具体实施方式
本发明包含以下的构成。
[1]一种二胺,其以通式(I)而表示,
[化24]
(式中,R是于氮原子上间隔亚甲基而于末端键结有羟基的酰胺基)。
[2]根据[1]所述的二胺,其中R以(a)、(b)或(c)而表示,
[化25]
(式中,R0为氢或甲基)。
[3]根据[2]所述的二胺,其中R0为氢。
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的二胺,其中于式(I)中,2个氨基相对于R所表示的取代基而言,分别取代于3位、5位。
[5]一种聚酰胺酸以及其衍生物,其是使[1]~[4]中任一项所述的以式(I)所表示的二胺的至少一种与四羧酸二酐反应而所得。
[6]一种聚酰胺酸以及其衍生物,其是使[1]~[4]中任一项所述的以式(I)所表示的二胺的至少一种和其他二胺(D2)的混合物与四羧酸二酐反应而所得。
[7]根据[5]或[6]所述的聚酰胺酸以及其衍生物,其中四羧酸二酐是选自由以下的式(DA-20)~式(DA-32)所构成的群组的一种以上,
[化26]
于式(DA-20)中,G5为单键、碳数为1~12的亚烷基(alkylene)、1,4-亚苯基(1,4-phenylene)或1,4-亚环己基(1,4-cyclohexylene);
X10独立为单键或CH2;
而且,G6独立为CH或N,于G6为N的情况时,G5并不为单键或CH2,X10并不为单键;
[化27]
于式(DA-21)中,R14独立为氢、甲基、乙基、或苯基;
[化28]
于式(DA-22)中,环A6为环己烷环或苯环;
[化29]
于式(DA-23)中,G7为单键、碳数为1~10的亚烷基、1,4-亚苯基、O、CO、S、SO2、C(CH3)2或C(CF3)2;而且,环A7独立为环己烷环或苯环;
[化30]
于式(DA-24)中,R15为氢或甲基;
[化31]
于式(DA-25)中,X10为单键或CH2;X11独立为CH2、CH2CH2或CH=CH;而且,
v为1或2;
[化32]
于式(DA-26)中,X10为单键或CH2;
[化33]
于式(DA-27)中,R14为氢、甲基、乙基或苯基;
环A8为环己烷环、环己烯环或苯环;而且,X12为单键、CH2或CH(CH3);
[化34]
于式(DA-28)中,w2以及w3为0或1,于w2=1时w3=1;
[化35]
[化36]
于式(DA-30)中,X13独立为碳数为2~6的烷基;而且,Ph表示苯基;
[化37]
[化38]
于式(DA-32)中,X14独立地表示单键或CH2。
[8]根据[6]~[7]中任一项所述的聚酰胺酸以及其衍生物,其中其他二胺(D2)为下述式(1-1)~式(4)所表示的二胺,
[化39]
于式(1-1)中,b为0或1;亚环己基中的任意的氢也可以被甲基取代;
于式(1-2)中,W1为-CH2-或-NH-;
[化40]
此处,X1为单键或碳数为1~10的亚烷基;该亚烷基的任意的-CH2-也可以被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-C(CH3)2-、-C(CF3)2-、-CO-、-SO2-、1,3-亚苯基、1,4-亚苯基或哌嗪-1,4-二基(piperazine-1,4-diyl)取代;
[化41]
于式(3)中,X2为单键、-O-、-COO-、-OCO-或碳数为1~6的亚烷基;R1为碳数为3~30的烷基、或式(a)所表示的基;
于式(a)中,X3以及X4独立为单键或碳数为1~4的亚烷基;环B以及环C独立为1,4-亚苯基或1,4-亚环己基;R2以及R3独立为氟或甲基,且f以及g独立为0、1或2;c、d以及e独立为0或1,且c、d以及e的合计为1~3;R4为碳数为1~30的烷基、碳数为1~30的烷氧基、碳数为2~30的烷氧基烷基或胆甾烯(cholesteryl)基,于该些烷基、烷氧基以及烷氧基烷基中,任意的氢也可以被氟取代;
[化42]
此处,X5独立为-O-或碳数为1~6的亚烷基;j独立为0或1;R5为氢、碳数为2~12的烷基或碳数为2~12的烷氧基;环T为1,4-亚苯基或1,4-亚环己基;X6为单键或碳数为1~3的亚烷基;h为0或1。
[9]根据[6]~[7]中任一项所述的聚酰胺酸以及其衍生物,其中其他二胺(D2)是选自下述化合物的群组的至少一种,
[化43]
(式中,R11为-CH2-、-O-或碳数为1~4的直链亚烷基,R12为氢或CH3,R13为碳数为2~4的直链亚烷基,R14为碳数为1~8的直链亚烷基,R15独立为-CH2-、-(CH2)2-、或-NH-,R16为氢原子、或碳数为1~10的直链亚烷基,R17为氢原子、或碳数为1~16的直链亚烷基,R18独立为-CH2-、-(CH2)2-或-O-)。
[10]一种组成物,其含有选自[5]~[9]中任一项所述的聚酰胺酸以及其衍生物的至少一种聚合物。
[11]一种液晶配向剂,其是由含有选自[5]~[9]中所述的聚酰胺酸以及其衍生物的至少一种聚合物的组成物而构成。
[12]根据[11]所述的液晶配向剂,其包含环氧化合物(E)。
[13]根据[12]所述的液晶配向剂,其中环氧化合物(E)是选自由下述式(E1)~式(E6)所表示的化合物所构成的群组的一种以上,
[化44]
(式中,n为1~10的整数)。
[14]根据[11]所述的液晶配向剂,其包含噁唑啉(oxazoline)化合物(F)。
[15]根据[14]所述的液晶配向剂,其中噁唑啉化合物(F)是下述式(F1)所表示的化合物,
[化45]
[16]根据[11]所述的液晶配向剂,其包含双烯丙基纳迪克酰亚胺(bisallylnadiimide)化合物(G)。
[17]根据[16]所述的液晶配向剂,双烯丙基纳迪克酰亚胺化合物(G)是选自由下述式(G1)以及式(G2)所表示的化合物所构成的群组的一种以上,
[化46]
[18]根据[11]所述的液晶配向剂,其包含选自由所述(E1)~(E6)、(F1)、(G1)以及(G2)所表示的化合物所构成的群组的一种以上。
[19]一种液晶配向膜,其是由[11]~[18]中任一项所述的液晶配向剂而形成。
[20]一种液晶显示元件,其具有由[11]~[18]中任一项所述的液晶配向剂而构成的液晶配向膜。
本发明的二胺可以下述式(I)而表示。
[化47]
(式中,R是于氮原子上间隔亚甲基而于末端键结有羟基的酰胺基。)
于式(I)中,R更优选下述(a)、(b)或(c)所表示的二胺。
[化48]
(式中,R0为氢或甲基。)
式(I)所表示的R为(a)或(b)的化合物可利用流程1中所示的方法而合成。
流程1.
[化49]
于三乙胺等碱的存在下,使二硝基苯甲酰氯与胺化合物反应,由此而获得二硝基苯甲酰胺化合物。通过对该硝基进行还原而获得本发明的二胺。于流程1中,R0为氢或甲基,R′为下述所表示的结构。
[化50]
式(I)所表示的R为(c)的化合物可利用流程2中所示的方法而合成。
流程2.
[化51]
于三乙胺等碱的存在下,使二硝基苯甲酰氯与二乙醇胺反应而获得二硝基苯甲酰胺化合物。通过对该硝基进行还原而获得本发明的二胺。
本发明的液晶配向剂是含有选自聚酰胺酸以及其衍生物的至少一种聚合物与溶剂的组成物。聚酰胺酸的衍生物可列举:使聚酰胺酸进行完全脱水闭环反应而所得的聚酰亚胺、使聚酰胺酸进行部分脱水闭环反应而所得的部分酰亚胺化聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、通过将四羧酸二酐的一部分置换为二羧酸而所得的聚酰胺酸-聚酰胺共聚物、使该聚酰胺酸-聚酰胺共聚物的一部分或全部进行脱水闭环反应而所得的聚酰胺-酰亚胺。这些化合物中优选聚酰亚胺以及部分酰亚胺化聚酰胺酸,更优选聚酰亚胺。
于本发明中,使用选自由以式(I)所表示的二胺和其他二胺(D2)的混合物与酸二酐反应而所得的聚酰胺酸及其衍生物所构成的群组的至少一种聚合物。
本发明中所使用的式(I)所表示的二胺的具体例是下述所列举的(I-1)~(I-10),所述二胺可并用,也可以仅使用一种。而且,所述化合物中,特别优选(I-5)或(I-9)的化合物。
[化52]
于使用本发明化合物以外的二胺(D2)而调制液晶配向剂的情况时,为了进一步实现本发明的效果,本发明化合物(I)所含的比例相对于二胺的总使用量而言优选为5mol%~100mol%,更优选为5mol%~95mol%,最优选为20mol%~80mol%。
本发明中所使用的二胺(D2)可自公知的二胺中并无限制地选择,优选的二胺可列举如下所示的二胺(1-1)~二胺(1-3)、二胺(2)、二胺(3)以及二胺(4)。优选使用选自该些二胺的群组的至少一种二胺。
[化53]
于式(1-1)中,b为0或1,亚环己基中的任意氢也可以被甲基取代。
于式(1-2)中,W1为-CH2-或-NH-。
将该些二胺(D2)的具体例表示如下。以下的具体例中,自使液晶的配向性进一步提高的观点、使液晶显示元件的VHR提高的观点以及使配向膜中的残留DC的缓和速度提高的观点的任意观点考虑,特别优选二胺(1-2-1)以及二胺(1-3)。
[化54]
[化55]
于式(2)中,X1为单键或碳数为1~10的亚烷基,该亚烷基的任意的-CH2-也可以被-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-C(CH3)2-、-C(CF3)2-、-CO-、-SO2-、1,3-亚苯基、1,4-亚苯基或哌嗪-1,4-二基取代。X1的优选例是碳数为1~10的亚烷基,此时亚烷基的任意的-CH2-也可以被-O-、-S-、-NH-、-C(CH3)2-、1,4-亚苯基或哌嗪-1,4-二基取代。而且,键结氨基的苯环的任意的氢也可以被甲基取代,但优选并不被甲基取代。
将二胺(2)的具体例表示如下。
[化56]
[化57]
[化58]
[化59]
[化60]
于式(3)中,X2为单键、-O-、-COO-、-OCO-或碳数为1~6的亚烷基,优选为单键、-O-、-COO-或碳数为1~3的亚烷基。R1为碳数为3~30的烷基或式(a)所表示的基,优选为碳数为4~20的烷基或式(a)所表示的基。
于式(a)中,X3以及X4独立为单键或碳数为1~4的亚烷基,优选为单键、-CH2-或-CH2CH2-。环B以及环C独立为1,4-亚苯基或1,4-亚环己基。R2以及R3独立为氟或甲基,且f以及g独立为0、1或2,但优选f以及g均为0。c、d以及e独立为0或1,且c、d以及e的合计为1~3。R4为碳数为1~30的烷基、碳数为1~30的烷氧基或碳数为2~30的烷氧基烷基,于该些烷基、烷氧基以及烷氧基烷基中,任意的氢也可以被氟取代。R4的优选例为碳数为1~20的烷基、碳数为1~20的烷氧基以及碳数为2~20的烷氧基烷基,该些烷基、烷氧基以及烷氧基烷基中的氢并不被氟取代。
将二胺(3)的优选例表示如下。
[化61]
[化62]
于式(3-1)~式(3-25)中,R20是碳数为1~20的烷基或碳数为1~20的烷氧基,优选为碳数为5~16的烷基。R21是碳数为1~20的烷基或碳数为1~20的烷氧基,优选为碳数为3~10的烷基。R22是碳数为4~20的烷基或胆甾烯基,优选为碳数为6~16的烷基或胆甾烯基。R23是碳数为4~20的烷基,优选为碳数为6~16的烷基。R24是碳数为3~20的烷基或碳数为3~20的烷氧基,优选为碳数为5~12的烷基。
[化63]
于式(4)中,X5独立为-O-或碳数为1~6的亚烷基,优选均为-O-、-CH2-或-CH2CH2-j独立为0或1。R5为氢、碳数为1~20的烷基或碳数为1~20的烷氧基,优选为氢、碳数为1~12的烷基或碳数为1~12的烷氧基,更优选为碳数为4~7的烷基。环T为1,4-亚苯基或1,4-亚环己基。X6为单键或碳数为1~3的亚烷基。而且,h为0或1。另外,氨基对于苯环的键结位置优选相对于X5而言为对位。
将二胺(4)的优选例表示如下。
[化64]
[化65]
于式(4-1)~式(4-16)中,R26为氢、碳数为1~12的烷基或碳数为1~12的烷氧基,优选为碳数为4~7的烷基。
上述二胺(D2)的具体例中,更优选如下所示的二胺(1-2-1)、二胺(1-3)、二胺(2-1)~二胺(2-3)、二胺(2-7)、二胺(2-10)~二胺(2-27)、二胺(2-29)、二胺(2-37)~二胺(2-41)、二胺(2-43)~二胺(2-47)、二胺(2-51)、二胺(3-1)~二胺(3-12-1)、以及二胺(4-1)~二胺(4-12)。
[化66]
[化67]
[化68]
[化69]
此处,R20为碳数为5~16的烷基,R21为碳数为3~10的烷基。
[化70]
此处,R26为碳数为4~7的烷基。
上述的更优选的二胺(D2)的具体例中,于重视液晶配向性的进一步提高的情况时,进一步更优选二胺(1-2-1)、二胺(1-3)、二胺(2-7)、二胺(2-10)~二胺(2-12)、二胺(2-16)~二胺(2-19)、二胺(2-21)~二胺(2-27)、二胺(2-37)~二胺(2-41)、二胺(2-43)~二胺(2-47)、二胺(2-51)、二胺(3-1)~二胺(3-11)以及二胺(4-1)~二胺(4-12),特别优选二胺(1-2-1)、二胺(1-3)、二胺(2-7)、二胺(2-10)~二胺(2-12)、二胺(2-26)、二胺(2-44)、二胺(2-45)以及二胺(3-1)~二胺(3-6)。
上述的更优选的二胺(D2)的具体例中,于重视赋予液晶配向膜高的VHR的情况时,进一步更优选二胺(1-2-1)、二胺(1-3)、二胺(2-1)~二胺(2-3)、二胺(2-26)、二胺(2-29)、二胺(2-37)、二胺(2-43)~二胺(2-47)、二胺(3-1)~二胺(3-11)以及二胺(4-1)~二胺(4-12),特别优选二胺(2-1)~二胺(2-3)、二胺(2-26)、二胺(2-29)、二胺(2-44)以及二胺(3-1)~二胺(3-6)。
上述的更优选的二胺(D2)的具体例中,于重视使液晶配向膜的体积电阻值减低的情况时,进一步更优选二胺(1-2-1)、二胺(1-3)、二胺(2-1)~二胺(2-3)、二胺(2-13)~二胺(2-15)、二胺(2-20)~二胺(2-26)、二胺(2-29)以及二胺(2-39)~二胺(2-41),特别优选二胺(2-1)~二胺(2-3)、二胺(2-13)~二胺(2-15)、二胺(2-26)以及二胺(2-29)。
然而,二胺根据其结构的不同可分为2种。亦即,将连结2个氨基的骨架视为主链时,具有自主链分支的基、即侧链基的二胺以及不具侧链基的二胺。通过使具有侧链基的二胺与四羧酸二酐反应,而获得对于聚合物的主链而言具有多个侧链基的聚酰胺酸。使用此种对于聚合物主链而言具有侧链基的聚酰胺酸时,由含有该聚合物的液晶配向剂所形成的液晶配向膜可增大液晶显示元件中的预倾角。即,该侧链基是具有增大预倾角的效果的基。具有此种效果的侧链基必须是碳数为3以上的基,具体例可列举具有碳数为3以上的烷基、碳数为3以上的烷氧基、以及碳数为3以上的烷氧基烷基的基。具有1个以上环,且其末端的环具有碳数为1以上的烷基、碳数为1以上的烷氧基以及碳数为2以上的烷氧基烷基的任一种作为取代基的基也具有作为侧链基的效果。将具有此种侧链基的二胺作为侧链型二胺,将不具有此种侧链基的二胺作为非侧链型二胺时,所述二胺(3)以及二胺(4)是侧链型二胺,二胺(1-1)~二胺(1-3)以及二胺(2)是非侧链型二胺。
而且,通过将侧链型二胺与非侧链型二胺适宜地分开使用,可对应各种显示元件各自所必须的预倾角。即,于以TN方式或VA方式为代表的纵向电场方式中,必须比较大的预倾角,因此主要使用侧链型二胺。此时,为了进一步控制预倾角,也可以并用非侧链型二胺。非侧链型二胺与侧链型二胺的调配比率可根据目标预倾角的大小而决定。当然,通过适当选择侧链基,也可以仅仅使用侧链型二胺而对应。于横向电场方式中,必须小的预倾角、高的液晶配向性,因此可使用非侧链型二胺的至少一种。
于本发明中,特别是为了表现出2度以上的预倾角,优选使侧链型二胺的使用比例于二胺总量中为5mol%~70mol%,更优选为10mol%~50mol%。
为了合成本发明的聚酰胺酸而使用的四羧酸二酐(以下有时仅仅略称为「酸酐」)可自公知的酸酐中无限制地选择,优选例可列举如下所示的酸酐(A-1)~酸酐(A-48)。优选使用该些酸酐的至少一种。
[化71]
[化72]
[化73]
上述酸酐中,更优选酸酐(A-1)~酸酐(A-4)、酸酐(A-11)、酸酐(A-12)、酸酐(A-14)、酸酐(A-15)、酸酐(A-16)、酸酐(A-20)~酸酐(A-23)、酸酐(A-30)~酸酐(A-32)、酸酐(A-34)、酸酐(A-39)、酸酐(A-41)~酸酐(A-43)以及酸酐(A-45)~酸酐(A-48)。
于重视使液晶配向性进一步提高的情况时,上述酸酐中更优选酸酐(A-1)、酸酐(A-2)、酸酐(A-12)、酸酐(A-14)、酸酐(A-15)、酸酐(A-16)、酸酐(A-20)、酸酐(A-22)、酸酐(A-23)、酸酐(A-30)、酸酐(A-32)、酸酐(A-39)、酸酐(A-42)以及(A-47),特别优选酸酐(A-1)、酸酐(A-12)、酸酐(A-14)、酸酐(A-20)以及(A-47)。
于重视使液晶显示元件的VHR提高的情况时,所述酸酐中更优选酸酐(A-16)、酸酐(A-20)、酸酐(A-21)、酸酐(A-22)、酸酐(A-23)、酸酐(A-30)、酸酐(A-31)、酸酐(A-32)、酸酐(A-34)、酸酐(A-41)、酸酐(A-42)、酸酐(A-43)、酸酐(A-45)、酸酐(A-46)以及酸酐(A-48)的脂环族化合物,特别优选酸酐(A-16)、酸酐(A-22)、酸酐(A-23)、酸酐(A-41)、酸酐(A-46)以及酸酐(A-48)。
本发明的液晶配向剂中所使用的聚酰胺酸可以通过于溶剂中使上述酸酐的混合物与二胺反应而获得。于该合成反应中,除了原料选择以外无须特别的条件,可直接适用通常的聚酰胺酸合成中的条件。关于所使用的溶剂如后所述。
于本发明的液晶配向剂中,为了防止由于摩擦所造成的削减,也可以并用矽氧烷类二胺的至少一种。该矽氧烷类二胺的优选例可列举式(15)所表示的二胺。
[化74]
此处,R30以及R31独立为碳数为1~3的烷基或苯基,R32为碳数为1~6的亚烷基、亚苯基或经烷基取代的亚苯基,y为1~10的整数。
二胺(15)的具体例可列举下述的化合物或聚合物。
[化75]
(式(15-2)的聚合物的分子量为850~3000。)
于使用该些矽氧烷类二胺时,为了表现出上述效果且防止其他特性的恶化,其添加量相对于作为原料而使用的二胺的总量而言优选为0.5mol%~30mol%,更优选为1mol%~10mol%。
自调节配向膜于玻璃基板上的密接性的观点考虑,本发明的配向剂也可以进一步含有有机硅化合物。有机硅化合物的例子是氨基丙基三甲氧基硅烷、氨基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷等硅烷偶联剂,以及二甲基聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷等硅油。
该有机硅化合物于配向剂中的添加比例若为获得本发明效果的范围则并无特别的限制。然而,若较多地添加所述有机硅化合物,则于制成配向膜时存在产生液晶配向不良的现象。因此,于添加有机硅化合物时,其浓度相对于配向剂中所含有的聚合物的重量而言优选为0.01wt%~5wt%的范围,特别优选0.1wt%~3wt%的范围。
自防止特性随时间经过劣化或环境所造成的劣化的观点考虑,本发明的配向剂还可以进一步含有具有2个以上可与聚酰胺酸或其衍生物的羧基反应的官能基的化合物,亦即所谓的交联剂。此种交联剂的例子可列举日本专利第3049699号公报、日本专利特开2005-275360号公报、日本专利特开平10-212484号公报等中所记载的多官能环氧材料、异氰酸酯材料等。
液晶显示元件的电气特性随时间经过劣化的原因之一是因为:由于配向膜中所残存的羧基的影响,造成用以形成液晶显示元件的其他部件、例如液晶化合物或密封剂等吸附于配向膜上而产生的相互作用。本发明的液晶配向剂中若含有如上述(E1)~(E5)所表示的多官能环氧化合物,则于形成配向膜的步骤(即加热步骤)中,聚酰亚胺的残存羧酸与环氧化合物反应,形成化学性更稳定的基、具体而言为酯基,可减低与其他部件的相互作用。因此,即使长时间使用液晶显示元件,也可以维持初始的电气特性。而且,通过使用多官能环氧化合物,亦具有使形成液晶配向剂的聚酰亚胺彼此交联的效果,可保持初始的配向状态,且可使液晶显示元件的电气特性长期稳定,并且防止显示品质的劣化。而且,若含有如(E6)所表示的含有矽的环氧化合物,则不仅仅如上所述那样与残存羧酸作用,而且可使配向膜于玻璃基板上的密接性提高。其结果,于液晶显示元件的制造步骤中所实施的配向膜的摩擦处理时,可具有防止配向膜自玻璃基板剥落等耐受性。
自使液晶显示元件的电气特性长期稳定的观点考虑,本发明的配向剂还可以进一步含有噁唑啉化合物及/或噁嗪化合物。所谓噁唑啉化合物是指于分子中具有噁唑啉结构的化合物。通过添加噁唑啉化合物,配向膜中所残存的羧基与噁唑啉化合物于形成配向膜的步骤(加热步骤)中反应,生成更稳定的基、具体而言为酰胺酯基,由此可使电气特性长期稳定。另外,此处所谓的「稳定的基」并不是指该有机基自身的稳定性,而是表示例如吸附显示元件中的液晶化合物等其他物质这样的作用少的基。而且,通过使用具有2个以上噁唑啉结构的化合物而作为交联剂起作用,可经长时间保持初始的配向状态。其结果,可使液晶显示元件的电气特性长期稳定,并且防止显示品质的劣化。噁唑啉化合物的具体例是2,2′-双(2-噁唑啉)、1,2,4-三-(2-噁唑啉基-2)-苯、4-呋喃-2-基亚甲基-2-苯基-4H-噁唑-5-酮、1,4-双(4,5-二氢-2-噁唑基)苯、1,3-双(4,5-二氢-2-噁唑基)苯、2,3-双(4-异丙烯基-2-噁唑啉-2-基)丁烷、2,2′-双-4-苄基-2-噁唑啉、2,6-双(异丙基-2-噁唑啉-2-基)吡啶、2,2′-亚异丙基双(4-第三丁基-2-噁唑啉)、2,2′-亚异丙基双(4-苯基-2-噁唑啉)、2,2′-亚甲基双(4-第三丁基-2-噁唑啉)、以及2,2′-亚甲基双(4-苯基-2-噁唑啉)。除了该些化合物以外,还可以例示如EPOCROS(商品名、日本触媒株式会社制造)这样的具有噁唑基的聚合物或寡聚物。于该些噁唑啉化合物中,特别是若使用1,3-双(4,5-二氢-2-噁唑基)苯(化合物(F1)所表示的化合物),则可并不使液晶配向膜所具有的本来的特性降低地防止液晶显示元件的随着时间经过而劣化。噁唑啉化合物的含量相对于聚合物成分的合计量而言可使用0.1wt%~50wt%。噁唑啉化合物的含量优选为1wt%~40wt%,更优选为1wt%~20wt%。
所谓噁嗪化合物是指于分子中具有噁嗪结构的化合物。噁嗪化合物已知有各种结构。本发明中所使用的噁嗪化合物的结构并无特别的限定,可例示苯并噁嗪或萘并噁嗪等具有芳香族基(包括缩合多环芳香族基)的噁嗪结构。噁嗪化合物的例子可列举如国际公开第2004/009708号说明书、日本专利特开平11-12258号公报、日本专利特开2004-352670号公报等中所记载的化合物。噁嗪化合物的含量相对于聚合物成分的合计量而言使用0.1wt%~50wt%。噁嗪化合物的含量优选为1wt%~40wt%,更优选为1wt%~20wt%。
而且,交联剂自身反应而成为网状结构的聚合物,用以提高聚酰胺酸或聚酰亚胺的膜强度的交联剂也可以使用于与上述同样的目的中。此种交联剂可列举日本专利特开平10-310608号公报、日本专利特开2004-341030号公报等中所记载的多官能乙烯醚、马来酰亚胺、或上述化合物(G1)以及化合物(G2)所表示的双烯丙基纳迪克酰亚胺衍生物等。于使用该些交联剂时,其优选的比例相对于聚合物成分的合计量而言为5wt%~100wt%,更优选为10wt%~50wt%。
于本发明的液晶配向剂中优选使用至少一种聚酰胺酸,也可以将聚酰胺酸与未使用本发明二胺(I)而制造的其他聚酰胺酸组合使用。于组合其他聚酰胺酸的情况时的混合比例,以聚合物总量为基准而言,本发明的聚酰胺酸为10wt%~95wt%,其他的聚酰胺酸为5wt%~90wt%,即使本发明的聚酰胺酸的比例少也可以获得充分的效果。于本发明的液晶配向剂中,可并用酸酐与二胺反应而所得的聚酰胺酸以外的聚合物、例如聚酯或环氧树脂等。然而,于并用此种其他的聚合物时,以聚合物的总重量为基准而言,其比例优选为30wt%以下。
本发明的配向剂是将聚酰胺酸溶解于溶剂中而成的溶液。该溶剂可根据使用目的而自公知的聚酰胺酸的制造或使用中所使用的溶剂中进行适宜选择。若对该些溶剂加以例示,则如下所示。
非质子性极性有机溶剂的例子可列举:N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基咪唑啉酮、N-甲基己内酰胺、N-甲基丙酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二乙基甲酰胺、N,N-二乙基乙酰胺(DMAc)、以及γ-丁内酯(GBL)等内酯。
作为除上述以外的、以改善涂布性等为目的的溶剂的优选例可列举:乳酸烷基酯、3-甲基-3-甲氧基丁醇、萘满、异佛尔酮、乙二醇单烷基醚(例如乙二醇单丁醚(BCS))、二乙二醇单烷基醚(例如二乙二醇单***)、乙二醇单苯基醚、三乙二醇单烷基醚、丙二醇单烷基醚(例如丙二醇单丁醚)、丙二酸二烷酯(例如丙二酸二乙酯)、二丙二醇单烷基醚(例如二丙二醇单甲醚)、以及所述二醇单醚类的酯化合物。所述化合物中,特别优选NMP、二甲基咪唑啉酮、GBL、BCS、二乙二醇单***、丙二醇单丁醚以及二丙二醇单甲醚。
本发明的配向剂可视需要而进一步含有各种添加剂。例如,于希望涂布性的进一步提高时,也可以适量含有实现该目的的表面活性剂;于需要抗静电的进一步提高时,也可以适量含有抗静电剂。
本发明的配向剂中的聚合物的浓度优选为0.1wt%~40wt%,更优选为1wt%~10wt%。于将该配向剂涂布于基板上时,于必须调整膜厚的情况时,可预先利用溶剂加以稀释而调整含有聚合物的浓度。
本发明的液晶配向剂的粘度因涂布的方法、聚酰胺酸以及其衍生物的浓度、所使用的聚酰胺酸以及其衍生物的种类、溶剂的种类与比例而造成优选的范围不同。例如,于利用印刷机而涂布的情况时为5mPa·s~100mPa·s(更优选为10mPa·s~80mPa·s)。若小于5mPa·s,则变得难以获得充分的膜厚;若超过100mPa·s,则存在印刷不均变大的现象。于利用旋涂而涂布的情况时,5mPa·s~200mPa·s(更优选为10mPa·s~100mPa·s)较为适宜。于使用喷墨涂布装置而涂布的情况时,5mPa·s~50mPa·s(更优选为5mPa·s~20mPa·s)较为适宜。液晶配向剂的粘度可利用旋转粘度测定法而测定,例如使用旋转粘度计(东机产业制造的TVE-20L型)而测定(测定温度:25℃)。
本发明的配向膜可利用如下所述的方法将上述配向剂涂布于基板上,视需要以比较低的温度将溶剂加热除去(预备煅烧);其次,进一步促进溶剂除去,提高聚酰胺酸的酰亚胺化率而使其表现出配向膜本来的特性,因此以比较高的温度进行加热(正式煅烧)而获得。还可以视需要对如上而所得的膜实施摩擦处理。
液晶配向剂的涂布方法通常已知有旋涂法、印刷法、浸渍法、滴下法、喷墨法等。这些方法也可以适用于本发明中。
本发明的液晶显示元件是具有如下部件的液晶显示元件:对向配置着的一对基板、于所述一对基板的分别对向着的面的其中一个面或两个面上所形成的电极、于所述一对基板的分别对向着的面上所形成的本发明的液晶配向膜、于所述一对基板间所形成的液晶层。
所述电极若为于基板的一个面上所形成的电极则并无特别的限定。此种电极例如可列举ITO或金属的蒸镀膜等。而且,电极也可以形成于基板的其中一个面的整个面上,例如也可以形成为图案化而成的所期望的形状。电极的所述所期望的形状例如可列举梳型或锯齿状结构等。电极可形成于一对基板中的其中一个基板上,也可以形成于两个基板上。电极的形成形态根据液晶显示元件的种类而有所不同,例如于IPS型液晶显示元件的情况时,于所述一对基板的其中一个上配置电极;于其他的液晶显示元件的情况时,于所述一对基板的两个上配置电极。于所述基板或电极上形成所述液晶配向膜。
所述液晶层是以形成有液晶配向膜的面对向着的所述一对基板夹持液晶组成物的形式而形成的。于液晶层的形成中,可视需要使用微粒子或树脂薄板等间隔于所述一对基板之间而形成适当间隔的间隔物。于所述液晶组成物中,可无特别限定地使用公知的液晶组成物。
本发明的配向膜于作为液晶配向膜而形成液晶显示元件时,对于公知的所有液晶组成物而言可改善其特性。利用所述方法而制造的本发明的配向膜特别是对于难以进行摩擦处理的大画面显示器的配向缺陷改善而言效果大。此种大画面显示器由TFT而驱动控制。而且,此种TFT型液晶显示元件中所使用的液晶组成物于日本专利第3086228号公报、日本专利2635435号公报、日本专利特表平5-501735号公报、以及日本专利特开平9-255956号公报中有所记载。因此,本发明的配向膜优选与该些文献中所记载的液晶组成物组合使用。
本发明的液晶显示元件例如于IPS用时显示出高的黑电平值等,配向性优异。该黑电平的值可以如下的方式进行测定。亦即,使摩擦方向逆平行而将组装的单元配置于显微镜的平台上,以成为最小亮度的方式使偏光元件以及检偏镜旋转。自单元的背后接触固定亮度的光,使用安装在偏光显微镜上的光电子倍增器而感知透过单元的光,将该透过的光的量转换为电压而进行测量(偏光显微镜的倍率为100倍;目镜10倍×物镜10倍)。所得的电压值越小,则黑电平越良好。于本申请发明中实际上1500μV以下较为适宜,更适宜的是900μV以下。
本发明的配向膜特别是可赋予液晶显示元件良好的黑电平与高的电气特性。可以通过使用本发明的二胺(1)而表现此种优异的特性。此时,本发明的二胺(1)的除OH或NH2基以外的可取代的部位也可以被不引起特性恶化的任意基所取代。
本发明的液晶显示元件于关系到液晶显示元件的可靠性的电气特性方面亦优异。此种电气特性可列举电压保持率以及离子密度。电压保持率(VHR)是于帧周期(frame period)期间于液晶显示元件上保持对液晶显示元件所施加的电压的比例,表示液晶显示元件的显示特性。本发明的液晶显示元件使用5V以及频率为30Hz的矩形波,于60℃的温度条件下所测定的电压保持率为97.0%以上,使用5V以及频率为0.3Hz的矩形波,于60℃的温度条件下所测定的电压保持率为85.0%以上,于防止显示不良的观点而言较为优选。
离子密度是于对液晶显示元件施加电压时所产生的除了起因于液晶的驱动以外的暂态电流,表示液晶显示元件中的液晶所含的离子性杂质的浓度大小。自防止液晶显示元件的烧痕的观点考虑,优选本发明的液晶显示元件的离子密度为300pC以下。
[实例]
以下,利用实例以及比较例对本发明加以说明。
实例中的液晶显示元件的评价方法如下所示。
<预倾角测定>
依据晶体旋转法(Crystal rotation method)而测定。
<电压保持率>
依照“水嶋他、第14次液晶讨论会论文集p78(1988)”中所记载的方法,于60℃下,对单元施加波峰值±5V的矩形波而进行。该电压保持率的值是表示所施加的电压于帧周期之后保持何种程度的指标,该值若为100%,则表示保持所有的电荷。
<液晶中的离子量测定(离子密度)>
依照应用物理、第65卷、第10号、1065(1996)中所记载的方法,使用东阳技术公司制造的液晶物性测定***6254型而进行测定。使用频率为0.01Hz的三角波,于±10V的电压范围、60℃的温度下进行测定(电极的面积为1cm2)。若离子密度大,则容易产生由于离子性杂质所造成的烧痕等不良情况。亦即,离子密度是成为预测烧痕产生的指标的物性值。
<1H-NMR>
使用布鲁克拜厄斯宾(Bruker BioSpin)公司制造的DRX-500而进行测定。样品均于1wt%氘代氯仿中进行测定。
<重量平均分子量(Mw)>
液晶配向剂中的聚酰胺酸的重量平均分子量(Mw)可将含有0.6wt%磷酸的DMF作为洗脱液,使用Shodex公司制造的GF7MHQ管柱,于管柱温度为50℃下,利用凝胶渗透色谱(GPC)法而进行测定,并通过进行聚苯乙烯换算而求出。
<粘度>
使用粘度计(东机产业公司制造、TV-22),于25℃下进行测定。
[实例1]化合物(I-5)的合成
<第1阶段:酰胺的合成>
于安装有搅拌装置、温度计、氮气导入管以及滴液漏斗的200mL三口烧瓶中加入市售的2-氨基-2-羟基甲基-1,3-丙二醇10.0g(82.6mmol)以及三乙胺10.0g(99.1mmol),使其溶解于N,N-二甲基甲酰胺50mL中。将溶液冷却至5℃,于其中缓缓添加市售的3,5-二硝基苯甲酰氯15.2g(66.0mmol)。其次,将反应液升温至80℃,进一步搅拌12小时。于放置冷却后,减压馏去溶剂而获得粗结晶。将所得的粗结晶于乙醇中进行再结晶,获得3,5-二硝基-N-((三羟基甲基)甲基)苯甲酰胺。产量为17.7g,产率为85%。
<第2阶段:硝基的还原>
于高压釜用反应管中,放入先前所得的3,5-二硝基-N-((三羟基甲基)甲基)苯甲酰胺17.0g(53.9mmol)以及5%钯/碳粉末1.7g,添加乙醇500mL。使***内成为氢气环境,于氢气压力0.5mPa、室温下进行24小时的搅拌。除去反应液中的钯/碳粉末,减压馏去溶剂而获得粗结晶。将所得的粗结晶于乙醇中进行再结晶,获得3,5-二氨基-N-((三羟基甲基)甲基)苯甲酰胺。产量为12.5g、产率为91%。
1H-NMR(ppm):6.89(s,-NHCO-,1H),6.13(d,arm.H,2H),5.91(t,arm.H,1H),4.91-4.93(br.s,-OH,-NH2,7H),3.58-3.60(d,-CH2-,6H).
[实例2]化合物(1-9)的合成
<第1阶段:酰胺的合成>
于安装有搅拌装置、温度计、氮气导入管以及滴液漏斗的200mL三口烧瓶中放入市售的二乙醇胺10.0g(95.1mmol)以及三乙胺11.5g(114.1mmol),溶解于N,N-二甲基甲酰胺100mL中。将溶液冷却至5℃,于其中缓缓添加市售的3,5-二硝基苯甲酰氯21.9g(95.1mmol)。其次,将反应液升温至80℃,进一步进行12小时的搅拌。放置冷却后,减压馏去溶剂而获得粗结晶。将所得的粗结晶于乙醇中进行再结晶,获得N,N-双(2-羟乙基)-3,5-二硝基苯甲酰胺。产量为25.0g、产率为88%。
<第2阶段:硝基的还原>
于高压釜用反应管中放入先前所得的N,N-双(2-羟乙基)-3,5-二硝基苯甲酰胺20.0g(66.8mmol)以及5%钯/碳粉末2.0g,添加乙醇500mL。使***内成为氢气环境,于氢气压力0.5mPa、室温下进行24小时的搅拌。除去反应液中的钯/碳粉末,减压馏去溶剂而获得粗结晶。将所得的粗结晶于乙醇中进行再结晶,获得N,N-双(2-羟乙基)-3,5-二氨基苯甲酰胺。产量为14.4g、产率为90%。
[实例3]
<聚酰胺酸的合成>
于安装有搅拌装置、温度计的三口烧瓶中放入依照实例1而合成的化合物(I-5)2.2641g以及4,4′-二氨基二苯基甲烷(化合物(2-1))0.4396g,于其中添加N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)60g而溶解。将溶液冷却至5℃,于其中添加环丁烷四甲酸二酐(MMDA(A-16))1.0871g以及均苯四甲酸二酐(PMDA(A-1))1.2091g,添加NMP 5g。将反应液升温至室温,进行12小时的搅拌。于其中添加乙二醇单丁醚(BC)30g,获得聚酰胺酸浓度为5wt%的溶液。溶液的25℃粘度为35mPa··sec。将该溶液作为清漆A。该清漆中的聚酰胺酸的重量平均分子量为42,000。
[实例4~实例17]
如表1所示那样变更二胺以及酸二酐,除此以外利用与实例3同样的操作而获得聚酰胺酸浓度为5wt%、25℃粘度为35mPa··sec的清漆。将所调制的清漆中所含的聚合物的单体组成与重量平均分子量的测定值,包括实例3而示于表1中(括号内为mo1%)。
[表1]
[实例18]
<黑电平测定用单元的制作>
于样品瓶中称取清漆A 1.0g,添加NMP/BC=1/1(重量比)而使总量为1.67g。于透明玻璃基板上滴加该聚酰胺酸浓度约为3wt%的溶液,利用旋涂法进行涂布(2,000rpm、15秒)。于涂布后,于80℃下对基板进行3分钟的加热而使溶剂蒸发,其后于230℃的烘箱中进行20分钟的加热处理。对利用该加热处理而形成的膜厚约70nm的聚酰亚胺膜进行摩擦处理(压入0.3mm、平台进给速度为60m/sec、转速1000rpm、配向布为YA-18-R(人造丝))。将该配向膜于超纯水中进行5分钟的超声波清洗后,于120℃的烘箱中进行30分钟的干燥。使形成配向膜的面为内侧,以摩擦方向成为逆平行的方式而将2枚玻璃基板对向配置后,以包含25μm的填缝剂的环氧硬化剂进行密封,制作间隙为25μm的逆平行单元(anti-parallel cell)。于该单元中注入下述的液晶组成物A,用光硬化性密封剂将注入口密封。其次,于110℃下进行30分钟的加热处理,制作液晶显示元件。使用所得的单元而测定黑电平,电压的测定值为1,070μV。
<液晶组成物A>
[化76]
[实例19~实例32]
将清漆A替换为清漆B~清漆O,除此以外基于实例18中所记载的方法而制作黑电平测定用单元。其中,关于使用清漆H而制作的单元,并未对其聚酰亚胺膜进行摩擦处理,注入液晶组成物B。将该些实例的黑电平的测定结果与实例18的结果一同示于表2中。
<液晶组成物B>
[化77]
[表2]
于所制作的单元中,全部观测到良好的黑电平。
[实例33]
<预倾角以及电气特性测定用单元的制作>
于样品瓶中称取1.0g清漆A,添加NMP/BC=1/1(重量比)而使总量为1.67g。于透明玻璃基板上滴加该聚酰胺酸浓度约为3wt%的溶液,利用旋涂法进行涂布(2,000rpm、15秒)。于涂布后,于80℃下对基板进行3分钟的加热而使溶剂蒸发,其后于230℃的烘箱中进行20分钟的加热处理。对利用该加热处理而形成的膜厚约70nm的聚酰亚胺膜进行摩擦处理(压入0.3mm、平台进给速度为60m/s、转速1000rpm、配向布为YA-18-R(人造丝))。将该配向膜于超纯水中进行5分钟的超声波清洗后,于120℃的烘箱中进行30分钟的干燥。于其中一枚配向膜上散布7μm的填缝剂。使其与另1枚基板的配向膜面为内侧,以摩擦方向成为逆平行而进行对向配置后,以环氧硬化剂进行密封,制作间距为7μm的逆平行单元。于该单元中注入液晶组成物A,用光硬化性密封剂而将注入口密封。其次,于110℃下进行30分钟的加热处理,制作液晶显示元件。该单元的电压保持率为98.5%(30Hz)以及90.5%(0.3Hz),预倾角为1.2°,离子密度为85pC。
[实例34~实例47]
将清漆A替换为清漆B~清漆O,除此以外基于实例33中记载的方法而制作电气特性测定用单元。其中,关于使用清漆H而制作的单元,并未对其聚酰亚胺膜进行摩擦处理,注入液晶组成物B。将该些实例的电气特性以及预倾角的测定结果与实例33的结果一同示于表3中。
[表3]
于所制作的单元中,全部观测到良好的VHR以及离子密度。
[实例48~实例62]
<环氧化合物添加剂的效果的确认>
分别于样品瓶中称取1.0g的清漆A~清漆O,添加NMP/BC=1/1(重量比)而使总量为1.67g。于其中添加0.01g的环氧添加剂(E1)~环氧添加剂(E5)的任一种,加以充分搅拌。依据实例17中所记载的方法而制作黑电平测定用单元以及电气特性测定用单元。其中,关于使用清漆H而制作的单元,并未对其聚酰亚胺膜进行摩擦处理,注入液晶组成物B。使用所制作的单元,进行黑电平测定、VHR测定(30Hz以及0.3Hz)、离子密度测定以及预倾角测定。将测定结果示于表4中。
[表4]
可确认:通过添加环氧化合物,并不使VHR以及离子密度降低,而且预倾角亦无变动,且可进一步提高黑电平。
[实例63~实例77]
<噁唑啉化合物添加剂的效果的确认>
分别于样品瓶中称取1.0g的清漆A~清漆O,添加NMP/BC=1/1(重量比)而使总量为1.67g。于其中添加0.01g的噁唑啉添加剂(F1),加以充分搅拌。依据实例17中记载的方法而制作黑电平测定用单元以及电气特性测定用单元。其中,关于使用清漆H而制作的单元,并未对其聚酰亚胺膜进行摩擦处理,注入液晶组成物B。使用所制作的单元,进行黑电平测定、VHR测定(30Hz以及0.3Hz)、离子密度测定以及预倾角测定。将测定结果示于表5中。
[表5]
可确认:通过添加噁唑啉化合物,VHR以及离子密度亦不降低,而且预倾角亦无变动,且黑电平进一步提高。
[比较例1]化合物C1的合成
[化78]
<第1阶段:酰胺的合成>
于安装有搅拌装置、温度计、氮气导入管以及滴液漏斗的200mL三口烧瓶中放入市售的3-氨基-3-乙基-正戊烷10.0g(86.8mmol)以及三乙胺13.2g(130.2mmol),溶解于N,N-二甲基甲酰胺50mL中。将溶液冷却至5℃,于其中缓缓添加市售的3,5-二硝基苯甲酰氯18.0g(78.1mmol)。其次,将反应液升温至80℃而进行12小时的搅拌。放置冷却后,减压馏去溶剂而获得粗结晶。将所得的粗结晶于甲苯中进行再结晶,获得3,5-二硝基-N-((三乙基)甲基)苯甲酰胺。产量为19.6g、产率为81%。
<第2阶段:硝基的还原>
于高压釜用反应管中放入先前所得的3,5-二硝基-N-((三乙基)甲基)苯甲酰胺19.0g(61.4mmol)以及5%钯/碳粉末,添加乙醇500mL。使***内成为氢气环境,于氢气压力0.5mPa、室温下进行24小时的搅拌。除去反应液中的钯/碳粉末,减压馏去溶剂而获得粗结晶。将所得的粗结晶于乙醇中进行再结晶,获得3,5-二氨基-N-((三乙基)甲基)苯甲酰胺。产量为13.6g、产率为89%。
1H-NMR(ppm):7.42(s,-NHCO-,1H),6.45(d,arm.H,2H),5.90(t,arm.H,1H),4.78(br.s,-NH2,4H),1.41-1.45(q,-CH2-,6H),1.04(t,-CH3,9H).
[比较例2~比较例4]
<聚酰胺酸的调制>
基于实例2中所记载的方法,获得聚酰胺酸浓度为5wt%、粘度为35mPa··s的清漆X~清漆Z。将所调制的清漆示于表6(括号内为mol%)。
[表6]
[比较例5~比较例7]
<黑电平测定以及电气特性测定>
基于实例17中所记载的方法,制作黑电平测定用单元以及电气特性测定用单元,进行测定。将测定结果示于表7中。
[表7]
可知:由使用二胺C1作为原料之一的配向剂而构成的单元的黑显示特性并不充分。
[比较例8~比较例10]
<添加剂的效果的确认>
于样品瓶中称取1.0g的比较例7中所得的清漆Z,添加NMP/BC=1/1(重量比)而使总量为1.67g。于其中添加0.01g的环氧化合物或噁唑啉化合物的任一种,加以充分搅拌。基于实例17中所记载的方法而制作黑电平测定用单元以及电气特性测定用单元,进行测定。将添加化合物以及测定结果示于表8中。
[表8]
即使添加各种化合物,亦未发现黑显示的改善。而且,于一部分单元中确认预倾角的变动。