JP2008191655A - 液晶配向剤および液晶表示素子 - Google Patents

液晶配向剤および液晶表示素子 Download PDF

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Abstract

【課題】ラビング処理を行わずに、偏光または非偏光の放射線照射によって液晶配向能を付与することが可能な液晶配向膜の形成に用いられる液晶配向剤を提供すること。
【解決手段】ジアミン成分に3,5−ジアミノベンジル=シンナメートの如きジアミンを用いて得られたポリアミック酸またはそのイミド化重合体を含有する液晶配向剤。
【選択図】なし

Description

本発明はオキセタン環を含有する化合物を含有する液晶配向剤に関する。さらに詳しくは、高い電圧保持率を示し、また電圧保持率の信頼性に優れた液晶配向剤に関する。
現在、液晶表示素子としては、透明導電膜が設けられている基板表面にポリアミック酸、ポリイミドなどからなる液晶配向膜を形成して液晶表示素子用基板とし、その2枚を対向配置してその間隙内に正の誘電異方性を有するネマチック型液晶の層を形成してサンドイッチ構造のセルとし、液晶分子の長軸が一方の基板から他方の基板に向かって連続的に90度捻れるようにした、いわゆるTN型(Twisted Nematic)液晶セルを有するTN型液晶表示素子が知られている。
また、TN型液晶表示素子に比してコントラストが高くて、その視角依存性の少ないSTN(Super Twisted Nematic)型液晶表示素子が開発されている。このSTN型液晶表示素子は、ネマチック型液晶に光学活性物質であるカイラル剤をブレンドしたものを液晶として用い、液晶分子の長軸が基板間で180度以上にわたって連続的に捻れる状態となることにより生じる複屈折効果を利用するものである。
また近年では、新規な液晶表示素子の開発も盛んであり、その中の一つとして、液晶を駆動するための2つの電極を片側の基板に櫛歯状に配置し、基板面に平行な電界を発生させ、液晶分子をコントロールする横電界型液晶表示素子が提案されている(特許文献1参照)。この素子は一般的にインプレーンスイッチング型(IPS型)と呼ばれ、広視野角特性に優れることで知られている。また最近では光学補償フィルムを使用し、広視野角特性をさらに向上させることで、階調反転や色調変化のないブラウン管にも匹敵する広視野角を得られることが大きな特徴となっている。
上記とは別の液晶表示素子として、負の誘電異方性を有する液晶分子を基板に垂直に配向させてなるMVA(Multi domain Vertical Alignment)方式やPVA(Patterned Vertical Alignment)方式と呼ばれる垂直配向型液晶表示素子が提案されている。これらのMVA方式やPVA方式の液晶表示素子は、視野角・コントラストが優れるのみでなく、液晶配向膜の形成においてラビング処理を行わなくて良いなど、製造工程の面でも優れている。
このような液晶表示素子らは、テレビやインフォメーションパネルなどに使用される事があり、長時間使用した場合でも電気特性が変わらないなどパネルの信頼性への要求が更に厳しく求められつつある。本発明の目的は、高い電圧保持率を示し、また電圧保持率の信頼性に優れた配向剤を提供することとする。
特開平7−261181号公報
本発明の目的は、高い電圧保持率を示し、また電圧保持率の信頼性に優れた配向剤を提供することにある。
本発明のさらに他の目的および利点は、以下の説明から明らかになろう。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、
(A)テトラカルボン酸二無水物およびジアミン化合物を反応させて得られるポリアミック酸および/またはそのイミド化重合体並びに
(B−1)分子内に2個以上のオキセタン環を含有する化合物、または、
(B−2)分子内に2個以上のエポキシ基を含有する化合物と分子内に2個以上のオキセタン環を含有する化合物との組合せ、
を含有することを特徴とする液晶配向剤により達成される。
本発明のオキセタン環を含有する化合物を含有する液晶配向剤により形成される液晶配向膜は、配向性に優れ、かつ高い電圧保持率を示し、また電圧保持率の信頼性に優れた液晶配向膜が得られる。
本発明の液晶表示素子は、種々の装置に有効に使用することができ、例えば、卓上計算機、腕時計、置時計、携帯電話、計数表示板、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、液晶テレビなどの表示装置として好適に用いることができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
[分子内に2個以上のオキセタン環を含有する化合物]
本発明では、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物を重付加反応させて合成されたポリアミック酸および/または前記ポリアミック酸をイミド化して得られるイミド化重合体100重量部に対して、分子内に2個以上のオキセタン環を含有する化合物は0.01〜100重量部で用いられる。また、反応開始の早いエポキシ化合物を添加することによりオキセタン化合物の反応を加速できることから、分子内に2個以上のオキセタン環を含有する化合物と分子内に2個以上のエポキシ基を含有する化合物を総量で0.01〜100重量部で用いることもできる。分子内に2個以上のオキセタン環を含有する化合物としては下記式(イ)、(ロ)および(ハ)のそれぞれで表される化合物が好ましく用いられる。下記式(イ)で表される化合物は、分子中に2個のオキセタニル環を有する化合物である。
Figure 2008191655
(ここで、Raは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基、Rbは、炭素数1〜20の有機基を示し、lは0または1である。)
上記式(イ)においてRaは水素原子又は炭素原子数1〜6のアルキル基、Rbは、炭素原子数1〜20の線状又は分岐状飽和炭化水素基、炭素原子数1〜20の線状又は分岐状不飽和炭化水素基、フェニレン基、炭素原子数1〜20の線状又は分岐状多価アルコール基、N原子を含む芳香族基、カルボニル基、下記式(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)及び(VI)のそれぞれで示される芳香族炭化水素基、式(VII)及び(VIII)のそれぞれで示されるカルボニル基を含む芳香族炭化水素基から選択される2つの原子価を持った基であるのが好ましい。
Figure 2008191655
上記式中、hは1〜6の整数を表わし、Reは、水素原子、炭素原子数1〜12のアルキル基、アリール基、又はアラルキル基を表わし、Rfは、−O−、−S−、−CH−、−NH−、−SO−、−CH(CH)−、−C(CH−、又は−C(CF−を表わし、Rgは、水素原子又は炭素原子数1〜6のアルキル基を表わす。
Figure 2008191655
分子中に3個以上のオキセタン環を有する化合物は、下記一般式(ロ)及び(ハ)のそれぞれで表される。
Figure 2008191655
上記式(ロ)において、Raは前記と同じ意味であり、Rcは、下記式(XI)、(XII)で示されるような炭素原子数1〜12の分岐状アルキレン基、(XIII)、(XIV)で示されるような線状または分枝状ポリシロキサン含有基、炭素原子数1〜12の線状又は分岐状多価アルコールが好ましい。また、nは残基Rcに結合している官能基の数を表わし、3以上の整数、好ましくは3〜5000の整数である。
Figure 2008191655
上記式(XI)式中、kは1〜3の整数である。
上記式(ロ)で示されるような化合物の他、オキセタンとノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ポリ(ヒドロキシスチレン)、カリックスアレーン類、又はシルセスキオキサン等のシリコーン樹脂類などの水酸基を有する樹脂とのエーテル化物などが挙げられる。
下記式(ハ)で表される化合物は4〜22個のオキセタン環を有し得る。
Figure 2008191655
上記式(ハ)において、Rdはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素原子数1〜4のアルキル基またはトリアルキルシリル基(ここで、アルキル基は同一または異なり、炭素原子数3〜12のアルキル基である、トリアルキルシリル基としては、例えばトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピルシリル基、トリブチルシリル基等を挙げることができる)であり、mは1〜10の整数であるのが好ましい。
上記式(イ)、(ロ)および(ハ)のそれぞれで表される、分子内に2個以上のオキセタン環を有するこのような化合物としては、1,4−ビス{[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼン(アロンオキセタンOXT−121(XDO))、ジ[2−(3−オキセタニル)ブチル]エーテル(アロンオキセタンOXT−221(DOX))、1,4−ビス〔(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ〕ベンゼン(HQOX)、1,3−ビス〔(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ〕ベンゼン(RSOX)、1,2−ビス〔(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ〕ベンゼン(CTOX)、4,4’−ビス〔(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ〕ビフェニル(4,4’−BPOX)、2,2’−ビス〔(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ〕ビフェニル(2,2’−BPOX)、3,3’,5,5’−テトラメチル〔4,4’−ビス(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ〕ビフェニル(TM−BPOX)、2,7−ビス〔(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ〕ナフタレン(2,7−NpDOX)、1,6−ビス〔(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ〕−2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロヘキサン(OFH−DOX)、3(4),8(9)−ビス[(1−エチル−3−オキセタニル)メトキシメチル〕−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、4,4’−ビス[(1−エチル−3−オキセタニル)メチル]チオジベンゼンチオエーテル、2,3−ビス[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシメチル]ノルボルナン(NDMOX)、2−エチル−2−[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシメチル]−1,3−O−ビス[(1−エチル−3−オキセタニル)メチル]−プロパン−1,3−ジオール(TMPTOX)、2,2−ジメチル−1,3−O−ビス[(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル]−プロパン−1,3−ジオール(NPGOX)、2−ブチル−2−エチル−1,3−O−ビス[(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル]−プロパン−1,3−ジオール、1,4−O−ビス[(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル]−ブタン−1,4−ジオール、2,4,6−O−トリス[(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル]シアヌル酸、ビスフェノールAと3−エチル−3−クロロメチルオキセタン(OXCと略す)のエーテル化物(BisAOX)、ビスフェノールFとOXCのエーテル化物(BisFOX)、フェノールノボラックとOXCのエーテル化物(PNOX)、クレゾールノボラックとOXCのエーテル化物(CNOX)、オキセタニルシルセスキオキサン(OX−SQ)、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタンのシリコンアルコキサイド(OX−SC)(以上カッコ内は商品名又は開発品名、東亞合成(株)製)、ETARNACOLL OXBP(宇部興産(株)製)、3,3’−(1,3−(2−メチレニル)プロパンジイルビス(オキシメチレン))ビス−(3−エチルオキセタン)、1,2−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]エタン、1,3−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]プロパン、エチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリメチロールプロパントリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、1,4−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ブタン、1,6−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ヘキサン、ペンタエリスリトールトリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールペンタキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジトリメチロールプロパンテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、また、下記式(A)から(C)等が例示できる。
Figure 2008191655
このうち、アロンオキセタンOX−SC、OXT−121、OXT−221、PNOX−1009(以上東亞合成(株)製)、ETARNACOLL OXBP(宇部興産(株)製品)が好ましく、OX−SC、OXT−121、OXT−221、PNOX−1009が特に好ましい。
分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物としては、例えばエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、2,2−ジブロモネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,3,5,6−テトラグリシジル−2,4−ヘキサンジオール、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシレンジアミン、1,3−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジフェニルメタンなどを好ましいものとして挙げることができる。
分子内に2個以上のオキセタン環を有する化合物と併用される、分子内に2個以上のエポキシ基を有するこれらの化合物は、分子内に2個以上のオキセタン環を有する化合物100重量部に対し0.01〜100重量部で用いるのが好ましい。
[ポリアミック酸およびイミド化重合体]
本発明の液晶配向剤(以下、「液晶配向剤」ともいう)は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物を重付加反応させて合成されたポリアミック酸および/または前記ポリアミック酸をイミド化して得られるイミド化重合体からなる液晶配向剤であって、上記重合体総量100重量部に対して、分子内に2個以上のオキセタン環を含有する化合物を好ましくは0.01〜100重量部、より好ましくは0.1〜70重量部、特に好ましくは1〜50重量部、または、分子内に2個以上のエポキシ基を含有する化合物及び分子内に2個以上のオキセタン環を含有する化合物を好ましくは0.01〜100重量部、より好ましくは0.1〜70重量部、特に好ましくは1〜50重量部を含有する。
以下、本発明に用いることのできるポリアミック酸、ポリイミドの製法について述べる。
[テトラカルボン酸二無水物]
本発明の液晶配向剤に含有されるポリアミック酸および/または前記ポリアミック酸をイミド化して得られるイミド化重合体としては、例えば、以下に記載するテトラカルボン酸二無水物を原料として合成される。
テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジクロロ−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、3,5,6−トリカルボキシノルボルナン−2−酢酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−7−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−7−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5,8−ジメチル−5(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸二無水物、ビシクロ[2,2,2]−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシノルボルナン−2:3,5:6−ジ無水物、ビシクロ[3.3.0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸二無水物、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシノルボルナン−2:3,5:6−二無水物、4,9−ジオキサトリシクロ「5.3.1.02,6」ウンデカン−3,5,8,10−テトラオン、下記式(1)および(2)で表される化合物などの脂肪族および/または脂環族テトラカルボン酸二無水物、および、
Figure 2008191655
(式中、RおよびRは、互に独立に、芳香環を有する2価の有機基を示し、RおよびRは、互に独立に、水素原子またはアルキル基を示し、複数存在するRおよびRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。)
ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジメチルジフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−テトラフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−フランテトラカルボン酸二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルフィド二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルホン二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルプロパン二無水物、3,3’,4,4’−パーフルオロイソプロピリデンジフタル酸二無水物、ビス(フタル酸)フェニルホスフィンオキサイド二無水物、p−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、m−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルエーテル二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルメタン二無水物、エチレングリコール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、プロピレングリコール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,4−ブタンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,6−ヘキサンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,8−オクタンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン−ビス(アンヒドロトリメリテート)、下記式(3)〜(5)で表される芳香族テトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。
Figure 2008191655
これらのテトラカルボン酸二無水物は1種単独でまたは2種以上組み合わせて用いられる。
上記にて例示したテトラカルボン酸二無水物のうち、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5,8−ジメチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、ビシクロ[2,2,2]−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシノルボルナン−2:3,5:6−ジ無水物、ビシクロ[3.3.0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸二無水物、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシノルボルナン−2:3,5:6−二無水物、4,9−ジオキサトリシクロ[5.3.1.02,6]ウンデカン−3,5,8,10−テトラオン、上記式(1)で表される化合物のうち下記式(6)〜(8)で表される化合物および上記式(2)で表される化合物のうち下記式(9)で表される化合物、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物が良好な液晶配向性を発現させることができる観点から好ましい。特に好ましいものとしては1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシノルボルナン−2:3,5:6−ジ無水物、ビシクロ[3.3.0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、および下記式(6)で表される化合物、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、を挙げることができる。
Figure 2008191655
[ジアミン化合物]
本発明の液晶配向剤がTN方式、STN方式、OCB方式、VA方式に用いられる場合、本発明の液晶配向剤に含有されるポリアミック酸および/またはイミド化重合体の合成に使用されるジアミン化合物には下記式(10)または下記式(11)で表されるプレチルト角発現成分を用いることが好ましい。
Figure 2008191655
(式中、RおよびRはそれぞれ独立に水素原子またはメチル基であり、Rは直鎖状もしくは分岐状の炭素原子数1〜20のアルキル基である。また、RおよびRはそれぞれ独立に下記R10と同様の2価の有機基である)
Figure 2008191655
(式中、aは0または1であり、R10はエーテル結合(−O−)、カルボニル基(−CO−)、カルボニルオキシ基(−COO−)、オキシカルボニル基(−OCO−)、アミド結合(−NHCO−、−CONH−)、チオエーテル結合(−S−)、メチレン基から選ばれる2価の有機基であり、R11はR10とは異なる2価の有機基である。R12はステロイド骨格を有する基、フッ素原子を有する基または炭素数が1以上22以下の直鎖アルキル基を有する基から選ばれる基である)
これらのプレチルト角発現成分を有するジアミンは1種単独で、または2種類以上組み合わせて用いられる。
上記式(10)で表されるジアミンの具体例としては、例えば、下記式(12)および(13)のそれぞれで表わされる化合物を例示することができる。
Figure 2008191655
上記式(11)で表されるジアミンの具体例としては、例えば、下記式(14)〜(18)のそれぞれで表わされる化合物を例示することができる。
Figure 2008191655
Figure 2008191655
本発明の液晶配向剤がTN方式、STN方式、OCB方式に用いられる場合は、上記(12)〜(18)のそれぞれで表わされるプレチルト角発現成分を有するジアミンを使用することで1〜30°の液晶のプレチルト角を安定して発現することができる。この場合、これらのプレチルト角発現成分を有するジアミンの割合は、全ジアミンに基づいて、好ましくは0.5〜30モル%、より好ましくは0.7〜20モル%、特に好ましくは1〜15モル%である。
本発明の液晶配向剤がVA方式に用いられる場合は、優れた液晶の垂直配向性を発現することから、上記プレチルト角発現成分を有するジアミンのうち、式(14)、(15)のそれぞれで表わされる化合物を用いることが特に好ましい。これらのジアミンの割合は、全ジアミンに基づいて、好ましくは8〜60モル%、より好ましくは9〜50モル%、特に好ましくは10〜25モル%である。
なお、本発明の液晶配向剤がIPS方式やFFS方式に使用される場合は、上記プレチルト角発現成分を有するジアミンを使用してもよいが、通常、後述する前記プレチルト角発現成分を有するジアミン化合物以外のジアミン化合物のみを使用して重合体を合成することができる。
本発明の液晶配向剤に用いる重合体の合成に使用される上記プレチルト角発現成分を含有するジアミン化合物以外のジアミン化合物としては、例えば、以下のジアミンを挙げることができる。
p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンズアニリド、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、1,5−ジアミノナフタレン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、5−アミノ−1−(4’−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、6−アミノ−1−(4’−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)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、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、9,9−ジメチル−2,7−ジアミノフルオレン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)−10−ヒドロアントラセン、2,7−ジアミノフルオレン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)、2,2’,5,5’−テトラクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジクロロ−4,4’−ジアミノ−5,5’−ジメトキシビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、1,4,4’−(p−フェニレンイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’−(m−フェニレンイソプロピリデン)ビスアニリン、2,2’−ビス[4−(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジメチルビフェニル、4,4’−ビス[(4−アミノ−2−トリフルオロメチル)フェノキシ]−オクタフルオロビフェニル、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)−2,2−ジメチルプロパン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニルなどの芳香族ジアミン;
2,3−ジアミノピリジン、2,6−ジアミノピリジン、3,4−ジアミノピリジン、2,4−ジアミノピリミジン、5,6−ジアミノ−2,3−ジシアノピラジン、5,6−ジアミノ−2,4−ジヒドロキシピリミジン、2,4−ジアミノ−6−ジメチルアミノ−1,3,5−トリアジン、1,4−ビス(3−アミノプロピル)ピペラジン、2,4−ジアミノ−6−イソプロポキシ−1,3,5−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−メトキシ−1,3,5−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−フェニル−1,3,5−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−メチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリアジン、4,6−ジアミノ−2−ビニル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−5−フェニルチアゾール、2,6−ジアミノプリン、5,6−ジアミノ−1,3−ジメチルウラシル、3,5−ジアミノ−1,2,4−トリアゾール、6,9−ジアミノ−2−エトキシアクリジンラクテート、3,8−ジアミノ−6−フェニルフェナントリジン、1,4−ジアミノピペラジン、3,6−ジアミノアクリジン、ビス(4−アミノフェニル)フェニルアミン、3,6−ジアミノカルバゾール、N−メチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−エチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−フェニル−3,6−ジアミノカルバゾール、N,N’−ジ(4−アミノフェニル)−ベンジジン、および下記式(19)、(20)のそれぞれで表される化合物の如く、分子内に2つの1級アミノ基および該1級アミノ基以外の窒素原子を有するジアミン;
Figure 2008191655
(式中、R13は、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、ピペリジンおよびピペラジンから選ばれる窒素原子を含む環構造を有する1価の有機基を示し、Xは2価の有機基を示す。)
Figure 2008191655
(式中、R14は、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、ピペリジンおよびピペラジンから選ばれる窒素原子を含む環構造を有する2価の有機基を示す)、
1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3−プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、4,4−ジアミノヘプタメチレンジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、テトラヒドロジシクロペンタジエニレンジアミン、ヘキサヒドロ−4,7−メタノインダニレンジメチレンジアミン、トリシクロ[6.2.1.02,7]−ウンデシレンジメチルジアミン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、1,1−メタキシリレンジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、などの脂肪族および脂環式ジアミン;下記式(21)で表されるジアミノオルガノシロキサン;
Figure 2008191655
(式中、R15は炭素数1〜12の炭化水素基を示し、複数存在するR15は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、pは1〜3の整数であり、qは1〜20の整数である。)を挙げることができる。これらのプレチルト角発現成分を含有するジアミン化合物以外のジアミン化合物は単独でまたは2種以上組合せて用いられる。
これらのうち、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、1,5−ジアミノナフタレン、2,7−ジアミノフルオレン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジメチルビフェニル、2,6−ジアミノピリジン、3,4−ジアミノピリジン、2,4−ジアミノピリミジン、3,6−ジアミノアクリジン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジトリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,7−ジアミノフルオレン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、1,4−シクロヘキサンジアミン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、3,6−ジアミノカルバゾール、N−メチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−エチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−フェニル−3,6−ジアミノカルバゾール、N,N’−ジ(4−アミノフェニル)−ベンジジン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、上記式(19)で表される化合物のうち下記式(22)で表される化合物、上記式(20)で表される化合物のうち下記式(23)で表される化合物、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−シクロヘキサンジアミン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、上記式(21)で表される化合物のうち、下記式(24)で表される3,3’−(テトラメチルジシロキサン−1,3−ジイル)ビス(プロピルアミン)が好ましい。
Figure 2008191655
さらに特に好ましいものとしては、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,7−ジアミノフルオレン、3,3’−(テトラメチルジシロキサン−1,3−ジイル)ビス(プロピルアミン)、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニルを挙げることができる。
〈ポリアミック酸の合成〉
本発明のポリアミック酸の合成反応に使用されるテトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物の使用割合は、ジアミン化合物に含まれるアミノ基1当量に対して、テトラカルボン酸二無水物の酸無水物基が0.5〜2当量となる割合が好ましく、さらに好ましくは0.7〜1.2当量となる割合である。
ポリアミック酸の合成反応は、有機溶媒中において、好ましくは−20〜150℃、より好ましくは0〜100℃の温度条件下で行われる。ここで、有機溶媒としては、合成されるポリアミック酸を溶解できるものであれば特に制限はなく、例えばN−メチル−2−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、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルトリアミドなどの非プロトン系極性溶媒;m−クレゾール、キシレノール、フェノール、ハロゲン化フェノールなどのフェノール系溶媒を例示することができる。これらの溶媒は単独であるいは2種以上組合せて使用できる。また、有機溶媒の使用量(a)は、テトラカルボン酸二無水物およびジアミン化合物の総量を(b)とした場合、反応溶液の全量(a+b)に対して0.1〜30重量%になるような量であることが好ましい。
なお、上記有機溶媒には、ポリアミック酸の貧溶媒であるアルコール、ケトン、エステル、エーテル、ハロゲン化炭化水素および炭化水素類などを、生成するポリアミック酸が析出しない範囲で併用することができる。かかる貧溶媒の具体例としては、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、トリエチレングリコール、ジアセトンアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、乳酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルメトキシプロピオネ−ト、エチルエトキシプロピオネ−ト、プロピレンカーボネート、シュウ酸ジエチル、マロン酸ジエチル、ジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコール−n−プロピルエーテル、エチレングリコール−i−プロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、1,4−ジクロロブタン、トリクロロエタン、クロルベンゼン、o−ジクロルベンゼン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、イソアミルプロピオネート、イソアミルイソブチレート、ジイソペンチルエーテルなどを挙げることができる。これらの貧溶媒は単独であるいは2種以上組合せて使用できる。
以上のようにして、ポリアミック酸を溶解してなる反応溶液が得られる。そして、この反応溶液を大量の貧溶媒中に注いで析出物を得、析出物を減圧下乾燥する、または、反応溶液をエバポレーターで減圧留去することによりポリアミック酸を得ることができる。また、このポリアミック酸を再び有機溶媒に溶解させ、次いで貧溶媒で析出させる工程、または、エバポレーターで減圧留去する工程を1回または数回行うことにより、ポリアミック酸を精製することができる。
〈イミド化重合体〉
本発明の液晶配向剤に用いられるイミド化重合体は、上記ポリアミック酸を脱水閉環することにより合成することができる。ここで言うイミド化重合体には、上記ポリアミック酸を部分的にイミド化した部分イミド重合体および100%イミド化した重合体が含まれ、以下、これらを総称して『イミド化重合体』と記載する。
本発明の液晶配向剤に用いられるイミド化重合体における好ましいイミド化率は、10〜100%、更に好ましくは20〜95%、特に好ましくは45〜90%である。ここで、「イミド化率」とは、重合体における繰り返し単位の総数に対する、イミド環を形成してなる繰り返し単位の数の割合を%で表したものとする。この時、イミド環の一部がイソイミド環であっても良い。
イミド化重合体を合成する方法としては、(I)上記ポリアミック酸を加熱することにより脱水閉環させて合成する方法、(II)上記ポリアミック酸を有機溶媒に溶解し、この溶液中に脱水剤および脱水閉環触媒を添加し必要に応じて加熱することにより、脱水閉環させて合成する方法が用いられ、上記反応条件を適切に制御して所望のイミド化率を有する重合体が得られる。
上記(I)ポリアミック酸を加熱する方法における反応温度は、好ましくは50〜300℃であり、より好ましくは100〜250℃である。反応温度が50℃未満では脱水閉環反応が十分に進行せず、反応温度が300℃を超えると得られるイミド化重合体の分子量が低下することがある。
一方、上記(II)ポリアミック酸の溶液中に脱水剤および脱水閉環触媒を添加する方法において、脱水剤としては、例えば無水酢酸、無水プロピオン酸、無水トリフルオロ酢酸などの酸無水物を用いることができる。脱水剤の使用量は、ポリアミック酸の繰り返し単位1モルに対して0.01〜20モルとするのが好ましい。また、脱水閉環触媒としては、例えばピリジン、コリジン、ルチジン、トリエチルアミンなどの第3級アミンを用いることができる。ただし、脱水剤および脱水閉環触媒はこれらの例に限定されるものではない。脱水閉環触媒の使用量は、使用する脱水剤1モルに対して0.01〜10モルとするのが好ましい。なお、脱水閉環反応に用いられる有機溶媒としては、ポリアミック酸の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒と同じものを挙げることができる。そして、脱水閉環反応の反応温度は、好ましくは0〜180℃、より好ましくは10〜150℃である。また、このようにして得られる反応溶液に対し、ポリアミック酸の精製方法と同様の操作を行うことにより、イミド化重合体を精製することができる。イミド化率は下記方法によって求めることができる。
<イミド化重合体のイミド化率測定方法>
イミド化重合体を室温で減圧乾燥した後、重水素化ジメチルスルホキシドに溶解させ、テトラメチルシランを基準物質として室温でH−NMRを測定し、下記式(ii)で示される式により求めることができる。
イミド化率(%)=(1−A/A×α)×100 −−−−−−(ii)
:NH基のプロトン由来のピーク面積(10ppm)
:その他のプロトン由来のピーク面積
α :重合体の前駆体(ポリアミック酸)における、NH基のプロトン1個に対するその他のプロトンの個数割合
〈末端修飾型の重合体〉
本発明の液晶配向剤を構成するポリアミック酸およびイミド化重合体は、分子量が調節された末端修飾型のものであってもよい。この末端修飾型の重合体を用いることにより、本発明の効果が損なわれることなく液晶配向剤の塗布特性などを改善することができる。このような末端修飾型のものは、ポリアミック酸を合成する際に、酸一無水物、モノアミン化合物、モノイソシアネート化合物などを反応系に添加することにより合成することができる。ここで、酸一無水物としては、ジカルボン酸一無水物が挙げられ、例えば無水マレイン酸、無水フタル酸、無水イタコン酸、n−デシルサクシニック酸無水物、n−ドデシルサクシニック酸無水物、n−テトラデシルサクシニック酸無水物、n−ヘキサデシルサクシニック酸無水物などを挙げることができる。また、モノアミン化合物としては、例えばアニリン、シクロヘキシルアミン、p−エチルアニリン、n−ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、n−ウンデシルアミン、n−ドデシルアミン、n−トリデシルアミン、n−テトラデシルアミン、n−ペンタデシルアミン、n−ヘキサデシルアミン、n−ヘプタデシルアミン、n−オクタデシルアミン、n−エイコシルアミンなどを挙げることができる。また、モノイソシアネート化合物としては、例えばフェニルイソシアネート、ナフチルイソシアネートなどを挙げることができる。
<溶液粘度>
本発明の配向剤に使用する重合体は、10重量%の溶液としたときに、20〜800mPa・sの粘度を持つものであることが好ましく、30〜500mPa・sの粘度を持つものであることがより好ましい。
なお、重合体の溶液粘度(mPa・s)は、所定の溶媒を用い、固形分濃度10重量%に希釈した溶液についてE型回転粘度計を用いて25℃で測定した。
<液晶配向剤>
本発明の液晶配向剤は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物を重縮合反応させて合成したポリアミック酸および/または前記ポリアミック酸をイミド化して得られるイミド化重合体、オキセタン化合物またはそれとエポキシ化合物とが、通常有機溶媒中に溶解含有されて構成される。
発明に使用させる重合体としては(A)1種以上のポリアミック酸単独、(B)1種以上のイミド化重合体、(C)ポリアミック酸とイミド化重合体の混合物を挙げることができる。これらのうち、電圧保持率、耐焼付き性(残留DC)などの特性が良好となる理由から、(B)1種以上のイミド化重合体および(C)ポリアミック酸とイミド化重合体の混合物を使用することが好ましい。
また、(C)ポリアミック酸とイミド化重合体の混合物を使用する場合、イミド化重合体におけるイミド化率は、好ましくは45−100%の範囲、より好ましくは55%より高いことが好ましい。このとき、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)ピロメリット酸二無水物から選ばれる1種以上のテトラカルボン酸二無水物とp−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,7−ジアミノフルオレン、3,3’−(テトラメチルジシロキサン−1,3−ジイル)ビス(プロピルアミン)、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、から選ばれる1種以上のジアミンを反応させて得られるポリアミック酸とイミド化重合体を混合させて使用すると、高い電圧保持率を示し、耐焼付き性(残留DC)、配向剤塗布性などの特性が良好となる液晶配向膜が得られる点で好ましい。この場合、上記ポリアミック酸とイミド重合体の重量比は、好ましくはポリアミック酸:イミド化重合体=10:90〜90:10となる範囲であり、より好ましくはポリアミック酸:イミド化重合体=30:70〜85:15となる範囲であり、特に好ましくはポリアミック酸:イミド化重合体=50:50〜80:20となる範囲である。
本発明の液晶配向剤を調製する際の温度は、好ましくは0℃〜200℃、より好ましくは20℃〜60℃である。
本発明の液晶配向剤を構成する有機溶媒としては、ポリアミック酸の合成反応に用いられるものとして例示した溶媒と同じものを挙げることができる。ただし、合成反応では原料や反応物の溶解性等のみを考慮して溶媒を選定すればよいが、液晶配向剤では、さらに保存安定性や次工程での印刷性や塗布性等を考慮する必要があるので、ポリアミック酸等の合成反応に使用する有機溶媒と異なる溶媒であってもよい。この中で印刷性の観点から沸点160℃以上の溶媒が好ましく、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、γ−ブチロラクタム、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、エチレングリコールモノメチルエーテル、乳酸ブチル、酢酸ブチル、メチルメトキシプロピオネ−ト、エチルエトキシプロピオネ−ト、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコール−n−プロピルエーテル、エチレングリコール−i−プロピルエーテル、エチレングリコール−n−ブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、イソアミルプロピオネート、イソアミルイソブチレート、ジイソペンチルエーテルなどを挙げることができる。これらは単独で使用することができ、または2種以上を混合して使用することができる。特に好ましい溶媒組成は、前記の溶媒を組み合わせて得られる組成であって、配向剤中で重合体が析出せず、かつ、配向剤の表面張力が25〜40mN/mの範囲となるような組成である。
本発明の液晶配向剤における固形分濃度は、粘性、揮発性などを考慮して選択される。好ましくは1〜10重量%の範囲である。すなわち、本発明の液晶配向剤は、基板表面に塗布され、液晶配向膜となる塗膜が形成されるが、固形分濃度が1重量%未満である場合には、この塗膜の膜厚が過小となって良好な液晶配向膜を得難く、固形分濃度が10重量%を超える場合には、塗膜の膜厚が過大となって同様に良好な液晶配向膜を得難く、また、液晶配向剤の粘性が増大して塗布特性が劣るものとなる。
なお、特に好ましい固形分濃度の範囲は、基板に液晶配向剤を塗布する際に用いる方法によって異なる。例えば、スピンナー法による場合には1.5〜4.5重量%の範囲が特に好ましい。印刷法による場合には、固形分濃度を3〜9重量%の範囲とし、それにより、溶液粘度を12〜50mPa・sの範囲とするのが特に好ましい。インクジェット法による場合には、固形分濃度を1〜5重量%の範囲とし、それにより、溶液粘度を3〜15mPa・sの範囲とするのが特に好ましい。
本発明の液晶配向剤を調製する際の温度は、好ましくは0℃〜200℃、より好ましくは20℃〜60℃である。
本発明の液晶配向剤には、必要に応じてその他の添加剤を含有してもよい。添加剤としては、例えば、基板表面に対する接着性を向上させ、また、電圧保持率を向上させる観点から、官能性シラン含有化合物が挙げられる。かかる官能性シラン含有化合物としては、例えば3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N−トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10−トリメトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、10−トリエトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、9−トリメトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、9−トリエトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリエトキシシランなどを挙げることができる。
これら官能性シラン含有化合物の配合割合は、ポリアミック酸および/またはイミド化重合体の総量100重量部に対して、好ましくは60重量部以下、より好ましくは50重量部以下である。
〈液晶表示素子〉
本発明の液晶表示素子は、例えば次の方法によって製造することができる。
(1)パターニングされた透明導電膜が設けられている基板の一面に、本発明の液晶配向剤を例えばロールコーター法、スピンナー法、印刷法、インクジェット法などの方法によって塗布し、次いで、塗布面を加熱することにより塗膜を形成する。ここで、基板としては、例えばフロートガラス、ソーダガラスなどのガラス;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、脂環式ポリオレフィンなどのプラスチックからなる透明基板を用いることができる。基板の一面に設けられる透明導電膜としては、酸化スズ(SnO)からなるNESA膜(米国PPG社登録商標)、酸化インジウム−酸化スズ(In−SnO)からなるITO膜などを用いることができる。これらの透明導電膜のパターニングには、フォト・エッチング法や予めマスクを用いる方法が用いられる。反射電極にはAlやAgなどの金属、あるいは、これらの金属を含有する合金などを用いることができるが、十分な反射率を有してさえいればこれらに限定されるものではない。液晶配向剤の塗布に際しては、基板表面および透明導電膜や反射電極と液晶配向膜との密着性をさらに良好にするために、基板の該表面に、官能性シラン含有化合物、官能性チタン含有化合物などを予め塗布することもできる。液晶配向剤塗布後、塗布した配向剤の液垂れ防止等の目的で通常、予備加熱(プレベーク)が実施される。プレベーク温度は、好ましくは30〜200℃であり、より好ましくは40〜150℃であり、特に好ましくは40〜100℃である。その後、溶剤を完全に除去し、ポリアミック酸ユニットをポリイミドユニットへと熱イミド化することを目的として焼成(ポストベーク)工程が実施される。この焼成(ポストベーク)温度は、好ましくは80〜300℃であり、より好ましくは120〜250℃である。このようにして、ポリアミック酸ユニットを含有する本発明の液晶配向剤は、塗布後に有機溶媒を除去することによって液晶配向膜となる塗膜を形成し、さらに加熱することによって脱水閉環を進行させ、よりイミド化された液晶配向膜とすることもできる。形成される液晶配向膜の膜厚は、好ましくは0.001〜1μmであり、より好ましくは0.005〜0.5μmである。
(2)必要に応じて形成された塗膜表面を、例えばナイロン、レーヨン、コットンなどの繊維からなる布を巻きつけたロールで一定方向に擦るラビング処理を行う。これにより、液晶分子の配向能が塗膜に付与された液晶配向膜となる。また、ラビング処理による方法以外に、塗膜表面に偏光紫外光を照射して配向能を制御する方法も適用できる。なお、ラビング処理時などに発生する微粉末(異物)を除去して塗膜表面を清浄な状態とするために、形成された液晶配向膜をイソプロピルアルコールおよび/または純水等によって洗浄することが好ましい。また、本発明の液晶向配剤により形成された液晶配向膜に、例えば特開平6−222366号公報や特開平6−281937号公報に示されているような、紫外線を部分的に照射することによってプレチルト角を変化させるような処理、あるいは特開平5−107544号公報に示されているような、ラビング処理された液晶配向膜上にレジスト膜を部分的に形成し、先行のラビング処理とは異なる方向にラビング処理を行った後、前記レジスト膜を除去して、液晶配向膜の配向能を変化させるような処理を行うことによって、液晶表示素子の視野角特性を改善することが可能である。
(3)上記のようにして液晶配向膜が形成された基板を2枚作製し、それぞれの液晶配向膜におけるラビング方向が直交または逆平行となるように、2枚の基板を、間隙(セルギャップ)を介して対向配置し、2枚の基板の周辺部をシール剤を用いて貼り合わせ、基板表面およびシール剤により区画されたセルギャップ内に液晶を注入充填し、注入孔を封止して液晶セルを構成する。そして、液晶セルの外表面、すなわち、液晶セルを構成するそれぞれの基板の外面側に、偏光板を配することにより、液晶表示素子が得られる。
ここに、シール剤としては、例えば硬化剤およびスペーサーとしての酸化アルミニウム球を含有するエポキシ樹脂などを用いることができる。
液晶としては、ネマティック型液晶およびスメクティック型液晶を挙げることができる。その中でもネマティック型液晶が好ましく、例えばシッフベース系液晶、アゾキシ系液晶、ビフェニル系液晶、フェニルシクロヘキサン系液晶、エステル系液晶、ターフェニル系液晶、ビフェニルシクロヘキサン系液晶、ピリミジン系液晶、ジオキサン系液晶、ビシクロオクタン系液晶、キュバン系液晶などを用いることができる。また、これらの液晶に、例えばコレスチルクロライド、コレステリルノナエート、コレステリルカーボネートなどのコレステリック型液晶や商品名「C−15」「CB−15」(メルク社製)として販売されているようなカイラル剤などを添加して使用することもできる。さらに、p−デシロキシベンジリデン−p−アミノ−2−メチルブチルシンナメートなどの強誘電性液晶も使用することができる。
また、液晶セルの外表面に貼り合わされる偏光板としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させながら、ヨウ素を吸収させたH膜と称される偏光膜を酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板またはH膜そのものからなる偏光板を挙げることができる。
以下、本発明を実施例により、さらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。なお、以下の実施例および比較例において調製された液晶配向剤の評価項目および評価方法を下記に示す。
(液晶分子の垂直配向性)
垂直配向型液晶表示素子の垂直配向性は電圧OFF時および交流12V(ピーク−ピーク)での液晶表示素子を観察し、異常ドメインのない場合を「良好」と判断した。
(電圧保持率(VHR))
液晶表示素子に温度60度で5Vの電圧、60マイクロ秒の印加時間、1670ミリ秒のスパンで印加した際、5V印加解除から1670ミリ秒後の保持電圧を、(株)東陽テクニカ製VHR−1を用いて測定した。この際に液晶としてネガ型MLC−2038(Merck社製)を用いた。
(液晶表示素子の高温試験)
垂直配向型液晶表示素子の耐熱性は素子を高温(100℃)、湿度50%RHに10日間放置し、電圧をオン・オフさせた時に液晶セル中の異常ドメインの認められないことを確認した。
(液晶表示素子の信頼性試験)
液晶配向剤の信頼性は、垂直配向型液晶表示素子に直流6.0V、交流6.0V(ピーク−ピーク)を重畳した30Hz、3.0Vの矩形波を60℃の環境温度で150時間印加した後、電圧をOFFとし、残像が消去したのちに、ムラなく、均一に垂直配向しているか目視により確認した。さらに、高温試験前後の電圧保持率について比較を行った。
合成例1(ポリイミド重合体の合成)
テトラカルボン酸二無水物として、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物20g(0.091モル)、ジアミン化合物としてp−フェニレンジアミン7.9g(0.073モル)および上記式(15)で表されるジアミン化合物9.1g(0.018モル)を、N−メチル−2−ピロリドン150gに溶解させ、60℃で4時間反応させた。得られたポリアミック酸溶液を小量分取し、NMP(N−メチルピロリドン)を加えて固形分濃度10重量%の溶液で粘度を測定したところ、60mPa・sであった。得られたポリアミック酸をN−メチル−2−ピロリドン350gを追加して溶解させ、ピリジン14gおよび無水酢酸19gを添加し110℃で4時間脱水閉環させた。イミド化反応後、系内の溶剤を新たなγ−ブチロラクトンで溶剤置換し(本操作にてイミド化反応に使用したピリジン、無水酢酸を系外に除去した)、固形分濃度15重量%、固形分濃度10重量%時(γ−ブチロラクトン溶液)の溶液粘度58mPa・s、イミド化率約53%のイミド化重合体(これを「重合体P−1」とする)溶液約240gを得た。
合成例2(ポリイミド重合体の合成)
テトラカルボン酸二無水物として、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物22g(0.10モル)、ジアミン化合物としてp−フェニレンジアミン9.9g(0.091モル)および上記式(15)で表されるジアミン化合物5.4g(0.011モル)を、N−メチル−2−ピロリドン150gに溶解させ、60℃で4時間反応させた。得られたポリアミック酸溶液を小量分取し、NMPを加えて固形分濃度10重量%の溶液で粘度を測定したところ、48mPa・sであった。得られたポリアミック酸にN−メチル−2−ピロリドン350gを追加しに溶解させ、ピリジン16gおよび無水酢酸20gを添加し110℃で4時間脱水閉環させた。イミド化反応後、系内の溶剤を新たなγ−ブチロラクトンで溶剤置換し(本操作にてイミド化反応に使用したピリジン、無水酢酸を系外に除去した)、固形分濃度15重量%、固形分濃度10重量%時(γ−ブチロラクトン溶液)の溶液粘度45mPa・s、イミド化率約51%のイミド化重合体(これを「重合体P−2」とする)溶液約230gを得た。
合成例3(ポリイミド重合体の合成)
テトラカルボン酸二無水物として、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物20g(0.09モル)、ジアミン化合物としてp−フェニレンジアミン8.0g(0.073モル)および上記式(14)で表されるジアミン化合物9.2g(0.018モル)を、N−メチル−2−ピロリドン150gに溶解させ、60℃で4時間反応させた。得られたポリアミック酸溶液を小量分取し、NMPを加えて固形分濃度10重量%の溶液で粘度を測定したところ、65mPa・sであった。得られたポリアミック酸をN−メチル−2−ピロリドン350gを追加しに溶解させ、ピリジン14gおよび無水酢酸18gを添加し110℃で4時間脱水閉環させた。イミド化反応後、系内の溶剤を新たなγ−ブチロラクトンで溶剤置換し(本操作にてイミド化反応に使用したピリジン、無水酢酸を系外に除去した)、固形分濃度16重量%、固形分濃度10重量%時(γ−ブチロラクトン溶液)の溶液粘度63mPa・s、イミド化率約56%のイミド化重合体(これを「重合体P−3」とする)溶液約240gを得た。
実施例1
合成例1で得られた重合体P−1とオキセタン化合物a(重合体100重量部に対し20重量部)を、N−メチル−2−ピロリドン/ブチルセロソルブ混合溶液(重量比50/50)に溶解させて、固形分濃度3重量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターを用いて濾過し、本発明の膜形成用組成物を調製した。
次に、厚さ1mmのガラス基板の一面に設けられたITO膜からなる透明導電膜上に、当該膜形成用組成物をスピンナーにより塗布し、200℃で60分間乾燥することで、乾燥膜厚0.06μmの被膜を形成した。
次に、一対の透明電極/透明電極基板の上記液晶配向膜塗布基板の液晶配向膜を有するそれぞれの外縁に、直径5.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤を塗布した後、液晶配向膜面が相対するように重ね合わせて圧着し、接着剤を硬化させた。次いで、液晶注入口より基板間に、ネガ型液晶(メルク社製、MLC−2038)を充填した後、アクリル系光硬化接着剤で液晶注入口を封止し、基板の外側の両面に偏光板を張り合わせ、液晶表示素子を作製した。
上記のようにして作製された垂直配向型液晶表示素子は、垂直配向性も良好であり、輝度による残像評価でも輝度差は少なく「残像良好」であった。電圧保持率では98.4%を示し、オキセタン化合物aを加えていない場合の電圧保持率は96.4%であることから添加剤を加えることにより向上が見られた。また、高温度下に置いた場合でも温度によって発生する配向ムラは観測されず良好な結果を示し、電圧保持率を恒温試験前後で比較したところ、オキセタン化合物を添加しない場合5%程度低下しているのに対して、添加した場合には1%程度の低下となった。従って、本実施例により作製された液晶表示素子によれば、垂直配向性、電圧保持率性に優れ、さらに高温下の信頼性が電圧保持率において優れていることが確認された。
実施例2〜12
合成例1〜3で得られた重合体P−1〜P−3のそれぞれと、オキセタン化合物のみ、またはオキセタン化合物及びエポキシ化合物とをN−メチル−2−ピロリドン/ブチルセロソルブ混合溶剤(重量比50/50)に溶解させ固形分濃度3重量%の溶液を得、この溶液を孔径1μmのフィルターでろ過することにより、本発明の液晶配向剤を調製した。それぞれの組成を下記表1に示す。オキセタン化合物として実施例1、5、9ではオキセタン化合物a(重合体100重量部に対しそれぞれ20重量部)を用い、実施例2、6、10ではそれぞれオキセタン化合物b(重合体100重量部に対しそれぞれ20重量部)を用い、実施例3、7、11ではそれぞれ化合物d(重合体100重量部に対しそれぞれ20重量部)を用い、実施例4、8、12ではオキセタン化合物c(重合体100重量部に対しそれぞれ15重量部)及びエポキシ化合物(重合体100重量部に対しそれぞれ5重量部)とした以外は、実施例1と同様にして液晶セルを作製し、各種評価を行った。結果を下記表2に示す。
比較例1〜6
合成例1〜3で得られた重合体P−1〜P−3だけを用いるか、またはこれらの重合体のそれぞれとエポキシ化合物(重合体100重量部に対しそれぞれ20重量部)のみを溶解させるかしたこと以外は、実施例1と同様にして液晶セルを作製し、各種評価・試験を行った。結果を下記表2に示す。また、組成を表1に示した。
Figure 2008191655
オキセタン化合物
a:1,4−ビス{[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼン(OXT−121)
b:ジ[2−(3−オキセタニル)ブチル]エーテル(OXT−221)
c:OX−SC
d:PINOX−1009
Figure 2008191655
以上オキセタン化合物は全て東亜合成(株)製
エポキシ化合物
N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン
Figure 2008191655
上記表2から実施例1〜12で得られた液晶配向剤から得られる液晶配向膜は比較例と比べて高い電圧保持率を示し、また電圧保持率の信頼性に優れることが明らかである。本発明の液晶配向剤の上記特性は添加するオキセタン化合物の選択、および添加量により調整できることが明らかである。
以上に示した様に本発明によって高い電圧保持率を示し、かつ電圧保持率の信頼性に優れる液晶配向剤および当該配向膜を有し、精彩な画面を具備する液晶表示素子を提供することが可能である。

Claims (5)

  1. (A)テトラカルボン酸二無水物およびジアミン化合物を反応させて得られるポリアミック酸および/またはそのイミド化重合体並びに
    (B−1)分子内に2個以上のオキセタン環を含有する化合物、または、
    (B−2)分子内に2個以上のエポキシ基を含有する化合物と分子内に2個以上のオキセタン環を含有する化合物との組合せ、
    を含有することを特徴とする液晶配向剤。
  2. 分子内に2個以上のオキセタン環を含有する化合物が下記式(イ)、(ロ)および(ハ)
    Figure 2008191655
    (ここで、Raは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基、Rbは、炭素数1〜20の有機基を示し、lは0または1である。)
    Figure 2008191655
    (ここで、nはRcに結合している官能基の数を表わし、3以上の整数であり、Rcはn価の有機基を表わし、Raの定義は上記式(イ)に同じである。)
    Figure 2008191655
    (ここで、Rdは2価の有機基を示し、mは1〜10の整数である。)
    よりなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の液晶配向剤。
  3. 少なくとも1種のテトラカルボン酸二無水物が、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシノルボルナン−2:3,5:6−ジ無水物およびビシクロ[3.3.0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、4,9−ジオキサトリシクロ[5.3.1.02,6]テトラカルボン酸二無水物、下記一般式で表される化合物、
    Figure 2008191655
    よりなる群から選ばれる請求項1または請求項2に記載の液晶配向剤。
  4. 垂直配向性液晶配向膜を形成するために用いられる請求項1〜3のいずれかに記載の液晶配向剤。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の液晶配向剤から形成された液晶配向膜を具備することを特徴とする液晶表示素子。
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