JP2916786B2 - 液晶配向膜用組成物および液晶装置 - Google Patents

液晶配向膜用組成物および液晶装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶配向膜を形成しうる液晶配向膜用組成物
に関する。
〔従来の技術〕
液晶表示装置に用いられる液晶素子には、一般に所定
の間隙を有するように対向させて配した透明基板の内側
面の透明電極の表面に液晶配向膜が形成されている。こ
の液晶配向膜には、従来のTN方式の液晶装置の場合、ポ
リイミド膜がよく使用される。ポリイミド膜は、その前
駆体のポリアミド酸を有機溶剤に溶解した液晶配向膜用
組成物を透明電極上に塗布し、加熱脱水閉環して形成す
る。
従来、液晶配向膜のポリイミドには全芳香族系ジアミ
ンを原料とするポリイミド膜が使用されてきた。例え
ば、無水ピロメリト酸と4,4′−ジアミノジフェニルエ
ーテルの反応より得られるポリアミド酸からなる液晶配
向膜組成物を脱水閉環し得られるポリイミド膜があげら
れる。この種のポリイミドは配向性が優れているなどの
長所があるが、最近注目されている超ねじれ複屈折効果
(Super Twisted Birefringence Effect:STBEと略す)
を利用した液晶表示装置には対応できない。この表示装
置は従来のTN型に比較して、コントラスト、視角特性が
きわめて優れているという特徴がある。これに用いる配
向膜はプレチルト角を高くする必要があるが、従来のポ
リイミドではプレチルト角が2°以下で、ドメインがで
きディスクリネーションと呼ばれる線欠陥が発生する等
良好な表示特性が得られない。従って、STBE型表示装置
で満足のいく表示特性が得られる配向膜として現状では
酸化珪素等の無機斜方蒸着膜等が主に用いられていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、無機斜方蒸着膜は、液晶に対して選択性があ
り、全ての液晶組成物の配向を良好に行うことは困難で
ある。また、組立て時の高温加熱処理により配向にムラ
が生じ歩留りが低下して生産性が悪くなる欠点を有し、
配向膜に必要なコントラストおよび視角特性を満足する
ことができなかった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者等は上記の様な種々の問題がある無機斜方蒸
着膜にかわる、比較的高いプレチルト角を有するポリイ
ミド膜の開発を検討した。従来のポリイミド膜は平面構
造のため、プレチルト角が低いと考え、平面から構成分
子の一部が立っている様なポリイミド膜を試作すべく、
液晶配向膜用組成物について検討した。
その結果、従来品に比較して、プレチルト角が高く、
斜方配向が可能であるポリイミド配向膜を形成すること
のできる優れた液晶配向膜用組成物を発明するに至っ
た。
すなわち、本発明は一般式(I) (式中,R1は芳香環または脂環であり,R2は,側鎖に,
−CON(R3)2,−CO−N−CO−,−SO2−,−SO3−,−SO
2N−R5(R3はアルキル基を示し,R5は水素原子,アルキ
ル基,アシル基を示す。)からなる群から選ばれた1個
以上の官能基を含む鎖状基を有する芳香環あるいは側鎖
に−CON(R3)2,−CO−N−CO−,−SO2−,−SO3−,−
SO2N−R5(R3はアルキル基を示し,R5は水素原子,アル
キル基,アシル基を示す。)からなる群から選ばれた1
個以上の官能基を含む鎖状基とハロゲン原子とを有する
芳香環であり,nは正の整数を示す。)で表わされるポリ
アミド酸を含有することを特徴とする液晶配向膜用組成
物である。
本発明の液晶配向膜組成物は、主に一般式(I)のポ
リアミド酸およびこれを溶解し得る有機溶媒からなり、
これを脱水閉環と同時に有機溶媒を揮散させてポリイミ
ド膜とする。
ここで、一般式(I)のポリアミド酸について詳しく
述べる。このポリアミド酸は酸無水物と鎖状置換基を有
する芳香族ジアミンとの反応により得られるが、酸無水
物としては、例えば無水ピロメリト酸、無水3,3′,4,
4′−ビフェニルテトラカルボン酸、無水3,3′,4,4′−
ベンゾフェノンテトラカルボン酸、無水シクロペンタン
テトラカルボン酸、無水2,3,5−トリカルボキシシクロ
ペンチル酢酸、無水5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ
−3−フラニル)−3−シクロヘキセン−1,1−ジカル
ボン酸等があげられる。鎖状置換基を有する芳香族ジア
ミンは、一般式(II) (式中、R3は芳香環であり、R4は鎖状置換基、Xは結合
のみか、あるいは炭素、酸素、窒素、イオウの各々また
はその組合せからなる官能基であり、1は1、2、3ま
たは4を示す。)で表される化合物である。
一般式(II)で表されるジアミンについてさらに詳し
く説明する。R3の芳香環には他の置換基(アルキル基、
アルコキシ基、ハロゲン原子等)があってもよいベンゼ
ン環、ナフタリン環、ビフェニル環等があげられる。R4
の鎖状置換基には置換していてもよい直鎖状または分岐
状のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基等があげ
られる。これらの置換基としてはアルコキシ基、ハロゲ
ン原子、ヒドロキシ基、アシル基、カルボキシ基、オキ
シカルボニル基、アミノ基、アミド基、シアノ基、ニト
ロ基、スルホニル基、スルホニルオキシ基、芳香族基等
があげられる。Xには,S,NR5(R5は水素原子,アルキル
基,アシル基を示す。),CON(R)2,−CO−N−CO−,
−SO2−,SO3−,−SO2N−R5などがあげられ、また芳香
環と鎖状置換基が直接結合した結合のみをも表わす。
一般式(II)で示される化合物の具体例を下記にあげ
る。なお、化合物No.は実施例においても共通に用い
る。
化合物No.構造式 上記の酸無水物および鎖状置換基を有する芳香族ジア
ミンをそれぞれ1種または2種以上を有機溶媒中、無水
条件下、好ましくは50℃以下の温度で反応させ、ポリア
ミド酸の溶液とする。
ここで用いる有機溶媒には、比較的揮散しやすく、生
成するポリアミド酸を溶解し得る極性溶媒、例えば、N,
N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミ
ド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシ
ド等を用いる。
また、ガラス基板、金属類等との接着性の向上を目的
として、反応成分にシランカップリング剤やジアミノシ
ロキサンを併用することも何らさしつかえがない。シラ
ンカップリング剤としてはγ−アミノプロピルトリエト
キシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプ
ロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピル
トリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメト
キシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシ
シラン等があげられる。
ジアミノシロキサンには1,3−ビス(3−アミノプロ
ピル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、α,ω
−ビス(3−アミノプロピルジメチルシリル)ベンゼン
等があげられる。
上記のようにして得られた本発明のポリアミド酸を含
有する液晶配向膜組成物を使用して配向膜を形成する方
法は、下記のとおりである。
つまり、前記ポリアミド酸を有機溶媒中0.1〜20重量
%溶液として、これをディップ法、スピナー法、スプレ
ー法、印刷法等により、液晶素子を構成する電極上に塗
布する。塗布後、100〜400℃、好ましくは150〜250℃で
加熱処理して、上記ポリアミド酸を脱水閉環してポリイ
ミド被膜が得られる。この被膜をラビング処理して、液
晶配向膜とされる。液晶配向膜と液晶間のプレチルト角
は従来のポリイミド膜では2°以下であったが、本発明
の組成物より得られる液晶配向膜では、プレチルト角が
高くなり、ほぼ垂直まで可能となった。本発明のポリア
ミド酸を含有する液晶配向膜用組成物はSTBE方式の液晶
表示装置に適している。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。なお、
実施例中の部とは重量部を表わす。
実施例1 N,N−ジメチルアセトアミド64部に化合物No.2のジア
ミン2.92を溶解し、窒素雰囲気下、等モルの無水3,3′,
4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸2.94部を加え20〜3
0℃で24時間反応させた。得られたポリアミド酸の溶液
にN,N−ジメチルアセトアミドを加え5重量%の溶液を
調製して液晶配向膜用組成物とした。これをスピンコー
タを用いて、ITOの透明ガラス電極(3cm×3cm厚さ1mm)
上に塗布した。塗布後250℃で1時間加熱して脱水閉環
させ、わずかに黄味を帯びたポリイミド被膜を形成し
た。
次にこの被膜をラビング処理した基板の一対を用い
て、液晶ZLI−2214(メルク社製)を封入して液晶表示
装置(厚み6μ)を作成した。プレチルト角を測定した
ところ15°であった。本装置に電圧を印加して、立ち上
がり特性及びコントラストを観察したところ極めて良好
であった。
実施例2〜6 実施例1において使用した化合物No.2のジアミン、酸
無水物および溶媒の代わりに表1に示した物を用いて実
施例1と同様の操作を行いプレチルト角を測定した。そ
の結果を表1に示す。またいずれの場合においても実施
例1と同様良好な立ち上がりとコントラストが観察され
た。
なお、表1におけるPMDAは無水ピロメリト酸、BPDAは
無水3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸、CPDA
は無水シクロペンタンテトラカルボン酸、DMAはN,N−ジ
メチルアセトアミド、NMPはN−メチルピロリドンを示
す。
実施例7 実施例6において実施例1と同様にして得た反応液に
ジアミンに対して1mol%のγ−アミノプロピルトリエト
キシシランを添加して実施例1と同様の操作を行いプレ
チルト角を測定したところ、20°であった。また、実施
例1と同様良好な立ち上がりとコントラストが観察され
た。
実施例8 N,N−ジメチルアセトアミド43部に化合物No.6のジア
ミン5.7部および4,4′−ジアミノジフェニルエーテル0.
8部を溶解し、窒素雰囲気下、無水ピロメリト酸4.36部
を加え20〜30℃で24時間反応させた。得られたポリアミ
ド酸の溶液にN,N−ジメチルアセトアミドを加え5重量
%の溶液を調製して液晶配向膜用組成物とした。この組
成物を用いて実施例1と同様にして、ポリイミド被膜を
得て、さらに液晶表示装置を作成し、プレチルト角を測
定したところ、15°であった。また、実施例1と同様良
好な立ち上がりとコントラストが観察された。
〔比較例〕
実施例2において、化合物3のジアミンのかわりに、
4,4′−ジアミノジフェニルエーテルを用いて、実施例
2と同様の操作を行いプレチルト角を測定したところ、
2°であった。
〔発明の効果〕
本発明の液晶配向膜用組成物によれば、プレチルト角
が高く,斜方配向が可能であるポリイミド配向膜が得ら
れる。
また,本発明の液晶配向膜用組成物を配向制御膜とし
て用いることにより,コントラストおよび視角特性の優
れた液晶装置を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海老沢 誠 群馬県渋川市半田2470番地 日本カーリ ット株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 平2−282726(JP,A) 特開 昭63−311232(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/1337

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式(I) (式中,R1は芳香環または脂環であり,R2は,側鎖に,
    −CON(R3)2,−CO−N−CO−,−SO2−,−SO3−,−SO
    2N−R5(R3はアルキル基を示し,R5は水素原子,アルキ
    ル基,アシル基を示す。)からなる群から選ばれた1個
    以上の官能基を含む鎖状基を有する芳香環あるいは側鎖
    に−CON(R3)2,−CO−N−CO−,−SO2−,−SO3−,−
    SO2N−R5(R3はアルキル基を示し,R5は水素原子,アル
    キル基,アシル基を示す。)からなる群から選ばれた1
    個以上の官能基を含む鎖状基とハロゲン原子とを有する
    芳香環であり,nは正の整数を示す。)で表わされるポリ
    アミド酸を含有することを特徴とする液晶配向膜用組成
    物。
  2. 【請求項2】 一般式(I) (式中,R1は芳香環または脂環であり,R2は,側鎖に,
    −CON(R3)2,−CO−N−CO−,−SO2−,−SO3−,−SO
    2N−R5(R3はアルキル基を示し,R5は水素原子,アルキ
    ル基,アシル基を示す。)からなる群から選ばれた1個
    以上の官能基を含む鎖状基を有する芳香環あるいは側鎖
    に−CON(R3)2,−CO−N−CO−,−SO2−,−SO3−,−
    SO2N−R5(R3はアルキル基を示し,R5は水素原子,アル
    キル基,アシル基を示す。)からなる群から選ばれた1
    個以上の官能基を含む鎖状基とハロゲン原子とを有する
    芳香環であり,nは正の整数を示す。)で表わされるポリ
    アミド酸を含有する液晶配向膜用組成物を用いて形成さ
    れた配向膜が一対の基板に形成されてなり,該一対の基
    板間に液晶が封入されてなることを特徴とする液晶装
    置。
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