JP2024022213A - 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】置換されたシクロブタンテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を原料に用いて得られるポリイミド液晶配向膜においても、高い機械強度を有する液晶配向膜が得られる液晶配向剤、該液晶配向膜、及び該液晶配向膜を用いた液晶表示素子を提供する。【解決手段】式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体を含有する液晶配向剤。(R及びZはそれぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基を表す。)JPEG2024022213000054.jpg66147【選択図】図1
Description
本発明は、液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子に関する。
液晶表示装置は、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、携帯電話、テレビジョン等の表示部として幅広く用いられている。液晶表示装置は、通常、表示素子基板とカラーフィルタ基板との間に挟持された液晶層、液晶層に電界を印加する画素電極及び共通電極、液晶層の液晶分子の配向性を制御する配向膜、画素電極に供給される電気信号をスイッチングする薄膜トランジスタ(TFT)等を備えている。液晶分子の駆動方式としては、TN方式、VA方式等の縦電界方式や、IPS(In Plane Switching)駆動方式、FFS(FringeField Switching)駆動方式等の横電界方式が知られている。
工業的に最も普及している液晶配向膜は、電極基板上に形成された、ポリアミック酸及び/又はこれをイミド化したポリイミドからなる膜の表面を、綿、ナイロン、ポリエステル等の布で一方向に擦る、いわゆるラビング処理を行うことで作製されている。ラビング処理は、簡便で生産性に優れた工業的に有用な方法である。しかし、液晶表示素子の高性能化、高精細化、大型化に伴い、ラビング処理で発生する配向膜の表面の傷、発塵、機械的な力や静電気による影響、更には、配向処理面内の不均一性等の種々の問題が明らかとなっている。ラビング処理に代わる配向処理方法としては、偏光された放射線を照射することにより、液晶配向能を付与する光配向法が知られている。光配向法は、光異性化反応を利用したもの、光架橋反応を利用したもの、光分解反応を利用したもの等が提案されている(例えば、非特許文献1、特許文献1、2参照)。
近年では、高精細なタブレットPCやカーナビゲーションといった小型の表示端末が主体となり、液晶表示素子に対する高品質化の要求は従来よりも増してさらに高まっている。特に、カーナビゲーションなどの車載用途の液晶表示素子の信頼性試験として、パネルの振動試験を実施することがある。この振動試験では、輝点などの不良が発生しないことが求められる。振動試験後に不良が発生しない液晶表示素子を得るために、例えば液晶配向膜の機械強度を高める方法が考えられる。
近年では、高精細なタブレットPCやカーナビゲーションといった小型の表示端末が主体となり、液晶表示素子に対する高品質化の要求は従来よりも増してさらに高まっている。特に、カーナビゲーションなどの車載用途の液晶表示素子の信頼性試験として、パネルの振動試験を実施することがある。この振動試験では、輝点などの不良が発生しないことが求められる。振動試験後に不良が発生しない液晶表示素子を得るために、例えば液晶配向膜の機械強度を高める方法が考えられる。
「機能材料」、1997年11月号、Vol.17、 No.11、13~22ページ
本発明者が検討したところ、置換されたシクロブタンテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を原料に用いて得られる従来のポリイミド液晶配向膜では、将来のさらなる機械強度特性の向上の要求まで考慮すると、高いレベルの要求に応えられるものが必ずしも得られないことが明らかとなった。
そこで、本発明は、上記事情を鑑みて、置換されたシクロブタンテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を原料に用いて得られるポリイミド液晶配向膜においても、高い機械強度を有する液晶配向膜を得ることのできる液晶配向剤、該液晶配向膜、及び該液晶配向膜を用いた液晶表示素子を提供することを目的とする。
本発明者は、鋭意研究を進めたところ、特定の成分を含有する液晶配向剤を使用することにより、上記課題を解決可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、具体的には、下記の態様を有するものである。
下記式(1)で表される繰り返し単位(a1)を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(A)を含有することを特徴とする液晶配向剤。
(R及びZはそれぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基を表す。)
なお、本明細書全体を通して、以下の用語及び略号の意味は、それぞれ、以下のとおりである。ハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などである。
*は、いずれも場合も、結合手を表す。また、Bocは、tert-ブトキシカルボニル基を表し、Fmocは、9-フルオレニルメトキシカルボニル基を表す。
なお、本明細書全体を通して、以下の用語及び略号の意味は、それぞれ、以下のとおりである。ハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などである。
*は、いずれも場合も、結合手を表す。また、Bocは、tert-ブトキシカルボニル基を表し、Fmocは、9-フルオレニルメトキシカルボニル基を表す。
本発明によれば、置換されたシクロブタンテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を原料に用いて得られるポリイミド液晶配向膜においても、高い機械強度を有する液晶配向膜が得られる液晶配向剤、該液晶配向膜、及び該液晶配向膜を用いた液晶表示素子を提供することができる。
本発明の上記効果が得られるメカニズムは必ずしも明らかではないが、以下に述べることが一因と考えられる。置換基が少ないほど立体障害が小さく、分子間の相互作用を阻害しないため、上記効果が得られたと考えられる。
<重合体(A)>
本発明の液晶配向剤は、下記式(1)で表される繰り返し単位(a1)を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(A)を含有する。尚、重合体(A)は1種類又は2種類以上で構成されてもよい。
本発明の液晶配向剤は、下記式(1)で表される繰り返し単位(a1)を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(A)を含有する。尚、重合体(A)は1種類又は2種類以上で構成されてもよい。
R及びZはそれぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基を表す。
上記式(1)におけるR、Zにおける1価の有機基としては、炭素数1~20の1価の炭化水素基、該炭化水素基のメチレン基を-O-、-S-、-CO-、-COO-、-COS-、-NR3-、-CO-NR3-、-Si(R3)2-(但し、R3は、水素原子又は炭素数1~10の1価の炭化水素基であり、R3が複数ある場合、各R3は同一であっても良く、異なっていても良い。)、-SO2-等で置き換えてなる1価の基A、かかる1価の炭化水素基若しくは1価の基Aの炭素原子に結合する水素原子の少なくとも1個をハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、ヒドロキシ基、アルコキシ基、ニトロ基、アミノ基、メルカプト基、ニトロソ基、アルキルシリル基、アルコキシシリル基、シラノール基、スルフィノ基、ホスフィノ基、カルボキシ基、シアノ基、スルホ基、アシル基等で置換してなる1価の基、複素環を有する1価の基、等が挙げられる。上記式(1)におけるR、Zにおける1価の有機基としては、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~10のアルケニル基、炭素数2~10のアルキニル基、Boc、又はFmocが好ましく、炭素数1~3のアルキル基が更に好ましく、メチル基がより一層好ましい。
R及びZは、本発明の効果を好適に得る観点から、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~3のアルキル基が好ましく、水素原子又はメチル基がより好ましい。
上記重合体(A)は、本発明の効果を好適に得る観点から、上記式(1)で表される繰り返し単位(a1)とともに、更に下記式(2)で表される繰り返し単位(a2)を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体であってもよい。尚、繰り返し単位(a2)は、1種類又は2種類以上で構成されてもよい。
上記式(2)中、R、及びZは、上記式(1)における場合と同義である。Y2は下記式(O)で表される2価の有機基を表す。
上記式(O)中、Arは、それぞれ独立して、ベンゼン環、ビフェニル構造、又はナフタレン環を表す。Arの環上の任意の水素原子は、ハロゲン原子又は1価の有機基で置き換えられてもよい。Q2は-(CH2)n-(nは2~18である。)、又はかかる-(CH2)n-の一部を-O-、-C(=O)-又は-O-C(=O)-のいずれかで置き換えた基を表す。
上記式(O)中、上記ハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。上記1価の有機基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などの炭素数1~3のアルキル基;ビニル基、プロペニル基、ブテニル基などの炭素数2~3のアルケニル基;エチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基などの炭素数2~3のアルキニル基;フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロプロピル基などのフッ素原子を含有する炭素数1~3の1価の有機基等が挙げられる。
上記式(O)で表される2価の有機基としては、液晶配向性を高める観点から、下記式(o-1)~(o-15)のいずれかで表される2価の有機基が好ましい。式(o-10)中、mは2が好ましい。(o-14)中、mは0又は2がより好ましい。
(式(o-14)~(o-15)中、2つのmは、それぞれ独立している。)
上記重合体(A)は、本発明の効果を好適に得る観点から、上記式(1)で表される繰り返し単位(a1)、又は上記繰り返し単位(a1)及び上記式(2)で表される繰り返し単位(a2)とともに、更に、下記式(2’)で表される繰り返し単位(a2’)及び下記式(3)で表される繰り返し単位(a3)よりなる群から選ばれる少なくとも一つを有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体であってもよい。
上記重合体(A)は、本発明の効果を好適に得る観点から、上記式(1)で表される繰り返し単位(a1)、又は上記繰り返し単位(a1)及び上記式(2)で表される繰り返し単位(a2)とともに、更に、下記式(2’)で表される繰り返し単位(a2’)及び下記式(3)で表される繰り返し単位(a3)よりなる群から選ばれる少なくとも一つを有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体であってもよい。
上記式(2’)及び式(3)中、X2’及びX3は4価の有機基を表し、Y2’は下記式(O2)で表される2価の有機基を表し、Y3は、基「-N(D)-(Dはカルバメート系保護基を表す。)」を分子内に有し、Dを除く炭素数が6~30の2価の有機基を表す。R、及びZは、上記式(1)における場合と同義である。
上記式(O2)中、mは0~2の整数であり、Ar2’は、非置換又は置換のベンゼン環を表す。但し、mが0の場合、Ar2’は非置換のベンゼン環を表し、mが1~2の場合、Ar2’は、それぞれ独立して、非置換のベンゼン環、又は該ベンゼン環上の任意の水素原子が、ハロゲン原子若しくは1価の有機基(例えば、炭素数1~3のアルキル基、炭素数2~3のアルケニル基、炭素数2~3のアルキニル基、フッ素原子を含有する炭素数1~3の1価の有機基等)で置き換えられたベンゼン環を表す。Q2’は単結合、又は-O-を表す。Ar2’、Q2’が複数存在する場合、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記式(O2)で表される2価の有機基としては、本発明の効果を好適に得る観点から下記式(o2-1)~(o2-12)のいずれかで表される2価の有機基が好ましい。
上記式(3)におけるY3のDはカルバメート系保護基を表し、カルバメート系保護基としては、例えば、Boc又はFmocが挙げられる。上記Y3の具体例としては、下記式(Dx)で表される2価の有機基が挙げられる。
上記式(Dx)中、Q5は単結合、-(CH2)n-(nは1~20である)、又は該-(CH2)n-の任意の-CH2-が-O-、-Si(CH3)2-、-COO-、-OCO-、-NQ9-、-NQ9-CO-、-CO-NQ9-、-NQ9-CO-NQ10-、-NQ9-COO-又は-O-COO-、で置き換えられた基であり、Q9及びQ10はそれぞれ独立して水素原子又は1価の有機基を表す。
Q6及びQ7は、それぞれ独立して、-H、-NHD、-N(D)2、-NHDを有する基、又は-N(D)2を有する基を表す。但し、m=0の場合、Q6はカルバメート系保護基を有し、m=1の場合、Q5、Q6及びQ7の少なくとも一つは基中にカルバメート系保護基を有する。また、Q6、Q7において、-NHDを有する基、又は-N(D)2を有する基を表す場合、Dを除くQ6、Q7の好ましい炭素数は1~10であり、より好ましくは1~8である。
上記Q9及びQ10の1価の有機基としては、炭素数1~3のアルキル基、炭素数2~3のアルケニル基、炭素数2~3のアルキニル基、フッ素原子を含有する炭素数1~3の1価の有機基、Boc又はFmocが挙げられる。炭素数1~3のアルキル基、炭素数2~3のアルケニル基、炭素数2~3のアルキニル基、フッ素原子を含有する炭素数1~3の1価の有機基の具体例として上記式(O)で例示した1価の有機基と同様の構造が挙げられる。
Y3の好ましい具体例としては、本発明の効果を好適に得る観点から、下記式(Y3-1)~(Y3-9)のいずれかで表される2価の有機基が挙げられる。
上記式(2’)、式(3)におけるX2’、X3としては、下記式(g)で表される4価の有機基の他、下記式(X-1)~(X-25)のいずれかで表される4価の有機基、芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する4価の有機基等が挙げられる。本発明の効果を好適に得る観点から、X2’及びX3は、下記式(g)で表される4価の有機基であることがより好ましく、更に好ましくは、R1及びR4がメチル基であり、且つ、R2及びR3が水素原子である(g)で表される4価の有機基である。
(R1~R4はそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数2~6のアルキニル基、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基、又はフェニル基を表し、R1~R4の少なくとも一つは上記定義中の水素原子以外の基を表す。)
上記式(g)のR1~R4における炭素数1~6のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基等が挙げられる。上記R1~R4における炭素数2~6のアルケニル基の具体例としては、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基等が挙げられ、これらは直鎖状でも分岐状でもよい。上記R1~R4における炭素数2~6のアルキニル基の具体例としては、エチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基、1-ブチニル基、2-ブチニル基、3-ブチニル基等が挙げられる。上記R1~R4における、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基としては、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロプロピル基等が挙げられる。
上記芳香族テトラカルボン酸二無水物とは、ベンゼン環、ナフタレン環等の芳香環に結合するカルボキシ基が分子内脱水することにより得られる酸二無水物である。具体例を挙げると、下記式(Xa-1)~(Xa-2)のいずれかで表される4価の有機基、下記式(Xr-1)~(Xr-7)のいずれかで表される4価の有機基を挙げることができる。
(x及びyは、それぞれ独立に、単結合、エーテル、カルボニル、エステル、炭素数1~10のアルカンジイル基、1,4-フェニレン、スルホニル又はアミド結合である。j及びkは、0又は1である。)
上記式(Xa-1)若しくは(Xa-2)で表される4価の有機基は、下記式(Xa-3)~(Xa-19)のいずれかで表される構造でもよい。
上記重合体(A)は、上記繰り返し単位(a1)、繰り返し単位(a2)、繰り返し単位(a2’)、繰り返し単位(a3)以外に、下記式(4)で表される繰り返し単位(a4)を更に有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体であってもよい。
上記式(4)中、X4は4価の有機基を表し、Y4は2価の有機基を表す。R、Zは、それぞれ、上記式(1)におけるR、Zと同義である。但し、Y4は基「-N(D)-(Dはカルバメート系保護基を表す。)」を分子内に有し、Dを除く炭素数が6~30の2価の有機基及び上記式(O2)で表される2価の有機基以外の構造を表す。更にX4が上記式(g)で表される4価の有機基であって、R1及びR4がメチル基であり、且つ、R2及びR3が水素原子である4価の有機基と同義である場合は、Y4は2-メチル-1,4-フェニレン基、及び上記式(O)で表される2価の有機基以外の構造を表す。
X4の具体例としては、上記X2’で例示した4価の有機基が挙げられる。本発明の効果を好適に得る観点から、X4は、上記式(g)で表される4価の有機基、又は上記式(X-1)~(X-25)のいずれかで表される4価の有機基が好ましく、上記式(g)で表される4価の有機基であることがより好ましい。
Y4の2価の有機基の具体例としては、上記式(O)において例示される2価の有機基の他、以下に記載するジアミン由来の2価の有機基(ジアミンから2つのアミノ基を除いた2価の有機基)が挙げられる。
2,5-ジメチル-1,4-フェニレンジアミン、2-フルオロ-1,4-フェニレンジアミン、2-メトキシ-1,4-フェニレンジアミン、2,5-ジメトキシ-1,4-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン;下記式(g-1)~(g-9)で表されるジアミン等の光配向性基を有するジアミン;下記式(u-1)~(u-3)で表されるジアミン等のウレア結合を有するジアミン(但し、該ジアミンは分子内にカルバメート系保護基を有しない。);下記式(u-4)~(u-7)で表されるジアミン等のアミド結合を有するジアミン(但し、該ジアミンは分子内にカルバメート系保護基を有しない。);窒素原子含有複素環、第二級アミノ基及び第三級アミノ基よりなる群から選ばれる少なくとも一種の窒素原子含有構造(以下、窒素原子含有構造ともいう。但し、上記第二級アミノ基及び第三級アミノ基において、該アミノ基はカルバメート系保護基に結合しない。)を有するジアミン;2,4-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノベンジルアルコール、2,4-ジアミノベンジルアルコール、4,6-ジアミノレゾルシノール;2,4-ジアミノ安息香酸、2,5-ジアミノ安息香酸、3,5-ジアミノ安息香酸若しくは下記式(3b-1)~式(3b-4)で示されるジアミン化合物等のカルボキシ基を有するジアミン;4-(2-(メチルアミノ)エチル)アニリン、4-(2-アミノエチル)アニリン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、1-(4-アミノフェニル)-1,3,3-トリメチル-1H-インダン-5-アミン、1-(4-アミノフェニル)-2,3-ジヒドロ-1,3,3-トリメチル-1H-インデン-6-アミン;メタクリル酸2-(2,4-ジアミノフェノキシ)エチル、2,4-ジアミノ-N,N-ジアリルアニリン等の光重合性基を末端に有するジアミン;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、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及び3,6-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)コレスタン等のステロイド骨格を有するジアミン;下記式(V-1)~(V-6)で表されるジアミン;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のシロキサン結合を有するジアミン;下記式(Ox-1)、(Ox-2)等のオキサゾリン環構造を有するジアミン;1-(4-(2-(2,4-ジアミノフェノキシ)エトキシ)フェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノン、2-(4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノイル)フェノキシ)エチル-3,5-ジアミノベンゾエート、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジアミノベンゾフェノン等のラジカル重合開始剤機能を有するジアミン等のジアミン由来の2価の有機基、WO2018/117239号公報に記載の式(Y-1)~(Y-167)のいずれかで表される基。
上記式(3b-1)中、A1は単結合、-CH2-、-C2H4-、-C(CH3)2-、-CF2-、-C(CF3)2-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH3)-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-CON(CH3)-又は-N(CH3)CO-を示し、m1及びm2はそれぞれ独立して、0~4であり、かつm1及びm2の合計は1~4である。
上記式(3b-2)中、m3及びm4はそれぞれ独立して、1~5である。上記式(3b-3)中、A2は炭素数1~5の直鎖又は分岐アルキル基を示し、m5は1~5である。上記式(3b-4)中、A3及びA4はそれぞれ独立して、単結合、-CH2-、-C2H4-、-C(CH3)2-、-CF2-、-C(CF3)2-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH3)-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-CON(CH3)-又は-N(CH3)-CO-を示し、m6は1~4である。)、
上記式(V-1)~(V-6)中、Xv1~Xv4、Xp1~Xp2は、それぞれ独立に、-(CH2)a-(aは1~15である。)、-CONH-、-NHCO-、-CON(CH3)-、-NH-、-O-、-CH2O-、-CH2OCO-、-COO-、又は-OCO-を表し、Xv5は-O-、-CH2O-、-CH2OCO-、-COO-、又は-OCO-を表す。Xaは、単結合、-O-、-NH-、-O-(CH2)m-O-(mは1~6である。)、-C(CH3)2-、-CO-、-(CH2)m-(mは1~6である。)、-SO2-、-O-C(CH3)2-、-CO-(CH2)m-(mは1~6である。)、-NH-(CH2)m-(mは1~6である。)、-SO2-(CH2)m-(mは1~6を表す。)、-CONH-(CH2)m-(mは1~6である。)、-CONH-(CH2)m-NHCO-(mは1~6である。)、-COO-(CH2)m-OCO-(mは1~6である。)、-CONH-、-NH-(CH2)m-NH-(mは1~6を表す。)、又は-SO2-(CH2)m-SO2-(mは1~6である。)を示し、Rv1~Rv4、R1a~R1bは、それぞれ独立に、炭素数1~20のアルキル基、炭素数1~20のアルコキシ基又は炭素数2~20のアルコキシアルキル基を示す。kは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記窒素原子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。なかでも、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、カルバゾール又はアクリジンが好ましい。
窒素原子含有構造を有するジアミンが有していてもよい第二級アミノ基及び第三級アミノ基は、例えば、下記式(n)で表される。
上記式(n)において、Rは、水素原子又は炭素数1~10の1価の炭化水素基を表す。「*1」は、炭化水素基に結合する結合手を表す。上記式(n)中のRの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。Rは、好ましくは水素原子又はメチル基である。
窒素原子含有構造を有するジアミンの具体例としては、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、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、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、下記式(Dp-1)~(Dp-8)で表される化合物、又は下記式(z-1)~式(z-13)で表される化合物が挙げられる。
本発明の効果を好適に得る観点から、重合体(A)は、繰り返し単位(a1)と該繰り返し単位(a1)のイミド化構造単位との合計を全繰り返し単位の10~100モル%含むことが好ましく、15~100モル%含むことがより好ましい。なお、ここでの合計においては、繰り返し単位(a1)と繰り返し単位(a1)のイミド化構造単位とのいずれかが0モル%である場合も含まれる。以下においても合計という場合、構成単位要素の1又は2以上が0モル%である場合も含まれる。
重合体(A)が繰り返し単位(a1)及び繰り返し単位(a1)のイミド化構造単位以外の繰り返し単位を含む場合は、前記繰り返し単位(a1)と前記繰り返し単位(a1)のイミド化構造単位との合計を、全繰り返し単位の10~95モル%含むことが好ましい。重合体(A)は、繰り返し単位(a1)と繰り返し単位(a1)のイミド化構造と単位の合計を全繰り返し単位の95モル%以下含むことが好ましく、90モル%以下含むことがより好ましく、80モル%以下含むことが更に好ましい。また、重合体(A)は、繰り返し単位(a1)と繰り返し単位(a1)のイミド化構造単位の合計を全繰り返し単位の10モル%以上含むことが好ましく、15モル%以上含むことが好ましい。
本発明の効果を好適に得る観点から、重合体(A)は、繰り返し単位(a2)と繰り返し単位(a2)のイミド化構造単位との合計を全繰り返し単位の5モル%以上含むことが好ましく、10モル%以上含むことがより好ましく、20モル%以上含むことが更に好ましく、一方、90モル%以下含むことが好ましく、85モル%以下含むことがより好ましい。また、本発明の効果を好適に得る観点から、前記重合体(A)が、前記繰り返し単位(a2)と前記繰り返し単位(a2)のイミド化構造単位との合計を、全繰り返し単位の10~90モル%含むことが好ましい。
本発明の効果を好適に得る観点から、重合体(A)は、繰り返し単位(a1)、繰り返し単位(a2)、及びそれらのイミド化構造単位の合計が全繰り返し単位の10モル%以上であることが好ましく、20モル%以上であることがより好ましい。繰り返し単位(a1)、繰り返し単位(a2)、及びそれらのイミド化構造以外の繰り返し単位を含む場合は、繰り返し単位(a1)、繰り返し単位(a2)、及びそれらのイミド化構造単位の合計が95モル%以下であることが好ましく、90モル%以下であることが更に好ましい。
重合体(A)が繰り返し単位(a2’)と繰り返し単位(a2’)のイミド化構造単位との少なくともいずれかを含む場合、本発明の効果を好適に得る観点から、重合体(A)は繰り返し単位(a2’)と繰り返し単位(a2’)のイミド化構造単位との合計を、全繰り返し単位の1~50モル%含むことが好ましく、1~40モル%含むことがより好ましく、1~30モル%含むことが更に好ましい。重合体(A)が繰り返し単位(a1)及びそのイミド化構造単位の少なくともいずれかと繰り返し単位(a2)及びそのイミド化構造単位の少なくともいずれかとを含む場合は、繰り返し単位(a2’)と繰り返し単位(a2’)のイミド化構造単位との合計は、5モル%以上であることが好ましく、10モル%以上であることが更に好ましい。
重合体(A)は、本発明の効果を好適に得る観点から、繰り返し単位(a1)及びそのイミド化構造単位の少なくともいずれかと、繰り返し単位(a2)及びそのイミド化構造の少なくともいずれかと、繰り返し単位(a2’)及びそのイミド化構造単位の少なくともいずれかとを含み、繰り返し単位(a1)、繰り返し単位(a2)、繰り返し単位(a2’)、及びそれらのイミド化構造単位の合計が全繰り返し単位の30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い。重合体(A)が、繰り返し単位(a1)、繰り返し単位(a2)、繰り返し単位(a2’)、及びそれらのイミド化構造単位以外の繰り返し単位を含む場合は、繰り返し単位(a1)、繰り返し単位(a2)、繰り返し単位(a2’)、及びそれらのイミド化構造単位の合計が95モル%以下であることが好ましく、90モル%以下であることが更に好ましい。
重合体(A)が繰り返し単位(a3)と繰り返し単位(a3)のイミド化構造単位との少なくともいずれかを含む場合、本発明の効果を好適に得る観点から、重合体(A)は繰り返し単位(a3)と繰り返し単位(a3)のイミド化構造との合計を、全繰り返し単位の1~40モル%含むことが好ましく、1~30モル%含むことがより好ましく、1~25モル%含むことが更に好ましい。
重合体(A)は、繰り返し単位(a2’)、繰り返し単位(a3)、及びそれらのイミド化構造単位を含んでも良い。
重合体(A)が上記繰り返し単位(a4)及びそのイミド化構造単位の少なくともいずれかを含む場合、本発明の効果を好適に得る観点から、Y4が炭素数4以上の側鎖構造を有しない2価の有機基である、繰り返し単位(a4)及びそのイミド化構造単位の少なくともいずれかで構成されることが好ましい。
上記炭素数4以上の側鎖構造を有しない2価の有機基としては、上記その他のジアミンから、メタクリル酸2-(2,4-ジアミノフェノキシ)エチル、2,4-ジアミノ-N,N-ジアリルアニリン、上記ステロイド骨格を有するジアミン、上記式(V-1)~(V-6)で表されるジアミン、1-(4-(2,4-ジアミノフェノキシ)エトキシ)フェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノン、2-(4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノイル)フェノキシ)エチル-3,5-ジアミノベンゾエート、N-フェニル-3,6-ジアミノカルバゾール、(z-4)及び(z-6)で表されるジアミン等を除いたジアミンからなる群から選ばれるジアミン由来の2価の有機基が挙げられる。
重合体(A)が繰り返し単位(a4)と繰り返し単位(a4)のイミド化構造単位との少なくともいずれかを含む場合、本発明の効果を好適に得る観点から、重合体(A)は繰り返し単位(a4)と繰り返し単位(a4)のイミド化構造との合計を、全繰り返し単位の1~90モル%含むことが好ましく、5~70モル%含むことがより好ましく、10~30モル%含むことが更に好ましい。
重合体(A)は、本発明の効果を好適に得る観点から、R1及びR4がメチル基であり、R2及びR3が水素原子である上記式(g)で表される4価の有機基を有する繰り返し単位の合計が、重合体(A)が有するテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体に由来する4価の有機基を有する全繰り返し単位の、50モル%以上であることがより好ましく、80モル%以上であることがさらに好ましく、100モル%であることが最も好ましい。
<重合体(B)>
本発明の液晶配向剤は、上記重合体(A)以外に、上記繰り返し単位(a1)を分子内に有しない重合体(B)を含有してもよい。尚、重合体(B)は1種類又は2種類以上で構成されてもよい。本発明の効果を好適に得る観点から、重合体(B)としては、下記式(5)で表される繰り返し単位(b1)及び該繰り返し単位(b1)のイミド化構造単位からなる群から選ばれる少なくとも1つ繰り返し単位を有する重合体が挙げられ、下記式(5)で表される繰り返し単位(b1)を有するポリアミック酸をより好ましく用いることができる。また、重合体(B)を構成する繰り返し単位は1種類又は2種類以上で構成されてもよい。
重合体(A)は、本発明の効果を好適に得る観点から、R1及びR4がメチル基であり、R2及びR3が水素原子である上記式(g)で表される4価の有機基を有する繰り返し単位の合計が、重合体(A)が有するテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体に由来する4価の有機基を有する全繰り返し単位の、50モル%以上であることがより好ましく、80モル%以上であることがさらに好ましく、100モル%であることが最も好ましい。
<重合体(B)>
本発明の液晶配向剤は、上記重合体(A)以外に、上記繰り返し単位(a1)を分子内に有しない重合体(B)を含有してもよい。尚、重合体(B)は1種類又は2種類以上で構成されてもよい。本発明の効果を好適に得る観点から、重合体(B)としては、下記式(5)で表される繰り返し単位(b1)及び該繰り返し単位(b1)のイミド化構造単位からなる群から選ばれる少なくとも1つ繰り返し単位を有する重合体が挙げられ、下記式(5)で表される繰り返し単位(b1)を有するポリアミック酸をより好ましく用いることができる。また、重合体(B)を構成する繰り返し単位は1種類又は2種類以上で構成されてもよい。
上記式(5)中、X5は4価の有機基であり、Y5は、2価の有機基である。R、Zは、それぞれ上記式(1)におけるR、Zと同義である。
上記X5における4価の有機基としては、脂肪族テトカルボン酸二無水物に由来する4価の有機基、脂環式テトラカルボン酸二無水物に由来する4価の有機基又は芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する4価の有機基が挙げられ、具体例としては上記X4で例示した4価の有機基が挙げられる。本発明の効果を好適に得る観点において、上記脂肪族若しくは脂環式テトラカルボン酸二無水物は、なかでも液晶配向性を高める高い観点から、シクロブタン環構造、シクロペンタン環構造及びシクロヘキサン環構造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テトラカルボン酸二無水物が好ましい。より好ましいX5は、上記式(g)で表される4価の有機基、上記式(X-1)~(X-25)のいずれかで表される4価の有機基、上記式(Xa-1)~(Xa-2)で表される4価の有機基、又は上記式(Xr-1)~(Xr-7)で表される4価の有機基(これらを総称して特定の4価の有機基ともいう。)である。
重合体(B)は、本発明の効果を好適に得る観点において、X5が上記特定の4価の有機基である繰り返し単位を、重合体(B)に含まれる全繰り返し単位の5モル%以上含むことが好ましく、10モル%以上含むことがより好ましい。
上記Y5における2価の有機基としては、上記Y4で例示した2価の有機基が挙げられる。残留DC由来の残像が少ない観点から、重合体(B)としては、Y5が、上記ウレア結合を有するジアミン、上記アミド結合を有するジアミン、上記窒素原子含有構造を有するジアミン、2,4-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノベンジルアルコール、2,4-ジアミノベンジルアルコール、4,6-ジアミノレゾルシノール、上記カルボキシ基を有するジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、p-フェニレンジアミン、又はm-フェニレンジアミン由来の2価の有機基(これらを総称して特定の2価の有機基ともいう。)である繰り返し単位を含む重合体であることが好ましい。
重合体(B)は、透過率を高める観点から、上記式(5)で表される繰り返し単位を2種類以上有し、上記ウレア結合を有するジアミン、上記アミド結合を有するジアミン、又は上記窒素原子含有構造を有するジアミン由来の2価の有機基であるY5を有する繰り返し単位と、それ以外のジアミン由来の2価の有機基であるY5を有する繰り返し単位と、を含むことがより好ましい。
重合体(B)は、残留DC由来の残像が少ない観点において、Y5が上記特定の2価の有機基である繰り返し単位を、重合体(B)に含まれる全繰り返し単位の1モル%以上、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10モル%以上、更に好ましくは20モル%以上含んでもよい、
残留DC由来の残像が少ない観点において、重合体(A)と重合体(B)の含有割合(重合体(A)/重合体(B)の質量比)は10/90~90/10が好ましく、20/80~90/10がより好ましく、20/80~80/20が更に好ましい。
<重合体(A)及び重合体(B)の製造方法>
本発明における重合体(A)及び重合体(B)であるポリイミド前駆体である、ポリアミック酸エステル、ポリアミック酸、及びこれらのイミド化物であるポリイミドは、例えば、WO2013/157586号公報に記載されるような既知の方法で合成できる。
残留DC由来の残像が少ない観点において、重合体(A)と重合体(B)の含有割合(重合体(A)/重合体(B)の質量比)は10/90~90/10が好ましく、20/80~90/10がより好ましく、20/80~80/20が更に好ましい。
<重合体(A)及び重合体(B)の製造方法>
本発明における重合体(A)及び重合体(B)であるポリイミド前駆体である、ポリアミック酸エステル、ポリアミック酸、及びこれらのイミド化物であるポリイミドは、例えば、WO2013/157586号公報に記載されるような既知の方法で合成できる。
具体的には、ジアミン成分と、テトラカルボン酸誘導体成分と、を溶媒中で(縮重合)反応させることにより合成される。上記テトラカルボン酸誘導体成分としては、テトラカルボン酸二無水物若しくはその誘導体(テトラカルボン酸ジハロゲン化物、テトラカルボン酸ジエステル、又はテトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物)が挙げられる。重合体(A)又は(B)の一部にアミック酸構造を含む場合、例えば、テトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを反応させることにより、アミック酸構造を有する重合体(ポリアミック酸)が得られる。溶媒としては、生成した重合体が溶解するものであれば特に限定されない。
重合体(A)のポリイミド前駆体を得るためのジアミン成分及びテトラカルボン酸誘導体成分は、それぞれ、重合体(A)が有する上記した式(1)、式(2)、式(2’)、式(3)、式(4)で表される繰り返し単位に応じて、かかる繰り返し単位の構造が得られるように選択して使用される。
例えば、重合体(A)が有する式(1)で表される繰り返し単位を有する場合には、ジアミン成分としては、-N(Z)-Y1-N(Z)-の構造(Y1は2-メチル-1,4-フェニレン基を表す。Zの定義は上記と同じである。)を有するジアミン(以下、特定ジアミンともいう。)が使用され、また、テトラカルボン酸誘導体成分としては、下記式(mt)の構造を有するテトラカルボン酸誘導体が使用される。
重合体(A)が有する式(2)、式(2’)、式(3)、式(4)で表される繰り返し単位を有する重合体(A)のポリイミド前駆体を得る場合に使用されるジアミン成分及びテトラカルボン酸誘導体成分は、それぞれ、上記した式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体を得る場合に使用されるジアミン及びテトラカルボン酸誘導体に準じて選択し、使用される。
また、重合体(B)のポリイミド前駆体を得るためのジアミン成分及びテトラカルボン酸誘導体成分は、それぞれ、重合体(B)が有する上記した式(5)で表される繰り返し単位の構造が得られるように選択して使用される。即ち、ジアミン成分としては、-N(Z)-Y5-N(Z)-の構造(Y5、Zの定義は上記と同じである。)を有するジアミンが使用され、テトラカルボン酸誘導体成分としては、X5の構造(X5の定義は上記と同じである。)を有するテトラカルボン酸誘導体が使用される。
ジアミン成分とテトラカルボン酸誘導体成分とを反応させる際の上記溶媒の具体例としては、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノンが挙げられる。また、重合体の溶媒溶解性が高い場合は、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、又は下記の式[D-1]~式[D-3]で示される溶媒を用いることができる。
(式[D-1]中、D1は炭素数1~3のアルキル基を示し、式[D-2]中、D2は炭素数1~3のアルキル基を示し、式[D-3]中、D3は炭素数1~4のアルキル基を表す。)。
これら溶媒は単独で使用しても、混合して使用してもよい。更に、重合体を溶解させない溶媒であっても、生成した重合体が析出しない範囲で、上記溶媒に混合して使用してもよい。
ジアミン成分とテトラカルボン酸誘導体成分とを溶媒中で反応させる際には、反応は任意の濃度で行うことができるが、好ましくは1~50質量%、より好ましくは5~30質量%である。反応初期は高濃度で行い、その後、溶媒を追加することもできる。
反応においては、ジアミン成分の合計モル数とテトラカルボン酸誘導体成分の合計モル数の比(テトラカルボン酸誘導体成分の合計モル数/ジアミン成分の合計モル数)は0.8~1.2であることが好ましい。通常の縮重合反応と同様、このモル比が1.0に近いほど生成する重合体(A)、重合体(B)の分子量は大きくなる。
ポリアミック酸エステルは、例えば、[I]上記の方法で得られたポリアミック酸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ジアミンとを反応させる方法、[III]テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物とジアミンとを反応させる方法、等の既知の方法によって得ることができる。
ポリイミドを得る方法としては、上記反応で得られるポリアミック酸、ポリアミック酸エステル等のポリイミド前駆体を含有する溶液をそのまま加熱する熱イミド化、又は上記溶液に触媒を添加する触媒イミド化が挙げられる。
本発明の重合体(A)におけるポリイミドは、上記ポリイミド前駆体の有する繰り返し単位が一部又は全て閉環されている。上記ポリイミドにおいて、イミド化率は好ましくは、20~95%であり、より好ましくは30~95%、さらに好ましくは50~95%である。
<重合体の溶液粘度・分子量>
本発明の重合体(A)におけるポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドは、これを濃度10~15質量%の溶液としたときに、例えば、10~1000mPa・sの溶液粘度を持つものが作業性の観点から好ましいが、特に限定されない。なお、上記重合体の溶液粘度(mPa・s)は、当該重合体の良溶媒(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10~15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。
<重合体の溶液粘度・分子量>
本発明の重合体(A)におけるポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドは、これを濃度10~15質量%の溶液としたときに、例えば、10~1000mPa・sの溶液粘度を持つものが作業性の観点から好ましいが、特に限定されない。なお、上記重合体の溶液粘度(mPa・s)は、当該重合体の良溶媒(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10~15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。
上記ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミド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2,000~300,000である。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15以下であり、より好ましくは10以下である。この分子量範囲にあることで、液晶表示素子の良好な配向性及び安定性を確保することができる。
<末端封止剤>
本発明における重合体(A)、重合体(B)を合成するに際して、上記の如きテトラカルボン酸誘導体成分、及びジアミン成分とともに、適当な末端封止剤を用いて末端封止型の重合体としてもよい。末端封止型の重合体は、塗膜によって得られる液晶配向膜の膜硬度の向上や、シール剤と液晶配向膜の密着特性の向上という効果を有する。
<末端封止剤>
本発明における重合体(A)、重合体(B)を合成するに際して、上記の如きテトラカルボン酸誘導体成分、及びジアミン成分とともに、適当な末端封止剤を用いて末端封止型の重合体としてもよい。末端封止型の重合体は、塗膜によって得られる液晶配向膜の膜硬度の向上や、シール剤と液晶配向膜の密着特性の向上という効果を有する。
本発明における重合体(A)、重合体(B)の末端の例としては、アミノ基、カルボキシ基、酸無水物基又はこれらの誘導体が挙げられる。アミノ基、カルボキシ基、酸無水物基、イソシアネート基は通常の縮合反応により得るか、又は以下の末端封止剤を用いて末端を封止することにより得ることができ、例えば、以下の末端封止剤を用いて、同様に得ることができる。
末端封止剤としては、例えば、無水酢酸、無水マレイン酸、無水ナジック酸、無水フタル酸、無水イタコン酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、3-ヒドロキシフタル酸無水物、トリメリット酸無水物、3-(3-トリメトキシシリル)プロピル)-3,4-ジヒドロフラン-2,5-ジオン、4,5,6,7-テトラフルオロイソベンゾフラン-1,3-ジオン、4-エチニルフタル酸無水物等の酸一無水物;二炭酸ジ-tert-ブチル、二炭酸ジアリル等の二炭酸ジエステル化合物;アクリロイルクロリド、メタクリロイルクロリド、ニコチン酸クロリド等のクロロカルボニル化合物;アニリン、2-アミノフェノール、3-アミノフェノール、4-アミノサリチル酸、5-アミノサリチル酸、6-アミノサリチル酸、2-アミノ安息香酸、3-アミノ安息香酸、4-アミノ安息香酸、シクロヘキシルアミン、n-ブチルアミン、n-ペンチルアミン、n-ヘキシルアミン、n-ヘプチルアミン、n-オクチルアミン等のモノアミン化合物;エチルイソシアネート、フェニルイソシアネート、ナフチルイソシアネート、2-アクリロイルオキシエチルイソシアネ-ト及び2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネ-ト等の不飽和結合を有するイソシアネート等のモノイソシアネート化合物;エチルイソチオシアネート、アリルイソチオシアネート等のイソチオシアネート化合物等を挙げることができる。
末端封止剤の使用割合は、使用するジアミン成分の合計100モル部に対して、0.01~20モル部が好ましく、0.01~10モル部がより好ましい。
<液晶配向剤>
本発明の液晶配向剤は、重合体(A)及び必要に応じて重合体(B)を含有する。本発明の液晶配向剤は、重合体(A)、重合体(B)に加えて、その他の重合体を含有していてもよい。その他の重合体の具体例を挙げると、ポリシロキサン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレア、ポリウレタン、ポリオルガノシロキサン、セルロース誘導体、ポリアセタール、ポリスチレン誘導体、ポリ(スチレン-マレイン酸無水物)共重合体、ポリ(イソブチレン-マレイン酸無水物)共重合体、ポリ(ビニルエーテル-マレイン酸無水物)共重合体、ポリ(スチレン-フェニルマレイミド)誘導体、ポリ(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる重合体等が挙げられる。
<液晶配向剤>
本発明の液晶配向剤は、重合体(A)及び必要に応じて重合体(B)を含有する。本発明の液晶配向剤は、重合体(A)、重合体(B)に加えて、その他の重合体を含有していてもよい。その他の重合体の具体例を挙げると、ポリシロキサン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレア、ポリウレタン、ポリオルガノシロキサン、セルロース誘導体、ポリアセタール、ポリスチレン誘導体、ポリ(スチレン-マレイン酸無水物)共重合体、ポリ(イソブチレン-マレイン酸無水物)共重合体、ポリ(ビニルエーテル-マレイン酸無水物)共重合体、ポリ(スチレン-フェニルマレイミド)誘導体、ポリ(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる重合体等が挙げられる。
ポリ(スチレン-マレイン酸無水物)共重合体の具体例としては、SMA1000、2000、3000(Cray Valley社製)、GSM301(岐阜セラツク製造所社製)等が挙げられ、ポリ(イソブチレン-マレイン酸無水物)共重合体の具体例としては、イソバン-600(クラレ社製)が挙げられ、ポリ(ビニルエーテル-マレイン酸無水物)共重合体の具体例としては、Gantrez AN-139(メチルビニルエーテル無水マレイン酸樹脂、アシュランド社製)が挙げられる。その他の重合体は、一種を単独で使用してもよく、また二種以上を組み合わせて使用してもよい。その他の重合体の含有割合は、液晶配向剤中に含まれる重合体の合計100質量部に対して、90質量部以下が好ましく、10~90質量部がより好ましく、20~80質量部が更に好ましい。
液晶配向剤は、液晶配向膜を作製するために用いられるものであり、均一な薄膜を形成させるという観点から、塗布液の形態をとる。本発明の液晶配向剤においても上記した重合体成分と、有機溶媒とを含有する塗布液であることが好ましい。その際、液晶配向剤中の重合体の濃度は、形成させようとする塗膜の厚みの設定によって適宜変更することができる。均一で欠陥のない塗膜を形成させるという点から、1質量%以上が好ましく、溶液の保存安定性の点からは、10質量%以下が好ましい。特に好ましい重合体の濃度は、2~8質量%である。
液晶配向剤に含有される有機溶媒は、重合体成分が均一に溶解するものであれば特に限定されない。その具体例としては、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,N-ジメチルラクトアミド、N,N-ジメチルプロピオンアミド、テトラメチル尿素、N,N-ジエチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、3-メトキシ-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、N-(n-プロピル)-2-ピロリドン、N-イソプロピル-2-ピロリドン、N-(n-ブチル)-2-ピロリドン、N-(tert-ブチル)-2-ピロリドン、N-(n-ペンチル)-2-ピロリドン、N-メトキシプロピル-2-ピロリドン、N-エトキシエチル-2-ピロリドン、N-メトキシブチル-2-ピロリドン、N-シクロヘキシル-2-ピロリドン(これらを総称して「良溶媒」ともいう)が挙げられる。なかでも、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、3-メトキシ-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又はγ-ブチロラクトンが好ましい。良溶媒の含有量は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の20~99質量%であることが好ましく、20~90質量%であることがより好ましく、30~80質量%であることが特に好ましい。
また、液晶配向剤に含有される有機溶媒は、上記溶媒に加えて液晶配向剤を塗布する際の塗布性や塗膜の表面平滑性を向上させる溶媒(貧溶媒ともいう。)を併用した混合溶媒の使用が好ましい。貧溶媒の含有量は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の1~80質量%が好ましく、10~80質量%がより好ましく、20~70質量%が特に好ましい。貧溶媒の種類及び含有量は、液晶配向剤の塗布装置、塗布条件、塗布環境等に応じて適宜選択される。
上記貧溶媒の具体例を下記するが、これらに限定されない。
ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジイソブチルカルビノール(2,6-ジメチル-4-ヘプタノール)、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ジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、1,2-ブトキシエタン、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、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、3-エトキシブチルアセタート、1-メチルペンチルアセタート、2-エチルブチルアセタート、2-エチルヘキシルアセタート、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールジアセタート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、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イソアミルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、1-(2-ブトキシエトキシ)-2-プロパノール、2-(2-ブトキシエトキシ)-1-プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート、プロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、2-(2-エトキシエトキシ)エチルアセタート、ジエチレングリコールアセタート、プロピレングリコールジアセテート、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸シクロヘキシル、酢酸4-メチル-2-ペンチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、乳酸n-ブチル、乳酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジイソブチルケトン(2,6-ジメチル-4-ヘプタノン)等を挙げることができる。
貧溶媒としては、なかでも、ジイソブチルカルビノール、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、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タート、又はジイソブチルケトンが好ましい。
良溶媒と貧溶媒との好ましい溶媒の組み合わせとしては、N-メチル-2-ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールジアセテート、N,N-ジメチルラクトアミドとジイソブチルケトン、N-メチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチル、N-エチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチル、N-メチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチルとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチルとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチルとジエチレングリコールモノプロピルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチルとジエチレングリコールモノプロピルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、N-エチル-2-ピロリドンとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N,N-ジメチルラクトアミドとエチレングリコールモノブチルエーテル、N,N-ジメチルラクトアミドとプロピレングリコールジアセテート、N-エチル-2-ピロリドンとジエチレングリコールジエチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとジエチレングリコールモノエチルエーテルとブチルセロソルブアセテート、N-メチル-2-ピロリドンとジエチレングリコールモノメチルエーテルとブチルセロソルブアセテート、N,N-ジメチルラクトアミドとジエチレングリコールジエチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジエチレングリコールジエチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとN-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、N-エチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジイソブチルケトン、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールジアセテート、N-エチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジプロピレングリコールジメチルエーテル、γ-ブチロラクトンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジイソブチルケトン、γ-ブチロラクトンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールジアセテート、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソブチルケトン、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソプロピルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソブチルカルビノール、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとジエチレングリコールジエチルエーテルとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとプロピレングリコールジアセテート、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソブチルケトン、N-エチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとジイソブチルケトン、N-エチル-2-ピロリドンとN,N-ジメチルラクトアミドとジイソブチルケトン、N-メチル-2-ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテルとエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、γ-ブチロラクトンとエチレングリコールモノブチルエーテルアセタートとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテルアセタートとプロピレングリコールジメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと酢酸4-メチル-2-ペンチルとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンと酢酸シクロヘキシルとジアセトンアルコールシクロヘキサノンとプロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロペンタノンとプロピレングリコールモノメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとシクロヘキサノンとプロピレングリコールモノメチルエーテル等を挙げることができる。
本発明の液晶配向剤は、重合体成分及び有機溶媒以外の成分(以下、添加剤成分ともいう。)を追加的に含有してもよい。このような添加剤成分としては、液晶配向膜と基板との密着性や液晶配向膜とシール剤との密着性を高めるための密着助剤、液晶配向膜の強度を高めるための化合物(以下、架橋性化合物ともいう。)、イミド化を促進するための化合物、液晶配向膜の誘電率や電気抵抗を調整するための誘電体や導電物質等が挙げられる。
上記架橋性化合物としては、本発明の効果を好適に得る観点から、オキシラニル基、オキセタニル基、保護イソシアネート基、保護イソチオシアネート基、オキサゾリン環構造を含む基、メルドラム酸構造を含む基、シクロカーボネート基、及び下記式(d)で表される基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する化合物、又は下記式(e)で表される化合物が挙げられる。
上記式(d)中、R2及びR3は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、又は「*-CH2-OH」である。上記式(e)中、Aは、芳香環を有する(m+n)価の有機基を表し、R、R’は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~5のアルキル基を表し、mは1~6であり、nは0~4である。上記芳香環の任意の水素原子は、ハロゲン原子、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~10のアルケニル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のフルオロアルキル基、炭素数2~10のフルオロアルケニル基、又は炭素数1~10のフルオロアルコキシ基で置き換えられてもよい。
オキシラニル基を有する化合物の具体例としては、日本特開平10-338880号公報の[0037]に記載の化合物や、WO2017/170483号公報に記載のトリアジン環を骨格にもつ化合物等の、2個以上のオキシラニル基を有する化合物が挙げられる。これらのうち、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-m-キシリレンジアミン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-p-フェニレンジアミン、下記式(r-1)~(r-3)で表される化合物等の窒素原子を含有する化合物であってもよい。
オキセタニル基を有する化合物の具体例としては、WO2011/132751号公報の[0170]~[0175]に記載の2個以上のオキセタニル基を有する化合物等が挙げられる。
保護イソシアネート基を有する化合物の具体例としては、日本特開2014-224978号公報の[0046]~[0047]に記載の2個以上の保護イソシアネート基を有する化合物、WO2015/141598号公報の[0119]~[0120]に記載の3個以上の保護イソシアネート基を有する化合物等が挙げられ、下記式(bi-1)~(bi-3)で表される化合物であってもよい。
保護イソチオシアネート基を有する化合物の具体例としては、日本特開2016-200798号公報に記載の、2個以上の保護イソチオシアネート基を有する化合物が挙げられる。
オキサゾリン環構造を含む基を有する化合物の具体例としては、日本特開2007-286597号公報の[0115]に記載の、2個以上のオキサゾリン環構造を含む化合物が挙げられる。
メルドラム酸構造を含む基を有する化合物の具体例としては、WO2012/091088号公報に記載の、メルドラム酸構造を2個以上有する化合物が挙げられる。
シクロカーボネート基を有する化合物の具体例としては、WO2011/155577号公報に記載の化合物が挙げられる。
上記式(d)で表される基のR2、R3の炭素数1~3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基が挙げられる。
上記式(d)で表される基を有する化合物の具体例としては、WO2015/072554号公報や、日本特開2016-118753号公報の[0058]に記載の、上記式(d)で表される基を2個以上有する化合物、日本特開2016-200798号公報に記載の化合物等が挙げられ、下記式(hd-1)~(hd-8)で表される化合物であってもよい。
上記式(e)のAにおける芳香環を有する(m+n)価の有機基としては、炭素数6~30の(m+n)価の芳香族炭化水素基、炭素数6~30の芳香族炭化水素基が直接又は連結基を介して結合した(m+n)価の有機基、芳香族複素環を有する(m+n)価の基が挙げられる。上記芳香族炭化水素基としては、例えばベンゼン、ナフタレン等が挙げられる。芳香族複素環としては、上記窒素原子含有複素環で例示した構造の内、ピリジン環に代表される芳香族複素環が挙げられる。上記連結基としては、炭素数1~10のアルキレン基、-NR-(Rは水素原子又は炭素数1~5のアルキル基)、又は上記アルキレン基から水素原子を一つ除いた基、2価又は3価のシクロヘキサン環等が挙げられる。尚、上記アルキレン基の任意の水素原子は、炭素数1~6のアルキル基、フッ素原子又はトリフルオロメチル基等の有機基で置換されてもよい。上記式(e)のR、R’における炭素数1~5のアルキル基としては、上記式(g)におけるR1~R4で例示したアルキル基の具体例が挙げられる。
上記式(e)の具体例としては、WO2010/074269号公報に記載の化合物、下記式(e-1)~(e-10)のいずれかで表される化合物が挙げられる。
上記例示の化合物は架橋性化合物の一例であり、これらに限定されるものではない。例えば、WO2015/060357号公報の53頁[0105]~55頁[0116]に開示されているもの等が挙げられる。また、架橋性化合物は、2種類以上組み合わせてもよい。
本発明の液晶配向剤における、架橋性化合物の含有量は、液晶配向剤に含まれる重合体成分100質量部に対して、0.5~20質量部であることが好ましく、本発明の効果を好適に得る観点から、より好ましくは1~15質量部である。
上記密着助剤としては、例えば3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルジエトキシメチルシラン、2-アミノプロピルトリメトキシシラン、2-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、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、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トリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリス-[3-(トリメトキシシリル)プロピル]イソシアヌレート、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤が挙げられる。
シランカップリング剤を使用する場合は、本発明の効果を好適に得る観点から、液晶配向剤に含まれる重合体成分100質量部に対して0.1~30質量部であることが好ましく、0.1~20質量部であることがより好ましい。
上記イミド化促進するための化合物としては、塩基性の部位(例:第一級アミノ基、脂肪族ヘテロ環(例:ピロリジン骨格)、芳香族ヘテロ環(例:イミダゾール環、インドール環)、又はグアニジノ基等)を有する化合物(但し、上記架橋性化合物及び密着助剤は除く。)、又は、焼成時に上記塩基性の部位が発生する化合物が好ましい。より好ましくは、焼成時に上記塩基性の部位が発生する化合物であり、具体例を挙げると、下記式(B-1)~(B-17)で表される化合物が挙げられる。イミド化促進するための化合物の含有量は、重合体(A)が有するアミック酸、又はアミック酸エステル部位1モルに対して、好ましくは2モル以下、より好ましくは1モル以下、更に好ましくは0.5モル以下が良好である。
(Dは、加熱によって脱離する有機基を表し、好ましくはBoc、又はFmocのいずれかである。Dが複数個ある場合、複数個のDは互いに同じでも異なっていても良い。)
本発明の液晶配向剤における固形分濃度(液晶配向剤の溶媒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。
本発明の液晶配向剤における固形分濃度(液晶配向剤の溶媒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。
特に好ましい固形分濃度の範囲は、基板に液晶配向剤を塗布する際に用いる方法によって異なる。後述の工程(1)で記載されているように、基板に液晶配向剤を塗布する方法としては、例えば、ロールコーター法、スピンコート法、印刷法、インクジェット法等が挙げられる。ロールコーター法を用いる場合には、固形分濃度が4~10質量%の範囲であることが特に好ましい。スピンコート法を用いる場合には、固形分濃度が1.5~4.5質量%の範囲であることが特に好ましい。印刷法による場合には、固形分濃度を3~9質量%の範囲とし、それにより溶液粘度を12~50mPa・sの範囲とすることが特に好ましい。インクジェット法による場合には、固形分濃度を1~5質量%の範囲とし、それにより、溶液粘度を3~15mPa・sの範囲とすることが特に好ましい。液晶配向剤を調製する際の温度は、好ましくは10~50℃であり、より好ましくは20~30℃である。
<液晶配向膜>
本発明の液晶配向膜は、上記液晶配向剤から得られる。本発明の液晶配向膜は、水平配向型若しくは垂直配向型(VA型)の液晶配向膜に用いることができるが、中でもIPS駆動方式又はFFS駆動方式等の水平配向型の液晶表示素子に好適な液晶配向膜である。また、光配向処理法用の液晶配向膜により好ましく用いられる。その他、種々の技術用途に有効に適用することができ、例えば上記用途以外の液晶配向膜(位相差フィルム用の液晶配向膜、走査アンテナや液晶アレイアンテナ用の液晶配向膜又は透過散乱型の液晶調光素子用の液晶配向膜)、或いは、その他の用途、例えば、保護膜(例:カラーフィルタ用の保護膜)、スペーサー膜、層間絶縁膜、反射防止膜、配線被覆膜、帯電防止フィルム、電動機絶縁膜(フレキシブルディスプレイのゲート絶縁膜)等にも適用できる。
<液晶配向膜>
本発明の液晶配向膜は、上記液晶配向剤から得られる。本発明の液晶配向膜は、水平配向型若しくは垂直配向型(VA型)の液晶配向膜に用いることができるが、中でもIPS駆動方式又はFFS駆動方式等の水平配向型の液晶表示素子に好適な液晶配向膜である。また、光配向処理法用の液晶配向膜により好ましく用いられる。その他、種々の技術用途に有効に適用することができ、例えば上記用途以外の液晶配向膜(位相差フィルム用の液晶配向膜、走査アンテナや液晶アレイアンテナ用の液晶配向膜又は透過散乱型の液晶調光素子用の液晶配向膜)、或いは、その他の用途、例えば、保護膜(例:カラーフィルタ用の保護膜)、スペーサー膜、層間絶縁膜、反射防止膜、配線被覆膜、帯電防止フィルム、電動機絶縁膜(フレキシブルディスプレイのゲート絶縁膜)等にも適用できる。
本発明の液晶配向膜は、例えば、以下の工程(1)~(3)、好ましくは、工程(1)~(4)を含む方法により製造することができる。
<工程(1):液晶配向剤を基板上に塗布する工程>
パターニングされた透明導電膜が設けられている基板の一面に、本発明の液晶配向剤を、例えば、ロールコーター法、スピンコート法、印刷法、インクジェット法等の適宜の塗布方法により塗布する。ここで基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板、窒化珪素基板とともに、アクリル基板、ポリカーボネート基板等のプラスチック基板等を用いることもできる。また、反射型の液晶表示素子では、片側の基板のみにならば、シリコンウエハー等の不透明な物でも使用でき、この場合の電極にはアルミニウム等の光を反射する材料も使用できる。また、IPS駆動方式又はFFS駆動方式の液晶表示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。
<工程(1):液晶配向剤を基板上に塗布する工程>
パターニングされた透明導電膜が設けられている基板の一面に、本発明の液晶配向剤を、例えば、ロールコーター法、スピンコート法、印刷法、インクジェット法等の適宜の塗布方法により塗布する。ここで基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板、窒化珪素基板とともに、アクリル基板、ポリカーボネート基板等のプラスチック基板等を用いることもできる。また、反射型の液晶表示素子では、片側の基板のみにならば、シリコンウエハー等の不透明な物でも使用でき、この場合の電極にはアルミニウム等の光を反射する材料も使用できる。また、IPS駆動方式又はFFS駆動方式の液晶表示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。
液晶配向剤を基板に塗布し、成膜する方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット法、又はスプレー法等が挙げられる。なかでも、インクジェット法により塗布し、成膜する方法が好適に使用できる。
<工程(2):塗布した液晶配向剤を焼成する工程>
工程(2)は、基板上に塗布した液晶配向剤を焼成し、膜を形成する工程である。液晶配向剤を基板上に塗布した後は、ホットプレート、熱循環型オーブン又はIR(赤外線)型オーブン等の加熱手段により、溶媒を蒸発させたり、ポリアミック酸又はポリアミック酸エステルの熱イミド化を行ったりすることができる。本発明の液晶配向剤を塗布した後の乾燥、焼成工程は、任意の温度と時間を選択することができ、複数回行ってもよい。焼成温度としては、例えば40~180℃で行うことができる。プロセスを短縮する観点で、40~150℃で行ってもよい。焼成時間としては特に限定されないが、1~10分、好ましくは1~5分が挙げられる。ポリアミック酸又はポリアミック酸エステルの熱イミド化を行う場合には、上記焼成工程の後、例えば150~300℃、好ましくは150~250℃の温度範囲で焼成する工程を行うことができる。焼成時間としては特に限定されないが、5~40分、好ましくは、5~30分の焼成時間が挙げられる。
<工程(2):塗布した液晶配向剤を焼成する工程>
工程(2)は、基板上に塗布した液晶配向剤を焼成し、膜を形成する工程である。液晶配向剤を基板上に塗布した後は、ホットプレート、熱循環型オーブン又はIR(赤外線)型オーブン等の加熱手段により、溶媒を蒸発させたり、ポリアミック酸又はポリアミック酸エステルの熱イミド化を行ったりすることができる。本発明の液晶配向剤を塗布した後の乾燥、焼成工程は、任意の温度と時間を選択することができ、複数回行ってもよい。焼成温度としては、例えば40~180℃で行うことができる。プロセスを短縮する観点で、40~150℃で行ってもよい。焼成時間としては特に限定されないが、1~10分、好ましくは1~5分が挙げられる。ポリアミック酸又はポリアミック酸エステルの熱イミド化を行う場合には、上記焼成工程の後、例えば150~300℃、好ましくは150~250℃の温度範囲で焼成する工程を行うことができる。焼成時間としては特に限定されないが、5~40分、好ましくは、5~30分の焼成時間が挙げられる。
焼成後の膜状物は、薄すぎると液晶表示素子の信頼性が低下する場合があるので、5~300nmが好ましく、10~200nmがより好ましい。
<工程(3):工程(2)で得られた膜に配向処理する工程>
工程(3)は、必要に応じて工程(2)で得られた膜に配向処理する工程である。即ち、IPS駆動方式又はFFS駆動方式等の水平配向型の液晶表示素子では、該塗膜に対し配向能付与処理を行う。一方、VA方式又はPSAモード等の垂直配向型の液晶表示素子では、形成した塗膜をそのまま液晶配向膜として使用することができるが、該塗膜に対し配向能付与処理を施してもよい。液晶配向膜の配向処理方法としては、ラビング処理法、光配向処理法が挙げられ、光配向処理法がより好適である。光配向処理法としては、上記膜状物の表面に、一定方向に偏向された放射線を照射し、場合により、好ましくは、150~250℃の温度で加熱処理を行い、液晶配向性(液晶配向能ともいう)を付与する方法が挙げられる。放射線としては、100~800nmの波長を有する紫外線又は可視光線を用いることができる。なかでも、好ましくは100~400nm、より好ましくは、200~400nmの波長を有する紫外線である。
<工程(3):工程(2)で得られた膜に配向処理する工程>
工程(3)は、必要に応じて工程(2)で得られた膜に配向処理する工程である。即ち、IPS駆動方式又はFFS駆動方式等の水平配向型の液晶表示素子では、該塗膜に対し配向能付与処理を行う。一方、VA方式又はPSAモード等の垂直配向型の液晶表示素子では、形成した塗膜をそのまま液晶配向膜として使用することができるが、該塗膜に対し配向能付与処理を施してもよい。液晶配向膜の配向処理方法としては、ラビング処理法、光配向処理法が挙げられ、光配向処理法がより好適である。光配向処理法としては、上記膜状物の表面に、一定方向に偏向された放射線を照射し、場合により、好ましくは、150~250℃の温度で加熱処理を行い、液晶配向性(液晶配向能ともいう)を付与する方法が挙げられる。放射線としては、100~800nmの波長を有する紫外線又は可視光線を用いることができる。なかでも、好ましくは100~400nm、より好ましくは、200~400nmの波長を有する紫外線である。
上記放射線の照射量は、1~10,000mJ/cm2が好ましく、100~5,000mJ/cm2がより好ましく、100~1,500mJ/cm2が更に好ましく、100~1,000mJ/cm2が特に好ましく、100~400mJ/cm2がより一層好ましい。従来、液晶配向剤を使用した場合には、配向処理における光照射量は、100~5,000mJ/cm2であるが、本発明の液晶配向剤においては、配向処理における光照射量を低減させても、液晶配向膜面内での液晶配向性のバラツキ(不均一性)が抑制された液晶配向膜を得ることができる。
また、放射線を照射する場合、液晶配向性を改善するために、上記膜状物を有する基板を、50~250℃で加熱しながら照射してもよい。このようにして作製した上記液晶配向膜は、液晶分子を一定の方向に安定して配向させることができる。
更に、上記の方法で、偏光された放射線を照射した液晶配向膜に、水や溶媒を用いて、接触処理するか、放射線を照射した液晶配向膜を加熱処理することもできる。
上記接触処理に使用する溶媒としては、放射線の照射によって膜状物から生成した分解物を溶解する溶媒であれば、特に限定されるものではない。具体例としては、水、メタノール、エタノール、2-プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、1-メトキシ-2-プロパノール、1-メトキシ-2-プロパノールアセテート、ブチルセロソルブ、乳酸エチル、乳酸メチル、ジアセトンアルコール、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸シクロヘキシル等が挙げられる。なかでも、汎用性や溶媒の安全性の点から、水、2-プロパンール、1-メトキシ-2-プロパノール又は乳酸エチルが好ましい。より好ましいのは、水、1-メトキシ-2-プロパノール又は乳酸エチルである。溶媒は、1種類でも、2種類以上組み合わせてもよい。
<工程(4):工程(3)で配向処理された膜に対して50~300℃の加熱処理を行う工程>
上記の放射線を照射した塗膜に対して加熱処理を行ってもよい。かかる加熱処理の温度は、50~300℃が好ましく、120~250℃がより好ましい。加熱処理の時間としては、それぞれ1~30分とすることが好ましい。
<液晶表示素子>
本発明の液晶表示素子は、本発明の液晶配向膜を具備するもので、下記するようにして製造される。上記のようにして得られる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。具体的には以下の2つの方法が挙げられる。
<工程(4):工程(3)で配向処理された膜に対して50~300℃の加熱処理を行う工程>
上記の放射線を照射した塗膜に対して加熱処理を行ってもよい。かかる加熱処理の温度は、50~300℃が好ましく、120~250℃がより好ましい。加熱処理の時間としては、それぞれ1~30分とすることが好ましい。
<液晶表示素子>
本発明の液晶表示素子は、本発明の液晶配向膜を具備するもので、下記するようにして製造される。上記のようにして得られる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。具体的には以下の2つの方法が挙げられる。
第一の方法は、先ず、それぞれの液晶配向膜が対向するように間隙(セルギャップ)を介して2枚の基板を対向配置する。次いで、2枚の基板の周辺部同士を、シール剤を用いて貼り合わせ、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組成物を、注入孔を通じて充填して膜面に接触した後、注入孔を封止する。
第二の方法は、ODF(One Drop Fill)方式と呼ばれる手法である。液晶配向膜を形成した2枚の基板のうちの一方の基板上の所定の場所に、例えば紫外光硬化性のシール剤を塗布し、更に液晶配向膜面上の所定の数箇所に液晶組成物を滴下する。その後、液晶配向膜が対向するように他方の基板を貼り合わせて液晶組成物を基板の全面に押し広げて膜面に接触させる。次いで、基板の全面に紫外光を照射してシール剤を硬化する。
上記のいずれの方法による場合でも、更に、用いた液晶組成物が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷することにより、液晶充填時の流動配向を除去することが望ましい。
なお、塗膜に対してラビング処理を行った場合には、2枚の基板は、各塗膜におけるラビング方向が互いに所定の角度、例えば、直交又は逆平行となるように対向配置される。
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。液晶としては、ネマチック液晶及び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。
上記液晶組成物としては、特に制限はなく、少なくとも一種の液晶化合物(液晶分子)を含む組成物であって、誘電率異方性が正または負の各種の液晶組成物を用いることができる。なお、以下では、誘電率異方性が正の液晶組成物を、ポジ型液晶ともいい、誘電異方性が負の液晶組成物を、ネガ型液晶ともいう。
液晶組成物としては、ネマチック相を呈する液晶組成物、スメクチック相を呈する液晶組成物及びコレステリック相を呈する液晶組成物を挙げることができ、その中でもネマチック相を呈する液晶組成物が好ましい。
上記液晶組成物は、フッ素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、フッ素原子含有基(例えば、トリフルオロメチル基)、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、イソチオシアネート基、複素環、シクロアルカン、シクロアルケン、ステロイド骨格、ベンゼン環、又はナフタレン環を有する液晶化合物を含んでもよく、分子内に液晶性を発現する剛直な部位(メソゲン骨格)を2つ以上有する化合物(例えば、剛直な二つのビフェニル構造、又はターフェニル構造がアルキル基で連結されたバイメソゲン化合物)を含んでもよい。
上記液晶組成物は、液晶配向性を向上させる観点から、添加物をさらに添加してもよい。このような添加物は、重合性基を有する化合物などの光重合性モノマー;光学活性な化合物(例:メルク(株)社製のS-811など);酸化防止剤;紫外線吸収剤;色素;消泡剤;重合開始剤;又は重合禁止剤などが挙げられる。
ポジ型液晶としては、メルク社製のZLI-2293、ZLI-4792、MLC-2003、MLC-2041、MLC-3019、又はMLC-7081などが挙げられる。
ネガ型液晶としては、例えばメルク社製のMLC-6608、MLC-6609、MLC-6610、又はMLC-7026-100などが挙げられる。
また、重合性基を有する化合物を含有する液晶として、メルク社製のMLC-3023が挙げられる。
そして、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ことにより液晶表示素子を得ることができる。液晶セルの外表面に貼り合わされる偏光板としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させながらヨウ素を吸収させた「H膜」と称される偏光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を挙げることができる。
IPS方式(モード)において使用される櫛歯電極基板であるIPS基板は、基材と、基材上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極と、基材上に線状電極を覆うように形成された液晶配向膜とを有する。
なお、FFS方式(モード)において使用される櫛歯電極基板であるFFS基板は、基材と、基材上に形成された面電極と、面電極上に形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極と、絶縁膜上に線状電極を覆うように形成された液晶配向膜とを有する。
図1は、本発明の液晶配向剤から得られる液晶配向膜を具備するIPSモードの横電界液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。
図1に例示する横電界液晶表示素子1においては、液晶配向膜2cを具備する櫛歯電極基板2と液晶配向膜4aを具備する対向基板4との間に、液晶3が挟持されている。櫛歯電極基板2は、基材2aと、基材2a上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極2bと、基材2a上に線状電極2bを覆うように形成された液晶配向膜2cとを有している。対向基板4は、基材4bと、基材4b上に形成された液晶配向膜4aとを有している。液晶配向膜2cは、本発明の液晶配向膜である。液晶配向膜4cも同様に本発明の液晶配向膜である。
図1の横電界液晶表示素子1においては、線状電極2bに電圧が印加されると、電気力線Lで示すように線状電極2b間で電界が発生する。
図2は、本発明の液晶配向剤から得られる液晶配向膜を具備するFFSモードの横電界液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。
図2に例示する横電界液晶表示素子1においては、液晶配向膜2hを具備する櫛歯電極基板2と液晶配向膜4aを具備する対向基板4との間に、液晶3が挟持されている。櫛歯電極基板2は、基材2dと、基材2d上に形成された面電極2eと、面電極2e上に形成された絶縁膜2fと、絶縁膜2f上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極2gと、絶縁膜2f上に線状電極2gを覆うように形成された液晶配向膜2hとを有している。対向基板4は、基材4bと、基材4b上に形成された液晶配向膜4aとを有している。液晶配向膜2hは、本発明の液晶配向膜である。液晶配向膜4aも同様に本発明の液晶配向膜である。
図2の横電界液晶表示素子1においては、面電極2e及び線状電極2gに電圧が印加されると、電気力線Lで示すように面電極2e及び線状電極2g間で電界が発生する。
以下に実施例を挙げ、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下における化合物の略号及び各特性の測定方法は、次のとおりである。
(有機溶媒)
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
BCS:エチレングリコールモノブチルエーテル
(テトラカルボン酸二無水物)
CA-1~CA-2:それぞれ、下記式(CA-1)~(CA-2)で表される化合物
(ジアミン)
DA-1~DA-8:それぞれ、下記式(DA-1)~(DA-8)で表される化合物
(有機溶媒)
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
BCS:エチレングリコールモノブチルエーテル
(テトラカルボン酸二無水物)
CA-1~CA-2:それぞれ、下記式(CA-1)~(CA-2)で表される化合物
(ジアミン)
DA-1~DA-8:それぞれ、下記式(DA-1)~(DA-8)で表される化合物
<粘度の測定>
E型粘度計TVE-22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL、コーンロータTE-1(1°34’、R24)を用いて、温度25℃で測定した。
<分子量の測定>
下記の常温GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)装置によって測定し、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド換算値としてMn及びMwを算出した。
E型粘度計TVE-22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL、コーンロータTE-1(1°34’、R24)を用いて、温度25℃で測定した。
<分子量の測定>
下記の常温GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)装置によって測定し、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド換算値としてMn及びMwを算出した。
GPC装置:GPC-101(昭和電工社製)、カラム:GPC KD-803、GPC KD-805(昭和電工社製)の直列、カラム温度:50℃、溶離液:N,N-ジメチルホルムアミド(添加剤として、臭化リチウム一水和物(LiBr・H2O)が30mmol/L、リン酸・無水結晶(o-リン酸)が30mmol/L、テトラヒドロフラン(THF)が10mL/L)、流速:1.0mL/分
検量線作成用標準サンプル:TSK 標準ポリエチレンオキサイド(分子量;約900,000、約150,000、約100,000及び約30,000)(東ソー社製)及びポリエチレングリコール(分子量;約12,000、約4,000及び約1,000)(ポリマーラボラトリー社製)。
[重合体の合成]
<合成例1>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-1(1.08g、8.86mmol)、DA-2(2.16g、8.86mmol)、DA-3(1.89g、5.91mmol)、DA-4(2.35g、5.90mmol)、CA-1(6.22g、27.8mmol)及びNMP(100g)を加えて、40℃で20時間撹拌することで、固形分濃度12質量%のポリアミック酸(A-1)の溶液(粘度:372mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは12,042、Mwは39,532であった。
<合成例2>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-5(1.21g、8.86mmol)、DA-2(2.16g、8.86mmol)、DA-3(1.89g、5.91mmol)、DA-4(2.35g、5.90mmol)、CA-1(6.22g、27.8mmol)及びNMP(101g)を加えて、40℃で20時間撹拌することで、固形分濃度12質量%のポリアミック酸(A-2)の溶液(粘度:367mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは12,001、Mwは40,211であった。
<合成例3>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-8(1.21g、8.86mmol)、DA-2(2.16g、8.86mmol)、DA-3(1.89g、5.91mmol)、DA-4(2.35g、5.90mmol)、CA-1(6.22g、27.8mmol)及びNMP(101g)を加えて、40℃で20時間撹拌することで、固形分濃度12質量%のポリアミック酸(A-3)の溶液(粘度:367mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは12,001、Mwは40,211であった。
<合成例4>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-6(1.28g、11.8mmol)、DA-7(5.29g、17.7mmol)、CA-2(5.44g、27.8mmol)及びNMP(88.1g)を加えて、室温で3時間撹拌することで、固形分濃度12質量%のポリアミック酸(B-1)の溶液(粘度:130mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは10,100、Mwは37,822であった。
検量線作成用標準サンプル:TSK 標準ポリエチレンオキサイド(分子量;約900,000、約150,000、約100,000及び約30,000)(東ソー社製)及びポリエチレングリコール(分子量;約12,000、約4,000及び約1,000)(ポリマーラボラトリー社製)。
[重合体の合成]
<合成例1>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-1(1.08g、8.86mmol)、DA-2(2.16g、8.86mmol)、DA-3(1.89g、5.91mmol)、DA-4(2.35g、5.90mmol)、CA-1(6.22g、27.8mmol)及びNMP(100g)を加えて、40℃で20時間撹拌することで、固形分濃度12質量%のポリアミック酸(A-1)の溶液(粘度:372mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは12,042、Mwは39,532であった。
<合成例2>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-5(1.21g、8.86mmol)、DA-2(2.16g、8.86mmol)、DA-3(1.89g、5.91mmol)、DA-4(2.35g、5.90mmol)、CA-1(6.22g、27.8mmol)及びNMP(101g)を加えて、40℃で20時間撹拌することで、固形分濃度12質量%のポリアミック酸(A-2)の溶液(粘度:367mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは12,001、Mwは40,211であった。
<合成例3>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-8(1.21g、8.86mmol)、DA-2(2.16g、8.86mmol)、DA-3(1.89g、5.91mmol)、DA-4(2.35g、5.90mmol)、CA-1(6.22g、27.8mmol)及びNMP(101g)を加えて、40℃で20時間撹拌することで、固形分濃度12質量%のポリアミック酸(A-3)の溶液(粘度:367mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは12,001、Mwは40,211であった。
<合成例4>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-6(1.28g、11.8mmol)、DA-7(5.29g、17.7mmol)、CA-2(5.44g、27.8mmol)及びNMP(88.1g)を加えて、室温で3時間撹拌することで、固形分濃度12質量%のポリアミック酸(B-1)の溶液(粘度:130mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは10,100、Mwは37,822であった。
合成例1~4において使用した、テトラカルボン酸誘導体成分及びジアミン成分の種類及び量を表1にまとめて示した。表1中、括弧内の数値は、各成分中の合計100モル部に対するモノマーの使用量(モル部)を表す。
<液晶配向剤の調製>
(実施例1)
上記重合体の溶液(A-1)(5.00g)に重合体の溶液(B-1)(7.50g)とNMP(8.50g)及びBCS(9.00g)を加えて、室温で2時間撹拌することで、液晶配向剤(V-1)を得た。
(比較例1)
上記重合体の溶液(A-2)(5.00g)に重合体の溶液(B-1)(7.50g)とNMP(8.50g)及びBCS(9.00g)を加えて、室温で2時間撹拌することで、液晶配向剤(RV-1)を得た。
(実施例1)
上記重合体の溶液(A-1)(5.00g)に重合体の溶液(B-1)(7.50g)とNMP(8.50g)及びBCS(9.00g)を加えて、室温で2時間撹拌することで、液晶配向剤(V-1)を得た。
(比較例1)
上記重合体の溶液(A-2)(5.00g)に重合体の溶液(B-1)(7.50g)とNMP(8.50g)及びBCS(9.00g)を加えて、室温で2時間撹拌することで、液晶配向剤(RV-1)を得た。
上記実施例1、及び比較例1で得られた液晶配向剤の仕様を表2に示す。重合体成分中の括弧内の数値は、重合体成分の合計100質量部に対する、各重合体成分の導入量(質量部)を表す。
[FFS駆動液晶セルの作製]
(実施例2-1)
FFSモード液晶表示素子の構成を備えた液晶セルを作製した。
(実施例2-1)
FFSモード液晶表示素子の構成を備えた液晶セルを作製した。
始めに、電極付きの基板を準備した。基板は、30mm×50mmの長方形で、厚みが0.7mmのガラス基板を用いた。基板上には第1層目として共通電極を構成する、ベタ状のパターンを備えたITO電極が形成されていた。第1層目の共通電極の上には第2層目として、CVD(化学蒸着)法により成膜されたSiN(窒化珪素)膜が形成されていた。第2層目のSiN膜の膜厚は300nmであり、層間絶縁膜として機能する。第2層目のSiN膜の上には、第3層目としてITO膜をパターニングして形成された櫛歯状の画素電極が配置され、第1画素及び第2画素の2つの画素が形成されており、各画素のサイズは、縦10mm、横5mmである。本電極付き基板は、第1層目の共通電極と第3層目の画素電極が、第2層目のSiN膜にて絶縁された構造を有していた。
第3層目の画素電極は、中央部分が内角160°で屈曲し、幅が3μmの電極線が6μmの間隔で平行になるように複数配列された櫛歯形状を有しており、1つの画素は、複数の電極線によって形成されており、屈曲部を結ぶ線を境に第1領域と第2領域を有していた。
次に、上記実施例1で得られた液晶配向剤(V-1)を孔径1.0μmのフィルターで濾過した後、上記電極付き基板(以後、電極基板と呼ぶ)と、裏面にITO膜が成膜されている高さ4μmの柱状スペーサーを有するガラス基板(以後、対向基板と呼ぶ)に、スピンコート法にて塗布した。80℃のホットプレート上で2分間乾燥させた後、230℃の熱風循環式オーブンで20分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。この塗膜面に、254nmバンドパスフィルターと偏光子を介した偏光紫外線を照射し、さらに230℃のIRオーブンで30分間焼成を行って配向処理を施し、液晶配向膜付き基板を得た。照射量は下記表3に示す。なお、上記電極基板に形成された液晶配向膜は、画素屈曲部の内角を等分する方向と、液晶の配向方向とが直交するように配向処理が施されており、対向基板に形成された配向膜は、液晶セルを作製する際に電極基板上の液晶の配向方向と、対向基板上の液晶の配向方向とが一致するように配向処理が施されている。上記2枚の基板を一組とし、基板上にシール剤(三井化学社製 XN-1500T)をディスペンサーにて印刷し、もう1枚の基板を、それぞれの液晶配向膜の配向方向が0°になって向かい合うようにして張り合わせた。その後、張り合わせた基板を圧着し、150℃の熱風循環式オーブンで60分間加熱しシール剤を硬化させ、空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、ネガ型液晶MLC-7026-100(メルク社製)を注入し、注入口を封止することによりFFS駆動液晶セルを得た。その後、得られた液晶セルを120℃で1時間加熱し、23℃で一晩放置した。目視で観察した結果、液晶セル内の液晶は、均一に配向していた。
(比較例2-1)
液晶配向剤を比較例1で得られた液晶配向剤(RV-1)に変更した以外は、実施例(2-1)と同様の手順で液晶セルを作製した。目視で観察した結果、液晶セル内の液晶は均一に配向していた。
[膜硬度の評価]
(実施例3-1)
上記実施例1で得られた液晶配向剤(V-1)をITO基板にスピンコート法にて塗布した。80℃のホットプレート上で2分間乾燥させた後、230℃のIRオーブンで30分間焼成を行い、厚み100nmの塗膜を形成させた。この塗膜面に偏光板を介して消光比26:1の直線偏光した波長254nmの紫外線を400mJ/cm2照射して配向処理を施し、さらに230℃のIRオーブンで30分間焼成を行い、液晶配向膜付き基板を得た。その後、この液晶配向膜をレーヨン布(Hyperflex社製、HY-5318)でラビング配向処理(ローラー直径:120mm、ローラー回転数:1000rpm、移動速度:20mm/sec、押し込み長:0.5mm)して、ヘーズメーター(スガ試験機社製、HZ-V3)を用いて膜のHaze値(濁り度)を評価した。Haze値が小さいほど、膜が削れていない、即ち膜硬度が高いと言える。評価基準として、Haze値が0.10未満の場合を「○」、0.10以上の場合を「×」とした。結果を表3に示す。
(比較例3-1)
液晶配向剤を比較例1で得られた液晶配向剤(RV-1)に変更した以外は、実施例(3-1)と同様の手順で膜硬度の評価を行った。結果を表3に示す。
(比較例2-1)
液晶配向剤を比較例1で得られた液晶配向剤(RV-1)に変更した以外は、実施例(2-1)と同様の手順で液晶セルを作製した。目視で観察した結果、液晶セル内の液晶は均一に配向していた。
[膜硬度の評価]
(実施例3-1)
上記実施例1で得られた液晶配向剤(V-1)をITO基板にスピンコート法にて塗布した。80℃のホットプレート上で2分間乾燥させた後、230℃のIRオーブンで30分間焼成を行い、厚み100nmの塗膜を形成させた。この塗膜面に偏光板を介して消光比26:1の直線偏光した波長254nmの紫外線を400mJ/cm2照射して配向処理を施し、さらに230℃のIRオーブンで30分間焼成を行い、液晶配向膜付き基板を得た。その後、この液晶配向膜をレーヨン布(Hyperflex社製、HY-5318)でラビング配向処理(ローラー直径:120mm、ローラー回転数:1000rpm、移動速度:20mm/sec、押し込み長:0.5mm)して、ヘーズメーター(スガ試験機社製、HZ-V3)を用いて膜のHaze値(濁り度)を評価した。Haze値が小さいほど、膜が削れていない、即ち膜硬度が高いと言える。評価基準として、Haze値が0.10未満の場合を「○」、0.10以上の場合を「×」とした。結果を表3に示す。
(比較例3-1)
液晶配向剤を比較例1で得られた液晶配向剤(RV-1)に変更した以外は、実施例(3-1)と同様の手順で膜硬度の評価を行った。結果を表3に示す。
上記の表3からわかるように、特定ジアミンを用いた液晶配向剤から得られる液晶配向膜は、特定ジアミンを含まない成分で構成される液晶配向剤から得られる液晶配向膜に比べて、膜硬度に優れることが示された。
本発明の液晶配向剤を用いることにより、置換されたシクロブタンテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を原料に用いて得られるポリイミド液晶配向膜においても、高い機械強度を有する液晶配向膜を得ることができる。そのため、高い表示品位が求められる液晶表示素子、特にIPS駆動方式、FFS駆動方式の液晶表示素子における利用が期待できる。そして、これらの素子は、表示を目的とする液晶ディスプレイ、光の透過と遮断を制御する調光窓、光シャッター等においても有用である。
1: 横電界液晶表示素子、2: 櫛歯電極基板、2a: 基材、2b: 線状電極、2c: 液晶配向膜、2d: 基材、2e: 面電極、2f: 絶縁膜、2g: 線状電極、2h: 液晶配向膜、3: 液晶、4: 対向基板、4a: 液晶配向膜、4b: 基材、L: 電気力線
Claims (17)
- 下記式(1)で表される繰り返し単位(a1)を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(A)を含有することを特徴とする液晶配向剤。
(R及びZはそれぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基を表す。) - 前記重合体(A)が、更に下記式(2)で表される繰り返し単位(a2)を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体である、請求項1に記載の液晶配向剤。
(式(2)中、R、及びZは、前記式(1)の場合と同義である。Y2は下記式(O)で表される2価の有機基を表す。)
(式(O)中、Arは、それぞれ独立して、ベンゼン環、ビフェニル構造、又はナフタレン環を表す。前記Arの環上の任意の水素原子は、ハロゲン原子又は1価の有機基で置き換えられてもよい。Q2は-(CH2)n-(nは2~18である。)、又は前記-(CH2)n-の一部を-O-、-C(=O)-及び-O-C(=O)-のいずれかで置き換えた基を表す。*は結合手を表す。) - 前記式(O)で表される2価の有機基が、下記式(o-1)~(o-15)のいずれかで表される2価の有機基である、請求項2に記載の液晶配向剤。
(式(o-1)~(o-14)中、*は結合手を表す。式(o-14)~(o-15)中、2つのmは、それぞれ独立している。) - 前記重合体(A)が、更に下記式(2’)で表される繰り返し単位(a2’)及び下記式(3)で表される繰り返し単位(a3)よりなる群から選ばれる少なくとも一つを有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体である、請求項1に記載の液晶配向剤。
(式(2’)、(3)中、X2’、X3は4価の有機基を表し、Y2’は下記式(O2)で表される2価の有機基を表し、Y3は基「-N(D)-(Dはカルバメート系保護基を表す。)」を分子内に有し、Dを除く炭素数が6~30の2価の有機基を表す。R、Zは、上記式(1)の場合と同義である。)
(式(O2)中、mは0~2の整数であり、Ar2’は、非置換又は置換のベンゼン環を表す。但し、mが0の場合、Ar2’は非置換のベンゼン環を表し、mが1又は2の場合、Ar2’は、それぞれ独立して、非置換のベンゼン環、又は該ベンゼン環上の任意の水素原子がハロゲン原子若しくは1価の有機基で置き換えられたベンゼン環のいずれかを表す。Q2’は単結合又は-O-を表す。*は結合手を表す。Ar2’、Q2’が複数存在する場合、それぞれ同一でも異なっていてもよい。) - 前記式(O2)で表される2価の有機基が、下記式(o2-1)~(o2-12)のいずれかで表される2価の有機基である、請求項4に記載の液晶配向剤。
(式(o2-1)~(o2-12)中、*は結合手を表す。) - 前記重合体(A)が、前記繰り返し単位(a1)と前記繰り返し単位(a1)のイミド化構造単位との合計を、全繰り返し単位の10~95モル%含む、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記重合体(A)が、前記繰り返し単位(a2)と前記繰り返し単位(a2)のイミド化構造単位との合計を、全繰り返し単位の10~90モル%含む、請求項2に記載の液晶配向剤。
- 前記重合体(A)が、前記繰り返し単位(a1)、前記繰り返し単位(a2)、下記式(2’)で表される繰り返し単位(a2’)並びにそれらのイミド化構造単位の合計を、全繰り返し単位の30モル%以上含む、請求項2に記載の液晶配向剤。
(式(2’)中、X2’は4価の有機基を表し、Y2’は下記式(O2)で表される2価の有機基を表す。R、Zは、上記式(1)の場合と同義である。)
(式(O2)中、mは0~2の整数であり、Ar2’は、非置換又は置換のベンゼン環を表す。但し、mが0の場合、Ar2’は非置換のベンゼン環を表し、mが1又は2の場合、Ar2’は、それぞれ独立して、非置換のベンゼン環、又は該ベンゼン環上の任意の水素原子がハロゲン原子若しくは1価の有機基で置き換えられたベンゼン環のいずれかを表す。Q2’は単結合又は-O-を表す。*は結合手を表す。Ar2’、Q2’が複数存在する場合、それぞれ同一でも異なっていてもよい。) - 前記液晶配向剤が、さらに前記繰り返し単位(a1)を分子内に有しない重合体(B)を含有し、
前記重合体(B)が下記式(5)で表される繰り返し単位(b1)及び該繰り返し単位(b1)のイミド化構造単位からなる群から選ばれる少なくとも1つ繰り返し単位を有する重合体である、請求項1に記載の液晶配向剤。
(式(5)中、X5は4価の有機基であり、Y5は、2価の有機基である。R、Zは、それぞれ上記式(1)におけるR、Zと同義である。) - 光配向処理法用の液晶配向膜に用いられる、請求項1~9のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
- 請求項1~9のいずれか1項に記載の液晶配向剤から得られる液晶配向膜。
- 請求項11に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
- 下記の工程(1)~(3)を含む、液晶表示素子用の液晶配向膜の製造方法。
工程(1):請求項1~9のいずれか一項に記載の液晶配向剤を基板上に塗布する工程
工程(2):塗布した液晶配向剤を焼成する工程
工程(3):工程(2)で得られた膜に、必要に応じて、配向処理する工程 - 前記配向処理が光配向処理である、請求項13に記載の液晶配向膜の製造方法。
- 前記光配向処理における放射線の照射量が100~1,500mJ/cm2である、請求項14に記載の液晶配向膜の製造方法。
- 工程(3)で配向処理された膜に対して50~300℃の加熱処理を行う工程(4)を更に含む、請求項13に記載の液晶配向膜の製造方法。
- 前記液晶表示素子が、IPS駆動方式又はFFS駆動方式の液晶表示素子である請求項13に記載の液晶配向膜の製造方法。
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