JP2011133825A - 液晶配向剤、液晶配向膜および液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
Description
このような液晶セルにおいては、液晶分子を基板面に対して所定の方向に配向するために、基板表面に液晶配向膜が設けられている。この液晶配向膜は、TN型、STN型およびIPS型の液晶セルにおいては、通常、基板表面に形成された有機膜表面をレーヨン等の布材で一方向にこする方法(ラビング法)により形成される。しかし、液晶配向膜の形成をラビング処理により行うと、ラビング工程中にほこりや静電気が発生し易いため、配向膜表面にほこりが付着して表示不良発生の原因となるという問題があるほか、TFT(Thin Film Transistor)素子を有する基板の場合には、発生した静電気によってTFT素子の回路破壊が起こり、製品歩留まり低下の原因となるという問題もあった。さらに、今後ますます高精細化の傾向にある液晶表示素子においては、画素の高密度化に伴って基板表面に不可避的に生じる凹凸のために、均一なラビング処理が困難となりつつある。
しかしながら、上記先行技術文献に記載された液晶配向剤を用いて光配向法によって形成された液晶配向膜をVA型の液晶セルに適用した場合、液晶配向膜の形成当初は良好なプレチルト角を示したとしても、経時的にプレチルト角発現性が失われる現象が起こり、プレチルト角の経時的安定性に欠けることが明らかになっている。
また、この技術をTN型、STN型または横電界方式の液晶表示素子に適用した場合、形成される液晶配向膜の液晶配向性は必ずしも十分であるとはいえない。
本発明の別の目的は、上記液晶配向剤から液晶配向膜を形成する方法を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、表示品位および長期信頼性に優れる液晶表示素子を提供することにある。
本発明のさらに別の目的および利点は、以下の説明から明らかになろう。
下記式(1’)および(2’)
式(2’)中、R4は水素原子、フッ素原子、炭素数1〜20のアルキル基または炭素数1〜20のフルオロアルキル基であり、X3は単結合、酸素原子、硫黄原子、+−COO−または+−OCO−(ただし以上において、「+」を付した結合手が基R4と結合する。)であり、R5は1,4−フェニレン基または1,4−シクロヘキシレン基であり、X4は単結合、メチレン基、炭素数2もしくは3のアルキレン基、酸素原子、硫黄原子または−NH−であり、dは1〜3の整数であり、dが2または3である場合に複数存在するR5およびX4は、それぞれ、同一であっても異なっていてもよく、X5は酸素原子、−COO−+または−OCO−+(ただし、以上において「+」を付した結合手がR6と結合する。)であり、R6は2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環式基または2価の縮合環式基であり、eは0〜3の整数であり、R7は単結合、+−OCO−(CH2)h−または+−O−(CH2)i−(ただし、以上において「+」を付した結合手が−(X5−R6)e−側であり、hおよびiは、それぞれ、1〜10の整数である。)であり、fは1〜10の整数であり、R8はフッ素原子、シアノ基またはメチル基であり、gは0〜4の整数であり、そして「*」は結合手であることを示す。)
のそれぞれで表される基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有するポリアミック酸エステルおよび部分イミド化ポリアミック酸エステルよりなる群から選択される少なくとも1種の重合体を含有する液晶配向剤によって達成される。
本発明の上記目的および利点は、第二に、
上記の液晶配向剤を塗布して塗膜を形成し、該塗膜に放射線を照射する工程を経る液晶配向膜の形成方法によって達成され、第三に、
上記の液晶配向剤から形成された液晶配向膜を具備する液晶表示素子によって達成される。
かかる液晶配向膜を具備する本発明の液晶表示素子は、表示品位に優れるとともに長期信頼性に優れるものであるため、各種の表示装置に好適に適用することができる。
上記式(1’)中のR1および式(2’)中のR4における炭素数1〜20のアルキル基としては、それぞれ、直鎖状のアルキル基であることが好ましく、その具体例として、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−ドデシル基、n−ヘキサデシル基、n−オクタデシル基、n−エイコシル基等を挙げることができる。R1およびR4における炭素数1〜20のフルオロアルキル基としては、それぞれ、直鎖のフルオロアルキル基であることが好ましく、その具体例として、例えばトリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、4,4,4−トリフルオロブチル基、4,4,5,5,5−ペンタフルオロペンチル基、4,4,5,5,6,6,6−ヘプタフルオロヘキシル基等を挙げることができる。
上記式(1’)中のR3および式(2’)中のR8としては、それぞれ、フッ素原子であることが好ましい。
上記式(1’)中のX1および式(2’)中のX3としては、それぞれ、単結合または酸素原子であることが;
上記式(1’)中のX2および式(2’)中のX4としては、それぞれ、単結合または+−COO−(ただし、「+」を付した結合手が基R1と結合する。)であることが;
上記式(1’)中のaおよび式(2’)中のdとしては、それぞれ、0または1であることが;
上記式(1’)中のcおよび式(2’)中のgとしては、それぞれ、0または1であることが、それぞれ好ましい。
上記式(1’)中のbとしては、1〜6の整数であることが好ましく、2〜4の整数であることがより好ましい。
R6の2価の芳香族基としては、例えば1,4−フェニレン基等を;
2価の脂環式基としては、例えば1,4−シクロヘキシレン基等を;
2価の複素環式基としては、例えばピリジンジイル基、フランジイル基等を;
2価の縮合環式基としては、例えばナフチル基等を、それぞれ挙げることができる。
上記式(2’)におけるR7が+−OCO−(CH2)h−または+−O−(CH2)i−(ただし、以上において「+」を付した結合手が−(X5−R6)e−側である。)である場合のhまたはiは、それぞれ2〜6の整数であることが好ましく、
上記式(2’)におけるeは0であることが、それぞれ好ましい。
fは2〜6の整数であることが好ましく、2〜4の整数であることがより好ましい。
このような上記式(1’)で表される基としては、例えば下記式(1−1)〜(1−15)
のそれぞれで表される基を挙げることができ、これらのうち上記式(1−1)、(1−3)、(1−4)、(1−6)、(1−7)、(1−8)、(1−9)、(1−10)、(1−12)、(1−14)および(1−15)のそれぞれで表される基が好ましい。
上記式(2’)で表される基としては、例えば下記式(2−1)〜(2−3)
のそれぞれで表される基を挙げることができ、これらのうち上記式(2−1)で表される基が好ましい。
本発明における感放射線性重合体の有する上記式(1’)および(2’)のそれぞれで表される基よりなる群から選択される少なくとも1種の基の含有割合は、0.1〜10ミリモル/g−ポリマーであることが好ましく、1〜5ミリモル/g−ポリマーであることがより好ましい。
本発明の液晶配向剤に含有される感放射線性重合体の有する上記式(1’)で表される基におけるR1および上記式(2’)で表される基におけるR4が、それぞれ、炭素数2〜20のアルキル基または炭素数2〜20のフルオロアルキル基である場合、本発明の液晶配向剤はVA型の液晶表示素子の液晶配向膜を形成するために特に好適であり;
R1およびR4が、それぞれ、炭素数1〜5のアルキル基または炭素数1〜5のフルオロアルキル基である場合、本発明の液晶配向剤はTN型、STN型または横電界方式の液晶表示素子の液晶配向膜を形成するために特に好適であり;
後者である場合、とりわけ横電界方式の液晶表示素子の液晶配向膜を形成するために好適である。
本発明における感放射線性重合体を合成するには、例えば
ポリアミック酸およびその部分イミド化物よりなる群から選択される少なくとも1種の重合体(以下、「重合体(A)」ともいう。)と、
下記式(1)および(2)
式(2)中、R4、R5、R6、R7、R8、X3、X4、X5、d、e、fおよびgは、それぞれ、上記式(2’)におけるのと同義であり、Z2はハロゲン原子であるか、あるいはエポキシ基を有する1価の基、炭素数1〜6のアルキル基を有するアルキルスルフォニル基、炭素数1〜6のフルオロアルキル基を有するフルオロアルキルスルフォニル基または炭素数6〜10のアリール基を有するアリールスルフォニル基である。)
のそれぞれで表される化合物よりなる群から選択される少なくとも1種(以下、「化合物(B)」ともいう。)と
を反応させる方法によることができる。
上記ポリアミック酸は、例えばテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを反応させることにより得ることができ;
ポリアミック酸の部分イミド化物は、上記ポリアミック酸の有するアミック酸構造の一部を脱水閉環して、部分的にイミド化することにより得ることができる。
上記のとおり、ポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを反応させることにより得ることができる。
{テトラカルボン酸二無水物}
本発明におけるポリアミック酸を合成するために用いられるテトラカルボン酸二無水物としては、例えば脂肪族テトラカルボン酸二無水物、脂環式テトラカルボン酸二無水物、芳香族テトラカルボン酸二無水物等を挙げることができる。これらの具体例としては、脂肪族テトラカルボン酸二無水物として、例えばブタンテトラカルボン酸二無水物等を;
脂環式テトラカルボン酸二無水物として、例えば1,2,3,4−シクロブタ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)、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−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物、2,4,6,8−テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン−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−テトラオン等を;
芳香族テトラカルボン酸二無水物として、例えばピロメリット酸二無水物等を、それぞれ挙げることができるほか、
特願2009−157556に記載のテトラカルボン酸二無水物を用いることができる。
本発明におけるポリアミック酸を合成するために用いられるテトラカルボン酸二無水物としては、脂環式テトラカルボン酸二無水物、特に2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物を、全テトラカルボン酸二無水物に対して、20モル%以上含むものであることが好ましく、50モル%以上含むものであることがより好ましく、特に80モル%以上含むものであることが好ましい。
本発明におけるポリアミック酸を合成するために用いられるテトラカルボン酸二無水物としては、脂環式テトラカルボン酸二無水物のみからなるものであることがとりわけ好ましく、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物のみからなるものであることが、最も好ましい。
本発明におけるポリアミック酸を合成するために用いられるジアミンとしては、例えば脂肪族ジアミン、脂環式ジアミン、芳香族ジアミン、ジアミノオルガノシロキサン等を挙げることができる。これらの具体例としては、脂肪族ジアミンとして、例えば1,1−メタキシリレンジアミン、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等を;
脂環式ジアミンとして、例えば1,4−ジアミノシクロヘキサン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン等を;
芳香族ジアミンとして、例えば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、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、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、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、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]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、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−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、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、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’−ビス(4−アミノフェニル)−ベンジジン、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)−N,N’−ジメチルベンジジン、
で表される化合物等を;
ジアミノオルガノシロキサンとして、例えば1,3−ビス(3−アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサン等を、それぞれ挙げることができるほか、
特願2009−157556に記載のジアミンを用いることができる。
上記式(D−1)におけるXIは炭素数1〜3のアルキル基、*−O−または*−COO−(ただし、「*」を付した結合手がジアミノフェニル基と結合する。)であることが好ましい。基CmH2m+1−としては直鎖状の基であることが好ましく、その具体例として、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−エイコシル基等を挙げることができる。ジアミノフェニル基における2つのアミノ基は、他の基に対して2,4−位または3,5−位にあることが好ましい。
上記式(D−1)で表される化合物の具体例としては、例えば下記式(D−1−1)〜(D−1−4)
上記式(D−1)において、jおよびkは同時には0にならないことが好ましい。
本発明におけるポリアミック酸を合成するために用いられるジアミンとしては、芳香族ジアミン、特に3,5−ジアミノ安息香酸を含むものであることが好ましい。
本発明におけるポリアミック酸を合成するために用いられるジアミンは、芳香族ジアミン、特に3,5−ジアミノ安息香酸を、全ジアミンに対して、10モル%以上含むものであることが好ましく、20モル%以上含むものであることがより好ましく、特に50モル%以上含むものであることが好ましい。
ポリアミック酸の合成反応に供されるテトラカルボン酸二無水物とジアミンの使用割合は、ジアミン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0.2〜2当量となる割合が好ましく、さらに好ましくは0.3〜1.2当量となる割合である。
ポリアミック酸の合成反応は、好ましく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。反応時間は、好ましくは1〜240時間であり、より好ましくは2〜12時間である。
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等の非プロトン性極性溶媒;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等のフェノール性溶媒を挙げることができる。有機溶媒の使用量(a:ただし有機溶媒と後述の貧溶媒とを併用する場合には、それらの合計量をいう。)は、テトラカルボン酸二無水物およびジアミン化合物の合計量(b)が、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。
ポリアミック酸を合成するに際して有機溶媒と上記の如き貧溶媒とを併用する場合、貧溶媒の使用割合は、有機溶媒と貧溶媒との合計に対して、好ましくは50重量%以下であり、より好ましくは10重量%以下である。
この反応溶液はそのまま化合物(B)との反応の調製に供してもよく、反応溶液中に含まれるポリアミック酸を単離したうえで化合物(B)との反応に供してもよく、または単離したポリアミック酸を精製したうえで化合物(B)との反応に供してもよい。
ポリアミック酸を部分的に脱水閉環して部分イミド化物とする場合には、上記反応溶液をそのまま脱水閉環反応に供してもよく、反応溶液中に含まれるポリアミック酸を単離したうえで脱水閉環反応に供してもよく、または単離したポリアミック酸を精製したうえで脱水閉環反応に供してもよい。
ポリアミック酸の単離は、上記反応溶液を大量の貧溶媒中に注いで析出物を得、この析出物を減圧下乾燥する方法、あるいは、反応溶液中の有機溶媒をエバポレーターで減圧留去する方法により行うことができる。また、このポリアミック酸を再び有機溶媒に溶解し、次いで貧溶媒で析出させる方法、あるいは、ポリアミック酸を再び有機溶媒に溶解した溶液とし、該溶液を洗浄した後にエバポレーターで減圧留去する工程を1回または数回行う方法により、ポリアミック酸を精製することができる。
本発明におけるポリアミック酸の部分イミド化物は、上記の如きポリアミック酸の有するアミック酸構造の一部を脱水閉環して、部分的にイミド化することにより得ることができる。
本発明におけるポリアミック酸の部分イミド化物は、化合物(B)との反応が効率よく進行し、感放射線性重合体における上記式(1’)および(2’)のそれぞれで表される基よりなる群から選択される少なくとも1種の基の含有割合を上記の好ましい範囲とする観点から、そのイミド化率を50%以下とすることが好ましく、20%以下とすることがより好ましい。このイミド化率は、ポリアミック酸の部分イミド化物におけるアミック酸構造の数とイミド環構造の数との合計に対するイミド環構造の数の占める割合を百分率で表したものである。
ポリアミック酸の脱水閉環は、好ましくは(i)ポリアミック酸を加熱する方法により、または(ii)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方法により行われる。
上記(i)の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50〜200℃であり、より好ましくは60〜170℃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200℃を超えると得られる部分イミド化物の分子量が低下することがある。反応時間は好ましくは0.5〜12時間であり、より好ましくは1.0〜6時間である。
一方、上記(ii)の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等の酸無水物を用いることができる。脱水剤の使用量は、所望するイミド化率によるが、ポリアミック酸のアミック酸構造の1モルに対して0.01〜10モルとすることが好ましい。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、トリエチルアミン等の3級アミンを用いることができる。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モルとすることが好ましい。イミド化率は上記の脱水剤および脱水閉環剤の使用量が多いほど高くすることができる。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を挙げることができる。脱水閉環反応の反応温度は好ましくは0〜180℃であり、より好ましくは10〜150℃である。反応時間は好ましくは1.0〜120時間であり、より好ましくは2.0〜30時間である。
本発明における重合体(A)は、それぞれ、分子量が調節された末端修飾型の重合体であってもよい。末端修飾型の重合体(A)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等をさらに改善することができる。このような末端修飾型の重合体(A)は、ポリアミック酸を合成する際に、分子量調節剤を重合反応系に添加することにより行うことができる。分子量調節剤としては、例えば酸一無水物、モノアミン化合物、モノイソシアネート化合物等を挙げることができる。
上記酸一無水物としては、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等を;
上記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、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−エイコシルアミン等;
上記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等を、それぞれ挙げることができる。
分子量調節剤の使用割合は、ポリアミック酸を合成する際に使用するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンの合計100重量部に対して好ましくは20重量以下であり、より好ましくは5重量部以下である。
以上のようにして得られる重合体(A)は、これを濃度10重量%の溶液としたときに、20〜800mPa・sの溶液粘度を持つものであることが好ましく、30〜500mPa・sの溶液粘度を持つものであることがより好ましい。
上記重合体(A)の溶液粘度(mPa・s)は、当該重合体(A)の良溶媒(例えばγ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン等)を用いて調製した濃度10重量%の重合体溶液につき、E型回転粘度計を用いて25℃において測定した値である。
本発明における化合物(B)は、上記式(1)および(2)のそれぞれで表される化合物よりなる群から選択される少なくとも1種である。
上記式(1)中のZ1および上記式(2)中のZ2におけるハロゲン原子としては、例えば塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等を;
エポキシ基を有する1価の基としては、例えば下記式(Z−1)および(Z−2)
炭素数1〜6のアルキル基を有するアルキルスルフォニル基としては、例えばメチルスルフォニル基等を;
炭素数1〜6のフルオロアルキル基を有するフルオロアルキルスルフォニル基としては、例えばトリフルオロメチルスルフォニル基等を;
炭素数6〜10のアリール基を有するアリールスルフォニル基としては、例えばトシル基等を、それぞれ挙げることができる。
このような化合物(B)のより具体的な例としては、上記に例示した式(1−1)〜(1−15)および(2−1)〜(2−3)の結合手に上記の如き基Z1またはZ2を、それぞれ結合してなる化合物を挙げることができる。
重合体(A)と化合物(B)とを反応させて本発明における感放射線性重合体を得るには、上記の如き重合体(A)と化合物(B)とを、好ましくは適当な有機溶媒の存在下、好ましくは適当な触媒の存在下に接触させる方法によることができる。
重合体(A)と化合物(B)との使用割合は、化合物(B)の使用割合を、重合体(A)の有するカルボキシル基の1モルに対して、0.1〜20モルとすることが好ましく、0.5〜5モルとすることがより好ましく、さらに1〜3モルとすることが好ましい。
重合体(A)と化合物(B)との反応の際に使用できる有機溶媒としては、重合体(A)としてのポリアミック酸を合成する際に使用できる有機溶媒として上記に例示したものを好ましく使用することができ、これらのうち、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−ピロリドンまたはγ−ブチロラクトンを使用することが好ましい。有機溶媒の使用割合は、反応溶液中の固形分濃度(反応溶液中の有機溶媒以外の成分の合計重量が反応溶液の全重量に占める割合)が5〜80重量%となる割合とすることが好ましく、20〜40重量%となる割合とすることがより好ましい。
重合体(A)と化合物(B)との反応の際に使用できる触媒および上記以外の反応条件は、化合物(B)の有する基Z1またはZ2の種類によって異なるので、以下に場合分けして説明する。
3級アミンとして例えばトリエチルアミン、ピリジン、N,N−ジメチルアミノピリジン等を、それぞれ挙げることができ、これらのうち炭酸カリウムを使用することが好ましい。
触媒の使用割合は、化合物(B)の1モルに対して、好ましくは0.5〜2モルであり、より好ましくは0.8〜1.2モルである。
反応温度は好ましは10〜200℃であり、より好ましくは50〜120℃であり、反応時間は好ましくは1〜24時間であり、より好ましくは2〜10時間である。
一方、化合物(B)の有する基Z1またはZ2がエポキシ基を有する1価の基である場合、触媒としては3級アミン、4級アンモニウム塩、公知のエポキシ硬化触媒等を挙げることができる。これらの具体例としては、3級アミンとして例えばトリエチルアミン等を;
4級アンモニウム塩として例えばテトラブチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウムクロリド、塩化ベンジルトリメチルアンモニウム等を;
エポキシ硬化触媒として例えばイミダゾール等を、それぞれ挙げることができる。
触媒の使用割合は、重合体(A)の100重量部に対して、好ましくは0.1〜100重量部であり、より好ましくは1〜20重量部である。
反応温度は好ましくは50〜200℃であり、より好ましくは80〜150℃であり、反応時間は好ましくは1〜24時間であり、より好ましくは2〜10時間である。
かくして感放射線性重合体を含有する反応混合物が得られる。かかる反応混合物から感放射線性重合体を単離および精製した後に、液晶配向剤の調製に供することが好ましい。感放射線性重合体の単離および精製は、重合体(A)としてのポリアミック酸の単離および精製の方法として上記に説明したところと同様にして行うことができる。
本発明の液晶配向剤は、上記の如き感放射線性重合体を必須の成分として含有するが、これ以外に本発明の効果を損なわない限り、さらに他の成分を含有していてもよい。このような他の成分としては、例えば上記感放射線性重合体以外の重合体(以下、「他の重合体」という。)、硬化剤、硬化触媒、硬化促進剤、分子内に少なくとも一つのエポキシ基を有する化合物(以下、「エポキシ化合物」という。)、官能性シラン化合物、界面活性剤等を挙げることができる。
上記他の重合体は、本発明の液晶配向剤の溶液特性および得られる液晶配向膜の電気特性をより改善するために使用することができる。かかる他の重合体としては、例えばポリアミック酸およびそのイミド化重合体よりなる群から選択される少なくとも1種、ポリエステル、ポリアミド、セルロース誘導体、ポリアセタール、ポリスチレン誘導体、ポリ(スチレン−フェニルマレイミド)誘導体、ポリ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
他の重合体としては、これらのうちポリアミック酸およびそのイミド化重合体よりなる群から選択される少なくとも1種を使用することが好ましく、ポリアミック酸を使用することがより好ましい。これらのポリアミック酸およびそのイミド化重合体は、重合体(A)としてのポリアミック酸およびその部分イミド化物の合成方法として上記したところと同様にして、あるいはこれに適宜の変更を加えた方法により、合成することができる。
本発明の液晶配向剤における他の重合体の使用割合としては、重合体の合計(感放射線性重合体および他の重合体の合計をいう。以下同じ。)に対して90重量%以下とすることが好ましく、80重量%以下とすることがより好ましい。上記電気特性の改善効果は、他の重合体の使用割合を、重合体の合計に対して5重量%以上とすることにより、効果的に発現することができる。
上記エポキシ化合物は、形成される液晶配向膜の基板表面に対する接着性をより向上する観点から本発明の液晶配向剤に含有されることができる。
かかるエポキシ化合物としては、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、N,N−ジグリシジル−ベンジルアミン、N,N−ジグリシジル−アミノメチルシクロヘキサン等を好ましいものとして挙げることができる。
本発明の液晶配向剤がエポキシ化合物を含有する場合、その含有割合としては、上記の重合体の合計100重量部に対して、好ましくは40重量部以下であり、より好ましくは0.1〜30重量部である。
なお、本発明の液晶配向剤がエポキシ化合物を含有する場合、その架橋反応を効率良く起こす目的で、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール等の塩基触媒を併用してもよい。
上記官能性シラン化合物は、得られる液晶配向膜の基板との接着性をより向上する目的で使用することができる。官能性シラン化合物としては、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、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、3−グリシジロキシプロピルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等を挙げることができ、さらに特許文献17(特開昭63−291922号公報)に記載されている如き、テトラカルボン酸二無水物とアミノ基を有するシラン化合物との反応物を挙げることができる。
本発明の液晶配向剤が官能性シラン化合物を含有する場合、その含有割合としては、上記の重合体の合計100重量部に対して、好ましくは50重量部以下であり、より好ましくは20重量部以下である。
上記界面活性剤としては、例えばノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、シリコーン界面活性剤、ポリアルキレンオキシド界面活性剤、含フッ素界面活性剤等を挙げることができる。
本発明の液晶配向剤が界面活性剤を含有する場合、その含有割合としては、液晶配向剤の全体100重量部に対して、好ましくは10重量部以下であり、より好ましくは1重量部以下である。
本発明の液晶配向剤は、上記の如き感放射線性重合体を必須成分として含有し、そのほかに必要に応じて他の成分を含有するものであるが、好ましくは各成分が有機溶媒に溶解された溶液状の組成物として調製される。
本発明の液晶配向剤を調製するために使用することのできる有機溶媒としては、感放射線性重合体および任意的に使用される他の成分を溶解し、且つこれらと反応しないものが好ましい。
本発明の液晶配向剤に好ましい有機溶剤としては、重合体(A)としてのポリアミック酸の合成に用いられるものとして上記に例示した有機溶媒を挙げることができる。これら有機溶媒は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。
本発明の液晶配向剤の調製に用いられる好ましい溶媒は、他の重合体の使用の有無およびその種類に従い、上記した有機溶媒の1種または2種以上を組み合わせて得られるものであって、下記の好ましい固形分濃度において液晶配向剤に含有される各成分が析出せず、且つ液晶配向剤の表面張力が25〜40mN/mの範囲となるものである。
本発明の液晶配向剤の固形分濃度、すなわち液晶配向剤中の溶媒以外の全成分の重量が液晶配向剤の全重量に占める割合は、粘性、揮発性等を考慮して選択されるが、好ましくは1〜10重量%の範囲である。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を形成するが、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い場合がある。一方、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不足する場合がある。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採用す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、それによって溶液粘度を12〜50mPa・sの範囲とすることが特に好ましい。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、それによって溶液粘度を3〜15mPa・sの範囲とすることが特に好ましい。
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0〜40℃である。
本発明の液晶配向剤は、光配向法により液晶配向膜、TN型、STN型もしくはVA型の液晶表示素子またはIPS型の液晶セルを有する横電界方式の液晶表示素子に用いられる液晶配向膜を形成するために好適に使用することができる。本発明の液晶配向剤は、特にVA型の液晶セルを有する液晶表示素子に適用したときに、本発明の効果が最大限に発揮されることとなり、好ましい。
本発明の液晶配向剤を用いて液晶配向膜を形成するには、基板上に、本発明の液晶配向剤を塗布して塗膜を形成し、該塗膜に放射線を照射する工程を経る方法によることができる。
ここで、本発明の液晶配向剤を、TN型、STN型またはVA型の液晶表示素子に適用する場合、パターニングされた透明導電膜が設けられている基板2枚を一対として、その各透明性導電膜形成面上に、本発明の液晶配向剤を塗布して塗膜を形成する。一方、本発明の液晶配向剤を、IPS型の液晶セルを有する液晶表示素子に適用する場合には、片面に透明導電膜または金属膜が櫛歯状にパターニングされた電極を有する基板と、電極が設けられていない対向基板とを一対とし、櫛歯状電極の形成面と、対向基板の片面とに、それぞれ本発明の液晶配向剤を塗布して塗膜を形成する。
基板上への液晶配向剤の塗布に際して基板または電膜と塗膜との接着性をさらに良好にするために、基板および電極上に、予め官能性シラン化合物、チタネート等を塗布しておいてもよい。 基板上への液晶配向剤の塗布は、好ましくはオフセット印刷法、スピンコート法、ロールコーター法、インクジェット印刷法等の適宜の塗布方法により行うことができ、次いで、塗布面を予備加熱(プレベーク)し、次いで焼成(ポストベーク)することにより塗膜を形成する。プレベーク条件は、例えば40〜120℃において0.1〜5分であり、ポストベーク条件は、好ましくは120〜300℃、より好ましくは150〜250℃において、好ましくは5〜200分、より好ましくは10〜100分である。ポストベーク後の塗膜の膜厚は、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。
使用する光源としては、例えば低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、重水素ランプ、メタルハライドランプ、アルゴン共鳴ランプ、キセノンランプ、エキシマーレーザー等を使用することができる。前記の好ましい波長領域の紫外線は、前記光源を、例えばフィルター、回折格子等と併用する手段等により得ることができる。
放射線の照射量としては、好ましくは1J/m2以上10,000J/m2未満であり、より好ましくは10〜3,000J/m2である。なお、従来知られている液晶配向剤から形成された塗膜に光配向法により液晶配向能を付与する場合、10,000J/m2以上の放射線照射量が必要であった。しかし本発明の液晶配向剤を用いると、光配向法の際の放射線照射量が3,000J/m2以下、さらに1,000J/m2以下であっても良好な液晶配向能を付与することができ、液晶表示素子の生産性向上と製造コストの削減に資する。
本発明の液晶配向剤を用いて形成される液晶表示素子は、例えば以下のようにして製造することができる。
先ず、上記のようにして液晶配向膜が形成された基板を2枚準備し、この2枚の基板間に液晶が狭持された構成の液晶セルを製造する。液晶セルを製造するには、例えば以下の2つの方法が挙げられる。 第一の方法は、従来から知られている方法である。先ず、それぞれの液晶配向膜が対向するように間隙(セルギャップ)を介して2枚の基板を対向配置し、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た後、注入孔を封止することにより、液晶セルを製造することができる。
第二の方法は、ODF(One Drop Fill)方式と呼ばれる手法である。液晶配向膜を形成した2枚の基板のうちの一方の基板上の所定の場所に例えば紫外光硬化性のシール材を塗布し、さらに液晶配向膜面上に液晶を滴下した後、液晶配向膜が対向するように他方の基板を貼り合わせ、次いで基板の全面に紫外光を照射してシール剤を硬化することにより、液晶セルを製造することができる。 いずれの方法による場合でも、次いで、液晶セルを、用いた液晶が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷することにより、液晶充填時の流動配向を除去することが望ましい。
そして、液晶セルの外側表面に偏光板を貼り合わせることにより、本発明の液晶表示素子を得ることができる。ここで、液晶配向膜が形成された2枚の基板における、照射した直線偏光放射線の偏光方向のなす角度およびそれぞれの基板と偏光板との角度を適当に調整することにより、所望の液晶表示素子を得ることができる。
前記液晶としては、例えばネマティック型液晶、スメクティック型液晶等を用いることができる。TN型、STN型またはIPS型の液晶セルの場合、ネマティック型液晶を形成する正の誘電異方性を有するものが好ましく、例えばビフェニル系液晶、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、キュバン系液晶等が用いられる。また前記液晶に、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等のコレステリック液晶;
商品名「C−15」、「CB−15」(メルク社製)として市販されているようなカイラル剤;
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等の強誘電性液晶等を、さらに添加して使用してもよい。一方、VA型液晶セルの場合には、ネマティック型液晶を形成する負の誘電異方性を有するものが好ましく、例えばジシアノベンゼン系液晶、ピリダジン系液晶、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等が用いられる。
液晶セルの外側に使用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」と呼ば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等を挙げることができる。
かくして製造された本発明の液晶表示素子は、表示品位および長期信頼性等の諸性能に優れるものである。
以下の合成例において、重量平均分子量はそれぞれ以下の条件におけるゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって測定したポリスチレン換算値である。
カラム:東ソー(株)製、TSKGEL α−2500
溶剤:30ミリモル/Lの臭化リチウムおよび10ミリモル/Lのリン酸を溶解したN,N−ジメチルホルムアミド
溶媒流速:1.0mL/分
温度:35℃
重合体溶液の溶液粘度は、E型粘度計を用いて25℃において測定した値である。
なお、以下の合成例においては、原料化合物および重合体の合成を下記の合成スケールで必要に応じて繰り返すことにより、実施例における必要量を確保した。
合成例A−1
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11gおよびジアミンとして3,5−ジアミノ安息香酸7.3gを、N−メチル−2−ピロリドン36gおよびγ−ブチロラクトン36gからなる混合溶媒に溶解し、室温で24時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(A−1)を20重量%含有する溶液約90gを得た。
このポリアミック酸溶液を少量分取し、N−メチル−2−ピロリドンを加えて重合体濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は150mPa・sであった。
合成例1−1(化合物(1−9−1)の合成)
下記スキーム1
還流管、温度計および窒素導入管を備えた500mLの三口フラスコに、化合物(1−9−1A)30gおよびエポクロロヒドリン300mLを仕込み、70℃で1時間撹拌した。続いて、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリドを0.056g加えてさらに4時間還流下に反応を行った。反応終了後、反応混合物からエピクロロヒドリンを減圧下で除去して得られた白色の粘調液を酢酸エチルに溶解して得た溶液を、水で3回洗浄した。洗浄後の溶液から溶媒を除去して得られた白色の粘調液につき、アセトンを用いて再結晶することにより、化合物(1−9−1)の白色固体を20g得た。
合成例1−2(化合物(1−9−2)の合成)
下記スキーム2
還流管および窒素導入管を備えた500mLのナスフラスコに、化合物(1−9−1A)30g、塩化チオニル200mLおよびN,N−ジメチルホルムアミド0.1mLを仕込んで80℃で1時間反応を行った。反応終了後、反応混合物から減圧下で塩化チオニルを留去し、残存物をテトラヒドロフラン400mLに溶解した(これを「A液」とする)。
次に、滴下ロート、温度計および窒素導入管を備えた1Lの三口フラスコに、3−ブロモプロパノール30.6gおよびN−メチル−2−ピロリドン100mLを仕込み、5℃以下に氷冷した。ここに上述のA液を3時間かけて滴下した後、1時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物に酢酸エチル1Lを加えて得た有機層につき、3回水洗し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を除去して乾固した。得られた固体をエタノールから再結晶することにより、化合物(1−9−2)の白色結晶を30g得た。
合成例1−3(化合物(1−4−1)の合成)
下記スキーム3
1Lのナス型フラスコに4−ヒドロキシ安息香酸メチル91.3g、炭酸カリウム182.4gおよびN,N−ジメチルホルムアミド320mLを仕込み、室温で1時間撹拌を行った後、4,4,4−トリフルオロ−1−ヨードブタン157gを加え、室温で5時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、水で再沈殿を行った。得られた沈殿物に水酸化ナトリウム48gおよび水400mLを加え、3時間還流して加水分解反応を行った。反応終了後、反応混合物を塩酸で中和し、生じた沈殿を回収してエタノールから再結晶することにより、化合物(1−4−1A)の白色結晶を120g得た。
この化合物(1−4−1A)のうちの12.4gを反応容器中にとり、これに塩化チオニル100mLおよびN,N−ジメチルホルムアミド77μLを加えて80℃で1時間撹拌し、反応を行った。反応終了後、減圧下で塩化チオニルを留去し、残存物に塩化メチレンを加えて得た有機層を炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を除去して得られた固体をテトラヒドロフランに溶解して溶液とした。
次に、上記とは別の500mL三口フラスコに、4−ヒドロキシ桂皮酸7.39g、炭酸カリウム13.82g、テトラブチルアンモニウム0.48g、テトラヒドロフラン50mLおよび水100mLを仕込んだ。この水溶液を氷冷し、ここに上述のテトラヒドロフラン溶液をゆっくり滴下し、さらに2時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物に塩酸を加えて中和した後に酢酸エチルで抽出して得た有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を除去して得られた固体をエタノールから再結晶することにより、化合物(1−4−1B)の白色結晶を11g得た。
還流管および窒素導入管を備えた300mLのナスフラスコに、上記化合物(1−4−1B)のうちの7.9g、塩化チオニル100mLおよびN,N−ジメチルホルムアミド0.1mLを仕込み、80℃で1時間反応を行った。反応終了後、反応混合物から減圧下で塩化チオニルを留去し、残存物をテトラヒドロフラン80mLに溶解した(これを「A液」とする)。
滴下ロート、温度計および窒素導入管を備えた200mLの三口フラスコに、3−ブロモプロパノール6.12gおよびN−メチル−2−ピロリドン20mLを仕込み、5℃以下に氷冷した。ここに上述のA液を3時間かけて滴下した後、1時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物に酢酸エチル200mLを加えて得た有機層につき、3回水洗し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を除去して乾固した。得られた固体をエタノールから再結晶することにより、化合物(1−4−1)の白色結晶を8g得た。
合成例PAE−1
温度計および窒素導入管を備えた100mLの三口フラスコに、上記合成例A−1で得たポリアミック酸(A−1)を含有する溶液9.4g(ポリアミック酸(A−1)に換算して1.88gに相当する。)、上記合成例1−1で得た化合物(1−9−1)を5.3gおよびテトラブチルアンモニウムブロミドを0.19g仕込んで120℃で4時間反応を行った。反応終了後、反応混合物をメタノールに注いで生じた沈殿を回収し、これをアセトンで洗浄した後、乾燥することにより、ポリアミック酸エステル(PAE−1)を得た。
合成例PAE−2
温度計および窒素導入管を備えた100mLの三口フラスコに、上記合成例A1で得たポリアミック酸(A−1)を含有する溶液19g(ポリアミック酸(A−1)に換算して3.8gに相当する。)、上記合成例1−2で得た化合物(1−9−2)を13g、炭酸カリウム5.5gおよびN−メチル−2−ピロリドン72gを仕込んで100℃において4時間反応を行った。反応終了後、反応混合物を900mLのエタノール中に投入して生じた沈殿を回収し、これをN−メチル−2−ピロリドン72gに溶解した後、再度900mLのエタノール中に投入して生じた沈殿を回収して減圧下で溶媒を除去することにより、ポリアミック酸エステル(PAE−2)を得た。
合成例PAE−3
温度計および窒素導入管を備えた100mLの三口フラスコに、上記合成例A1で得たポリアミック酸(A−1)を含有する溶液9.5g(ポリアミック酸(A−1)に換算して1.9gに相当する。)、上記合成例1−3で得た化合物(1−4−1)を8g、炭酸カリウムを2.3gおよびN−メチル−2−ピロリドン36gを仕込み、100℃において4時間反応を行った。反応終了後、反応混合物を500mLのエタノール中に投入して生じた沈殿を回収し、これをN−メチル−2−ピロリドン36gに溶解した後、再度500mLのエタノール中に投入して生じた沈殿を回収して減圧下で溶媒を除去することにより、ポリアミック酸エステル(PAE−3)を得た。
[ポリアミック酸の合成]
合成例PA−1
テトラカルボン酸二無水物としてピロメリット酸二無水物109g(0.50モル)および1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物98g(0.50モル)ならびにジアミンとして4,4−ジアミノジフェニルエーテル200g(1.0モル)をN−メチル−2−ピロリドン2,290gに溶解し、40℃で3時間反応を行った後、N−メチル−2−ピロリドン1,350gを追加することにより、ポリアミック酸(PA−1)を10重量%含有する溶液約4,000gを得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は210mPa・sであった。
合成例PA−2
テトラカルボン酸二無水物として1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物98g(0.50モル)およびピロメリット酸二無水物109g(0.50モル)ならびにジアミンとして4,4’−ジアミノジフェニルメタン198g(1.0モル)をN−メチル−2−ピロリドン2,290gに溶解し、40℃で3時間反応を行った後、N−メチル−2−ピロリドン1,350gを追加することにより、ポリアミック酸(PA−2)を10重量%含有する溶液約4,000gを得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は135mPa・sであった。
合成例PA−3
テトラカルボン酸二無水物として1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物196g(1.0モル)およびジアミンとして4,4’−ジアミノジフェニルエーテル200g(1.0モル)をN−メチル−2−ピロリドン2,246gに溶解し、40℃で4時間反応を行った後、N−メチル−2−ピロリドン1,321gを追加することにより、ポリアミック酸(PA−3)を10重量%含有する溶液約3,950gを得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は220mPa・sであった。
テトラカルボン酸二無水物として1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物196g(1.0モル)およびジアミンとして2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル212g(1.0モル)をN−メチル−2−ピロリドン4,050gに溶解し、40℃で3時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(PA−4)を10重量%含有する溶液4,400gを得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は170mPa・sであった。
合成例PA−5
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224g(1.0モル)およびジアミンとして4,4’−ジアミノジフェニルエーテル200g(1.0モル)をN−メチル−2−ピロリドン2,404gに溶解し、40℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(PA−5)を15重量%含有する溶液約2,800gを得た。
このポリアミック酸溶液を少量分取し、N−メチル−2−ピロリドンを加えて重合体濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は190mPa・sであった。
合成例PA−6
2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物22.4g(0.1モル)およびシクロヘキサンビス(メチルアミン)14.23g(0.1モル)を、N−メチル−2−ピロリドン329.3gに溶解し、60℃で6時間反応を行った。次いで、反応混合物を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈澱させた。沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥することにより、ポリアミック酸(PA−6)を32g得た。
<液晶配向剤の調製>
上記合成例PAE−1で得たポリアミック酸エステル(PAE−1)をN−メチル−2−ピロリドンおよびブチルセロソルブからなる混合溶媒(組成比=50:50(重量比))に溶解し、固形分濃度3.0重量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターで濾過することにより、液晶配向剤を調製した。
<液晶表示素子の製造および評価>
[液晶表示素子の製造]
ITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面上に、上記で調製した液晶配向剤をスピンナーにより塗布し、80℃のホットプレート上で1分間プレベークを行った後、庫内を窒素置換したオーブン中で200℃で1時間ポストベークして膜厚0.1μmの塗膜を形成した。次いでこの塗膜表面に、Hg−Xeランプおよびグランテーラープリズムを用いて313nmの輝線を含む偏光紫外線200J/m2を、基板法線から40°傾いた方向から照射して液晶配向膜とした。これらの操作を繰り返して、液晶配向膜を有する基板を一対(2枚)得た。
上記基板のうちの1枚の液晶配向膜を有する面の外周に直径5.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷により塗布した後、一対の基板の液晶配向膜面を対向配置し、各基板の紫外線の光軸の基板面への投影方向が逆平行となるように圧着し、150℃において1時間加熱して接着剤を熱硬化した。次いで、液晶注入口より基板間の間隙に、ネガ型液晶(メルク社製、MLC−6608)を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止した。さらに、液晶注入時の流動配向を除くために、これを150℃まで加熱した後に室温まで徐冷した。次に基板の外側両面に、偏光板を、その偏光方向が互いに直交し、かつ、液晶配向膜の紫外線の光軸の基板面への射影方向と45°の角度をなすように貼り合わせることにより、液晶表示素子を製造した。
この液晶表示素子につき、以下の方法により評価した。評価結果は第1表に示した。
(1)液晶配向性の評価
上記で製造した液晶表示素子につき、5Vの電圧をON・OFF(印加・解除)したときの明暗の変化における異常ドメインの有無を光学顕微鏡により観察し、異常ドメインのない場合を「良」とした。
(2)プレチルト角の評価
上記で製造した液晶表示素子につき、非特許文献1(T. J. Scheffer et. al. J. Appl. Phys. vol. 19, p2013(1980))に記載の方法に準拠して、He−Neレーザー光を用いる結晶回転法によりプレチルト角を測定した。
(3)プレチルト角安定性の評価
上記で製造した液晶表示素子を23℃にて30日間保管した後、再度プレチルト角を測定した。初期からの変化量が1°未満であった場合、プレチルト角安定性が「良」であるとした。
上記実施例1において、ポリアミック酸エステル(PAE−1)の代わりに上記合成例PAE−2で得たポリアミック酸エステル(PAE−2)を使用したほかは実施例1と同様にして液晶配向剤を調製し、これを用いて液晶表示素子を製造して評価した。
評価結果は第1表に示した。
実施例3
<液晶配向剤の調製>
他の重合体として上記合成例PA−1で得たポリアミック酸(PA−1)を含有する溶液のポリアミック酸PA−1に換算して80重量部に相当する量をとり、これに上記合成例PAE−1で得たポリアミック酸エステルPAE−1の20重量部を加え、さらにN−メチル−2−ピロリドンおよびブチルセロソルブを加えて、溶媒組成がN−メチル−2−ピロリドン:ブチルセロソルブ=50:50(重量比)、固形分濃度が3.0重量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターで濾過することにより、液晶配向剤を調製した。
<液晶表示素子の製造および評価>
上記で調製した液晶配向剤を用いたほかは実施例1と同様にして液晶表示素子を製造して評価した。
評価結果は第1表に示した。
実施例4〜8
他の重合体として、第1表に示した種類および量のポリアミック酸を含有する溶液を使用したほかは実施例3と同様にしてそれぞれ液晶配向剤を調製し、これを用いて液晶表示素子を製造して評価した。
評価結果は第1表に示した。
<液晶配向剤の調製>
上記合成例PAE−1で得たポリアミック酸エステル(PAE−1)40重量部および上記合成例PA−6で得たポリアミック酸(PA−6)60重量部をN−メチル−2−ピロリドンおよびブチルセロソルブからなる混合溶媒(組成比=50:50(重量比))に溶解し、固形分濃度3.0重量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターで濾過することにより、液晶配向剤を調製した。
<液晶表示素子の製造および評価>
上記で調製した液晶配向剤を用いたほかは実施例1と同様にして液晶表示素子を製造して評価した。
評価結果は第1表に示した。
Claims (9)
- 下記式(1’)および(2’)
式(A2’)中、R4は水素原子、フッ素原子、炭素数1〜20のアルキル基または炭素数1〜20のフルオロアルキル基であり、X3は単結合、酸素原子、硫黄原子、+−COO−または+−OCO−(ただし以上において、「+」を付した結合手が基R4と結合する。)であり、R5は1,4−フェニレン基または1,4−シクロヘキシレン基であり、X4は単結合、メチレン基、炭素数2もしくは3のアルキレン基、酸素原子、硫黄原子または−NH−であり、dは1〜3の整数であり、dが2または3である場合に複数存在するR5およびX4は、それぞれ、同一であっても異なっていてもよく、X5は酸素原子、−COO−+または−OCO−+(ただし、以上において「+」を付した結合手がR6と結合する。)であり、R6は2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環式基または2価の縮合環式基であり、eは0〜3の整数であり、R7は単結合、+−OCO−(CH2)h−または+−O−(CH2)i−(ただし、以上において「+」を付した結合手が−(X5−R6)e−側であり、hおよびiは、それぞれ、1〜10の整数である。)であり、fは1〜10の整数であり、R8はフッ素原子、シアノ基またはメチル基であり、gは0〜4の整数であり、そして「*」は結合手であることを示す。)
のそれぞれで表される基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有するポリアミック酸エステルおよび部分イミド化ポリアミック酸エステルよりなる群から選択される少なくとも1種の重合体を含有することを特徴とする、液晶配向剤。 - 上記重合体が、
ポリアミック酸およびその部分イミド化物よりなる群から選択される少なくとも1種の重合体と、
下記式(1)および(2)
式(2)中、R4、R5、R6、R7、R8、X3、X4、X5、d、e、fおよびgは、それぞれ、上記式(2’)におけるのと同義であり、Z2はハロゲン原子であるか、あるいはエポキシ基を有する1価の基、炭素数1〜6のアルキル基を有するアルキルスルフォニル基、炭素数1〜6のフルオロアルキル基を有するフルオロアルキルスルフォニル基または炭素数6〜10のアリール基を有するアリールスルフォニル基である。)
のそれぞれで表される化合物よりなる群から選択される少なくとも1種と
の反応生成物である、請求項1に記載の液晶配向剤。 - 基板上に、請求項1または2に記載の液晶配向剤を塗布して塗膜を形成し、該塗膜に放射線を照射する工程を経ることを特徴とする、液晶配向膜の形成方法。
- 請求項1または2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。
- 上記式(1’)における基R1および上記式(2’)における基R4が、それぞれ独立に、炭素数2〜20のアルキル基または炭素数2〜20のフルオロアルキル基であり、そして上記液晶表示素子がVA型の液晶表示素子である、請求項4に記載の液晶表示素子。
- 上記式(1’)における基R1および上記式(2’)における基R4が、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5のアルキル基または炭素数1〜5のフルオロアルキル基であり、そして上記液晶表示素子がTN型、STN型または横電界方式の液晶表示素子である、請求項4に記載の液晶表示素子。
- 上記液晶表示素子が横電界方式の液晶表示素子である、請求項6に記載の液晶表示素子。
- 上記式(1’)および(2’)のそれぞれで表される基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有することを特徴とする、ポリアミック酸エステル。
- 上記式(1’)および(2’)のそれぞれで表される基よりなる群から選択される少なくとも1種の基を有することを特徴とする、部分イミド化ポリアミック酸エステル。
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