JP2015118363A - 液晶配向膜の製造方法、液晶表示素子用基板及びその製造方法、並びに液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
Description
1.液晶配向剤
本発明における液晶配向剤は、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリオルガノシロキサンよりなる群から選ばれる少なくとも一種の重合体(A)と、無機酸化物粒子(B)とを含む。また、必要に応じてその他の成分を含む。
本発明における重合体(A)としてのポリアミック酸は、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る。
ポリアミック酸の合成に用い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などを挙げることができる。当該テトラカルボン酸二無水物としては、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、ビシクロ[3.3.0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸2:4,6:8−二無水物、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−(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、ピロメリット酸二無水物及びビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸2:3,5:6−二無水物よりなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物(以下、特定テトラカルボン酸二無水物ともいう。)を好ましく使用することができる。その他、上記合成に使用することができるテトラカルボン酸二無水物としては、例えば特開2010−97188号公報に記載のテトラカルボン酸二無水物等を挙げることができる。なお、テトラカルボン酸二無水物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記特定テトラカルボン酸二無水物の合計の使用割合は、ポリアミック酸の合成に使用するテトラカルボン酸二無水物の合計に対して、30モル%以上とすることが好ましく、40〜100モル%とすることがより好ましく、50〜100モル%とすることが更に好ましい。
ポリアミック酸の合成に使用す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など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、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンなどを;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)などを;
で表される化合物などのプレチルト角発現能を付与可能な基(以下、「プレチルト角付与基」ともいう。)を有するジアミン:
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、4−アミノフェニル−4’−アミノベンゾエート、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、1−(4−アミノフェニル)−2,3−ジヒドロ−1,3,3−トリメチル−1H−インデン−5−アミン、3,5−ジアミノ安息香酸、2,4−ジアミノ安息香酸、2,5−ジアミノ安息香酸、1,4−ビス−(4−アミノフェニル)−ピペラジンなどのその他のジアミン、などを;
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などを;それぞれ挙げることができるほか、特開2010−97188号公報に記載のジアミンを用いることができる。ジアミンは、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
分子量調節剤の使用割合は、使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミンの合計100重量部に対して、20重量部以下とすることが好ましく、10重量部以下とすることがより好ましい。
上記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との使用割合は、ジアミンのアミノ基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、0.3〜1.2当量となる割合がより好ましい。また、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行われる。このときの反応温度は−20℃〜150℃が好ましく、0〜100℃がより好ましい。また、反応時間は0.1〜24時間が好ましく、0.5〜12時間がより好ましい。
本発明における重合体(A)としてのポリアミック酸エステルは、例えば[I]上記合成反応により得られたポリアミック酸と、水酸基含有化合物、ハロゲン化物、エポキシ化合物等とを反応させることにより合成する方法、[II]テトラカルボン酸ジエステルとジアミンとを反応させる方法、[III]テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物とジアミンとを反応させる方法、などによって得ることができる。
方法[II]で使用するテトラカルボン酸ジエステルは、例えば上記ポリアミック酸の合成で例示したテトラカルボン酸二無水物を、上記アルコール類を用いて開環することにより得ることができる。方法[II]の反応は、適当な脱水触媒の存在下で行うことが好ましい。脱水触媒としては、例えば4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルホリニウムハライド、カルボニルイミダゾール、リン系縮合剤などが挙げられる。方法[III]で使用するテトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物は、例えば上記の如くして得たテトラカルボン酸ジエステルを、塩化チオニル等の適当な塩素化剤と反応させることにより得ることができる。
方法[II]及び方法[III]で使用するジアミンとしては、ポリアミック酸の合成で例示したジアミンを挙げることができる。なお、ポリアミック酸エステルは、アミック酸エステル構造のみを有していてもよく、アミック酸構造とアミック酸エステル構造とが併存する部分エステル化物であってもよい。
上記重合体(A)としてのポリイミドは、上記の如くして合成されたポリアミック酸を脱水閉環してイミド化することにより得ることができる。
上記ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドにおけるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、500〜100,000であることが好ましく、1,000〜50,000であることがより好ましい。
重合体(A)としてのポリオルガノシロキサンは、例えば加水分解性のシラン化合物の加水分解・縮合反応により得ることができる。
3−グリシジロキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジロキシ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メチルジメトキシシラン、3−グリシジロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシジロキシプロピルジメチルメトキシシラン、3−グリシジロキシプロピルジメチルエトキシシラン、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、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン等のエポキシ基含有シラン化合物;
メチルトリクロロシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルジクロロシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジクロロシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メトキシジメチルシラン、エトキシジメチルシラン、クロロトリメチルシラン、ブロモトリメチルシラン、ヨードトリメチルシラン、メトキシトリメチルシラン、エトキシトリメチルシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、オクタデシルトリクロロシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン等のその他のシラン化合物;などを挙げることができる。シラン化合物は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、「(メタ)アクリロキシ」は、「アクリロキシ」及び「メタクリロキシ」を含む意味である。
有機塩基の使用量は、有機塩基の種類、温度などの反応条件などにより異なり、適宜に設定されるべきであるが、例えばシラン化合物の合計量に対して、好ましくは0.01〜3倍モルであり、より好ましくは0.05〜1倍モルである。
上記触媒は、カルボン酸と反応させるエポキシ基含有ポリオルガノシロキサン100重量部に対して、好ましくは100重量部以下、より好ましくは0.01〜80重量部、更に好ましくは0.1〜20重量部の割合で使用することができる。
上記無機酸化物粒子(B)としては、例えばケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、亜鉛、ゲルマニウム、インジウム、スズ、アンチモン及びセリウムよりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を主成分とする粒子を挙げることができる。これら粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ゲルマニウム、酸化インジウム、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化セリウムなどが挙げられる。なお、無機酸化物粒子(B)としては、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。2種以上からなる複合酸化物としては、例えば酸化インジウムスズ等を挙げることができる。
上記無機酸化物粒子(B)としては、中でも、シリカ、アルミナ、ジルコニア及び酸化アンチモンよりなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましく、シリカ粒子が特に好ましい。
上記アルコキシ基として、例えばブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基などを;上記ステロイド骨格を有する基として、例えばコレスタニル基、コレステニル基、ラノスタニル基などを;
上記多環構造を有する基として、例えば4,4’−ビフェニレン基、4,4’−ビシクロへキシレン基及び下記式
よりなる群から選択される少なくとも一種を有する基などを;それぞれ挙げることができる。
上記反応に使用するプレチルト角付与基を有するアルコキシシラン化合物は、プレチルト角付与基及びアルコキシシリル基を少なくとも1個ずつ有していればその余の構造は特に限定しないが、例えば下記式(1)で表される化合物等が挙げられる。
X1の2価の有機基としては、例えば炭素数1〜20の2価の炭化水素基、当該炭化水素基の炭素−炭素結合間に−O−、−CO−又は−COO−を有する2価の基、当該炭化水素基の結合手に−O−、−CO−又は−COO−が結合されてなる2価の基などを挙げることができる。また、X1は、例えば水酸基、シアノ基、ハロゲン原子などの置換基を有していてもよい。
R3はプレチルト角付与基であり、その具体例としては上記例示の基が挙げられる。なお、プレチルト角付与基を有するアルコキシシラン化合物としては、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記反応は、適当な触媒又は脱水剤の存在下で行ってもよい。触媒としては、酸、塩基又は塩を使用することができる。酸としては、例えば塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などの無機酸;メタンスルホン酸、フタル酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸などの有機酸;を挙げることができる。塩基としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機塩基;ジエチルアミン、トリエチルアミンなどの脂肪族アミン;ピリジンなどの芳香族アミン;水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウムなどの4級アンモニウム化合物;等を挙げることができる。塩としては、例えばテトラメチルアンモニウムの塩化水素酸塩等を挙げることができる。上記触媒の使用割合は、使用するアルコキシシラン化合物の合計100重量部に対して、0.001〜1重量部とすることが好ましく、0.01〜0.1重量部とすることがより好ましい。
上記脱水剤としては、例えばオルトギ酸トリメチル、オルトギ酸トリエチル等のギ酸オルトエステル類、モレキュラーシーブ等の吸水剤等を挙げることができる。脱水剤の使用割合は、反応に使用するアルコキシシラン化合物の合計100重量部に対して、0.1〜50重量部とすることが好ましく、1〜40重量部とすることがより好ましい。
反応温度は、5〜200℃とすることが好ましく、20〜100℃とすることがより好ましい。反応時間は、0.5〜72時間とすることが好ましく、1〜24時間とすることがより好ましい。
上記無機酸化物粒子(B)1gあたりのプレチルト角付与基のモル数は、1.9×10−6モル/g以上であることが好ましく、1.9×10−5〜1.2×10−3モル/gであることがより好ましく、9.6×10−5〜7.8×10−4モル/gであることが更に好ましい。
本発明の液晶配向剤は、必要に応じてその他の成分を含有していてもよい。かかるその他の成分としては、例えば、上記重合体(A)以外のその他の重合体、分子内に少なくとも一つのエポキシ基を有する化合物であって、上記重合体(A)以外の化合物(以下、「その他のエポキシ基含有化合物」という。)、官能性シラン化合物等が挙げられる。
上記その他の重合体は、溶液特性や電気特性の改善のために使用することができる。かかるその他の重合体としては、例えばポリエステル、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)アクリレートなどを挙げることができる。
その他の重合体を液晶配向剤に配合する場合、その配合比率は、液晶配向剤中の重合体成分の合計100重量部に対して、20重量部以下とすることが好ましく、10重量部以下とすることがより好ましい。
その他のエポキシ基含有化合物は、液晶配向膜の基板表面との接着性を向上させる目的や、基板の反りを低減させる目的で使用することができる。上記その他のエポキシ基含有化合物は、エポキシ基を2個以上有する多官能性化合物であることが好ましく、その具体例としては、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、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、トリメチロールプロパントリ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−p−フェニレンジアミン、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,N’,N’−テトラグリシジル−4、4’−ジアミノジフェニルエーテル、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、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、N,N−ジグリシジル−シクロヘキシルアミン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−1,4−ジアミノシクロヘキサン、ビス(N,N−ジグリシジル−4−アミノシクロヘキシル)メタン、1,4−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、下記式(e−1)〜式(e−3)
その他のエポキシ基含有化合物を液晶配向剤に配合させる場合、その配合比率は、液晶配向剤中に含まれる固形成分の合計100重量部に対して、50重量部以下とすることが好ましく、0.1〜40重量部とすることがより好ましく、5〜30重量部とすることが更に好ましい。
上記官能性シラン化合物は、光配向剤の印刷性の向上を目的として使用することができる。このような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、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−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−ベンジル−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メトキシシラン、グリシドキシメチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等を挙げることができる。これら官能性シラン化合物を液晶配向剤に配合させる場合、その配合比率は、液晶配向剤に含まれる重合体成分の合計100重量部に対して、2重量部以下とすることが好ましく、0.02〜0.2重量部とすることがより好ましい。
(1)ポリイミド、ポリアミック酸及びポリアミック酸エステルよりなる群から選ばれる1種のみからなる態様;
(2)ポリイミド、ポリアミック酸及びポリアミック酸エステルよりなる群から選ばれる2種又は3種からなる態様;
(3)ポリイミド、ポリアミック酸及びポリアミック酸エステルよりなる群から選ばれる1種と、ポリオルガノシロキサンとからなる態様;
などを挙げることができる。
本発明の液晶配向剤は、上記の重合体(A)、無機酸化物粒子(B)及び必要に応じて使用されるその他の成分が、好ましくは適当な溶媒中に分散又は溶解してなる液状の組成物として調製される。
上記塗布工程では、上記のようにして調製した液晶配向剤を、厚さ0.01〜0.5mmの基板の表面に塗布する。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;トリアセチルセルロース(TAC)、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、ポリアミド、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリ(脂環式オレフィン)などの合成樹脂、などからなる透明基板を好ましく用いることができる。
なお、液晶配向剤の塗布に際しては、基板表面及び透明導電膜と塗膜との接着性をさらに良好にするために、基板表面のうち塗膜を形成する面に、官能性シラン化合物、官能性チタン化合物などを予め塗布する前処理を施しておいてもよい。
上記液晶配向剤を塗布した後、その塗布した面を加熱する。加熱処理としては、まず、塗布した液晶配向剤の液垂れ防止などの目的で予備加熱(プレベーク)を実施することが好ましい。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。プレベーク時間は、好ましくは0.25〜10分であり、より好ましくは0.5〜5分である。
本発明の液晶表示素子は、上記液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜を具備する。本発明の液晶表示素子は、上記で得た液晶表示素子用基板を用いて、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、上記のようにして液晶配向膜が形成された基板(液晶表示素子用基板)を2枚準備し、対向配置した2枚の基板間に液晶を配置することにより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。この方法では、まず、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る。次いで、基板表面及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。また、第二の方法は、ODF(One Drop Fill)方式と呼ばれる手法である。この方法では、まず、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する。次いで、液晶配向膜面上の所定の数箇所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るとともに液晶を基板の全面に押し広げる。その後、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。いずれの方法による場合でも、上記のようにして製造した液晶セルにつき更に、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。
(重合体溶液の溶液粘度)
重合体溶液の溶液粘度(mPa・s)は、所定の溶媒を用い、重合体濃度10重量%に調整した溶液についてE型回転粘度計を用いて25℃で測定した。
(ポリイミドのイミド化率)
ポリイミドの溶液を純水に投入し、得られた沈殿を室温で十分に減圧乾燥した後、重水素化ジメチルスルホキシドに溶解し、テトラメチルシランを基準物質として室温で1H−NMRを測定した。得られた1H−NMRスペクトルから、下記数式(I)で示される式によりイミド化率を求めた。
イミド化率(%)=(1−A1/A2×α)×100 (I)
(数式(I)中、A1は化学シフト10ppm付近に現れるNH基のプロトン由来のピーク面積であり、A2はその他のプロトン由来のピーク面積であり、αは重合体の前駆体(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である。)
(重量平均分子量)
重合体の重量平均分子量Mwは、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り測定したポリスチレン換算値である。
カラム:東ソー(株)製、TSKgelGRCXLII
溶剤:テトラヒドロフラン
温度:40℃
圧力:68kgf/cm2
(エポキシ当量)
エポキシ当量は、JIS C2105の「塩酸−メチルエチルケトン法」に準じて測定した。
[合成例1−1]
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 110g(0.50モル)、ジアミン化合物としてp−フェニレンジアミン43g(0.40モル)及び3−(3,5−ジアミノベンゾイルオキシ)コレスタン52g(0.10モル)を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)830gに溶解させ、60℃で6時間反応させた。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えて固形分濃度10%の溶液で粘度を測定したところ、60mPa・sであった。次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMP1900gを追加し、ピリジン40g及び無水酢酸51g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NMP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及び無水酢酸を系外に除去した)、イミド化率約50%のポリイミド(P−1)を約15重量%含有する溶液を得た。得られたポリイミド溶液を少量分取し、NMPを加えてポリイミド濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は47mPa・sであった。
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 110g(0.50モル)、ジアミン化合物としてp−フェニレンジアミン49g(0.45モル)及び3−(3,5−ジアミノベンゾイルオキシ)コレスタン26g(0.05モル)を、NMP750gに溶解させ、60℃で6時間反応させた。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えて固形分濃度10%の溶液で粘度を測定したところ、58mPa・sであった。次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMP1800gを追加し、ピリジン40g及び無水酢酸51g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NMPで溶剤置換し、イミド化率約50%のポリイミド(P−2)を約15重量%含有する溶液を得た。得られたポリイミド溶液を少量分取し、NMPを加えてポリイミド濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は69mPa・sであった。
[合成例2−1]
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110g(0.50モル)、ジアミンとして3−(3,5−ジアミノベンゾイルオキシ)コレスタン52g(0.10モル)、p−フェニレンジアミン11g(0.10モル)及び2,5−ジアミノ安息香酸45g(0.30モル)を、NMP870gに溶解し、60℃で6時間反応させた。NMPを加えて希釈し、ポリアミック酸濃度10重量%となるように調製することによりポリアミック酸(P−3)を含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は120mPa・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200g(1.0モル)、ジアミンとして3−(3,5−ジアミノベンゾイルオキシ)コレスタン52g(0.1モル)及び2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル191g(0.9モル)をNMP3,990g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(P−4)を10重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は90mPa・sであった。
[合成例3−1]
撹拌機、温度計、滴下漏斗及び還流冷却管を備えた反応容器に、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100.0g、メチルイソブチルケトン500g及びトリエチルアミン10.0gを仕込み、室温で混合した。次いで、脱イオン水100gを滴下漏斗より30分かけて滴下した後、還流下で混合しつつ、80℃で6時間反応させた。反応終了後、有機層を取り出し、0.2重量%硝酸アンモニウム水溶液により洗浄後の水が中性になるまで洗浄した後、減圧下で溶媒及び水を留去することにより、エポキシ基含有ポリオルガノシロキサン(eps−1)を粘調な透明液体として得た。このエポキシ基含有ポリオルガノシロキサン(eps−1)について、1H−NMR分析を行ったところ、化学シフト(δ)=3.2ppm付近にオキシラニル基に基づくピークが理論強度どおりに得られ、反応中にエポキシ基の副反応が起こっていないことが確認された。このエポキシ基含有ポリオルガノシロキサン(eps−1)の重量平均分子量Mwは3,500、エポキシ当量は180g/モルであった。
200mLの三口フラスコに、合成例3−1で得たエポキシ基含有ポリオルガノシロキサン(eps−1)10.0g、溶媒としてメチルイソブチルケトン30.28g、プレチルト角付与基を有する化合物として4−ドデシルオキシ安息香酸3.98g、及び触媒としてUCAT 18X(商品名、サンアプロ(株)製)0.10gを仕込み、100℃で48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を加えて得た溶液を3回水洗し、有機層を硫酸マグネシウムを用いて乾燥した後、溶剤を留去することによりポリオルガノシロキサン(P−5)を9.0g得た。得られた重合体の重量平均分子量Mwは9,900であった。
[合成例3−3]
ジアミンとして4,4’−ジアミノジフェニルメタンを12.69g(合成に使用したジアミンの合計量100モル部に対して80モル部)及び3−(3,5−ジアミノベンゾイルオキシ)コレスタン7.92g(同20モル部)、塩基としてピリジン15ml、並びに溶剤としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)505mlを加え溶解させた。この溶液を水冷撹拌しながら、ジメチル−1,3−ビス(クロロカルボニル)シクロブタン−2,4−カルボキシレート23.05g(同97モル部)を添加し、さらに固形分濃度が5重量%となるようにNMPを加え、水冷しながら4時間撹拌した。この溶液を250gの水に注いで重合体を析出させ、吸引濾過により重合体をろ取し、再度水250gで洗浄したのちメタノール63gにて3回洗浄し、40℃で減圧乾燥することで、重合体(P−6)のポリアミック酸エステル粉末36gを得た。この重合体(P−6)をNMPにて10重量%となるように調製した。
[合成例4−1]
冷却管を備えた50mLの三口フラスコに、4−(4−ペンチル−シクロヘキシル)安息香酸4.11g、2−{[3−(トリメトキシシリル)プロポキシ]メチル}オキシラン3.54g及びトリエチルアミン300mgを仕込み、60℃において12時間撹拌下に反応を行った。得られた反応混合液から減圧下でトリエチルアミンを除去することにより、下記式(s−1)で表される化合物(S−1)を得た。
冷却管を備えた50mLの三口フラスコに、4−(4−ペンチル−シクロヘキシル)安息香酸2.74g、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2.46g及びトリエチルアミン200mgを仕込み、70℃において12時間撹拌下に反応を行った。得られた反応混合液から減圧下でトリエチルアミンを除去することにより、下記式(s−2)で表される化合物(S−2)を得た。
[合成例5−1]
窒素気流下、反応容器中に、MEK−ST(商品名、日産化学(株)製、平均粒子径0.01〜0.015μmのメチルエチルケトン分散コロイダルシリカ、シリカ濃度=30重量%)90重量部(シリカ換算30重量部)、上記合成例4−1で得た化合物(S−1)8重量部、テトラヒドロフラン147重量部及びイオン交換水0.1重量部を仕込み、60℃において3時間撹拌下に反応を行った。ここに、オルトギ酸トリメチル2重量部を添加して、同一温度でさらに1時間撹拌を継続することにより、表面修飾したシリカ粒子(1a)を得た。溶媒をデカンテーションした後、NMPを素早く加えて振とうし、デカンテーションする操作を繰り返すことにより分散媒をNMPに置換した。得られた粒子分散液をアルミ皿に2g秤量後、250℃のホットプレート上で1時間乾燥、秤量して固形分含量を求めたところ、15重量%であった。
上記合成例5−1において、化合物(S−1)の代わりに、上記合成例4−2で得た化合物(S−2)8重量部を使用したほかは合成例5−1と同様の操作を行うことにより、表面修飾したシリカ粒子(1b)を15重量%含有する無色透明の分散液を得た。
MEK−ST(同上)の分散媒を合成例5−1と同様の操作によりNMPに置換し、シリカ粒子(1c)を15重量%含有する無色透明の分散液を得た。
(液晶配向剤の調製)
重合体(A)として上記合成例1−1で得たポリイミド(P−1)を含有する溶液に、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)及びブチルセロソルブ(BC)を加え、更に、無機酸化物粒子(B)として合成例5−1で得たシリカ粒子(1a)を、それぞれの固形分重量がポリイミド(P−1):シリカ粒子(1a)=99.5:0.5(重量比)となるように混合した。十分に撹拌し、溶媒組成がNMP:BC=50:50(重量比)、固形分濃度3.5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、液晶配向剤を得た。
薄膜ストレス測定装置KLA−Tencor FLX−2300により、予め曲率半径を計測済みの厚さ620μm、310μmの2種類の4インチシリコンウェハを用いた。これらのシリコンウェハに上記で調製した液晶配向剤を、スピンコーターを用いてそれぞれ塗布し、80℃のホットプレート上で1分間加熱(プレベーク)して溶媒を除去した後、200℃のホットプレート上で10分間加熱(ポストベーク)して、平均膜厚800Åの塗膜を形成した。ポストベーク後の基板の曲率半径を測定し、塗膜の形成前後での曲率半径から反り応力を求めた。反り応力が15MPa以下であった場合を「優良」、15MPaよりも大きく30MPa未満であった場合を「良好」、30MPa以上であった場合を「不良」とした。その結果、この液晶配向剤では、基板厚さ620μmのときには優良、310μmのときには良好の結果であった。
上記液晶配向剤を用いて、5cm×5cm、厚さ125μmのポリイミドフィルム(カプトン(登録商標)、品番500H、東レ・デュポン(株)製)に関しても同様の手法によりフィルム上に塗膜を形成し、四隅の反り具合(角部の水平面からの高さ)を定盤の上でハイトゲージを用いてそれぞれ測定し、その平均値を求めた。3枚のフィルムに塗布した平均値が0.5mm以下であった場合を「優良」、0.5mmよりも大きく1.5mm未満であった場合を「良好」、1.5mm以上であった場合を「不良」とした。その結果、この液晶配向剤では良好の結果であった。
上記で調製した液晶配向剤を、ITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面にスピンコーターを用いて塗布し、80℃のホットプレート上で1分間加熱(プレベーク)して溶媒を除去した後、200℃のホットプレート上で10分間加熱(ポストベーク)して平均膜厚600Åの液晶配向膜を形成した。
次に、上記一対の基板のどちらか一枚における膜形成面の外縁に、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、液晶配向膜が相対するように一対の基板を重ね合わせて圧着し、接着剤を硬化させた。次いで、液晶注入口より一対の基板間にネマチック液晶(メルク社製、MLC−6221)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することにより液晶セルを製造した。
上記で製造した液晶セルにつき、偏光顕微鏡を用いて観察することにより液晶配向性を評価した。液晶配向性の評価は、光漏れがほとんど認められなかったものを液晶配向性「優良」、光漏れがごくわずかに認められたものを液晶配向性「良好」、流動配向・光漏れが明確に認められたものを液晶配向性「不良」とした。その結果、この液晶セルでは液晶配向性が優良であった。
上記実施例1において、重合体(A)の種類及び量、並びに無機酸化物粒子(B)の種類及び量をそれぞれ下記表1に記載のとおりとしたほかは、実施例1と同様にして液晶配向剤を調製するとともに液晶セルを製造した。また、得られた液晶配向剤及び液晶セルを用いて各種評価を行った。評価結果を下記表1に示した。
重合体(A)として上記合成例1−1で得たポリイミド(P−1)を含有する溶液に、NMP及びBCを加え、更にエポキシ基含有化合物として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、及び無機酸化物粒子(B)として合成例5−1で得たシリカ粒子(1a)を、それぞれの固形分重量がポリイミド(P−1):エポキシ基含有化合物:シリカ粒子(1a)=70:25:5(重量比)となるように混合した。十分に撹拌し、溶媒組成がNMP:BC=50:50(重量比)、固形分濃度3.5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て液晶配向剤を得た。得られた液晶配向剤を用い、実施例1と同様にして基板の反りの評価を行った。また、得られた液晶配向剤を用いて液晶セルを製造し、液晶配向性の評価を行った。評価結果を上記表1に示した。
上記実施例1において、重合体の種類及び量をそれぞれ上記表1に記載のとおりとした点、並びに無機酸化物粒子(B)を使用しなかった点以外は、実施例1と同様にして液晶配向剤を調製し、基板の反りの評価を行った。また、得られた液晶配向剤を用いて液晶セルを製造し、液晶配向性の評価を行った。評価結果を上記表1に示した。
Claims (7)
- ポリイミド、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリオルガノシロキサンよりなる群から選ばれる少なくとも一種の重合体(A)と、無機酸化物粒子(B)とを含有する液晶配向剤を、厚さ0.01〜0.5mmの基板の表面に塗布する工程と、
該塗布した面を加熱する工程と、を含む液晶配向膜の製造方法。 - 前記無機酸化物粒子(B)は、プレチルト角発現能を付与可能な基を有する化合物によって表面修飾された粒子である、請求項1に記載の液晶配向膜の製造方法。
- 前記無機酸化物粒子(B)はシリカ粒子である、請求項1又は2に記載の液晶配向膜の製造方法。
- 前記液晶配向剤は、エポキシ基を有する化合物を含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶配向膜の製造方法。
- 基板と液晶配向膜とを有する液晶表示素子用基板の製造方法であって、
前記基板の厚さが0.01〜0.5mmであり、
ポリイミド、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリオルガノシロキサンよりなる群から選ばれる少なくとも一種の重合体(A)と無機酸化物粒子(B)とを含有する液晶配向剤を前記基板の表面に塗布する工程と、
該塗布した面を加熱する工程と、を含む液晶表示素子用基板の製造方法。 - 厚さ0.01〜0.5mmの基板と、
ポリイミド、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリオルガノシロキサンよりなる群から選ばれる少なくとも一種の重合体(A)と無機酸化物粒子(B)とを含有する液晶配向剤を用いて前記基板上に形成された液晶配向膜と、を備える液晶表示素子用基板。 - 請求項6に記載の液晶表示素子用基板を具備する液晶表示素子。
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