液晶取向剂、液晶取向膜及液晶显示元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及能够形成抑制光反应性的下降、进行利用光而实施的液晶取向控制、 而且使液晶的响应速度提尚的液晶取向I旲的液晶取向剂、液晶取向I旲、以及液晶显不兀件。
【背景技术】
[0002] 液晶显示元件作为轻量、薄型且低耗电的显示器件众所周知，近年来被应用于大 型的电视机用途等，已取得了惊人的发展。
[0003] 液晶显不兀件是在一对基板间夹持并封入液晶层的同时，使液晶层的液晶在基板 之间以规定方向进行取向而构成的。在液晶显示元件中，液晶通过对设置在一对基板上的 电极施加电压来进行响应，进行取向变化。
[0004] 液晶显示元件利用通过施加电压而导致的液晶的取向变化，可进行所希望的图像 的显示。
[0005] 该液晶显示元件有液晶分子的初期取向状态或通过施加电压而导致的取向变化 的形态不同的多种液晶模式。例如，作为液晶分子的初期取向状态，已知在一对基板间液晶 90°扭转取向的TN(扭转向列TwistedNematic)模式等。
[0006] 近年，在液晶显示元件的显示方式中，使具有负的介电各向异性的液晶分子在基 板上垂直取向的垂直取向（VA:VerticalAlignment)模式的液晶显示元件得到了积极开 发（例如参照专利文献1以及专利文献2。）。
[0007] 在该VA模式液晶显示元件中，通过施加电压，垂直取向的液晶向规定方向一致倾 斜的同时进行取向变化以与基板平行。于是，VA模式液晶显示元件可实现高对比度和宽视 角、而且可实现优异的响应特性。
[0008] 该VA模式液晶显示元件为了能够进行上述的液晶的取向变化，因此要求液晶形 成大致垂直取向的状态作为没有施加电压时的液晶的初期取向状态。即，VA模式液晶显示 元件要求液晶形成从基板的法线方向向着面内的规定方向略微倾斜的取向状态作为液晶 的初期取向状态。
[0009] 已知在VA模式液晶显示元件中，有数种实现上述的液晶的大致垂直取向状态的 方式。
[0010] 例如，在VA模式液晶显示元件中，已知在夹持液晶的TFT基板或滤色基板上形 成实现上述的液晶的大致垂直取向状态的突起结构的MVA(多畴垂直取向Multi-domain VerticalAlignment)方式。此外，还已知在由夹持液晶层的基板的IT0(氧化铟锡Indium TinOxide)等构成的电极上设置狭缝结构、通过形成的倾斜电场来控制液晶的倾斜方向的 PVA(图案垂直取向PatternedVerticalAlignment)方式。作为其它方式，还有PSA(聚合 物稳定取向PolymersusutainedAlignment)方式。
[0011] 该PSA方式是在液晶中添加光聚合性化合物，在液晶层被夹持在基板间的状态下 施加电场而使液晶倾斜取向。接着，在该液晶倾斜取向的状态下在液晶层上照射光、例如 UV(紫外线）。其结果是，光聚合性化合物进行光聚合，使液晶层中形成预倾角，在通过施加 电压将倾斜取向的液晶的取向方向固定化的同时，提高了液晶的响应速度。
[0012] 由于PSA方式通过施加电压来控制液晶的倾斜取向方向，因此不需要在构成液晶 显示元件的基板上的电极上形成狭缝的结构或设置MVA方式这样的突起结构。因此，具有 制造简化、可得到优异的面板透射率的特征，在VA模式液晶显示元件的上述各种方式中是 近年来尤其受到瞩目的技术（参照专利文献1)。
[0013] 然而，在PSA方式的液晶显示元件中，存在添加入液晶的聚合性化合物的溶解性 低、若增加其添加量则在低温时会发生析出的问题。此外，另一方面，如果减少聚合性化合 物的添加量，则无法获得良好的取向状态、响应速度。此外，还存在残留于液晶中的未反应 的聚合性化合物成为液晶中的杂质而使液晶显示元件的可靠性降低的问题。
[0014] 于是，提出了将上述的聚合性化合物的功能作为侧链结构导入聚合物，由该聚合 物形成液晶取向膜，制造VA模式液晶显示元件的技术（参照专利文献4。）。
[0015] 在该技术中，在基板上涂布使用了在聚合物分子中导入了光反应性侧链的结构的 聚合物的液晶取向剂。然后，由通过进行烧成而形成的液晶取向膜来夹持液晶层，在该液晶 层上一边施加电压一边照射紫外线来制作液晶显示元件。
[0016] 其结果是，即使是没有在液晶中添加聚合性化合物的组成，也能够通过施加电压 来控制液晶进行倾斜取向的方向，此外，能够得到响应速度快的液晶显示元件。
[0017] 现有技术文献
[0018] 专利文献
[0019] 专利文献1 :国际公开第2008/117615号文本
[0020] 专利文献2 :日本专利特开2008-76950号公报
[0021] 专利文献3 :日本专利特开2004-302061号公报
[0022] 专利文献4 :日本专利特开2011-95967号公报
【发明内容】
[0023] 发明所要解决的技术问题
[0024] 如上所述，在使用具有光反应性侧链的聚合物的液晶取向膜中，如PSA方式那样 不需要在液晶中添加光聚合性化合物，不会发生上述析出的问题。于是，使用采用了具有光 反应性的侧链的聚合物的液晶取向膜的液晶显示元件可实现液晶的倾斜取向方向的控制 和响应速度的提高。
[0025] 但是，在使用具有光反应性的侧链的聚合物的液晶取向剂中，在基板上形成该涂 膜进而进行加热时，则在去除溶剂等不需要的成分的同时，还发生聚合物成分之间的交联 反应等光反应性侧链的热反应。即，富于反应性的聚合物的光反应性侧链有时会由于热而 发生不希望的反应。其结果是，烧成后的液晶取向膜中，侧链的光反应性在以其为必需的光 照射之前就失去了一部分而发生了下降。使用这样的光反应性下降了的液晶取向膜来夹持 液晶层，即使对液晶层一边施加电压一边进行UV等光照射，液晶显示元件也不能实现所希 望的液晶的倾斜取向控制以及响应速度的提高。
[0026] 因此，用于VA模式液晶显示元件的液晶取向膜要求一种抑制所含有的侧链的光 照射前的反应、抑制光反应性的下降、实现利用光而实施的液晶取向控制和响应速度的提 高的液晶取向膜。即，要求一种形成抑制了光照射之前光反应性下降的液晶取向膜的液晶 取向剂。
[0027] 本发明的目的在于，提供一种能够形成抑制光反应性的下降、进行利用光而实施 的液晶取向控制、而且使液晶的响应速度提高的液晶取向膜的液晶取向剂、使用该液晶取 向剂而得的液晶取向膜、以及具备该液晶取向膜的液晶显示元件。
[0028] 解决技术问题所采用的技术方案
[0029] 本发明人在为了实现上述目的而进行研宄开发时，经过以下过程实现了该目的， 从而完成了本发明。
[0030] 具有使用了在聚合物分子中导入了光反应性侧链的结构的聚合物的液晶取向膜 的VA模式液晶显示元件由一对液晶取向膜夹持液晶层而构成。接着，对在一对液晶取向膜 之间垂直取向的液晶施加电压，实现所希望的液晶的倾斜取向状态后，照射UV等光，使光 反应性侧链发生聚合反应。此时，光反应性侧链的聚合反应以将位于它们附近的一部分液 晶带入反应的状态进行。其结果是，光反应性侧链的光聚合反应使倾斜取向的一部分液晶 的取向状态固定化。因此，在液晶取向膜之间夹持的液晶层中形成预倾角，其结果是显著提 高了液晶显示元件的液晶响应速度。
[0031] 因此，希望液晶显示元件的液晶取向膜以足够的量具备光反应性侧链。例如，液晶 取向膜的形成通过涂布液晶取向剂形成涂膜和加热烧成来实现，但光反应性侧链也会由于 热而发生聚合反应。因此，上述的涂膜的加热烧成后，在欲通过光照射来进行液晶取向控制 的阶段中，有时在液晶取向膜中已没有残留足够量的具有光反应性的侧链。尤其是为了实 现液晶取向膜的均匀的膜特性，有时进行高温及/或长时间的烧成，但在这样的情况下，液 晶取向膜中光反应性侧链的残留变少，光反应性显著下降。其结果是不能实现所希望的液 晶取向状态，无法实现液晶显示元件中液晶响应速度的充分提高。
[0032] 于是，本发明人着眼于在液晶取向膜中导入阻聚功能。即，将含有对聚合物的光反 应性侧链显示阻聚功能的成分的液晶取向剂用于液晶取向膜的形成，抑制光照射前聚合物 侧链的热反应。例如，在侧链由于加热烧成而发生自由基聚合的情况下，捕捉在其加热烧成 时产生的自由基，将钝化自由基聚合的阻聚成分用于液晶取向膜的形成。发现藉此能够抑 制由于液晶取向膜的热而导致的聚合，液晶取向膜能够进行利用光照射而实施的所希望的 液晶取向控制，其结果是可实现液晶的响应速度的提高。
[0033] 本发明是基于该发现而完成的发明，包括以下技术内容。
[0034] (1) 一种液晶取向剂，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)，该阻聚成 分（B)作为上述聚硅氧烷成分（A)的构成部分、或上述聚硅氧烷成分（A)以外的其他物质 而含有。
[0035] RiUOR2、 (1)
[0036] (R1为下述式⑵表示的基团，R2为碳数1~5的烷基。）
[0037] [化 1]
[0039] (Y1 为单键、-(CH2) a-(a为 1 ~15 的整数）、-0-、-CH2〇-、-C00-或-0C0-。
[0040] Y2为单键、具有双键的碳数3~8的直链状或支链状的2价烃基、或者-(CR17R18) b-(b为1~15的整数，R17以及R18分别独立地表示氢原子或者碳数1~3的烷基。）。
[0041 ] Y3是单键、-(CH2) c-(c为 1 ~15 的整数）、-0-、-CH2〇-、-COO-或-OCO-。
[0042] Y4为选自单键、苯环、环己基环及杂环的2价环状基或具有类固醇骨架的碳数 12~25的2价有机基，环状基上的任意的氢原子可以被碳数1~3的烷基、碳数1~3的 烷氧基、碳数1~3的含氟烷基、碳数1~3的含氟烷氧基或氟原子取代。
[0043] Y5是选自苯环、环己基环及杂环的至少1种的2价环状基，这些环状基上的任意的 氢原子可以被碳数1~3的烷基、碳数1~3的烷氧基、碳数1~3的含氟烷基、碳数1~ 3的含氟烷氧基或氟原子取代。
[0044] nl为0~4的整数。
[0045] Y6为氢原子、碳数1~18的烷基、碳数1~18的含氟烷基、碳数1~18的烷氧基 或碳数1~18的含氟烷氧基。）
[0046] [化 2]
[0048] (R21、R22以及R23分别独立地为-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为氢原子或甲基。
[0050] Y21为单键、或者可含有双键的碳数1~8的直链状或支链状的烃基。
[0051] Y22为选自单键、-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-的连接基团。
[0052] Y23、Y24分别独立地为单键、或者碳数1~8的直链状或支链状的烃基。
[0053] Y25为单键、-0-或-NZ2_，&为氢原子、碳数1~18的直链状或支链状的烃基、芳 香族环基、或脂肪族环基。
[0054] Cy为烷基或选自下述的、在任意取代位置上成键的2价环状基，这些环状基上的 任意的氢原子可被碳数1~3的烷基、碳数1~3的烷氧基、氰基、氟原子或氯原子所取代。）
[0055] [化 3]
[0056]
[0057] (Zi为可含有芳香族环基或脂肪族环基的碳数1~18的直链状或支链状的2价烃 基。）
[0058] (2)如上述（1)所述的液晶取向剂，其中，上述原料烷氧基硅烷还含有具备具有阻 聚功能的基团的下述式（5)表示的烷氧基硅烷，阻聚成分（B)作为所得到的聚硅氧烷成分 (A)的构成部分而含有。
[0059] RaSi(ORb)3 (5)
[0060] (Ra为具有阻聚功能的基团，Rb为碳数1~5的烷基。）
[0061] (3)如上述⑴所述的液晶取向剂，其中，由下述式（5)表示的烷氧基硅烷形成的 聚硅氧烷作为上述聚硅氧烷成分（A)以外的其他物质而含有。
[0062] RaSi(ORb)3 (5)
[0063] (Ra为具有阻聚功能的基团，Rb为碳数1~5的烷基。）
[0064] (4)如上述⑵或⑶所述的液晶取向剂，其中，上述式（5)表示的烷氧基硅烷为 下述化合物。
[0065][化 4]
[0067] (5)上述⑴所述的液晶取向剂，其中，作为上述聚硅氧烷成分（A)以外的其他物 质而含有的阻聚成分（B)为苯酚、儿茶酚、苯醌、氢醌、或它们的酯或醚化物或烷基化而得 的受阻酚类、吩噻嗪、受阻胺、羟胺或亚硝胺。
[0068] (6)如上述⑴~（5)中任一项所述的液晶取向剂，其中，上述阻聚成分⑶相对 于上述聚硅氧烷成分（A)，含有0. 01~20摩尔％。
[0069] (7)如上述⑴~（6)中任一项所述的液晶取向剂，其中，原料烷氧基硅烷中含有 2~30摩尔％上述式（1)表示的烷氧基硅烷，含有5~70摩尔％上述式（3)表示的烷氧基 硅烷。