JP2020519947A - 液晶配向剤組成物、これを用いた液晶配向膜の製造方法、およびこれを用いた液晶配向膜 - Google Patents

液晶配向剤組成物、これを用いた液晶配向膜の製造方法、およびこれを用いた液晶配向膜 Download PDF

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Abstract

本発明は、配向性と安定性が強化され、高い電圧保持率を現わす液晶配向膜を製造するための液晶配向剤組成物、これを用いた液晶配向膜の製造方法、およびこれを用いた液晶配向膜および液晶表示素子に関するものである。

Description

[関連出願の相互参照]
本出願は、2017年10月20日付韓国特許出願第10−2017−0136517号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれている。
本発明は、液晶配向性と安定性が強化され、高い電圧保持率を現わす液晶配向膜を製造するための液晶配向剤組成物、これを用いた液晶配向膜の製造方法、およびこれを用いた液晶配向膜および液晶表示素子に関する。
液晶表示素子において、液晶配向膜は液晶を一定の方向に配向させる役割を担当している。具体的には、液晶配向膜は液晶分子の配列に配向子(director)の役割をして電場(electric field)により液晶が動いて画像を形成するとき、適当な方向を定めるようにする。液晶表示素子において均一な輝度(brightness)と高いコントラスト比(contrast ratio)を得るためには液晶を均一に配向することが必須である。
従来の液晶を配向させる方法の一つとして、ガラスなどの基板にポリイミドのような高分子膜を塗布し、この表面をナイロンやポリエステルのような繊維を用いて一定の方向にこするラビング(rubbing)方法が用いられた。しかし、ラビング方法は、繊維質と高分子膜が摩擦するとき微細なホコリや静電気(electrical discharge:ESD)が発生し得、液晶パネルの製造時に深刻な問題を引き起こし得る。
前記ラビング方法の問題を解決するために、最近では摩擦でない光照射によって高分子膜に異方性(非等方性、anisotropy)を誘導し、これを用いて液晶を配列する光配向法が研究されている。
前記光配向法に用いられる材料としては多様な材料が紹介されており、その中でも液晶配向膜の良好な諸般性能のためにポリイミドが主に使用されている。しかし、ポリイミドは、溶媒溶解性が劣り、溶液状態でコートして配向膜を形成させる製造工程上に直接適用するには困難がある。したがって、溶解性に優れるポリアミック酸またはポリアミック酸エステルのような前駆体形態でコートした後高温の熱処理工程を経てポリイミドを形成させ、ここに光照射を行い配向処理をする。しかし、このようなポリイミド状態の膜に光照射して十分な液晶配向性を得るためには多くのエネルギを必要とし、実際の生産性の確保には困難性が生じるだけではなく、光照射後の配向安定性を確保するために追加的な熱処理工程も必要とする限界がある。
また、液晶表示素子の高品位駆動のためには高い電圧保持率(voltage holding ratio;VHR)を現さなければならないが、ポリイミドだけではこれを現わすことに限界がある。特に、最近では低電力ディスプレイに対する要求が増加するにつれ、液晶配向剤は液晶の配向性という基本特性だけでなく、直流/交流電圧によって発生する残像、電圧保持率のような電気的な特性にも影響を及ぼし得ることを発見した。そこで優れた液晶配向性と電気的特性を同時に実現できる液晶配向材料に対する開発の必要性が大きくなっている。
そこで、液晶表示素子の性能が向上して低電力ディスプレイを実現できるように高温環境でも優れた液晶配向性および電気的特性を有する新たな液晶配向剤に対する開発が求められている。
本発明は、配向性と安定性に優れるだけでなく、高温環境での電圧保持率のような電気的特性も強化した液晶配向剤組成物を提供する。
また、本発明は前記の液晶配向剤組成物を用いた液晶配向膜の製造方法を提供する。
また、本発明は、前記の製造方法で製造される液晶配向膜およびこれを含む液晶表示素子を提供する。
本明細書では、下記化学式1で表される繰り返し単位、下記化学式2で表される繰り返し単位および下記化学式3で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた2種以上の繰り返し単位を含み、下記化学式1〜3で表される全体繰り返し単位に対し、下記化学式1で表される繰り返し単位を5〜74モル%含む第1液晶配向剤用重合体;および
下記化学式4で表される繰り返し単位、下記化学式5で表される繰り返し単位および下記化学式6で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位を含む第2液晶配向剤用重合体;
を含む、液晶配向剤組成物が提供される。
[化学式1]
[化学式2]
[化学式3]
[化学式4]
[化学式5]
[化学式6]
前記化学式1〜6において、
、R、R、およびRは、それぞれ独立して水素またはC1−10アルキルであり、ただしRおよびRはいずれも水素ではなく、RおよびRがいずれも水素ではなく、
は、下記化学式7で表される4価の有機基であり、
[化学式7]
前記化学式7において、
、R、R、およびRは、それぞれ独立して水素、またはC1−6アルキルであり、
、X、X、X、およびXは、それぞれ独立して炭素数4〜20の炭化水素に由来した4価の有機基であるか、あるいは前記4価の有機基のうち一つ以上のHがハロゲンに置換されるかまたは一つ以上の−CH−が酸素または硫黄原子が直接連結されないように−O−、−CO−、−S−、−SO−、−SO−または−CONH−に代替された4価の有機基であり、
前記化学式1〜3において、
〜Yは、それぞれ独立して下記化学式8で表される2価の有機基であり、
[化学式8]
前記化学式8において、
およびR10は、それぞれ独立してハロゲン、シアノ、C1−10アルキル、C2−10アルケニル、C1−10アルコキシ、C1−10フルオロアルキル、またはC1−10フルオロアルコキシであり、
pおよびqは、それぞれ独立して0〜4の整数であり、
は、単一結合、−O−、−CO−、−S−、−SO−、−C(CH−、−C(CF−、−CONH−、−COO−、−(CH−、−O(CHO−、−O(CH−、−OCH−C(CH−CHO−、−COO−(CH−OCO−、または−OCO−(CH−COO−であり、ここで、zは1〜10の整数であり、
kおよびmは、それぞれ独立して1〜3の整数であり、
nは、0〜3の整数であり、
前記化学式4〜6において、
、Z、およびZは、それぞれ独立して下記化学式9で表される2価の有機基であり、
[化学式9]
前記化学式9において、
は、16族元素であり、
11は、水素、またはC1−10アルキルであり、
aは、0〜3の整数であり、
、A、A、およびAは、窒素または炭素であり、ただしA〜Aのうち少なくとも一つは窒素であり、残りは炭素である。
以下、発明の具体的な実施例による液晶配向剤組成物とこれを用いた液晶配向膜の製造方法、およびこのように製造された液晶配向膜を含む液晶表示素子についてより詳細に説明する。
本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
本明細書において、「置換」という用語は、化合物内の水素原子の代わりに他の官能基が結合することを意味し、置換される位置は、水素原子が置換される位置すなわち、置換基が置換可能な位置であれば限定されず、2以上置換される場合、2以上の置換基は互いに同一または異なってもよい。
本明細書において「置換または非置換された」という用語は、重水素;ハロゲン基;シアノ基;ニトロ基;ヒドロキシ基;カルボニル基;エステル基;イミド基;アミド基;アミノ基;カルボキシル基;スルホン酸基;スルホンアミド基;ホスフィンオキシド基;アルコキシ基;アリールオキシ基;アルキルチオキシ基;アリールチオキシ基;アルキルスルホキシ基;アリールスルホキシ基;シリル基;ホウ素基;アルキル基;シクロアルキル基;アルケニル基;アリール基;アラルキル基;アラルケニル基;アルキルアリール基;アリールホスフィン基;またはN、OおよびS原子のうち1個以上を含むヘテロ環基からなる群より選ばれた1個以上の置換基に置換または非置換されるか、前記例示した置換基中の2以上の置換基が連結された置換または非置換されたものを意味する。例えば、「2以上の置換基が連結された置換基」は、ビフェニル基であり得る。すなわち、ビフェニル基は、アリール基であり得、2個のフェニル基が連結された置換基と解釈することもできる。
本明細書において、
、または
は、他の置換基に連結される結合を意味し、直接結合はLで表される部分に別途の原子が存在しない場合を意味する。
本明細書において、アルキル基は直鎖または分枝鎖であり得、炭素数は特に限定されないが1〜10であることが好ましい。また一つの実施例によれば、前記アルキル基の炭素数は1〜6である。アルキル基の具体的な例としてはメチル、エチル、プロピル、n−プロピル、イソプロピル、ブチル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、sec−ブチル、1−メチル−ブチル、1−エチル−ブチル、ペンチル、n−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、ヘキシル、n−ヘキシル、1−メチルペンチル、2−メチルペンチル、4−メチル−2−ペンチル、3,3−ジメチルブチル、2−エチルブチル、ヘプチル、n−ヘプチル、1−メチルヘキシル、シクロペンチルメチル、シクロヘキシルメチル、オクチル、n−オクチル、tert−オクチル、1−メチルヘプチル、2−エチルヘキシル、2−プロピルペンチル、n−ノニル、2,2−ジメチルヘプチル、1−エチル−プロピル、1,1−ジメチル−プロピル、イソヘキシル、2−メチルペンチル、4−メチルヘキシル、5−メチルヘキシルなどがあるが、これらに限定されない。
炭素数1〜10のフルオロアルキル基は、前記炭素数1〜10のアルキル基の一つ以上の水素がフッ素に置換されたものであり得、炭素数1〜10のフルオロアルコキシ基は、前記炭素数1〜10のアルコキシ基の一つ以上の水素がフッ素に置換されたものであり得る。
ハロゲン(halogen)は、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)であり得る。
16族元素は、酸素(O)、硫黄(S)、セレニウム(Se)、テルリウム(Te)またはポロニウム(Po)であり得る。
窒素酸化物は、窒素原子と酸素原子が結合した化合物であり、窒素酸化物官能基は、官能基内に窒素酸化物を含む官能基を意味する。前記窒素酸化物官能基の例としては、ニトロ基(−NO)等を使用し得る。
本発明による液晶配向剤組成物は、部分イミド化したポリイミド前駆体である第1液晶配向剤用重合体と中心点または中心線に対して非対称をなす特定構造のジアミンに由来したポリイミド前駆体である第2液晶配向剤用重合体を共に含むことを主な特徴とする。
従来のポリイミドを液晶配向膜として使用する場合、溶解性に優れたポリイミド前駆体、ポリアミック酸またはポリアミック酸エステルを塗布し、乾燥して塗膜を形成した後、高温の熱処理工程を経てポリイミドに転換させてそこに光照射を行い配向処理をした。しかし、このようなポリイミド状態の膜に光照射して十分な液晶配向性を得るためには多くの光照射エネルギが必要であるだけでなく、光照射後の配向安定性を確保するために追加的な熱処理工程も経る。このような多くの光照射エネルギと追加的な高温熱処理工程は、工程コストと、工程時間の側面から非常に不利であるため、実際の大量生産工程に適用するには限界があった。
そこで本発明者らは、上記のようにイミド基などを含有する特定構造のジアミン化合物を含む反応物から製造された前記化学式1〜3の繰り返し単位を含む第1液晶配向剤用重合体を用いると、すでにイミド化したイミド繰り返し単位を一定含有量含むので、塗膜形成後の高温の熱処理工程なしに直ちに光を照射して異方性を生成させ、以後に熱処理を行い配向膜を完成できるので、光照射エネルギを大きく減らすことができるだけでなく、1回の熱処理工程を含む単純な工程でも配向性と安定性が強化した液晶配向膜を製造できることを確認した。
また、本発明者らは、前記第1液晶配向剤用重合体以外に中心点または中心線に対して非対称をなす特定構造のジアミン化合物を含む反応物から製造された前記化学式4〜6の繰り返し単位を共に含む第2液晶配向剤用重合体を液晶配向剤組成物に含めることによって、これより製造される液晶配向膜は高温で高い電圧保持率を有し得、コントラスト比の低下や残像現象を改善できるだけでなく熱ストレスによる配向安定性および配向膜の機械的強度も改善されることを確認した。
発明の一実施例によれば、前記化学式1で表される繰り返し単位、前記化学式2で表される繰り返し単位および前記化学式3で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた2種以上の繰り返し単位を含み、前記化学式1〜3で表される全体繰り返し単位に対し、前記化学式1で表される繰り返し単位を5〜74モル%含む第1液晶配向剤用重合体と、前記化学式4で表される繰り返し単位、前記化学式5で表される繰り返し単位および下記化学式6で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位を含む第2液晶配向剤用重合体を含む液晶配向剤組成物が提供されることができる。
具体的には、一実施例による液晶配向剤組成物のうち第1液晶配向剤用重合体および第2液晶配向剤用重合体において、前記化学式1〜6の繰り返し単位において、Xは、前記化学式7で表される4価の有機基であり、X、X、X、X、およびXは、それぞれ独立して炭素数4〜20の炭化水素に由来した4価の有機基であるか、あるいは前記4価の有機基のうち一つ以上のHがハロゲンに置換されるかまたは一つ以上の−CH−が酸素または硫黄原子が直接連結されないように−O−、−CO−、−S−、−SO−、−SO−または−CONH−に代替された4価の有機基であり得る。
一例として、前記X、X、X、X、およびXは、それぞれ独立して下記化学式10に記載された4価の有機基であり得る。
[化学式10]
前記化学式10において、R、R、R、およびRは、それぞれ独立して水素、またはC1−6アルキルであり、R12およびR13は、それぞれ独立して水素、またはC1−10アルキルであり、Lは単結合、−O−、−CO−、−S−、−SO−、−SO−、−CR1415−、−CONH−、−COO−、−(CH−、−O(CHO−、−COO−(CH−OCO−、−HN−(CH−NH−、−R14N−(CH−NR15−、フェニレンまたはこれらの組み合わせからなる群より選ばれたいずれか一つであり、ここで、R14およびR15は、それぞれ独立して水素、C1−10アルキル、またはC1−10フルオロアルキルであり、bは、それぞれ独立して1〜10の整数である。
また、一実施例による液晶配向剤組成物のうち第1液晶配向剤用重合体は、前記化学式1〜3の繰り返し単位でY、Y、およびYは、それぞれ独立して前記化学式8で表される2価の有機基であり得る。
前記化学式8において、RまたはR10に置換されていない炭素には水素が結合されており、pまたはqが2〜4の整数であるとき複数のRまたはR10は同一であるか互いに相異する置換基であり得る。そして、前記化学式8において、kおよびmは、それぞれ独立して0〜3、または1〜3の整数であり、nは、0〜3の整数あるいは0または1の整数であり得る。
前記化学式8は、液晶配向剤用重合体の形成に用いられる前駆体であるイミド基などを含有する特定構造のジアミンに由来した繰り返し単位のうち一部分に該当する。
より具体的には、前記化学式8は、下記化学式11または化学式12であり得る。
[化学式11]
[化学式12]
前記化学式12において、Lは単結合、−O−、−SO−、または−CR1617−であり、ここで、R16およびR17は、それぞれ独立して水素、またはC1−10アルキルである。
好ましくは、前記化学式11は、下記化学式11−1であり得る。
[化学式11−1]
また、前記化学式12は、下記化学式12−1であり得る。
[化学式12−1]
前記化学式12−1において、Lは、O、またはCHである。
一方、一実施例による液晶配向剤組成物のうち第2液晶配向剤用重合体は、前記化学式4〜6の繰り返し単位においてZ、Z、およびZは、それぞれ独立して前記化学式9で表される2価の有機基であり得る。前記Z、Z、およびZは、前記化学式4で表される2価の有機基で定義されて上述した効果を発現できる多様な構造の液晶配向剤用共重合体を提供することができる。
前記化学式9において、Aは16族元素であり、前記16族元素は、酸素(O)、硫黄(S)、セレニウム(Se)、テルリウム(Te)またはポロニウム(Po)であり得る。前記R11は前記Aに結合する官能基として、aで表される数字の個数だけA元素に結合することができる。好ましくは前記化学式9において、Aは酸素であり、aは0のエーテル官能基であり得る。
一方、前記化学式9において、A〜Aのうち少なくとも一つは窒素であり、残りは炭素を満足することによって、前記窒素原子によって前記化学式9は、中心点または中心線を基準に対称を成さない非対称構造をなす。前記化学式9は、液晶配向剤用共重合体の形成に用いられる前駆体である中心点または中心線に対して非対称をなす特定構造のジアミンに由来した繰り返し単位として、後述するように非対称ジアミンを用いたことによるものと見られる。
具体的には、前記化学式9で表される官能基は、エーテル基を媒介に2個の芳香族環化合物、好ましくはヘテロ芳香族環化合物および芳香族環化合物が結合する構造的特徴がある。これにより、液晶配向剤としての配向性や残像特性は同等水準以上を満足しながらも、電圧保有率が向上して優れた電気的特性を実現することができる。
反面、前記化学式9で表される官能基は、2個の芳香族環化合物、好ましくはヘテロ芳香族環化合物および芳香族環化合物それぞれにアミン基、エーテル基および水素のみが結合しているだけであり、そのほかの異なる置換基が導入されないことを特徴とし、ヘテロ芳香族環化合物または芳香族環化合物に置換基、例えばフルオロアルキル基が導入される場合、置換基による配向性が低下する技術的な問題が発生する可能性がある。
より具体的には、前記化学式9において、A〜Aの一つが窒素であり、残りは炭素であり得、前記化学式9において、AまたはAのうち一つが窒素であり、残りは炭素であり、AおよびAは炭素であり得る。すなわち、前記化学式9において、A〜Aが含まれた芳香族環はピリジン(pyridine)構造を有し得る。これにより、前記一実施形態の液晶配向剤用共重合体が適用された液晶ディスプレイ素子が高い電圧保持率および液晶配向性を実現することができる。
また、前記化学式9は、下記化学式9−1、化学式9−2、および化学式9−3からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位を含み得る。
[化学式9−1]
[化学式9−2]
[化学式9−3]
前記化学式9−1、化学式9−2、および化学式9−3において、A、A、A、A、A、R11、およびaに対する内容は前記化学式9で上述した内容を含む。
このように、前記化学式9の繰り返し単位が化学式9−1、化学式9−2、および化学式9−3からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位を含むことによって、より優れた液晶配向性を実現することができる。
そして、一実施例による液晶配向剤組成物のうち第1液晶配向剤用重合体は、前記化学式1、化学式2および化学式3で表される繰り返し単位のうち、イミド繰り返し単位である化学式1で表される繰り返し単位を全体繰り返し単位に対し、5〜74モル%、好ましくは10〜60モル%含み得る。
前述したように、前記化学式1で表されるイミド繰り返し単位を特定の含有量含む重合体を用いると、前記第1液晶配向剤用重合体がすでにイミド化したイミド繰り返し単位を一定含有量含むので、高温の熱処理工程を省略し、直ちに光を照射しても配向性と安定性に優れた液晶配向膜を製造することができる。
仮に化学式1で表される繰り返し単位が前記含有量範囲より少なく含まれると、十分な配向特性を現わすことができず、配向安定性が低下し得、前記化学式1で表される繰り返し単位の含有量が前記範囲を超えると、溶解度が低くなりコーティング可能な安定した配向液を製造することが難しい問題が生じ得る。そのため、前記化学式1で表される繰り返し単位を上述した含有量の範囲で含むことが保管安定性、電気的特性、配向特性および配向安定性がいずれも優れた液晶配向剤用重合体を提供できるため好ましい。
また、前記化学式2で表される繰り返し単位または化学式3で表される繰り返し単位は、目的とする特性に応じて適切な含有量で含まれ得る。
具体的には、前記化学式2で表される繰り返し単位は、前記化学式1〜3で表される全体繰り返し単位に対し、0〜40モル%、好ましくは0〜30モル%含まれ得る。前記化学式2で表される繰り返し単位は、光照射後の高温熱処理工程中のイミドに転換される比率が低いので、前記範囲を超える場合、全体的なイミド化率が不十分であり、配向安定性が低下し得る。したがって、前記化学式2で表される繰り返し単位は、上述した範囲内で適切な溶解度を現わして工程特性に優れながらも高いイミド化率を実現できる液晶配向剤用重合体を提供することができる。
そして、前記化学式3で表される繰り返し単位は、前記化学式1〜3で表される全体繰り返し単位に対し、0〜95モル%、好ましくは10〜90モル%含まれ得る。このような範囲内で優れたコーティング性を現わして工程特性に優れながらも高いイミド化率を実現できる液晶配向剤用重合体を提供することができる。
一方、一実施例による液晶配向剤組成物のうち第2液晶配向剤用重合体は、前記化学式4、化学式5および化学式6で表される繰り返し単位のうち、イミド繰り返し単位である化学式4で表される繰り返し単位を全体繰り返し単位に対し、0モル%〜80モル%、好ましくは0.1モル%〜65モル%含み得る。
前述したように、前記化学式4で表されるイミド繰り返し単位を特定の含有量含む重合体を用いると、前記重合体がすでにイミド化したイミド繰り返し単位を一定含有量含むので、高温の熱処理工程を省略し、直ちに光を照射しても配向性と安定性に優れた液晶配向膜を製造することができる。
仮に、化学式4で表される繰り返し単位が前記含有量範囲より少なく含まれると十分な配向特性を現わすことができず、配向安定性が低下し得、前記化学式4で表される繰り返し単位の含有量が前記範囲を超えると溶解度が低くなってコーティング可能な安定した配向液を製造することが難しい問題が生じ得る。そのため、前記化学式4で表される繰り返し単位を上述した含有量範囲で含むことが保管安定性、電気的特性、配向特性および配向安定性がいずれも優れた液晶配向剤用重合体を提供できるため好ましい。
また、前記化学式5で表される繰り返し単位または化学式6で表される繰り返し単位は、目的とする特性により適切な含有量で含まれ得る。
具体的には、前記化学式5で表される繰り返し単位は、前記化学式4〜6で表される全体繰り返し単位に対し、0モル%〜50モル%、好ましくは0.1モル%〜30モル%含まれ得る。前記化学式5で表される繰り返し単位は、光照射後の高温熱処理工程中のイミドに転換される比率が低いので、前記範囲を超える場合、全体的なイミド化率が不十分であり、配向安定性が低下し得る。したがって、前記化学式5で表される繰り返し単位は、上述した範囲内で適切な溶解度を現わして工程特性に優れながらも高いイミド化率を実現できる液晶配向剤用重合体を提供することができる。
そして、前記化学式6で表される繰り返し単位は、前記化学式4〜6で表される全体繰り返し単位に対し、10モル%〜100モル%、好ましくは30モル%〜99.8モル%含まれ得る。このような範囲内で優れたコーティング性を現わして工程特性に優れながらも高いイミド化率を実現できる液晶配向剤用重合体を提供することができる。
一方、一実施例による液晶配向剤組成物は、前記第1液晶配向剤用重合体と第2液晶配向剤用重合体は、約5:95〜95:5、好ましくは約15:85〜85:15の重量比で含み得る。
前述したように、前記第1液晶配向剤用重合体は、すでにイミド化したイミド繰り返し単位を一定含有量含むので、塗膜形成後の高温の熱処理工程なしに直ちに光を照射して異方性を生成させ、以後に熱処理を行い配向膜を完成できる特徴がある。これと共に、第2液晶配向剤用重合体は、中心点または中心線に対して非対称をなす特定構造のジアミン化合物に由来した繰り返し単位を含むので、高温環境でも高い電圧保持率を有し得、コントラスト比の低下や残像現象を改善させて電気的特性を向上させる特徴がある。このような特徴を有する前記第1液晶配向剤用重合体と第2液晶配向剤用重合体を前記重量比範囲で混合して使用する場合、第1液晶配向剤用重合体が有する優れた光反応特性および液晶配向特性に第2液晶配向剤用重合体が有する優れた電気的特性を相互補完できるので、優れたコーティング性を現わして工程特性に優れながらも高いイミド化率を実現できるだけでなく、直流/交流電圧によって発生する残像、電圧保持率のような電気的な特性に優れた液晶配向膜をより優れた配向性と電気的特性を同時に有する液晶配向膜を製造することができる。
一方、一実施例による液晶配向剤組成物のうち前記第2液晶配向剤用重合体は、下記化学式13で表される繰り返し単位、下記化学式14で表される繰り返し単位および下記化学式15で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位をさらに含み得る。
[化学式13]
[化学式14]
[化学式15]
前記化学式13〜15において、
18およびR19のうち少なくとも一つは、炭素数1〜10のアルキル基であり、残りは水素であり、
〜Xは、それぞれ独立して4価の有機基であり、
〜Zは、それぞれ独立して下記化学式16で表される2価の有機基であり、
[化学式16]
前記化学式16において、
20およびR21は、それぞれ独立してハロゲン、シアノ、C1−10アルキル、C2−10アルケニル、C1−10アルコキシ、C1−10フルオロアルキル、またはC1−10フルオロアルコキシであり、
p'およびq'は、それぞれ独立して0〜4の整数であり、
は、単一結合、−O−、−CO−、−S−、−SO−、−C(CH−、−C(CF−、−CONH−、−COO−、−(CH−、−O(CHO−、−O(CH−、−OCH−C(CH−CHO−、−COO−(CH−OCO−、または−OCO−(CH−COO−であり、ここで、zは、それぞれ独立して1〜10の整数であり、
k'およびm'は、それぞれ独立して0〜3の整数であり、
n'は、0〜3の整数である。
前記化学式16においてR20またはR21に置換されていない炭素には水素が結合され得、p'およびq'は、それぞれ独立して0〜4、または1〜4、または2〜4の整数であり、p'またはq'が2〜4の整数であるとき複数のR20またはR21は、同一であるか互いに相異する置換基であり得る。
そして、前記化学式16においてk'およびm'は、それぞれ独立して0〜3、または1〜3の整数であり得、n'は0〜3、または1〜3の整数であり得る。
より具体的には、前記化学式16は、下記化学式17または化学式18であり得る。
[化学式17]
[化学式18]
前記化学式18において、
は、単結合、−O−、−SO−、または−CR2223−であり、ここで、R22およびR23は、それぞれ独立して水素、またはC1−10アルキルである。
好ましくは、前記化学式17は、下記化学式17−1であり得る。
[化学式17−1]
また、前記化学式18は、下記化学式18−1であり得る。
[化学式18−1]
前記化学式18−1において、LはO、またはCHである。
前記X〜Xは、それぞれ独立して炭素数4〜20の炭化水素に由来した4価の有機基であるか、あるいは前記4価の有機基のうち一つ以上のHがハロゲンに置換されるかまたは一つ以上の−CH−が酸素または硫黄原子が直接連結されないように−O−、−CO−、−S−、−SO−、−SO−または−CONH−に代替された4価の有機基であり得る。
一例として、前記X〜Xは、それぞれ独立して下記化学式19に記載された4価の有機基を含み得る。
[化学式19]
前記化学式19において、R24、R25、R26、およびR27は、それぞれ独立して水素、またはC1−6アルキルであり、R28およびR29は、それぞれ独立して水素、またはC1−10アルキルであり、Lは、単結合、−O−、−CO−、−S−、−SO−、−SO−、−CR3031−、−CONH−、−COO−、−(CH−、−O(CHO−、−COO−(CH−OCO−、−HN−(CH−NH−、−R30N−(CH−NR31−、フェニレンまたはこれらの組み合わせからなる群より選ばれたいずれか一つであり、ここで、R30およびR31は、それぞれ独立して水素、C1−10アルキル、またはC1−10フルオロアルキルであり、bは、それぞれ独立して1〜10の整数である。
この時、前記化学式4で表される繰り返し単位、前記化学式5で表される繰り返し単位および前記化学式6で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位と前記化学式13で表される繰り返し単位、前記化学式14で表される繰り返し単位および前記化学式15で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位間のモル比は1:100〜100:1であり得る。
また、前記第1液晶配向剤用重合体および第2液晶配向剤用重合の重量平均分子量が1000g/mol〜200,000g/molであり得る。重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC,gel permeation chromatography)方法によって測定したポリスチレン換算の重量平均分子量を意味する。前記GPC法によって測定したポリスチレン換算の重量平均分子量を測定する過程では、通常知られている分析装置と示差屈折率検出器(Refractive Index Detector)またはUV検出器(UV−detector)等の検出器および分析用カラムを用い得、通常適用される温度条件、溶媒、flow rateを適用し得る。前記測定条件の具体的な例として、40℃の温度、ジメチルホルムアミド(DMF,dimethylformamide)/テトラヒドロフラン(THF,tetrahydrofuran)の混合溶媒および0.5〜1.0mL/minのflow rateが挙げられる。
一方、発明のまた他の実施形態によれば、前記液晶配向剤組成物を用いた液晶配向膜の製造方法が提供される。前記液晶配向膜の製造方法は、液晶配向剤組成物を基板に塗布して塗膜を形成する段階(段階1);前記塗膜を乾燥する段階(段階2);前記乾燥段階直後の塗膜に光を照射して配向処理する段階(段階3);および前記配向処理した塗膜を熱処理して硬化する段階(段階4)を含む。
前記段階1は、上述した液晶配向剤組成物を基板に塗布して塗膜を形成する段階である。
前記液晶配向剤組成物を基板に塗布する方法は特に制限されず、例えばスクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェットなどの方法が用いられ得る。
そして、前記液晶配向剤組成物は、有機溶媒に溶解または分散させ得る。前記有機溶媒の具体的な例としては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、2−ピロリドン、N−エチルピロリドン、N−ビニルピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラメチルウレア、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−エトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、1,3−ジメチル−イミダゾリジノン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジグライム、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、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、混合して用いてもよい。
また、前記液晶配向剤組成物は、有機溶媒の他に他の成分をさらに含み得る。非制限的な例として、前記液晶配向剤組成物が塗布されたとき、膜厚さの均一性や表面平滑性を向上させるか、あるいは液晶配向膜と基板との密着性を向上させるか、あるいは液晶配向膜の誘電率や導電性を変化させるか、あるいは液晶配向膜の緻密性を増加させることができる添加剤がさらに含まれ得る。このような添加剤としては各種溶媒、界面活性剤、シラン系化合物、誘電体または架橋性化合物などを例示することができる。
前記段階2は、前記液晶配向剤組成物を基板に塗布して形成された塗膜を乾燥する段階である。
前記塗膜を乾燥する段階は、塗膜の加熱、真空蒸着などの方法を用い得、50〜150℃、または60〜140℃で行われることが好ましい。
前記段階3は、前記乾燥段階直後の塗膜に光を照射して配向処理する段階である。
本明細書において、前記「乾燥段階直後の塗膜」は、乾燥段階以後に乾燥段階以上の温度で熱処理する段階を行わず直ちに光照射することを意味し、熱処理以外の他の段階は付加が可能である。
より具体的には、すでにポリアミック酸またはポリアミック酸エステルを含む液晶配向剤を用いて液晶配向膜を製造する場合にはポリアミック酸のイミド化のために必須として高温の熱処理を行った後光を照射する段階を含むが、上述した一実施形態の液晶配向剤を用いて液晶配向膜を製造する場合には前記熱処理段階を含まず、直ちに光を照射して配向処理した後、配向処理した塗膜を熱処理して硬化することによって、小さい光照射エネルギ下でも十分な配向性と安定性が強化した液晶配向膜を製造することができる。
そして、前記配向処理する段階で光照射は、150〜450nm波長の偏光した紫外線を照射することであり得る。この時、露光の強さは、液晶配向剤用重合体の種類によって異なり、10mJ/cm〜10J/cmのエネルギ、好ましくは30mJ/cm〜2J/cmのエネルギを照射し得る。
前記紫外線としては、(1)石英ガラス、ソーダライムガラス、ソーダライムフリーガラスなどの透明基板の表面に誘電異方性の物質がコートされた基板を用いた偏光装置、(2)微細にアルミニウムまたは金属ワイヤが蒸着された偏光板、または(3)石英ガラスの反射によるブルースター偏光装置などを通過または照射する方法で偏光処理した紫外線の中から選ばれた偏光紫外線を照射して配向処理をする。この時、偏光した紫外線は基板面に垂直に照射することもでき、特定の角で入射角を傾斜して照射することもできる。このような方法によって液晶分子の配向能力が塗膜に付与される。
前記段階4は、前記配向処理した塗膜を熱処理して硬化する段階である。
前記配向処理した塗膜を熱処理して硬化する段階は、従来のポリアミック酸またはポリアミック酸エステルを含む液晶配向剤用重合体を用いて液晶配向膜を製造する方法でも光照射以後に行う段階であり、液晶配向剤を基板に塗布し、光を照射する前に、または光を照射しながら液晶配向剤をイミド化させるために行う熱処理段階とは区分される。
この時、前記熱処理はホットプレート、熱風循環炉、赤外線炉などの加熱手段によって行われ得、150〜300℃、または200〜250℃で行われることが好ましい。
一方、前記塗膜を乾燥する段階(段階2)以後に必要に応じて、前記乾燥段階直後の塗膜に乾燥段階以上の温度で熱処理する段階をさらに含み得る。前記熱処理はホットプレート、熱風循環炉、赤外線炉などの加熱手段によって行われ得、150℃〜250℃で行われることが好ましい。この過程で液晶配向剤をイミド化させ得る。
すなわち、前記液晶配向膜の製造方法は、上述した液晶配向剤を基板に塗布して塗膜を形成する段階(段階1);前記塗膜を乾燥する段階(段階2);前記乾燥段階直後の塗膜に乾燥段階以上の温度で熱処理する段階(段階3);前記熱処理した塗膜に光を照射するかラビング処理して配向処理する段階(段階4)および前記配向処理した塗膜を熱処理して硬化する段階(段階5)を含み得る。
一方、発明のまた他の実施形態によれば、上述した液晶配向膜の製造方法により製造された液晶配向膜が提供される。
前述したように、前記化学式1で表される繰り返し単位、化学式2で表される繰り返し単位および化学式3で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた2種以上の繰り返し単位を含み、特に前記繰り返し単位のうち化学式1で表されるイミド繰り返し単位を5〜74モル%含む第1液晶配向剤用重合体と、下記化学式4で表される繰り返し単位、下記化学式5で表される繰り返し単位および下記化学式6で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位を含む第2液晶配向剤用重合体を混合して用いると、配向性と安定性が強化した液晶配向膜を製造することができる。
一方、発明のまた他の実施形態によれば、上述した液晶配向膜を含む液晶表示素子が提供される。
前記液晶配向膜は、公知の方法によって液晶セルに導入され得、前記液晶セルは同様に公知の方法によって液晶表示素子に導入され得る。前記液晶配向膜は、前記化学式1で表される繰り返し単位を特定の含有量含む重合体から製造されて優れた諸般物性と共に優れた安定性を実現することができる。そのため、高い信頼度を現わし得る液晶表示素子を提供する。
本発明によれば、液晶配向剤組成物を基板に塗布および乾燥した後高温の熱処理工程を省略し、直ちに光を照射して配向処理した後、これを熱処理して硬化することによって、光照射エネルギを減らすことができるだけでなく、単純な工程によって配向性と安定性に優れ、かつ高温でも高い電圧保持率を有し、コントラスト比の低下や残像現象を改善させて電気的特性も優れた液晶配向膜を提供できる液晶配向膜の製造方法、液晶配向膜およびこれを含む液晶表示素子が提供される。
発明を下記の実施例でより詳細に説明する。ただし、下記の実施例は本発明を例示するだけであり、本発明の内容は下記の実施例によって限定されない。
<製造例>
製造例1:ジアミンDA1−1の製造
下記反応式のように製造した。
具体的には、CBDA(シクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、化合物1)と4−ニトロアニリン(4−nitroaniline)をDMF(Dimethylformamide)に溶解させて混合物を製造した。次いで、前記混合物を約80℃で約12時間反応させて化合物2のアミック酸を製造した。以後、前記アミック酸をDMFに溶解させ、酢酸無水物および酢酸ナトリウムを添加して混合物を製造した。次いで、前記混合物に含まれたアミック酸を約90℃で約4時間イミド化させて化合物3を得た。このように得られた化合物3のイミドをDMAc(Dimethylacetamide)に溶解させた後、Pd/Cを添加して混合物を製造した。これを約45℃および約6barの水素圧力下で約20時間還元させてジアミンDA1−1を製造した。
製造例2:ジアミンDA1−2の製造
CBDA(シクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物)の代わりにDMCBDA(1,3−ジメチルシクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物)を用いたことを除いては前記製造例1と同様の方法により前記構造を有するDA1−2を製造した。
製造例3:ジアミンDA1−3の合成
下記反応式のように製造した。
具体的には、CBDA(シクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、化合物1)25gを250mLのメタノールに入れて1〜2滴の塩酸を添加した後約75℃で約5時間加熱還流した。溶媒を減圧して除去した後エチルアセテートとノルマルヘキサンを300mL添加して固形化した。生成された固体を減圧フィルタし、約40℃で減圧乾燥した後化合物4、32gを得た。
収得した化合物4、34gに100mLのトルエンを添加して常温でオギザリルクロライド(oxalyl chloride)35gを滴下した。2〜3滴のジメチルホルムアミド(DMF)を滴加して約50℃で約16時間攪拌した。常温に冷却した後溶媒と残留オギザリルクロライドを減圧して除去した。黄色固体生成物にノルマルヘキサン300mLを添加した後約80℃で加熱還流した。加熱した反応溶液を濾過してノルマルヘキサンに溶けないimpurityを除去してゆっくり常温まで冷却して生成された白色の結晶を濾過した後約40℃の減圧オーブンで乾燥して化合物5、32.6gを得た。
4−ニトロアニリン(4−nitroaniline)29.6gとトリエタノールアミン(TEA)21.7gを約400mLのテトラヒドロフラン(THF)に入れて常温で化合物5、32.6gを添加した。常温で約16時間攪拌した後生成された沈殿物を濾過した。ろ液にジクロロメタン(Dichloro methane)約400mLを入れて0.1N塩酸水溶液で洗浄した後再び飽和炭酸水素ナトリウム(NaHCO)水溶液で洗浄した。洗浄した有機溶液を減圧濾過して固体生成物を得て再びジクロロメタンで再結晶して固体相のジニトロ化合物6を43gで得た。
得られたジニトロ化合物6、43gを高圧反応器に入れた後THF約500mLに溶かして10wt%のPd/C、2.2gを添加した後3気圧の水素気体(H)下で約16時間常温攪拌した。反応後celiteフィルタ濾過を用いてPd/Cを除去して濾過した後ろ液を減圧濃縮してエステル化したジアミンDA1−3、37gを得た。
製造例4:ジアミンDA2−1の合成
17.1g(100mmol)の2−クロロ−5−ニトロピリジン(2−chloro−5−nitropyridine、化合物7)、12.5g(98.6mmol)の4−ニトロフェノール(4−nitrophenol、化合物8)を200mLのジメチルスルホキシド(Dimethylsulfoxide,DMSO)に完全に溶かした後、27.2g(200mmol)の炭酸カリウム(KCO)を添加して常温で約16時間攪拌した。反応が終結すると反応物を約500mLの水が入った容器に投入して約1時間攪拌した。これを濾過して得た固体を約200mLの水と約200mLのエタノールで洗浄して16g(61.3mmol)のジアミン化合物9を合成した(収率:57%)。
前記化合物9をエチルアセテート(ethyl acetate,EA)とTHFを1:1で混合した約200mL溶液に溶かした後、0.8gのパラジウム/カーボン(Pd/C)を投入して水素環境下で約12時間攪拌した。反応終了後セライトパッドに濾過したろ液を濃縮して11gのジアミン化合物DA2−1(pODA)を製造した(収率:89%)。
製造例5:ジアミンDA2−2の合成
前記4−ニトロフェノール(4−nitrophenol、化合物8)の代わりに3−ニトロフェノール(3−nitrophenol)を用いたことを除いては、前記製造例4と同様の方法によりジアミン化合物DA2−2を製造した。
製造例6:ジアミンDA2−3の合成
前記2−クロロ−5−ニトロピリジン(2−chloro−5−nitropyridine、化合物7)の代わりに2−クロロ−4−ニトロピリジン(2−chloro−4−nitropyridine)を用いたことを除いては、前記製造例4と同様の方法によりジアミン化合物DA2−3を製造した。
<合成例>
合成例1〜4および比較合成例1:第1重合体の合成
合成例1:液晶配向剤用重合体P−1の製造
前記製造例1で製造したDA1−1、5.0g(13.3mmol)と無水N−メチルピロリドン(NMP)71.27gに完全に溶かした。そして、ice bath下で1,3−ジメチル−シクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物(DMCBDA)2.92g(13.03mmol)を前記溶液に添加して約16時間常温で攪拌して液晶配向剤用重合体P−1を製造した。
GPCにより前記重合体P−1の分子量を確認した結果、数平均分子量(Mn)が15,500g/molであり、重量平均分子量(Mw)が31,000g/molであった。そして、重合体P−1のモノマー構造は用いたモノマーの当量比によって定められるものであり、分子内イミド構造の比率が50.5%、アミック酸構造の比率が49.5%であった。
合成例2:液晶配向剤用重合体P−2の製造
前記製造例2で製造したDA1−2、5.376gをNMP74.66gに先に溶かした後、1,3−ジメチル−シクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物(DMCBDA)2.92gを添加して約16時間常温で攪拌した。以後、前記合成例1と同様の方法により重合体P−2を製造した。
GPCにより前記重合体P−2の分子量を確認した結果、数平均分子量(Mn)が17,300g/molであり、重量平均分子量(Mw)が34,000g/molであった。そして、重合体P−2は分子内イミド構造の比率が50.5%、アミック酸構造の比率が49.5%であった。
合成例3:液晶配向剤用重合体P−3の製造
前記製造例2で製造したDA1−2、5.0g、フェニレンジアミン(p−phenylenediamine)1.07gをNMP89.81gに先に溶かした後、シクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物(CBDA)1.90gとオキシジフタル酸二無水物3.00gを添加して約16時間常温で攪拌して重合体P−3を製造した。
GPCにより前記重合体P−3の分子量を確認した結果、数平均分子量(Mn)が17,000g/molであり、重量平均分子量(Mw)が33,000g/molであった。そして、重合体P−3の分子内イミド構造の比率は33.8%、アミック酸構造の比率は66.2%であった。
合成例4:液晶配向剤用重合体P−4の製造
前記製造例2で製造したDA1−1、5.0gおよび前記製造例3で製造したDA1−3 3.93gをNMP127.94gに先に溶かした後、シクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物(CBDA)5.28gを添加して約16時間常温で攪拌して液晶配向剤用重合体P−4を製造した。
比較合成例1:液晶配向剤用重合体PR−1の製造
フェニレンジアミン(p−phenylenediamine)6.00gをNMP156.9gに先に溶かした後、シクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物(CBDA)5.34gと1,3−ジメチル−シクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物(DMCBDA)6.10gを添加して約16時間常温で攪拌して重合体PR−1を製造した。
GPCにより前記重合体PR−1の分子量を確認した結果、数平均分子量(Mn)が15,000g/molであり、重量平均分子量(Mw)が28,000g/molであった。そして、重合体PR−1のモノマー構造を分析した結果、分子内アミック酸構造の比率が100%であった。
合成例5〜25および比較合成例2〜7:第2重合体の合成
合成例5:液晶配向剤用重合体Q−1
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、19.840g(0.099mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)225.761gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−1を製造した。GPCにより前記重合体Q−1の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が27,000g/molであった。
合成例6:液晶配向剤用重合体Q−2
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、14.708g(0.073mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)196.681gに完全に溶かした。
そして、ice bath下で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'−Biphenyl Tetracarboxylic Acid Dianhydride,BPDA)20.0g(0.068mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−2を製造した。GPCにより前記重合体Q−2の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が23,000g/molであった。
合成例7:液晶配向剤用重合体Q−3
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、19.305g(0.096mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)222.726gに完全に溶かした。
そして、ice bath下で1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(1,2,4,5−Cyclohexanetetracarboxylic Dianhydride,HPMDA)20.0g(0.089mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−3を製造した。GPCにより前記重合体Q−3の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が26,500g/molであった。
合成例8:液晶配向剤用重合体Q−4
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、1.984g(0.01mmol)、p−フェニレンジアミン(p−phenylenediamine,p−PDA)9.596g(0.089mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)178.952gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−4を製造した。GPCにより前記重合体Q−4の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が24,000g/molであった。
合成例9:液晶配向剤用重合体Q−5
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、9.920g(0.049mmol)p−フェニレンジアミン(p−phenylenediamine,p−PDA)5.331g(0.049mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)199.756gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−5を製造した。GPCにより前記重合体Q−5の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が27,000g/molであった。
合成例10:液晶配向剤用重合体Q−6
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、1.984g(0.01mmol)、4,4'−オキシジアニリン(4,4'−oxydianiline,ODA)17.768g(0.089mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)225.263gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−6を製造した。GPCにより前記重合体Q−6の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が27,000g/molであった。
合成例11:液晶配向剤用重合体Q−7
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、9.920g(0.049mmol)4,4'−オキシジアニリン(4,4'−oxydianiline,ODA)9.871g(0.049mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)225.484gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−7を製造した。GPCにより前記重合体Q−7の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が27,500g/molであった。
合成例12:液晶配向剤用重合体Q−8
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、1.984g(0.01mmol)、4,4'−メチレンジアニリン(4,4'−Methylenedianiline,MDA)17.593g(0.089mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)224.272gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−8を製造した。GPCにより前記重合体Q−8の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が28,500g/molであった。
合成例13:液晶配向剤用重合体Q−9
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、9.920g(0.049mmol)4,4'−メチレンジアニリン(4,4'−Methylenedianiline,MDA)9.774g(0.049mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)224.934gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−9を製造した。GPCにより前記重合体Q−9の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が28,500g/molであった。
合成例14:液晶配向剤用重合体Q−10
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、1.471g(0.007mmol)、p−フェニレンジアミン(p−phenylenediamine,p−PDA)7.114g(0.066mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)161.980gに完全に溶かした。
そして、ice bath下で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'−Biphenyl Tetracarboxylic Acid Dianhydride,BPDA)20.0g(0.068mmol)を前記溶液に添加して常温で16時間攪拌して液晶配向用重合体Q−10を製造した。GPCにより前記重合体Q−10の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が25,500g/molであった。
合成例15:液晶配向剤用重合体Q−11
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、1.471g(0.007mmol)、4,4'−オキシジアニリン(4,4'−oxydianiline,ODA)13.172g(0.066mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)196.312gに完全に溶かした。
そして、ice bath下で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''−Biphenyl Tetracarboxylic Acid Dianhydride,BPDA)20.0g(0.068mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−11を製造した。GPCにより前記重合体Q−11の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が25,000g/molであった。
合成例16:液晶配向剤用重合体Q−12
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、1.471g(0.007mmol)、4,4'−メチレンジアニリン(4,4'−Methylenedianiline,MDA)13.043g(0.066mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)195.578gに完全に溶かした。
そして、ice bath下で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'−Biphenyl Tetracarboxylic Acid Dianhydride,BPDA)20.0g(0.068mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向用重合体Q−12を製造した。GPCにより前記重合体Q−12の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が26,000g/molであった。
合成例17:液晶配向剤用重合体Q−13
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、1.930g(0.01mmol)、p−フェニレンジアミン(p−phenylenediamine,p−PDA)9.337g(0.086mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)177.181gに完全に溶かした。
そして、ice bath下で1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(1,2,4,5−Cyclohexanetetracarboxylic Dianhydride,HPMDA)20.0g(0.089mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−13を製造した。GPCにより前記重合体Q−13の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が25,500g/molであった。
合成例18:液晶配向剤用重合体Q−14
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、1.930g(0.01mmol)、4,4'−オキシジアニリン(4,4'−oxydianiline,ODA)17.289g(0.086mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)222.242gに完全に溶かした。
そして、ice bath下で1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(1,2,4,5−Cyclohexanetetracarboxylic Dianhydride,HPMDA)20.0g(0.089mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−14を製造した。GPCにより前記重合体Q−14の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が26,500g/molであった。
合成例19:液晶配向剤用重合体Q−15
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1、1.930g(0.01mmol)、4,4'−メチレンジアニリン(4,4'−Methylenedianiline,MDA)17.119g(0.086mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)221.278gに完全に溶かした。
そして、ice bath下で1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(1,2,4,5−Cyclohexanetetracarboxylic Dianhydride,HPMDA)20.0g(0.089mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−15を製造した。GPCにより前記重合体Q−15の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が25,500g/molであった。
合成例20:液晶配向剤用重合体Q−16
前記製造例5で製造したジアミンDA2−2、1.984g(0.01mmol)、p−フェニレンジアミン(p−phenylenediamine,p−PDA)9.596g(0.089mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)178.952gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−16を製造した。GPCにより前記重合体Q−16の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が22,000g/molであった。
合成例21:液晶配向剤用重合体Q−17
前記製造例5で製造したジアミンDA2−2、1.984g(0.01mmol)、4,4'−オキシジアニリン(4,4'−oxydianiline,ODA)17.768g(0.089mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)225.263gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−17を製造した。GPCにより前記重合体Q−17の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が26,500g/molであった。
合成例22:液晶配向剤用重合体Q−18
前記製造例5で製造したジアミンDA2−2、1.984g(0.01mmol)、4,4'−メチレンジアニリン(4,4'−Methylenedianiline,MDA)17.593g(0.089mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)224.272gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−18を製造した。GPCにより前記重合体Q−18の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が24,500g/molであった。
合成例23:液晶配向剤用重合体Q−19
前記製造例6で製造したジアミンDA2−3、1.984g(0.01mmol)、p−フェニレンジアミン(p−phenylenediamine,p−PDA)9.596g(0.089mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)178.952gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−19を製造した。GPCにより前記重合体Q−19の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が22,500g/molであった。
合成例24:液晶配向剤用重合体Q−20
前記製造例6で製造したジアミンDA2−3、1.984g(0.01mmol)、4,4'−オキシジアニリン(4,4'−oxydianiline,ODA)17.768g(0.089mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)225.263gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−20を製造した。GPCにより前記重合体Q−20の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が24,500g/molであった。
合成例25:液晶配向剤用重合体Q−21
前記製造例6で製造したジアミンDA2−3、1.984g(0.01mmol)、4,4'−メチレンジアニリン(4,4'−Methylenedianiline,MDA)17.593g(0.089mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)224.272gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q−21を製造した。GPCにより前記重合体Q−21の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が26,000g/molであった。
比較合成例2:液晶配向剤用重合体QR−1
p−フェニレンジアミン(p−phenylenediamine,p−PDA)26.852g(0.099mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)265.496gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体QR−1を製造した。GPCにより前記重合体QR−1の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が26,000g/molであった。
比較合成例3:液晶配向剤用重合体QR−2
4,4'−オキシジアニリン(4,4'−oxydianiline,ODA)19.743g(0.099mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)225.208gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体QR−2を製造した。GPCにより前記重合体QR−2の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が21,000g/molであった。
比較合成例4:液晶配向剤用重合体QR−3
4,4'−メチレンジアニリン(4,4'−Methylenedianiline,MDA)19.548g(0.089mmol)を無水N−メチルピロリドン(anhydrous N−methyl pyrrolidone:NMP)224.218gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA)20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体QR−3を製造した。GPCにより前記重合体QR−3の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が23,000g/molであった。
比較合成例5:液晶配向剤用重合体S−1
前記製造例4で製造したジアミンDA2−1の代わりに化学式Aで表される2,6−ビス(トリフルオロメチル)−4,4'−ジアミノジフェニルエーテル[2,6−bis(trifluroromethyl)−4,4'−diaminodiphenyl ether]を用いたことを除いては前記合成例1と同様の方法により液晶配向剤用共重合体S−1を製造した。
[化学式A]
<実施例>
実施例1:液晶配向剤組成物の製造
下記表1に示すような組成で、前記合成例1で製造した液晶配向剤用重合体P−1、10gと前記合成例4で製造した液晶配向剤用重合体Q−1、10gをNMP12.4gとn−ブトキシエタノール7.6g(重量比率8:2)を入れて5wt%溶液を得た。そして、得られた溶液をポリ(テトラフルオレンエチレン)材質の気孔サイズが0.1μmのフィルタで加圧濾過して液晶配向剤組成物を製造した。
実施例2:液晶配向剤組成物の製造
下記表1に示すような組成で、液晶配向剤用重合体P−1の代わりに液晶配向剤用重合体P−3を用いたことを除いては、前記実施例1と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
実施例3:液晶配向剤組成物の製造
下記表1に示すような組成で、液晶配向剤用重合体P−1の代わりに液晶配向剤用重合体P−4を用いたことを除いては、前記実施例1と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
実施例4〜23:液晶配向剤組成物の製造
下記表1に示すような組成で、液晶配向剤用重合体Q−1の代わりに液晶配向剤用重合体Q−2〜Q−21のうち一つをそれぞれ用いたことを除いては、前記実施例1と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
実施例24:液晶配向剤組成物の製造
下記表1に示すような組成で、液晶配向剤用重合体P−1の代わりに前記合成例1−2で製造した液晶配向剤用重合体P−2を用い、液晶配向剤用重合体Q−1の代わりに液晶配向剤用重合体Q−4を用いたことを除いては、前記実施例1と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
実施例25〜27:液晶配向剤組成物の製造
下記表1に示すような組成で、液晶配向剤用重合体Q−4の代わりに液晶配向剤用重合体Q−10〜Q−12のうち一つをそれぞれ用いたことを除いては、前記実施例24と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
実施例28:液晶配向剤組成物の製造
下記表1に示すような組成で、液晶配向剤用重合体P−2を4g、液晶配向剤用重合体Q−4を16g投入したことを除いては、前記実施例24と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
実施例29〜31:液晶配向剤組成物の製造
下記表1に示すような組成で、液晶配向剤用重合体Q−4の代わりに液晶配向剤用重合体Q−10〜Q−12のうち一つをそれぞれ用いたことを除いては、前記実施例28と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
比較例1:液晶配向剤組成物の製造
液晶配向剤用重合体Q−1を用いず液晶配向剤用重合体P−1を20g投入したことを除いては、前記実施例1と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
比較例2:液晶配向剤組成物の製造
液晶配向剤用重合体P−1を用いず液晶配向剤用重合体Q−1を20g投入したことを除いては、前記実施例1と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
比較例3:液晶配向剤組成物の製造
下記表1に示すような組成で、液晶配向剤用重合体P−1の代わりに液晶配向剤用重合体PR−1を用いたことを除いては、前記実施例1と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
比較例4〜6:液晶配向剤組成物の製造
下記表1に示すような組成で、液晶配向剤用重合体Q−1の代わりに液晶配向剤用重合体QR−1〜QR−3をそれぞれ用いたことを除いては、前記実施例1と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
比較例7:液晶配向剤組成物の製造
下記表1に示すような組成で、液晶配向剤用重合体P−1の代わりに液晶配向剤用重合体P−3を用いたことを除いては、前記比較例5と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
比較例8:液晶配向剤組成物の製造
下記表1に示すような組成で、液晶配向剤用重合体P−1の代わりに液晶配向剤用重合体P−4を用いたことを除いては、前記比較例6と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
比較例9:液晶配向剤組成物の製造
下記表1に示すような組成で、液晶配向剤用重合体Q−1の代わりに液晶配向剤用重合体S−1を用いたことを除いては、前記実施例1と同様の方法により液晶配向剤組成物を製造した。
実施例1〜31および比較例1〜9による液晶配向剤組成物の重合体組成は下記表1に示すとおりである。
<実験例>
1)液晶配向セルの製造
前記実施例および比較例で製造した液晶配向剤組成物を用いて液晶配向セルを製造した。
具体的には、2.5cmX2.7cmの大きさを有する四角形ガラス基板上に厚さ60nm、面積1cmX1cmのITO電極がパターンされた電圧保持率(VHR)用上/下基板それぞれにスピンコート方式で液晶配向剤組成物を塗布した。次いで、液晶配向剤が塗布された基板を約70℃のホットプレートの上に置いて3分間乾燥して溶媒を蒸発させた。このように得られた塗膜を配向処理するために、上/下板それぞれの塗膜に線偏光子が付着された露光機を用いて254nmの紫外線を0.1〜1.0J/cmの露光量で照射した。以後、配向処理した上/下板を約230℃のオーブンで30分間焼成(硬化)して膜厚さ0.1μmの塗膜を得た。以後、4.5μm大きさのボールスペーサーが含浸されたシール剤(sealing agent)を液晶注入口を除いた上板の縁に塗布した。そして、上板および下板に形成された配向膜が互いに向かい合って配向方向が互いに並ぶように整列させた後上下板を合着してシール剤をUVおよび熱硬化することによって空のセルを製造した。そして、前記空のセルに液晶を注入して注入口をシール剤で密封して液晶配向セルを製造した。
1)液晶配向特性の評価
上記のように製造した液晶セルの上板および下板に偏光板を互いに垂直になるように付着した。この時、下板に付着した偏光板の偏光軸は液晶セルの配向軸と平行するようにした。そして、偏光板が付着した液晶セルを明るさ7,000cd/mのバックライトの上に置いて肉眼で光漏れを観察した。この時、液晶配向膜の配向特性に優れるため液晶をうまく配列させると互いに垂直に付着した上、下の偏光板によって光が通過されず、不良なく暗く観察される。このような場合の配向特性を「良好」とし、液晶の流れ跡や輝点のような光漏れが観察されると「不良」として下記表2に示した。
2)液晶配向安定性の評価
前記製造した液晶配向セルの上板および下板に偏光板を互いに垂直になるように付着した。前記偏光板が付着した液晶セルを7,000cd/mのバックライトの上に付着してブラック状態の輝度を輝度明るさ測定装備であるPR−880装備を用いて測定した。そして、前記液晶セルを常温で交流電圧5Vで24時間駆動した。以後、液晶セルの電圧をオフ状態で上述した内容と同様にブラック状態の輝度を測定した。液晶セルの駆動前に測定された初期輝度(L0)と駆動後測定された後輝度(L1)との間の差を初期輝度(L0)値で割って100を乗じて輝度変動率を計算した。このように計算した輝度変動率は0%に近いほど配向安定性が優れることを意味する。このような輝度変化率の測定結果により次の基準下に残像水準を評価した。交流(AC,alternating current)残像は最小化することが好ましく、測定結果で輝度変動率が10%未満は「優秀」、輝度変動率が10%〜20%は「普通」、輝度変動率が20%を超えると「不良」と評価し、その結果を下記表2に示した。
3)電圧保持率(voltage holding ratio,VHR)の測定
前記実施例1〜31および比較例1〜9で製造した液晶配向剤を用いて下記のような方法で電圧保持率用液晶セルを製造した。
2.5cmX2.7cmの大きさを有する四角形ガラス基板上に厚さ60nm、面積1x1cmのITO電極がパターンされた電圧保持率(VHR)用上、下基板それぞれにスピンコート方式を用いて液晶配向剤を塗布した。
次いで、液晶配向剤が塗布された基板を約70℃のホットプレートの上に置いて3分間乾燥して溶媒を蒸発させた。このように得られた塗膜を配向処理するために上、下板のそれぞれの塗膜に線偏光子が付着した露光機を用いて254nmの紫外線を1J/cm露光量で照射した。以後配向処理した上、下基板を230℃のオーブンで30分間焼成硬化して膜厚さ0.1μmの塗膜を得た。以後4.5μmのボールスペーサーが含浸されたシール剤を液晶注入口を除いた上、下板縁に塗布した。そして、上板および下板に配向処理方向が向かい合って並ぶように整列させた後上、下板を合着してシール剤をUVおよび熱硬化することによって空のセルを製造した。そして、前記空のセルに液晶を注入して注入口をシール剤で密封して液晶セルを製造した。
前記のような方法で製造した液晶セルの電気的特性である電圧保持率(VHR)をTOYO6254装備を用いて測定した。電圧保持率は1V、1Hz、60℃の苛酷条件で測定した。電圧保持率は100%が理想的な値であり、測定結果が70%以上は「良好」、70%未満は「不良」と評価して下記表2に示した。
前記表2に示すように、実施例1〜31の液晶配向剤組成物は、部分イミド化したポリイミド前駆体である第1液晶配向剤用重合体と中心点または中心線に対して非対称をなす特定構造のジアミンに由来したポリイミド前駆体である第2液晶配向剤用重合体を共に含むことによって、初期熱硬化の過程がなくとも優れた配向性を確保できるだけでなく、AC残像関連の輝度変動率が10%未満で非常に優れ、高温環境での電圧保持率も70%以上で良好であるため電気的特性の側面から優れた効果を発揮したことを確認した。
これに対し、比較例1〜9の液晶配向剤組成物は、部分イミド化したポリイミド前駆体である第1液晶配向剤用重合体と中心点または中心線に対して非対称をなす特定構造のジアミンに由来したポリイミド前駆体である第2液晶配向剤用重合体をいずれも含まないかまたはこのようなジアミンのうち単一成分のみからなる重合体のみを含み、液晶セルの電気的特性や配向特性が顕著に低下するということがわかる。
特に、比較例1の場合、部分イミド化したポリイミド前駆体である第1液晶配向剤用重合体のみを用いたので、液晶配向膜の配向特性では問題がなかったが、AC残像関連の輝度変動率が10%以上で現れ、液晶配向安定性が低下しただけでなく、電圧保持率が70%未満で「不良」になる問題が現れた。比較例2の場合、非対称ピリジン構造のジアミンに由来したポリイミド前駆体である第2液晶配向剤用重合体のみを用いて、電圧保持率は同等水準で現れたが、液晶配向膜の配向特性評価で液晶の流れ跡や輝点のような光漏れが観察され「不良」で現れ、AC残像評価でも輝度変動率が20%を超えて「不良」になる問題が現れた。比較例3の場合、非対称ピリジン構造のジアミンに由来したポリイミド前駆体である第2液晶配向剤用重合体を用いたが、第1高分子液晶で部分イミド化したポリイミド前駆体の代わりにパラフェニレンジアミン(p−PDA)等を用いることによって、液晶配向特性と安定性および電圧保持率がいずれも「不良」で現れた。
また、比較例4〜8の場合は、部分イミド化したポリイミド前駆体である第1液晶配向剤用重合体を用いたが、第2液晶配向剤用重合体として特定の非対称構造のジアミンの代わりにパラフェニレンジアミン(p−PDA)、オキシジアニリン(ODA)、メチレンジアニリン(MDA)等を用いて製造した重合体を使用することによって、液晶配向特性には問題がなかったが、電圧保持率が70%未満で「不良」になって電気的特性の側面から問題が現れることがわかる。また、比較例9の場合には、部分イミド化したポリイミド前駆体である第1液晶配向剤用重合体を用いたが、第2液晶配向剤用重合体として2,6−ビス(トリフルオロメチル)−4,4'−ジアミノジフェニルエーテル化合物を用いて製造した重合体を用いたことによって、液晶配向特性と安定性および電圧保持率がいずれも「不良」になる問題が現れることがわかる。

Claims (17)

  1. 下記の化学式1で表される繰り返し単位、下記の化学式2で表される繰り返し単位および下記の化学式3で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた2種以上の繰り返し単位を含み、
    下記の化学式1〜3で表される全体繰り返し単位に対し、下記の化学式1で表される繰り返し単位を5〜74モル%含む
    第1液晶配向剤用重合体;および
    下記の化学式4で表される繰り返し単位、下記の化学式5で表される繰り返し単位および下記の化学式6で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位を含む
    第2液晶配向剤用重合体;
    を含む、
    液晶配向剤組成物:
    [化学式1]
    [化学式2]
    [化学式3]
    [化学式4]
    [化学式5]
    [化学式6]
    前記化学式1〜6において、
    、R、R、およびRは、それぞれ独立して水素またはC1−10アルキルであり、ただしRおよびRがいずれも水素ではなく、RおよびRがいずれも水素ではなく、
    は、下記の化学式7で表される4価の有機基であり、
    [化学式7]
    前記化学式7において、
    、R、R、およびRは、それぞれ独立して水素、またはC1−6アルキルであり、
    、X、X、X、およびXは、それぞれ独立して炭素数4〜20の炭化水素に由来した4価の有機基であるか、あるいは前記4価の有機基のうち一つ以上のHがハロゲンに置換されるかまたは一つ以上の−CH−が酸素または硫黄原子が直接連結されないように−O−、−CO−、−S−、−SO−、−SO−または−CONH−に代替された4価の有機基であり、
    前記化学式1〜3において、
    〜Yは、それぞれ独立して下記の化学式8で表される2価の有機基であり、
    [化学式8]
    前記化学式8において、
    およびR10は、それぞれ独立してハロゲン、シアノ、C1−10アルキル、C2−10アルケニル、C1−10アルコキシ、C1−10フルオロアルキル、またはC1−10フルオロアルコキシであり、
    pおよびqは、それぞれ独立して0〜4の整数であり、
    は、単一結合、−O−、−CO−、−S−、−SO−、−C(CH−、−C(CF−、−CONH−、−COO−、−(CH−、−O(CHO−、−O(CH−、−OCH−C(CH−CHO−、−COO−(CH−OCO−、または−OCO−(CH−COO−であり、ここで、zは1〜10の整数であり、
    kおよびmは、それぞれ独立して1〜3の整数であり、
    nは、0〜3の整数であり、
    前記化学式4〜6において、
    、Z、およびZは、それぞれ独立して下記の化学式9で表される2価の有機基であり、
    [化学式9]
    前記化学式9において、
    は、16族元素であり、
    11は、水素、またはC1−10アルキルであり、
    aは、0〜3の整数であり、
    、A、A、およびAは、窒素または炭素であり、ただしA〜Aのうち少なくとも一つは窒素であり、残りは炭素である。
  2. 前記X、X、X、X、およびXは、それぞれ独立して下記の化学式10に記載された4価の有機基である、
    請求項1に記載の液晶配向剤組成物:
    [化学式10]
    前記化学式10において、
    、R、R、およびRは、それぞれ独立して水素、またはC1−6アルキルであり、
    12およびR13は、それぞれ独立して水素、またはC1−10アルキルであり、
    は、単結合、−O−、−CO−、−S−、−SO−、−SO−、−CR1415−、−CONH−、−COO−、−(CH−、−O(CHO−、−COO−(CH−OCO−、−HN−(CH−NH−、−R14N−(CH−NR15−、フェニレンまたはこれらの組み合わせからなる群より選ばれたいずれか一つであり、
    ここで、R14およびR15は、それぞれ独立して水素、C1−10アルキル、またはC1−10フルオロアルキルであり、
    bは、それぞれ独立して1〜10の整数である。
  3. 前記化学式8は、下記の化学式11または化学式12である、
    請求項1または2に記載の液晶配向剤組成物:
    [化学式11]
    [化学式12]
    前記化学式12において、
    は、単結合、−O−、−SO−、または−CR1617−であり、ここで、
    16およびR17は、それぞれ独立して水素、またはC1−10アルキルである。
  4. 前記化学式9において、
    〜Aのうち一つが窒素であり、残りは炭素である、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶配向剤組成物。
  5. 前記化学式9において、
    またはAのうち一つが窒素であり、残りは炭素であり、
    およびAは炭素である、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶配向剤組成物。
  6. 前記化学式9において、
    は酸素であり、
    aは0である、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶配向剤組成物。
  7. 前記化学式9は、下記の化学式9−1、化学式9−2および化学式9−3からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位を含む、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶配向剤組成物:
    [化学式9−1]
    [化学式9−2]
    [化学式9−3]
    前記化学式9−1〜9−3において、
    〜A、R11、aは、請求項1で定義したとおりである。
  8. 第1液晶配向剤用重合体と第2液晶配向剤用重合体は、5:95〜95:5の重量比で含まれる、
    請求項1から7のいずれか1項に記載の液晶配向剤組成物。
  9. 前記第2液晶配向剤用重合体は、下記の化学式13で表される繰り返し単位、下記の化学式14で表される繰り返し単位および下記の化学式15で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位をさらに含む、
    請求項1から8のいずれか1項に記載の液晶配向剤組成物:
    [化学式13]
    [化学式14]
    [化学式15]
    前記化学式13〜15において、
    18およびR19のうち少なくとも一つは炭素数1〜10のアルキル基であり、残りは水素であり、
    〜Xは、それぞれ独立して4価の有機基であり、
    〜Zは、それぞれ独立して下記の化学式16で表される2価の有機基であり、
    [化学式16]
    前記化学式16において、
    20およびR21は、それぞれ独立してハロゲン、シアノ、C1−10アルキル、C2−10アルケニル、C1−10アルコキシ、C1−10フルオロアルキル、またはC1−10フルオロアルコキシであり、
    p'およびq'は、それぞれ独立して0〜4の整数であり、
    は、単一結合、−O−、−CO−、−S−、−SO−、−C(CH−、−C(CF−、−CONH−、−COO−、−(CH−、−O(CHO−、−O(CH−、−OCH−C(CH−CHO−、−COO−(CH−OCO−、または−OCO−(CH−COO−であり、ここで、
    zは、それぞれ独立して1〜10の整数であり、
    k'およびm'は、それぞれ独立して0〜3の整数であり、
    n'は0〜3の整数である。
  10. 前記化学式16は、下記の化学式17または化学式18である、
    請求項9に記載の液晶配向剤組成物:
    [化学式17]
    [化学式18]
    前記化学式18において、
    は単結合、−O−、−SO−、または−CR2223−であり、ここで、
    22およびR23は、それぞれ独立して水素、またはC1−10アルキルである。
  11. 請求項1から10のいずれか一項に記載の液晶配向剤組成物を基板に塗布して塗膜を形成する段階;
    前記塗膜を乾燥する段階;
    前記乾燥する段階の直後に塗膜に光を照射して配向処理する段階;および
    前記配向処理した塗膜を熱処理して硬化する段階;
    を含む、
    液晶配向膜の製造方法。
  12. 前記液晶配向剤組成物は、有機溶媒に溶解または分散させたものである、
    請求項11に記載の液晶配向膜の製造方法。
  13. 前記塗膜を乾燥する段階は、50〜150℃で行われる、
    請求項11または12に記載の液晶配向膜の製造方法。
  14. 前記配向処理する段階で光照射は、150〜450nm波長の偏光した紫外線を照射することである、
    請求項11から13のいずれか1項に記載の液晶配向膜の製造方法。
  15. 前記塗膜を硬化する段階で熱処理温度は、150〜300℃である、
    請求項11から14のいずれか1項に記載の液晶配向膜の製造方法。
  16. 請求項11から15のいずれか1項に記載の液晶配向膜の製造方法により製造された、
    液晶配向膜。
  17. 請求項16に記載の液晶配向膜を含む
    液晶表示素子。
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