液晶取向劑、液晶取向膜及液晶顯示元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及能夠形成抑制光反應(yīng)性的下降、進(jìn)行利用光而實(shí)施的液晶取向控制、 而且使液晶的響應(yīng)速度提尚的液晶取向I旲的液晶取向劑、液晶取向I旲、以及液晶顯不兀件。
【背景技術(shù)】
[0002] 液晶顯示元件作為輕量、薄型且低耗電的顯示器件眾所周知，近年來(lái)被應(yīng)用于大 型的電視機(jī)用途等，已取得了驚人的發(fā)展。
[0003] 液晶顯不兀件是在一對(duì)基板間夾持并封入液晶層的同時(shí)，使液晶層的液晶在基板 之間以規(guī)定方向進(jìn)行取向而構(gòu)成的。在液晶顯示元件中，液晶通過(guò)對(duì)設(shè)置在一對(duì)基板上的 電極施加電壓來(lái)進(jìn)行響應(yīng)，進(jìn)行取向變化。
[0004] 液晶顯示元件利用通過(guò)施加電壓而導(dǎo)致的液晶的取向變化，可進(jìn)行所希望的圖像 的顯示。
[0005] 該液晶顯示元件有液晶分子的初期取向狀態(tài)或通過(guò)施加電壓而導(dǎo)致的取向變化 的形態(tài)不同的多種液晶模式。例如，作為液晶分子的初期取向狀態(tài)，已知在一對(duì)基板間液晶 90°扭轉(zhuǎn)取向的TN(扭轉(zhuǎn)向列TwistedNematic)模式等。
[0006] 近年，在液晶顯示元件的顯示方式中，使具有負(fù)的介電各向異性的液晶分子在基 板上垂直取向的垂直取向（VA:VerticalAlignment)模式的液晶顯示元件得到了積極開(kāi) 發(fā)（例如參照專利文獻(xiàn)1以及專利文獻(xiàn)2。）。
[0007] 在該VA模式液晶顯示元件中，通過(guò)施加電壓，垂直取向的液晶向規(guī)定方向一致傾 斜的同時(shí)進(jìn)行取向變化以與基板平行。于是，VA模式液晶顯示元件可實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度和寬視 角、而且可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的響應(yīng)特性。
[0008] 該VA模式液晶顯示元件為了能夠進(jìn)行上述的液晶的取向變化，因此要求液晶形 成大致垂直取向的狀態(tài)作為沒(méi)有施加電壓時(shí)的液晶的初期取向狀態(tài)。即，VA模式液晶顯示 元件要求液晶形成從基板的法線方向向著面內(nèi)的規(guī)定方向略微傾斜的取向狀態(tài)作為液晶 的初期取向狀態(tài)。
[0009] 已知在VA模式液晶顯示元件中，有數(shù)種實(shí)現(xiàn)上述的液晶的大致垂直取向狀態(tài)的 方式。
[0010] 例如，在VA模式液晶顯示元件中，已知在夾持液晶的TFT基板或?yàn)V色基板上形 成實(shí)現(xiàn)上述的液晶的大致垂直取向狀態(tài)的突起結(jié)構(gòu)的MVA(多疇垂直取向Multi-domain VerticalAlignment)方式。此外，還已知在由夾持液晶層的基板的IT0(氧化銦錫Indium TinOxide)等構(gòu)成的電極上設(shè)置狹縫結(jié)構(gòu)、通過(guò)形成的傾斜電場(chǎng)來(lái)控制液晶的傾斜方向的 PVA(圖案垂直取向PatternedVerticalAlignment)方式。作為其它方式，還有PSA(聚合 物穩(wěn)定取向PolymersusutainedAlignment)方式。
[0011] 該P(yáng)SA方式是在液晶中添加光聚合性化合物，在液晶層被夾持在基板間的狀態(tài)下 施加電場(chǎng)而使液晶傾斜取向。接著，在該液晶傾斜取向的狀態(tài)下在液晶層上照射光、例如 UV(紫外線）。其結(jié)果是，光聚合性化合物進(jìn)行光聚合，使液晶層中形成預(yù)傾角，在通過(guò)施加 電壓將傾斜取向的液晶的取向方向固定化的同時(shí)，提高了液晶的響應(yīng)速度。
[0012] 由于PSA方式通過(guò)施加電壓來(lái)控制液晶的傾斜取向方向，因此不需要在構(gòu)成液晶 顯示元件的基板上的電極上形成狹縫的結(jié)構(gòu)或設(shè)置MVA方式這樣的突起結(jié)構(gòu)。因此，具有 制造簡(jiǎn)化、可得到優(yōu)異的面板透射率的特征，在VA模式液晶顯示元件的上述各種方式中是 近年來(lái)尤其受到矚目的技術(shù)（參照專利文獻(xiàn)1)。
[0013] 然而，在PSA方式的液晶顯示元件中，存在添加入液晶的聚合性化合物的溶解性 低、若增加其添加量則在低溫時(shí)會(huì)發(fā)生析出的問(wèn)題。此外，另一方面，如果減少聚合性化合 物的添加量，則無(wú)法獲得良好的取向狀態(tài)、響應(yīng)速度。此外，還存在殘留于液晶中的未反應(yīng) 的聚合性化合物成為液晶中的雜質(zhì)而使液晶顯示元件的可靠性降低的問(wèn)題。
[0014] 于是，提出了將上述的聚合性化合物的功能作為側(cè)鏈結(jié)構(gòu)導(dǎo)入聚合物，由該聚合 物形成液晶取向膜，制造VA模式液晶顯示元件的技術(shù)（參照專利文獻(xiàn)4。）。
[0015] 在該技術(shù)中，在基板上涂布使用了在聚合物分子中導(dǎo)入了光反應(yīng)性側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)的 聚合物的液晶取向劑。然后，由通過(guò)進(jìn)行燒成而形成的液晶取向膜來(lái)夾持液晶層，在該液晶 層上一邊施加電壓一邊照射紫外線來(lái)制作液晶顯示元件。
[0016] 其結(jié)果是，即使是沒(méi)有在液晶中添加聚合性化合物的組成，也能夠通過(guò)施加電壓 來(lái)控制液晶進(jìn)行傾斜取向的方向，此外，能夠得到響應(yīng)速度快的液晶顯示元件。
[0017] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0018] 專利文獻(xiàn)
[0019] 專利文獻(xiàn)1 :國(guó)際公開(kāi)第2008/117615號(hào)文本
[0020] 專利文獻(xiàn)2 :日本專利特開(kāi)2008-76950號(hào)公報(bào)
[0021] 專利文獻(xiàn)3 :日本專利特開(kāi)2004-302061號(hào)公報(bào)
[0022] 專利文獻(xiàn)4 :日本專利特開(kāi)2011-95967號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0024] 如上所述，在使用具有光反應(yīng)性側(cè)鏈的聚合物的液晶取向膜中，如PSA方式那樣 不需要在液晶中添加光聚合性化合物，不會(huì)發(fā)生上述析出的問(wèn)題。于是，使用采用了具有光 反應(yīng)性的側(cè)鏈的聚合物的液晶取向膜的液晶顯示元件可實(shí)現(xiàn)液晶的傾斜取向方向的控制 和響應(yīng)速度的提高。
[0025] 但是，在使用具有光反應(yīng)性的側(cè)鏈的聚合物的液晶取向劑中，在基板上形成該涂 膜進(jìn)而進(jìn)行加熱時(shí)，則在去除溶劑等不需要的成分的同時(shí)，還發(fā)生聚合物成分之間的交聯(lián) 反應(yīng)等光反應(yīng)性側(cè)鏈的熱反應(yīng)。即，富于反應(yīng)性的聚合物的光反應(yīng)性側(cè)鏈有時(shí)會(huì)由于熱而 發(fā)生不希望的反應(yīng)。其結(jié)果是，燒成后的液晶取向膜中，側(cè)鏈的光反應(yīng)性在以其為必需的光 照射之前就失去了一部分而發(fā)生了下降。使用這樣的光反應(yīng)性下降了的液晶取向膜來(lái)夾持 液晶層，即使對(duì)液晶層一邊施加電壓一邊進(jìn)行UV等光照射，液晶顯示元件也不能實(shí)現(xiàn)所希 望的液晶的傾斜取向控制以及響應(yīng)速度的提高。
[0026] 因此，用于VA模式液晶顯示元件的液晶取向膜要求一種抑制所含有的側(cè)鏈的光 照射前的反應(yīng)、抑制光反應(yīng)性的下降、實(shí)現(xiàn)利用光而實(shí)施的液晶取向控制和響應(yīng)速度的提 高的液晶取向膜。即，要求一種形成抑制了光照射之前光反應(yīng)性下降的液晶取向膜的液晶 取向劑。
[0027] 本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠形成抑制光反應(yīng)性的下降、進(jìn)行利用光而實(shí)施 的液晶取向控制、而且使液晶的響應(yīng)速度提高的液晶取向膜的液晶取向劑、使用該液晶取 向劑而得的液晶取向膜、以及具備該液晶取向膜的液晶顯示元件。
[0028] 解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0029] 本發(fā)明人在為了實(shí)現(xiàn)上述目的而進(jìn)行研宄開(kāi)發(fā)時(shí)，經(jīng)過(guò)以下過(guò)程實(shí)現(xiàn)了該目的， 從而完成了本發(fā)明。
[0030] 具有使用了在聚合物分子中導(dǎo)入了光反應(yīng)性側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)的聚合物的液晶取向膜 的VA模式液晶顯示元件由一對(duì)液晶取向膜夾持液晶層而構(gòu)成。接著，對(duì)在一對(duì)液晶取向膜 之間垂直取向的液晶施加電壓，實(shí)現(xiàn)所希望的液晶的傾斜取向狀態(tài)后，照射UV等光，使光 反應(yīng)性側(cè)鏈發(fā)生聚合反應(yīng)。此時(shí)，光反應(yīng)性側(cè)鏈的聚合反應(yīng)以將位于它們附近的一部分液 晶帶入反應(yīng)的狀態(tài)進(jìn)行。其結(jié)果是，光反應(yīng)性側(cè)鏈的光聚合反應(yīng)使傾斜取向的一部分液晶 的取向狀態(tài)固定化。因此，在液晶取向膜之間夾持的液晶層中形成預(yù)傾角，其結(jié)果是顯著提 高了液晶顯示元件的液晶響應(yīng)速度。
[0031] 因此，希望液晶顯示元件的液晶取向膜以足夠的量具備光反應(yīng)性側(cè)鏈。例如，液晶 取向膜的形成通過(guò)涂布液晶取向劑形成涂膜和加熱燒成來(lái)實(shí)現(xiàn)，但光反應(yīng)性側(cè)鏈也會(huì)由于 熱而發(fā)生聚合反應(yīng)。因此，上述的涂膜的加熱燒成后，在欲通過(guò)光照射來(lái)進(jìn)行液晶取向控制 的階段中，有時(shí)在液晶取向膜中已沒(méi)有殘留足夠量的具有光反應(yīng)性的側(cè)鏈。尤其是為了實(shí) 現(xiàn)液晶取向膜的均勻的膜特性，有時(shí)進(jìn)行高溫及/或長(zhǎng)時(shí)間的燒成，但在這樣的情況下，液 晶取向膜中光反應(yīng)性側(cè)鏈的殘留變少，光反應(yīng)性顯著下降。其結(jié)果是不能實(shí)現(xiàn)所希望的液 晶取向狀態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)液晶顯示元件中液晶響應(yīng)速度的充分提高。
[0032] 于是，本發(fā)明人著眼于在液晶取向膜中導(dǎo)入阻聚功能。即，將含有對(duì)聚合物的光反 應(yīng)性側(cè)鏈顯示阻聚功能的成分的液晶取向劑用于液晶取向膜的形成，抑制光照射前聚合物 側(cè)鏈的熱反應(yīng)。例如，在側(cè)鏈由于加熱燒成而發(fā)生自由基聚合的情況下，捕捉在其加熱燒成 時(shí)產(chǎn)生的自由基，將鈍化自由基聚合的阻聚成分用于液晶取向膜的形成。發(fā)現(xiàn)藉此能夠抑 制由于液晶取向膜的熱而導(dǎo)致的聚合，液晶取向膜能夠進(jìn)行利用光照射而實(shí)施的所希望的 液晶取向控制，其結(jié)果是可實(shí)現(xiàn)液晶的響應(yīng)速度的提高。
[0033] 本發(fā)明是基于該發(fā)現(xiàn)而完成的發(fā)明，包括以下技術(shù)內(nèi)容。
[0034] (1) 一種液晶取向劑，含有由含有下述式⑴表示的烷氧基硅烷和下述式⑶表 示的烷氧基硅烷的原料烷氧基硅烷形成的聚硅氧烷成分（A)、以及阻聚成分（B)，該阻聚成 分（B)作為上述聚硅氧烷成分（A)的構(gòu)成部分、或上述聚硅氧烷成分（A)以外的其他物質(zhì) 而含有。
[0035] RiUOR2、 (1)
[0036] (R1為下述式⑵表示的基團(tuán)，R2為碳數(shù)1~5的烷基。）
[0037] [化 1]
[0039] (Y1 為單鍵、-(CH2) a-(a為 1 ~15 的整數(shù)）、-0-、-CH2〇-、-C00-或-0C0-。
[0040] Y2為單鍵、具有雙鍵的碳數(shù)3~8的直鏈狀或支鏈狀的2價(jià)烴基、或者-(CR17R18) b-(b為1~15的整數(shù)，R17以及R18分別獨(dú)立地表示氫原子或者碳數(shù)1~3的烷基。）。
[0041 ] Y3是單鍵、-(CH2) c-(c為 1 ~15 的整數(shù)）、-0-、-CH2〇-、-COO-或-OCO-。
[0042] Y4為選自單鍵、苯環(huán)、環(huán)己基環(huán)及雜環(huán)的2價(jià)環(huán)狀基或具有類固醇骨架的碳數(shù) 12~25的2價(jià)有機(jī)基，環(huán)狀基上的任意的氫原子可以被碳數(shù)1~3的烷基、碳數(shù)1~3的 烷氧基、碳數(shù)1~3的含氟烷基、碳數(shù)1~3的含氟烷氧基或氟原子取代。
[0043] Y5是選自苯環(huán)、環(huán)己基環(huán)及雜環(huán)的至少1種的2價(jià)環(huán)狀基，這些環(huán)狀基上的任意的 氫原子可以被碳數(shù)1~3的烷基、碳數(shù)1~3的烷氧基、碳數(shù)1~3的含氟烷基、碳數(shù)1~ 3的含氟烷氧基或氟原子取代。
[0044] nl為0~4的整數(shù)。
[0045] Y6為氫原子、碳數(shù)1~18的烷基、碳數(shù)1~18的含氟烷基、碳數(shù)1~18的烷氧基 或碳數(shù)1~18的含氟烷氧基。）
[0046] [化 2]
[0048] (R21、R22以及R23分別獨(dú)立地為-〇CH3、-〇C2H5、-0〇1(〇13)2、-0(：(〇1 3)3、-〇13、-?11(苯 基）、-ci、-ococh3、-oh或。
[0049] R24為氫原子或甲基。
[0050] Y21為單鍵、或者可含有雙鍵的碳數(shù)1~8的直鏈狀或支鏈狀的烴基。
[0051] Y22為選自單鍵、-0-、-CO-、-COO-、-OCO-、-NH-、-N(CH 3)_、-NPh-、-NHCO-、-N(CH3)⑶-、-NPh⑶-、-NHS02-、-N(CH3)S02-、-NPhS02-、-s-、-S02-、-NH⑶NH、-N(CH3) CONH-、-NPhCONH-、-NHCOO-以及-OCONH-的連接基團(tuán)。
[0052] Y23、Y24分別獨(dú)立地為單鍵、或者碳數(shù)1~8的直鏈狀或支鏈狀的烴基。
[0053] Y25為單鍵、-0-或-NZ2_，&為氫原子、碳數(shù)1~18的直鏈狀或支鏈狀的烴基、芳 香族環(huán)基、或脂肪族環(huán)基。
[0054] Cy為烷基或選自下述的、在任意取代位置上成鍵的2價(jià)環(huán)狀基，這些環(huán)狀基上的 任意的氫原子可被碳數(shù)1~3的烷基、碳數(shù)1~3的烷氧基、氰基、氟原子或氯原子所取代。）
[0055] [化 3]
[0056]
[0057] (Zi為可含有芳香族環(huán)基或脂肪族環(huán)基的碳數(shù)1~18的直鏈狀或支鏈狀的2價(jià)烴 基。）
[0058] (2)如上述（1)所述的液晶取向劑，其中，上述原料烷氧基硅烷還含有具備具有阻 聚功能的基團(tuán)的下述式（5)表示的烷氧基硅烷，阻聚成分（B)作為所得到的聚硅氧烷成分 (A)的構(gòu)成部分而含有。
[0059] RaSi(ORb)3 (5)
[0060] (Ra為具有阻聚功能的基團(tuán)，Rb為碳數(shù)1~5的烷基。）
[0061] (3)如上述⑴所述的液晶取向劑，其中，由下述式（5)表示的烷氧基硅烷形成的 聚硅氧烷作為上述聚硅氧烷成分（A)以外的其他物質(zhì)而含有。
[0062] RaSi(ORb)3 (5)
[0063] (Ra為具有阻聚功能的基團(tuán)，Rb為碳數(shù)1~5的烷基。）
[0064] (4)如上述⑵或⑶所述的液晶取向劑，其中，上述式（5)表示的烷氧基硅烷為 下述化合物。
[0065][化 4]
[0067] (5)上述⑴所述的液晶取向劑，其中，作為上述聚硅氧烷成分（A)以外的其他物 質(zhì)而含有的阻聚成分（B)為苯酚、兒茶酚、苯醌、氫醌、或它們的酯或醚化物或烷基化而得 的受阻酚類、吩噻嗪、受阻胺、羥胺或亞硝胺。
[0068] (6)如上述⑴~（5)中任一項(xiàng)所述的液晶取向劑，其中，上述阻聚成分⑶相對(duì) 于上述聚硅氧烷成分（A)，含有0. 01~20摩爾％。
[0069] (7)如上述⑴~（6)中任一項(xiàng)所述的液晶取向劑，其中，原料烷氧基硅烷中含有 2~30摩爾％上述式（1)表示的烷氧基硅烷，含有5~70摩爾％上述式（3)表示的烷氧基 硅烷。