JP2003026918A - 液晶配向膜用材料、液晶表示素子、その製造方法及び液晶表示装置 - Google Patents

液晶配向膜用材料、液晶表示素子、その製造方法及び液晶表示装置

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Nobuhiko Fukuoka
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Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶分子の基板に対する傾斜配向角が高く、電
圧保持率、残留電圧などの電気的特性、基板に対する密
着性、印刷性及び段差被覆性に優れた液晶配向膜。 【解決手段】酸二無水物残基が(化2)のいずれかであ
るポリアミド酸のC3 1 0アルキルエステル(第1のポ
リアミド)と、酸二無水物残基が(化4)であるポリア
ミド酸のC3 10アルキルエステル(第2のポリアミ
ド)と、酸二無水物残基が(化4)であるポリアミド酸
(Xは炭化水素基)のC6 20アルキルエステル(第3
のポリアミド)とを含む液晶配向膜材料を用いる。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶配向膜用材料
と、液晶表示素子及びその製造方法と、液晶表示装置と
に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置等に用いられる液晶表示素
子はTFT(薄膜トランジスタ)表示方式のものが多く
用いられている。近年、その表示性能の向上が図られて
おり、それに用いられる液晶配向膜も、種々の特性を同
時に満たすことが要求されてきている。
【0003】このTFT表示方式で必要とされる液晶配
向膜特性としては、例えば特開平10−197875号
公報に記載されているように、液晶分子の傾斜配向角、
電圧保持率、直流電圧の残留電圧、さらに透明電極付き
基板に対する密着性、ムラやピンホールの無い印刷性な
どが知られている。一方、今後の液晶表示素子における
高精細化、表示モードの変化などの要求に応えるため、
液晶配向膜には、TFT基板の表面段差に対する良好な
段差被覆性が求められている。
【0004】一般に、液晶配向膜は、可溶性ポリイミド
又はポリイミド前駆体の溶液を基板上に塗布し、これを
焼成して硬化させたポリイミド膜をラビング処理して配
向させることにより得られる。段差被覆性を改善するた
めには、可溶性ポリイミド又はポリイミド前駆体の溶液
の固形分濃度を高くすることにより厚い膜を形成し、こ
れによって段差をカバーすることが考えられる。しか
し、通常、溶剤可溶性ポリイミド又はポリイミド前駆体
は溶解性が低く、固形分濃度を高くすることによって段
差被覆性を改善することには限界があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、電圧
保持率、傾斜配向角、残留電圧、基板への密着性や印刷
性などの基本的な要求特性を満たし、なおかつ段差被覆
性に優れた液晶配向膜用材料と、該材料を用いた液晶表
示素子及びその製造方法と、該素子を備える液晶表示装
置とを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、(1)下記一般式(化1)により表さ
れる第1の繰り返し単位を有し、重量平均分子量が50
00〜20万である第1のポリアミドと、
【0007】
【化1】
【0008】(ただし、R1は下記構造式群(化2)の
いずれかにより表される4価の有機基であり、R2は2
価の有機基であり、R3は炭素数3〜10のアルキル基
又は炭素数3〜10のフルオロアルキル基である)
【0009】
【化2】
【0010】(2)下記一般式(化3)により表される
第2の繰り返し単位及び下記一般式(化5)により表さ
れる第3の繰り返し単位を有し、重量平均分子量が50
00〜20万である第2のポリアミドとを含む液晶配向
膜材料が提供される。第2のポリアミド1分子内の総繰
り返し単位数に対する第3の繰り返し単位数の割合は、
1モル%〜50モル%であることが望ましい。
【0011】
【化3】
【0012】(ただし、R4は下記一般式(化4)によ
り表される4価の有機基であり、R5は2価の有機基で
あり、R6は炭素数3〜10のアルキル基又は炭素数3
〜10のフルオロアルキル基である)
【0013】
【化4】
【0014】(ただし、Xは飽和又は不飽和炭化水素基
である)
【0015】
【化5】
【0016】(ただし、R7は炭素数6〜20の直鎖ア
ルキル基又は炭素数6〜20の直鎖フルオロアルキル基
である) さらに、本発明では、それぞれ電極を有し該電極が対向
するように配置された2枚の基板と、該基板の間に保持
された液晶と、電極及び液晶の間に配置された液晶配向
膜とを備える液晶表示素子であって、液晶配向膜が上述
した本発明の液晶配向膜用材料の硬化物からなる液晶表
示素子、並びに、該素子を備える液晶表示装置が提供さ
れる。
【0017】また、本発明では、上述の本発明の液晶配
向膜用材料を、電極を有する基板上に成膜して焼成する
ことにより樹脂膜を得る樹脂膜形成工程と、該樹脂膜を
ラビング処理して液晶配向膜とするラビング工程とを備
える液晶表示素子の製造方法が提供される。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の液晶配向膜用材料は、上
述したように、第1及び第2のポリアミドを含む組成物
である。これらのポリアミドは、ポリアミド酸エステル
であることから、極性の高いカルボキシル基が露出して
おらず、また、炭素数3以上の比較的立体障害の大きな
アルキル基のエステルであることから分子鎖の屈曲性が
高い。このため、第1及び第2のポリアミドは、非極性
溶媒に対する溶解度が高い。したがって、これらのポリ
アミドを用いれば、溶液中の固形分濃度を高くすること
ができることから、段差被覆性の高い液晶配向膜用材料
を得ることができる。さらに、本発明の液晶配向膜用材
料は、ポリアミドの溶解度が大きいため、溶液の保存安
定性が高い。
【0019】なお、第1のポリアミドは、下記一般式
(化6)により表される第4の繰り返し単位をさらに備
える共重合体であることが望ましい。この第4の繰り返
し単位を含む場合であっても、第1のポリアミド1分子
内の総繰り返し単位数に対する第1の繰り返し単位数の
割合は、酸二無水物の原料比で30モル%以上であるこ
とが望ましい。
【0020】
【化6】
【0021】(ただし、R8は下記構造式群(化7)の
いずれかにより表される4価の有機基である)
【0022】
【化7】
【0023】本発明の液晶配向膜用材料では、必要な傾
斜配向角、電圧保持力、残留電圧等の特性を満たすもの
であれば、第1のポリアミドと第2のポリアミドとの重
量比は必要に応じて適宜選択することができるが、これ
らの特性の点から、通常、99:1〜5:95とする。
95:5〜50:50とすることが望ましい。
【0024】また、基板への密着性が高まるため、第1
のポリアミド一分子中に含まれる複数のR2のうち少な
くとも一部は、カルボキシル基及び水酸基の少なくとも
いずれかを置換基として有するか、又は、下記一般式
(化8)により表される有機基であることが望ましく、
特に、下記構造式(化9)により表される有機基である
ことが望ましい。
【0025】
【化8】
【0026】
【化9】
【0027】ただし、Y1〜Y4は、それぞれ、水素原
子、水酸基、炭素数1〜8のカルボキシル基、炭素数1
〜8のアルデヒド基、炭素数1〜8のアルキル基、又
は、炭素数1〜8のアリール基である。R9はアルキル
基、カルボニル基などの2価の有機基又は酸素原子であ
る。
【0028】なお、第1のポリアミド及び/又は第2の
ポリアミドの一分子中に含まれる複数のジアミン残基
(R2及び/又はR5)のうちの少なくとも一部を含ケイ
素有機基とすれば、基板への密着性や印刷性を向上させ
ることができる。第1又は第2のポリアミド一分子中に
含まれるジアミン残基の総数に対する含ケイ素有機基の
割合は、それぞれ0モル%以上80モル%以下とするこ
とが望ましい。特に第2のポリアミドのジアミン残基R
5の一部を含ケイ素有機基とすることが有効である。
【0029】ここで用いる含ケイ素有機基は、密着性及
び印刷性向上のため、シロキサン構造を含むことが望ま
しく、下記構造式群(化10)のいずれかにより表され
る有機基の少なくとも一つであることが特に望ましい。
【0030】
【化10】
【0031】第2のポリアミドにおけるR4は上記一般
式(化4)により表される4価の有機基である。ここで
Xは、シクロヘキサン環と縮合環なす飽和又は不飽和の
炭化水素基である。この炭化水素基Xは、閉環構造を構
成する部分の炭素数が3〜8であることが望ましく、さ
らに置換基として炭素数1〜8のアルキル基及び/又は
炭素数1〜8のアリール基を備えていてもよい。R4
しては、例えば、下記構造式群(化11)のいずれかに
より表される有機基が好適である。
【0032】
【化11】
【0033】(ただし、Z1〜Z8はそれぞれ、水素原
子、炭素数1〜8のアルキル基及び炭素数1〜8のアリ
ール基のいずれかであり、nは1〜8の整数、mは1〜
4の整数、pは1〜8の整数、qは1〜4の整数、rは
1又は2、sは1〜4の整数、tは1又は2、uは1〜
4の整数、vは1又は2、wは1〜4の整数である) また、第3の繰り返し単位のR7をヘキサデシル基等の
長鎖の直鎖アルキル基又はそのフッ化物である直鎖フル
オロアルキル基にすることによって、より安定した高い
傾斜配向角が実現できる。
【0034】本発明の液晶配向膜用材料は、必要に応じ
てさらに溶媒を含んでいてもよく、均一な液状であれば
第1及び第2のポリアミドの総含有量は特に限定されな
いが、通常、固形分濃度を1重量%〜70重量%とす
る。固形分濃度は、段差被覆性の点では高いほうが望ま
しいが、印刷性の点から、1〜15重量%としてもよ
い。
【0035】本発明に用いることのできる溶媒は、第1
及び第2のポリアミドを溶解させるものであれば特に限
定されないが、例えば、2−ピロリドン、N−メチルピ
ロリドン、N−エチルピロリドン、N−ビニルピロリド
ン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチル
ホルムアミド、γ−ブチロラクトン等の良溶媒が好適で
ある。
【0036】また、第1及び/又は第2のポリアミドの
溶解性が低い貧溶媒であっても、溶媒全体の溶解性を損
なわない範囲であれば、上述の良溶媒と混合して用いる
ことができる。このようにして用いることのできる貧溶
媒としては、例えば、エチルセロソルブ、ブチルセロソ
ルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチ
ルカルビトールアセテート、エチレングリコールが挙げ
られる。
【0037】本発明に用いられる第1及び第2のポリア
ミドは、例えば、テトラカルボン酸二無水物をアルコー
ルと反応させて得られるテトラカルボン酸ジエステル
と、ジアミンとを、極性溶剤中で反応させて重合させ、
得られたポリアミド溶液をメタノール、エタノール、水
等の貧溶媒に投入することで、沈殿として単離すること
ができる。本発明の液晶配向膜用材料は、この単離した
ポリアミドを精製した後、得られた第1及び第2のポリ
アミドを溶媒に再溶解させることで調製することができ
る。なお、これらのポリアミド酸エステル構造を有する
ポリアミドは、100℃〜350℃で加熱することによ
ってポリイミドに変換することができる。
【0038】第1及び第2のポリアミドの合成原料とな
るテトラカルボン酸二無水物には、つぎのようなものが
挙げられる。なお、これらの酸二無水物は、1種類の化
合物を単独で用いてもよく、2種以上を共重合させても
よい。
【0039】第1のポリアミドの合成において、第1の
繰り返し単位の原料となるテトラカルボン酸二無水物の
具体例としては、シクロブタンテトラカルボン酸二無水
物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、シクロ
ヘキサンテトラカルボン酸二無水物、ブタンテトラカル
ボン酸二無水物等が挙げられる。これらのうち、シクロ
ブタンテトラカルボン酸二無水物が好ましい。
【0040】第1のポリアミドの合成において、第4の
繰り返し単位の原料となるテトラカルボン酸二無水物の
具体例としては、ピロメリット酸二無水物、ビフェニル
テトラカルボン酸二無水物、ナフタレンテトラカルボン
酸二無水物、テルフェニルテトラカルボン酸二無水物等
が挙げられる。これらのうち、ピロメリット酸二無水物
が好ましい。
【0041】第2のポリアミドの合成原料となるテトラ
カルボン酸二無水物の具体例としては、3,4−ジカル
ボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレ
ンコハク酸二無水物等が挙げられる。
【0042】第1及び第2のポリアミドの合成原料とな
るジアミンには、つぎのようなものが挙げられる。な
お、これらのジアミンは、1種類の化合物を単独で用い
てもよく、2種以上を共重合させてもよい。
【0043】第1のポリアミドの合成原料となるジアミ
ンの具体例としては、3,5−ジアミノ安息香酸、4,
4’−ジアミノ− 3,3’−ジカルボキシジフェニル
メタン、p−フェニレンジアミン、1,4−ビス(4−
アミノフェニル)ベンゼン、4,4’−ジアミノビフェ
ニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェ
ニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフ
ェニル、3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノ
ビフェニル、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノ
ビフェニル、3,3’−ジカルボキシ−4,4’−ジア
ミノビフェニル、4,4’−ビス(4−アミノフェノキ
シ)ビフェニル、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノ
ジフェニルエーテル、2,2−ジアミノジフェニルプロ
パン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、ジアミ
ノベンゾフェノン、1,3−ビス(4−アミノフェノキ
シ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)
ベンゼン、4,4’−ジ(4−アミノフェノキシ)ジフ
ェニルスルホン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェ
ノキシ)フェニル]プロパン、1,1,1,3,3,3
−ヘキサフルオロ−2,2−ビス[4−(4−アミノフ
ェノキシ)フェニル]プロパン等の芳香族ジアミン、ジ
アミノジシクロヘキシルメタン、ジアミノジシクロヘキ
シルエーテル、ジアミノシクロヘキサン等の脂環式ジア
ミン、1,2−ジアミノエタン、1,3−ジアミノプロ
パン、1,4−ジアミノブタン、1,6−ジアミノヘキ
サン等の脂肪族ジアミン等を挙げることができる。
【0044】これらのうち、カルボキシル基を有する
3,5−ジアミノ安息香酸及び4,4’−ジアミノ−
3,3’−ジカルボキシジフェニルメタンが好ましく、
4,4’−ジアミノ− 3,3’−ジカルボキシジフェ
ニルメタンが特に好ましい。
【0045】第2のポリアミドの合成原料となるジアミ
ンの具体例としては、p−フェニレンジアミン、1,4
−ビス(4−アミノフェニル)ベンゼン、4,4’−ジ
アミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジ
アミノビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−
ジアミノビフェニル、3,3’−ジヒドロキシ−4,
4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジクロロ−4,
4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジカルボキシ−
4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ビス(4−
アミノフェノキシ)ビフェニル、ジアミノジフェニルメ
タン、ジアミノジフェニルエーテル、2,2−ジアミノ
ジフェニルプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルス
ルホン、ジアミノベンゾフェノン、1,3−ビス(4−
アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミ
ノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ジ(4−アミノフ
ェノキシ)ジフェニルスルホン、2,2−ビス[4−
(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,
1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス
[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン等
の芳香族ジアミン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、
ジアミノジシクロヘキシルエーテル、ジアミノシクロヘ
キサン等の脂環式ジアミン、1,2−ジアミノエタン、
1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、
1,6−ジアミノヘキサン等が挙げられる。
【0046】なお、第1及び/又は第2のポリアミドの
合成に際して、これらのジアミンとともに、基板との密
着性を向上させるためジアミノシロキサンを併用して、
共重合させることが望ましい。ここで用いることのでき
るジアミノシロキサンとしては、1,3−ビス(3−ア
ミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、ビス(4−
アミノフェノキシ)ジメチルシラン、1,3−ビス(4
−アミノフェノキシメチル)−1,1,3,3−テトラ
メチルジシロキサンなどが挙げられる。これらのジアミ
ノシロキサンも、1種類を単独で用いてもよく、2種以
上を併用して共重合させてもよい。
【0047】第1のポリアミドと、第2のポリアミドの
第2の繰り返し単位との合成原料として用いることので
きるアルコールは、炭素数3〜10のアルキルアルコー
ル又はそのフッ素化物である。その具体例としては、n
−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、
n−パーフルオロプロパノール、パーフルオロイソプロ
パノール、n−パーフルオロブタノール等が挙げられ
る。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混
合して用いてもよい。
【0048】第2のポリアミドの第3の繰り返し単位の
合成原料として用いることのできるアルコールは、n−
ペンタデカノール、n−ヘキサデカノールといった炭素
数6〜20の直鎖アルキルアルコール、又は、そのフッ
素化物である、n−パーフルオロペンタデカノール、n
−パーフルオロヘキサデカノールといった炭素数6〜2
0の直鎖フルオロアルキルアルコールである。これらは
1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いて
もよい。
【0049】第1及び第2のポリアミドを合成する反応
溶液の溶媒には、例えば、N,N−ジメチルホルムアミ
ド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−
ピロリドン、N−メチルカプロラクタム、ジメチルスル
ホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスル
ホン、ヘキサメチルホスホルアミド、及びブチルラクト
ン等を用いることができる。これらは単独でも、また混
合して使用してもよい。また、均一な溶液が得られる範
囲内の配合比であれば、これらの溶媒にポリアミドが不
溶又は難溶の溶媒を混合して用いてもよい。
【0050】つぎに、本発明の液晶表示素子について説
明する。本発明の液晶表示素子は、本発明の液晶配向膜
用材料の硬化物からなる液晶配向膜を備えていれば、他
の構成は特に限定されるものではないが、例えば、図1
に示すように、対向配置された駆動回路基板10及びフ
ィルタ基板20と、その間に保持された液晶層30とを
備えるTFT駆動型液晶表示素子100とすることがで
きる。液晶層30は封止部40により封止されており、
2枚の基板10,20はフレーム50によって挟持され
ている。
【0051】駆動回路基板10は、ガラス、樹脂などの
透明基材11と、その表裏一方の面に形成された偏光膜
12と、他方の面に形成された薄膜トランジスタ13及
びITO(Indium Tin Oxide)などの透明電極14と、
それらを覆うように形成された、液晶配向膜15とを備
える。
【0052】フィルタ基板20は、ガラス、樹脂などの
透明基材21と、その表裏一方の面に形成された偏光膜
22と、他方の面に形成されたカラーフィルタ23及び
ブラックマトリクス24と、それらを覆うように形成さ
れたオーバーコート層25と、その表面に形成されたI
TOなどの透明電極26と、その表面に形成された液晶
配向膜27とを備える。
【0053】なお、ここに示した例では、2枚の基板1
0,20の両方に液晶配向膜15,27が設けられてお
り、2枚の基板10,20は、この2つの液晶配向膜1
5,27が対向するように配置されている。2つの液晶
配向膜15,27は、その少なくとも一方、好ましくは
両方が、本発明の液晶配向膜用材料の硬化物からなる。
【0054】また、ここに示した例では、カラーフィル
タが設けられているが、本発明はこれに限られるもので
はなく、単一色表示の液晶表示素子であっても構わな
い。また、ここではTFTを画素選択用のスイッチング
素子として用いたアクティブマトリクス型液晶表示素子
を例にとって説明したが、本発明はこれに限られるもの
ではなく、他の駆動方式の液晶表示素子であっても構わ
ない。
【0055】このような液晶表示素子は、例えば、つぎ
のようにして作製することができる。
【0056】まず、透明基材11の表面に所定のパター
ンの透明電極14及び薄膜トランジスタ13を形成した
後、上記透明電極14及び薄膜トランジスタ13を覆う
ように、本発明の液晶配向膜用材料を塗布し、焼成して
ポリアミド又はポリイミドからなる樹脂膜とする。得ら
れた樹脂膜表面をラビングして液晶配向膜15とした
後、封止材40を印刷して乾燥させる。これにより、駆
動回路基板10が得られる。
【0057】また、透明基材21の表面に、所定のパタ
ーンのカラーフィルタ23及びブラックマトリクス24
を形成し、それらを覆うようにオーバーコート層25を
形成した後、その表面に所定のパターンの透明電極26
を形成し、これを覆うように液晶配向膜用材料を塗布し
て焼成させ、ポリアミド又はポリイミドからなる樹脂膜
とし、得られた樹脂膜表面をラビングして液晶配向膜2
7とする。これにより、フィルタ基板20が得られる。
【0058】続いて、駆動回路基板10とフィルタ基板
20とを、液晶配向膜15,27の形成面を内側にして
対向させ、基板10,20の対向間隔が均一になるよう
に調整してフレーム50により固定した後、封止材40
を焼成し、基板10,20の間隙に液晶30を注入して
封止し、液晶を再配向させた後、洗浄して、基板10,
20の外側の面に偏光膜12,22を貼り付ける。これ
により、液晶表示素子100が得られる。
【0059】また、本発明の液晶表示素子を、電源系、
駆動系等とともに組み立てることで、本発明の液晶表示
装置を作製することができる。本発明の液晶表示装置1
10は、例えば、図2に示すように、本発明の液晶表示
素子100と、液晶駆動用集積回路101と、バックラ
イト102と、入出力インタフェース103と、電源回
路104とを備える。
【0060】
【実施例】<実施例1> (1)第1のポリアミドの合成 200mlの四つ口フラスコに、シクロブタンテトラカ
ルボン酸二無水物3.14g(0.016mol)、ピ
ロメリット酸二無水物3.49g(0.016mo
l)、n−プロパノール3.85g(0.064モ
ル)、ピリジン5.06g(0.064モル)、N−メ
チル−2−ピロリドン(NMP)60mlを入れ60℃
で撹拌すると、1時間で透明な溶液になった。この溶液
を室温でその後7時間撹拌した後、フラスコを氷で冷却
し、塩化チオニル9.88g(0.083モル)を10
分で滴下した。その後室温で1時間撹拌し、酸クロライ
ドを含む溶液を得た。
【0061】別の200mlの四つ口フラスコに、4,
4’−ジアミノ− 3,3’−ジカルボキシジフェニル
メタン7.32g(0.026モル)、1,3−ビス
(4−アミノフェノキシメチル)−1,1,3,3−テ
トラメチルジシロキサン2.42g(0.0064モ
ル)、ピリジン5.06g(0.064モル)、N−メ
チル−2−ピロリドン(NMP)50ml入れフラスコ
を氷で冷却し、10℃以下を保って撹拌しながら、上記
酸クロライド溶液を1時間でゆっくりと滴下した。
【0062】その後、反応溶液を室温で1時間撹拌して
1リットルの水へ投入し、析出したポリマを濾取して水
で2度洗い、真空乾燥し、19gのポリアミド(A−
1)を得た。このポリマの重量平均分子量をGPC(ゲ
ル・パーミエーション・クロマトグラフィ)で測定した
ところ、ポリスチレン換算で20000であった。
【0063】得られたポリアミド(A−1)は、下記構
造式(化12)で表される第1の繰り返し単位と、下記
構造式(化13)で表される第4の繰り返し単位とを有
する共重合体である第1のポリアミドである。
【0064】
【化12】
【0065】
【化13】
【0066】なお、ここでR9は下記構造式群(化1
4)の2種の有機基である。
【0067】
【化14】
【0068】(2)第2のポリアミドの合成 200mlの四つ口フラスコに、3,4−ジカルボキシ
−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハ
ク酸二無水物(以下、TDAと略す)9.6g(0.0
32mol)、n−プロパノール3.46g(0.05
76モル)、n−ヘキサデカノール1.55g(0.0
064モル)、ピリジン5.06g(0.064モ
ル)、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略
す)60mlを入れ60℃で撹拌すると、1時間で透明
な溶液になった。この溶液を室温でその後7時間撹拌し
た後、フラスコを氷で冷却し、塩化チオニル9.88g
(0.083モル)を10分で滴下した。その後室温で
1時間撹拌し、酸クロライドを含む溶液を得た。
【0069】別の200mlの四つ口フラスコに、p−
フェニレンジアミン2.76g(0.056モル)、
1,3−ビス(4−アミノフェノキシメチル)−1,
1,3,3−テトラメチルジシロキサン2.42g
(0.0064モル)、ピリジン5.06g(0.06
4モル)、NMP50mlを入れフラスコを氷で冷却し
撹拌しながら(10℃以下を保って)、上記酸クロライ
ド溶液を1時間でゆっくりと滴下した。
【0070】その後、反応溶液を室温で1時間撹拌して
1リットルの水へ投入し、析出したポリマを濾取して水
で2度洗い、真空乾燥し、15gのポリアミド(B−
1)を得た。このポリマの重量平均分子量をGPC(ゲ
ル・パーミエーション・クロマトグラフィ)で測定した
ところ、ポリスチレン換算で21000であった。
【0071】得られたポリアミド(B−1)は、R10
n−プロピル基とするとき下記構造式(化15)で表さ
れる第2の繰り返し単位と、R10をn−ヘキサデシル基
とするとき下記構造式(化15)で表される第3の繰り
返し単位とを有する共重合体である第2のポリアミドで
ある。
【0072】
【化15】
【0073】なお、ここでR11は下記構造式群(化1
6)の2種の有機基である。
【0074】
【化16】
【0075】(3)液晶配向膜用材料の調製 次いで、ポリアミド(A−1)とポリアミド(B−1)
とを、重量比が(A−1)/(B−1)=4/1となる
ように混合し、γ−ブチロラクトンとエチレングリコー
ル−n−ブチルエーテルとの混合溶媒(重量比87/1
3)で希釈して充分撹拌して、総固形分濃度4%の溶液
を得た。
【0076】この溶液に、塩素イオン除去のためにポリ
(4−ビニルピリジン)(架橋2%、60メッシュ、ア
クロス社製)をポリアミドと同重量加え、ビーカ中で4
時間撹拌後、5μmのフィルタで加圧ろ過し、溶液の精
製を行った。これにより、液晶配向膜用材料が得られ
た。
【0077】この液晶配向膜用材料の粘度安定性を確認
するために、溶液を23℃で放置したが、30日後の粘
度の変化率は、初期粘度の2.5%と少なかった。
【0078】(4)液晶セルの作製 精製後の溶液を、2枚の透明電極付きガラス基板にそれ
ぞれスクリーン印刷機で印刷し、70℃で1分間、ホッ
トプレートベークして膜厚1000オングストロームの
ポリアミド樹脂膜を得た。得られた樹脂膜はピンホー
ル、印刷ムラのない密着性良好なフィルムであった。
【0079】この樹脂膜をベルベット製ラビング布でラ
ビングして液晶配向膜としたのち、この2枚のガラス基
板を、それぞれ液晶配向膜を内側にして、20μmのス
ペーサを挟んでラビング方向が反平行になるように対向
させて封止材及びフレームで固定し、基板間に液晶(チ
ッソ石油化学(株)製HA5073LA)を注入して封
止し、液晶セルを作製した。
【0080】この液晶セルの配向状態を偏光顕微鏡で観
察したところ、欠陥のない均一な配向をしていることが
確認された。さらにこのセルについて、結晶回転法によ
り液晶の傾斜配向角を測定したところ6.0゜であり、
TFT用配向膜として必要とされる高い傾斜配向角を有
していた。
【0081】次いで、液晶セルの電気的特性を測定する
ために、上記と同様にポリアミド膜を形成し、ラビング
した基板を用い、6μmのスペーサを膜面に散布した後
ラビング方向をほぼ直行させ、液晶(チッソ石油化学
(株)製HA5073LA)を注入して90゜ツイスト
液晶セルを作成した。この液晶セルの配向状態を偏光顕
微鏡で観察したところ欠陥のない均一な配向をしている
ことが確認された。
【0082】この液晶セルについて電圧保持率を測定し
たところ、23℃で99.5%と高い値を示した。また
このセルに直流5Vを23℃で30分印加して1秒放置
し、10分後液晶セル内に残る残留電圧を測定する「誘
電吸収法」で残留電圧を測定したところ、0.10Vで
あり電荷蓄積が小さく良好な性質を示した。
【0083】<実施例2>4,4’−ジアミノ− 3,
3’−ジカルボキシジフェニルメタンの代わりに3,5
−ジアミノ安息香酸3.95g(0.026モル)を用
い、実施例1と同様にして、第1のポリアミドであるポ
リアミド(A−2)を19g得た。このポリマの重量平
均分子量をGPC(ゲル・パーミエーション・クロマト
グラフィ)で測定したところ、ポリスチレン換算で23
000であった。
【0084】得られたポリアミド(A−2)は、それぞ
れR9を下記構造式群(化17)の2種の有機基とする
とき、上記構造式(化12)で表される第1の繰り返し
単位と、上記構造式(化13)で表される第4の繰り返
し単位とを有する共重合体である第1のポリアミドであ
る。
【0085】
【化17】
【0086】得られたポリアミド(A−2)をポリアミ
ド(A−1)の代わりに用い、実施例1と同様にして液
晶配向膜用材料を調製した。この液晶配向膜用材料の粘
度安定性を確認するために、溶液を23℃で放置した
が、30日後の粘度の変化率は、初期粘度の1.9%と
少なかった。
【0087】続いて、得られた液晶配向膜用材料を、実
施例1と同様にして2枚の透明電極付きガラス基板にス
クリーン印刷機でそれぞれ印刷し、70℃/1分ホット
プレートベークして膜厚1000オングストロームのポ
リアミド樹脂膜を得た。得られた樹脂膜はピンホール、
印刷ムラのない密着性良好なフィルムであった。
【0088】この樹脂膜をベルベット製ラビング布でラ
ビングしたのち、実施例1と同様にして液晶セルを作製
した。この液晶セルの配向状態を偏光顕微鏡で観察した
ところ欠陥のない均一な配向をしていることが確認され
た。さらにこのセルについて、結晶回転法により液晶の
傾斜配向角を測定したところ5.5゜であり、TFT用
配向膜として必要とされる高い傾斜配向角を有してい
た。
【0089】次いで、実施例1と同様にして90゜ツイ
スト液晶セルを作成し、その配向状態を偏光顕微鏡で観
察したところ、欠陥のない均一な配向をしていることが
確認された。また、この液晶セルについて電圧保持率を
測定したところ、23℃で99.0%と高い値を示し
た。さらに、この液晶セルについて、実施例1と同様に
誘電吸収法で残留電圧を測定したところ、0.12Vで
あり電荷蓄積が小さく良好な性能を示した。
【0090】<実施例3>n−プロパノールの添加量を
3.07g(0.0512モル)とし、n−ヘキサデカ
ノールの添加量を3.10g(0.0128モル)とし
た他は、実施例1と同様にして、第2のポリアミドであ
るポリアミド(B−2)を15g得た。このポリマの重
量平均分子量をGPC(ゲル・パーミエーション・クロ
マトグラフィ)で測定したところ、ポリスチレン換算で
20000であった。
【0091】得られたポリアミド(B−2)をポリアミ
ド(B−1)の代わりに用い、実施例1と同様にして液
晶配向膜用材料を調製した。この液晶配向膜用材料の粘
度安定性を確認するために、溶液を23℃で放置した
が、30日後の粘度の変化率は、初期粘度の2%と少な
かった。
【0092】続いて、得られた液晶配向膜用材料を、実
施例1と同様にして2枚の透明電極付きガラス基板にス
クリーン印刷機でそれぞれ印刷し、70℃/1分ホット
プレートベークして膜厚1000オングストロームのポ
リアミド樹脂膜を得た。得られた樹脂膜はピンホール、
印刷ムラのない密着性良好なフィルムであった。
【0093】この樹脂膜をベルベット製ラビング布でラ
ビングしたのち、実施例1と同様にして液晶セルを作製
した。この液晶セルの配向状態を偏光顕微鏡で観察した
ところ欠陥のない均一な配向をしていることが確認され
た。さらにこのセルについて、結晶回転法により液晶の
傾斜配向角を測定したところ6.7゜であり、TFT用
配向膜として必要とされる高い傾斜配向角を有してい
た。
【0094】次いで、実施例1と同様にして90゜ツイ
スト液晶セルを作成し、その配向状態を偏光顕微鏡で観
察したところ、欠陥のない均一な配向をしていることが
確認された。また、この液晶セルについて電圧保持率を
測定したところ、23℃で99.6%と高い値を示し
た。さらに、この液晶セルについて、実施例1と同様に
誘電吸収法で残留電圧を測定したところ、0.12Vで
あり電荷蓄積が小さく良好な性能を示した。
【0095】<実施例4> A.液晶表示素子の作製 (1)駆動回路基板の作製 図3に示すように、まず、透明基材11の表面に所定の
パターンの透明電極14及び薄膜トランジスタ13を形
成し(図3(a))、これを覆うように、実施例1の液
晶配向膜用材料を塗布して、70℃で1分間、ホットプ
レートベークして膜厚1000オングストロームのポリ
アミド樹脂膜15aを得た(図3(b))。
【0096】この樹脂膜15aをベルベット製ラビング
布でラビングして液晶配向膜15とし、封止材を印刷し
て枠状パターンを形成し、乾燥させて封止部40とし、
駆動回路基板10aを得た(図3(c))。
【0097】(2)フィルタ基板の作製 図4に示すように、透明基材21の表面に、所定のパタ
ーンの黒色色素を含有する感光性樹脂組成物を塗布し、
所定のパターンで露光・現像してブラックマトリクス2
4を形成した後、同様に、赤色、緑色、青色の色素をそ
れぞれ含有する感光性樹脂組成物を塗布し、所定のパタ
ーンで露光・現像してカラーフィルタ23を形成した
(図4(a))。
【0098】続いて、カラーフィルタ23及びブラック
マトリクス24を覆うようにオーバーコート層25を形
成した後(図4(b))、その表面に所定のパターンの
透明電極26を形成し(図4(c))、これを覆うよう
に実施例1の液晶配向膜用材料を塗布して、70℃で1
分間、ホットプレートベークして膜厚1000オングス
トロームのポリアミド樹脂膜27aを得た(図4
(d))。
【0099】この樹脂膜27aをベルベット製ラビング
布でラビングして液晶配向膜27とし、フィルタ基板2
0aを得た(図4(e))。
【0100】(3)液晶表示素子の組立て 以上により得られた駆動回路基板10aとフィルタ基板
20aとを、液晶配向膜15,27を内側にして、高さ
20μmのスペーサを挟んで、ラビング方向が反平行に
なるように対向させて重ね合わせ、基板10a,20b
の対向間隔が均一になるように調整してフレーム50で
固定した(図5(a))。
【0101】続いて、基板10a,20a間の空隙31
に液晶(チッソ石油化学(株)製HA5073LA)を
注入して封止した後(図5(b))、液晶を再配向させ
洗浄し、透明基材11,21の外側の面にそれぞれ偏光
膜12,22を貼り付けて、図1に示す液晶表示素子1
00を得た。
【0102】得られた液晶表示素子は、実施例1の液晶
セルと同様、液晶配向膜15,27の配向状態が良好で
高い傾斜配向角を備えており、電圧保持率、残留電圧と
もに良好であった。また、電極14,26、TFT1
3、カラーフィルタ24等の段差も、欠損なく完全に液
晶配向膜15,27によって被覆されていた。
【0103】B.液晶表示装置の作製 得られた液晶表示素子100を用い、図2に示すよう
に、液晶駆動用集積回路101、バックライト102、
入出力インタフェース103及び電源回路104ととも
に組み立てることにより、液晶表示装置を作製したとこ
ろ、信頼性の高い優れた製品を得ることができた。
【0104】
【発明の効果】本発明によれば、電圧保持率、傾斜配向
角、残留電圧、印刷性、密着性、溶液保管安定性などの
特性を満たしつつ、さらに段差被覆性に優れた液晶配向
膜を形成することができ、信頼性の高い優れた液晶表示
素子及び液晶表示装置を歩留りよく製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例4における液晶表示素子の部分断面図
である。
【図2】 実施例4における液晶表示装置の機能構成図
である。
【図3】 実施例4における駆動回路基板の製造工程図
である。
【図4】 実施例4におけるフィルタ基板の製造工程図
である。
【図5】 実施例4における液晶表示素子の製造工程図
である。
【符号の説明】
10…駆動回路基板、11…透明基材、12…偏光膜、
13…薄膜トランジスタ、14…透明電極、15…液晶
配向膜、20…フィルタ基板、21…透明基材、22…
偏光膜、23…カラーフィルタ、24…ブラックマトリ
クス、25…オーバーコート層、26…透明電極、27
…液晶配向膜、30…液晶層、31…液晶封入用間隙、
40…封止部、50…フレーム、100…液晶表示素
子、101…液晶駆動用集積回路、102…バックライ
ト、103…入出力インタフェース、104…電源回
路、110…液晶表示装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 隆史 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 山田 将弘 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 小池 保夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 福岡 信彦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 寺尾 弘 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 Fターム(参考) 2H090 HB08Y MB01 4J002 CM04W CM04X GH02 GP00

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式(化1)により表される第1の
    繰り返し単位を有し、重量平均分子量が5000〜20
    万である第1のポリアミドと、 【化1】 (ただし、R1は下記構造式群(化2)のいずれかによ
    り表される4価の有機基であり、R2は2価の有機基で
    あり、R3は炭素数3〜10のアルキル基又は炭素数3
    〜10のフルオロアルキル基である) 【化2】 下記一般式(化3)により表される第2の繰り返し単位
    及び下記一般式(化5)により表される第3の繰り返し
    単位を有し、重量平均分子量が5000〜20万である
    第2のポリアミドとを含むことを特徴とする液晶配向膜
    材料。 【化3】 (ただし、R4は下記一般式(化4)により表される4
    価の有機基であり、R5は2価の有機基であり、R6は炭
    素数3〜10のアルキル基又は炭素数3〜10のフルオ
    ロアルキル基である) 【化4】 (ただし、Xは飽和又は不飽和炭化水素基である) 【化5】 (ただし、R7は炭素数6〜20の直鎖アルキル基又は
    炭素数6〜20の直鎖フルオロアルキル基である)
  2. 【請求項2】上記第1のポリアミドと、上記第2のポリ
    アミドとの重量比は、99:1〜5:95であり、 上記第2のポリアミド分子の全繰り返し単位数に占める
    上記第3の繰り返し単位数の割合は、1モル%〜50モ
    ル%であることを特徴とする請求項1記載の液晶配向膜
    用材料。
  3. 【請求項3】上記第1のポリアミドは、下記一般式(化
    6)により表される第4の繰り返し単位をさらに有し、 【化6】 (ただし、R8は下記構造式群(化7)のいずれかによ
    り表される4価の有機基である) 【化7】 上記第1のポリアミド分子の全繰り返し単位数に占める
    上記第1の繰り返し単位数及び上記第4のポリアミドの
    総モルに対する上記第1の繰り返し単位の割合は、酸二
    無水物の原料比で30モル%以上であることを特徴とす
    る請求項1記載の液晶配向膜用材料。
  4. 【請求項4】上記第1のポリアミド一分子中に含まれる
    複数の上記R2のうち少なくとも一部は、カルボキシル
    基及び水酸基の少なくともいずれかを置換基として有す
    ることを特徴とする請求項1記載の液晶配向膜用材料。
  5. 【請求項5】上記第1のポリアミド一分子中に含まれる
    複数の上記R2のうち少なくとも一部は、下記一般式
    (化8)により表される有機基であることを特徴とする
    請求項1又は4記載の液晶配向膜用材料。 【化8】 (ただし、Y1〜Y4は、それぞれ、水素原子、水酸基、
    炭素数1〜8のカルボキシル基、炭素数1〜8のアルデ
    ヒド基、炭素数1〜8のアルキル基、又は、炭素数1〜
    8のアリール基であり、R9は2価の有機基又は酸素原
    子である)
  6. 【請求項6】上記R2は、下記構造式(化9)により表
    される有機基であることを特徴とする請求項5記載の液
    晶配向膜用材料。 【化9】
  7. 【請求項7】上記第1のポリアミド一分子中に含まれる
    複数の上記R2のうち、80モル%以下が含ケイ素有機
    基であることを特徴とする請求項1記載の液晶配向膜用
    材料。
  8. 【請求項8】上記第2のポリアミド一分子中に含まれる
    複数の上記R5のうち、80モル%以下が含ケイ素有機
    基であることを特徴とする請求項1記載の液晶配向膜用
    材料。
  9. 【請求項9】上記含ケイ素有機基は、下記構造式群(化
    10)のいずれかにより表される有機基の少なくとも一
    つであることを特徴とする請求項7又は8に記載の液晶
    配向膜用材料。 【化10】
  10. 【請求項10】上記第2のポリアミドは、上記R4とし
    て、下記一般式群(化11)のいずれかにより表される
    有機基を備えることを特徴とする請求項1記載の液晶配
    向膜用材料。 【化11】 (ただし、Z1〜Z8はそれぞれ、水素原子、炭素数1〜
    8のアルキル基及び炭素数1〜8のアリール基のいずれ
    かであり、nは1〜8の整数、mは1〜4の整数、pは
    1〜8の整数、qは1〜4の整数、rは1又は2、sは
    1〜4の整数、tは1又は2、uは1〜4の整数、vは
    1又は2、wは1〜4の整数である)
  11. 【請求項11】さらに溶媒を含み、固形分濃度が1〜7
    0重量%であることを特徴とする請求項1〜10のいず
    れかに記載の液晶配向膜用材料。
  12. 【請求項12】それぞれ電極を有し該電極が対向するよ
    うに配置された2枚の基板と、該基板の間に保持された
    液晶と、電極及び液晶の間に配置された液晶配向膜とを
    備える液晶表示素子において、 上記液晶配向膜は、請求項1〜11のいずれかに記載の
    液晶配向膜用材料の硬化物からなることを特徴とする液
    晶表示素子。
  13. 【請求項13】請求項12記載の液晶表示素子を備える
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  14. 【請求項14】電極を有する基板の表面に、請求項1〜
    11のいずれかに記載の液晶配向膜用材料を成膜して焼
    成することにより樹脂膜を得る工程と、 上記樹脂膜をラビング処理して液晶配向膜とする工程と
    を備えることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
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