JP2023007402A - 液晶配向剤、液晶配向膜、液晶素子、重合体及びジアミン - Google Patents
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Abstract
【課題】過酷な条件での使用時にも信頼性が高く、かつ狭線密着性に優れた液晶配向膜を得ることができる液晶配向剤を提供すること。【解決手段】式(1)で表される部分構造を有する重合体(P)を液晶配向剤に含有させる。式中、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~3のアルキル基である。X1は、単結合、炭素数1~6のアルカンジイル基、-O-、-CH2-O-*1、-O-(CH2)a-O-、-(CH2)b-COO-*1、-(CH2)b-COO-(CH2)a-O-*1又は-O-CO-*1である。aは1~6の整数である。bは0~6の整数である。TIFF2023007402000051.tif22170【選択図】なし
Description
本発明は、液晶配向剤、液晶配向膜、液晶素子、重合体及びジアミンに関する。
液晶素子は、液晶テレビやインフォメーションディスプレイといった大型の表示装置から、スマートフォンやタブレッドPC等といった小型表示装置まで幅広い範囲の用途に適用されている。こうした多用途化に伴い液晶素子には高い表示品位が求められており、液晶素子の更なる高品質化の1つとして、液晶配向膜の各種特性を改善することが行われている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1には、アセトフェノン構造と垂直配向性構造とを分子中に有するジアミンを用いてポリアミック酸、ポリイミドを製造すること、その製造したポリイミドを含む液晶配向剤により液晶配向膜を作製することが開示されている。これにより、特許文献1に記載のものでは、365nmの長波長の照射により、PSA方式やVA方式で必要とされる85~89.5°のチルト角を発現させるようにしている。
スマートフォンやタブレットPC等に代表されるモバイル用途の表示装置では、タッチパネルの稼働面積をより広く、かつ表示装置の小型化を両立させるために狭額縁化を図ることが行われている。狭額縁化を図る方法の1つとしては、基板面全体に液晶配向膜を形成した後、シール剤を液晶配向膜上に塗布して基板同士を貼り合わせる方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
液晶素子は、多用途化に伴い従来よりも過酷な環境下で使用されることが想定される。液晶素子としては、過酷な条件で使用される場合にも性能を維持できることが求められる。具体的には、長期の高温環境下での使用にも耐え得る信頼性を備えていることや、高温高湿耐性に対する信頼性が高いことが求められる。
液晶素子の狭額縁化を図ること等を目的として液晶配向膜上にシール剤を配置した場合、シール剤部分において液晶配向膜の基板からの剥がれが生じやすい傾向がある。特に近年では、更なる狭額縁化を図るべく、シール剤の幅(以下、「シール幅」ともいう)を狭くすることが検討されている。シール幅を狭くして基板同士を貼り合わせた場合にも、シール剤部分において液晶配向膜の基板からの剥がれが生じにくい特性(以下、「狭線密着性」ともいう)が求められる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、過酷な条件での使用時にも信頼性が高く、かつ狭線密着性に優れた液晶配向膜を得ることができる液晶配向剤を提供することを主たる目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために、特定のクロマノン構造を重合体に導入することに着目した。具体的には、本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
[1] 下記式(1)で表される部分構造を有する重合体(P)を含有する、液晶配向剤。
(式(1)中、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~3のアルキル基である。X1は、単結合、炭素数1~6のアルカンジイル基、-O-、-CH2-O-*1、-O-(CH2)a-O-、-(CH2)b-COO-*1、-(CH2)b-COO-(CH2)a-O-*1又は-O-CO-*1である。aは1~6の整数である。bは0~6の整数である。「*1」は式(1)中のベンゼン環との結合手を表す。「*」は結合手を表す。)
[2] 上記[1]の液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜。
[3] 上記[2]の液晶配向膜を具備する液晶素子。
[4] 上記[1]の液晶配向剤を、導電膜を有する一対の基板における各導電膜上に塗布し、塗膜を形成する工程と、前記塗膜を形成した一対の基板を、液晶層を介して前記塗膜が対向するように配置して液晶セルを構築する工程と、前記導電膜間に電圧を印加した状態で前記液晶セルに光照射する工程と、を含む、液晶素子の製造方法。
[5] 上記式(1)で表される部分構造を有する重合体。
[3] 上記[2]の液晶配向膜を具備する液晶素子。
[4] 上記[1]の液晶配向剤を、導電膜を有する一対の基板における各導電膜上に塗布し、塗膜を形成する工程と、前記塗膜を形成した一対の基板を、液晶層を介して前記塗膜が対向するように配置して液晶セルを構築する工程と、前記導電膜間に電圧を印加した状態で前記液晶セルに光照射する工程と、を含む、液晶素子の製造方法。
[5] 上記式(1)で表される部分構造を有する重合体。
[6] 下記式(2-1)で表されるジアミン。
(式(2-1)中、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~3のアルキル基である。X1は、単結合、炭素数1~6のアルカンジイル基、-O-、-CH2-O-*1、-O-(CH2)a-O-、-(CH2)b-COO-*1、-(CH2)b-COO-(CH2)a-O-*1又は-O-CO-*1である。aは1~6の整数である。bは0~6の整数である。「*1」は式(2-1)中のベンゼン環との結合手を表す。Ar1は3価の芳香環基である。)
[7] 下記式(2-2)で表されるジアミン。
(式(2-2)中、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~3のアルキル基である。X1は、単結合、炭素数1~6のアルカンジイル基、-O-、-CH2-O-*1、-O-(CH2)a-O-、-(CH2)b-COO-*1、-(CH2)b-COO-(CH2)a-O-*1又は-O-CO-*1である。aは1~6の整数である。bは0~6の整数である。「*1」は式(2-2)中のベンゼン環との結合手を表す。Ar2及びAr4は、それぞれ独立して2価の芳香環基である。Ar3は3価の芳香環基である。X2及びX3は、それぞれ独立して、単結合、-O-、-CH2-、-CO-、-NR3-、-COO-、-OCO-、-CONR3-又は-NR3CO-である。R3は、水素原子又は1価の有機基である。)
上記重合体(P)を含有する液晶配向剤によれば、過酷な条件での使用時にも信頼性が高く、かつ狭線密着性に優れた液晶配向膜を得ることができる。
以下、本開示の態様に関連する事項について詳細に説明する。なお、本明細書において「炭化水素基」とは、鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基を含む意味である。「鎖状炭化水素基」とは、環状構造を含まず、鎖状構造のみで構成された直鎖状炭化水素基及び分岐状炭化水素基を意味する。ただし、飽和でも不飽和でもよい。「脂環式炭化水素基」とは、環構造としては脂環式炭化水素の構造のみを含み、芳香環構造を含まない炭化水素基を意味する。ただし、脂環式炭化水素の構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造を有するものも含む。「芳香族炭化水素基」とは、環構造として芳香環構造を含む炭化水素基を意味する。ただし、芳香環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造や脂環式炭化水素の構造を含んでいてもよい。重合体の「主鎖」とは、重合体の原子鎖のうち最も長い「幹」の部分をいう。重合体の「側鎖」とは、重合体の「幹」から分岐した部分をいう。「有機基」とは、炭素を含む化合物(すなわち有機化合物)から任意の水素原子を取り除いてなる原子団をいう。
≪液晶配向剤≫
本開示の液晶配向剤は、下記式(1)で表される部分構造を有する重合体(P)を含有する。
(式(1)中、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~3のアルキル基である。X1は、単結合、炭素数1~6のアルカンジイル基、-O-、-CH2-O-*1、-O-(CH2)a-O-、-(CH2)b-COO-*1、-(CH2)b-COO-(CH2)a-O-*1又は-O-CO-*1である。aは1~6の整数である。bは0~6の整数である。「*1」は式(1)中のベンゼン環との結合手を表す。「*」は結合手を表す。)
本開示の液晶配向剤は、下記式(1)で表される部分構造を有する重合体(P)を含有する。
<重合体(P)>
上記式(1)において、R1及びR2で表される基が炭素数1~3のアルキル基である場合、当該アルキル基は直鎖状でも分岐状でもよい。炭素数1~3のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基及びイソプロピル基が挙げられる。これらのうち、R1及びR2で表されるアルキル基は、液晶配向膜の狭線密着性の改善効果を高くする観点から、メチル基又はエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記式(1)において、R1及びR2で表される基が炭素数1~3のアルキル基である場合、当該アルキル基は直鎖状でも分岐状でもよい。炭素数1~3のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基及びイソプロピル基が挙げられる。これらのうち、R1及びR2で表されるアルキル基は、液晶配向膜の狭線密着性の改善効果を高くする観点から、メチル基又はエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R1及びR2で表される基は共に水素原子であってもよいが、得られる液晶配向膜の高温高湿耐性をより優れたものとする観点から、少なくとも一方は炭素数1~3のアルキル基であることが好ましく、R1及びR2が共に炭素数1~3のアルキル基であることがより好ましい。すなわち、R1及びR2は、R1が水素原子又は炭素数1~3のアルキル基であり、かつR2が炭素数1~3のアルキル基であることが好ましく、R1及びR2がそれぞれ炭素数1~3のアルキル基であることがより好ましい。
X1で表される基が炭素数1~6のアルカンジイル基である場合、当該アルカンジイル基は直鎖状でも分岐状でもよい。液晶配向性が良好な液晶素子を得る観点から、X1で表されるアルカンジイル基は直鎖状であることが好ましい。X1で表されるアルカンジイル基の炭素数は、膜密度及び重合体の絡み合いを高くし、狭線密着性及び信頼性(特に、高温環境下での長期使用に伴う信頼性(以下、「長期熱信頼性」ともいう)、及び高温高湿耐性)の改善効果を高くする観点から、1~5が好ましく、1~4がより好ましく、1~3が特に好ましい。また同様の理由から、a及びbは5以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下が更に好ましい。
<重合体(P)の具体的態様>
重合体(P)の主骨格は特に限定されないが、耐熱性や機械的強度、液晶との親和性等が良好である観点から、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリアミック酸エステル、ポリオルガノシロキサン及び付加重合体よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。重合体(P)は、上記式(1)で表される部分構造を主鎖末端に有していてもよく、側鎖に有していてもよい。上記式(1)で表される部分構造の導入率が高い点、及び上記式(1)で表される部分構造の導入量を調整しやすい点で、重合体(P)は、上記式(1)で表される部分構造を有する単量体に由来する構造単位を有することが好ましい。以下、重合体(P)の好ましい例について説明する。
重合体(P)の主骨格は特に限定されないが、耐熱性や機械的強度、液晶との親和性等が良好である観点から、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリアミック酸エステル、ポリオルガノシロキサン及び付加重合体よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。重合体(P)は、上記式(1)で表される部分構造を主鎖末端に有していてもよく、側鎖に有していてもよい。上記式(1)で表される部分構造の導入率が高い点、及び上記式(1)で表される部分構造の導入量を調整しやすい点で、重合体(P)は、上記式(1)で表される部分構造を有する単量体に由来する構造単位を有することが好ましい。以下、重合体(P)の好ましい例について説明する。
[ポリアミック酸]
重合体(P)としてのポリアミック酸(以下、「ポリアミック酸(P)」ともいう)は、上記式(1)で表される部分構造を有する単量体を用いて重合することにより得ることができる。ポリアミック酸(P)を製造する方法としては、例えば、〔1〕上記式(1)で表される部分構造を有するテトラカルボン酸二無水物を含むモノマーを重合する方法;〔2〕上記式(1)で表される部分構造を有するジアミン(以下、「特定ジアミン」ともいう)を含むモノマーを重合する方法が挙げられる。これらのうち、モノマーの合成が比較的容易である点で特定ジアミンを用いる方法によることが好ましい。
重合体(P)としてのポリアミック酸(以下、「ポリアミック酸(P)」ともいう)は、上記式(1)で表される部分構造を有する単量体を用いて重合することにより得ることができる。ポリアミック酸(P)を製造する方法としては、例えば、〔1〕上記式(1)で表される部分構造を有するテトラカルボン酸二無水物を含むモノマーを重合する方法;〔2〕上記式(1)で表される部分構造を有するジアミン(以下、「特定ジアミン」ともいう)を含むモノマーを重合する方法が挙げられる。これらのうち、モノマーの合成が比較的容易である点で特定ジアミンを用いる方法によることが好ましい。
(テトラカルボン酸二無水物)
ポリアミック酸(P)の合成に使用す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、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。脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては、鎖状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が挙げられる。
ポリアミック酸(P)の合成に使用す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、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。脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては、鎖状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が挙げられる。
これらの具体例としては、鎖状テトラカルボン酸二無水物として、1,2,3,4-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、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、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ン-3-イル)-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[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ン-3-イル)-8-メチル-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、2,4,6,8-テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン-2:4,6:8-二無水物、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等を;
芳香族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、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメート、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物、4,4’-カルボニルジフタル酸無水物等を;それぞれ挙げることができるほか、特開2010-97188号公報に記載のテトラカルボン酸二無水物を用いることができる。テトラカルボン酸二無水物としては、1種を単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
脂環式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、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、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ン-3-イル)-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[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ン-3-イル)-8-メチル-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、2,4,6,8-テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン-2:4,6:8-二無水物、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等を;
芳香族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、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメート、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物、4,4’-カルボニルジフタル酸無水物等を;それぞれ挙げることができるほか、特開2010-97188号公報に記載のテトラカルボン酸二無水物を用いることができる。テトラカルボン酸二無水物としては、1種を単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
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は、重合体の溶解性を高くできる点、及び良好な電気特性を示す液晶配向膜を得ることができる点で、脂肪族テトラカルボン酸二無水物(すなわち、鎖状テトラカルボン酸二無水物及び脂環式テトラカルボン酸二無水物よりなる群から選択される少なくとも1種)を含むことが好ましく、脂環式テトラカルボン酸二無水物を含むことがより好ましい。脂環式テトラカルボン酸二無水物の使用量は、ポリアミック酸(P)の合成に使用するテトラカルボン酸二無水物の全量に対して、20モル%以上であることが好ましく、40モル%以上であることがより好ましく、50モル%以上であることが更に好ましい。
(ジアミン)
・特定ジアミン
ポリアミック酸(P)の合成に使用する特定ジアミンは、上記式(1)で表される部分構造を有する限り特に限定されない。特定ジアミンは、上記式(1)で表される部分構造を主鎖中に有していてもよく、側鎖に有していてもよい。特定ジアミンとしては、下記式(2-1)で表される化合物及び下記式(2-2)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種を好ましく使用することができる。
(式(2-1)及び式(2-2)中、Ar1及びAr3は、それぞれ独立して3価の芳香環基である。Ar2及びAr4は、それぞれ独立して2価の芳香環基である。X2及びX3は、それぞれ独立して、単結合、-O-、-CH2-、-CO-、-NR3-、-COO-、-OCO-、-CONR3-又は-NR3CO-である。R3は、水素原子又は1価の有機基である。R1、R2及びX1は上記式(1)と同義である。)
・特定ジアミン
ポリアミック酸(P)の合成に使用する特定ジアミンは、上記式(1)で表される部分構造を有する限り特に限定されない。特定ジアミンは、上記式(1)で表される部分構造を主鎖中に有していてもよく、側鎖に有していてもよい。特定ジアミンとしては、下記式(2-1)で表される化合物及び下記式(2-2)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種を好ましく使用することができる。
上記式(2-1)及び式(2-2)において、Ar1及びAr3で表される3価の芳香環基は、置換又は無置換の芳香環の環部分から3個の水素原子を取り除いた基である。当該芳香環としては、例えば、ベンゼン環、ビフェニル環、ナフタレン環及びアントラセン環等の芳香族炭化水素環;ピリジン環、ピリダジン環等の芳香族複素環が挙げられる。これらのうち、ベンゼン環及びピリジン環が好ましく、ベンゼン環がより好ましい。なお、Ar1及びAr3で表される3価の芳香環基が有する芳香環には置換基が導入されていてもよい。当該置換基としては、例えば炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、ニトロ基、カルボキシル基等が挙げられる。
Ar2及びAr4で表される2価の芳香環基は、置換又は無置換の芳香環の環部分から2個の水素原子を取り除いた基である。当該芳香環の具体例としては、Ar1及びAr3の説明において例示した芳香族炭化水素環及び芳香族複素環が挙げられる。これらのうち、ベンゼン環、ビフェニル環、ナフタレン環及びピリジン環が好ましく、ベンゼン環及びピリジン環がより好ましく、ベンゼン環が更に好ましい。なお、Ar2及びAr4で表される2価の芳香環基が有する芳香環には置換基(例えば、炭素数1~3のアルキル基、ハロゲン原子等)が導入されていてもよい。
R3で表される基が1価の有機基である場合、R3で表される1価の有機基としては、炭素数1~10の1価の炭化水素基及び1価の熱脱離性基が挙げられる。R3が1価の炭化水素基である場合の具体例としては、炭素数1~6のアルキル基、炭素数4~10のシクロアルキル基、炭素数6~10のアリール基及び炭素数6~10のアラルキル基等が挙げられる。これらのうち、炭素数1~6のアルキル基、シクロヘキシル基及びフェニル基が好ましく、炭素数1~3のアルキル基がより好ましい。
R3が1価の熱脱離性基である場合、R3で表される熱脱離性基は、膜形成時の加熱により脱離する1価の基であることが好ましい。熱脱離性基の具体例としては、tert-ブトキシカルボニル基(Boc基)、ベンジルオキシカルボニル基、1,1-ジメチル-2-ハロエチルオキシカルボニル基、アリルオキシカルボニル基、2-(トリメチルシリル)エトキシカルボニル基、9-フルオレニルメチルオキシカルボニル基等が挙げられる。これらのうち、熱による脱離性に優れ、かつ脱離した構造の膜中における残存量を少なくできる点で、Boc基が特に好ましい。
特定ジアミンの具体例としては、上記式(2-1)で表される化合物として、例えば下記式(2-1-1)~式(2-1-32)のそれぞれで表される化合物等を;上記式(2-2)で表される化合物として、例えば下記式(2-2-1)~式(2-2-4)のそれぞれで表される化合物等を、挙げることができる。
特定ジアミンは、有機化学の定法を適宜組み合わせることにより合成することができる。合成方法の一例としては、上記式(2-1)及び上記式(2-2)中の1級アミノ基に代えてニトロ基を有するジニトロ中間体を合成し、次いで、得られたジニトロ中間体のニトロ基を適当な還元系を用いてアミノ化する方法が挙げられる。
上記ジニトロ中間体を合成する方法は特に限定されず、目的とする化合物に応じて適宜選択することができる。例えば、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン基、酸クロリド基又はアルキル酸クロリド基を有するジニトロ体と、上記式(2-1)又は式(2-2)中の環構造及びヒドロキシル基を有する特定化合物とを、塩基触媒(水酸化ナトリウム、トリエチルアミン、炭酸カリウム等)の存在下、有機溶剤中で反応させる方法が挙げられる。ただし、特定ジニトロ中間体の合成方法は上記に限定されるものではない。
上記ジニトロ中間体の還元反応は、好ましくは有機溶媒中、例えばパラジウム炭素、酸化白金、亜鉛、鉄、スズ、ニッケル、白金炭素、オスミウム炭素等の触媒を用いて実施することができる。ここで使用する有機溶媒としては、例えば酢酸エチル、トルエン、テトラヒドロフラン、アルコール類等が挙げられる。また、これらの有機溶媒を2種以上混合して使用してもよい。ただし、上記式(2-1)で表される化合物及び上記式(2-2)で表される化合物の合成手順は上記方法に限定されるものではない。
・その他のジアミン
ポリアミック酸(P)の合成に使用するジアミンは、特定ジアミンのみであってもよいが、上記式(1)で表される部分構造を有さないジアミン(以下、「その他のジアミン」ともいう)を併用してもよい。その他のジアミンとしては、例えば脂肪族ジアミン、芳香族ジアミン、ジアミノオルガノシロキサン等が挙げられる。脂肪族ジアミンとしては、鎖状ジアミン、脂環式ジアミンが挙げられる。
ポリアミック酸(P)の合成に使用するジアミンは、特定ジアミンのみであってもよいが、上記式(1)で表される部分構造を有さないジアミン(以下、「その他のジアミン」ともいう)を併用してもよい。その他のジアミンとしては、例えば脂肪族ジアミン、芳香族ジアミン、ジアミノオルガノシロキサン等が挙げられる。脂肪族ジアミンとしては、鎖状ジアミン、脂環式ジアミンが挙げられる。
その他のジアミンの具体例としては、鎖状ジアミンとして、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、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)等を;
芳香族ジアミンとして、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-アミノフェニル-4-アミノベンゾエート、4,4’-ジアミノアゾベンゼン、1,5-ビス(4-アミノフェノキシ)ペンタン、1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)エタン、1,6-ビス(4-アミノフェノキシ)ヘキサン、ビス[2-(4-アミノフェニル)エチル]ヘキサン二酸、2,6-ジアミノピリジン、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-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、2,2-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-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’-(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、4,4’-[4,4’-プロパン-1,3-ジイルビス(ピペリジン-1,4-ジイル)]ジアニリン、4,4’-ジアミノベンズアニリド、4,4’-ジアミノスチルベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)-ピペラジン等の主鎖型ジアミン:
ドデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、ヘキサデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸コレスタニル、3,5-ジアミノ安息香酸コレステニル、3,5-ジアミノ安息香酸ラノスタニル、3,6-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)コレスタン、3,6-ビス(4-アミノフェノキシ)コレスタン、4-(4’-トリフルオロメトキシベンゾイロキシ)シクロヘキシル-3,5-ジアミノベンゾエート、1,1-ビス(4-((アミノフェニル)メチル)フェニル)-4-ブチルシクロヘキサン、3,5-ジアミノ安息香酸=5ξ-コレスタン-3-イル、下記式(E-1)
(式(E-1)中、XI及びXIIは、それぞれ独立して、単結合、-O-、*-COO-又は*-OCO-(ただし、「*」はジアミノフェニル基側との結合手を示す。)である。RIは、炭素数1~3のアルカンジイル基である。RIIは、単結合又は炭素数1~3のアルカンジイル基である。RIIIは、炭素数1~20のアルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基、又はフルオロアルコキシ基である。aは0又は1である。bは0~3の整数である。cは0~2の整数である。dは0又は1である。ただし、1≦a+b+c≦3である。)
で表される化合物等の側鎖型ジアミン等を;
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、特開2010-97188号公報に記載のジアミンを用いることができる。ポリアミック酸(P)の合成に際し、その他のジアミンとしては、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
脂環式ジアミンとして、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)等を;
芳香族ジアミンとして、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-アミノフェニル-4-アミノベンゾエート、4,4’-ジアミノアゾベンゼン、1,5-ビス(4-アミノフェノキシ)ペンタン、1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)エタン、1,6-ビス(4-アミノフェノキシ)ヘキサン、ビス[2-(4-アミノフェニル)エチル]ヘキサン二酸、2,6-ジアミノピリジン、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-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、2,2-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-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’-(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、4,4’-[4,4’-プロパン-1,3-ジイルビス(ピペリジン-1,4-ジイル)]ジアニリン、4,4’-ジアミノベンズアニリド、4,4’-ジアミノスチルベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)-ピペラジン等の主鎖型ジアミン:
ドデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、ヘキサデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸コレスタニル、3,5-ジアミノ安息香酸コレステニル、3,5-ジアミノ安息香酸ラノスタニル、3,6-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)コレスタン、3,6-ビス(4-アミノフェノキシ)コレスタン、4-(4’-トリフルオロメトキシベンゾイロキシ)シクロヘキシル-3,5-ジアミノベンゾエート、1,1-ビス(4-((アミノフェニル)メチル)フェニル)-4-ブチルシクロヘキサン、3,5-ジアミノ安息香酸=5ξ-コレスタン-3-イル、下記式(E-1)
で表される化合物等の側鎖型ジアミン等を;
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、特開2010-97188号公報に記載のジアミンを用いることができる。ポリアミック酸(P)の合成に際し、その他のジアミンとしては、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
ポリアミック酸(P)において、上記式(1)で表される部分構造の含有割合は、ポリアミック酸(P)が有する全ジアミン単位に対して、5モル%以上であることが好ましく、10モル%以上であることがより好ましく、15モル%以上であることが更に好ましい。また、上記式(1)で表される部分構造の含有割合は、ポリアミック酸(P)が有する全ジアミン単位に対して、95モル%以下であることが好ましく、90モル%以下であることがより好ましく、85モル%以下であることが更に好ましい。ポリアミック酸(P)中の上記式(1)で表される部分構造の含有割合が上記範囲にあると、狭線密着性、長期熱信頼性及び高温高湿耐性の改善効果を十分に得ることができる点で好適である。
・ポリアミック酸の合成
ポリアミック酸(P)は、上記のようなテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを、必要に応じて分子量調整剤とともに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(P)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い。
ポリアミック酸(P)は、上記のようなテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを、必要に応じて分子量調整剤とともに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(P)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い。
分子量調整剤としては、例えば、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水イタコン酸等の酸一無水物;アニリン、シクロヘキシルアミン、n-ブチルアミン等のモノアミン化合物;フェニルイソシアネート、ナフチルイソシアネート等のモノイソシアネート化合物等を挙げることができる。分子量調整剤の使用割合は、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質量部に対して、20質量部以下とすることが好ましい。
ポリアミック酸(P)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、反応時間は0.1~24時間が好ましい。反応に使用する有機溶媒としては、例えば非プロトン性極性溶媒、フェノール系溶媒、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、炭化水素等を挙げることができる。特に好ましい有機溶媒は、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、m-クレゾール、キシレノール及びハロゲン化フェノールよりなる群から選択される1種以上を溶媒として使用するか、あるいはこれらの1種以上と、他の有機溶媒(例えば、ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールジエチルエーテル等)との混合物を使用することが好ましい。有機溶媒の使用量(a)は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンの合計量(b)が、反応溶液の全量(a+b)に対して、0.1~50質量%になる量とすることが好ましい。
以上のようにして、ポリアミック酸(P)を溶解してなる反応溶液が得られる。この反応溶液はそのまま液晶配向剤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(P)を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。
(ポリアミック酸エステル)
重合体(P)としてのポリアミック酸エステル(以下、「ポリアミック酸エステル(P)」ともいう)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(P)とエステル化剤とを反応させる方法、[II]テトラカルボン酸ジエステルと、特定ジアミンを含む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、特定ジアミンを含むジアミンとを反応させる方法、等によって得ることができる。本開示の液晶配向剤に含有させるポリアミック酸エステル(P)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。ポリアミック酸エステル(P)を溶解してなる反応溶液は、そのまま液晶配向剤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エステル(P)を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。
重合体(P)としてのポリアミック酸エステル(以下、「ポリアミック酸エステル(P)」ともいう)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(P)とエステル化剤とを反応させる方法、[II]テトラカルボン酸ジエステルと、特定ジアミンを含む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、特定ジアミンを含むジアミンとを反応させる方法、等によって得ることができる。本開示の液晶配向剤に含有させるポリアミック酸エステル(P)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。ポリアミック酸エステル(P)を溶解してなる反応溶液は、そのまま液晶配向剤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エステル(P)を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。
(ポリイミド)
重合体(P)としてのポリイミド(以下、「ポリイミド(P)」ともいう)は、例えば上記の如くして合成されたポリアミック酸(P)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。ポリイミド(P)は、その前駆体であるポリアミック酸(P)が有していたアミック酸構造のすべてを脱水閉環した完全イミド化物であってもよく、アミック酸構造の一部のみを脱水閉環し、アミック酸構造とイミド環構造とが併存する部分イミド化物であってもよい。ポリイミド(P)は、そのイミド化率が20%以上であることが好ましく、30~95%であることがより好ましい。このイミド化率は、ポリイミドの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。ここで、イミド環の一部がイソイミド環であってもよい。
重合体(P)としてのポリイミド(以下、「ポリイミド(P)」ともいう)は、例えば上記の如くして合成されたポリアミック酸(P)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。ポリイミド(P)は、その前駆体であるポリアミック酸(P)が有していたアミック酸構造のすべてを脱水閉環した完全イミド化物であってもよく、アミック酸構造の一部のみを脱水閉環し、アミック酸構造とイミド環構造とが併存する部分イミド化物であってもよい。ポリイミド(P)は、そのイミド化率が20%以上であることが好ましく、30~95%であることがより好ましい。このイミド化率は、ポリイミドの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。ここで、イミド環の一部がイソイミド環であってもよい。
ポリアミック酸(P)の脱水閉環は、好ましくはポリアミック酸(P)を有機溶媒に溶解し、この溶液中に脱水剤及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。この方法において、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、ポリアミック酸(P)のアミック酸構造の1モルに対して0.01~20モルとすることが好ましい。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。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(P)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℃である。反応時間は、好ましくは1.0~120時間である。なお、上記反応により得られるポリイミド(P)を含有する反応溶液は、そのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、ポリイミド(P)を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。また、ポリイミド(P)は、ポリアミック酸エステル(P)のイミド化により得ることもできる。
液晶配向剤に含有させるポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドの溶液粘度は、濃度10質量%の溶液としたときに10~800mPa・sの溶液粘度を持つものであることが好ましく、15~500mPa・sの溶液粘度を持つものであることがより好ましい。なお、溶液粘度(mPa・s)は、重合体の良溶媒(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質量%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。
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の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、好ましくは1,000~500,000であり、より好ましくは5,000~100,000である。Mwと、GPCにより測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは15以下であり、より好ましくは10以下である。
(ポリオルガノシロキサン)
重合体(P)としてのポリオルガノシロキサン(以下、「ポリシロキサン(P)」ともいう)は、上記式(1)で表される部分構造を有する限り、その製造方法は特に限定されない。ポリシロキサン(P)は、例えば加水分解性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。具体的には、下記〔1〕及び〔2〕の方法が挙げられる。
重合体(P)としてのポリオルガノシロキサン(以下、「ポリシロキサン(P)」ともいう)は、上記式(1)で表される部分構造を有する限り、その製造方法は特に限定されない。ポリシロキサン(P)は、例えば加水分解性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。具体的には、下記〔1〕及び〔2〕の方法が挙げられる。
〔1〕エポキシ基を有する加水分解性のシラン化合物(ms-1)、又はシラン化合物(ms-1)とその他のシラン化合物との混合物を加水分解縮合してエポキシ基含有ポリオルガノシロキサンを合成し、次いで、得られたエポキシ基含有ポリオルガノシロキサンと、上記式(1)で表される部分構造を有するカルボン酸(以下、「特定カルボン酸」ともいう)とを反応させる方法。
〔2〕上記式(1)で表される部分構造を有する加水分解性のシラン化合物(ms-2)、又はシラン化合物(ms-2)とその他のシラン化合物との混合物を加水分解縮合させる方法。
これらのうち、〔1〕の方法は簡便であり、かつポリシロキサン(P)における上記式(1)で表される部分構造の導入率を高くすることができる点で好ましい。
〔2〕上記式(1)で表される部分構造を有する加水分解性のシラン化合物(ms-2)、又はシラン化合物(ms-2)とその他のシラン化合物との混合物を加水分解縮合させる方法。
これらのうち、〔1〕の方法は簡便であり、かつポリシロキサン(P)における上記式(1)で表される部分構造の導入率を高くすることができる点で好ましい。
シラン化合物(ms-1)の具体例としては、例えば3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、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、3-(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。シラン化合物(ms-1)としては、これらのうちの1種を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
エポキシ基含有ポリオルガノシロキサンの合成に使用するその他のシラン化合物は、加水分解性を示すシラン化合物である限り特に制限されない。その具体例としては、例えばテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン等のアルコキシシラン;
3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトメチルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3-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-(3-シクロヘキシルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン等の窒素・硫黄原子含有のアルコキシシラン;
3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、6-(メタ)アクリロイルオキシヘキシルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン等の不飽和炭化水素含有のアルコキシシラン;のほか、トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物等が挙げられる。その他の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できる。なお、本明細書において、「(メタ)アクリロキシ」は、「アクリロキシ」及び「メタクリロキシ」を包含する意味である。
3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトメチルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3-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-(3-シクロヘキシルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン等の窒素・硫黄原子含有のアルコキシシラン;
3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、6-(メタ)アクリロイルオキシヘキシルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン等の不飽和炭化水素含有のアルコキシシラン;のほか、トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物等が挙げられる。その他の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できる。なお、本明細書において、「(メタ)アクリロキシ」は、「アクリロキシ」及び「メタクリロキシ」を包含する意味である。
シラン化合物の加水分解・縮合反応は、上記の如きシラン化合物の1種又は2種以上と水とを、好ましくは適当な触媒及び有機溶媒の存在下で反応させることにより行うことができる。反応に際し、水の使用割合は、シラン化合物(合計量)1モルに対して、好ましくは1~30モルである。使用する触媒としては、例えば、酸、アルカリ金属化合物、有機塩基、チタン化合物、ジルコニウム化合物等を挙げることができる。触媒の使用量は、触媒の種類、温度などの反応条件等により異なり、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倍モルである。使用する有機溶媒としては、例えば、炭化水素、ケトン、エステル、エーテル、アルコール等が挙げられる。これらのうち、非水溶性又は難水溶性の有機溶媒を用いることが好ましい。有機溶媒の使用割合は、反応に使用するシラン化合物の合計100質量部に対して、好ましくは10~10,000質量部である。
上記の加水分解・縮合反応は、例えば油浴等により加熱して実施することが好ましい。その際、加熱温度は130℃以下とすることが好ましく、加熱時間は0.5~12時間とすることが好ましい。反応終了後において、反応液から分取した有機溶媒層を、必要に応じて乾燥剤で乾燥した後、溶媒を除去することにより、目的とするポリオルガノシロキサンを得ることができる。なお、ポリオルガノシロキサンの合成方法は上記の加水分解・縮合反応に限らず、例えば加水分解性シラン化合物をシュウ酸及びアルコールの存在下で反応させる方法等により行ってもよい。
上記[1]の方法では、上記反応により得られたエポキシ基含有ポリオルガノシロキサンを、次いで、特定カルボン酸と反応させる。これにより、エポキシ基含有ポリオルガノシロキサンが有するエポキシ基と、特定カルボン酸が有するカルボキシル基とが反応して、上記式(1)で表される部分構造を側鎖に有するポリシロキサン(P)を得ることができる。
ポリシロキサン(P)1分子中における、上記式(1)で表される部分構造の含有割合は、ポリシロキサン(P)が有するケイ素原子に対して、5モル%以上であることが好ましく、10モル%以上であることがより好ましく、15モル%以上であることが更に好ましい。また、ポリシロキサン(P)1分子中における、上記式(1)で表される部分構造の含有割合は、ポリシロキサン(P)が有するケイ素原子に対して、70モル%以下であることが好ましく、60モル%以下であることがより好ましく、50モル%以下であることが更に好ましい。
なお、ポリシロキサン(P)の合成に際し、エポキシ基含有ポリオルガノシロキサンとの反応に使用するカルボン酸は特定カルボン酸のみであってもよいが、特定カルボン酸以外のその他のカルボン酸を併用してもよい。その他のカルボン酸は、上記式(1)で表される部分構造を有さないカルボン酸であればよく、種々のカルボン酸を使用することができる。その他のカルボン酸としては、例えば、垂直配向性基(メソゲン構造等)を有するカルボン酸等が挙げられる。
エポキシ基含有ポリオルガノシロキサンとカルボン酸との反応は、好ましくは触媒及び有機溶媒の存在下で行うことができる。使用する触媒としては、例えば有機塩基、エポキシ化合物の反応を促進するいわゆる硬化促進剤として公知の化合物(例えば、3級有機アミン、4級有機アミン、4級アンモニウム塩等)を用いることができる。触媒の使用量は、エポキシ基含有ポリオルガノシロキサン100質量部に対して、好ましくは100質量部以下、より好ましくは0.1~20質量部である。
上記反応において使用する有機溶媒としては、例えば炭化水素、エーテル、エステル、ケトン、アミド、アルコール等を挙げることができる。有機溶媒は、固形分濃度(反応溶液中の溶媒以外の成分の合計質量が、溶液の全質量に対して占める割合)が、0.1質量%以上となる割合で使用することが好ましく、5~50質量%となる割合で使用することがより好ましい。上記反応において、反応温度は、好ましくは0~200℃であり、より好ましくは50~150℃である。反応時間は、好ましくは0.1~50時間であり、より好ましくは0.5~20時間である。反応終了後には、反応液から分取した有機溶媒層を水で洗浄することが好ましい。水洗後、有機溶媒層を、必要に応じて適当な乾燥剤で乾燥した後、溶媒を除去することにより、目的物であるポリシロキサン(P)を得ることができる。
ポリシロキサン(P)は、これを濃度10質量%の溶液としたときに、1~500mPa・sの溶液粘度を持つものであることが好ましく、3~200mPa・sの溶液粘度を持つものであることがより好ましい。ポリシロキサン(P)につき、GPCで測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、1,000~200,000であることが好ましく、2,000~50,000であることがより好ましく、3,000~20,000であることが更に好ましい。
(付加重合体)
重合体(P)としての付加重合体(以下、「付加重合体(P)」ともいう)は、上記式(1)で表される部分構造を有する限り、その製造方法は特に限定されない。付加重合体(P)は、重合性炭素-炭素不飽和結合を有する単量体(以下、「不飽和単量体」ともいう)に由来する構造単位を有する重合体であることが好ましい。付加重合体(P)は、例えば、上記式(1)で表される部分構造を有する不飽和単量体(ma-1)、又は不飽和単量体(ma-1)とその他の不飽和単量体との混合物を重合することにより得ることができる。
重合体(P)としての付加重合体(以下、「付加重合体(P)」ともいう)は、上記式(1)で表される部分構造を有する限り、その製造方法は特に限定されない。付加重合体(P)は、重合性炭素-炭素不飽和結合を有する単量体(以下、「不飽和単量体」ともいう)に由来する構造単位を有する重合体であることが好ましい。付加重合体(P)は、例えば、上記式(1)で表される部分構造を有する不飽和単量体(ma-1)、又は不飽和単量体(ma-1)とその他の不飽和単量体との混合物を重合することにより得ることができる。
不飽和単量体としては、重合性炭素-炭素不飽和結合を有する任意の単量体を用いることができる。当該単量体としては、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、ビニルフェニル基、マレイミド基等を有する化合物が挙げられる。液晶配向性に優れた液晶配向膜を形成できる点で、不飽和重合体(P)としては、ポリ(メタ)アクリレート、マレイミド系重合体及びスチレン-マレイミド系共重合体よりなる群から選択される少なくとも1種を好ましく使用することができる。
不飽和単量体(ma-1)は、上記式(1)で表される部分構造を有していればよく、特に限定されない。不飽和単量体(ma-1)の具体例としては、例えば下記式(4-1)~式(4-10)のそれぞれで表される化合物等を挙げることができる。
その他の不飽和単量体の具体例としては、(メタ)アクリル酸、α-エチルアクリル酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル安息香酸等の不飽和カルボン酸;(メタ)アクリル酸アルキル(例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸-2-エチルヘキシル等)、(メタ)アクリル酸シクロアルキル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸トリメトキシシリルプロピル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸3,4-エポキシシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸3,4-エポキシブチル、及び(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチルグリシジルエーテル等の不飽和カルボン酸エステル;無水マレイン酸等の不飽和多価カルボン酸無水物;
スチレン、メチルスチレン、ジビニルベンゼン及び4-(グリシジルオキシメチル)スチレン等の芳香族ビニル化合物;1,3-ブタジエン及び2-メチル-1,3-ブタジエン等の共役ジエン化合物;
N-メチルマレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド、N-フェニルマレイミド、4-(2,5-ジオキソ-3-ピロリン-1-イル)安息香酸、N-(4-グリシジルオキシフェニル)マレイミド、N-グリシジルマレイミド、3-マレイミド安息香酸、3-マレイミドプロピオン酸、3-(2,5-ジオキソ-3-ピロリン-1-イル)安息香酸、及び4-(2,5-ジオキソ-3-ピロリン-1-イル)安息香酸メチル等のマレイミド系化合物等が挙げられる。付加重合体(P)の合成に際し、その他の不飽和単量体としては1種を単独で使用してもよく、2種以上組み合わせて使用してもよい。
スチレン、メチルスチレン、ジビニルベンゼン及び4-(グリシジルオキシメチル)スチレン等の芳香族ビニル化合物;1,3-ブタジエン及び2-メチル-1,3-ブタジエン等の共役ジエン化合物;
N-メチルマレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド、N-フェニルマレイミド、4-(2,5-ジオキソ-3-ピロリン-1-イル)安息香酸、N-(4-グリシジルオキシフェニル)マレイミド、N-グリシジルマレイミド、3-マレイミド安息香酸、3-マレイミドプロピオン酸、3-(2,5-ジオキソ-3-ピロリン-1-イル)安息香酸、及び4-(2,5-ジオキソ-3-ピロリン-1-イル)安息香酸メチル等のマレイミド系化合物等が挙げられる。付加重合体(P)の合成に際し、その他の不飽和単量体としては1種を単独で使用してもよく、2種以上組み合わせて使用してもよい。
付加重合体(P)1分子中における、上記式(1)で表される部分構造の含有割合は、付加重合体(P)が有する全構造単位に対して、2モル%以上であることが好ましく、5モル%以上であることがより好ましく、10モル%以上であることが更に好ましい。また、付加重合体(P)1分子中における、上記式(1)で表される部分構造の含有割合は、付加重合体(P)が有する全構造単位に対して、60モル%以下であることが好ましく、50モル%以下であることがより好ましく、40モル%以下であることが更に好ましい。
付加重合体(P)は、例えば、単量体を重合開始剤の存在下で重合することにより得ることができる。使用する重合開始剤としては、例えば2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物が好ましい。重合開始剤の使用割合は、反応に使用する全単量体100質量部に対して、0.01~30質量部とすることが好ましい。
上記重合反応は、好ましくは有機溶媒中で行われる。反応に使用する有機溶媒としては、例えばアルコール、エーテル、ケトン、アミド、エステル、炭化水素化合物等が挙げられ、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が好ましい。反応温度は30℃~120℃とすることが好ましく、反応時間は、1~36時間とすることが好ましい。有機溶媒の使用量(a)は、反応に使用するモノマーの合計量(b)が、反応溶液の全体量(a+b)に対して、0.1~60質量%になるような量にすることが好ましい。
付加重合体(P)につき、GPCで測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、250~500,000であることが好ましく、500~100,000であることがより好ましい。また、Mwと、GPCにより測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは8以下であり、より好ましくは6以下である。
なお、付加重合体(P)の製造方法は上記に限らず、例えば、エポキシ基を有する不飽和単量体を含む単量体を重合開始剤の存在下で重合させた後、その得られた重合体と、特定カルボン酸とを反応させる方法によって得ることもできる。
重合体(P)は、窒素含有複素環、アミノ基、保護されたアミノ基、アミド基、保護されたアミド基、ウレア基及び保護されたウレア基よりなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造を有する単量体(以下、「窒素含有単量体」ともいう)に由来する構造単位を含むことが好ましい。窒素含有単量体は、窒素含有複素環、アミノ基、保護されたアミノ基、アミド基、保護されたアミド基、ウレア基及び保護されたウレア基よりなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造を重合体(P)に導入可能な基である。重合体(P)が窒素含有単量体に由来する構造単位を有する場合、上記式(1)で表される部分構造の導入による改善効果に加え、長期熱信頼性の更なる改善効果を得ることができる点で好適である。
窒素含有複素環としては、例えばピロール、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、インドール、ベンゾイミダゾール、プリン、キノリン、イソキノリン、ナフチリジン、キノキサリン、フタラジン、トリアジン、カルバゾール、アクリジン、ピペリジン、ピペラジン、ピロリジン、ヘキサメチレンイミン等が挙げられる。窒素含有単量体が有する窒素含有複素環は中でも、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピペリジン、ピペラジン、キノリン、ベンゾイミダゾール、カルバゾール及びアクリジンよりなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
アミノ基、保護されたアミノ基、アミド基、保護されたアミド基、ウレア基及び保護されたウレア基は、好ましくは下記式(N-1)で表される構造を有する。
(式(N-1)中、R20は水素原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、又は1価の熱脱離性基である。「*」は結合手であることを表す。)
上記式(N-1)において、R20で表される1価の炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、メチルフェニル基等のアリール基等が挙げられる。R20で表される1価の熱脱離性基としては、R3が1価の熱脱離性基である場合の具体例及び好ましい例の説明が適用される。R20は、好ましくは水素原子、メチル基又はt-ブトキシカルボニル基である。窒素含有単量体がアミノ基を有する場合、当該アミノ基は重合に関与する基とは異なる基であることが好ましく、2級アミノ基又は3級アミノ基であることがより好ましい。
窒素含有単量体は、長期熱信頼性の改善効果が高い点において、上記の中でも、窒素含有複素環、保護されたアミノ基及び保護されたアミド基よりなる群から選ばれる少なくとも一種を有する単量体が好ましく、窒素含有複素環を有する単量体を特に好ましく使用することができる。中でも、窒素含有複素環、保護されたアミノ基及び保護されたアミド基よりなる群から選ばれる少なくとも一種を重合体の側鎖に導入可能な単量体を好ましく使用でき、窒素含有複素環を重合体の側鎖に導入可能な単量体をより好ましく使用することができる。なお、窒素含有単量体は、上記式(1)で表される部分構造を有しない化合物であることが好ましい。すなわち、上記の窒素含有構造は、上記式(1)で表される部分構造を有する構造単位とは別に重合体(P)中に導入されることが好ましい。
重合体(P)が窒素含有単量体に由来する構造単位を含む場合、当該重合体(P)は、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よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。この場合、窒素含有単量体はジアミンであることが好ましく、窒素含有複素環、2級アミノ基、3級アミノ基、保護されたアミノ基、アミド基、保護されたアミド基、ウレア基及び保護されたウレア基よりなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造を有するジアミンであることがより好ましい。
窒素含有単量体がジアミンである場合の具体例としては、例えば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-ジアミノカルバゾール、N-メチル-3,6-ジアミノカルバゾール、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、3,6-ジアミノアクリジン、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、下記式(N-1-1)~式(N-1-17)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。
重合体(P)において、窒素含有単量体に由来する構造単位の割合は、長期熱信頼性の改善効果を十分に得る観点から、重合体(P)が有する構造単位の全量に対して、1モル%以上が好ましく、2モル%以上がより好ましく、5モル%以上が更に好ましい。また、窒素含有単量体に由来する構造単位の割合は、重合体(P)が有する構造単位の全量に対して、40モル%以下が好ましく、35モル%以下がより好ましい。窒素含有単量体は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
重合体(P)が窒素含有単量体に由来する構造単位を含む場合、重合体(P)は、カルボキシル基又は保護されたカルボキシル基を有する単量体(以下、「カルボキシル基含有単量体」ともいう)に由来する構造単位を更に含むことが好ましい。カルボキシル基含有単量体に由来する構造単位が重合体(P)に更に導入されることにより、液晶配向膜の電気特性を改善でき、長期熱信頼性及び高温高湿耐性の向上を図ることができる点で好適である。
カルボキシル基含有単量体がジアミンである場合の具体例としては、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、4,4’-ジアミノビフェニル-3,3’-ジカルボン酸、4,4’-ジアミノビフェニル-2,2’-ジカルボン酸、4,4’-ジアミノジフェニルメタン-3,3’-ジカルボン酸、及びこれらのジアミンが有するカルボキシル基の水素原子が熱脱離性基(例えば、第3級炭化水素基、アセタール構造を有する基等)に置き換えられた化合物等が挙げられる。
重合体(P)がカルボキシル基含有単量体に由来する構造単位を含む場合、カルボキシル基含有単量体に由来する構造単位の割合は、長期熱信頼性及び高温高湿耐性の改善効果を十分に得る観点から、重合体(P)が有する構造単位の全量に対して、1モル%以上が好ましく、2モル%以上がより好ましく、5モル%以上が更に好ましい。また、カルボキシル基含有単量体に由来する構造単位の割合は、重合体(P)が有する構造単位の全量に対して、40モル%以下が好ましく、35モル%以下がより好ましい。カルボキシル基含有単量体は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、重合体(P)は、炭素数4~30のアルキル基、炭素数4~30のハロゲン化アルキル基、炭素数4~30のアルコキシ基、炭素数4~30のハロゲン化アルコキシ基、2個以上の環が直接又は2価の連結基により結合してなる多環構造を有する基、及びステロイド骨格を有する基よりなる群から選択される少なくとも1種の基(以下、「垂直配向性基」ともいう)を側鎖に有し、かつ上記式(1)で表される部分構造を有しない単量体(以下、「配向性基含有単量体」ともいう)に由来する構造単位を含んでいてもよい。
垂直配向性基の具体例としては、下記式(5)で表される基が挙げられる。
*-L1-R11-R12-R13-R14 …(5)
(式(5)中、L1は、単結合、-O-、-CO-、-COO-*1、-OCO-*1、-NR15-、-NR15-CO-*1、-CO-NR15-*1、炭素数1~6のアルカンジイル基、-O-R16-*1、又は-R16-O-*1(ただし、R15は水素原子又は炭素数1~10の1価の炭化水素基であり、R16は炭素数1~3のアルカンジイル基である。「*1」は、R11との結合手であることを示す。)である。R11及びR13は、それぞれ独立に、単結合、フェニレン基又はシクロアルキレン基であり、R12は、単結合、フェニレン基、シクロアルキレン基、-R17-B1-*2、又は-B1-R17-*2(ただし、R17はフェニレン基又はシクロアルキレン基であり、B1は-COO-*3、-OCO-*3、又は炭素数1~3のアルカンジイル基である。「*2」は、R13との結合手であることを示し、「*3」は、R17との結合手であることを示す。)である。R14は、水素原子、フッ素原子、シアノ基、炭素数1~30のアルキル基、炭素数1~30のフルオロアルキル基、炭素数1~30のアルコキシ基、炭素数1~30のフルオロアルコキシ基、ステロイド骨格を有する炭素数17~51の炭化水素基である。ただし、R11、R12及びR13の全部が単結合の場合、R14は、炭素数4~30のアルキル基、炭素数4~30のフルオロアルキル基、炭素数4~30のアルコキシ基、炭素数4~30のフルオロアルコキシ基、又はステロイド骨格を有する炭素数17~51の炭化水素基である。「*」は結合手であることを示す。)
*-L1-R11-R12-R13-R14 …(5)
(式(5)中、L1は、単結合、-O-、-CO-、-COO-*1、-OCO-*1、-NR15-、-NR15-CO-*1、-CO-NR15-*1、炭素数1~6のアルカンジイル基、-O-R16-*1、又は-R16-O-*1(ただし、R15は水素原子又は炭素数1~10の1価の炭化水素基であり、R16は炭素数1~3のアルカンジイル基である。「*1」は、R11との結合手であることを示す。)である。R11及びR13は、それぞれ独立に、単結合、フェニレン基又はシクロアルキレン基であり、R12は、単結合、フェニレン基、シクロアルキレン基、-R17-B1-*2、又は-B1-R17-*2(ただし、R17はフェニレン基又はシクロアルキレン基であり、B1は-COO-*3、-OCO-*3、又は炭素数1~3のアルカンジイル基である。「*2」は、R13との結合手であることを示し、「*3」は、R17との結合手であることを示す。)である。R14は、水素原子、フッ素原子、シアノ基、炭素数1~30のアルキル基、炭素数1~30のフルオロアルキル基、炭素数1~30のアルコキシ基、炭素数1~30のフルオロアルコキシ基、ステロイド骨格を有する炭素数17~51の炭化水素基である。ただし、R11、R12及びR13の全部が単結合の場合、R14は、炭素数4~30のアルキル基、炭素数4~30のフルオロアルキル基、炭素数4~30のアルコキシ基、炭素数4~30のフルオロアルコキシ基、又はステロイド骨格を有する炭素数17~51の炭化水素基である。「*」は結合手であることを示す。)
上記式(5)において、L1、B1のアルカンジイル基、並びにR14のアルキル基、フルオロアルキル基、アルコキシ基及びフルオロアルコキシ基は、直鎖状であることが好ましい。R14のステロイド骨格を有する基としては、例えばコレスタニル基、コレステリル基、ラノスタニル基等が挙げられる。R11、R12及びR13のうち少なくとも2個は、フェニレン基又はシクロアルキレン基を有していることが好ましい。
上記式(5)で表される部分構造の具体例としては、例えば下記式(5-1)~式(5-12)のそれぞれで表される部分構造、コレスタニルオキシ基、コレスタニルオキシカルボニル基、コレステリルオキシ基、ラノスタニルオキシ基等が挙げられる。ただし、垂直配向性基はこれらの具体例に限定されるものではない。
重合体(P)において、配向性基含有単量体に由来する構造単位の割合は、良好なプレチルト角特性を得る観点から、重合体(P)が有する構造単位の全量に対して、1モル%以上が好ましく、2モル%以上がより好ましく、5モル%以上が更に好ましい。また、配向性基含有単量体に由来する構造単位の割合は、重合体(P)が有する構造単位の全量に対して、30モル%以下が好ましく、20モル%以下がより好ましい。配向性基含有単量体は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
なお、重合体(P)において、配向性基含有単量体に由来する構造単位は、上記式(1)で表される部分構造を有する構造単位とは別に導入される。この場合、上記式(1)で表される部分構造の導入量とは独立して、配向性基含有単量体に由来する構造単位の導入量を調整することができる。また、垂直配向性基を重合体中に導入した場合にも、膜密度が高い液晶配向膜を形成でき、これにより狭線密着性、長期熱信頼性及び高温高湿耐性が良好な液晶配向膜を得ることができる点で好適である。
液晶配向剤中における重合体(P)の含有割合は、液晶配向剤に含まれる重合体成分の全量に対して、2質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましい。なお、液晶配向剤の調製に使用される重合体(P)は、1種のみでもよく、2種以上を組み合わせてもよい。重合体(P)を含有する液晶配向剤によれば、良好なプレチルト角特性を示しながら、過酷な条件での使用時にも信頼性が高く、かつ狭線密着性に優れた液晶配向膜を得ることができる。
<その他の成分>
本開示の液晶配向剤は、上記の如き重合体(P)を含有するが、必要に応じて、重合体(P)以外のその他の成分を含有していてもよい。
本開示の液晶配向剤は、上記の如き重合体(P)を含有するが、必要に応じて、重合体(P)以外のその他の成分を含有していてもよい。
(重合体(Q))
本開示の液晶配向剤は、液晶配向性や電気特性の更なる良化を図ること等を目的として、上記式(1)で表される部分構造を有しない重合体(以下、「重合体(Q)」ともいう)を更に含有していてもよい。
本開示の液晶配向剤は、液晶配向性や電気特性の更なる良化を図ること等を目的として、上記式(1)で表される部分構造を有しない重合体(以下、「重合体(Q)」ともいう)を更に含有していてもよい。
重合体(Q)としては、例えば、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリアミック酸エステル、ポリアミド、ポリオルガノシロキサン、付加重合体等が挙げられる。電気特性の改善や液晶との親和性、機械的強度、重合体(P)との親和性の観点から、重合体(Q)は、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリアミック酸エステル、ポリオルガノシロキサン及び付加重合体よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド及びポリオルガノシロキサンよりなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましい。
液晶配向剤に重合体(Q)を含有させる場合、重合体(Q)の含有割合は、重合体(P)及び重合体(Q)の配合による改善効果をバランス良く発現させる観点から、液晶配向剤に含まれる重合体(P)と重合体(Q)との合計量100質量部に対して、1質量部以下とすることが好ましく、2質量部以下とすることがより好ましく、5質量部以下とすることが更に好ましい。
(架橋剤)
本開示の液晶配向剤は、更に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤を更に含有することにより、液晶配向膜の膜密度を高くでき、狭線密着性の改善効果をより高くできる点で好適である。
本開示の液晶配向剤は、更に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤を更に含有することにより、液晶配向膜の膜密度を高くでき、狭線密着性の改善効果をより高くできる点で好適である。
架橋剤としては、重合体(P)又は重合体(Q)が有する官能基(例えば、アミノ基、カルボキシル基、エポキシ基、重合体不飽和結合基等)と反応可能な官能基(以下、「架橋性基」ともいう)を有する化合物を挙げることができる。架橋性基として具体的には、環状エーテル基、カルボキシル基、環状カーボネート基、アルコール性水酸基(メチロール基等)、β-ヒドロキシアミド基、アミノ基、保護されたアミノ基、保護されたイソシアネート基、トリアルコキシシリル基、重合性不飽和結合基、マレイミド基等が挙げられる。架橋剤が有する架橋性基の数は、2個以上が好ましく、3個以上がより好ましく、3~6個が更に好ましい。
架橋剤を配合する場合、液晶配向剤中における架橋剤の含有割合は、液晶配向剤中の重合体成分の全体量100質量部に対し、0.5質量部以上であることが好ましく、1質量部以上であることがより好ましい。また、架橋剤の含有割合は、過剰量の添加に起因する性能低下を抑制する観点から、液晶配向剤中の重合体成分の全体量100質量部に対し、40質量部以下であることが好ましく、30質量部以下であることがより好ましい。なお、架橋剤としては、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。
(溶剤)
液晶配向剤は、通常、重合体(P)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。
液晶配向剤は、通常、重合体(P)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。
使用する有機溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、1,2-ジメチル-2-イミダゾリジノン、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(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、ジイソブチルケトン、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、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等を挙げることができる。これらは、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
その他の成分としては、上記のほか、例えば、官能性シラン化合物、多官能(メタ)アクリレート、酸化防止剤、金属キレート化合物、硬化促進剤、界面活性剤、充填剤、分散剤、光増感剤等が挙げられる。その他の成分の配合割合は、本開示の効果を損なわない範囲において、各化合物に応じて適宜選択することができる。
液晶配向剤における固形分濃度(液晶配向剤の溶剤以外の成分の合計質量が液晶配向剤の全質量に占める割合)は、粘性、揮発性等を考慮して適宜に選択されるが、好ましくは1~10質量%の範囲である。すなわち、液晶配向剤は、後述するように基板表面に塗布され、好ましくは加熱されることにより、液晶配向膜である塗膜又は液晶配向膜となる塗膜が形成される。このとき、固形分濃度が1質量%以上であると塗膜の膜厚を十分に確保でき、良好な液晶配向膜を得やすい点で好適である。また、固形分濃度が10質量%以下であると、塗膜の膜厚が過大となりすぎず良好な液晶配向膜を得ることができるとともに、液晶配向剤の粘性を適度に確保でき、塗布性を良好にすることができる。
以上説明した本開示によれば、以下の液晶配向剤が提供される。
<手段1> 上記式(1)で表される部分構造を有する重合体(P)を含有する、液晶配向剤。
<手段2> 前記重合体(P)は、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリアミック酸エステル、ポリアミド、ポリオルガノシロキサン及び付加重合体よりなる群から選択される少なくとも1種である、<手段1>に記載の液晶配向剤。
<手段3> 前記重合体(P)は、上記式(1)で表される部分構造を有するジアミンに由来する構造単位を含む、<手段1>又は<手段2>に記載の液晶配向剤。
<手段4> 前記ジアミンは、上記式(2-1)で表される化合物及び上記式(2-2)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、請求項3に記載の液晶配向剤。
<手段5> 上記式(1)で表される部分構造を有しない重合体を更に含有する、<手段1>~<手段4>のいずれかに記載の液晶配向剤。
<手段6> 前記重合体(P)は、窒素含有複素環、アミノ基、保護されたアミノ基、アミド基、保護されたアミド基、ウレア基及び保護されたウレア基よりなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造を有する単量体に由来する構造単位を含む、<手段1>~<手段5>のいずれかに記載の液晶配向剤。
<手段7> 前記重合体(P)は、炭素数4~30のアルキル基、炭素数4~30のハロゲン化アルキル基、炭素数4~30のアルコキシ基、炭素数4~30のハロゲン化アルコキシ基、2個以上の環が直接又は2価の連結基により結合してなる多環構造を有する基、及びステロイド骨格を有する基よりなる群から選択される少なくとも1種を側鎖に有し、かつ上記式(1)で表される部分構造を有しない単量体に由来する構造単位を含む、<手段1>~<手段6>のいずれかに記載の液晶配向剤。
<手段1> 上記式(1)で表される部分構造を有する重合体(P)を含有する、液晶配向剤。
<手段2> 前記重合体(P)は、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリアミック酸エステル、ポリアミド、ポリオルガノシロキサン及び付加重合体よりなる群から選択される少なくとも1種である、<手段1>に記載の液晶配向剤。
<手段3> 前記重合体(P)は、上記式(1)で表される部分構造を有するジアミンに由来する構造単位を含む、<手段1>又は<手段2>に記載の液晶配向剤。
<手段4> 前記ジアミンは、上記式(2-1)で表される化合物及び上記式(2-2)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、請求項3に記載の液晶配向剤。
<手段5> 上記式(1)で表される部分構造を有しない重合体を更に含有する、<手段1>~<手段4>のいずれかに記載の液晶配向剤。
<手段6> 前記重合体(P)は、窒素含有複素環、アミノ基、保護されたアミノ基、アミド基、保護されたアミド基、ウレア基及び保護されたウレア基よりなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造を有する単量体に由来する構造単位を含む、<手段1>~<手段5>のいずれかに記載の液晶配向剤。
<手段7> 前記重合体(P)は、炭素数4~30のアルキル基、炭素数4~30のハロゲン化アルキル基、炭素数4~30のアルコキシ基、炭素数4~30のハロゲン化アルコキシ基、2個以上の環が直接又は2価の連結基により結合してなる多環構造を有する基、及びステロイド骨格を有する基よりなる群から選択される少なくとも1種を側鎖に有し、かつ上記式(1)で表される部分構造を有しない単量体に由来する構造単位を含む、<手段1>~<手段6>のいずれかに記載の液晶配向剤。
≪液晶配向膜及び液晶素子≫
本開示の液晶配向膜は、上記のように調製された液晶配向剤により形成される。また、本開示の液晶素子は、上記で説明した液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜を備える。液晶素子における液晶の動作モードは特に限定されず、例えばTN(Twisted Nematic)型、STN(Super Twisted Nematic)型、VA(Vertical Alignment)型(VA-MVA型、VA-PVA型等を含む)、IPS(In-Plane Switching)型、FFS(Fringe Field Switching)型、OCB(Optically Compensated Bend)型、PSA型(Polymer Sustained Alignment)等といった種々のモードに適用することができる。液晶素子は、例えば以下の工程1~工程3を含む方法により製造することができる。工程1は、所望の動作モードによって使用基板が異なる。工程2及び工程3は各動作モード共通である。
本開示の液晶配向膜は、上記のように調製された液晶配向剤により形成される。また、本開示の液晶素子は、上記で説明した液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜を備える。液晶素子における液晶の動作モードは特に限定されず、例えばTN(Twisted Nematic)型、STN(Super Twisted Nematic)型、VA(Vertical Alignment)型(VA-MVA型、VA-PVA型等を含む)、IPS(In-Plane Switching)型、FFS(Fringe Field Switching)型、OCB(Optically Compensated Bend)型、PSA型(Polymer Sustained Alignment)等といった種々のモードに適用することができる。液晶素子は、例えば以下の工程1~工程3を含む方法により製造することができる。工程1は、所望の動作モードによって使用基板が異なる。工程2及び工程3は各動作モード共通である。
(工程1:塗膜の形成)
先ず、基板上に液晶配向剤を塗布し、好ましくは塗布面を加熱することにより基板上に塗膜を形成する。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;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、ポリ(脂環式オレフィン)等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。基板の一方の面に設けられる透明導電膜としては、酸化スズ(SnO2)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(In2O3-SnO2)からなるITO膜等を用いることができる。TN型、STN型又はVA型の液晶素子を製造する場合には、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枚を用いる。一方、IPS型又はFFS型の液晶素子を製造する場合には、櫛歯型にパターニングされた透明導電膜又は金属膜からなる電極が設けられている基板と、電極が設けられていない対向基板とを用いる。金属膜としては、例えばクロムなどの金属からなる膜を使用することができる。基板への液晶配向剤の塗布は、電極形成面上に、好ましくはオフセット印刷法、スピンコート法、ロールコーター法又はインクジェット印刷法により行う。
先ず、基板上に液晶配向剤を塗布し、好ましくは塗布面を加熱することにより基板上に塗膜を形成する。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;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、ポリ(脂環式オレフィン)等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。基板の一方の面に設けられる透明導電膜としては、酸化スズ(SnO2)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(In2O3-SnO2)からなるITO膜等を用いることができる。TN型、STN型又はVA型の液晶素子を製造する場合には、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枚を用いる。一方、IPS型又はFFS型の液晶素子を製造する場合には、櫛歯型にパターニングされた透明導電膜又は金属膜からなる電極が設けられている基板と、電極が設けられていない対向基板とを用いる。金属膜としては、例えばクロムなどの金属からなる膜を使用することができる。基板への液晶配向剤の塗布は、電極形成面上に、好ましくはオフセット印刷法、スピンコート法、ロールコーター法又はインクジェット印刷法により行う。
液晶配向剤を塗布した後、塗布した液晶配向剤の液垂れ防止等の目的で、好ましくは予備加熱(プレベーク)が実施される。プレベーク温度は、好ましくは30~150℃であり、より好ましくは40~120℃である。プレベーク時間は、好ましくは0.25~10分である。
その後、溶剤を更に除去し、必要に応じて、重合体に存在するアミック酸構造を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。このときの焼成温度(ポストベーク温度)は、カラーフィルタ上に液晶配向膜を形成する際に高温による退色等の劣化を抑制する観点、及び環境負荷の低減の観点から、250℃以下が好ましく、230℃以下がより好ましく、180℃以下が更に好ましい。また、膜中に残存した溶剤成分の影響によって液晶配向性や信頼性が低下することを抑制する観点から、ポストベーク温度は、80℃以上が好ましく、120℃以上がより好ましい。ポストベーク時間は、好ましくは5~150分である。このようにして形成される膜の膜厚は、好ましくは0.001~1μmである。基板上に液晶配向剤を塗布した後、有機溶媒を除去することによって、液晶配向膜、又は液晶配向膜となる塗膜が形成される。
(工程2:配向処理)
TN型、STN型、IPS型又はFFS型の液晶素子を製造する場合、上記工程1で形成した塗膜に液晶配向能を付与する処理(配向処理)を実施する。これにより、液晶分子の配向能が塗膜に付与されて液晶配向膜となる。配向処理としては、基板上に形成した塗膜の表面をコットン等で擦るラビング処理、又は塗膜に光照射を行って液晶配向能を付与する光配向処理を用いることが好ましい。垂直配向型の液晶素子を製造する場合には、上記工程1で形成した塗膜をそのまま液晶配向膜として使用してもよく、液晶配向能を更に高めるために塗膜に対し配向処理を施してもよい。垂直配向型の液晶表示素子に好適な液晶配向膜は、PSA型の液晶表示素子にも好適に用いることができる。
TN型、STN型、IPS型又はFFS型の液晶素子を製造する場合、上記工程1で形成した塗膜に液晶配向能を付与する処理(配向処理)を実施する。これにより、液晶分子の配向能が塗膜に付与されて液晶配向膜となる。配向処理としては、基板上に形成した塗膜の表面をコットン等で擦るラビング処理、又は塗膜に光照射を行って液晶配向能を付与する光配向処理を用いることが好ましい。垂直配向型の液晶素子を製造する場合には、上記工程1で形成した塗膜をそのまま液晶配向膜として使用してもよく、液晶配向能を更に高めるために塗膜に対し配向処理を施してもよい。垂直配向型の液晶表示素子に好適な液晶配向膜は、PSA型の液晶表示素子にも好適に用いることができる。
光配向処理における光照射は、ポストベーク工程後の塗膜に対して照射する方法、プレベーク工程後であってポストベーク工程前の塗膜に対して照射する方法、プレベーク工程及びポストベーク工程の少なくともいずれかにおいて塗膜の加熱中に塗膜に対して照射する方法、等により行うことができる。光配向処理において、塗膜に照射する放射線としては、例えば150~800nmの波長の光を含む紫外線及び可視光線を用いることができる。好ましくは、200~400nmの波長の光を含む紫外線である。放射線が偏光である場合、直線偏光であっても部分偏光であってもよい。また、用いる放射線が直線偏光又は部分偏光である場合には、照射は基板面に垂直の方向から行ってもよく、斜め方向から行ってもよく、又はこれらを組み合わせて行ってもよい。非偏光の放射線を照射する場合には、照射の方向は斜め方向とする。
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、エキシマレーザーなどを使用することができる。放射線の照射量は、好ましくは400~20,000J/m2であり、より好ましくは1,000~5,000J/m2である。塗膜に対する光照射は、反応性を高めるために塗膜を加温しながら行ってもよい。また、光照射処理が施された有機膜を、水、水溶性有機溶媒、又は水と水溶性有機溶媒との混合溶媒に接触させる工程を更に含んでいてもよい。
(工程3:液晶セルの構築)
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、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、〔1〕液晶配向膜が対向するように間隙(スペーサー)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により貼り合わせた後、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、注入孔を封止する方法、〔2〕液晶配向膜を形成した一方の基板上の所定の場所にシール剤を塗布し、更に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方法(ODF方式)等が挙げられる。製造した液晶セルに対しては更に、用いた液晶が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷する処理を行うことにより、液晶充填時の流動配向を除去することが好ましい。
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、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、〔1〕液晶配向膜が対向するように間隙(スペーサー)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により貼り合わせた後、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、注入孔を封止する方法、〔2〕液晶配向膜を形成した一方の基板上の所定の場所にシール剤を塗布し、更に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方法(ODF方式)等が挙げられる。製造した液晶セルに対しては更に、用いた液晶が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷する処理を行うことにより、液晶充填時の流動配向を除去することが好ましい。
シール剤としては、例えば、硬化剤及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等を用いることができる。スペーサーとしては、フォトスペーサー、ビーズスペーサー等を用いることができる。
使用する液晶としては、ネマチック液晶、スメクチック液晶を挙げることができ、その中でもネマチック液晶が好ましい。ネマチック液晶としては、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、キュバン系液晶等を用いることができる。また、これらの液晶に、例えばコレステリック液晶、カイラル剤、強誘電性液晶等を添加して使用してもよい。
本開示の液晶素子の製造方法における一態様としては、以下の工程〔A〕~工程〔C〕を含む方法が挙げられる。
〔A〕本開示の液晶配向剤を、導電膜を有する一対の基板における各導電膜上に塗布し、塗膜を形成する工程。
〔B〕塗膜を形成した一対の基板を、液晶層を介して塗膜が対向するように配置して液晶セルを構築する工程。
〔C〕導電膜間に電圧を印加した状態で前記液晶セル光照射する工程。
〔A〕本開示の液晶配向剤を、導電膜を有する一対の基板における各導電膜上に塗布し、塗膜を形成する工程。
〔B〕塗膜を形成した一対の基板を、液晶層を介して塗膜が対向するように配置して液晶セルを構築する工程。
〔C〕導電膜間に電圧を印加した状態で前記液晶セル光照射する工程。
例えばPSAモードでは、液晶とともに重合性化合物(多官能(メタ)アクリレート化合物等)をセルギャップ内に充填するとともに、液晶セルの構築後、一対の基板の有する導電膜間に電圧を印加した状態で液晶セルに光照射する処理を行う。PSAモードの液晶素子の製造に際し、重合性化合物の使用割合は、液晶の合計100質量部に対して、例えば0.01~3質量部、好ましくは0.1~1質量部である。
続いて、必要に応じて液晶セルの外側表面に偏光板を貼り合わせる。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」と称される偏光フィルムを酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板又はH膜そのものからなる偏光板が挙げられる。これにより液晶素子が得られる。
本開示の液晶素子は種々の用途に有効に適用することができる。具体的には、例えば時計、携帯型ゲーム機、ワープロ、ノート型パソコン、カーナビゲーションシステム、カムコーダー、PDA、デジタルカメラ、携帯電話機、スマートフォン、各種モニター、液晶テレビ、インフォメーションディスプレイ等の各種表示装置や、調光フィルム等に用いることができる。また、本開示の液晶配向剤を用いて形成された液晶素子は、位相差フィルム等の光学フィルムに適用することもできる。
以下、実施例により具体的に説明するが、本開示の内容は以下の実施例に限定されるものではない。
以下の例において、重合体の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)及び分子量分布(Mw/Mn)、ポリイミドのイミド化率、並びに重合体溶液の溶液粘度は以下の方法により測定した。
<重量平均分子量、数平均分子量及び分子量分布>
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、下記条件でMw及びMnを測定した。また、分子量分布(Mw/Mn)は、得られたMw及びMnより算出した。
装置:昭和電工(株)の「GPC-101」
GPCカラム:(株)島津ジーエルシー製の「GPC-KF-801」、「GPC-KF-802」、「GPC-KF-803」及び「GPC-KF-804」を結合
移動相:テトラヒドロフラン(THF)
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
<重量平均分子量、数平均分子量及び分子量分布>
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、下記条件でMw及びMnを測定した。また、分子量分布(Mw/Mn)は、得られたMw及びMnより算出した。
装置:昭和電工(株)の「GPC-101」
GPCカラム:(株)島津ジーエルシー製の「GPC-KF-801」、「GPC-KF-802」、「GPC-KF-803」及び「GPC-KF-804」を結合
移動相:テトラヒドロフラン(THF)
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
<ポリイミドのイミド化率>
イミド化後の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1H-NMRを測定し、下記数式(I) で示される式により求めた。
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。)
<重合体溶液の溶液粘度>
重合体溶液の溶液粘度(mPa・s)は、E型回転粘度計を用いて25℃で測定した。
イミド化後の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1H-NMRを測定し、下記数式(I) で示される式により求めた。
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。)
<重合体溶液の溶液粘度>
重合体溶液の溶液粘度(mPa・s)は、E型回転粘度計を用いて25℃で測定した。
下記の例で使用した化合物を以下に示す。なお、以下では便宜上、「式(X)で表される化合物」を単に「化合物(X)」と示す場合がある。
2,5-ジヒドロキシアセトフェノン10.00g、ピロリジン11.12g、アセトン23.21gをアセトニトリル100mLに溶解させ、45℃で10時間反応させた。反応後、酢酸エチル100mLを加え、1規定塩酸100mLで2回、水100mLで2回分液した。有機層をエバポレーターにて濃縮した後、ヘキサンを加え熱再結晶した。得られた固体をろ過、2-プロパノールで洗浄し、真空乾燥することで、化合物(M-1-1)を10.1得た。
次いで、化合物(M-1-1)4.00g、3,5-ジニトロベンジルクロリド4.96gにテトラヒドロフラン50mLを加え、40℃に加熱した。水酸化ナトリウム1.00gを蒸留水35mLに溶解させた溶液を滴下し、滴下終了後室温で12時間反応させた。反応後、蒸留水500mLに反応液を注ぎ、析出した固体をろ過、2-プロパノールで洗浄した。その後、真空乾燥、再結晶することで、化合物(M-1-2)を6.9g得た。
化合物(M-1-2)5.0g、5%パラジウムカーボン0.86g、テトラヒドロフラン30mL、エタノール30mLを加えた後、80℃まで加熱した。そこに、ヒドラジン1水和物4.03gを滴下した後、加熱還流を6時間行った。室温まで冷却した後、ろ過した反応液を蒸留水600mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-1)を3.8g得た。
次いで、化合物(M-1-1)4.00g、3,5-ジニトロベンジルクロリド4.96gにテトラヒドロフラン50mLを加え、40℃に加熱した。水酸化ナトリウム1.00gを蒸留水35mLに溶解させた溶液を滴下し、滴下終了後室温で12時間反応させた。反応後、蒸留水500mLに反応液を注ぎ、析出した固体をろ過、2-プロパノールで洗浄した。その後、真空乾燥、再結晶することで、化合物(M-1-2)を6.9g得た。
化合物(M-1-2)5.0g、5%パラジウムカーボン0.86g、テトラヒドロフラン30mL、エタノール30mLを加えた後、80℃まで加熱した。そこに、ヒドラジン1水和物4.03gを滴下した後、加熱還流を6時間行った。室温まで冷却した後、ろ過した反応液を蒸留水600mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-1)を3.8g得た。
化合物(M-2-1)を“Bioorg. Med. Chem. Lett. 1999, 9, 2773-2778”に記載の方法に従って合成し、6.5g得た。
次いで、化合物(M-2-1)5.0g、トリエチルアミン3.70gをN,N-ジメチルホルムアミド30mLに溶解した。2,4-ジニトロフルオロベンゼン5.95gをN,N-ジメチルホルムアミド20mLに溶解させた溶液を滴下した後、室温で8時間反応させた。反応後、反応液を蒸留水400mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水とエタノールで洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-2-2)を9.1g得た。
化合物(M-2-2)7.0g、5%パラジウムカーボン1.35g、テトラヒドロフラン45mL、エタノール45mLを加えた後、80℃まで加熱した。そこに、ヒドラジン1水和物6.37gを滴下した後、加熱還流を6時間行った。室温まで冷却した後、ろ過した反応液を蒸留水900mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-2)を5.8g得た。
次いで、化合物(M-2-1)5.0g、トリエチルアミン3.70gをN,N-ジメチルホルムアミド30mLに溶解した。2,4-ジニトロフルオロベンゼン5.95gをN,N-ジメチルホルムアミド20mLに溶解させた溶液を滴下した後、室温で8時間反応させた。反応後、反応液を蒸留水400mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水とエタノールで洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-2-2)を9.1g得た。
化合物(M-2-2)7.0g、5%パラジウムカーボン1.35g、テトラヒドロフラン45mL、エタノール45mLを加えた後、80℃まで加熱した。そこに、ヒドラジン1水和物6.37gを滴下した後、加熱還流を6時間行った。室温まで冷却した後、ろ過した反応液を蒸留水900mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-2)を5.8g得た。
2,5-ジヒドロキシアセトフェノン10.00g、ピロリジン11.12g、ブチルアルデヒド28.44gをアセトニトリル100mLに溶解させ、45℃で10時間反応させた。反応後、酢酸エチル100mLを加え、1規定塩酸100mLで2回、水100mLで2回分液した。有機層をエバポレーターにて濃縮した後、ヘキサンを加え熱再結晶した。得られた固体をろ過、2-プロパノールで洗浄し、真空乾燥することで、化合物(M-3-1)を10.8得た。
次いで、化合物(M-3-1)7.00g、トリエチルアミン6.87gをテトラヒドロフラン120mLに溶解し、0℃に氷冷した。そこに、3,5-ジニトロベンゾイルクロリド7.83gをテトラヒドロフラン80mLに溶解した溶液を滴下し、滴下終了後室温で12時間反応させた。反応後、反応液を蒸留水900mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水と2-プロパノールで洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-3-2)を11.1g得た。
化合物(M-3-2)10.0g、5%パラジウムカーボン1.59gに、テトラヒドロフラン50mL、エタノール50mLを加えた。反応容器内を水素で置換した後、室温で12時間反応させた。室温まで冷却した後、ろ過した反応液を蒸留水1000mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-3)を7.7g得た。
次いで、化合物(M-3-1)7.00g、トリエチルアミン6.87gをテトラヒドロフラン120mLに溶解し、0℃に氷冷した。そこに、3,5-ジニトロベンゾイルクロリド7.83gをテトラヒドロフラン80mLに溶解した溶液を滴下し、滴下終了後室温で12時間反応させた。反応後、反応液を蒸留水900mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水と2-プロパノールで洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-3-2)を11.1g得た。
化合物(M-3-2)10.0g、5%パラジウムカーボン1.59gに、テトラヒドロフラン50mL、エタノール50mLを加えた。反応容器内を水素で置換した後、室温で12時間反応させた。室温まで冷却した後、ろ過した反応液を蒸留水1000mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-3)を7.7g得た。
化合物(M-4-1)を“Macromolecules 2003, 36, 4385-4396”に記載の方法に従って合成し、5.2g得た。次いで、化合物(M-4-1)5.00g、塩化チオニル9mLに、N,N-ジメチルホルムアミドを2滴加え、80℃で2時間反応させた。反応後、塩化チオニルを減圧除去することで化合物(M-4-2)を5.2g得た。
合成例1-3において、3,5-ジニトロベンゾイルクロリドと化合物(M-3-1)の代わりに、化合物(M-4-2)と化合物(M-4-3)をそれぞれ用いた以外は合成例1-3と同様の方法により、化合物(M-4)を4.8g得た。
合成例1-3において、3,5-ジニトロベンゾイルクロリドと化合物(M-3-1)の代わりに、化合物(M-4-2)と化合物(M-4-3)をそれぞれ用いた以外は合成例1-3と同様の方法により、化合物(M-4)を4.8g得た。
化合物(M-5-1)を“Can. J. Chem., 1985、63, 2589-2596”に記載の方法に従って合成し、6.1g得た。次いで、(2,4-ジニトロフェニル)-酢酸5.00g、塩化チオニル16mLに、N,N-ジメチルホルムアミドを2滴加え、80℃で2時間反応させた。反応後、塩化チオニルを減圧除去することで化合物(M-5-2)を5.0g得た。
合成例1-3において、3,5-ジニトロベンゾイルクロリドと化合物(M-3-1)の代わりに、化合物(M-5-2)と化合物(M-5-1)をそれぞれ用いた以外は合成例1-3と同様の方法により、化合物(M-5)を5.3g得た。
合成例1-3において、3,5-ジニトロベンゾイルクロリドと化合物(M-3-1)の代わりに、化合物(M-5-2)と化合物(M-5-1)をそれぞれ用いた以外は合成例1-3と同様の方法により、化合物(M-5)を5.3g得た。
化合物(M-1-1)5.00gをテトラヒドロフラン50mLに溶解した後、炭酸カリウム3.92g、2-ブロモエタノール2.96gを加えて、加熱還流を12時間行った。室温まで冷却した後、ロータリーエバポレーターで溶剤を除去した。そこに、酢酸エチル50mL、2規定水酸化ナトリウム50mLを加えて室温で1時間撹拌した後、1規定塩酸で2回、水で2回分液精製を行った。分離した有機層を減圧下で溶媒留去し、乾燥することで化合物(M-6-1)を4.3g得た。
次いで、化合物(M-6-1)4.0g、トリエチルアミン2.1gをテトラヒドロフラン40mLに溶解した。2,4-ジニトロフルオロベンゼン3.31gをテトラヒドロフラン40mLに溶解させた溶液を滴下した後、室温で8時間反応させた。反応後、反応液を蒸留水800mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水とエタノールで洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-6-2)を5.1g得た。
化合物(M-6-2)5.0g、5%パラジウムカーボン0.79g、テトラヒドロフラン25mL、エタノール25mLを加えた後、80℃まで加熱した。そこに、ヒドラジン1水和物3.73gを滴下した後、加熱還流を6時間行った。室温まで冷却した後、ろ過した反応液を蒸留水500mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-6)を3.7g得た。
次いで、化合物(M-6-1)4.0g、トリエチルアミン2.1gをテトラヒドロフラン40mLに溶解した。2,4-ジニトロフルオロベンゼン3.31gをテトラヒドロフラン40mLに溶解させた溶液を滴下した後、室温で8時間反応させた。反応後、反応液を蒸留水800mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水とエタノールで洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-6-2)を5.1g得た。
化合物(M-6-2)5.0g、5%パラジウムカーボン0.79g、テトラヒドロフラン25mL、エタノール25mLを加えた後、80℃まで加熱した。そこに、ヒドラジン1水和物3.73gを滴下した後、加熱還流を6時間行った。室温まで冷却した後、ろ過した反応液を蒸留水500mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-6)を3.7g得た。
化合物(M-7-1)を“Tetrahedron Lett. 2001, 42, 4001-4003”に記載の方法に従って合成し、6.4g得た。次いで、化合物(M-7-1)5.00gをテトラヒドロフラン50mLに溶解した後、炭酸カリウム3.92g、4-ブロモ-1-ブタノール3.62gを加えて、加熱還流を12時間行った。室温まで冷却した後、ロータリーエバポレーターで溶剤を除去した。そこに、酢酸エチル50mL、2規定水酸化ナトリウム50mLを加えて室温で1時間撹拌した後、1規定塩酸で2回、水で2回、分液精製を行った。分離した有機層を減圧下で溶媒留去し、乾燥することで化合物(M-7-2)を4.8g得た
合成例1-3において、化合物(M-3-1)の代わりに化合物(M-7-2)を用いた以外は合成例1-3と同様の方法により、化合物(M-7)を4.8g得た。
合成例1-3において、化合物(M-3-1)の代わりに化合物(M-7-2)を用いた以外は合成例1-3と同様の方法により、化合物(M-7)を4.8g得た。
2,5-ジヒドロキシアセトフェノン10.00g、ピロリジン11.12g、シクロヘキサノン38.70gをアセトニトリル100mLに溶解させ、45℃で10時間反応させた。反応後、酢酸エチル100mLを加え、1規定塩酸100mLで2回、水100mLで2回分液した。有機層をエバポレーターにて濃縮した後、ヘキサンを加え熱再結晶した。得られた固体をろ過、2-プロパノールで洗浄し、真空乾燥することで、化合物(M-8-1)を12.3g得た。
合成例1-3において、化合物(M-3-1)の代わりに、化合物(M-8-1)を用いた以外は合成例1-3と同様の方法により、化合物(M-8)を5.3g得た。
合成例1-3において、化合物(M-3-1)の代わりに、化合物(M-8-1)を用いた以外は合成例1-3と同様の方法により、化合物(M-8)を5.3g得た。
2,5-ジヒドロキシアセトフェノン10.00g、ピロリジン11.12g、ヘプタナール45.0gをアセトニトリル100mLに溶解させ、45℃で10時間反応させた。反応後、酢酸エチル100mLを加え、1規定塩酸100mLで2回、水100mLで2回分液した。有機層をエバポレーターにて濃縮した後、ヘキサンを加え熱再結晶した。得られた固体をろ過、2-プロパノールで洗浄し、真空乾燥することで、化合物(M-9-1)を12.7得た。
合成例1-3において、化合物(M-3-1)の代わりに、化合物(M-9-1)を用いた以外は合成例1-3と同様の方法により、化合物(M-9)を5.8g得た。
合成例1-3において、化合物(M-3-1)の代わりに、化合物(M-9-1)を用いた以外は合成例1-3と同様の方法により、化合物(M-9)を5.8g得た。
4-(クロロメチル)スチレン4.17g、化合物(M-1-1)5.00g、及び炭酸カリウム9.0gをジメチルホルムアミド80mLに溶解させ、60℃で12時間反応させた。反応終了後、反応溶液を蒸留水800mLに滴下し、生じた固体をろ取した。その後、THF溶媒にて再結晶を行い、得られた固体をろ取・乾燥することで化合物(M-10)を6.7g得た。
2,5-ジヒドロキシアセトフェノン7.00g、ピロリジン7.79g、4-フェニルシクロヘキサノン8.82gをN,N-ジメチルホルムアミド50mLに溶解させ、100℃で24時間反応させた。反応後、酢酸エチル200mLを加え、1規定塩酸100mLで2回、水100mLで2回分液した。有機層をエバポレーターにて濃縮した後、ヘキサンを加え熱再結晶した。得られた固体をろ過、2-プロパノールで洗浄し、真空乾燥することで、化合物(M-11-1)を11.3得た。
合成例1-10において、化合物(M-1-1)の代わりに化合物(M-11-1)を用いた以外は合成例1-10と同様の方法により、化合物(M-11)を7.5g得た。
合成例1-10において、化合物(M-1-1)の代わりに化合物(M-11-1)を用いた以外は合成例1-10と同様の方法により、化合物(M-11)を7.5g得た。
<重合体の合成>
1.ポリイミドの合成
[合成例2-1]
テトラカルボン酸二無水物として化合物(TA-1)100モル部、並びにジアミンとして化合物(DA-4)10モル部、化合物(DA-7)40モル部、化合物(DA-8)20モル部、及び化合物(M-1)30モル部をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)170gに溶解し、40℃で24時間反応を行うことにより、ポリアミック酸を20質量%含有する溶液を得た。次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMPを追加し、ピリジン及び無水酢酸を、ポリアミック酸が有するテトラカルボン酸二無水物由来のカルボキシル基に対して1.8モル当量ずつ添加して、80℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶媒を新たなNMPで溶媒置換し、更に濃縮することにより、イミド化率70%のポリイミド(これを重合体(PI-1)とする)を15質量%含有する溶液を得た。この溶液を少量分取し、NMPを加えて濃度10質量%の溶液として測定した溶液粘度は42mPa・sであった。
次いで、得られた重合体溶液を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈殿させた。この沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥させることにより重合体(PI-1)を得た。
1.ポリイミドの合成
[合成例2-1]
テトラカルボン酸二無水物として化合物(TA-1)100モル部、並びにジアミンとして化合物(DA-4)10モル部、化合物(DA-7)40モル部、化合物(DA-8)20モル部、及び化合物(M-1)30モル部をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)170gに溶解し、40℃で24時間反応を行うことにより、ポリアミック酸を20質量%含有する溶液を得た。次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMPを追加し、ピリジン及び無水酢酸を、ポリアミック酸が有するテトラカルボン酸二無水物由来のカルボキシル基に対して1.8モル当量ずつ添加して、80℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶媒を新たなNMPで溶媒置換し、更に濃縮することにより、イミド化率70%のポリイミド(これを重合体(PI-1)とする)を15質量%含有する溶液を得た。この溶液を少量分取し、NMPを加えて濃度10質量%の溶液として測定した溶液粘度は42mPa・sであった。
次いで、得られた重合体溶液を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈殿させた。この沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥させることにより重合体(PI-1)を得た。
[合成例2-3~2-10、2-12~2-15]
重合に使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミンの種類及び量を表1に記載のとおり変更した点以外は合成例2-1と同様に重合を行い、ポリイミドである重合体(PI-2)~(PI-10)、(PI-12)~(PI-15)をそれぞれ得た。なお、表1中、テトラカルボン酸二無水物の数値は、合成に使用したテトラカルボン酸二無水物の全量100モル部に対する各化合物の割合(モル部)を表す。ジアミンの数値は、合成に使用したジアミンの全量100モル部に対する各化合物の割合(モル部)を表す。
重合に使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミンの種類及び量を表1に記載のとおり変更した点以外は合成例2-1と同様に重合を行い、ポリイミドである重合体(PI-2)~(PI-10)、(PI-12)~(PI-15)をそれぞれ得た。なお、表1中、テトラカルボン酸二無水物の数値は、合成に使用したテトラカルボン酸二無水物の全量100モル部に対する各化合物の割合(モル部)を表す。ジアミンの数値は、合成に使用したジアミンの全量100モル部に対する各化合物の割合(モル部)を表す。
2.ポリアミック酸の合成
[合成例2-2]
テトラカルボン酸二無水物として化合物(TA-1)100モル部、並びにジアミンとして化合物(DA-3)50モル部、化合物(DA-7)20モル部、及び化合物(M-2)30モル部をNMP170gに溶解し、60℃で8時間反応を行うことにより、ポリアミック酸である重合体(PI-2)を20質量%含有する溶液を得た。この溶液粘度は39mPa・sであった。
[合成例2-2]
テトラカルボン酸二無水物として化合物(TA-1)100モル部、並びにジアミンとして化合物(DA-3)50モル部、化合物(DA-7)20モル部、及び化合物(M-2)30モル部をNMP170gに溶解し、60℃で8時間反応を行うことにより、ポリアミック酸である重合体(PI-2)を20質量%含有する溶液を得た。この溶液粘度は39mPa・sであった。
[合成例2-11、2-16~2-19]
重合に使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミンの種類及び量を表1に記載のとおり変更した点以外は合成例2-2と同様に重合を行い、ポリアミック酸である重合体(PI-11)、(PI-16)~(PI-19)をそれぞれ得た。
重合に使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミンの種類及び量を表1に記載のとおり変更した点以外は合成例2-2と同様に重合を行い、ポリアミック酸である重合体(PI-11)、(PI-16)~(PI-19)をそれぞれ得た。
3.付加重合体の合成
[合成例3-1]
窒素下、100mL二口フラスコに、重合モノマーとして、化合物(E-1)30モル部、化合物(E-4)20モル部、化合物(E-5)20モル部、及び化合物(M-10)30モル部、ラジカル重合開始剤として2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)を重合モノマー100モル部に対して2モル部、並びに溶媒としてテトラヒドロフラン50mlを加え、70℃で6時間重合した。なお、重合反応は、重合モノマーの総モル数を50mmolとして行った。n-ヘキサンに再沈殿した後、沈殿物を濾過し、室温で8時間真空乾燥することで目的の重合体(ACR-1)を得た。GPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは47700、分子量分布Mw/Mnは2.0であった。
[合成例3-1]
窒素下、100mL二口フラスコに、重合モノマーとして、化合物(E-1)30モル部、化合物(E-4)20モル部、化合物(E-5)20モル部、及び化合物(M-10)30モル部、ラジカル重合開始剤として2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)を重合モノマー100モル部に対して2モル部、並びに溶媒としてテトラヒドロフラン50mlを加え、70℃で6時間重合した。なお、重合反応は、重合モノマーの総モル数を50mmolとして行った。n-ヘキサンに再沈殿した後、沈殿物を濾過し、室温で8時間真空乾燥することで目的の重合体(ACR-1)を得た。GPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは47700、分子量分布Mw/Mnは2.0であった。
[合成例3-2]
重合モノマーを表2に示す種類及びモル比とした以外は合成例3-1と同様に重合を行い、重合体(ACR-1)と同等の重量平均分子量及び分子量分布の重合体(ACR-2)を得た。なお、重合モノマーの総モル数は、合成例3-1と同様に50mmolとした。表2中の数値は、重合体の合成に使用した全モノマーに対する各モノマーの仕込み量(モル%)を表す。
重合モノマーを表2に示す種類及びモル比とした以外は合成例3-1と同様に重合を行い、重合体(ACR-1)と同等の重量平均分子量及び分子量分布の重合体(ACR-2)を得た。なお、重合モノマーの総モル数は、合成例3-1と同様に50mmolとした。表2中の数値は、重合体の合成に使用した全モノマーに対する各モノマーの仕込み量(モル%)を表す。
4.ポリオルガノシロキサンの合成
[合成例4-1]
1000ml三口フラスコに、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90.0g、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を滴下漏斗から30分かけて滴下した後、還流下で混合しつつ、80℃で6時間反応を行った。反応終了後、有機層を取り出し、これを0.2質量%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した。メチルイソブチルケトンを適量添加し、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンである重合体(ESSQ-1)の50質量%溶液を得た。
500ml三口フラスコに、化合物(C-1)18.68g(重合体(ESSQ-1)が有するエポキシ基量に対して30モル%)、テトラブチルアンモニウムブロミド4.00g、重合体(ESSQ-1)含有溶液80g、及びメチルイソブチルケトン294gを加え、90℃で18時間撹拌した。室温まで冷却した後、蒸留水で分液洗浄操作を10回繰り返した。その後、有機層を回収し、ロータリーエバポレーターにより濃縮とNMP希釈を2回繰り返した後、NMPを用いて固形分濃度が10質量%になるように調整し、重合体(PS-1)のNMP溶液を得た。
[合成例4-1]
1000ml三口フラスコに、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90.0g、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を滴下漏斗から30分かけて滴下した後、還流下で混合しつつ、80℃で6時間反応を行った。反応終了後、有機層を取り出し、これを0.2質量%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した。メチルイソブチルケトンを適量添加し、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンである重合体(ESSQ-1)の50質量%溶液を得た。
500ml三口フラスコに、化合物(C-1)18.68g(重合体(ESSQ-1)が有するエポキシ基量に対して30モル%)、テトラブチルアンモニウムブロミド4.00g、重合体(ESSQ-1)含有溶液80g、及びメチルイソブチルケトン294gを加え、90℃で18時間撹拌した。室温まで冷却した後、蒸留水で分液洗浄操作を10回繰り返した。その後、有機層を回収し、ロータリーエバポレーターにより濃縮とNMP希釈を2回繰り返した後、NMPを用いて固形分濃度が10質量%になるように調整し、重合体(PS-1)のNMP溶液を得た。
<液晶配向剤の調製及び評価>
[実施例1]
(1)液晶配向剤(AL-1)の調製
合成例2-1で得た重合体(PI-1)100質量部に、合成例4-1で得た重合体(PS-1)5質量部、架橋剤として化合物(Add-1)10質量部、並びに溶剤としてNMP及びブチルセロソルブ(BC)を加え、溶剤組成がNMP/BC=50/50(質量比)、固形分濃度が4.0質量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより液晶配向剤(AL-1)を調製した。
[実施例1]
(1)液晶配向剤(AL-1)の調製
合成例2-1で得た重合体(PI-1)100質量部に、合成例4-1で得た重合体(PS-1)5質量部、架橋剤として化合物(Add-1)10質量部、並びに溶剤としてNMP及びブチルセロソルブ(BC)を加え、溶剤組成がNMP/BC=50/50(質量比)、固形分濃度が4.0質量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより液晶配向剤(AL-1)を調製した。
(2)液晶組成物の調製
ネマチック液晶(メルク社製、MLC-6608)10gに対し、下記式(L1-1)で表される液晶性化合物を5質量%、及び下記式(L2-1)で表される光重合性化合物を0.3質量%添加して混合し、液晶組成物LC1を得た。
ネマチック液晶(メルク社製、MLC-6608)10gに対し、下記式(L1-1)で表される液晶性化合物を5質量%、及び下記式(L2-1)で表される光重合性化合物を0.3質量%添加して混合し、液晶組成物LC1を得た。
(3)PSA型液晶表示素子の製造
上記で調製した液晶配向剤(AL-1)を、スリット状にパターニングされたITO電極からなる導電膜をそれぞれ有するガラス基板2枚の各電極面上に、液晶配向膜印刷機(日本写真印刷(株)製)を用いて塗布し、80℃のホットプレート上で2分間加熱(プレベーク)して溶媒を除去した後、230℃のホットプレート上で30分間加熱(ポストベーク)して、平均膜厚100nmの塗膜を形成した。これら塗膜につき、超純水中で1分間超音波洗浄を行った後、100℃クリーンオーブン中で10分間乾燥することにより、液晶配向膜を有する基板を一対(2枚)得た。なお、使用した電極のパターンは、PSAモードにおける電極パターンと同種のパターンである。
次いで、上記一対の基板のうち一方の基板の液晶配向膜を有する面の外縁に、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、液晶配向膜面が相対するように重ね合わせて圧着し、接着剤を硬化した。次いで、液晶注入口より一対の基板間に、上記で調製した液晶組成物LC1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。その後、液晶セルの導電膜間に周波数60Hzの交流10Vを印加し、液晶が駆動している状態で、光源にメタルハライドランプを使用した紫外線照射装置を用いて、100,000J/m2の照射量にて紫外線を照射した。なお、この照射量は、波長365nm基準で計測される光量計を用いて測定した値である。その後、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PSA型液晶表示素子を製造した。
上記で調製した液晶配向剤(AL-1)を、スリット状にパターニングされたITO電極からなる導電膜をそれぞれ有するガラス基板2枚の各電極面上に、液晶配向膜印刷機(日本写真印刷(株)製)を用いて塗布し、80℃のホットプレート上で2分間加熱(プレベーク)して溶媒を除去した後、230℃のホットプレート上で30分間加熱(ポストベーク)して、平均膜厚100nmの塗膜を形成した。これら塗膜につき、超純水中で1分間超音波洗浄を行った後、100℃クリーンオーブン中で10分間乾燥することにより、液晶配向膜を有する基板を一対(2枚)得た。なお、使用した電極のパターンは、PSAモードにおける電極パターンと同種のパターンである。
次いで、上記一対の基板のうち一方の基板の液晶配向膜を有する面の外縁に、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、液晶配向膜面が相対するように重ね合わせて圧着し、接着剤を硬化した。次いで、液晶注入口より一対の基板間に、上記で調製した液晶組成物LC1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。その後、液晶セルの導電膜間に周波数60Hzの交流10Vを印加し、液晶が駆動している状態で、光源にメタルハライドランプを使用した紫外線照射装置を用いて、100,000J/m2の照射量にて紫外線を照射した。なお、この照射量は、波長365nm基準で計測される光量計を用いて測定した値である。その後、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PSA型液晶表示素子を製造した。
(4)プレチルト角の評価
上記(2)で製造した液晶表示素子につき、非特許文献(T. J. Scheffer et. al. J. Appl. Phys. vo. 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測定した液晶分子の基板面からの傾き角の値をプレチルト角とした。このとき、プレチルト角が88.5度以下の場合に「良好(○)」、88.5度よりも大きく89.0度未満の場合に「可(△)」、89.0°以上の場合に「不良(×)」とした。その結果、この実施例では「良好(○)」の評価であった。
上記(2)で製造した液晶表示素子につき、非特許文献(T. J. Scheffer et. al. J. Appl. Phys. vo. 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測定した液晶分子の基板面からの傾き角の値をプレチルト角とした。このとき、プレチルト角が88.5度以下の場合に「良好(○)」、88.5度よりも大きく89.0度未満の場合に「可(△)」、89.0°以上の場合に「不良(×)」とした。その結果、この実施例では「良好(○)」の評価であった。
(5)狭線密着性の評価
液晶配向剤(AL-1)を、ガラス基板上にスピンナーを用いて塗布し、80℃のホットプレートで2分間プレベークを行った後、庫内を窒素置換した230℃のオーブンで30分加熱(ポストベーク)することにより、平均膜厚0.10μmの塗膜を形成した。これと同様の操作を繰り返すことにより、塗膜が形成されたガラス基板を2枚作製した。塗膜を形成した1枚のガラス基板の塗膜上に、ODFシール剤(積水化学社製、S-WB42)を幅が0.5mm(すなわち、シール幅0.5mm)になるように塗布し、もう一枚のガラス基板の塗膜とODFシール剤とが接触するように貼り合わせた。その後、メタルハライドランプを用いて30,000J/m2(365nm換算)の光を照射した後、120℃のオーブンで1時間加熱した。その後、今田製作所の引張圧縮試験機(型番:SDWS-0201-100SL)を用いて密着力を測定することにより狭線密着性を評価した。評価は、密着力が175N/cm2以上であった場合を「特に良好(◎)」、密着力が160N/cm2以上175N/cm2未満であった場合を「良好(○)」、150N/cm2以上160N/cm2未満であった場合を「可(△)」、150N/cm2未満であった場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例では密着力180N/cm2であり、狭線密着性は「特に良好(◎)」の評価であった。
液晶配向剤(AL-1)を、ガラス基板上にスピンナーを用いて塗布し、80℃のホットプレートで2分間プレベークを行った後、庫内を窒素置換した230℃のオーブンで30分加熱(ポストベーク)することにより、平均膜厚0.10μmの塗膜を形成した。これと同様の操作を繰り返すことにより、塗膜が形成されたガラス基板を2枚作製した。塗膜を形成した1枚のガラス基板の塗膜上に、ODFシール剤(積水化学社製、S-WB42)を幅が0.5mm(すなわち、シール幅0.5mm)になるように塗布し、もう一枚のガラス基板の塗膜とODFシール剤とが接触するように貼り合わせた。その後、メタルハライドランプを用いて30,000J/m2(365nm換算)の光を照射した後、120℃のオーブンで1時間加熱した。その後、今田製作所の引張圧縮試験機(型番:SDWS-0201-100SL)を用いて密着力を測定することにより狭線密着性を評価した。評価は、密着力が175N/cm2以上であった場合を「特に良好(◎)」、密着力が160N/cm2以上175N/cm2未満であった場合を「良好(○)」、150N/cm2以上160N/cm2未満であった場合を「可(△)」、150N/cm2未満であった場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例では密着力180N/cm2であり、狭線密着性は「特に良好(◎)」の評価であった。
(6)長期熱信頼性の評価
基板の外側両面に偏光板を貼り合わせなかった点以外は上記(3)と同様の操作を行い、PSA型液晶セルを製造した。このPSA型液晶セルにつき、5Vの電圧を60マイクロ秒の印加時間、167ミリ秒のスパンで印加した後、印加解除から167ミリ秒後の電圧保持率を測定した。測定装置には(株)東陽テクニカ製VHR-1を使用した。
また、得られた液晶セルを100℃の恒温槽に21日間(約500時間)保管した後、電圧保持率を再度測定した。100℃の恒温槽での保管による電圧保持率の低下値(液晶セル製造後の電圧保持率(%)-恒温槽保管後の電圧保持率(%))により、液晶セルの長期熱信頼性(すなわち、長期の高温環境下での使用にも耐え得る信頼性)を評価した。評価は、電圧保持率の低下値が15%未満の場合に「特に良好(◎)」、15%以上25%未満の場合に「良好(○)」、25%以上40%未満の場合に「可(△)」、40%以上の場合に「不良(×)」とした。その結果、この例では「良好(○)」の評価であった。
基板の外側両面に偏光板を貼り合わせなかった点以外は上記(3)と同様の操作を行い、PSA型液晶セルを製造した。このPSA型液晶セルにつき、5Vの電圧を60マイクロ秒の印加時間、167ミリ秒のスパンで印加した後、印加解除から167ミリ秒後の電圧保持率を測定した。測定装置には(株)東陽テクニカ製VHR-1を使用した。
また、得られた液晶セルを100℃の恒温槽に21日間(約500時間)保管した後、電圧保持率を再度測定した。100℃の恒温槽での保管による電圧保持率の低下値(液晶セル製造後の電圧保持率(%)-恒温槽保管後の電圧保持率(%))により、液晶セルの長期熱信頼性(すなわち、長期の高温環境下での使用にも耐え得る信頼性)を評価した。評価は、電圧保持率の低下値が15%未満の場合に「特に良好(◎)」、15%以上25%未満の場合に「良好(○)」、25%以上40%未満の場合に「可(△)」、40%以上の場合に「不良(×)」とした。その結果、この例では「良好(○)」の評価であった。
(7)高温高湿耐性の評価
上記(3)の方法により製造したPSA型液晶表示素子を、60℃、湿度90%に設定されたオーブンで300時間保管した後、上記(6)と同様にして電圧保持率を測定した。この値をVHR2とし、60℃、湿度90%の高温高湿条件下で保管する前に測定した電圧保持率をVHR1として、VHR2からVHR1を差し引くことにより電圧保持率の減少量ΔVHRを求め、ΔVHRにより高温高湿耐性を評価した。ΔVHRが5%未満であった場合を「特に良好(◎)」、5%以上10%未満であった場合を「良好(○)」、10%以上20%未満であった場合を「可(△)」、20%以上であった場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例では、「特に良好(◎)」であった。
上記(3)の方法により製造したPSA型液晶表示素子を、60℃、湿度90%に設定されたオーブンで300時間保管した後、上記(6)と同様にして電圧保持率を測定した。この値をVHR2とし、60℃、湿度90%の高温高湿条件下で保管する前に測定した電圧保持率をVHR1として、VHR2からVHR1を差し引くことにより電圧保持率の減少量ΔVHRを求め、ΔVHRにより高温高湿耐性を評価した。ΔVHRが5%未満であった場合を「特に良好(◎)」、5%以上10%未満であった場合を「良好(○)」、10%以上20%未満であった場合を「可(△)」、20%以上であった場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例では、「特に良好(◎)」であった。
[実施例2~13及び比較例1~4]
配合組成を表3に示すとおり変更した点以外は実施例1と同じ溶剤組成及び固形分濃度で液晶配向剤(AL-2)~(AL-9)、(AR-1)~(AR-4)をそれぞれ調製した。また、各液晶配向剤を用いて、実施例1と同様にしてPSA型液晶表示素子を製造し、各種評価を行った。評価結果を表3に示す。なお、表3中、重合体及び架橋剤の部数は質量部を表す。
配合組成を表3に示すとおり変更した点以外は実施例1と同じ溶剤組成及び固形分濃度で液晶配向剤(AL-2)~(AL-9)、(AR-1)~(AR-4)をそれぞれ調製した。また、各液晶配向剤を用いて、実施例1と同様にしてPSA型液晶表示素子を製造し、各種評価を行った。評価結果を表3に示す。なお、表3中、重合体及び架橋剤の部数は質量部を表す。
以上の実施例の結果から分かるように、重合体(P)を含有する実施例1~13の液晶配向剤は、プレチルト角特性、狭線密着性、長期熱信頼性及び高温高湿耐性がバランス良く改善された。特に、上記式(1)中のR1及びR2に置換基を有する重合体(P)を用いた実施例1、4~13は、高温高湿耐性が「特に良好」の評価であり、優れていた。
これに対し、重合体(P)を含有しない比較例1~4は、狭線密着性、長期熱信頼性及び高温高湿耐性が実施例1~13よりも劣っていた。また、比較例3、4は、プレチルト角特性についても実施例1~13より劣っていた。なお、重合体(P)に代えて、クロマノン構造を有するが置換基部分が異なる重合体(PI-12)、(PI-13)、(ACR-2)を用いた比較例1~3において、狭線密着性や長期熱信頼性、高温高湿耐性が十分でなかった理由としては、重合体(PI-12)、(PI-13)、(ACR-2)は、実施例1~13で用いた重合体(PI-1)~(PI-8)、(PI-14)~(PI-17)、(ACR-1)に比べて側鎖構造が大きく、このため、膜密度や側鎖の絡み合いが低下したことに起因するものと推測される。
Claims (13)
- 前記重合体(P)は、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリアミック酸エステル、ポリアミド、ポリオルガノシロキサン及び付加重合体よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記重合体(P)は、上記式(1)で表される部分構造を有するジアミンに由来する構造単位を含む、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 上記式(1)で表される部分構造を有しない重合体を更に含有する、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記重合体(P)は、窒素含有複素環、アミノ基、保護されたアミノ基、アミド基、保護されたアミド基、ウレア基及び保護されたウレア基よりなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造を有する単量体に由来する構造単位を含む、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記重合体(P)は、炭素数4~30のアルキル基、炭素数4~30のハロゲン化アルキル基、炭素数4~30のアルコキシ基、炭素数4~30のハロゲン化アルコキシ基、2個以上の環が直接又は2価の連結基により結合してなる多環構造を有する基、及びステロイド骨格を有する基よりなる群から選択される少なくとも1種を側鎖に有し、かつ上記式(1)で表される部分構造を有しない単量体に由来する構造単位を含む、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜。
- 請求項8に記載の液晶配向膜を具備する液晶素子。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の液晶配向剤を、導電膜を有する一対の基板における各導電膜上に塗布し、塗膜を形成する工程と、
前記塗膜を形成した一対の基板を、液晶層を介して前記塗膜が対向するように配置して液晶セルを構築する工程と、
前記導電膜間に電圧を印加した状態で前記液晶セルに光照射する工程と、を含む、液晶素子の製造方法。 - 下記式(2-2)で表されるジアミン。
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