液晶取向剂、液晶取向膜、液晶显示元件以及二胺

文档序号:1894987 发布日期:2021-11-26 浏览:12次 >En<

阅读说明:本技术 液晶取向剂、液晶取向膜、液晶显示元件以及二胺 (Liquid crystal aligning agent, liquid crystal alignment film, liquid crystal display element, and diamine ) 是由 山本雄介 福田一平 藤枝司 名木达哉 石井秀则 于 2020-03-11 设计创作,主要内容包括:本发明的目的在于提供一种残像的产生少、即使在发生由间隔物引起的刮蹭等物理上的摩擦时也能使亮点成为最小、可靠性高的液晶取向膜,可得到该液晶取向膜的液晶取向剂、以及具备该液晶取向膜的液晶显示元件。本发明为具有下述式(1)所示的结构的二胺、由其得到的聚合物以及含有该聚合物的液晶取向剂。式(1)中,A表示氢原子、碳原子数1~3的烷基、苄基、对甲氧基苄基、碳原子数1~3的烷氧基、乙酰基、苯甲酰基、叔丁氧基羰基、9-芴基甲氧基羰基或R-(1)R-(2)R-(3)Si基,R-(1)、R-(2)以及R-(3)分别独立地表示碳原子数1~3的烷基或苯基。(The invention aims to provide a liquid crystal alignment film which is low in generation of afterimages, can minimize bright spots even when physical friction such as scratch caused by a spacer occurs, and is high in reliability, a liquid crystal alignment agent for obtaining the liquid crystal alignment film, and a liquid crystal display element with the liquid crystal alignment film. The present invention relates to a diamine having a structure represented by the following formula (1), a polymer obtained therefrom, and a liquid crystal aligning agent containing the polymer. In the formula (1), A represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a benzyl group, a p-methoxybenzyl group, an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, an acetyl group, a benzoyl group, a tert-butoxycarbonyl group, a 9-fluorenylmethoxycarbonyl group or R 1 R 2 R 3 Si radical, R 1 、R 2 And R 3 Each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a phenyl group.)

液晶取向剂、液晶取向膜、液晶显示元件以及二胺

技术领域

本发明涉及用于液晶显示元件的聚合物、液晶取向剂、液晶取向膜及液晶显示元件、以及用于它们的新型二胺。

背景技术

在液晶显示元件中,开发了电极结构、使用的液晶分子的物性、制造工序等不同的各种驱动方式,例如已知:TN(twisted nematic:扭曲向列)型、STN(super-twistednematic:超扭曲向列)型、VA(vertical alignment:垂直取向)型、MVA(multi-domainvertical alignment:多畴垂直取向)型、IPS(in-plane switching:平面转换)型、FFS(fringe field switching:边缘场开关)型、PSA(polymer-sustained alignment:聚合物稳定取向)型等液晶显示元件。

这些液晶显示元件为了使液晶分子取向而具备液晶取向膜。从耐热性、机械强度、与液晶的亲和性等各种特性良好的方面考虑,液晶取向膜的材料通常使用由聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚硅氧烷等聚合物形成的覆膜。

近年来,对液晶显示元件的高画质化的要求越来越高。特别是,在医疗用设备的显示器、液晶电视中,在进行了长时间驱动的情况下残留图像,即所谓的“残像”成为大问题,对降低残像的要求高。从进一步提高液晶显示元件的品质的观点考虑,理想的是,得到比以往更不易产生残像的液晶显示元件。

鉴于这样的情况,已知有提供降低残像优异的液晶显示元件的液晶取向膜和液晶取向剂(例如,参照专利文献1、专利文献2、专利文献3)。

此外,对于上述用途中的液晶显示元件,也要求能耐受严酷的使用环境下的长期使用的特性,在专利文献4中,公开了包含特定化合物的液晶取向剂即使长时间暴露于背光后,也得到电压保持率的降低少的液晶取向膜,得到可靠性高的液晶显示元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2016/063834号小册子

专利文献2:国际公开第2015/060366号小册子

专利文献3:日本特开2018-054761号公报

专利文献4:国际公开第2010/074269号小册子

发明内容

发明所要解决的问题

而且,所谓触摸面板式的液晶显示元件广泛普及,由此用户用手指对此显示元件施加强的按压力,这种行为频繁进行。此时,存在于液晶显示元件的内部的间隔物在液晶显示元件内移动,刮蹭液晶取向膜。成为如下技术问题问题:因间隔物赋予了压力的液晶取向膜无法限制液晶的取向,尽管使液晶显示元件例如进行黑显示,光也从间隔物周边部漏出,显示为亮点(bright spot)。

以往提出的液晶取向剂的构成不能说一定实现了上述所有的问题。本发明是基于以上的情况而完成的,其目的在于,提供一种残像的产生少,即使在产生由间隔物引起的刮蹭等物理上的摩擦时,也能使亮点成为最小,可靠性高的液晶显示元件。此外,提供一种适合于这样的液晶显示元件的膜强度高的液晶取向膜及其液晶取向剂。

此外,为了最近的液晶显示元件中的有效像素面积的放大化,要求在基板上的周边外缘部不形成像素,使所谓边框区域越来越小。伴随着面板的窄边框化,在使两张基板粘接来制作液晶显示元件时所使用的密封剂被涂布于聚酰亚胺系液晶取向膜上,但存在如下问题:聚酰亚胺上没有极性基团,因此在液晶取向膜表面无法与密封剂形成共价键,基板之间的粘接不充分。因此,使聚酰亚胺系液晶取向膜与密封剂、基板的粘接性(密合性)提高成为问题。

用于解决问题的方案

本发明人等为了解决上述问题而进行了深入研究,结果发现,通过向液晶取向剂所含的聚合物中导入特定结构,同时改善各种特性,从而完成了本发明。本发明基于所述发现,以下述内容为主旨。

1.一种液晶取向剂,其含有由具有下述式(1)所示的结构的二胺得到的聚合物。

式(1)中,A表示氢原子、碳原子数1~3的烷基、苄基、对甲氧基苄基、碳原子数1~3的烷氧基、乙酰基、苯甲酰基、叔丁氧基羰基、9-芴基甲氧基羰基或R1R2R3Si基,R1、R2以及R3分别独立地表示碳原子数1~3的烷基或苯基。

发明效果

根据本发明的液晶取向剂,可得到残像的产生少、即使产生由间隔物引起的刮蹭等物理上的摩擦时,也能使亮点成为最小的液晶显示元件以及提供该效果的液晶取向膜。

根据本发明的液晶取向剂,能得到与密封剂的密合性优异的液晶取向膜。通过使用该液晶取向膜,可得到基板彼此的密合性优异、抗冲击强的液晶显示元件。关于与密封剂的密合性提高的机理,不一定明确,但认为如下:特定二胺所具有的羟基、甲氧基或通过加热脱去保护基团而生成的羟基在液晶取向膜的表面露出,通过所述基团与密封剂中的官能团之间的相互作用,由此提高液晶取向膜与密封剂的密合性。

具体实施方式

本发明的液晶取向剂是含有由具有上述式(1)所示的结构的二胺得到的聚合物(以下,也称为特定聚合物)的液晶取向剂。以下,对各条件进行详细描述。

<具有特定结构的二胺>

本发明的聚合物是由具有上述式(1)的结构的二胺得到的聚合物。

作为上述式(1)的二胺的具体例子可举例示出以下,但不限定于此。其中,从缓和蓄积电荷的观点考虑,特别优选(1-1)、(1-2)、(1-3)。

<聚合物>

本发明的聚合物为使用上述二胺而得到的聚合物。作为具体例子,可列举出聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚酰亚胺、聚脲、聚酰胺等,但从用作液晶取向剂的观点考虑,更优选为选自包含下述式(6)所示的结构单元的聚酰亚胺前体、以及作为所述聚酰亚胺前体的酰亚胺化物的聚酰亚胺中的至少一种。

在上述式(6)中,X1为源自四羧酸衍生物的四价有机基团,Y1为源自包含式(1)的结构的二胺的二价有机基团,R4为氢原子或碳原子数1~5的烷基。从基于加热的酰亚胺化的容易性的方面考虑,R4优选为氢原子,甲基或乙基。

<<四羧酸二酐>>

X1为源自四羧酸衍生物的四价有机基团,其结构没有特别限定。此外,聚酰亚胺前体中的X1可以根据聚合物在溶剂中的溶解性、液晶取向剂的涂布性、制成液晶取向膜的情况下的液晶的取向性、电压保持率、蓄积电荷等所需要的的特性的程度来适当选择,在同一聚合物中可以为一种,也可以混合两种以上。

若示出X1的具体例子,可列举出国际公开公报2015/119168的权利要求13~14所记载的式(X-1)~(X-46)的结构等。

以下示出优选的X1的结构,但本发明不限定于此。

上述的结构中,从光取向性等观点考虑,特别优选(A-1)、(A-2),从更加提高蓄积电荷的缓和速度等观点考虑,特别优选(A-4),从液晶取向性和更加提高蓄积电荷的缓和速度等观点考虑,特别优选(A-15)~(A-17)等。

<<聚合物(其他结构单元)>>

包含式(6)所示的结构单元的聚酰亚胺前体也可以在不损害本发明效果的范围内,包含选自下述式(7)所示的结构单元和作为其酰亚胺化物的聚酰亚胺中的至少一种。

在式(7)中,X2为源自四羧酸衍生物的四价有机基团,Y2为源自在主链方向不包含式(1)的结构的二胺的二价有机基团,R5与所述式(6)的R4的定义相同,R6表示氢原子或碳原子数1~4的烷基。此外,两个的R6中的至少一方优选为氢原子。

作为X2的具体例子,可列举出:与也包含优选的例子而在式(6)的X1所举例示出的结构相同的结构。此外,聚酰亚胺前体中的Y2为源自在主链方向不包含式(1)的结构的二胺的二价有机基团,其结构没有特别限定。此外,Y2可以根据聚合物在溶剂中的溶解性、液晶取向剂的涂布性、制成液晶取向膜的情况下的液晶的取向性、电压保持率、蓄积电荷等所需要的特性的程度来适当选择,在同一聚合物中可以为一种,也可以混合两种以上。

若示出Y2的具体例子,可列举出:国际公开公报2015/119168的权利要求4所记载的式(2)的结构、以及权利要求8~12所记载的式(Y-1)~(Y-97)、(Y-101)~(Y-118)的结构;从国际公开公报2013/008906的权利要求6所记载的式(2)除去两个氨基的二价有机基团;从国际公开公报2015/122413的权利要求8所记载的式(1)除去两个氨基的二价有机基团;国际公开公报2015/060360的权利要求8所记载的式(3)的结构;从日本国公开专利公报2012-173514的权利要求8所记载的式(1)除去两个氨基的二价有机基团;从国际公开公报2010-050523的权利要求9所记载的式(A)~(F)除去两个氨基的二价有机基团等。

以下示出优选的Y2的结构,但本发明不限定于此。

上述的结构中,从更加提高膜强度等观点考虑,特别优选(B-28)、(B-29)等,从更加提高液晶取向性等观点考虑,特别优选(B-1)~(B-3)等,从更加提高蓄积电荷的缓和速度等观点考虑,特别优选(B-14)~(B-18)以及(B-27)等,从更加提高电压保持率等观点考虑,优选(B-26)等。

在包含式(6)所示的结构单元的聚酰亚胺前体同时包含式(7)所示的结构单元的情况下,式(6)所示的结构单元相对于式(6)和式(7)的合计,优选为10摩尔%以上,更优选为15摩尔%以上,特别优选为20摩尔%以上。

本发明中使用的聚酰亚胺前体的分子量按重均分子量计优选为2000~500000,更优选为5000~300000,进一步优选为10000~100000。

作为在主链具有式(1)所示的二价基团的聚酰亚胺,可列举出使所述的聚酰亚胺前体闭环而得到的聚酰亚胺。在该聚酰亚胺中,酰胺酸基的闭环率(也称为酰亚胺化率)不一定需要为100%,可以根据用途、目的来任意调整。

作为使聚酰亚胺前体酰亚胺化的方法,可举例示出:直接加热聚酰亚胺前体的溶液的热酰亚胺化、或在聚酰亚胺前体的溶液中添加催化剂的催化剂酰亚胺化。

本发明的液晶取向剂为含有上述的特定聚合物和有机溶剂的组合物,也可以含有两种以上不同的结构的特定聚合物。此外,本发明的液晶取向剂只要在发挥本发明所记载的效果的限度内,也可以含有特定聚合物以外的聚合物(以下,也称为第二聚合物)、各种添加剂。

在本发明的液晶取向剂含有第二聚合物的情况下,特定聚合物相对于全部聚合物成分的比例优选为5质量%以上,作为其一个例子可列举出5~95质量%。

作为第二聚合物,可列举出聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸酯、聚酯、聚酰胺、聚脲、聚有机硅氧烷、纤维素衍生物、聚缩醛、聚苯乙烯或其衍生物、聚(苯乙烯-苯基马来酰亚胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等。

特别是,由四羧酸二酐成分和二胺成分得到的聚酰胺酸(以下,也称为第二聚酰胺酸)作为第二聚合物而优选。

作为用于得到第二聚酰胺酸的四羧酸二酐成分,可列举出下述式(11)所示的化合物。所述酸二酐成分可以为由一种化合物构成的物质,也可以为由两种以上化合物构成的物质。

式(11)中,A为四价有机基团,优选为碳原子数4~30的四价有机基团。

作为A的具体例子,包含优选的例子在内可列举出与在式(6)的X1中举例示出的结构相同的结构。

作为用于得到第二聚酰胺酸的二胺成分,可以根据目的来适当决定,例如可以使用下述式(12)所示的二胺。

(Y9表示二价有机基团。A9分别独立地为氢原子或碳原子数1~5的烷基、碳原子数2~5的烯基、碳原子数2~5的炔基,可以相同或不同。从液晶取向性的观点考虑,A9优选为氢原子或甲基。)

以下,示出优选作为用于得到第二聚酰胺酸的二胺成分使用的式(12)的Y9的结构,但本发明不限定于此。

出于改善电特性、缓和特性的目的,Y9优选为具有第二级或第三级氮原子的二价有机基团、分子内具有-NH-CO-NH-的二价有机基团。在Y9为具有第二级或第三级氮原子的二价有机基团的情况下,作为式(12)的具体例子,可列举出:国际公开公报WO2017/126627所记载的具有吡咯结构的二胺,优选为具有下式(pr)所示的结构的二胺;国际公开公报WO2018/062197所记载的具有吡咯结构的二胺,优选为具有下式(pn)所示的结构的二胺;国际公开公报WO2018/110354所记载的具有咔唑结构的二胺,优选为具有下式(cz)所示的结构的二胺;国际公开公报WO2015/046374的第[0173]~[0188]段所记载的具有含氮杂环的二胺、日本特开2016-218149号公报的第[0050]段所记载的具有含氮结构的二胺、下述式(BP)所示的二胺;2,3-二氨基吡啶、2,6-二氨基吡啶、3,4-二氨基吡啶、2,4-二氨基嘧啶、5,6-二氨基-2,3-二氰基吡嗪、5,6-二氨基-2,4-二羟基嘧啶、2,4-二氨基-6-二甲基氨基-1,3,5-三嗪、1,4-双(3-氨基丙基)哌嗪、4,4’-[4,4’-丙烷-1,3-二基双(哌啶-1,4-二基)]二苯胺、2,4-二氨基-6-异丙氧基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-甲氧基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-苯基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-甲基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-1,3,5-三嗪、4,6-二氨基-2-乙烯基-1,3,5-三嗪、3,5-二氨基-1,2,4-三唑、6,9-二氨基-2-乙氧基吖啶乳酸盐,3,8-二氨基-6-苯基菲啶、1,4-二氨基哌嗪、3,6-二氨基吖啶、双(4-氨基苯基)-N-苯胺、4,4’-二氨基二苯基-N-甲胺、4,4’-二氨基二苯胺、3,6-二氨基咔唑、9-甲基-3,6-二氨基咔唑、9-乙基-3,6-二氨基咔唑、下述式(w1)~(w2)所示的二胺等。

(R1表示氢原子、氟原子、氰基、羟基、甲基,R2分别独立地表示单键或基团“*1-R3-Ph-*2”,R3表示选自单键、-O-、-COO-、-OCO-、-(CH2)l-、-O(CH2)mO-、-CONH-以及-NHCO-中的二价有机基团(l、m表示1~5的整数),*1表示与式(pr)中的苯环键合的部位,*2表示与式(pr)中的氨基键合的部位。Ph表示亚苯基。n表示1~3。)

(R1和R2分别独立地表示氢原子或甲基,R3表示单键或基团“*1-R4-Ph-*2”,R4表示选自单键、-O-、-COO-、-OCO-、-(CH2)l-、-O(CH2)mO-、-CONH-以及-NHCO-中的二价有机基团(l、m表示1~5的整数),*1表示与式(pn)中的苯环键合的部位,*2表示与式(pn)中的氨基键合的部位。Ph表示亚苯基。n表示1~3。)

(R1表示氢原子或甲基,R2表示甲基。)

(X为联苯骨架或芴环,Y为选自苯环、联苯骨架或-Ph-Z-Ph-(Ph表示亚苯基。)中的基团,Z为-O-、-NH-、-CH2-、-SO2-、-C(CH3)2-或-C(CF3)2-所示的二价基团。A和B为氢原子或甲基。)

(Sp表示亚苯基、吡咯烷、哌啶、哌嗪、碳原子数2~20的二价链状烃基、或该二价链状烃基的-CH2-被选自-O-、-CO-、-CO-O-、-NRCO-(R表示氢原子或甲基。)、-NRCOO-(R表示氢原子或甲基。)、-CONR-(R表示氢原子或甲基。)、-COS-、-NR-(R表示甲基)、吡咯烷、哌啶、哌嗪中的基团取代的基团。)

在Y9为分子内具有-NH-CO-NH-的二价有机基团的情况下,作为上述式(12)的具体例子,可列举出下述情况的二胺:在下述式(4)中,A1为-NH-CO-NH-,或者为碳原子数2~20的亚烷基的-CH2-中的至少一个被-NH-CO-NH-取代而得的基团,或者为碳原子数2~20的亚烷基中的-CH2-的至少一个被-NH-CO-NH-取代、且其他-CH2-中的至少一个被选自-O-、-CO-、-CO-O-、-NRCO-(R表示氢原子或甲基。)、-NRCOO-(R表示氢原子或甲基。)、-CONR-(R表示氢原子或甲基。)、-COS-、-NR-(R表示甲基)中的基团取代而得的基团。作为更优选的二胺的具体例子,可列举出下述式(U-1)~(U-9)所示的二胺等。

(A1表示单键、-NH-CO-NH-、或碳原子数2~20的亚烷基(其中,该亚烷基的任意的-CH2-任选地被-O-、-CO-、-CO-O-、-NRCO-(R表示氢原子或甲基。)、-NRCOO-(R表示氢原子或甲基。)、-CONR-(R表示氢原子或甲基。)、-COS-、-NR-(R表示甲基)或-NH-CO-NH-取代。)。A2表示卤素原子、羟基或碳原子数1~5的烷基或烷氧基(其中,该烷基或烷氧基的任意的氢原子任选地被卤素原子取代。)。a为0~4的整数,在a为2以上的情况下,A2可以相同也可以不同。b和c分别独立地为1~2的整数。)

作为上述式(w1)~(w2)所示的二胺的优选的具体例子,可举例示出下述式(n3-1)~(n3-7)所示的二胺、下述式(n4-1)~(n4-6)所示的二胺等。

出于改善印刷性的目的,也可以使用具有羧基(COOH基)、羟基(OH基)的二胺化合物。具体而言,可列举出2,4-二氨基苯酚、3,5-二氨基苯酚、3,5-二氨基苯甲醇、2,4-二氨基苯甲醇、4,6-二氨基间苯二酚、2,4-二氨基苯甲酸、2,5-二氨基苯甲酸或3,5-二氨基苯甲酸。其中,优选为2,4-二氨基苯甲酸、2,5-二氨基苯甲酸或3,5-二氨基苯甲酸。此外,可以使用下述的式[3b-1]~式[3b-4]所示的二胺化合物和它们的氨基为第二级氨基的二胺化合物。

(式[3b-1]中,Q1表示单键、-CH2-、-C2H4-、-C(CH3)2-、-CF2-、-C(CF3)2-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH3)-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-CON(CH3)-或-N(CH3)CO-,m1和m2分别独立地表示0~4的整数,且m1+m2表示1~4的整数,式[3b-2]中,m3和m4分别独立地表示1~5的整数,式[3b-3]中,Q2表示碳原子数1~5的直链或支链亚烷基,m5表示1~5的整数,式[3b-4]中,Q3和Q4分别独立地表示单键、-CH2-、-C2H4-、-C(CH3)2-、-CF2-、-C(CF3)2-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH3)-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-CON(CH3)-或-N(CH3)CO-,m6表示1~4的整数。)

作为用于得到第二聚酰胺酸的二胺成分,除上述以外,可使用特定聚合物所使用的二胺、公知的二胺,但本发明不限定于此。用于得到第二聚酰胺酸的二胺成分可以为一种二胺,也可以并用两种以上二胺。

<聚酰胺酸、聚酰胺酸酯以及聚酰亚胺的制造方法>

作为本发明所使用的聚酰亚胺前体的聚酰胺酸酯、聚酰胺酸以及聚酰亚胺例如可以通过国际公开公报WO2013/157586所记载的公知的方法来合成。

<液晶取向剂>

本发明的液晶取向剂含有聚合物(A)。本发明的液晶取向剂除了聚合物(A)、根据期望的第二聚合物以外,也可以含有其他聚合物。作为其他聚合物的种类,可列举出聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸酯、聚酯、聚酰胺、聚脲、聚有机硅氧烷、纤维素衍生物、聚缩醛、聚苯乙烯或其衍生物、聚(苯乙烯-苯基马来酰亚胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等。

液晶取向剂用于制作液晶取向膜,从形成均匀的薄膜的观点考虑,优选采用涂布液的形态。在本发明的液晶取向剂中优选为含有上述的聚合物成分和有机溶剂的涂布液。此时,液晶取向剂中的聚合物的浓度可以根据想要形成的涂膜的厚度的设定而适当变更。从形成均匀且没有缺陷的涂膜的方面考虑,优选为1质量%以上,从溶液的保存稳定性的方面考虑,优选为10质量%以下。聚合物的浓度特别优选为2~8质量%。

液晶取向剂所含有的有机溶剂只要为聚合物成分可均匀地溶解的溶剂,就没有特别限定。若列举出其具体例子,可列举出:N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、γ-丁内酯、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、甲基乙基酮、环己酮、环戊酮、3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺、3-丁氧基-N,N-二甲基丙酰胺(也将它们总称为“良好溶剂”)等。其中,优选使用N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺、3-丁氧基-N,N-二甲基丙酰胺或γ-丁内酯。本发明的液晶取向剂中的良好溶剂优选为液晶取向剂所含的溶剂整体的20~99质量%,更优选为20~90质量%,特别优选为30~80质量%。

此外,液晶取向剂所含有的有机溶剂除了上述那样的溶剂以外,优选使用并用了提高涂布液晶取向剂时的涂布性、涂膜的表面平滑性的溶剂(也称为不良溶剂)的混合溶剂。并用的有机溶剂的具体例子列举如下,但并不限定于这些例子。

例如,可列举出:二异丙基醚、二异丁基醚、二异丁基甲醇(2,6-二甲基-4-庚醇)、乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、乙二醇二丁基醚、1,2-丁氧基乙烷、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、二乙二醇甲基乙基醚、二乙二醇二丁基醚、3-乙氧基丁基乙酸酯、1-甲基戊基乙酸酯、2-乙基丁基乙酸酯、2-乙基己基乙酸酯、乙二醇单乙酸酯、乙二醇二乙酸酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、乙二醇单丁基醚、乙二醇单异戊基醚、乙二醇单己基醚、丙二醇单丁基醚、1-(2-丁氧基乙氧基)-2-丙醇、2-(2-丁氧基乙氧基)-1-丙醇、丙二醇单甲基醚乙酸酯、二丙二醇单甲基醚、二丙二醇单乙基醚、二丙二醇二甲基醚、乙二醇单丁基醚乙酸酯、乙二醇单乙酸酯、乙二醇二乙酸酯、二乙二醇单乙基醚乙酸酯、二乙二醇单丁基醚乙酸酯、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基乙酸酯、二乙二醇乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、乙酸正丁酯、乙酸丙二醇单乙基醚、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸丙酯、3-甲氧基丙酸丁酯、乳酸正丁酯、乳酸异戊酯、二乙二醇单乙基醚、二异丁基酮(2,6-二甲基-4-庚酮)等。

其中,优选使用二异丁基甲醇、丙二醇单丁基醚、丙二醇二乙酸酯、二乙二醇二乙基醚、二丙二醇单甲基醚、二丙二醇二甲基醚、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、乙二醇单丁基醚、乙二醇单丁基醚乙酸酯、二异丁基酮。

作为良好溶剂与不良溶剂的优选的溶剂的组合,可列举出:N-甲基-2-吡咯烷酮与乙二醇单丁基醚;N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯以及乙二醇单丁基醚;N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯以及丙二醇单丁基醚;N-乙基-2-吡咯烷酮与丙二醇单丁基醚;N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、4-羟基-4-甲基-2-戊酮以及二乙二醇二乙基醚;N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、丙二醇单丁基醚以及2,6-二甲基-4-庚酮;N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、丙二醇单丁基醚以及二异丙基醚;N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、丙二醇单丁基醚以及2,6-二甲基-4-庚醇;N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯以及二丙二醇二甲基醚;N-甲基-2-吡咯烷酮、丙二醇单丁基醚以及二丙二醇二甲基醚等。这些不良溶剂优选为液晶取向剂所包含的溶剂整体的1~80质量%,更优选为10~80质量%,特别优选为20~70质量%。这样的溶剂的种类和含量根据液晶取向剂的涂布装置、涂布条件、涂布环境等适当选择。

本发明的液晶取向剂也可以追加含有聚合物成分和有机溶剂以外的成分。作为这样的追加成分,可列举出:用于提高液晶取向膜与基板的密合性、液晶取向膜与密封材的密合性的密合助剂、用于提高液晶取向膜的强度的化合物(以下也称为交联性化合物)、用于调整液晶取向膜的介电常数、电阻的电介质、导电物质等。

作为所述交联性化合物,从AC残像的产生少,膜强度的改善效果高的观点考虑,优选具有选自由环氧乙烷基(oxiranyl)、氧杂环丁烷基、保护异氰酸酯基、保护异硫氰酸酯基、包含噁唑啉环结构的基团、包含米氏酸(Meldrum Acid)结构的基团、环碳酸酯基以及下述式(d)所示的基团构成的组中的至少一种基团的化合物、或选自下述式(e)所示的化合物中的化合物(以下,也将它们总称为化合物(C)。)。

(式中,R71为氢原子、碳原子数1~3的烷基或“*-CH2-OH”,R72和R73分别独立地为氢原子、碳原子数1~3的烷基或“*-CH2-OH”。*表示键合键。A表示具有芳香环的(m+n)价有机基团。m表示1~6的整数,n表示0~4的整数。)

作为具有环氧乙烷基的化合物的具体例子,例如,可列举出:日本特开平10-338880号公报的第[0037]段所记载的化合物、国际公开公报WO2017/170483号所记载的骨架中具有三嗪环的化合物等具有两个以上环氧乙烷基的化合物。其中,特别优选N,N,N’,N’,-四缩水甘油基间二甲苯二胺、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,N’,N’-四缩水甘油基对亚苯基二胺、下述式(r-1)~(r-3)所示的化合物等含有氮原子的化合物。

作为具有氧杂环丁烷基的化合物的具体例子,例如,可列举出国际公开公报2011/132751号的第[0170]~[0175]段所记载的具有两个以上氧杂环丁烷基的化合物等。

作为具有保护异氰酸酯基的化合物的具体例子,例如,可列举出:日本特开2014-224978号公报的第[0046]~[0047]段所记载的具有两个以上保护异氰酸酯基的化合物、国际公开公报2015/141598号第[0119]~[0120]段所记载的具有三个以上保护异氰酸酯基的化合物等。其中,优选下述式(bi-1)~(bi-3)所示的化合物。

作为具有保护异硫氰酸酯基的化合物的具体例子,例如,可列举出日本特开2016-200798号公报所记载的具有两个以上保护异硫氰酸酯基的化合物。

作为具有包含噁唑啉环结构的基团的化合物的具体例子,例如,可列举出日本特开2007-286597号公报的第[0115]段所记载的包含两个以上噁唑啉结构的化合物。

作为具有包含米氏酸结构的基团的化合物的具体例子,例如,可列举出国际公开公报WO2012/091088号所记载的具有两个以上米氏酸结构的化合物。

作为具有环碳酸酯基的化合物的具体例子,例如,可列举出国际公开公报WO2011/155577号所记载的化合物。

作为上述式(d)中的R71、R72、R73的碳原子数1~3的烷基,例如,可列举出甲基、乙基、丙基。

作为具有上述式(d)所示的基团的化合物的具体例子,例如,可列举出国际公开公报WO2015/072554号、日本特开2016-118753号公报的第[0058]段所记载的具有两个以上上述式(d)所示的基团的化合物、日本特开2016-200798号公报所记载的化合物等。其中,优选下述式(hd-1)~(hd-8)所示的化合物。

作为上述式(e)的A中的具有芳香环的(m+n)价有机基团,可列举出:碳原子数5~30的(m+n)价芳香族烃基、碳原子数5~30的芳香族烃基直接或经由连结基团键合的(m+n)价有机基团、具有芳香族杂环的(m+n)价基团。作为所述芳香族烃基,例如可列举出苯、萘等。作为芳香族杂环,例如可列举出:吡咯环、咪唑环、吡唑环、吡啶环、嘧啶环、喹啉环、异喹啉环、咔唑环、哒嗪环、吡嗪环、苯并咪唑环、苯并咪唑环、吲哚环、喹喔啉环、吖啶环等。作为所述连结基团,可列举出:碳原子数1~10的亚烷基、或从所述亚烷基去除一个氢原子的基团、二价或三价环己烷环等。需要说明的是,所述亚烷基的任意的氢原子任选地被氟原子或三氟甲基等有机基团取代。若列举出具体例子,则可列举出国际公开公报WO2010/074269号所记载的化合物等。作为优选的具体例子,可列举出下述式(e-1)~(e-9)。

上述化合物为交联性化合物的一个例子,并不限定于此。例如,可列举出国际公开公报2015/060357号的53页~55页所公开的上述以外的成分等。此外,本发明的液晶取向剂所含有的交联性化合物可以为一种,也可以组合两种以上。

本发明的液晶取向剂中的交联性化合物的含有量相对于液晶取向剂所含的聚合物成分100质量份,优选为0.5~20质量份,从交联反应进行、体现目标效果,且AC残像的产生少的观点考虑,更优选为1~15质量份。

作为所述密合助剂,例如可列举出:3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基二乙氧基甲基硅烷、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-乙氧基羰基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-三乙氧基硅烷基丙基三亚乙基三胺、N-三甲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、10-三乙氧基硅烷基-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、9-三乙氧基硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、N-苄基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苄基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-双(氧基亚乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-双(氧基亚乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、2-(3、4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、对苯乙烯基三甲氧基硅烷、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三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、三(三甲氧基硅烷基丙基)异氰脲酸酯、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷等硅烷偶联剂。在使用这些硅烷偶联剂的情况下,从AC残像的产生少的观点考虑,相对于液晶取向剂所含的聚合物成分100质量份,优选为0.1~30质量份,更优选为0.1~20质量份。

<液晶取向膜/液晶显示元件>

能通过使用上述液晶取向剂来制造液晶取向膜。此外,本发明的液晶显示元件具备使用上述液晶取向剂而形成的液晶取向膜。本发明的液晶显示元件的动作模式没有特别限定,例如可应用于TN(Twisted Nematic)型、STN型、垂直取向型(包括VA-MVA型、VA-PVA型等。)、平面转换型(IPS型)、FFS(Fringe Field Switching)型、光学补偿弯曲型(OCB型:Optically Compensated Birefringence型)等各种动作模式。

本发明的液晶显示元件例如可以通过包括以下的工序(1-1)~(1-3)的工序来制造。在工序(1-1),根据期望的动作模式而使用基板不同。工序(1-2)与工序(1-3)各动作模式共通。

[工序(1-1):涂膜的形成]

首先,在基板上涂布本发明的液晶取向剂,接着加热涂布面,由此在基板上形成涂膜。

(1-1A)

例如在制造TN型、STN型或VA型的液晶显示元件的情况下,首先,将两片设有经图案化的透明导电膜的基板作为一对,通过优选胶印印刷法、旋涂法、辊涂机或喷墨印刷法,将上述中制备出的液晶取向剂分别涂布于其各透明性导电膜形成面。作为基板,例如可以使用由浮法玻璃(float glass)、钠玻璃(soda glass)等玻璃;聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚砜、聚碳酸酯、聚(脂环式烯烃)等塑料构成的透明基板。作为在基板的一面设置的透明导电膜,可以使用由氧化锡(SnO2)构成的NESA膜(美国PPG公司注册商标)、由氧化铟-氧化锡(In2O3-SnO2)构成的ITO膜等。为了得到经图案化的透明导电膜,例如可以通过如下方法:无图案地形成了透明导电膜后,通过光刻蚀形成图案的方法;在形成透明导电膜时,使用具有所期望的图案的掩模的方法;等。在涂布液晶取向剂时,为了进一步使基板表面和透明导电膜与涂膜粘接性变得良好,也可以实施将官能性硅烷化合物、官能性钛化合物等预先涂布于基板表面中的形成涂膜的面的预处理。

在涂布了液晶取向剂后,出于防止涂布的液晶取向剂的液体流挂等目的,优选实施预备加热(预烘)。预烘温度优选为30~200℃,更优选为40~150℃,特别优选为40~100℃。预烘时间优选为0.25~10分钟,更优选为0.5~5分钟。之后,完全去除溶剂,根据需要,出于使存在于聚合物的酰胺酸结构热酰亚胺化的目的,实施烧成(后烘)工序。此时的烧成温度(后烘温度)优选为80~300℃,更优选为120~250℃。后烘时间优选为5~200分钟,更优选为10~100分钟。这样形成的膜的膜厚优选为0.001~1μm,更优选为0.005~0.5μm。

(1-1B)

在制造IPS型或FFS型的液晶显示元件的情况下,将液晶取向剂分别涂布于设有由图案化为梳齿型的透明导电膜或金属膜构成的电极的基板的电极形成面和未设有电极的对置基板的一面,接着加热各涂布面,由此形成涂膜。关于此时使用的基板和透明导电膜的材质、涂布方法、涂布后的加热条件、透明导电膜或金属膜的图案化方法、基板的预处理、以及形成的涂膜的优选的膜厚与上述(1-1A)相同。作为金属膜,例如可以使用由铬等金属构成的膜。

在上述(1-1A)和(1-1B)中的任意者的情况下,均通过将液晶取向剂涂布基板上后,去除有机溶剂,来形成液晶取向膜或成为液晶取向膜的涂膜。此时,也可以通过在涂膜形成后进一步进行加热,使配合于本发明的液晶取向剂的聚酰胺酸、聚酰胺酸酯以及聚酰亚胺的脱水闭环反应进行,制成进一步经酰亚胺化的涂膜。

[工序(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,对上述工序(1-1)中形成的涂膜实施赋予液晶取向能力的处理。由此,对涂膜赋予了液晶分子的取向能力,成为液晶取向膜。作为取向能力赋予处理,例如可列举出:利用将由尼龙、人造丝、棉等纤维构成的布卷绕而成的卷对涂膜向一定方向进行摩擦的刷磨处理;对涂膜照射偏振或非偏振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,可以将上述工序(1-1)中形成的涂膜直接用作液晶取向膜,也可以对该涂膜实施取向能力赋予处理。

在通过光取向处理对涂膜赋予液晶取向能力的情况下,作为对涂膜照射的放射线,例如可以使用包含150~800nm的波长的光的紫外线和可见光线。在放射线为偏振的情况下,可以为直线偏振,也可以为部分偏振。此外,在使用的放射线为直线偏振或部分偏振的情况下,照射可以从与基板面垂直的方向进行,也可以从倾斜方向进行,或也可以将它们组合进行。在照射非偏振的放射线的情况下,照射的方向设为倾斜方向。

作为使用的光源,例如可以使用低压汞灯、高压汞灯、氘灯、金属卤化物灯、氩共振灯、氙灯、准分子激光器(excimer laser)等。优选的波长区域的紫外线可以通过将光源例如与滤波器、衍射光栅等并用的方法等得到。放射线的照射量优选为10~5000mJ/cm2,更优选为30~2000mJ/cm2

此外,为了提高反应性,对涂膜的光照射可以一边加热涂膜一边进行。加热时的温度通常为30~250℃,优选为40~200℃,更优选为50~150℃。

此外,在使用包含150~800nm的波长的光的紫外线的情况下,可以将上述工序中得到的光照射膜直接用作液晶取向膜,也可以对该光照射膜实施烧成、利用水或有机溶剂进行的清洗、或它们的组合。此时的烧成温度优选为80~300℃,更优选为80~250℃。烧成时间优选为5~200分钟,更优选为10~100分钟。需要说明的是,烧成的次数可以进行一次也可以进行两次以上。在此的光取向处理相当于未与液晶层接触的状态下的光照射的处理。

作为上述清洗中使用的有机溶剂,没有特别限定,作为具体例子,可列举出:水、甲醇、乙醇、2-丙醇、丙酮、甲基乙基酮、1-甲氧基-2-丙醇、1-甲氧基-2-丙醇乙酸酯、丁基溶纤剂、乳酸乙酯、乳酸甲酯、二丙酮醇、3-甲氧基丙酸甲基、3-乙氧基丙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯或乙酸环己酯等。

需要说明的是,也可以对刷磨处理后的液晶取向膜进一步进行如下处理,以使液晶取向膜的每个区域具有不同的液晶取向能力,所述处理为:通过对液晶取向膜的一部分照射紫外线,使液晶取向膜的一部分的区域的预倾角变化的处理;在液晶取向膜表面的一部分形成了保护(rasist)膜的基础上,沿与之前的刷磨处理不同的方向进行了刷磨处理后,去除保护膜的处理。在该情况下,能改善所得到的液晶显示元件的视野特性。在VA型的液晶显示元件中优选的液晶取向膜也能优选在PSA(Polymer sustained alignment)型的液晶显示元件中使用。

[工序(1-3):液晶盒(cell)的构建]

(1-3A)

如上所述准备形成有液晶取向膜的两片基板,在对置配置的两片基板之间配置液晶,由此制造液晶盒。为了制造液晶盒,例如可列举出以下两种方法。第一方法是以往公知的方法。首先,以各液晶取向膜对置的方式隔着间隙(单元间隙)将两片基板对置配置,利用密封剂将两片基板的周边部分贴合,向由基板表面和密封剂划分出的单元间隙内注入填充了液晶后,封装注入孔,由此制造液晶盒。第二方法是被称为ODF(One Drop Fill:液晶滴注)方式的方法。在形成有液晶取向膜的两片基板中的一方的基板上的规定的位置涂布例如紫外光固化性的密封剂,进一步向液晶取向膜面上的规定的几个部位滴加了液晶后,以液晶取向膜对置的方式贴合另一方的基板,并且将液晶推展至基板的整面,接着对基板的整面照射紫外光,使密封剂固化,由此制造液晶盒。在利用任一方法的情况下,均期望对于如上所述制造的液晶盒,进一步将所使用的液晶加热至成为各向同性的温度后,缓慢冷却至室温,由此去除液晶填充时的流动取向。

作为密封剂,例如可以使用含有固化剂和作为间隔物的氧化铝球的环氧树脂等。

作为液晶,可列举出:列相液晶和近晶相液晶,其中优选列相液晶,例如可以使用席夫碱(schiff base)系液晶、氧化偶氮系液晶、联苯系液晶、苯基环己烷系液晶、酯系液晶、三联苯系液晶、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。此外,也可以在这些液晶中,例如添加使用氯化胆甾醇、胆甾醇壬酸酯、胆甾醇碳酸酯等的胆甾相液晶;作为商品名“C-15”、“CB-15”(MERCK公司制)出售的手性剂;对癸氧基亚苄基对氨基-2-甲基丁基肉桂酸酯等强介电性液晶等。此外,液晶可以追加包含各向异性染料。术语“染料”是指,在可见光区域,例如400nm或700nm波长范围内能集中地吸收至少一部分或整体范围内的光或使其变形的物质,术语“各向异性染料”是指,所述可见光区域的至少一部分或整体范围内,能各向异性吸收光的物质。

能通过使用上述那样的染料来调节液晶盒的色感。各向异性染料的种类没有特别限制,例如,可以使用黑色染料(black dye)或彩色染料(color dye)。在以不损害物性为目的的范围内,各向异性染料相对于液晶的比例可以适当选择,例如,可以以相对于液晶化合物100重量份为0.01重量份~5重量份的比例包含各向异性染料,所述的比例可以根据需要在适当范围内变更。

(1-3B)

在制造PSA型液晶显示元件的情况下,除了与液晶一起,例如注入或滴加下述式(w-1)~(w-5)等光聚合性化合物以外,与上述(1-3A)同样地构建液晶盒。

然后,在向一对基板所具有的导电膜之间施加电压的状态下对液晶盒进行光照射。在此施加的电压例如可以设为5~50V的直流或交流。此外,作为照射的光,例如可以使用包含150~800nm的波长的光的紫外线和可见光线,但优选包含300~400nm的波长的光的紫外线。作为照射光的光源,例如可以使用低压汞灯、高压汞灯、重氢灯、金属卤化物灯、氩共振灯、氙灯、准分子激光器等。需要说明的是,上述的优选的波长区域的紫外线可以通过将光源例如与滤波器、衍射光栅等并用的方法等来得到。作为光的照射量,优选为100mJ/cm2以上且小于30000mJ/cm2,更优选为100~20000mJ/cm2

(1-3C)

在使用包含具有光聚合性基团的化合物(聚合物或添加剂)的液晶取向剂而在基板上形成涂膜的情况下,与上述(1-3A)同样地构建液晶盒,之后,也可以采用如下方法:经过在向一对基板所具有的导电膜之间施加电压的状态下对液晶盒进行光照射的工序,由此制造液晶显示元件的方法。根据该方法,能以少的光照射量实现PSA模式的优点。对液晶盒的光照射可以在通过施加电压来驱动液晶的状态下进行,或者也可以在以不驱动液晶的程度施加低电压的状态下进行。施加的电压例如可以设为0.1~30V的直流或交流。关于照射的光的条件,可以应用上述(1-3B)的说明。在此的光照射处理相当于与液晶层接触的状态下的光照射的处理。

并且,通过在液晶盒的外侧表面贴合偏振板,能得到本发明的液晶显示元件。作为在液晶盒的外表面贴合的偏振板,可列举出:利用乙酸纤维素保护膜夹着一边使聚乙烯醇延伸取向,一边吸收碘的被称为“H膜”的偏振膜而成的偏振板;或由H膜本身构成的偏振板。

本发明的液晶显示元件能有效用于各种装置,例如,能用于时钟、便携式游戏机、文字处理机(word processor)、笔记本型电脑、车载导航系统、便携式摄像机(camcorder)、PDA(Personal Digital Assistant:掌上电脑)、数码相机、便携电话、智能手机、各种监控器、液晶电视、信息显示器等各种显示装置。

如上所述,通过使用本发明的液晶取向剂,能得到残像的产生少,即使在产生由间隔物引起的刮蹭等物理上的摩擦时也能使亮点成为最小的液晶取向膜以及具备该液晶取向膜的液晶显示元件。此外,所得到的液晶显示元件具有高可靠性。

实施例

以下列举出实施例,对本发明进一步详细地进行说明,但并不是指本发明限定于此。使用的化合物的简称如以下所述。

(液晶)

MLC-3019(MERCK公司制,正型液晶)。

(二胺化合物)

WA-1:式[WA-1]所示的化合物。

WA-2:式[WA-2]所示的化合物。

(其他二胺化合物)

A1~A7:分别为式[A1]~式[A7]所示的化合物。

(Boc表示叔丁氧基羰基。)

(酸二酐化合物)

B1~B3:分别为式[B1]~式[B3]所示的化合物。

(溶剂)

NMP:N-甲基-2-吡咯烷酮。

BCS:乙二醇单丁醚。

GBL:γ-丁内酯。

(添加剂)

S-1:3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷。

(交联剂)

AD-1:下述式(AD-1)所示的化合物。

(分子量测定)

使用常温凝胶渗透色谱(GPC)装置(GPC-101)(昭和电工公司制)、色谱柱(KD-803,KD-805)(Shodex公司制),如以下所述地测定出聚酰亚胺前体以及聚酰亚胺的分子量。

色谱柱温度:50℃。

洗脱液:N,N-二甲基甲酰胺(作为添加剂,溴化锂一水和物(LiBr·H2O)为30mmol/L(升),磷酸/无水结晶(o-磷酸)为30mmol/L,四氢呋喃(THF)为10mL/L)。

流速:1.0mL/分钟。

校正曲线制作用标准样品:TSK标准聚氧化乙烯(分子量:约900000、150000、100000以及30000)(Tosoh公司制)以及聚乙二醇(分子量:约12000、4000以及1000)(Polymer Laboratory公司制)。

(聚酰亚胺的酰亚胺化率的测定)

向NMR(核磁共振)样品管(NMR标准取样管,φ5(草野科学公司制))中加入聚酰亚胺粉末20mg,添加氘代二甲基亚砜(DMSO-d6,0.05质量%TMS(四甲基硅烷)混合品)(0.53mL),施加超声波使其完全溶解。利用NMR测定机(JNW-ECA500)(日本电子DATUM公司制)对该溶液测定出500MHz的质子NMR。酰亚胺化率以下述方式求出:将源自酰亚胺化前后不变化的结构的质子确定为基准质子,使用该质子的峰积分值和源自在9.5~10.0ppm附近出现的酰胺酸的NH基的质子峰积分值,利用下式来求出。

酰亚胺化率(%)=(1-α·x/y)×100

在上述式中,x为源自酰胺酸的NH基的质子峰积分值,y为基准质子的峰积分值,α为聚酰胺酸(酰亚胺化率为0%)的情况下的基准质子相对于酰胺酸的一个NH基质子的个数比例。

(粘度测定)

在合成例或比较合成例中,对于聚酰亚胺系聚合物的粘度,使用E型粘度计TVE-22H(东机产业株式会社制),在样品量1.1mL、锥形转子TE-1(1°34’,R24)、温度25℃下进行了测定。

(WA-1)参考下述现有文献来实施合成。

Salvatore Zarra,Jack K.Clegg,Jonathan R.Nitschke,Angewandte ChemieInternational Edition,52,18,(4837-4840,Supporting Information:S2-S3),(2013).

(WA-2)为文献等未公开的新化合物,以下详细说明合成方法。

下述合成例1所记载的生成物通过1H-NMR分析来进行鉴定(分析条件如下所述)。

装置:BRUKER ADVANCE III-500MHz。

测定溶剂:DMSO-d6

基准物质:四甲基硅烷(TMS)(δ0.0ppm for 1H)。

本发明中的简称分别表示以下意思。

THF:四氢呋喃。

DCE:1,2-二氯乙烷。

DMAP:N,N-二甲基-4-氨基吡啶。

<<单体合成例1WA-2的合成>>

<化合物[1]的合成>

向1,2-二氯乙烷(540g)中,投入(4,4’-二硝基-[1,1’-联苯]-2,2’-二基)二甲醇(60.0g,0.197mol)、三乙胺(45.9g,0.454mol)、N,N-二甲基-4-氨基吡啶(2.39g,0.0197mol),在冰冷条件下搅拌。将用1,2-二氯乙烷(60g)稀释过的二碳酸二叔丁酯(94.7g,0.434mol)一边注意发热一边滴加,在不发热后,在室温条件下搅拌过夜。反应结束后,停止搅拌,加入水(600g)进行分液清洗,利用氯仿(300g×2次)进行了分液萃取。浓缩有机相,使用乙酸乙酯/己烷=2/1(体积比)混合溶剂,通过硅胶柱色谱法对所得到的粗产物进行提纯,对所得到的溶液进行浓缩和干燥,得到了化合物[1]的粗产物(产量:102g)。所得到的化合物直接用于接下来的工序。

1H-NMR(500MHz)in DMSO-d6:8.41ppm(s,2H),8.33ppm(d,2H,J=8.5Hz),7.58ppm(d,2H,J=8.5Hz),4.90ppm(s,4H),1.39ppm(s,18H).

<WA-2的合成>

向四氢呋喃(600g)中,投入化合物[1]粗产物(101g)、3%铂碳(含水品)(8.00g),在氢气气氛下、室温条件下搅拌过夜。反应结束后,通过过滤去除铂碳,进行了减压浓缩。向粗产物中加入甲醇再次浓缩,进行干燥,得到了WA-2(产量:86.6g,0.195mol)。

1H-NMR(500MHz)in DMSO-d6:6.72ppm(d,2H,J=8.0Hz),6.63ppm(d,2H,J=2.5Hz),6.52ppm(d,1H,J=2.5Hz),6.50ppm(d,1H,J=2.0Hz),5.15ppm(s,4H),4.64-4.59ppm(m,4H),1.34ppm(s,18H).

(合成例1)

将WA-1(2.19g,9.00mmol)、A1(1.83g,7.50mmol)、A2(1.72g,7.50mmol)、A4(2.04g,6.00mmol)以及B2(1.12g,4.50mmol)在NMP(50.6g)中混合,在50℃下使其反应3小时后,加入B1(5.32g,23.7mmol)和NMP(30.1g),在40℃下使其反应15小时,得到了树脂固体成分浓度15质量%的聚酰胺酸溶液[1](粘度384mPa·s)。

向所得到的聚酰胺酸溶液[1](30.0g)中加入NMP,稀释到10.0质量%后,加入作为酰亚胺化催化剂的乙酸酐(4.83g)和吡啶(1.50g),在55℃下使其反应2.5小时。将该反应溶液投入到甲醇(280mL)中,滤出所得到的沉淀物。用甲醇清洗该沉淀物,在100℃下进行减压干燥,得到了聚酰亚胺粉末(1)。该聚酰亚胺的酰亚胺化率为78.1%,数均分子量为12322,重均分子量为44438。

(合成例2)

将WA-2(4.00g,9.00mmol)、A1(1.83g,7.50mmol)、A2(1.72g,7.50mmol)、A4(2.04g,6.00mmol)以及B2(1.12g,4.50mmol)在NMP(50.6g)中混合,在50℃下使其反应3小时后,加入B1(5.32g,23.7mmol)和NMP(30.1g),在40℃下使其反应15小时,得到了树脂固体成分浓度15质量%的聚酰胺酸溶液[2](粘度188mPa·s)。

向所得到的聚酰胺酸溶液[2](30.0g)中加入NMP,稀释到10.0质量%后,加入作为酰亚胺化催化剂的乙酸酐(4.83g)和吡啶(1.50g),在55℃下使其反应2.5小时。将该反应溶液投入到甲醇(280mL)中,滤出所得到的沉淀物。用甲醇清洗该沉淀物,在100℃下进行减压干燥,得到了聚酰亚胺粉末(2)。该聚酰亚胺的酰亚胺化率为80.1%,数均分子量为10582,重均分子量为41856。

(合成例3)

将A6(1.19g,6.00mmol)、A7(4.78g,24.0mmol)以及B2(3.75g,15.0mmol)在NMP(55.1g)中混合,在50℃下使其反应3小时后,加入B3(4.06g,13.8mmol)和NMP(23.0g),在70℃下使其反应15小时,得到了树脂固体成分浓度15质量%的聚酰胺酸溶液[3](粘度941mPa·s)。

聚酰胺酸溶液[3]的数均分子量为15244,重均分子量为40724。

(比较合成例1)

将A5(1.91g,9.00mmol)、A1(1.83g,7.50mmol)、A2(1.72g,7.50mmol)、A4(2.04g,6.00mmol)以及B2(1.12g,4.50mmol)在NMP(50.6g)中混合,在50℃下使其反应3小时后,加入B1(5.32g,23.7mmol)和NMP(30.1g),在40℃下使其反应15小时,得到了树脂固体成分浓度15质量%的聚酰胺酸溶液[R1](粘度365mPa·s)。

向所得到的聚酰胺酸溶液[R1](30.0g)中加入NMP,稀释到10.0质量%后,作为酰亚胺化催化剂加入乙酸酐(4.83g)和吡啶(1.50g),在55℃下使其反应2.5小时。将该反应溶液投入到甲醇(280mL)中,滤出所得到的沉淀物。用甲醇清洗该沉淀物,在100℃下进行减压干燥,得到了聚酰亚胺粉末(R1)。该聚酰亚胺的酰亚胺化率为76.1%,数均分子量为10958,重均分子量为39958。

<液晶取向剂的制备>

在实施例和比较例中,记载液晶取向剂的制备例。使用实施例和比较例所得到的液晶取向剂,进行了液晶显示元件的制作和各种评价。

(实施例1)

向合成例1中得到的聚酰亚胺粉末(1)(3.00g)加入NMP(22.0g),在80℃下搅拌15小时使其溶解。向该溶液(2.75g)中,加入合成例3中得到的聚酰胺酸溶液[3](3.30g)和NMP(1.35g)、GBL(3.675g)、BCS(3.00g)、AD-1的NMP10质量%稀释溶液(0.248g)、S-1的GBL1质量%稀释溶液(0.825g),在室温下搅拌5小时,得到了液晶取向剂(V-1)。在该液晶取向剂中未观察到浑浊、析出等异常,确认了为均匀的溶液。

(实施例2)

除了采用聚酰亚胺粉末(2)代替实施例1中的聚酰亚胺粉末(1)以外,与实施例1同样地得到了液晶取向剂(V-2)。在该液晶取向剂中未观察到浑浊、析出等异常,确认了为均匀的溶液。

(比较例1)

除了采用聚酰亚胺粉末(R1)代替实施例1中的聚酰亚胺粉末(1)以外,与实施例1同样地得到了液晶取向剂(W-1)。在该液晶取向剂中未观察到浑浊、析出等异常,确认了为均匀的溶液。

<制作密封密合性评价用样品>

密合性评价样品如下述制作。利用旋涂,将实施例中得到的液晶取向剂(V-1)、(V-2)以及比较例中得到的液晶取向剂(W-1)涂布于30mm×40mm的ITO基板。在80℃的加热板上干燥120秒后,在230℃的热风循环式烘箱中烧成20分钟,形成膜厚100nm的涂膜,得到了带有液晶取向膜的基板。

准备两张如此得到的的基板,向一方的基板的液晶取向膜面上涂布直径4μm珠状间隔物后,滴加了密封剂(协立化学产业公司制XN-1500T)。接着,将另一方的基板的液晶取向膜面设为内侧,以基板的周围的重叠宽度各为1cm的方式进行了贴合。此时,以贴合后的密封剂的直径为3mm的方式调整密封剂的滴加量。利用夹具固定了贴合后的两张基板之后,照射3J的365nm的光,在120℃下使其热固化1小时,制作出密合性评价用的样品。

<密合性的评价>

然后,将上述得到的样品基板利用岛津制作所公司制的台式精密万能试验机AGS-X500N,在固定了上下基板的端部后,从基板中央部的上部进行按压,测定出剥离时的力(N)。将(N)小于3.50的情况定义为“差”,将(N)为3.50以上的情况定义为“良”。将结果示于表1。

<膜强度(膜硬度)评价>

利用旋涂,将液晶取向剂涂布于整面带有ITO电极的玻璃基板的ITO面。在80℃的加热板上使其干燥2分钟后,形成了厚度100nm的涂膜。向该涂膜面以成为150mJ/cm2的方式照射偏振紫外线而实施了取向处理。然后,使用IR式烘箱在230℃烧成30分钟,得到了带有液晶取向膜的基板。利用人造丝布对该液晶取向膜进行了摩擦(辊直径:120mm,辊转速:1000rpm,移动速度:20mm/sec,按压长度:0.6mm)。使用SUGA试验机公司制HZ-V3雾度计对本基板进行了测定。将雾度的值为0.3以上的情况定义为“差”,将雾度的值小于0.3的情况定义为“良”,进行了评价。将结果示于表1。

<液晶取向性评价用液晶盒的制作>

以下,示出用于评价液晶取向性的液晶盒的制作方法。

制作出具备FFS方式的液晶显示元件的构成的液晶盒。首先,准备了带有电极的基板。基板为大小30mm×35mm、厚度0.7mm的玻璃基板。在基板上,作为第一层,在整面形成了构成对置电极的IZO电极。在第一层的对置电极上,作为第二层,形成了通过CVD法而成膜的SiN(氮化硅)膜。第二层的SiN膜的膜厚为500nm,作为层间绝缘膜而发挥功能。在第二层的SiN膜上,作为第三层,配置将IZO膜图案化而形成的梳齿状的像素电极,形成了第一像素和第二像素这两种像素。各像素的尺寸为长10mm且宽约5mm。此时,第一层的对置电极与第三层的像素电极因第二层的SiN膜的作用而电绝缘。

第三层的像素电极与日本特开2014-77845(日本国公开专利公报)所记载的附图同样地,具有将中央部分弯折的<符号形状的电极元素排列多个而构成的梳齿状的形状。各电极元素的短尺寸方向的宽度为3μm,电极元素之间的间隔为6μm。使形成各像素的像素电极构成为排列多个中央部分弯折的<符号形状的电极元素,因此各像素的形状不是长方形状,而是具备与电极元素同样地在中央部分弯折的、与粗体的<符号类似的形状。并且,各像素以其中央的弯折部分为边界上下分割,具有弯折部分的上侧的第一区域和下侧的第二区域。

将各像素的第一区域与第二区域进行比较,构成它们的像素电极的电极元素的形成方向不同。即,在以将后述的偏振紫外线的偏振面投影于基板的线段的方向为基准的情况下,在像素的第一区域,像素电极的电极元素以成为+80°的角度(顺时针)的方式形成,在像素的第二区域,像素电极的电极元素以成为-80°的角度(顺时针)的方式形成。即,在各像素的第一区域和第二区域中,由像素电极和对置电极之间的电压施加而感应的液晶在基板面内的旋转动作(面内/转换(in-plane/switching))的方向构成为彼此相反方向。

接着,在利用1.0μm的过滤器过滤合成例和比较合成例所得到的液晶取向剂之后,利用旋涂涂布,涂布于准备好的上述带有电极的基板。接着,在设定为80℃的加热板上干燥120秒。接着,使用USHIO电机公司制曝光装置:APL-L050121S1S-APW01,从垂直方向,隔着波长选择滤波器和偏振板对基板照射紫外线的直线偏振。此时,以如下方式来设定偏振面方向:将偏振紫外线的偏振面投影到基板的线段的方向成为相对于第三层IZO梳齿电极倾斜80°的方向。接着,在IR(红外线)型烘箱中在230℃下烧成30分钟,得到了实施过取向处理的、带有膜厚100nm的聚酰亚胺液晶取向膜的基板。此外,作为对置基板,得到了带有聚酰亚胺液晶取向膜的基板,该带有聚酰亚胺液晶取向膜的基板是对在背面形成有ITO电极的、具有高度4μm的柱状间隔物的玻璃基板也与上述同样地实施过取向处理而成的。将这两张带有液晶取向膜的基板设为一组,以在一方的基板上留有液晶注入口的形态印刷密封剂,使另一张基板以液晶取向膜面相向、将偏振紫外线的偏振面投影到基板的线段的方向成为平行的方式贴合并进行压接。然后,使密封剂固化,制作出盒间隙为4μm的空盒。通过减压注入法向该空盒中注入液晶MLC-3019(MERCK公司制正型液晶),封装注入口,得到了FFS方式的液晶盒。然后,将所得到的液晶盒在120℃下加热30分钟,在23℃下放置一晩之后,用于评价液晶取向性。

<液晶取向性的评价>

使用该液晶盒,将能确认到流动取向的情况定义为“差”,将无法确认到流动取向的情况定义为“良”。将结果示于表1。

[表1]

根据上述的结果可知,在密合性评价中,由使用了二胺化合物WA-1、WA-2的液晶取向剂得到的液晶取向膜与由使用了二胺化合物A5的液晶取向剂得到的液晶取向膜相比,显现更高的密合性。具体而言,在表1所示的实施例1~2和比较例1的比较中体现。

而且在膜强度评价中,可知:由使用了二胺化合物WA-1、WA-2的液晶取向剂得到的液晶取向膜与由使用了二胺化合物A5的液晶取向剂得到的液晶取向膜相比,显现更高的膜强度。具体而言,在表1所示的实施例1~2和比较例1的比较中体现。

并且,可知:由使用了二胺化合物WA-1、WA-2的液晶取向剂得到的液晶取向膜与由使用了二胺化合物A5的液晶取向剂得到的液晶取向膜相比,显现相等的液晶取向性。

根据以上,当使用具有联苯骨架且存在特定的侧链这样的WA-1、WA-2时,能在维持液晶取向性的状态下,提高密封密合性和膜强度。

产业上的可利用性

使用了由本发明的液晶取向剂得到的液晶取向膜的液晶显示元件可以优选用于液晶显示元件。并且,这些元件在以显示为目的的液晶显示器中是有用的,进一步在控制光的透射和遮断的调光窗、光快门(optical shutter)等中也是有用的。

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