弱锚定液晶取向剂和液晶显示元件的制作方法

本发明涉及能够通过廉价且不含复杂工序的方法来制造表现出弱锚定特性的有机膜(弱锚定膜)，且用于实现进一步的高亮度化、低电压驱动化的液晶显示元件、以及能够用于它们的弱锚定液晶取向剂以及聚合物。

背景技术：

1、近年来，在移动电话、计算机和电视机的显示器等中广泛使用液晶显示元件。液晶显示元件具有薄型、轻量、低耗电等特性，期待今后面向vr(virtual reality：虚拟现实)、超高精细的显示器等更多方面的应用。在液晶显示器的显示方式中，提出了tn(twistednematic：扭曲向列)方式、ips(in-plane switching：平面转换)方式、va(verticalalignment：垂直取向)方式等各种显示方式，在所有的显示方式中使用将液晶引导至期望的取向状态的膜(液晶取向膜)。

2、特别是在平板pc、智能手机、智能tv等具备触控面板的产品中，优选即使触摸，显示也不易紊乱的ips方式，近年来，为了改善对比度、视角特性，应用使用了ffs(frindgefield switching：边缘场切换)方式的液晶显示元件、使用了光取向法的液晶取向技术。

3、但是，ffs方式与ips方式相比，存在基板的制造成本高，产生被称为vcom偏移的特有的显示不良的技术问题。另外，光取向法与摩擦取向法相比，在容易适应元件的扩大的方面，在能够大幅提高显示特性的方面具有优点，另一方面，可举出原理上的技术问题(如果使用光分解型材料，则存在源自分解物的显示不良，如果为异构化型，则存在取向力不足导致的烧屏(burn-in)等)。为了解决这些技术问题，液晶显示元件制造商、液晶取向膜制造商进行各种研究成为现状。

4、另一方面，近年来提出了利用弱锚定技术的弱锚定ips方式。这与现有的ips方式相比，能够实现对比度的提高、大幅降低电压驱动(参照专利文献1)。

5、弱锚定ips方式是通过在单侧的基板上使用具有强锚定能的液晶取向膜，在另一侧的基板侧(具备产生横向电场的电极)上使用实施了不具有锚定能的处理的薄膜而制作。

6、近年来，提出了通过在基板上直接设置浓厚聚合物刷而制作出弱锚定状态的弱锚定ips方式的技术方案(参照专利文献2)。通过该技术，实现了对比度比的大幅提高、驱动电压的大幅降低。

7、另外，作为其他方法，提出了使用能够产生光自由基的液晶取向膜与能够自由基聚合的化合物，在液晶中照射uv而进行自由基反应，由此使其弱锚定化的弱锚定ips方式的技术方案(参照专利文献3)。通过该技术，除了通过能够量产的方法提高对比度、大幅低电压驱动以外，还实现了高速响应化、烧屏的减少。

8、现有技术文献

9、专利文献

10、专利文献1：日本专利第4053530号公报

11、专利文献2：日本特开2013-231757号公报

12、专利文献3：国际公开第2019/004433号小册子

13、专利文献4：日本特开2018-028621号公报

14、专利文献5：国际公开第2022/260048号

技术实现思路

1、发明要解决的技术问题

2、将浓厚聚合物刷直接设置在基板上的方法(专利文献2)，需要在基板上设置反应点的表面处理工序、从基板表面的反应点使聚合物生长的工序，因此工序复杂化，由于需要高度的脱氧条件，因此需要严格控制环境，从这些方面出发，技术性的难度高，从量产化的观点出发是不现实的。

3、在使用光自由基聚合反应和能够自由基聚合的化合物进行弱锚定化的方法(专利文献3)中，认为存在如下技术问题：在液晶注入时的高真空状态下聚合性添加剂挥发；在液晶元件制作后需要进行紫外线照射的工序，因此对液晶组合物造成不良影响等。

4、为了解决上述问题，作为仅通过在基板上的涂布和烧成而表现出弱锚定性的材料，发现了使用瓶刷状聚合物的方法(专利文献4)、使用嵌段共聚物的方法(专利文献5)。

5、但是，所述瓶刷聚合物、所述嵌段共聚物缺乏溶剂选择性，总体上缺乏对在常规的液晶取向剂(用于形成液晶取向膜的试剂)中使用的nmp(n-甲基-2-吡咯烷酮)、gbl(γ-丁内酯)的溶解性，虽然显示出溶解性，但技术问题是保存时析出或凝胶化，如果使用这些溶剂进行涂布，则容易引起针孔、不均的产生等。

6、此外，上述材料因其结构，而极性低，粘度低。因此，液晶取向膜的涂膜均匀性、特别是端部的涂膜性容易降低，容易引起液晶取向膜的端部不是直线、或者该端部隆起的状态。

7、由于这些原因，具有难以使用液晶取向剂涂布工序中使用的柔版印刷法、喷墨方式下的涂布等来形成高品质的涂膜的技术问题。因此，产生如下问题：即便弱锚定ips显示元件能够得到良好的特性，在实际的制造工序中也不能制作电视、智能手机等的面板。

8、此外，上述材料因其结构而缺乏与密封剂、基板的密合性，也要考虑在液晶单元的搬运、研磨工序等制造时发生破损的可能、或者不易被车载用途等可靠性变得重要的用途使用的情况，并需要考虑能够解决这些问题的方法。

9、如果能够解决这样的技术课题，则作为面板制造商，也能够简便且成品率良好地生产在电池的省电化、画质的提高等方面具有优点的弱锚定ips液晶显示元件。

10、本发明是为了解决上述技术问题而完成的，其目的在于提供一种能够简便的制造且涂布性良好的弱锚定液晶取向剂，以及提供一种与密封剂的密合性良好、不产生预倾角、能够同时实现低电压驱动和电压断开时的高速响应化的弱锚定液晶取向膜和液晶显示元件。

11、用于解决技术问题的技术方案

12、本发明人等为了解决上述技术问题而进行了深入研究，结果发现能够解决上述技术问题，从而完成了具有以下主旨的本发明。

13、即，本发明包含以下内容。

14、[1]一种弱锚定液晶取向剂，其含有下述a成分和b成分。

15、a成分：下述式(1)所示的聚合物

16、b成分：具有通过加热而与所述a成分具有的n价有机基团a反应的部位的聚合物

17、[化1]

18、

19、(式(1)中，a表示具有通过加热而与b成分反应的基团的分子量300以下的n价有机基团，q为与液晶相容的2价聚合物单元，r为不会通过加热而与b成分反应的分子量500以下的1价有机基团，n为1～2的整数。在n为2的情况下，2个q和r各自可以相同，也可以不同。)

20、[2]根据[1]所述的弱锚定液晶取向剂，其中，所述式(1)中的a为选自以下结构中的基团。

21、[化2]

22、

23、(式中，r1和r2各自独立地表示氢原子或者碳原子数1～12的直链或支链烷基，r3和r4各自独立地表示单键或者碳原子数1～12的直链或支链亚烷基，x表示氧原子或硫原子，*表示键合部位。)

24、[3]根据[1]或[2]所述的弱锚定液晶取向剂，其中所述式(1)中的q包含选自下述式(3)所示的化合物、下述式(4)所示的化合物、下述式(6)所示的化合物和下述式(8)所示的化合物中的至少1种作为构成成分。

25、[化3]

26、

27、(式(3)中，m表示具有能够聚合的不饱和烃基的聚合性基团，x表示单键、醚键、酯键、酰胺键、氨基甲酸酯键、脲键或硫醚键，r1表示可以插入有键合基团的碳原子数1～20的烷基，n为1～2的整数。在n为2的情况下，2个x和r1各自可以相同，也可以不同。)

28、[化4]

29、

30、(式(4)中，m表示具有能够聚合的不饱和烃基的聚合性基团，s表示单键、或可以插入有键合基团的碳原子数1～6的饱和烃基，t表示下述式(5)所示的有机基团，n为1～2的整数。在n为2的情况下，2个t可以相同，也可以不同。其中，在n为2的情况下，s表示可以插入有键合基团的碳原子数1～6的饱和烃基。)

31、[化5]

32、*-x-cy  (5)

33、(式(5)中，*表示键合部位。x表示选自单键、醚键、酯键、酰胺键、氨基甲酸酯键、脲键、硫醚键、-si(r1)(r2)-(r1和r2各自独立地表示与si键合的烷基。)、-si(r3)(r4)-o-(r3和r4各自独立地表示与si键合的烷基。)和-n(r5)-(r5表示与n键合的氢原子或烷基。)中的键合基团，cy表示6～20元环的非芳香族的环状基团。)

34、[化6]

35、

36、(式(6)中，m表示具有能够聚合的不饱和烃基的聚合性基团，r1表示碳原子数1～10的具有直链或支链结构的脂肪族烃基，3个x各自独立地表示氢原子或下述式(7)。其中，3个x中的至少一个表示式(7)。)

37、[化7]

38、

39、(式(7)中，y表示单键、-o-、-s-或-n(r)-(r表示与n键合的氢原子或碳原子数1～4的烷基。)，*表示键合部位。r2、r3和r4各自独立地表示碳原子数1～6的烷基或可以具有取代基的芳香族烃基。)

40、[化8]

41、

42、(式(8)中，m表示具有能够聚合的不饱和烃基的聚合性基团，r1～r3各自独立地表示单键、或可以插入有键合基团的碳原子数1～6的亚烷基，ar表示可以具有取代基的芳香族烃基，x1和x2各自独立地表示氢原子、或可以具有取代基的芳香族烃基，r1x1、r2x2以及与r1x1和r2x2键合的碳原子可以一起形成环。其中，r1x1、r2x2和r3的合计碳原子数为1以上。)

43、[4]根据[3]所述的弱锚定液晶取向剂，所述式(3)中的m为下述所示的任一结构，

44、所述式(4)中的m为下述所示的任一结构，

45、所述式(6)中的m为下述所示的任一结构，

46、所述式(8)中的m为下述所示的任一结构。

47、[化9]

48、

49、(式中，r1和r2各自独立地表示氢原子或者碳原子数1～12的直链或支链烷基，x、y和z各自独立地表示氧原子或硫原子。*、*1和*2表示键合部位，*1和*2中的任一个可以被氢原子或者碳原子数1～12的直链或支链烷基替代。n表示1～5的整数。)

50、[5]根据[1]～[4]中任一项所述的弱锚定液晶取向剂，其中，所述式(1)中的r为选自以下结构中的基团。

51、[化10]

52、

53、(式中，r1和r2各自独立地表示氢原子或者碳原子数1～12的直链或支链烷基，r3和r4各自独立地表示单键或者碳原子数1～12的直链或支链亚烷基。*表示键合部位。)

54、[6]根据[1]～[5]中任一项所述的弱锚定液晶取向剂，其中，b成分是包含选自氨基、保护氨基、羟基、保护羟基、硫醇基、保护硫醇基、羧基、保护羧基、异氰酸酯基、保护异氰酸酯基、马来酰亚胺基、羧酸酐基、乙烯基、烯丙基、苯乙烯基、(甲基)丙烯酸基和(甲基)丙烯酰胺基中的至少一个作为与所述n价有机基团a反应的部位的聚合物。

55、[7]根据[1]～[6]中任一项所述的弱锚定液晶取向剂，其中，b成分为选自聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺酸酯、聚酰胺、聚脲和聚(甲基)丙烯酸酯中的至少一种的聚合物。

56、[8]根据[1]～[7]中任一项所述的弱锚定液晶取向剂，其中，a成分是通过活性聚合或链转移聚合而得到的。

57、[9]一种液晶显示元件，其是使用[1]～[8]中任一项所述的液晶取向剂而得到的。

58、[10]根据[9]所述的液晶显示元件，其为横向电场液晶显示元件。

59、发明效果

60、根据本发明，能够利用与现有技术相比极其简单的方法来制造稳定的弱锚定液晶取向膜，因此在实际的工业化中，能够实现对弱锚定横向电场液晶显示元件的制造施加的工序负荷的降低或成品率的改善。另外，通过使用本发明的材料和方法，与现有技术相比，能够实现电压断开(off)时的高速响应化、烧屏的减少、低温环境下的高背光透射率和低电压驱动，因此能够提供可稳定地表现出优异特性的材料和横向电场液晶显示元件。