二羧酸)与二胺的反应优选为在碱的存在下,在有机溶媒中进行。此时的反应温度优选为设为0℃~200℃,更优选为设为10℃~100℃。反应时间优选为设为0.5小时~48小时,更优选为设为1小时~36小时。
反应中使用的有机溶媒例如可优选地使用四氢呋喃、二噁烷、甲苯、氯仿、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、n-甲基-2-吡咯烷酮等。相对于二羧酸及二胺的合计量100重量份,有机溶媒的使用量优选为设为400重量份~900重量份,更优选为设为500重量份~700重量份。
所述反应中使用的碱例如可优选地使用吡啶、三乙基胺、n-乙基-n,n-二异丙基胺等三级胺。相对于二胺1摩尔,碱的使用量优选为设为2摩尔~4摩尔,更优选为设为2摩尔~3摩尔。
以所述方式,可获得将聚酰胺溶解而成的反应溶液。所述反应溶液可直接提供给液晶取向剂的制备,也可将反应溶液中所含的聚酰胺分离后再提供给液晶取向剂的制备,或者也可将分离的聚酰胺纯化后再提供给液晶取向剂的制备。聚酰胺的分离及纯化可依据公知的方法来进行。
作为化合物(x)的聚酰胺的溶液粘度优选为当将其制成浓度为10重量%的溶液时,具有10mpa·s~800mpa·s的溶液粘度者,更优选为具有15mpa·s~500mpa·s的溶液粘度者。另外,关于聚酰胺,利用gpc来测定的聚苯乙烯换算的重量平均分子量(mw)优选为1,000~500,000,更优选为5,000~300,000。
[聚有机硅氧烷]
作为化合物(x)的聚有机硅氧烷(以下也称为“聚合物(s)”)例如可通过使水解性的硅烷化合物进行水解·缩合而获得。具体而言,可列举下述[1]或[2]:
[1]将具有环氧基的水解性的硅烷化合物(ms-1)、或者所述硅烷化合物(ms-1)与其他硅烷化合物的混合物进行水解缩合而合成含环氧基的聚有机硅氧烷,继而使所获得的含环氧基的聚有机硅氧烷、与具有所述式(1)所表示的部分结构的羧酸(以下也称为“特定羧酸”)进行反应的方法;
[2]使具有所述式(1)所表示的部分结构的水解性的硅烷化合物(ms-2)、或者所述硅烷化合物(ms-2)与其他硅烷化合物的混合物进行水解缩合的方法等。这些方法中,[1]的方法简便,而且就提高聚合物(s)中的所述式(1)所表示的部分结构的导入率的方面而言优选。[1]的方法中,使用具有环氧基的聚有机硅氧烷与羧酸的反应产物作为化合物(x)。
作为具有环氧基的水解性的硅烷化合物(ms-1)的具体例,例如可列举:3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、2-缩水甘油氧基乙基三甲氧基硅烷、2-缩水甘油氧基乙基甲基二甲氧基硅烷、2-缩水甘油氧基乙基二甲基甲氧基硅烷、2-缩水甘油氧基乙基二甲基乙氧基硅烷、4-缩水甘油氧基丁基三甲氧基硅烷、4-缩水甘油氧基丁基甲基二甲氧基硅烷、4-缩水甘油氧基丁基甲基二乙氧基硅烷、4-缩水甘油氧基丁基二甲基甲氧基硅烷、4-缩水甘油氧基丁基二甲基乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)乙基三乙氧基硅烷、3-(3,4-环氧基环己基)丙基三甲氧基硅烷等。作为硅烷化合物(ms-1),可将这些化合物中的一种单独使用或者将两种以上混合使用。
其他硅烷化合物只要是显示出水解性的硅烷化合物,则并无特别限制,例如可列举:四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷等烷氧基硅烷;
3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、巯基甲基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、n-(3-环己基氨基)丙基三甲氧基硅烷、n-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷等含氮·硫原子的烷氧基硅烷;
3-(甲基)丙烯酰基氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰基氧基丙基三乙氧基硅烷、6-(甲基)丙烯酰基氧基己基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、对苯乙烯基三甲氧基硅烷等含不饱和烃的烷氧基硅烷;除此以外,还可列举三甲氧基硅烷基丙基丁二酸酐等。其他硅烷化合物可单独使用一种,或者将两种以上组合使用。
硅烷化合物的水解·缩合反应可通过使如上所述的硅烷化合物的一种或者两种以上与水,优选为在适当的催化剂以及有机溶媒的存在下反应而进行。
所述[1]的方法中,就不仅可将足够量的所述式(1)所表示的部分结构导入至聚合物的侧链中,而且抑制因环氧基为过剩量而引起的副反应的观点而言,含环氧基的聚有机硅氧烷的环氧当量优选为100g/摩尔~10,000g/摩尔,更优选为150g/摩尔~1,000g/摩尔。因此,合成含环氧基的聚有机硅氧烷时,优选为以所获得的聚有机硅氧烷的环氧当量成为所述范围的方式调整硅烷化合物(ms-1)的使用比例。
水解·缩合反应时,相对于硅烷化合物(合计量)1摩尔,水的使用比例优选为0.5摩尔~100摩尔,更优选为1摩尔~30摩尔。
水解·缩合反应时使用的催化剂例如可列举酸、碱金属化合物、有机碱、钛化合物、锆化合物等。作为所述催化剂,就能够抑制环氧基的开环等副反应的方面、或能够加快水解缩合速度的方面、保存稳定性优异的方面等而言,这些化合物中优选为碱金属化合物或者有机碱,特别优选为三级或者四级的有机碱。
有机碱的使用量根据有机碱的种类、温度等反应条件等而不同,可适当地设定,相对于全部硅烷化合物,优选为0.01倍摩尔~3倍摩尔,更优选为0.05倍摩尔~1倍摩尔。
水解·缩合反应时使用的有机溶媒例如可列举烃、酮、酯、醚、醇等。作为这些有机溶媒的具体例,烃例如可列举:甲苯、二甲苯等;酮例如可列举:甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲基正戊基酮、二乙基酮、环己酮、环戊酮等;酯例如可列举:乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸异戊酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、乳酸乙酯等;醚例如可列举:乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、四氢呋喃、二噁烷等;醇例如可列举:1-己醇、4-甲基-2-戊醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单-正丙醚、乙二醇单-正丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单-正丙醚等。这些中优选为使用非水溶性的有机溶媒。此外,这些有机溶媒可单独使用一种或者将两种以上混合使用。
相对于反应中使用的全部硅烷化合物100重量份,水解缩合反应中的有机溶媒的使用比例优选为10重量份~10,000重量份,更优选为50重量份~1,000重量份。
水解·缩合反应优选为将如上所述的硅烷化合物溶解于有机溶媒中,将所述溶液与有机碱及水混合,例如通过油浴等进行加热而实施。水解·缩合反应时,优选为将加热温度设为130℃以下,更优选为设为40℃~100℃。加热时间优选为设为0.5小时~12小时,更优选为设为1小时~8小时。加热过程中,可将混合液搅拌,也可置于回流下。反应结束后,优选为将自反应液中分取的有机溶媒层以水洗涤。所述洗涤时,使用包含少量盐的水(例如0.2重量%左右的硝酸铵水溶液等)进行洗涤,由此就洗涤操作变得容易的方面而言优选。洗涤进行至洗涤后的水层成为中性为止,然后,将有机溶媒层视需要以无水硫酸钙、分子筛等干燥剂进行干燥后,去除溶媒,由此能够获得聚有机硅氧烷。
在所述[1]的方法中,使通过所述反应而获得的含环氧基的聚有机硅氧烷继而与特定羧酸进行反应。由此,含环氧基的聚有机硅氧烷所具有的环氧基与羧酸进行反应,能够获得作为在侧链具有所述式(1)所表示的部分结构的聚有机硅氧烷的聚合物(s)。
作为特定羧酸的具体例,例如可列举下述式(3)所表示的化合物等。
[化46]
(式(3)中,a1及a2分别与所述式(2-1)为相同含义;其中,所述式(1-1)及式(1-2)中的“*1”表示键结于r12的结合键;在a1为下述式(1-1)所表示的基团的情况下,r11为一价有机基,在a1为下述式(1-2)所表示的基团的情况下,r11为氢原子或一价有机基;r12为二价有机基;在a2为下述式(1-1)所表示的基团的情况下,r13为二价有机基,在a2为下述式(1-2)所表示的基团的情况下,r13为单键或二价有机基;s及r分别独立地为0或1;其中,式(3)中具有一个羧基)
所述式(3)中,关于r11的一价有机基的例示,可应用所述式(2-2)中的r8及r10的说明。另外,r12及r13的二价有机基的例示可应用所述式(2-1)中的r5~r7的说明。a1及a2的r1、r2、r3及x1的说明可应用所述式(1)的说明。
就提高ac残像的减少效果的观点而言,特定羧酸优选为在分子内不仅具有所述式(1)所表示的部分结构,而且还具有所述式(4)所表示的部分结构。此外,所述式(4)所表示的部分结构的优选具体例可应用特定二胺的情况下的说明。另外,也可由所述式(1)中的苯环来构成所述式(4)所表示的结构的一部分的方面与特定二胺相同。
作为特定羧酸的具体例,例如可列举下述式(g-1)~式(g-13)分别所表示的化合物等。
[化47]
此外,在合成聚合物(s)时,特定羧酸可单独使用一种或者将两种以上组合使用。所述式(g-1)~式(g-13)中,式(g-1)、式(g-2)、式(g-4)~式(g-8)、及式(g-11)~式(g-13)相当于具有所述式(4)所表示的部分结构的化合物。
就使对光的感度良好的观点而言,聚合物(s)的一分子中的所述式(1)所表示的部分结构的含有比例优选为相对于聚合物(s)所具有的硅原子而设为3摩尔%~100摩尔%,更优选为设为5摩尔%~95摩尔%,进而优选为设为10摩尔%~90摩尔%。因此,合成聚合物(s)时,优选为以所述式(1)所表示的部分结构的含有比例成为所述范围的方式选择特定羧酸的使用比例。
此外,特定羧酸可通过将有机化学的常法适当组合而合成。作为其一例,例如可利用如下方法等而获得:使“r11-a1-h”所表示的化合物、与“ho-r12-a2-r13-coom(其中,m为羧基的保护基)”所表示的化合物,优选为在有机溶媒中,视需要在催化剂的存在下进行反应,继而,进行去保护。其中,特定羧酸的合成顺序并不限定于所述方法。
合成聚合物(s)时,与含环氧基的聚有机硅氧烷的反应中使用的羧酸可仅为特定羧酸,也可并用特定羧酸以外的其他羧酸。
其他羧酸只要是不具有所述式(1)所表示的部分结构的羧酸,则并无特别限制,例如可列举具有所述液晶取向性基的羧酸等。作为其他羧酸的具体例,例如可列举:己酸、月桂酸、十五烷基酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、11-十八碳烯酸(vaccenicacid)、亚麻油酸、次亚麻油酸、花生酸等碳数6~20的脂肪酸、下述式(c-2-1)~式(c-2-10)分别所表示的化合物等。
[化48]
(式中,j为0~12的整数,h为1~10的整数)
此外,其他羧酸可单独使用选自这些羧酸中的一种或者将两种以上组合使用。
相对于聚有机硅氧烷所具有的环氧基的合计1摩尔,与含环氧基的聚有机硅氧烷进行反应的羧酸的使用比例优选为设为0.001摩尔~1.5摩尔,更优选为设为0.01摩尔~1.0摩尔。
就充分获得本发明的效果的观点而言,相对于与含环氧基的聚有机硅氧烷进行反应的羧酸的合计量,其他羧酸的使用比例优选为设为80摩尔%以下,更优选为设为50摩尔%以下。
含环氧基的聚有机硅氧烷与羧酸的反应优选为在催化剂及有机溶媒的存在下进行。
含环氧基的聚有机硅氧烷与羧酸的反应中使用的催化剂例如可使用作为有机碱、促进环氧化合物的反应的所谓硬化促进剂而公知的化合物等。此处,所述有机碱例如可列举:乙基胺、哌嗪、哌啶等一级有机胺~二级有机胺;三乙基胺、吡啶等三级有机胺;氢氧化四甲基铵等四级有机胺等。这些化合物中,有机碱优选为三级有机胺或者四级有机胺。
所述硬化促进剂可列举:三级胺、咪唑化合物、有机磷化合物、四级鏻盐、二氮杂双环烯烃、辛酸锡之类的有机金属化合物,四级铵盐、硼化合物、氯化锡之类的金属卤素化合物等。这些化合物中,优选为四级铵盐,具体而言,例如可列举:溴化四乙基铵、溴化四-正丁基铵、氯化四乙基铵、氯化四-正丁基铵等。
相对于含环氧基的聚有机硅氧烷100重量份,所述催化剂优选为以100重量份以下、更优选为0.01重量份~100重量份,进而优选为0.1重量份~20重量份的比例来使用。
所述反应中使用的有机溶媒例如可列举:烃、醚、酯、酮、酰胺、醇等。这些有剂溶媒中,就原料及产物的溶解性、以及产物的纯化的容易度的观点而言,优选为醚、酯、酮,特别优选的溶媒的具体例可列举:2-丁酮、2-己酮、甲基异丁基酮及乙酸丁酯等。所述有机溶媒优选为以固体成分浓度(反应溶液中的溶媒以外的成分的合计重量相对于溶液的总重量所占的比例)成为0.1重量%以上的比例来使用,更优选为以成为5重量%~50重量%的比例来使用。
所述反应中的反应温度优选为0℃~200℃,更优选为50℃~150℃。反应时间优选为0.1小时~50小时,更优选为0.5小时~20小时。另外,反应结束后,优选为将自反应液中分取的有机溶媒层以水洗涤。水洗后,将有机溶媒层视需要以适当的干燥剂进行干燥,然后去除溶媒,由此可获得聚合物(s)。此外,聚有机硅氧烷的合成方法并不限定于如上所述的水解·缩合反应,例如也可采用使水解性硅烷化合物在乙二酸及醇的存在下进行反应的方法等。
以所述方式获得的聚合物(s)优选为包括通过具有环氧基的聚有机硅氧烷与羧酸的反应而形成的部分结构,具体而言,优选为包括下述式(7)所表示的部分结构。
[化49]
(式(7)中,a1、a2、r11、r12、r13、s及r分别与所述式(3)为相同含义;z1为二价有机基;“*”表示与硅原子的结合键)
此外,关于z1的二价有机基,可列举所述式(2-1)的r5~r7所例示的基团等。
本揭示的液晶取向剂中所含有的聚合物(s)优选为当将其制成浓度为10重量%的溶液时,具有1mpa·s~500mpa·s的溶液粘度者,更优选为具有3mpa·s~200mpa·s的溶液粘度者。关于聚合物(s),利用gpc来测定的聚苯乙烯换算的重量平均分子量(mw)优选为1,000~200,000,更优选为2,000~50,000,进而优选为3,000~20,000。
[聚(甲基)丙烯酸酯]
作为化合物(x)的聚(甲基)丙烯酸酯例如可利用如下方法而获得:使具有环氧基的(甲基)丙烯酸系单量体(m-1)、或者所述(甲基)丙烯酸系单量体(m-1)与其他(甲基)丙烯酸系单量体的混合物,在聚合引发剂的存在下进行聚合后,使所述所获得的聚合物(以下也称为“含环氧基的聚(甲基)丙烯酸酯”)、与特定羧酸进行反应。
(甲基)丙烯酸系单量体(m-1)例如可列举具有环氧基的不饱和羧酸酯。作为其具体例,例如可列举:(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、α-乙基丙烯酸缩水甘油酯、α-正丙基丙烯酸缩水甘油酯、α-正丁基丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧基丁酯、α-乙基丙烯酸3,4-环氧基丁酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧基环己基甲酯、(甲基)丙烯酸6,7-环氧基庚酯、α-乙基丙烯酸6,7-环氧基庚酯、丙烯酸4-羟基丁基缩水甘油醚、(甲基)丙烯酸(3-乙基氧杂环丁烷-3-基)甲酯等。此外,(甲基)丙烯酸系单量体(m-1)可将所述单量体中的一种单独使用或者将两种以上组合使用。
其他(甲基)丙烯酸系单量体例如可列举:(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸ω-羧基聚己内酯、丁烯酸、α-乙基丙烯酸、α-正丙基丙烯酸、α-正丁基丙烯酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、柠康酸、中康酸、衣康酸、乙烯基苯甲酸等不饱和羧酸;
(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸烯丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苄基酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸三甲氧基硅烷基丙酯、(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸-n,n-二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-n,n-二乙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸甲氧基聚乙二醇、(甲基)丙烯酸辛氧基聚乙二醇、(甲基)丙烯酸四氢糠基酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯等(甲基)丙烯酸酯;α-甲氧基丙烯酸甲酯、α-乙氧基丙烯酸甲酯等α-烷氧基丙烯酸酯;丁烯酸甲酯、丁烯酸乙酯等丁烯酸酯等不饱和羧酸酯;
顺丁烯二酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐、顺式-1,2,3,4-四氢邻苯二甲酸酐等不饱和多元羧酸酐等。此外,其他(甲基)丙烯酸系单量体可单独使用一种或者将两种以上组合使用。
合成聚(甲基)丙烯酸酯时,每1g含环氧基的聚(甲基)丙烯酸酯的环氧基的合计量(摩尔数)优选为5.0×10-5摩尔/g以上,更优选为1.0×10-4摩尔/g~1.0×10-2摩尔/g,进而优选为5.0×10-4摩尔/g~5.0×10-3摩尔/g。因此,关于(甲基)丙烯酸系单量体(m-1)的使用比例,优选为以每1g含环氧基的聚(甲基)丙烯酸酯的环氧基的合计摩尔数成为所述数值范围的方式来调整。
此外,聚合时,也可使用(甲基)丙烯酸系单量体以外的其他单体。其他单体例如可列举:1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯等共轭二烯系化合物;苯乙烯、甲基苯乙烯、二乙烯基苯等芳香族乙烯基化合物等。相对于聚(甲基)丙烯酸酯的合成中使用的单体的合计,其他单体的使用比例优选为设为30摩尔%以下,更优选为设为20摩尔%以下。
使用(甲基)丙烯酸系单量体的聚合反应优选为通过自由基聚合而进行。所述聚合反应时使用的聚合引发剂可列举自由基聚合时通常使用的引发剂,例如可列举:2,2'-偶氮双(异丁腈)、2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、2,2'-偶氮双(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)等偶氮化合物;过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化三甲基乙酸叔丁酯、1,1'-双(叔丁基过氧化)环己烷等有机过氧化物;过氧化氢;包含这些过氧化物及还原剂的氧化还原型引发剂等。这些化合物中优选为偶氮化合物,更优选为2,2'-偶氮双(异丁腈)。聚合引发剂可将这些化合物单独使用一种或者将两种以上组合使用。
相对于反应中使用的全部单体100重量份,聚合引发剂的使用比例优选为设为0.01重量份~50重量份,更优选为设为0.1重量份~40重量份。
(甲基)丙烯酸系单量体的聚合反应优选为在有机溶媒中进行。所述反应中使用的有机溶媒例如可列举醇、醚、酮、酰胺、酯、烃化合物等。这些化合物中,优选为使用选自由醇及醚所组成的群组中的至少一种,更优选为使用多元醇的部分醚。作为其优选具体例,例如可列举二乙二醇甲基乙醚、丙二醇单甲醚乙酸酯等。此外,有机溶媒可将这些化合物单独使用一种或者将两种以上组合使用。
(甲基)丙烯酸系单量体的聚合反应时,反应温度优选为设为30℃~120℃,更优选为设为60℃~110℃。反应时间优选为设为1小时~36小时,更优选为设为2小时~24小时。另外,有机溶媒的使用量(a)优选为设为相对于反应溶液的整体量(a+b),反应中使用的单体的合计量(b)成为0.1重量%~50重量%的量。
对通过所述反应而获得的含环氧基的聚(甲基)丙烯酸酯,继而使特定羧酸进行反应。特定羧酸的具体例可应用聚合物(s)的说明。另外,所述反应时,可单独使用特定羧酸,或者也可并用特定羧酸以外的其他羧酸。
相对于含环氧基的聚(甲基)丙烯酸酯所具有的环氧基的合计1摩尔,与含环氧基的聚(甲基)丙烯酸酯进行反应的羧酸的使用比例优选为设为0.001摩尔~0.95摩尔。更优选为0.01摩尔~0.9摩尔,进而优选为设为0.05摩尔~0.8摩尔。
含环氧基的聚(甲基)丙烯酸酯与羧酸的反应优选为在催化剂及有机溶媒的存在下进行。此处,反应中使用的催化剂例如可列举作为聚合物(s)的合成中可使用的催化剂而例示的化合物。这些化合物中优选为四级铵盐。相对于含环氧基的聚(甲基)丙烯酸酯100重量份,催化剂的使用量优选为100重量份以下,更优选为0.01重量份~100重量份以下,进而优选为0.1重量份~20重量份。
反应中使用的有机溶媒可应用(甲基)丙烯酸系单量体的聚合时可使用的有机溶媒的例示,其中优选为酯。所述有机溶媒优选为以固体成分浓度(反应溶液中的溶媒以外的成分的合计重量相对于溶液的总重量所占的比例)成为0.1重量%以上的比例来使用,更优选为以成为5重量%~50重量%的比例来使用。反应温度优选为设为0℃~200℃,更优选为设为50℃~150℃。反应时间优选为设为0.1小时~50小时,更优选为设为0.5小时~20小时。
以所述方式获得含有作为化合物(x)的聚(甲基)丙烯酸酯的溶液。所述反应溶液可直接提供给液晶取向剂的制备,也可将反应溶液中所含的聚(甲基)丙烯酸酯分离后再提供给液晶取向剂的制备,或者也可将分离的聚(甲基)丙烯酸酯纯化后再提供给液晶取向剂的制备。聚(甲基)丙烯酸酯的分离及纯化可依据公知的方法来进行。
此外,作为化合物(x)的聚(甲基)丙烯酸酯的合成方法并不限定于所述方法。例如也可利用如下方法等而获得:使具有所述式(1)所表示的部分结构的(甲基)丙烯酸系单量体、或者所述(甲基)丙烯酸系单量体与其他(甲基)丙烯酸系单量体的混合物,在聚合引发剂的存在下进行聚合。
就不仅使所形成的液晶取向膜的液晶取向性良好,而且确保其液晶取向性的经时稳定性的观点而言,关于聚(甲基)丙烯酸酯,利用gpc来测定的聚苯乙烯换算的数量平均分子量(mn)优选为250~500,000,更优选为500~100,000,进而优选为1,000~50,000。
<其他成分>
本发明的液晶取向剂含有如上所述的化合物(x),视需要也可含有其他成分。可添加于所述液晶取向剂中的其他成分例如可列举:所述化合物(x)以外的其他聚合物、分子内具有至少一个环氧基的化合物(以下称为“含环氧基的化合物”)、官能性硅烷化合物、具有光聚合性基的化合物(以下称为“含光聚合性基的化合物”)、光增感剂等。
[其他聚合物]
所述其他聚合物可为了改善溶液特性或电气特性而使用。所述其他聚合物为不具有所述式(1)所表示的部分结构的聚合物,对其主骨架并无特别限定。具体而言,例如可列举将聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸酯、聚有机硅氧烷、聚酯、聚酰胺、纤维素衍生物、聚缩醛、聚苯乙烯衍生物、聚(苯乙烯-苯基顺丁烯二酰亚胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等作为主骨架的聚合物。这些聚合物中,优选为选自由聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚酰亚胺、聚有机硅氧烷、聚(甲基)丙烯酸酯及聚酰胺所组成的群组中的至少一种聚合物。
在将其他聚合物添加于液晶取向剂中的情况下,相对于液晶取向剂中所含的聚合物的合计100重量份,所述其他聚合物的调配比例优选为设为90重量份以下,更优选为设为0.1重量份~80重量份,尤其优选为设为0.1重量份~70重量份。
[含环氧基的化合物]
含环氧基的化合物可为了提高液晶取向膜的与基板表面的粘接性或电气特性而使用。如上所述的含环氧基的化合物例如可列举乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、三丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、2,2-二溴新戊二醇二缩水甘油醚、n,n,n',n'-四缩水甘油基-间苯二甲胺、1,3-双(n,n-二缩水甘油基氨基甲基)环己烷、n,n,n',n'-四缩水甘油基-4,4'-二氨基二苯基甲烷、n,n-二缩水甘油基-苄基胺、n,n-二缩水甘油基-氨基甲基环己烷、n,n-二缩水甘油基-环己基胺等作为优选者。除此以外,含环氧基的化合物的例子可使用国际公开第2009/096598号记载的含环氧基的聚有机硅氧烷。
在将这些环氧化合物添加于液晶取向剂中的情况下,相对于液晶取向剂中所含的聚合物的合计100重量份,所述环氧化合物的调配比例优选为设为40重量份以下,更优选为设为0.1重量份~30重量份。
[官能性硅烷化合物]
所述官能性硅烷化合物可出于提高液晶取向剂的印刷性的目的而使用。如上所述的官能性硅烷化合物例如可列举:3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2-氨基丙基三甲氧基硅烷、2-氨基丙基三乙氧基硅烷、n-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、n-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、n-乙氧基羰基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、n-三乙氧基硅烷基丙基三亚乙基三胺、10-三甲氧基硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、9-三甲氧基硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、9-三甲氧基硅烷基-3,6-二氮杂壬酸甲酯、n-苄基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、n-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、缩水甘油氧基甲基三甲氧基硅烷、2-缩水甘油氧基乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷等。
在将这些官能性硅烷化合物添加于液晶取向剂中的情况下,相对于液晶取向剂中所含的聚合物的合计100重量份,所述官能性硅烷化合物的调配比例优选为设为2重量份以下,更优选为设为0.02重量份~0.2重量份。
[含光聚合性基的化合物]
在通过对使用液晶取向剂来形成的涂膜进行光照射而赋予液晶取向能力的情况下,含光聚合性基的化合物可出于提高液晶取向膜的取向限制力的目的而使用。此处,光聚合性基例如可列举具有聚合性不饱和键的基团等,具体而言,例如可列举:(甲基)丙烯酰基氧基、苯乙烯基、(甲基)丙烯酰胺基、乙烯基、亚乙烯基、乙烯基氧基(ch2=ch-o-)、顺丁烯二酰亚氨基等。
就光反应性高的方面而言,所述含光聚合性基的化合物可优选地使用(甲基)丙烯酸酯化合物,具体而言,例如可列举:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苄基酯、2-甲氧基乙基(甲基)丙烯酸酯、甲氧基三乙二醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯等单官能(甲基)丙烯酸酯;乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、聚醚(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化双酚a二(甲基)丙烯酸酯等多官能(甲基)丙烯酸酯等。
在将含光聚合性基的化合物添加于液晶取向剂中的情况下,相对于液晶取向剂中所含的聚合物的合计100重量份,所述含光聚合性基的化合物的调配比例优选为设为30重量份以下,更优选为设为1重量份~20重量份。
[光增感剂]
光增感剂可使用具有光增感功能的多种化合物。此处,所谓“光增感功能”,是指通过光的照射而成为单重激发态后,视情况进而产生系间交叉,若与其他分子碰撞,则使对方改变为激发状态,且自身恢复为基底状态的功能。作为光增感剂的具体例,例如可列举下述式(h-1)~式(h-6)分别所表示的化合物等。
[化50]
在使用光增感剂的情况下,相对于液晶取向剂中所含的聚合物100重量份,所述光增感剂的调配比例优选为设为0.01重量份~50重量份,更优选为设为0.1重量份~20重量份。
此外,其他成分可使用液晶取向剂的制备中通常使用的添加剂。所述以外的添加剂例如可列举:分子内具有至少一个氧杂环丁基的化合物、抗氧化剂、表面活性剂、分散剂等。
<溶剂>
本发明的液晶取向剂以所述特定化合物以及视需要使用的其他成分优选为分散或者溶解于适当的溶媒中而成的液状组合物的形式制备。
所使用的有机溶媒例如可列举:n-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、γ-丁内酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇单甲醚、乳酸丁酯、乙酸丁酯、甲基甲氧基丙酸酯、乙基乙氧基丙酸酯、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇-正丙醚、乙二醇-异丙醚、乙二醇-正丁醚(丁基溶纤剂)、乙二醇二甲醚、乙二醇乙醚乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯、二异丁基酮、丙酸异戊酯、异丁酸异戊酯、二异戊基醚、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等。这些有机溶剂可单独使用或者将两种以上混合使用。
本发明的液晶取向剂可仅含有一种聚合物作为聚合物成分,也可含有两种以上的聚合物。含有两种以上的聚合物的情况下的优选形态例如可列举以下的[1]~[3]等。
[1]含有作为化合物(x)的聚合物(以下也称为“特定聚合物”)及其他聚合物,且特定聚合物及其他聚合物为选自聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚酰亚胺及聚酰胺中的至少一种的形态。
[2]含有多种特定聚合物,且这些多种特定聚合物为选自聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚酰亚胺及聚酰胺中的至少一种的形态。
[3]含有特定聚合物及其他聚合物,且特定聚合物为聚有机硅氧烷,其他聚合物为选自聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚酰亚胺及聚酰胺中的至少一种的形态。
此外,在[1]的形态中推测为:通过将特定聚合物设为具有氟原子或硅原子的聚合物,则具有氟原子或硅原子的特定聚合物偏在于上层,不具有氟原子及硅原子的其他聚合物偏在于下层,因此可在液晶取向膜中产生聚合物的分布的偏差。
此外,在使用包含化合物(x)的液晶取向剂的情况下,获得液晶显示元件的残像特性以及对比度特性的改善效果的原因并不确定,作为假设之一,考虑如下。即认为:化合物(x)通过在所述式(1)所表示的部分结构中,在羰基的α碳及β碳的至少一个、优选为羰基的α碳上导入一价有机基,则当照射光时,与具有所述式(1)中的r1及r2为氢原子的部分结构(肉桂酰基)的化合物相比,光二聚化反应得到抑制,光异构化反应优先进行。由此,使用包含化合物(x)的液晶取向剂来形成的液晶取向膜中液晶的取向限制力提高,推测其结果为获得液晶显示元件的残像特性及对比度特性的改善效果。
本发明的液晶取向剂中的固体成分浓度(液晶取向剂的溶媒以外的成分的合计重量在液晶取向剂的总重量中所占的比例)是考虑到粘性、挥发性等而适当选择,优选为1重量%~10重量%的范围。即,本发明的液晶取向剂通过以后述方式涂布于基板表面,优选为进行加热,而形成作为液晶取向膜的涂膜或者成为液晶取向膜的涂膜。此时,在固体成分浓度小于1重量%的情况下,涂膜的膜厚变得过小而难以获得良好的液晶取向膜。另一方面,在固体成分浓度超过10重量%的情况下,涂膜的膜厚变得过大而难以获得良好的液晶取向膜,另外,存在液晶取向剂的粘性增大而涂布性下降的倾向。
特别优选的固体成分浓度的范围根据在基板涂布液晶取向剂时使用的方法而不同。例如在使用旋转器法的情况下,固体成分浓度(液晶取向剂中的溶媒以外的所有成分的合计重量在液晶取向剂的总重量中所占的比例)为1.5重量%~4.5重量%的范围。在利用印刷法的情况下,特别优选为将固体成分浓度设为3重量%~9重量%的范围,由此将溶液粘度设为12mpa·s~50mpa·s的范围。在利用喷墨法的情况下,特别优选为将固体成分浓度设为1重量%~5重量%的范围,由此,将溶液粘度设为3mpa·s~15mpa·s的范围。制备本发明的液晶取向剂时的温度优选为10℃~50℃,更优选为20℃~30℃。
<液晶取向膜以及液晶显示元件>
可通过使用所述说明的本发明的液晶取向剂来制造液晶取向膜。另外,本发明的液晶显示元件包括使用所述液晶取向剂来形成的液晶取向膜。本发明的液晶显示元件的动作模式并无特别限定,例如可应用于tn型、stn型、垂直取向(verticalalignment,va)型(包括垂直取向-多域垂直取向(verticalalignment-multi-domainverticalalignment,va-mva)型、垂直取向-图案垂直取向(verticalalignment-patternedverticalalignment,va-pva)型等)、共面切换(in-planeswitching,ips)型、边缘场切换(fringefieldswitching,ffs)型、光学补偿弯曲(opticallycompensatorybend,ocb)型等多种动作模式。
本发明的液晶显示元件例如可通过包含以下的步骤(1-1)~步骤(1-3)的步骤来制造。步骤(1-1)根据所需的动作模式而使用不同的基板。步骤(1-2)及步骤(1-3)在各动作模式中共用。
[步骤(1-1):涂膜的形成]
首先,在基板上涂布本发明的液晶取向剂,继而,对涂布面进行加热,由此在基板上形成涂膜。
(1-1a)在制造例如tn型、stn型或va型的液晶显示元件的情况下,首先,将设置有经图案化的透明导电膜的两块基板作为一对,在所述基板的各透明性导电膜形成面上,优选为利用平版印刷法、旋转涂布法、辊涂布机法或者喷墨印刷法来分别涂布本发明的液晶取向剂。基板例如可使用:浮法玻璃、钠玻璃等玻璃;包含聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚醚砜、聚碳酸酯、聚(脂环式烯烃)等塑料的透明基板。设置于基板的一面的透明导电膜可使用:包含氧化锡(sno2)的奈塞(nesa)膜(美国ppg公司注册商标)、包含氧化铟-氧化锡(in2o3-sno2)的氧化铟锡(indiumtinoxide,ito)膜等。为了获得经图案化的透明导电膜,例如可利用以下方法:形成无图案的透明导电膜后,通过光·蚀刻而形成图案的方法;形成透明导电膜时使用具有所需图案的掩模的方法等。涂布液晶取向剂时,为了使基板表面以及透明导电膜与涂膜的粘接性更良好,也可对基板表面中形成涂膜的面,实施预先涂布官能性硅烷化合物、官能性钛化合物等的预处理。
涂布液晶取向剂后,出于防止所涂布的液晶取向剂的流挂等目的,优选为实施预加热(预烘烤)。预烘烤温度优选为30℃~200℃,更优选为40℃~150℃,特别优选为40~100℃。预烘烤时间优选为0.25分钟~10分钟,更优选为0.5分钟~5分钟。然后,将溶剂完全去除,视需要出于将存在于聚合物中的酰胺酸结构进行热酰亚胺化的目的而实施煅烧(后烘烤)步骤。此时的煅烧温度(后烘烤温度)优选为80℃~300℃,更优选为120℃~250℃。后烘烤时间优选为5分钟~200分钟,更优选为10分钟~100分钟。以所述方式形成的膜的膜厚优选为0.001μm~1μm,更优选为0.005μm~0.5μm。
(1-1b)在制造ips型或ffs型的液晶显示元件的情况下,在设置有如下电极的基板的电极形成面、与未设置电极的对向基板的一面,分别涂布本发明的液晶取向剂,继而,对各涂布面进行加热,由此形成涂膜,所述电极包含经图案化为梳齿型的透明导电膜或者金属膜。关于此时所使用的基板及透明导电膜的材质、涂布方法、涂布后的加热条件、透明导电膜或者金属膜的图案化方法、基板的预处理、以及所形成的涂膜的优选膜厚,与所述(1-1a)相同。金属膜例如可使用包含铬等金属的膜。
在所述(1-1a)及(1-1b)的任一种情况下,均通过在基板上涂布液晶取向剂后,去除有机溶媒而形成液晶取向膜或者成为液晶取向膜的涂膜。此时,也可通过在涂膜形成后进一步加热,而使调配于本发明的液晶取向剂中的聚酰胺酸、聚酰胺酸酯及聚酰亚胺进行脱水闭环反应,形成经进一步酰亚胺化的涂膜。
[步骤(1-2):取向能力赋予处理]
在制造tn型、stn型、ips型或ffs型的液晶显示元件的情况下,实施对所述步骤(1-1)中形成的涂膜赋予液晶取向能力的处理。由此,液晶分子的取向能力被赋予至涂膜而成为液晶取向膜。取向能力赋予处理例如可列举:利用卷绕有包含尼龙、嫘萦、棉等纤维的布的辊,将涂膜向一定方向擦拭的摩擦处理;对涂膜照射偏光或非偏光的放射线的光取向处理等。另一方面,在制造va型液晶显示元件的情况下,可将所述步骤(1-1)中形成的涂膜直接用作液晶取向膜,也可对所述涂膜实施取向能力赋予处理。
光取向处理中的光照射可利用以下方法来获得:[1]对后烘烤步骤后的涂膜进行照射的方法;[2]对预烘烤步骤后且后烘烤步骤前的涂膜进行照射的方法;[3]在预烘烤步骤及后烘烤步骤的至少任一步骤中,在涂膜的加热过程中对涂膜进行照射的方法等。这些方法中,就液晶显示元件的残像特性以及对比度特性的改善效果高的方面而言,优选为利用[2]的方法。
对涂膜照射的放射线例如可使用包含150nm~800nm波长的光的紫外线以及可见光线。在放射线为偏光的情况下,可为直线偏光,也可为部分偏光。另外,在所使用的放射线为直线偏光或者部分偏光的情况下,可自与基板面垂直的方向进行照射,也可自倾斜方向进行,或者也可将这些照射组合进行。在照射非偏光的放射线的情况下,照射的方向设为倾斜方向。
所使用的光源例如可使用低压水银灯、高压水银灯、氘灯、金属卤化物灯、氩共振灯、氙灯、准分子激光等。优选的波长区域的紫外线可通过将光源与例如滤光器、衍射光栅等并用的方法等来获得。放射线的照射量优选为100j/m2~50,000j/m2,更优选为300j/m2~20,000j/m2。另外,为了提高反应性,也可一边对涂膜加温,一边对涂膜进行光照射。加温时的温度通常为30℃~250℃,优选为40℃~200℃,更优选为50℃~150℃。
此外,也可对摩擦处理后的液晶取向膜进一步进行以下处理而使液晶取向膜在每个区域具有不同的液晶取向能力:通过对液晶取向膜的一部分照射紫外线而使液晶取向膜的一部分区域的预倾角变化的处理;或在液晶取向膜表面的一部分形成抗蚀剂膜后,在与刚才的摩擦处理不同的方向进行摩擦处理后,去除抗蚀剂膜的处理。所述情况下,可改善所获得的液晶显示元件的视野特性。适合于va型液晶显示元件的液晶取向膜也可适合用于聚合物稳定取向(polymersustainedalignment,psa)型液晶显示元件。
[步骤(1-3):液晶单元的构筑]
(1-3a)通过准备以所述方式形成有液晶取向膜的两块基板,在对向配置的两块基板间配置液晶来制造液晶单元。为了制造液晶单元,例如可列举以下两种方法。第一方法为之前已知的方法。首先,以各个液晶取向膜对向的方式经由间隙(单元间隙)而使两块基板对向配置,使用密封剂将两块基板的周边部贴合,在由基板表面及密封剂所划分的单元间隙内注入填充液晶后,将注入孔密封,由此制造液晶单元。第二方法为被称为液晶滴注(onedropfill,odf)方式的方法。在形成有液晶取向膜的两块基板中的其中一块基板上的既定部位,涂布例如紫外光硬化性的密封剂,进而在液晶取向膜面上的既定的数个部位滴加液晶后,以液晶取向膜对向的方式贴合另一块基板,并且使液晶在基板的整个面上铺开,继而,对基板的整个面照射紫外光而使密封剂硬化,由此制造液晶单元。在利用任一种方法的情况下,理想为对于以所述方式制造的液晶单元,进而加热至所使用的液晶取得各向同性相的温度后,缓缓冷却至室温,由此去除液晶填充时的流动取向。
密封剂例如可使用含有硬化剂以及作为间隔物的氧化铝球的环氧树脂等。
液晶可列举向列液晶以及碟状液晶,其中优选为向列液晶,例如可使用:希夫碱(schiffbase)系液晶、氧化偶氮(azoxy)系液晶、联苯系液晶、苯基环己烷系液晶、酯系液晶、联三苯系液晶、联苯环己烷系液晶、嘧啶系液晶、二噁烷系液晶、双环辛烷系液晶、立方烷(cubane)系液晶等。另外,也可在这些液晶中添加以下物质来使用:例如氯化胆甾醇(cholesterylchloride)、胆甾醇壬酸酯(cholesterylnonanoate)、碳酸胆甾烯基酯等胆固醇型液晶;以商品名“c-15”、“cb-15”(默克(merck)公司制造)来销售的手性剂;对癸氧基苯亚甲基-对氨基-2-甲基丁基肉桂酸酯等铁电液晶等。
(1-3b)在制造psa型液晶显示元件的情况下,除了与液晶一并注入或滴加光聚合性化合物的方面以外,以与所述(1-3a)相同的方式构筑液晶单元。然后,在对一对基板所具有的导电膜间施加电压的状态下对液晶单元进行光照射。此处施加的电压例如可设为5v~50v的直流或交流。另外,作为照射的光,例如可使用包含150nm~800nm波长的光的紫外线以及可见光线,优选为包含300nm~400nm波长的光的紫外线。照射光的光源例如可使用低压水银灯、高压水银灯、氘灯、金属卤化物灯、氩共振灯、氙灯、准分子激光等。此外,所述的优选波长区域的紫外线可通过将光源与例如滤光器、衍射光栅等并用的方法等而获得。光的照射量优选为1,000j/m2以上且小于200,000j/m2,更优选为1,000j/m2~100,000j/m2。
(1-3c)在使用包含具有光聚合性基的化合物(聚合物或者添加剂)的液晶取向剂而在基板上形成涂膜的情况下,也可采用如下方法:以与所述(1-3a)相同的方式构筑液晶单元,然后,通过经过在对一对基板所具有的导电膜间施加电压的状态下对液晶单元进行光照射的步骤,来制造液晶显示元件。依据所述方法,则可以少的光照射量来实现psa模式的优点。所施加的电压、或所照射的光的条件可应用所述(1-3b)的说明。
接着,可通过在液晶单元的外侧表面贴合偏光板而获得本发明的液晶显示元件。贴合于液晶单元的外表面的偏光板可列举:以乙酸纤维素保护膜夹持被称为“h膜”的偏光膜的偏光板或者包含h膜其本身的偏光板,所述“h膜”是使聚乙烯醇一边延伸取向一边吸收碘而成。
本发明的液晶显示元件可有效地应用于多种装置,例如可用于:钟表、便携式游戏机、文字处理器、笔记型个人计算机、汽车导航、摄录机、个人数码助理(personaldigitalassistant,pda)、数码摄影机(digitalcamera)、移动电话、智能手机、各种监视器、液晶电视、信息显示器等各种显示装置。
[实施例]
以下,通过实施例,对本发明进一步进行具体说明,但本发明并不限定于这些实施例。
以下的例中,利用以下方法来测定聚合物的重量平均分子量mw以及环氧当量。此外,以下有时将式a所表示的化合物仅表示为“化合物a”。
[聚合物的重量平均分子量mw]
mw是通过以下条件下的gpc来测定的聚苯乙烯换算值。
管柱:东曹(tosoh)(股)制造,tskgelgrcxlii
溶剂:四氢呋喃
温度:40℃
压力:68kgf/cm2
[环氧当量]
环氧当量是利用jisc2105中记载的盐酸-甲基乙基酮法来测定。
<化合物的合成>
[实施例1-1:化合物(b-1)的合成]
依据下述流程1来合成化合物(b-1)。
[化51]
使9.6g的4-硝基苯甲醛与15.0g的甲基丙二酸溶解于100ml的吡啶中,向其中添加12.5ml的哌啶,然后在80℃下搅拌5小时。将反应液放置冷却至室温后,添加100ml的乙酸乙酯,继而添加100ml的盐酸,将其分液。将纯水再次分液后,将其浓缩,以纯度99%获得10.5g的作为白色固体的中间体(b-1-1)。
将所获得的10g中间体(b-1-1)添加于30ml的亚硫酰氯中,添加催化剂量的n,n-二甲基甲酰胺,然后在80℃下搅拌1小时。将反应液浓缩,将残留物溶解于100ml的四氢呋喃中。将所述溶液作为反应液(a)。将9.4g的4-羟基-4'-硝基联苯与8.9g的三乙基胺添加于60ml的四氢呋喃中,将其冷却至0℃,搅拌5分钟。继而,缓慢滴加反应液(a)。滴加结束后,在室温下搅拌4小时,使反应完结。加入300ml的乙酸乙酯以及100ml的四氢呋喃(tetrahydrofuran,thf),将本溶液以盐酸、碳酸钠水溶液、纯水进行分液后,将其浓缩,以纯度99%获得19.0g的作为白色固体的中间体(b-1-2)。
继而,将18.0g的中间体(b-1-2)与14.5g的锌粉末添加于150ml的四氢呋喃中,进而添加5.4g的乙酸。然后,在60℃下搅拌5小时。将反应液放置冷却至室温后,添加150ml的乙酸乙酯,以纯水进行分液后,将其浓缩,以纯度99%获得13.5g的作为黄色固体的化合物(b-1)。
[实施例1-2:化合物(b-2)的合成]
除了在实施例1-1的流程1的第二阶段,将4-羟基-4'-硝基联苯变更为4-硝基苯酚以外,利用与实施例1-1相同的方法来合成,获得化合物(b-2)。
[实施例1-3:化合物(b-3)的合成]
除了在实施例1-1的流程1的第二阶段,将4-羟基-4'-硝基联苯变更为4-氨基-4'-硝基联苯以外,利用与实施例1-1相同的方法来合成,获得化合物(b-3)。
[实施例1-4:化合物(g-1)的合成]
除了在实施例1-1的流程1的第一阶段,将4-硝基苯甲醛变更为4-苯基苯甲醛以外,进行与流程1的第一阶段相同的操作,以一个阶段获得化合物(g-1)。
[实施例1-5:化合物(b-27)的合成]
除了在实施例1-1的流程1的第二阶段,将4-羟基-4'-硝基联苯变更为2-甲基-4-硝基苯胺以外,利用与实施例1-1相同的方法来合成,获得化合物(b-27)。
[实施例1-6:化合物(t-5)的合成]
依据下述流程2来合成化合物(t-5)。
[化52]
使5.0g的哌嗪与12.3g的三乙基胺溶解于100ml的四氢呋喃中,将其冷却至0℃,搅拌5分钟。向其中,缓慢地滴加将12.1g的甲基丙烯酰氯添加于100ml的四氢呋喃中而成的溶液。滴加结束后,在室温下搅拌4小时,使反应完结。加入300ml的乙酸乙酯,将本溶液以盐酸、碳酸钠水溶液、纯水进行分液后,将其浓缩,以纯度99%获得11.6g的作为白色固体的中间体(t-5-1)。
将10g的所获得的中间体(t-5-1)、22.0g的4-溴邻苯二甲酸、1.0g的乙酸钯、2.7g的三(邻甲苯基)膦、以及36.4g的三乙基胺添加于120ml的n,n-二甲基乙酰胺中。然后,在60℃下搅拌6小时。将反应液放置冷却至室温后,添加300ml的乙酸乙酯,将本溶液以纯水进行分液。向所获得的水层中添加盐酸而形成酸性水溶液后,添加乙酸乙酯进行分液。最后,将有机层以纯水进行分液后,将其浓缩,以纯度99%获得20.0g的作为淡黄色固体的中间体(t-5-2)。
继而,将18.0g的中间体(t-5-2)添加于100ml的乙酸酐中。然后,在60℃下搅拌12小时。将反应液放置冷却至室温后,将析出的固体进行过滤,以己烷洗涤后进行干燥,以纯度99%获得15.5g的作为淡黄色固体的化合物(t-5)。
<聚合物的合成>
[实施例2-1:聚合物(a-1)的合成]
将作为四羧酸二酐的100摩尔份的所述式(a-1)所表示的化合物、以及作为二胺的100摩尔份的化合物(b-1)溶解于n-甲基-2-吡咯烷酮(n-methyl-2-pyrrolidone,nmp)中,在60℃下进行6小时反应,获得含有20重量%的聚酰胺酸的溶液。所获得的聚酰胺酸(聚合物(a-1))的重量平均分子量mw为45,000。
[实施例2-2~实施例2-9以及合成例1~合成例3]
除了将所使用的四羧酸二酐及二胺的种类及量变更为如下述表1所述以外,以与所述实施例2-1相同的方式分别合成聚酰胺酸(聚合物(a-2)~聚合物(a-9)以及聚合物(b-1)~聚合物(b-3))。
[表1]
表1中,四羧酸二酐及二胺的括弧内的数值表示相对于用于合成聚合物的四羧酸二酐的合计100摩尔份而言的使用比例[摩尔份]。表1中的略称分别为以下含义。
<四羧酸二酐>
a-1:所述式(a-1)所表示的化合物
a-2:所述式(a-2)所表示的化合物
a-3:1,3-丙二醇双(脱水偏苯三甲酸酯)(所述式(a-3)所表示的化合物)
a-4:1,2,3,4-环丁烷四羧酸二酐
a-5:4,4'-(六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸酐
a-6:均苯四甲酸二酐
t-5:所述式(t-5)所表示的化合物
<二胺>
b-1:所述式(b-1)所表示的化合物
b-2:所述式(b-2)所表示的化合物
b-3:所述式(b-3)所表示的化合物
b-27:所述式(b-27)所表示的化合物
c-1:下述式(c-1)所表示的化合物
c-2:下述式(c-2)所表示的化合物
c-3:对苯二胺
c-4:n,n-双(4-氨基苯基)甲基胺
c-5:4,4'-二氨基-2,2'-二甲基联苯
[化53]
[合成例4:聚合物(es-1)的合成]
将100.0g的2-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、500g的甲基异丁基酮以及10.0g的三乙基胺在室温下混合。继而,缓慢滴加100g的纯水后,在80℃下搅拌6小时。然后,取出有机层,将其利用0.2重量%硝酸铵水溶液来洗涤至洗涤后的水成为中性为止,然后将其浓缩,以粘稠的透明液体的形式获得具有环氧基的聚有机硅氧烷(es-1)。所述具有环氧基的聚有机硅氧烷(es-1)的mw为2,200,环氧当量为186g/摩尔。
[实施例2-10:聚合物(s-1)的合成]
将9.3g的所述合成例4中获得的具有环氧基的聚有机硅氧烷(es-1)、26g的甲基异丁基酮、3g的所述实施例1-4中获得的化合物(g-1)、以及0.10g的ucat18x(商品名,三亚普罗(san-apro)(股)制造的四级胺盐)进行混合,在80℃下搅拌12小时。然后,对将反应混合物投入至甲醇中而生成的沉淀物进行过滤,将其溶解于乙酸乙酯中而形成溶液,将所述溶液以纯水进行分液后,进行浓缩,由此以白色粉末的形式获得6.3g的作为化合物(x)的聚有机硅氧烷(聚合物(s-1))。聚合物(s-1)的重量平均分子量mw为4,000。
[实施例3-1]
1.液晶取向剂的制备
在含有所述实施例2-1中获得的聚合物(a-1)作为聚合物成分的溶液中,添加nmp以及丁基溶纤剂(bc),充分搅拌,形成溶媒组成为nmp:bc=70:30(重量比)、固体成分浓度为3.0重量%的溶液。使用孔径为0.45μm的过滤器将所述溶液进行过滤,由此制备液晶取向剂。
2.光ffs型液晶显示元件的制造
制作图1所示的ffs型液晶显示元件10。首先,将在单面具有如下电极对的玻璃基板11a、与未设置有电极的对向玻璃基板11b作为一对,在玻璃基板11a的具有透明电极的面以及对向玻璃基板11b的一面,使用旋转器,分别涂布所述1.中制备的液晶取向剂而形成涂膜,所述电极对依次形成有不具有图案的底电极15、作为绝缘层14的氮化硅膜、以及经图案化为梳齿状的顶电极13。
将所使用的顶电极13的平面示意图示于图2(a)及图2(b)中,其中,e表示电极,f表示像素边缘部分。此外,图2(a)为顶电极13的俯视图,图2(b)为图2(a)的由虚线包围的部分c1的放大图。本实施例中,将电极的线宽d1设为4μm,将电极间的距离d2设为6μm。另外,顶电极13是使用电极a、电极b、电极c及电极d的四系统的驱动电极(图3)。此外,底电极15作为对四系统的驱动电极全部发挥作用的共用电极而工作,四系统的驱动电极的区域各自成为像素区域。
利用旋转器形成涂膜后,将涂膜在80℃的加热板下进行1分钟预烘烤。继而,在涂膜的各表面,使用hg-xe灯及格兰泰勒棱镜(glan-taylorprism)来照射5,000j/m2的偏光紫外线,获得具有液晶取向膜的一对基板。此时,偏光紫外线的照射方向设为自基板法线方向,以偏光紫外线的偏光面投影至基板上的线段的方向成为图2(b)中的双向箭头的方向的方式设定偏光面方向后再进行光照射处理。光照射后,在对库内进行了氮置换的烘箱中,在230℃下加热(后烘烤)1小时,形成平均膜厚为0.1μm的涂膜。
继而,在所述基板中的其中一块基板的具有液晶取向膜的面的外周,通过网版印刷来涂布加入有直径为3.5μm的氧化铝球的环氧树脂粘接剂后,使一对基板的液晶取向膜面对向,以将偏光紫外线的偏光面投影至基板的方向成为平行的方式重叠压接,在150℃下花1小时使粘接剂进行热硬化。继而,自液晶注入口中向基板间隙中填充默克(merck)公司制造的液晶“mlc-7028”后,以环氧树脂粘接剂将液晶注入口密封。然后,为了消除液晶注入时的流动取向,将其加热至150℃后缓缓冷却至室温。
继而,通过在基板的外侧两面贴合偏光板而制造ffs型液晶显示元件。此时,偏光板中的其中一块是以其偏光方向成为与液晶取向膜的偏光紫外线的偏光面在基板面的射影方向平行的方式来贴附,另一块是以其偏光方向与刚才的偏光板的偏光方向正交的方式来贴附。
另外,将后烘烤前的紫外线照射量在100j/m2~10,000j/m2的范围内分别变更来实施所述一系列操作,由此制造紫外线照射量不同的三个以上的液晶显示元件。
3.液晶显示元件的评价
使用所述2.中制造的液晶显示元件来进行以下的(1)的评价。另外,除了不贴合偏光板的方面以外,进行与所述2.相同的操作,由此制造液晶显示元件(未贴合偏光板的液晶单元),进行以下的(2)的评价。此外,关于评价结果,自紫外线照射量不同的三个以上的液晶显示元件中选出最优的结果,提供给液晶显示元件的评价。
(1)ac残像特性的评价
将所述2.中制造的ffs型液晶显示元件放置于25℃、1气压的环境下。将底电极设为四系统的驱动电极全部的共用电极,将底电极的电位设定为0v电位(接地电位)。将电极b及电极d短路为共用电极而成为0v施加状态,并且对电极a及电极c施加包含5v交流电压的合成电压100小时。经过100小时后,立即对电极a~电极d全部施加交流1.5v的电压。接着,测定自对电极a~电极d全部开始施加交流1.5v的电压的时刻起,直至以目视无法再确认到驱动应力施加区域(电极a及电极c的像素区域)与驱动应力未施加区域(电极b及电极d的像素区域)的亮度差为止的时间,将其作为残像消去时间ts。此外,所述时间越短,越难以产生残像。将残像消去时间ts小于30秒的情况评价为“良好(○)”,将30秒以上且小于120秒的情况评价为“可(△)”,将120秒以上的情况评价为“不良(×)”,结果,本实施例的液晶显示元件评价为残像特性“良好”。
(2)驱动应力后的对比度的评价
将所述2.中制造的液晶显示元件以交流电压10v驱动30小时后,使用于光源与光量检测器之间配置有偏光器及检偏器的装置,测定下述数学式(1)所表示的最小相对透过率(%)。
最小相对透过率(%)=(β-b0)/(b100-b0)×100…(1)
(数学式(1)中,b0是空白样品中在正交尼科耳下的光的透过量;b100是空白样品中在平行尼科耳下的光的透过量;β是在正交尼科耳下在偏光器与检偏器之间夹持液晶显示元件,成为最小的透过量)
暗状态的黑阶是由液晶显示元件的最小相对透过率来表示,暗状态下的黑阶越小,对比度越优异;将最小相对透过率小于0.5%者作为“良好(○)”,将0.5%以上且小于1.0%者作为“可(△)”,将1.0%以上者作为“不良(×)”。其结果为,所述液晶显示元件的对比度评价判断为“良好”。
[实施例3-2~实施例3-10以及比较例1]
除了将所使用的聚合物的种类变更为如下述表2所示以外,以与所述实施例3-1相同的溶剂比以及固体成分浓度来分别制备液晶取向剂。另外,使用各液晶取向剂,以与实施例3-1相同的方式制造液晶显示元件,并且使用所获得的液晶显示元件来进行各种评价。将其结果示于下述表2中。
[表2]
使用包含化合物(x)的液晶取向剂来制造的液晶显示元件中,ac残像特性以及对比度特性的评价在任一实施例中均为“良好”或者“可”。(实施例3-1~实施例3-10)。特别是对于在聚合物的主链中具有所述式(1)所表示的部分结构的实施例3-1~实施例3-7以及实施例3-9~实施例3-10,与在聚硅氧烷骨架的侧链具有所述部分结构的实施例3-8相比获得良好的结果。另外可知,通过使用具有如联苯结构之类的多环结构的二胺,ac残像特性的改善效果提高。
与此相对,不包含化合物(x)的比较例的液晶取向剂中,ac残像特性以及对比度特性较实施例的液晶取向剂更差。
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