JP2024115974A - 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】シール密着性に優れ、かつ屈折率が高い液晶配向膜を形成できるとともに、液晶素子の残像の発生を低減でき、かつ塗布性に優れた液晶配向剤を提供すること。【解決手段】(A)重合体を含む重合体成分と、(B)化合物とを含有し、(B)化合物の含有量が重合体成分100質量部に対して50質量部以下である液晶配向剤とする。(A)重合体:ポリアミック酸等であり、特定の窒素含有基を有するジアミンに由来する構造単位(D)を、(A)重合体を構成するジアミン化合物単位の全量に対して5モル%以上含む重合体;(B)化合物:ナフタレン環構造、フルオレン環構造、カルバゾール環構造及びトリアジン環構造よりなる群から選択される少なくとも1種と、架橋性基とを有する化合物(ただし、トリアジン環構造と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有し、かつ(メタ)アクリロイルオキシ基の数が1個である化合物を除く。)【選択図】なし
Description
本発明は、液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶素子に関する。
液晶素子は一般に、透明導電膜等からなる電極構造と、液晶層中の液晶分子を一定の方向に配向させる機能を有する液晶配向膜とを備えている。液晶配向膜は一般に、重合体成分が有機溶媒に溶解されてなる液晶配向剤を基板表面に塗布し、好ましくは加熱することによって基板上に形成される。
近年、大画面で高精細な液晶テレビが主体となり、またスマートフォンやタブレットPC等といった小型の表示端末の普及が進み、液晶素子に対する高品質化の要求は更に高まっている。こうした点に鑑み、液晶配向膜の性能を改善して液晶素子の各種特性を優れたものとするべく、種々の液晶配向剤が提案されている(例えば、特許文献1や特許文献2参照)。特許文献1には、ポリイミド又はポリイミド前駆体と共に、架橋剤として、メチロール基が芳香環に結合した構造を有する化合物を液晶配向剤に含有させることが開示されている。また、特許文献2には、ポリイミド又はポリイミド前駆体と共に、トリアジン骨格及び(メタ)アクリロイルオキシ基を有する単官能(メタ)アクリル化合物を液晶配向剤に含有させることが開示されている。
液晶素子は、その使用用途の拡大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。また、過酷な環境下で液晶素子が使用されることによって液晶配向膜が基板から剥がれやすくなることが考えられる。特に近年では、液晶パネル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することがある。この場合、液晶素子に外力が与えられた際に、シール剤部分で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。一方、液晶配向膜の基板からの剥がれが生じた場合には、液晶素子の表示品位の低下を招くことが懸念される。そこで液晶配向膜には、液晶配向膜上にシール剤を配置した場合にも液晶配向膜が基板から剥がれにくい性質(以下、「シール密着性」ともいう)を備えていることが求められる。
液晶素子に設けられる透明導電膜は通常、ITO膜により形成される。ITO膜は、屈折率が比較的高いのに対し、液晶配向膜は屈折率が比較的低い。そのため、バックライト等の光を液晶素子に透過させようとした場合に透明導電膜と液晶配向膜との境界面で反射が起きやすく、これにより液晶素子の光透過率の低下を招きやすい。こうした不都合を解消させる手段として、液晶配向膜の高屈折率化を図ることが考えられるが、膜の高屈折率化を図るために用いられる材料は一般に溶解性に劣るため、液晶配向剤を基板に塗布した際にムラやハジキが生じやすく、基板面に液晶配向剤を均一に塗布できないことが懸念される。また、液晶配向膜の高屈折率化に伴い、液晶素子において残像が発生しやすくなることも懸念される。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、シール密着性に優れ、かつ屈折率が高い液晶配向膜を形成できるとともに、液晶素子の残像の発生を低減でき、かつ塗布性に優れた液晶配向剤を提供することを主たる目的とする。
本発明によれば、以下の手段が提供される。
[1] 下記に示す(A)重合体を含む重合体成分と、(B)化合物とを含有し、前記(B)化合物の含有量が、前記重合体成分100質量部に対して50質量部以下である、液晶配向剤。
(A)重合体: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種であり、かつ、*1-NR1-*1、*1-NR1R2、*1-NR1-CO-*1、*1-NR1-CO-NR3-*1及び含窒素複素環基よりなる群から選択される少なくとも1種であって重合に関与するアミノ基とは異なる窒素含有基(ただし、R1及びR3は互いに独立して、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。R2は炭素数1~10の1価の炭化水素基又は1価の熱脱離性基である。「*1」は炭素原子との結合手を表す。)を有するジアミンに由来する構造単位(D)を、(A)重合体を構成するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して5モル%以上含む重合体
(B)化合物:ナフタレン環構造、フルオレン環構造、カルバゾール環構造及びトリアジン環構造よりなる群から選択される少なくとも1種と、架橋性基とを有し、かつ前記(A)重合体とは異なる化合物(ただし、トリアジン環構造と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有し、かつ(メタ)アクリロイルオキシ基の数が1個である化合物を除く。)
[1] 下記に示す(A)重合体を含む重合体成分と、(B)化合物とを含有し、前記(B)化合物の含有量が、前記重合体成分100質量部に対して50質量部以下である、液晶配向剤。
(A)重合体: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種であり、かつ、*1-NR1-*1、*1-NR1R2、*1-NR1-CO-*1、*1-NR1-CO-NR3-*1及び含窒素複素環基よりなる群から選択される少なくとも1種であって重合に関与するアミノ基とは異なる窒素含有基(ただし、R1及びR3は互いに独立して、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。R2は炭素数1~10の1価の炭化水素基又は1価の熱脱離性基である。「*1」は炭素原子との結合手を表す。)を有するジアミンに由来する構造単位(D)を、(A)重合体を構成するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して5モル%以上含む重合体
(B)化合物:ナフタレン環構造、フルオレン環構造、カルバゾール環構造及びトリアジン環構造よりなる群から選択される少なくとも1種と、架橋性基とを有し、かつ前記(A)重合体とは異なる化合物(ただし、トリアジン環構造と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有し、かつ(メタ)アクリロイルオキシ基の数が1個である化合物を除く。)
[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]の液晶配向膜を備える液晶素子。
[3] 上記[2]の液晶配向膜を備える液晶素子。
本発明の液晶配向剤は、上記の(A)重合体と(B)化合物とを含有し、かつ(B)化合物の含有量を所定量以下とすることにより、優れた塗布性を示すとともに、シール密着性に優れ、かつ屈折率が高い液晶配向膜を形成することができる。また、本発明の液晶配向剤によれば、残像の発生が低減された液晶素子を得ることができる。
≪液晶配向剤≫
本開示の液晶配向剤は、重合体成分と、架橋性基を有する化合物(以下、「架橋性基含有化合物」ともいう)とを含有する。以下に、液晶配向剤に含まれる各成分、及び必要に応じて任意に配合されるその他の成分について説明する。
本開示の液晶配向剤は、重合体成分と、架橋性基を有する化合物(以下、「架橋性基含有化合物」ともいう)とを含有する。以下に、液晶配向剤に含まれる各成分、及び必要に応じて任意に配合されるその他の成分について説明する。
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、主鎖に環状構造を含まず、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、鎖状炭化水素基は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、脂環式炭化水素基は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、芳香族炭化水素基は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。
<重合体成分>
本開示の液晶配向剤は、重合体成分として以下に示す(A)重合体を含有する。
(A)重合体: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種であり、*1-NR1-*1、*1-NR1R2、*1-NR1-CO-*1、*1-NR1-CO-NR3-*1及び含窒素複素環基よりなる群から選択される少なくとも1種であって重合に関与するアミノ基とは異なる窒素含有基(ただし、R1及びR3は互いに独立して、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。R2は炭素数1~10の1価の炭化水素基又は1価の熱脱離性基である。「*1」は炭素原子との結合手を表す。)を有するジアミン(以下、「特定ジアミン」ともいう)に由来する構造単位(D)を、(A)重合体を構成するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して5モル%以上含む重合体
本開示の液晶配向剤は、重合体成分として以下に示す(A)重合体を含有する。
(A)重合体: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種であり、*1-NR1-*1、*1-NR1R2、*1-NR1-CO-*1、*1-NR1-CO-NR3-*1及び含窒素複素環基よりなる群から選択される少なくとも1種であって重合に関与するアミノ基とは異なる窒素含有基(ただし、R1及びR3は互いに独立して、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。R2は炭素数1~10の1価の炭化水素基又は1価の熱脱離性基である。「*1」は炭素原子との結合手を表す。)を有するジアミン(以下、「特定ジアミン」ともいう)に由来する構造単位(D)を、(A)重合体を構成するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して5モル%以上含む重合体
・(A)重合体
(A)重合体は、*1-NR1-*1、*1-NR1R2、*1-NR1-CO-*1、*1-NR1-CO-NR3-*1及び含窒素複素環基よりなる群から選択される少なくとも1種である窒素含有基(以下、「窒素含有基FN」ともいう)を有する構造単位を含む。窒素含有基FNは、特定ジアミンを含む単量体を重合して(A)重合体を得る際の重合反応において重合に関与せずに、(A)重合体の主鎖及び側鎖の一方又は両方に導入される部分構造である。
(A)重合体は、*1-NR1-*1、*1-NR1R2、*1-NR1-CO-*1、*1-NR1-CO-NR3-*1及び含窒素複素環基よりなる群から選択される少なくとも1種である窒素含有基(以下、「窒素含有基FN」ともいう)を有する構造単位を含む。窒素含有基FNは、特定ジアミンを含む単量体を重合して(A)重合体を得る際の重合反応において重合に関与せずに、(A)重合体の主鎖及び側鎖の一方又は両方に導入される部分構造である。
R1、R2又はR3で表される炭素数1~10の1価の炭化水素基としては、炭素数1~10の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3~10の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6~10の1価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。これらのうち、炭素数1~6のアルキル基、シクロヘキシル基又は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。1価の熱脱離性基としては、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。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、これらのうちBoc基が好ましい。「*1」は、炭化水素基を構成する炭素原子に結合していることが好ましい。
含窒素複素環基は、置換又は無置換の含窒素複素環における環部分から任意の水素原子をm個除いてなるm価の基(ただし、mは1以上の整数である。)である。含窒素複素環は単環でも縮合環でもよく、芳香環でも非芳香環でもよい。また、含窒素複素環は、ヘテロ原子として窒素原子のみを環部分に含んでいてもよく、窒素原子と共に他の原子(具体的には、酸素原子や硫黄原子)を含んでいてもよい。窒素含有基FNに含まれる含窒素複素環は、ヘテロ原子として窒素原子のみを有する環であることが好ましい。
含窒素複素環の具体例としては、窒素含有基FNに含まれる含窒素複素環が非芳香族複素環である場合、当該非芳香族複素環は、ピペリジン環又はピペラジン環であることが好ましい。含窒素芳香族複素環の具体例としては、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、1,2,4-トリアゾール環、1,2,3-トリアゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、1,2,4-トリアジン環、1,3,5-トリアジン環、1,2,3-トリアジン環、カルバゾール環、ベンズイミダゾール環、キノリン環、イソキノリン環、インドール環、プリン環、アクリジン環、オキサゾール環、チアゾール環、オキサジアゾール環、ベンゾチアゾール環等が挙げられる。窒素含有基FNに含まれる含窒素芳香族複素環は、これらのうち、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、1,2,4-トリアゾール環、1,2,3-トリアゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、1,2,4-トリアジン環、1,3,5-トリアジン環、1,2,3-トリアジン環、カルバゾール環、ベンズイミダゾール環又はプリン環が好ましく、ピラゾール環、イミダゾール環、1,2,4-トリアゾール環、ピリジン環、ピリミジン環又はベンズイミダゾール環がより好ましい。
窒素含有基FN中の含窒素複素環が置換基を有する場合、当該置換基としては、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、1価の熱脱離性基等が挙げられる。これらのうち、炭素1~3のアルキル基又はBoc基が好ましく、メチル基又はエチル基がより好ましい。液晶配向膜の高屈折率化を図る観点からすると、窒素含有基FN中の含窒素複素環は置換基を有しないことが好ましい。
*1-NR1-*1、*1-NR1R2、*1-NR1-CO-*1及び*1-NR1-CO-NR3-*1は、特定ジアミンが有する鎖状構造中に含まれていてもよく、環状構造中に含まれていてもよい。例えば、構造単位(D)が*1-NR1-*1を有する場合、*1-NR1-*1は、鎖状構造の一部を構成する基であってもよく、ピペリジン環やピペリジン環の一部を構成する基であってもよい。構造単位(D)が*1-NR1R2、*1-NR1-CO-*1又は*1-NR1-CO-NR3-*1を有する場合、これらの基は、鎖状構造の一部を構成していることが好ましい。
特定ジアミンが有する窒素含有基FNの数は特に限定されず、1個でもよく複数個でもよい。また、特定ジアミンが窒素含有基FNを2個以上有する場合、特定ジアミン中の2個以上の窒素含有基は、互いに同一でも異なってもよい。構造単位(D)は、窒素含有基FNを重合体の主鎖中に有していてもよく、側鎖に有していてもよい。液晶配向膜の屈折率をより高くできる点で、構造単位(D)は、窒素含有基FNを重合体側鎖に有することが好ましい。
構造単位(D)が窒素含有基FNを側鎖に有する場合、液晶配向膜の屈折率をより高くする観点から、窒素含有基FN中のR1、R2及びR3は水素原子、メチル基又はエチル基であることが好ましく、水素原子であることがより好ましい。また、構造単位(D)が窒素含有基FNを重合体の主鎖中に有する場合、窒素含有基FNは、*1-NR1-*1、*1-NR1-CO-*1、*1-NR1-CO-NR3-*1及び含窒素複素環基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。
特定ジアミンの具体例としては、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、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、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、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、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、下記式(da-1)~式(da-44)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。
(式(da-34)中、tは1~10の整数である。)
(A)重合体における構造単位(D)の含有割合は、(A)重合体に含まれるジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して5モル%以上である。構造単位(D)の含有割合が5モル%未満であると、高屈性の液晶配向膜を得ることができず、液晶素子の透過率が低下したり、液晶素子において残像が生じやすい傾向がある。これらの観点から、(A)重合体における構造単位(D)の含有割合は、(A)重合体に含まれるジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して、7モル%以上がより好ましく、10モル%以上が更に好ましい。また、構造単位(D)の含有割合は、液晶配向膜の屈折率低下を抑制する観点や、重合体の凝集による塗布性の低下を抑制する観点から、(A)重合体に含まれるジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して、90モル%以下が好ましく、85モル%以下がより好ましく、80モル%以下が更に好ましい。
(A)重合体は、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。(A)重合体は、テトラカルボン酸誘導体とジアミンとの重縮合反応により得ることができる。なお、本明細書において、テトラカルボン酸誘導体は、テトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸ジエステル及びテトラカルボン酸ジエステル時ハロゲン化物を包含する用語である。
(ポリアミック酸)
(A)重合体としてのポリアミック酸(以下、「ポリアミック酸(A)」ともいう)は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とを反応させることにより得ることができる。
(A)重合体としてのポリアミック酸(以下、「ポリアミック酸(A)」ともいう)は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とを反応させることにより得ることができる。
ポリアミック酸(A)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は、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を含む。
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が挙げられる。脂環式テトラカルボン酸二無水物としては、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が挙げられる。
芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、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’-カルボニルジフタル酸無水物、4,4’-オキシフタル酸無水物等が挙げられる。またその他、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もできる。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。
(A)重合体は、液晶配向膜の屈折率をより高くできる点、及び残像の発生がより低減された液晶素子を得ることができる点において、芳香族テトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位を含むことが好ましい。したがって、(A)重合体としてポリアミック酸(A)を得る場合、ポリアミック酸(A)の合成に使用するテトラカルボン酸二無水物は、芳香族テトラカルボン酸二無水物を含むことが好ましい。上記の観点から、(A)重合体の製造に用いられる芳香族テトラカルボン酸誘導体は、ピロメリット酸誘導体及びビフェニルテトラカルボン酸誘導体よりなる群から選択される少なくとも1種を含むことがより好ましい。
ピロメリット酸誘導体の具体例としては、ピロメリット酸二無水物、ピロメリット酸ジエステル及びピロメリット酸ジエステルジハロゲン化物が挙げられる。ビフェニルテトラカルボン酸誘導体の具体例としては、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸ジエステル、3,3’,4,4’-ビフェニル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。
(A)重合体において、芳香族テトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位の含有割合は、(A)重合体が有するテトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位の全量に対して、5モル%以上が好ましく、10モル%以上がより好ましく、15モル%以上が更に好ましい。また、(A)重合体の溶解性を確保する観点から、芳香族テトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位の含有割合は、(A)重合体が有するテトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位の全量に対して、80モル%以下が好ましく、70モル%以下がより好ましく、60モル%以下が更に好ましい。
(A)ポリアミック酸の合成に使用するジアミン化合物は、特定ジアミンを少なくとも含む。また、(A)ポリアミック酸の合成に際しては、特定ジアミンとその他のジアミンとを併用してもよい。その他のジアミンとしては、ポリアミック酸の合成に使用される公知のジアミンを用いることができる。当該ジアミンとしては、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。脂肪族ジアミンは、鎖状ジアミン及び脂環式ジアミンを含む。
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が挙げられる。脂環式ジアミンとしては、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)等が挙げられる。
芳香族ジアミンとしては、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、2,2’-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’-ジアミノスチルベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸、2,4-ジアミノ安息香酸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XI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。ポリアミック酸の合成に際し、ジアミン化合物としては、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
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。ポリアミック酸の合成に際し、ジアミン化合物としては、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
(A)重合体は、構造単位(D)と共に、カルボキシ基を有するジアミンに由来する構造単位であって、構造単位(D)とは異なる構造単位(以下、「構造単位(C)」ともいう)を更に含むことが好ましい。(A)重合体が構造単位(C)を更に含むことにより、液晶配向膜の高屈折率化及びシール密着性の向上を図ることができるとともに、残像の発生がより低減された液晶素子を得ることができる。なお、こうした効果を奏する理由としては、本発明を限定するものではないが、構造単位(D)が有する窒素含有基と、構造単位(C)が有するカルボキシ基との相互作用に起因するものと考えられる。
(A)重合体が構造単位(C)を含む場合、構造単位(C)の含有割合は、(A)重合体が有するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して、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、構造単位(C)の含有割合は、(A)重合体が有するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して、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い。構造単位(C)の含有割合を上記範囲とすることにより、液晶配向膜の高屈折率化及びシール密着性向上をより図ることができ、また残像の発生がより低減された液晶素子を得ることができる。
ポリアミック酸(A)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(A)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化合物との使用割合は、ジアミン化合物のアミノ基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化合物の合計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(A)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。
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(A)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(A)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)
(A)重合体としてのポリアミック酸エステルは、例えば、[I]上記合成反応により得られたポリアミック酸(A)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化合物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化合物とを反応させる方法、等によって得ることができる。なお、これら[I]~[III]の方法によれば、テトラカルボン酸誘導体とジアミン化合物との重縮合反応によりポリアミック酸エステルを得ることができる。液晶配向剤に含有させるポリアミック酸エステルは、アミック酸エステル構造のみを有していてもよく、アミック酸構造とアミック酸エステル構造とが併存する部分エステル化物であってもよい。ポリアミック酸エステル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を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。
(A)重合体としてのポリアミック酸エステルは、例えば、[I]上記合成反応により得られたポリアミック酸(A)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化合物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化合物とを反応させる方法、等によって得ることができる。なお、これら[I]~[III]の方法によれば、テトラカルボン酸誘導体とジアミン化合物との重縮合反応によりポリアミック酸エステルを得ることができる。液晶配向剤に含有させるポリアミック酸エステルは、アミック酸エステル構造のみを有していてもよく、アミック酸構造とアミック酸エステル構造とが併存する部分エステル化物であってもよい。ポリアミック酸エステル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)
(A)重合体としてのポリイミドは、例えば上記の如くして合成されたポリアミック酸(A)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。ポリイミドは、その前駆体であるポリアミック酸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。液晶配向剤の調製に使用するポリイミドは、そのイミド化率が20~99%であることが好ましく、30~90%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。
(A)重合体としてのポリイミドは、例えば上記の如くして合成されたポリアミック酸(A)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。ポリイミドは、その前駆体であるポリアミック酸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。液晶配向剤の調製に使用するポリイミドは、そのイミド化率が20~99%であることが好ましく、30~90%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(A)の脱水閉環は、好ましくはポリアミック酸を有機溶媒に溶解し、この溶液中に脱水剤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(A)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(A)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。上記反応により得られるポリイミド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。ポリイミドは、ポリアミック酸エステル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(A)重合体の溶液粘度は、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。
(A)重合体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。GPCにより測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)に対するMw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。
なお、液晶配向剤を用いて形成された有機膜に対し光配向法を用いて液晶配向能を付与する場合、重合体成分の少なくとも一部を、光配向性基を有する重合体とすることにより光配向膜を得ることができる。ここで、光配向性基とは、光照射による光異性化反応、光二量化反応、光フリース転位反応又は光分解反応等の光反応によって膜に異方性を付与可能な官能基をいう。光配向性基を有する(A)重合体は、例えば、シクロブタン環構造を有するテトラカルボン酸誘導体、シンナメート構造を有するジアミン等を用いて重合することにより得ることができる。
本開示の液晶配向剤に含まれる重合体成分は、(A)重合体のみであってもよいが、(A)とは異なる重合体(以下、「他の重合体」ともいう)を含んでいてもよい。
他の重合体の主骨格は特に限定されない。他の重合体としては、例えば、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド、ポリアミン、ポリエナミン、ポリオルガノシロキサン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリベンゾオキサゾール前駆体、ポリベンゾオキサゾール、セルロース誘導体、ポリアセタール、ポリマレイミド、付加重合体(例えば、スチレン-マレイミド系共重合体、スチレン系重合体、マレイミド系重合体、ポリ(メタ)アクリレート)等が挙げられる。なお、(メタ)アクリレートは、アクリレート及びメタクリレートを意味する。ポリエナミンとは、ポリアミンのアミノ基の隣接位に炭素-炭素二重結合を有する重合体であり、例えば、ポリエナミノケトン、ポリエナミノエステル、ポリエナミノニトリル、ポリエナミノスルホニル等が挙げられる。
他の重合体は、これらのうち、液晶配向性及び電気特性により優れた液晶素子を得ることができる点で、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド、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種が好ましい。
他の重合体は、1種を単独で使用してもよいし、複数種を使用してもよい。例えば、第1の重合体と、第1の重合体よりも極性が高い第2の重合体とを液晶配向剤に含有させる。この場合、極性が高い第2の重合体が下層に偏在し、第1の重合体が上層に偏在して相分離を生じさせることが可能となる点で好ましい。液晶配向剤の重合体成分の好ましい態様としては、以下の(I)~(III)が挙げられる。
(I)第1の重合体及び第2の重合体が、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ばれる重合体である態様。
(II)第1の重合体及び第2の重合体のうち一方が、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ばれる1種の重合体であり、他方がポリオルガノシロキサンである態様。
(III)第1の重合体及び第2の重合体のうち一方が、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ばれる少なくとも1種の重合体であり、他方が付加重合体である態様。
(I)第1の重合体及び第2の重合体が、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ばれる重合体である態様。
(II)第1の重合体及び第2の重合体のうち一方が、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ばれる1種の重合体であり、他方がポリオルガノシロキサンである態様。
(III)第1の重合体及び第2の重合体のうち一方が、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ばれる少なくとも1種の重合体であり、他方が付加重合体である態様。
本開示の液晶配向剤に含まれる重合体成分は、液晶配向膜の屈折率及びシール密着性を更に向上させることができ、また残像の発生がより低減された液晶素子を得ることができる点で、(A)重合体及び他の重合体よりなる群から選択される少なくとも1種が、カルボキシ基を有するジアミンに由来する構造単位を含むことが好ましい。したがって、(A)重合体が構造単位(C)を有しない場合、本開示の液晶配向剤は他の重合体を含み、他の重合体が、カルボキシ基を有する構造単位を含むことが好ましい。
他の重合体としてカルボキシ基を有する構造単位を含む重合体を得る方法は、重合体の主骨格に応じて適宜選択することができる。例えば、他の重合体がポリアミック酸、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ばれる重合体である場合、上述した構造単位(C)を与えるジアミンを用いて重合することにより、カルボキシ基を有する構造単位を含む重合体を得ることができる。また、他の重合体が付加重合体である場合、不飽和カルボン酸(例えば、(メタ)アクリル酸やマレイン酸、フマル酸等)を用いて重合することにより、カルボキシ基を有する構造単位を含む重合体を得ることができる。
他の重合体がカルボキシ基を有する構造単位を含む場合、当該構造単位の含有割合は、他の重合体が有する構造単位の全量に対して、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、カルボキシ基を有する構造単位の含有割合は、他の重合体が有する構造単位の全量に対して、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い。
液晶配向膜の高屈折率化を図る観点、シール密着性を更に向上させる観点、及び残像の発生がより低減された液晶素子を得る観点から、本開示の液晶配向剤は、(A)重合体が構造単位(C)を更に含むか、他の重合体としてカルボキシ基を有する構造単位を含む重合体を更に含有するか、又はこれらの両方を満たすことが好ましい。中でも、(A)重合体として構造単位(C)を更に含む重合体を用いることにより、残像の発生がより低減された液晶素子を得ることができる点で好適である。
液晶配向剤中の重合体成分の含有割合は、液晶配向剤中に含有される固形分の合計質量(すなわち、液晶配向剤の溶剤以外の成分の合計質量)に対して、50質量%以上とすることが好ましく、60質量%以上とすることがより好ましく、70質量%以上とすることが更に好ましい。また、(A)重合体の含有割合は、液晶配向剤中の重合体成分の合計量100質量部に対して、5質量部以上とすることが好ましく、10質量部以上とすることがより好ましい。
<(B)化合物>
本開示の液晶配向剤は、架橋性基含有化合物として以下の(B)化合物を含有する。
(B)化合物:ナフタレン環構造、フルオレン環構造、カルバゾール環構造及びトリアジン環構造よりなる群から選択される少なくとも1種(以下、「特定環構造」ともいう)と、架橋性基とを有し、かつ(A)重合体とは異なる化合物
ただし、本開示の液晶配向剤に含まれる(B)化合物は、トリアジン環構造と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有し、かつ(メタ)アクリロイルオキシ基の数が1個である化合物とは異なる化合物である。
本開示の液晶配向剤は、架橋性基含有化合物として以下の(B)化合物を含有する。
(B)化合物:ナフタレン環構造、フルオレン環構造、カルバゾール環構造及びトリアジン環構造よりなる群から選択される少なくとも1種(以下、「特定環構造」ともいう)と、架橋性基とを有し、かつ(A)重合体とは異なる化合物
ただし、本開示の液晶配向剤に含まれる(B)化合物は、トリアジン環構造と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有し、かつ(メタ)アクリロイルオキシ基の数が1個である化合物とは異なる化合物である。
(B)化合物は(A)重合体とは異なる成分である。(B)化合物の分子量は、シール密着性がより高い液晶配向膜を得る観点から、3,000以下であることが好ましく、2,000以下であることがより好ましく、1,000以下であることが更に好ましい。
(B)化合物が有する架橋性基は、(A)重合体が有する官能基と反応し得る基であることが好ましい。(B)化合物が有する架橋性基は、中でも、メチロール基、アルコキシメチル基、ヒドロキシアルキルアミド基、アルコキシシリル基、オキシラニル基、オキセタニル基、及び炭素-炭素不飽和結合含有基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。
ここで、アルコキシメチル基及びアルコキシシリル基が有するアルコキシ基は、反応性の観点から、炭素数1~4が好ましく、炭素数1~3がより好ましく、メトキシ基又はエトキシ基が更に好ましい。ヒドロキシアルキルアミド基が有するアルキル基は、炭素数1~5が好ましく、炭素数2~4がより好ましい。炭素-炭素不飽和結合含有基としては、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルアミノ基、ビニル基、ビニルフェニル基、ビニルエーテル基、マレイミド基等が挙げられる。
液晶配向膜のシール密着性及び高屈折率化の改善効果が高い点で、架橋性基は、メチロール基、アルコキシメチル基、ヒドロキシアルキルアミド基、アルコキシシリル基、オキシラニル基及びオキセタニル基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く、メチロール基、アルコキシメチル基及びヒドロキシアルキルアミド基よりなる群から選択される少なくとも1種であることが更に好ましい。
(B)化合物が1分子内に有する架橋性基の数は、液晶配向膜のシール密着性及び高屈折率化の改善効果をより高めることができる点で、2個以上が好ましく、2~10個がより好ましく、3~8個が更に好ましい。なお、アルコキシシリル基の場合には、アルコキシ基の数が架橋性基の数に相当し、ヒドロキシアルキルアミド基の場合には、ヒドロキシアルキル基の数が架橋性基の数に相当する。例えば、(B)化合物がトリエトキシシリル基(-Si(OC2H5)3)を1分子内に3個有する場合、トリエトキシ基(-OC2H5)の合計数(9個)が、(B)化合物が有する架橋性基の数である。また、(B)化合物がヒドロキシエチルアミド基として「-CO-N(C2H4OH)2」を1分子内に2個有する場合、ヒドロキシエチル基(-OC2H4OH)の合計数(4個)が、(B)化合物が有する架橋性基の数である。
(B)化合物は、具体的には下記式(1)で表される化合物であることが好ましい。
(式(1)中、X1は、メチロール基、アルコキシメチル基、ヒドロキシアルキルアミド基、アルコキシシリル基、オキシラニル基、オキセタニル基、又は炭素-炭素不飽和結合含有基である。R5は、ナフタレン環構造、フルオレン環構造、カルバゾール環構造、又はトリアジン環構造を有するm価の基である。mは2~10の整数である。式中の複数のX1は互いに同一又は異なる。)
上記式(1)において、R5で表されるm価の基としては、ナフタレン環構造、フルオレン環構造、カルバゾール環構造、又はトリアジン環構造を有する炭素数3~40の有機基が挙げられる。R5で表されるm価の基は、ナフタレン環、フルオレン環、カルバゾール環又はトリアジン環と共に、鎖状構造及び環状構造のいずれか又は両方を有していてもよい。また、X1で表される架橋性基は、R5中のナフタレン環、フルオレン環、カルバゾール環又はトリアジン環に対して直接結合していてもよく、鎖状構造及び環状構造のいずれか又は両方を介して結合していてもよい。
(B)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50質量部以下である。(B)化合物の含有量が50質量部を超えると、液晶配向膜の強度低下を招き、シール密着性に劣る。また、(B)化合物の量が過多であることに起因して液晶素子の残像特性が低下したり、(B)化合物が凝集しやすく液晶配向剤の塗布性が低下しやすい傾向がある。これらの観点から、(B)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、45質量部以下が好ましく、40質量部以下がより好ましく、35質量部以下が更に好ましい。また、(B)化合物の配合による液晶配向膜の屈折率やシール密着性、及び液晶配向剤の塗布性の改善効果を十分に得る観点や、残像の発生が十分に抑制された液晶素子を得る観点から、(B)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、0.1質量部以上が好ましく、0.5質量部以上がより好ましく、1質量部以上が更に好ましい。(B)化合物としては、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。
<その他の成分>
本開示の液晶配向剤は、必要に応じて、重合体成分及び(B)化合物以外の成分(以下、その他の成分ともいう)を更に含有していてもよい。その他の成分の具体例としては、上記特定環構造を有しない架橋性基含有化合物、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、溶剤等が挙げられる。なお、その他の化合物の含有量は、本開示の効果を損なわない範囲内において、各化合物に応じて適宜選択することができる。
本開示の液晶配向剤は、必要に応じて、重合体成分及び(B)化合物以外の成分(以下、その他の成分ともいう)を更に含有していてもよい。その他の成分の具体例としては、上記特定環構造を有しない架橋性基含有化合物、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、溶剤等が挙げられる。なお、その他の化合物の含有量は、本開示の効果を損なわない範囲内において、各化合物に応じて適宜選択することができる。
(溶剤)
本開示の液晶配向剤は、重合体成分、(B)化合物、及び必要に応じて任意に配合される成分が、好ましくは、溶剤に溶解された液状の組成物として調製される。溶剤は有機溶媒が好ましく、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、炭化水素等が挙げられる。
本開示の液晶配向剤は、重合体成分、(B)化合物、及び必要に応じて任意に配合される成分が、好ましくは、溶剤に溶解された液状の組成物として調製される。溶剤は有機溶媒が好ましく、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、炭化水素等が挙げられる。
使用する有機溶媒の具体例としては、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(ダイ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、シクロヘキサノン、ジイソブチルケトン、3-メトキシ-1-ブタノール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。
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、揮発性など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。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ることができる傾向がある。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、また、液晶配向剤の粘性を適度に高くでき、塗布性を良好にできる傾向がある。
≪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型、STN型、VA型(VA-MVA型、VA-PVA型などを含む)、IPS(In-Plane Switching)型、FFS(Fringe Field Switching)型、OCB(Optically Compensated Bend)型、PSA(Polymer Sustained Alignment)型等の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型、STN型、VA型(VA-MVA型、VA-PVA型などを含む)、IPS(In-Plane Switching)型、FFS(Fringe Field Switching)型、OCB(Optically Compensated Bend)型、PSA(Polymer Sustained Alignment)型等の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、ソーダガラス等のガラス;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)等の樹脂からなる透明基板を用いることができる。基板の一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。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、フレキソ印刷法、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、ソーダガラス等のガラス;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)等の樹脂からなる透明基板を用いることができる。基板の一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。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、フレキソ印刷法、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30~200℃であり、プレベーク時間は、好ましくは0.25~10分である。その後、溶剤を更に除去すること等を目的として焼成(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、好ましくは80~250℃であり、より好ましくは80~200℃である。ポストベーク時間は、好ましくは5~200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。
<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を、例えばナイロン、レーヨン、コットン等の繊維からなる布を巻き付けたロールで一定方向に擦るラビング処理や、基板上に形成した塗膜に光照射を行って塗膜に液晶配向能を付与する光配向処理等を用いることができる。一方、垂直配向(VA)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することができるが、液晶配向能を更に高めるために、該塗膜に対し配向処理を施してもよい。垂直配向型の液晶素子に好適な液晶配向膜は、PSA型の液晶素子にも好適である。
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を、例えばナイロン、レーヨン、コットン等の繊維からなる布を巻き付けたロールで一定方向に擦るラビング処理や、基板上に形成した塗膜に光照射を行って塗膜に液晶配向能を付与する光配向処理等を用いることができる。一方、垂直配向(VA)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することができるが、液晶配向能を更に高めるために、該塗膜に対し配向処理を施してもよい。垂直配向型の液晶素子に好適な液晶配向膜は、PSA型の液晶素子にも好適である。
光配向処理において、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。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。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。非偏光の放射線の場合の照射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、エキシマレーザー等が挙げられる。基板面に対する放射線の照射量は、好ましくは400~50,000J/m2であり、より好ましくは1,000~20,000J/m2である。配向能付与のための光照射後において、基板表面を、例えば水、有機溶媒(例えば、メタノール、イソプロピルアルコール、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、乳酸エチル等)又はこれらの混合物を用いて洗浄する処理や、基板を加熱する処理を行ってもよい。
<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、2枚の基板間に液晶配向膜に隣接して液晶が配置されるように液晶セルを製造する。液晶セルを製造するには、例えば、液晶配向膜が対向するように間隙を介して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、基板表面とシール剤で囲ま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、ODF方式による方法等が挙げられる。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。PSAモードでは、液晶セルの構築後に、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。
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、2枚の基板間に液晶配向膜に隣接して液晶が配置されるように液晶セルを製造する。液晶セルを製造するには、例えば、液晶配向膜が対向するように間隙を介して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、基板表面とシール剤で囲ま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、ODF方式による方法等が挙げられる。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。PSAモードでは、液晶セルの構築後に、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型の液晶素子は、以下の工程を含む方法により製造することができる。
・本開示の液晶配向剤を、導電膜を有する一対の基板のそれぞれの導電膜上に塗布して塗膜を形成する工程。
・液晶配向剤を塗布した一対の基板を、液晶層を挟んで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。
・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工程。
・本開示の液晶配向剤を、導電膜を有する一対の基板のそれぞれの導電膜上に塗布して塗膜を形成する工程。
・液晶配向剤を塗布した一対の基板を、液晶層を挟んで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。
・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工程。
具体的には、まず、導電膜を有する一対の基板間に、液晶と共に光重合性モノマーを注入又は滴下する点以外は上記工程1~工程3と同様にして液晶セルを構築する。液晶と共に注入又は滴下する光重合性モノマーとしては、従来公知の化合物を用いることができる。好ましくは、多官能性(メタ)アクリルモノマーである。
PSA型液晶素子の製造においては、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。印加する電圧は、例えば5~50Vの直流又は交流とすることができる。照射する光としては、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。これらのうち、300~400nmの波長の光を含む紫外線が好ましい。照射光の光源としては、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、エキシマレーザー等を使用することができる。光の照射量としては、好ましくは1,000~200,000J/m2であり、より好ましくは1,000~100,000J/m2である。
各モードの液晶セルにつき、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、液晶素子とする。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。
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、位相差フィルム等に適用することができる。
以上詳述した本開示によれば、以下の手段が提供される。
〔手段1〕 上記の(A)重合体を含む重合体成分と、上記の(B)化合物とを含有し、前記(B)化合物の含有量が、前記重合体成分100質量部に対して50質量部以下である、液晶配向剤。
〔手段2〕 前記(A)重合体は、芳香族テトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位を含む、〔手段1〕に記載の液晶配向剤。
〔手段3〕 前記芳香族テトラカルボン酸誘導体が、ピロメリット酸誘導体及びビフェニルテトラカルボン酸誘導体よりなる群から選択される少なくとも1種を含む、〔手段2〕に記載の液晶配向剤。
〔手段4〕 前記(A)重合体及び前記(A)重合体とは異なる重合体よりなる群から選択される少なくとも1種が、カルボキシ基を有するジアミンに由来する構造単位(ただし、前記構造単位(D)を除く。)を含む、〔手段1〕~〔手段3〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段5〕 前記構造単位(D)は、前記窒素含有基を重合体の側鎖に有する、〔手段1〕~〔手段4〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段6〕 前記窒素含有基は、*1-NR1-*1、*1-NR1-CO-*1、*1-NR1-CO-NR3-*1及び含窒素複素環基よりなる群から選択される少なくとも1種であり、前記構造単位(D)は、前記窒素含有基を重合体の主鎖中に有する、〔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(B)化合物が有する架橋性基が、メチロール基、アルコキシメチル基、ヒドロキシアルキルアミド基、アルコキシシリル基、オキシラニル基、オキセタニル基、及び炭素-炭素不飽和結合含有基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〕~〔手段6〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段8〕 前記(B)化合物の含有量が、前記重合体成分100質量部に対して0.1質量部以上40質量部以下である、〔手段1〕~〔手段7〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段9〕 前記(A)重合体における前記構造単位(D)の含有割合が、ジアミンに由来する構造単位の全量に対して85モル%以下である、〔手段1〕~〔手段8〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段10〕 前記(A)重合体とは異なる重合体を更に含有する、〔手段1〕~〔手段9〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段11〕 前記(A)重合体とは異なる重合体が、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド、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10〕に記載の液晶配向剤。
〔手段12〕 〔手段1〕~〔手段11〕のいずれかに記載の液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜。
〔手段13〕 〔手段12〕に記載の液晶配向膜を備える液晶素子。
〔手段1〕 上記の(A)重合体を含む重合体成分と、上記の(B)化合物とを含有し、前記(B)化合物の含有量が、前記重合体成分100質量部に対して50質量部以下である、液晶配向剤。
〔手段2〕 前記(A)重合体は、芳香族テトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位を含む、〔手段1〕に記載の液晶配向剤。
〔手段3〕 前記芳香族テトラカルボン酸誘導体が、ピロメリット酸誘導体及びビフェニルテトラカルボン酸誘導体よりなる群から選択される少なくとも1種を含む、〔手段2〕に記載の液晶配向剤。
〔手段4〕 前記(A)重合体及び前記(A)重合体とは異なる重合体よりなる群から選択される少なくとも1種が、カルボキシ基を有するジアミンに由来する構造単位(ただし、前記構造単位(D)を除く。)を含む、〔手段1〕~〔手段3〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段5〕 前記構造単位(D)は、前記窒素含有基を重合体の側鎖に有する、〔手段1〕~〔手段4〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段6〕 前記窒素含有基は、*1-NR1-*1、*1-NR1-CO-*1、*1-NR1-CO-NR3-*1及び含窒素複素環基よりなる群から選択される少なくとも1種であり、前記構造単位(D)は、前記窒素含有基を重合体の主鎖中に有する、〔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(B)化合物が有する架橋性基が、メチロール基、アルコキシメチル基、ヒドロキシアルキルアミド基、アルコキシシリル基、オキシラニル基、オキセタニル基、及び炭素-炭素不飽和結合含有基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〕~〔手段6〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段8〕 前記(B)化合物の含有量が、前記重合体成分100質量部に対して0.1質量部以上40質量部以下である、〔手段1〕~〔手段7〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段9〕 前記(A)重合体における前記構造単位(D)の含有割合が、ジアミンに由来する構造単位の全量に対して85モル%以下である、〔手段1〕~〔手段8〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段10〕 前記(A)重合体とは異なる重合体を更に含有する、〔手段1〕~〔手段9〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段11〕 前記(A)重合体とは異なる重合体が、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド、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10〕に記載の液晶配向剤。
〔手段12〕 〔手段1〕~〔手段11〕のいずれかに記載の液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜。
〔手段13〕 〔手段12〕に記載の液晶配向膜を備える液晶素子。
以下、実施例により具体的に説明するが、本発明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、重合体の溶液粘度、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)、並びにポリイミドのイミド化率は以下の方法により測定した。
<重合体の溶液粘度>
重合体の溶液粘度は、E型粘度計を用いて25℃において測定した。
<重量平均分子量及び数平均分子量>
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。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>
ポリイミドの溶液を純水に投入し、得られた沈殿を室温で十分に減圧乾燥した後、重水素化ジメチルスルホキシドに溶解し、テトラメチルシランを基準物質として室温で1H-NMR測定を行った。得られた1H-NMRスペクトルから、下記数式(1)によりイミド化率[%]を求めた。
イミド化率[%]=(1-(β1/(β2×α)))×100 …(1)
(数式(1)中、β1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、β2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。)
<重合体の溶液粘度>
重合体の溶液粘度は、E型粘度計を用いて25℃において測定した。
<重量平均分子量及び数平均分子量>
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。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>
ポリイミドの溶液を純水に投入し、得られた沈殿を室温で十分に減圧乾燥した後、重水素化ジメチルスルホキシドに溶解し、テトラメチルシランを基準物質として室温で1H-NMR測定を行った。得られた1H-NMRスペクトルから、下記数式(1)によりイミド化率[%]を求めた。
イミド化率[%]=(1-(β1/(β2×α)))×100 …(1)
(数式(1)中、β1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、β2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。)
<重合体の合成>
1.ポリイミドの合成
[合成例1]
テトラカルボン酸二無水物として化合物(T-1)30モル部、化合物(T-2)10モル部、化合物(T-3)40モル部、及び化合物(T-5)20モル部、並びに、ジアミン化合物として化合物(D-1)20モル部、化合物(D-3)30モル部、化合物(D-4)30モル部、及び化合物(D-13)20モル部をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解し、40℃で24時間反応させることにより、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、ポリアミック酸のカルボキシ基に対して3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。脱水閉環反応後にNMPを加え、更に濃縮することにより、イミド化率64%のポリイミド(これを重合体(P-1)とする)を20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44.5mPa・sであった。
1.ポリイミドの合成
[合成例1]
テトラカルボン酸二無水物として化合物(T-1)30モル部、化合物(T-2)10モル部、化合物(T-3)40モル部、及び化合物(T-5)20モル部、並びに、ジアミン化合物として化合物(D-1)20モル部、化合物(D-3)30モル部、化合物(D-4)30モル部、及び化合物(D-13)20モル部をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解し、40℃で24時間反応させることにより、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、ポリアミック酸のカルボキシ基に対して3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。脱水閉環反応後にNMPを加え、更に濃縮することにより、イミド化率64%のポリイミド(これを重合体(P-1)とする)を20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44.5mPa・sであった。
[合成例5~9、12、23、25]
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化合物の種類及び量を表1に記載のとおり変更した点以外は合成例1と同様に重合を行い、ポリイミドである重合体(P-5)~重合体(P-9)、重合体(P-12)、重合体(P-23)、重合体(P-25)をそれぞれ含有する溶液を得た。
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化合物の種類及び量を表1に記載のとおり変更した点以外は合成例1と同様に重合を行い、ポリイミドである重合体(P-5)~重合体(P-9)、重合体(P-12)、重合体(P-23)、重合体(P-25)をそれぞれ含有する溶液を得た。
2.ポリアミック酸の合成
[合成例2]
テトラカルボン酸二無水物として化合物(T-1)50モル部、化合物(T-2)30モル部、及び化合物(T-5)20モル部、並びに、ジアミン化合物として化合物(D-1)30モル部、化合物(D-3)30モル部、化合物(D-5)10モル部、及び化合物(D-14)30モル部をNMPに溶解し、40℃で24時間反応させることにより、ポリアミック酸(これを重合体(P-2)とする)を20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50.4mPa・sであった。
[合成例2]
テトラカルボン酸二無水物として化合物(T-1)50モル部、化合物(T-2)30モル部、及び化合物(T-5)20モル部、並びに、ジアミン化合物として化合物(D-1)30モル部、化合物(D-3)30モル部、化合物(D-5)10モル部、及び化合物(D-14)30モル部をNMPに溶解し、40℃で24時間反応させることにより、ポリアミック酸(これを重合体(P-2)とする)を20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50.4mPa・sであった。
[合成例3、4、10、11、13~22、24]
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化合物の種類及び量を表1に記載のとおり変更した点以外は合成例2と同様に重合を行い、ポリアミック酸である重合体(P-3)、重合体(P-4)、重合体(P-10)、重合体(P-11)、重合体(P-13)~重合体(P-22)、重合体(P-24)をそれぞれ含有する溶液を得た。
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化合物の種類及び量を表1に記載のとおり変更した点以外は合成例2と同様に重合を行い、ポリアミック酸である重合体(P-3)、重合体(P-4)、重合体(P-10)、重合体(P-11)、重合体(P-13)~重合体(P-22)、重合体(P-24)をそれぞれ含有する溶液を得た。
なお、重合は、重合体濃度10質量%のNMP溶液の粘度が40~60mPa・sとなるように、ジアミンとテトラカルボン酸二無水物とのモル比(ジアミン/テトラカルボン酸二無水物)を0.95~1.00に合わせて実施した。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。
3.付加重合体の合成
[合成例26]
窒素下、100mL二口フラスコに、重合モノマーとして、化合物(M-1)10モル部、化合物(M-3)5モル部、化合物(M-4)30モル部、化合物(M-5)45モル部及び化合物(M-6)10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)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5時間重合した。メタノールに再沈殿した後、沈殿物を濾過し、室温で8時間真空乾燥することでスチレン-マレイミド系共重合体(これを重合体(PM-1)とする)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30,000、分子量分布Mw/Mnは2であった。
[合成例26]
窒素下、100mL二口フラスコに、重合モノマーとして、化合物(M-1)10モル部、化合物(M-3)5モル部、化合物(M-4)30モル部、化合物(M-5)45モル部及び化合物(M-6)10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)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5時間重合した。メタノールに再沈殿した後、沈殿物を濾過し、室温で8時間真空乾燥することでスチレン-マレイミド系共重合体(これを重合体(PM-1)とする)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30,000、分子量分布Mw/Mnは2であった。
[合成例27]
重合に使用するモノマーの種類及び量を表2に記載のとおり変更した点以外は合成例26と同様に重合を行い、スチレン-マレイミド系共重合体である重合体(PM-2)を得た。
重合に使用するモノマーの種類及び量を表2に記載のとおり変更した点以外は合成例26と同様に重合を行い、スチレン-マレイミド系共重合体である重合体(PM-2)を得た。
4.ポリオルガノシロキサンの合成
[合成例28]
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(CA-1)6.28g(重合体(ESSQ-1)が有するエポキシ基量に対して20モル%)、化合物(CA-2)3.44g(重合体(ESSQ-1)が有するエポキシ基量に対して10モル%)、テトラブチルアンモニウムブロミド2.00g、重合体(ESSQ-1)含有溶液80g、及びメチルイソブチルケトン239g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28]
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(CA-1)6.28g(重合体(ESSQ-1)が有するエポキシ基量に対して20モル%)、化合物(CA-2)3.44g(重合体(ESSQ-1)が有するエポキシ基量に対して10モル%)、テトラブチルアンモニウムブロミド2.00g、重合体(ESSQ-1)含有溶液80g、及びメチルイソブチルケトン239g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:PSA型液晶表示素子]
(1)液晶配向剤(AL-1)の調製
合成例1で得た重合体(P-1)95質量部を含む溶液に、合成例26で得た重合体(PM-1)5質量部、化合物(a-1)10質量部、及び、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:PSA型液晶表示素子]
(1)液晶配向剤(AL-1)の調製
合成例1で得た重合体(P-1)95質量部を含む溶液に、合成例26で得た重合体(PM-1)5質量部、化合物(a-1)10質量部、及び、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10分間加熱(ポストベーク)して、平均膜厚0.06μm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10分間加熱(ポストベーク)して、平均膜厚0.06μm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)シール密着性の評価
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1mm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シール密着性を評価した。評価は、密着力が180N/cm2以上であった場合を「優良(◎)」、160N/cm2以上180N/cm2未満であった場合を「良好(○)」、140N/cm2以上160N/cm2未満であった場合を「可(△)」、140N/cm2未満であった場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例では優良(◎)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1mm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シール密着性を評価した。評価は、密着力が180N/cm2以上であった場合を「優良(◎)」、160N/cm2以上180N/cm2未満であった場合を「良好(○)」、140N/cm2以上160N/cm2未満であった場合を「可(△)」、140N/cm2未満であった場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例では優良(◎)の評価であった。
(5)膜の屈折率の評価
液晶配向剤(AL-1)をシリコンウエハにスピンコートし、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。次に、分光エリプソメーター(SE-2000、Semilab社製)を使用し、CAUCHYモデルによるフィッテングを行って波長400~800nmにおける屈折率を測定した。また、測定値のうち、波長550nmにおける屈折率を評価した。屈折率が1.635以上の場合を「優良(◎)」、屈折率が1.630以上1.635未満の場合を「良好(○)」、屈折率が1.625以上1.630未満の場合を「可(△)」、屈折率が1.625未満の場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例では優良(◎)の評価であった。
液晶配向剤(AL-1)をシリコンウエハにスピンコートし、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。次に、分光エリプソメーター(SE-2000、Semilab社製)を使用し、CAUCHYモデルによるフィッテングを行って波長400~800nmにおける屈折率を測定した。また、測定値のうち、波長550nmにおける屈折率を評価した。屈折率が1.635以上の場合を「優良(◎)」、屈折率が1.630以上1.635未満の場合を「良好(○)」、屈折率が1.625以上1.630未満の場合を「可(△)」、屈折率が1.625未満の場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例では優良(◎)の評価であった。
(6)残像特性の評価
上記(3)により得られたPSA型液晶表示素子を交流電圧(AC)4.5Vで駆動させて任意の2画素の間の輝度差を0に設定した後、AC4.5Vで駆動させつつ片方の画素のみに直流電圧(DC)1Vを20分間印加して電荷を蓄積させた。DC1Vの印加を終了してAC4.5Vでの駆動のみに戻すと、蓄積された電荷によって2画素の間に輝度差が生じた。この輝度差の経時変化を観測することで、残留DC値が減衰する過程の緩和時間を算出した。緩和時間が10秒未満であった場合を「優良(◎)」、緩和時間が10秒以上20秒未満であった場合を「良好(○)」、緩和時間が20秒以上30秒未満であった場合を「可(△)」、緩和時間が30秒以上であった場合を「不良」と判定した。その結果、この実施例では優良(◎)の評価であった。
上記(3)により得られたPSA型液晶表示素子を交流電圧(AC)4.5Vで駆動させて任意の2画素の間の輝度差を0に設定した後、AC4.5Vで駆動させつつ片方の画素のみに直流電圧(DC)1Vを20分間印加して電荷を蓄積させた。DC1Vの印加を終了してAC4.5Vでの駆動のみに戻すと、蓄積された電荷によって2画素の間に輝度差が生じた。この輝度差の経時変化を観測することで、残留DC値が減衰する過程の緩和時間を算出した。緩和時間が10秒未満であった場合を「優良(◎)」、緩和時間が10秒以上20秒未満であった場合を「良好(○)」、緩和時間が20秒以上30秒未満であった場合を「可(△)」、緩和時間が30秒以上であった場合を「不良」と判定した。その結果、この実施例では優良(◎)の評価であった。
(7)塗布性(面内均一性)の評価
上記(1)で調製した液晶配向剤(AL-1)を-15℃の冷凍庫で7日間保管した後、液晶配向剤を室温まで解凍し、解凍した液晶配向剤を用いて塗布性(面内均一性)を評価した。評価は以下のようにして行った。
解凍後の液晶配向剤を、JET-CM連続式インクジェットプリンター(紀州技研工業社製)を用いて、乾燥後の膜厚が0.1μmとなる液量でITO基板上に連続塗布を実施した。液晶配向剤の塗布を開始してから基板全面に液晶配向剤を塗り終わり、焼成するまでに要した時間は10分間であった。得られた配向膜塗布基板を、ホットプレート上にて80℃で2分間プレベークし、その後230℃で30分間、クリーンオーブン内、窒素雰囲気下でポストベークを行った後、液晶配向膜の周辺部及び中央部を20倍の顕微鏡にて観察した。このとき、ムラ及びハジキの箇所が合わせて0の場合を「優良(◎)」とし、ムラ及びハジキの箇所が合わせて1以上3未満の場合を「良好(○)」、ムラ及びハジキの箇所が合わせて3以上5未満の場合を「可(△)」、ムラ及びハジキの箇所が合わせて5以上の場合を「不良(×)」と判定した。その結果、この実施例では優良(◎)の評価であった。
上記(1)で調製した液晶配向剤(AL-1)を-15℃の冷凍庫で7日間保管した後、液晶配向剤を室温まで解凍し、解凍した液晶配向剤を用いて塗布性(面内均一性)を評価した。評価は以下のようにして行った。
解凍後の液晶配向剤を、JET-CM連続式インクジェットプリンター(紀州技研工業社製)を用いて、乾燥後の膜厚が0.1μmとなる液量でITO基板上に連続塗布を実施した。液晶配向剤の塗布を開始してから基板全面に液晶配向剤を塗り終わり、焼成するまでに要した時間は10分間であった。得られた配向膜塗布基板を、ホットプレート上にて80℃で2分間プレベークし、その後230℃で30分間、クリーンオーブン内、窒素雰囲気下でポストベークを行った後、液晶配向膜の周辺部及び中央部を20倍の顕微鏡にて観察した。このとき、ムラ及びハジキの箇所が合わせて0の場合を「優良(◎)」とし、ムラ及びハジキの箇所が合わせて1以上3未満の場合を「良好(○)」、ムラ及びハジキの箇所が合わせて3以上5未満の場合を「可(△)」、ムラ及びハジキの箇所が合わせて5以上の場合を「不良(×)」と判定した。その結果、この実施例では優良(◎)の評価であった。
[実施例2~4、7、11~31及び比較例1~7]
配合組成を表3及び表4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-4)、(AL-7)、(AL-11)~(AL-31)、(AR-1)~(AR-7)を調製した。また、それぞれの液晶配向剤を用いて、実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性を評価するとともに、PSA型液晶表示素子を製造して残像特性の評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。なお、表3及び表4中、空欄部分は、その化合物を使用しなかったことを表す。
配合組成を表3及び表4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-4)、(AL-7)、(AL-11)~(AL-31)、(AR-1)~(AR-7)を調製した。また、それぞれの液晶配向剤を用いて、実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性を評価するとともに、PSA型液晶表示素子を製造して残像特性の評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。なお、表3及び表4中、空欄部分は、その化合物を使用しなかったことを表す。
[実施例5:光垂直型液晶表示素子]
(1)液晶配向剤の調製、並びにシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性の評価
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-5)を調製した。また、液晶配向剤(AL-5)を用いて実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性の評価を行った。評価結果を表3に示す。
(1)液晶配向剤の調製、並びにシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性の評価
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-5)を調製した。また、液晶配向剤(AL-5)を用いて実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性の評価を行った。評価結果を表3に示す。
(2)光垂直型液晶表示素子の製造
ITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面上に、上記で調製した液晶配向剤(AL-5)を、スピンナーを用いて塗布し、80℃のホットプレートで1分間プレベークを行った。その後、庫内を窒素置換したオーブン中、230℃で1時間加熱して膜厚0.1μmの塗膜を形成した。次いで、この塗膜表面に、Hg-Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて313nmの輝線を含む偏光紫外線1,000J/m2を、基板法線から40°傾いた方向から照射して液晶配向能を付与した。同じ操作を繰り返して、液晶配向膜を有する基板を一対(2枚)作成した。
上記基板のうちの1枚の液晶配向膜を有する面の外周に、直径3.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷により塗布した後、一対の基板の液晶配向膜面を対向させ、各基板の紫外線の光軸の基板面への投影方向が逆平行となるように圧着し、150℃で1時間かけて接着剤を熱硬化させた。次いで、液晶注入口より基板間の間隙にネガ型液晶(メルク社製、MLC-6608)を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止した。さらに、液晶注入時の流動配向を除くために、これを130℃で加熱してから室温まで徐冷した。次に、基板の外側両面に、偏光板を、その偏光方向が互いに直交し、かつ、液晶配向膜の紫外線の光軸の基板面への射影方向と45°の角度をなすように貼り合わせることにより光垂直型液晶表示素子を製造した。
ITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面上に、上記で調製した液晶配向剤(AL-5)を、スピンナーを用いて塗布し、80℃のホットプレートで1分間プレベークを行った。その後、庫内を窒素置換したオーブン中、230℃で1時間加熱して膜厚0.1μmの塗膜を形成した。次いで、この塗膜表面に、Hg-Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて313nmの輝線を含む偏光紫外線1,000J/m2を、基板法線から40°傾いた方向から照射して液晶配向能を付与した。同じ操作を繰り返して、液晶配向膜を有する基板を一対(2枚)作成した。
上記基板のうちの1枚の液晶配向膜を有する面の外周に、直径3.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷により塗布した後、一対の基板の液晶配向膜面を対向させ、各基板の紫外線の光軸の基板面への投影方向が逆平行となるように圧着し、150℃で1時間かけて接着剤を熱硬化させた。次いで、液晶注入口より基板間の間隙にネガ型液晶(メルク社製、MLC-6608)を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止した。さらに、液晶注入時の流動配向を除くために、これを130℃で加熱してから室温まで徐冷した。次に、基板の外側両面に、偏光板を、その偏光方向が互いに直交し、かつ、液晶配向膜の紫外線の光軸の基板面への射影方向と45°の角度をなすように貼り合わせることにより光垂直型液晶表示素子を製造した。
(3)残像特性の評価
上記で製造した光垂直型液晶表示素子を用い、上記実施例1と同様にして残像特性を評価した。その結果、この実施例では優良(◎)の評価であった。
上記で製造した光垂直型液晶表示素子を用い、上記実施例1と同様にして残像特性を評価した。その結果、この実施例では優良(◎)の評価であった。
[実施例6]
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-6)を調製した。また、液晶配向剤(AL-6)を用いて、実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性を評価するとともに、実施例5と同様にして光垂直型液晶表示素子を製造し、実施例1と同様にして残像特性の評価を行った。評価結果を表3に示す。
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-6)を調製した。また、液晶配向剤(AL-6)を用いて、実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性を評価するとともに、実施例5と同様にして光垂直型液晶表示素子を製造し、実施例1と同様にして残像特性の評価を行った。評価結果を表3に示す。
[実施例8:ラビング型液晶表示素子]
(1)液晶配向剤の調製、並びにシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性の評価
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-8)を調製した。また、液晶配向剤(AL-8)を用いて実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性の評価を行った。評価結果を表3に示す。
(1)液晶配向剤の調製、並びにシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性の評価
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-8)を調製した。また、液晶配向剤(AL-8)を用いて実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性の評価を行った。評価結果を表3に示す。
(2)ラビング型液晶表示素子の製造
平板電極(ボトム電極)、絶縁層及び櫛歯状電極(トップ電極)がこの順で片面に積層されたガラス基板(第1基板とする)、並びに電極が設けられていないガラス基板(第2基板とする)を準備した。次いで、第1基板の電極形成面及び第2基板の片面のそれぞれに液晶配向剤(AL-8)をスピンナーにより塗布し、110℃のホットプレートで3分間加熱(プレベーク)した。その後、庫内を窒素置換した230℃のオーブンで30分間乾燥(ポストベーク)を行い、平均膜厚0.1μmの塗膜を形成した。次いで、塗膜表面に対し、レーヨン布を巻き付けたロールを有するラビングマシーンにより、ロール回転数1,000rpm、ステージ移動速度3cm/秒、毛足押し込み長さ0.3mmでラビング処理を行った。その後、超純水中で1分間超音波洗浄を行い、次いで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一対の基板を得た。
次いで、液晶配向膜を有する一対の基板につき、液晶配向膜を形成した面の縁に液晶注入口を残して、直径3.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷塗布した。その後、基板を重ね合わせて圧着し、150℃で1時間かけて接着剤を熱硬化させた。次いで、液晶注入口より、一対の基板間の間隙にネガ型液晶(メルク社製、MLC-6608)を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止した。さらに、液晶注入時の流動配向を除くために、これを120℃で加熱してから室温まで徐冷し、液晶セルを製造した。なお、一対の基板を重ね合わせる際には、それぞれの基板のラビング方向が反平行となるようにした。次に、液晶セルにおける基板の外側両面に偏光板を貼り合わせ、ラビング型液晶表示素子を得た。
平板電極(ボトム電極)、絶縁層及び櫛歯状電極(トップ電極)がこの順で片面に積層されたガラス基板(第1基板とする)、並びに電極が設けられていないガラス基板(第2基板とする)を準備した。次いで、第1基板の電極形成面及び第2基板の片面のそれぞれに液晶配向剤(AL-8)をスピンナーにより塗布し、110℃のホットプレートで3分間加熱(プレベーク)した。その後、庫内を窒素置換した230℃のオーブンで30分間乾燥(ポストベーク)を行い、平均膜厚0.1μmの塗膜を形成した。次いで、塗膜表面に対し、レーヨン布を巻き付けたロールを有するラビングマシーンにより、ロール回転数1,000rpm、ステージ移動速度3cm/秒、毛足押し込み長さ0.3mmでラビング処理を行った。その後、超純水中で1分間超音波洗浄を行い、次いで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一対の基板を得た。
次いで、液晶配向膜を有する一対の基板につき、液晶配向膜を形成した面の縁に液晶注入口を残して、直径3.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷塗布した。その後、基板を重ね合わせて圧着し、150℃で1時間かけて接着剤を熱硬化させた。次いで、液晶注入口より、一対の基板間の間隙にネガ型液晶(メルク社製、MLC-6608)を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止した。さらに、液晶注入時の流動配向を除くために、これを120℃で加熱してから室温まで徐冷し、液晶セルを製造した。なお、一対の基板を重ね合わせる際には、それぞれの基板のラビング方向が反平行となるようにした。次に、液晶セルにおける基板の外側両面に偏光板を貼り合わせ、ラビング型液晶表示素子を得た。
(3)残像特性の評価
上記で製造したラビング型液晶表示素子を用い、上記実施例1と同様にして残像特性を評価した。その結果、この実施例では優良(◎)の評価であった。
上記で製造したラビング型液晶表示素子を用い、上記実施例1と同様にして残像特性を評価した。その結果、この実施例では優良(◎)の評価であった。
[実施例32]
配合組成を表4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-32)を調製した。また、液晶配向剤(AL-32)を用いて、実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性を評価するとともに、実施例8と同様にしてラビング型液晶表示素子を製造し、実施例1と同様にして残像特性の評価を行った。評価結果を表4に示す。
配合組成を表4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-32)を調製した。また、液晶配向剤(AL-32)を用いて、実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性を評価するとともに、実施例8と同様にしてラビング型液晶表示素子を製造し、実施例1と同様にして残像特性の評価を行った。評価結果を表4に示す。
[実施例10:光水平型液晶表示素子]
(1)液晶配向剤の調製、並びにシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性の評価
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-10)を調製した。また、液晶配向剤(AL-10)を用いて実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性の評価を行った。評価結果を表3に示す。
(1)液晶配向剤の調製、並びにシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性の評価
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-10)を調製した。また、液晶配向剤(AL-10)を用いて実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性の評価を行った。評価結果を表3に示す。
(2)光水平型液晶表示素子の製造
実施例8と同様の第1基板及び第2基板を準備した。次いで、第1基板の電極形成面及び第2基板の一方の基板面のそれぞれに、液晶配向剤(AL-10)をスピンナーにより塗布し、80℃のホットプレートで1分間加熱(プレベーク)した。その後、庫内を窒素置換した230℃のオーブンで30分間乾燥(ポストベーク)を行い、平均膜厚0.1μmの塗膜を形成した。得られた塗膜に対し、Hg-Xeランプを用いて、直線偏光された254nmの輝線を含む紫外線1,000J/m2を基板法線方向から照射して光配向処理を施した。なお、この照射量は、波長254nm基準で計測される光量計を用いて計測した値である。次いで、光配向処理が施された塗膜を、230℃のクリーンオーブンで30分加熱して熱処理を行い、液晶配向膜を形成した。
次に、液晶配向膜を形成した一対の基板のうちの一方の基板につき、液晶配向膜を有する面の外縁に、直径3.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷により塗布した。その後、光照射時の偏光軸の基板面への投影方向が逆平行となるように基板を重ね合わせて圧着し、150℃で1時間かけて接着剤を熱硬化させた。次いで、液晶注入口より一対の基板間にネガ型液晶(メルク社製、MLC-6608)を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止し、液晶セルを得た。さらに、液晶注入時の流動配向を除くために、これを120℃で加熱してから室温まで徐冷した。その後、液晶セルにおける基板の外側両面に偏光板を貼り合わせ、液晶表示素子を得た。また、上記の一連の操作を、ポストベーク後の紫外線照射量を100~10,000J/m2の範囲でそれぞれ変更して実施することにより、紫外線照射量が異なる3個以上の液晶表示素子を製造し、最も良好な配向特性を示した露光量(最適露光量)の液晶表示素子を用いて、実施例1と同様にして残像特性を評価した。その結果、この実施例では優良(◎)の評価であった。
実施例8と同様の第1基板及び第2基板を準備した。次いで、第1基板の電極形成面及び第2基板の一方の基板面のそれぞれに、液晶配向剤(AL-10)をスピンナーにより塗布し、80℃のホットプレートで1分間加熱(プレベーク)した。その後、庫内を窒素置換した230℃のオーブンで30分間乾燥(ポストベーク)を行い、平均膜厚0.1μmの塗膜を形成した。得られた塗膜に対し、Hg-Xeランプを用いて、直線偏光された254nmの輝線を含む紫外線1,000J/m2を基板法線方向から照射して光配向処理を施した。なお、この照射量は、波長254nm基準で計測される光量計を用いて計測した値である。次いで、光配向処理が施された塗膜を、230℃のクリーンオーブンで30分加熱して熱処理を行い、液晶配向膜を形成した。
次に、液晶配向膜を形成した一対の基板のうちの一方の基板につき、液晶配向膜を有する面の外縁に、直径3.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷により塗布した。その後、光照射時の偏光軸の基板面への投影方向が逆平行となるように基板を重ね合わせて圧着し、150℃で1時間かけて接着剤を熱硬化させた。次いで、液晶注入口より一対の基板間にネガ型液晶(メルク社製、MLC-6608)を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止し、液晶セルを得た。さらに、液晶注入時の流動配向を除くために、これを120℃で加熱してから室温まで徐冷した。その後、液晶セルにおける基板の外側両面に偏光板を貼り合わせ、液晶表示素子を得た。また、上記の一連の操作を、ポストベーク後の紫外線照射量を100~10,000J/m2の範囲でそれぞれ変更して実施することにより、紫外線照射量が異なる3個以上の液晶表示素子を製造し、最も良好な配向特性を示した露光量(最適露光量)の液晶表示素子を用いて、実施例1と同様にして残像特性を評価した。その結果、この実施例では優良(◎)の評価であった。
[実施例33]
配合組成を表4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-33)を調製した。また、液晶配向剤(AL-33)を用いて、実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性を評価するとともに、実施例10と同様にして光水平型液晶表示素子を製造し、実施例1と同様にして残像特性の評価を行った。評価結果を表4に示す。
配合組成を表4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-33)を調製した。また、液晶配向剤(AL-33)を用いて、実施例1と同様にしてシール密着性、膜の屈折率及び面内均一性を評価するとともに、実施例10と同様にして光水平型液晶表示素子を製造し、実施例1と同様にして残像特性の評価を行った。評価結果を表4に示す。
なお、表3及び表4中の「総合評価」は、4つの評価項目のうち全てにおいて最高評価であった場合を「◎」、4つの評価項目中に不良(×)及び可(△)の評価結果はないが1つ以上の評価項目において最高評価でなかった場合を「○」、4つの評価項目中に不良(×)の評価結果はないが1つ以上の評価項目において可(△)であった場合を「△」、4つの評価項目のうちいずれか1つの評価項目において不良(×)であった場合を「×」とする判定基準により評価した。
表3及び表4に示すように、実施例1~33の液晶配向剤は、シール密着性、膜の屈折率、残像特性及び塗布性(面内均一性)のいずれも優良(◎)、良好(○)又は可(△)であり、各種特性のバランスがとれていた。
これに対し、(B)化合物を含まない比較例1、3~7は、シール密着性、膜の屈折率、残像特性及び塗布性(面内均一性)のうち1つ以上の評価において不良(×)であった。また、(B)化合物の含有量が60質量部である比較例2は、シール密着性、残像特性及び塗布性の3つの評価において不良(×)であった。
これに対し、(B)化合物を含まない比較例1、3~7は、シール密着性、膜の屈折率、残像特性及び塗布性(面内均一性)のうち1つ以上の評価において不良(×)であった。また、(B)化合物の含有量が60質量部である比較例2は、シール密着性、残像特性及び塗布性の3つの評価において不良(×)であった。
以上の結果から、(A)重合体と共に(B)化合物を所定量含有する液晶配向剤を用いることにより、面内のムラやハジキが少なく、シール密着性に優れ、かつ屈折率が高い液晶配向膜を形成することができ、しかも残像の発生が少ない液晶素子を得ることができることが明らかとなった。
Claims (13)
- 下記に示す(A)重合体を含む重合体成分と、(B)化合物とを含有し、
前記(B)化合物の含有量が、前記重合体成分100質量部に対して50質量部以下である、液晶配向剤。
(A)重合体: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種であり、かつ、*1-NR1-*1、*1-NR1R2、*1-NR1-CO-*1、*1-NR1-CO-NR3-*1及び含窒素複素環基よりなる群から選択される少なくとも1種であって重合に関与するアミノ基とは異なる窒素含有基(ただし、R1及びR3は互いに独立して、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。R2は炭素数1~10の1価の炭化水素基又は1価の熱脱離性基である。「*1」は炭素原子との結合手を表す。)を有するジアミンに由来する構造単位(D)を、(A)重合体を構成するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して5モル%以上含む重合体
(B)化合物:ナフタレン環構造、フルオレン環構造、カルバゾール環構造及びトリアジン環構造よりなる群から選択される少なくとも1種と、架橋性基とを有し、かつ前記(A)重合体とは異なる化合物(ただし、トリアジン環構造と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有し、かつ(メタ)アクリロイルオキシ基の数が1個である化合物を除く。) - 前記(A)重合体は、芳香族テトラカルボン酸誘導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。
- 前記芳香族テトラカルボン酸誘導体が、ピロメリット酸誘導体及びビフェニルテトラカルボン酸誘導体よりなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項2に記載の液晶配向剤。
- 前記(A)重合体及び前記(A)重合体とは異なる重合体よりなる群から選択される少なくとも1種が、カルボキシ基を有するジアミンに由来する構造単位(ただし、前記構造単位(D)を除く。)を含む、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記構造単位(D)は、前記窒素含有基を重合体の側鎖に有する、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記窒素含有基は、*1-NR1-*1、*1-NR1-CO-*1、*1-NR1-CO-NR3-*1及び含窒素複素環基よりなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記構造単位(D)は、前記窒素含有基を重合体の主鎖中に有する、請求項1に記載の液晶配向剤。 - 前記(B)化合物が有する架橋性基が、メチロール基、アルコキシメチル基、ヒドロキシアルキルアミド基、アルコキシシリル基、オキシラニル基、オキセタニル基、及び炭素-炭素不飽和結合含有基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(B)化合物の含有量が、前記重合体成分100質量部に対して0.1質量部以上40質量部以下である、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記(A)重合体における前記構造単位(D)の含有割合が、ジアミンに由来する構造単位の全量に対して85モル%以下である、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記(A)重合体とは異なる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(A)重合体とは異なる重合体が、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド、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10に記載の液晶配向剤。
- 請求項1~11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12に記載の液晶配向膜を備える液晶素子。
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