JP3026328B2 - 液晶ディスプレイ用アラインメント層としての、ピロメリト酸二無水物とビス(4−アミノフェノキシ)芳香族化合物とからのポリイミドフィルム - Google Patents

液晶ディスプレイ用アラインメント層としての、ピロメリト酸二無水物とビス(4−アミノフェノキシ)芳香族化合物とからのポリイミドフィルム

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】
1.発明の分野 本発明はピロメリト酸二無水物およびビス(4−アミノ
フェノキシ芳香族化合物をベースとするポリイミドアラ
インメントフィルムおよびこのようなアラインメントフ
ィルムを使用する液晶ディスプレイデバイスに関する。
【0002】2.先行技術の説明 液晶ディスプレイ(LCD)デバイスは、電力消費が極
めて少ないことを要求するディスプレイで、あるいは環
境のために軽量で、板状で平らな表面が是非とも必要な
場合にますます重要になっている。従ってLCDは腕時
計、ポケット計算機およびパソコン、航空機のコックピ
ットディスプレイなどのようなディスプレイデバイスで
使用される。
【0003】液晶ディスプレイデバイスは、最も簡単な
形では、液晶層が両側にあり、液晶層の両面に一組の電
極があり、各組の電極と液晶層との間にアラインメント
ポリマー層があるものである。液晶分子のアラインメン
トは、電極を支持する二つの基板例えばガラス板、プラ
スチックシート、石英板またはその他の内側の面に対し
てある角度(チルト角と称する)で起きる。基板の内側
には、通常はインジウム−酸化錫(ITO)である透明
な何組かの電極(導電体)のコーティングがある。これ
らの何組かの電極はLCDによって表示される情報に適
合するようにパターン状に例えばエッチングされる。ア
ラインメント工程はITOでコートされた二つの基材上
に有機ポリマーを溶液流延(スピンコーティング、ロー
ラーコーティング、浸漬、吹付け、印刷および(また
は)ドクターブレーディング)することにより極めて容
易に実施される。溶媒の除去および(または)ポリマー
層の硬化の後、基材は通常、布地で一方向にラビングま
たはバフィングされる。このラビング工程は独特な光学
的方向を付与するのに役立つ。両方の基板のラビングを
行った後、これらの基板は互いに70°〜360°回転
され、これらの基板の間の空間または空隙の厚さを一定
に保つように有機接着剤を用いて互いに接着され、液晶
物質の様々な混合物で充填され、そして有機接着剤を用
いて最終的に密封される。この段階で偏光フィルムが積
層法により基板の外表面にしばしば接着される。最後
に、電気的設計およびディスプレイ設計に合致するよう
に両方の基板に対して電気的結線が行なわれる。
【0004】ラビングの行なわれたポリマーフィルムつ
まりアラインメントの方向とチルト角とを制御するフィ
ルムを使用することは、あらゆる種類の液晶ディスプレ
イの製造に使用されるプロセス技術において支配的であ
り、またポリイミドは今日使用される最も普通なアライ
ンメントフィルムである。さらに、チルト角およびその
大きさは、LCDデバイスの様々な電気光学的応答およ
び電気光学的特性として極めて重要である。LCDの安
定性、可読性および信頼性はすべてチルト角の大きさお
よび安定性に関係する。チルト角は高温および照射に対
して安定でなければならず、またチルト角の大きさは、
ディスプレイの可動時間を長くするために長期の保管時
間にわたって安定でなければならない。このことは、液
晶で充満されたセルを密封した後にディスプレイを熱処
理した後で得られるチルト角の値について特にいえる。
【0005】液晶ディスプレイの液晶分子のアラインメ
ントの方向およびチルト角を制御するのに使用するポリ
イミドフィルムは極めて薄く、一般に100〜2000
オングストローム程度である。アラインメントは特定の
布地によって柔らかくバッフィングを行なうことにより
ポリイミドポリマーのただ一つの方向へのアラインメン
トが誘起される。実際に得られるチルト角は表面上のポ
リマーの配列、得られる表面エネルギー、表面のバッフ
ィングを行うのに使用する布地の性質およびバッフィン
グ操作の程度の関数である。これらの要因に加えて、何
百もの商業的な液晶処方物はそれぞれ所与の表面に対す
る相互作用が異なる。しかしながら一般に、チルト角の
値の範囲を決定する最も重要なただ一つの要因は、この
角度を制御するのに使用するポリマーの固有の特性であ
る。
【0006】最も標準的なTNまたはSTN液晶ディス
プレイ(オフ時白色)の場合、ピロメリト酸二無水物お
よび4,4′−ジアミノジフェニルエーテルをベースと
する、あるいは3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテト
ラカルボン酸二無水物、4,4′−ジアミノジフェニル
エーテルおよびm−フェニレンジアミンをベースとする
慣用のポリイミドは、これらのディスプレイにとって十
分である2°〜3°の範囲のチルト角を与える。しかし
ながら、より一層高性能のSTNディスプレイの場合、
4°を上回わるより大きなチルト角が必要であり、アル
キル基またはフルオロアルキル基で変性されたポリイミ
ドが一般に使用されている。しかしながら良好かつ安定
なアラインメント特性を維持しつつ2°を下回わるより
小さなチルト角を必要とする別な液晶ディスプレイへの
応用がある。例えば普段は黒い液晶ディスプレイ(オフ
時黒色)は約1.5°のチルト角を必要とし、この角度
は慣用のポリイミドを使用して得られる角度より低い。
TN LCディスプレイでの1°より低いチルト角は逆
チルト領域の発生の原因となり、逆チルトは光の散乱、
コントラストの低下および「普段は黒い」TN LCデ
ィスプレイのディスプレイ性能の妨害を招くに至る。
「普段は黒い」TNとは、LCDの偏光体の吸収軸が実
質的に互いに平行であり、また基材の一つの表面でのL
Cの二方向の配向の一方に対して平行であることを意味
する。1°より小さいチルト角とは対照的に、2°を著
しく上回わるチルト角は、低いコントラストすなわち有
効複屈折の低下による顕著な「操作停止状態」での透過
の原因となりまたコントラストの視る角度への依存度を
高める原因となる。従って1°より小さくなくしかも2
°より大きくないチルト角が好ましい。一般に非弗素化
芳香族ポリイミドは2°〜3°の範囲の表面チルト角を
与える。
【0007】LCDで使用するフレーム密封剤は典型的
に、UV放射または高温に曝されることにより密封可能
な有機接着剤である。広く使用される硬化性有機接着剤
は、数分間から数時間にわたる硬化時間の場合、150
°〜200℃という典型的なピーク温度で硬化する。
【0008】セルに液晶を充填する前に表面のラビング
を行った後そして徐冷する前に密封剤が硬化されねばな
らないのでアラインメント層のラビングを行うことによ
り誘起される液晶のアラインメントはこの温度処理に耐
える必要がある。熱処理に対する安定性の要求はフレー
ム密封剤を硬化するのに用いるのと同じ温度範囲で硬化
される配向層の場合最も厳しい。
【0009】従って1°〜2°、望ましくは1.2°〜
1.8°そして最も望ましくは1.4°〜1.6°の範囲
のチルト角を与えまた液晶分子の良好かつ安定なアライ
ンメントを与えるポリイミドアラインメントフィルムに
対する要求がある。これらのチルト角は密封剤物質の硬
化に必要な高温または照射(例えばUV放射)の下で安
定でなければならない。チルト角は高い温度の長期の保
管に対して安定であるべきでもある。またチルト角は、
硬化温度およびラビングの強さといった製造工程のパラ
メータの変化に対しても安定でなければならない。また
使用する液晶混合物の種類に従うチルト角の変化は小さ
くなければならない。
【0010】1990年12月25日に公表された日本
特許出願2−309322号および2−309323号
は、ネマチック液晶ディスプレイ要素に使用する場合に
画像のぼやけが低減するポリイミドアラインメントフィ
ルムを開示している。このポリイミドフィルムはピロメ
リト酸二無水物のようなテトラカルボン酸二無水物成分
と(1)フェニレン、ビフェニレンまたはターフェニレ
ンジアミン、あるいは(2)ジアミノフェニルスルホン
のいずれかと組合わせて使用される式
【化8】 (式中、mは0〜2である)の構造単位を含む芳香族ジ
アミン成分とから誘導される。しかしながらポリメリト
二無水物と、1,4−ビスもしくは1,3−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)ビフェニルまたは4,4′−ビス
(4−アミノフェノキシ)ジフェニルスルホンとから誘
導されまた1°〜2°のチルト角と良好な液晶アライン
メントを与える本発明の特定のポリイミドアラインメン
トフィルムは開示されていない。
【0011】
【発明の概要】本発明は、芳香族テトラカルボン酸二無
水物成分としてのピロメリト酸二無水物と式
【化9】 (式中、Xは
【化10】 からなる群から選択される)の芳香族ジアミン成分とを
含み、液晶ディスプレイデバイスの液晶層に1°〜2
°、望ましくは1.2°〜1.8°そして最も望ましくは
1.4°〜1.6°のチルト角を与える、この液晶層をア
ラインメントするためのポリイミドアラインメントフィ
ルムを提供する。
【0012】これらのチルト角は密封剤物質を硬化する
のに必要な高温または照射(例えばUV放射)の下で安
定である。これらのチルト角は高温での長期の保管に対
して安定である。チルト角は硬化温度およびラビングの
強さといった製造工程のパラメータの変化に対しても安
定でありまた使用する液晶物質への顕著な依存を示さな
い。
【0013】チルト角はLCDで使用されるフレーム密
封剤を硬化するのに広く用いられる高温またはUV放射
への曝露する時に安定である。このことは例えば180
℃またはそれ以下の低い硬化温度で密封剤が硬化される
本発明のポリイミドアラインメントフィルムについてさ
えあてはまる。
【0014】本発明は、 (a) 対向する面を有する液晶層、 (b) この液晶層の両面にある一組の電極、および (c) 電極の組のそれぞれと上記液晶層との間にあ
り、芳香族テトラカルボン酸二無水物成分としてのピロ
メリト酸二無水物と式
【化11】 (式中、Xは
【化12】 からなる群から選択される)の芳香族ジアミン成分とを
含むポリイミドアラインメントフィルム層からなり、こ
のポリイミドアラインメントフィルムが上記液晶層に1
°〜2°、望ましくは1.2°〜1.8°そして最も望ま
しくは1.4°〜1.6°のチルト角を与える液晶ディス
プレイデバイスをさらに提供する。
【0015】チルト角はLCDを製造するのに用いる高
温またはUV放射への曝露条件の下で安定である。チル
ト角は180℃で少なくとも2時間曝露の後、安定であ
る。時には後熱処理とも称されるこの熱処理は、LCD
のアラインメントの寿命に関する初期の良い試験でもあ
る。本発明のLCDのチルト角は60℃で250時間保
管の後、安定である。チルト角は500時間の保管の
後、安定であるのが望ましく、そして70℃で少なくと
も1000時間の保管に対して安定であるのが望まし
い。保管温度は応用によって決まるが、80℃またはそ
れ以上での1000時間の保管に対してチルト角が安定
であるのが最も好ましい。屋外または自動車での使用に
対しては、保管時間は少なくとも100℃において50
0時間そして望ましくは1000時間である。
【0016】
【発明の詳述】本発明の液晶ディスプレイデバイスでア
ラインメントフィルムとして使用されるポリイミドは芳
香族テトラカルボン酸二無水物成分と芳香族ジアミン成
分との重縮合−イミド化反応生成物である。
【0017】芳香族テトラカルボン酸二無水物成分は主
な二無水物成分としてピロメリト酸二無水物を含む。芳
香族テトラカルボン酸二無水物成分はピロメリト酸二無
水物に加えて40モル%まで、望ましくは20モル%ま
での追加的なテトラカルボン酸二無水物を含有してよ
い。
【0018】ピロメリト酸二無水物と組合わせて使用さ
れうるテトラカルボン酸二無水物には、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′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物お
よびオキシジフタル酸二無水物があるが、これらに限ら
れはしない。これらのテトラカルボン酸二無水物は単独
であるいは組合わせて使用できる。2,2−ビス(3,4
−ジカルボキシフェニル)−ヘキサフルオロプロパン二
無水物、9,9−ビス(トリフルオロメチル)−2,3,
6,7−キサンテンテトラカルボン酸二無水物、9−フ
ェニル−9−トリフルオロメチル−2,3,6,7−キサ
ンテンテトラカルボン酸二無水物、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などの弗素化二無水物もまた使用
されてよいが、弗素化ポリイミドがより大きなチルト角
を与える傾向をもつので20モル%より少ない量で使用
される。
【0019】テトラカルボン酸二無水物成分が60モル
%より少ないピロメリト酸二無水物を含む場合、ポリイ
ミドによって与えられるチルト角は普段は黒いTN液晶
ディスプレイで使用するには大きすぎるであろう。チル
ト角は安定性にも悪い影響が及ぶであろう。
【0020】芳香族ジアミン成分は主成分として式
【化13】 (式中、Xは
【化14】 からなる群から選択される2価の基である)を有する芳
香族ジアミンからなる。
【0021】芳香族ジアミン成分は主要な芳香族ジアミ
ンに加えて、別な芳香族ジアミンを50モル%以下、望
ましくは20モル%以下含有してよい。主要な芳香族ジ
アミンの割合が50モル%より少ない場合、チルト角の
アラインメントおよび(または)安定性に悪影響が及ぶ
であろう。さらにチルト角は1°〜2°という所望の範
囲より小さくまたは大きいであろう。
【0022】主要な芳香族ジアミンと組合わせて使用で
きる芳香族ジアミンには、4,4′−ジアミノジフェニ
ルエーテル、m−フェニレンジアミン、p−フェニレン
ジアミンなど、および2,2−ビス(4−アミノフェニ
ル)ヘキサフルオロプロパン、2,2′−ビス(トリフ
ルオロメトキシ)ベンジジン、2,2′−ビス(トリフ
ルオロメチル)ベンジジン、2,2−ビス〔4−(3−
アミノフェノキシ)フェニル〕ヘキサフルオロプロパン
などのような弗素化ジアミンがあるが、これらに限定さ
れはしない。弗素化ジアミンが存在する場合、大きいチ
ルト角を与える傾向があるので、その量は限定されるべ
きである。
【0023】ビス−(p−アミノシクロヘキシル)メタ
ン(PACM)または1,4−シクロヘキサンジアミン
のような環式脂肪族ジアミン、およびヘキサメチレンジ
アミンのような脂肪族ジアミンもまたジアミンコモノマ
ーとして使用されてよいが、本発明に従うならばさほど
好ましくない。
【0024】本発明のポリイミドアラインメントフィル
ムは、N−メチルピロリドンまたはN,N−ジメチルア
セトアミド溶媒中で実質的等モル量の芳香族テトラカル
ボン酸成分と芳香族ジアミン成分とを周囲温度から50
℃において溶液重合することにより製造できる。
【0025】分子量を制御するために無水フタル酸また
はアニリンのような好適な末端キャップ剤もまた添加さ
れてよいが、本発明に従うならばその必要はない。
【0026】得られるポリ(アミド酸)溶液は次いで希
釈され、そしてインジウム−酸化錫(ITO)でコート
されたガラス板上にスピンコーティングによりコートさ
れ、そして次に150°〜350℃の温度で1分〜2時
間、望ましくは180°〜250℃で30分〜2時間硬
化され、ポリ(アミド酸)の脱水および閉環が行なわれ
ポリイミドコーティングがつくられる。このポリイミド
コーティングはさらに、本発明のアラインメント制御フ
ィルムを与える、技術上周知のラビング処理にかけられ
る。アラインメントフィルムの厚さは典型的に100〜
2000オングストロームであり、また施すポリマーの
量または用いるコーティング法を変化させることにより
調整することができる。
【0027】慣用されるアラインメント制御技術に関す
る概説は、John Wiley & Sonsにより1987年に刊行のG.
W. Grayにより編集されたThermotropic Liquid Crystal
sの75〜77ページにI. Sageにより、またJournal of App
lied Physics 62巻10号(1987年)の4100〜4108ページに
J. M. Gearyらによりなされている。
【0028】電極により覆われまたアラインメント制御
フィルムでコートされた一対のガラス基材が、それぞれ
のアラインメントフィルムが互いに向かいあうように、
互いに対向するように置かれ次いでこれらの基材の間に
スペーサを挿入することによりあるいは別な手段によっ
て予め定めた空間を形づくるように互いに接合される。
例えばSTN液晶組成物のZLI−2293(ドイツの
DarmstadtのMerck KGaAから発売)が上記の空間に充填
され、次いで充填孔が接着剤で密閉される。
【0029】ガラスの外表面の双方に偏光層が被着され
る。セルの特定の形状に従って、二つの偏光体の偏光の
方向が相互に調整される。偏光体の配向は例えば欧州特
許01 31 216および02 60 450に記載され
ているが、別な配向もまた用いることができる。補償T
Nセルではこれらの二つの方向は互いに実質的に垂直で
ある(普段は白色のセル)か互いに実質的に平行である
(普段は黒色のセル)かのいずれかである。相互の方向
がほとんど70°〜360°である二つのアラインメン
ト層につながって、液晶はその層の厚さを通じて螺旋状
に配向する。TNディスプレイの場合70°〜110°
のツィスト角が特に好ましい。本発明で特に好ましいの
は、ツィスト角が70°〜110°そして望ましくは8
0°〜100°である「普段は黒色の」TNディスプレ
イである。STNディスプレイの場合、170°〜27
0°のツィスト角が好ましくまた180°〜220°の
ツィスト角が特に好ましい。90°より大きいツィスト
角は液晶混合物に適当なドーピング成分を添加すること
により実現することができる。
【0030】本発明の特に好ましい液晶アラインメント
フィルムは、ピロメリト酸二無水物と1,3−ビス(4
−アミノフェノキシ)ベンゼンとから誘導されるポリイ
ミドフィルムからなり、これは1.7°の初期チルト角
を与え、安定であり、後熱処理(180℃、2時間)の
後、チルト角の減少は僅かに18%しか示さず、チルト
角は1.4°となる。
【0031】本発明で使用できる液晶はネマチックまた
はスメクチックのいずれかの液晶である。ネマチック液
晶が好ましい。これは正の誘電的異方性を有してもよく
負の誘電的異方性を有してもよい。
【0032】TNおよびSTNに応用するために、正の
誘電的異方性を有するネマチック液晶が好ましい。EC
Bディスプレイの場合、そして液晶の面内スイッチング
を惹起する櫛型電極に例えば、基材に対して実質的に平
行な電場を用いるある種のディスプレイの場合、誘電的
に負の液晶が使用される。この面内スイッチングディス
プレイおよび無定形TNの場合、そしてまた軸対称ミク
ロ領域ディスプレイの場合も、誘電的に正の液晶が使用
できる。
【0033】液晶は典型的には3〜約30種の化合物の
混合物である。ある場合には40種またはそれ以上の化
合物さえ使用できる。5〜25種の化合物からなる混合
物が好ましいが、特に好ましいのは7〜20種の化合物
の混合物である。しかし最も好ましいのは8〜16種の
化合物を含む混合物である。
【0034】本発明で使用する液晶は60℃より高い、
望ましくは70℃より高いそして最も望ましくは80℃
より高い透明点を有する。STNへの応用の場合、少な
くとも85℃のそして90℃より高くさえある透明点が
好ましい。相範囲は少なくとも80℃の巾であるが、9
0℃より大きいのが好ましい。多くの応用において相範
囲は100℃より大きい。低い方の保管温度は少なくと
も−20℃、望ましくは−30℃そして最も望ましくは
−40℃である。
【0035】本発明のTN液晶ディスプレイで使用でき
る液晶混合物はシアノ置換された物質をベースとする。
この物質は末端シアノ置換基がある化合物を含むのが好
ましく、またこの化合物はシアノ基に対してオルトの位
置に一つまたはそれより多くのフルオロ置換基を有して
もよい。この液晶混合物は超弗素化物質(SFM)をさ
らに含有するのが好ましい。本発明の別な一態様では液
晶混合物はこの超弗素化物質をベースとする。
【0036】本発明で特に好ましいSTNディスプレイ
用の液晶は、シアノフェニルシクロヘキサンを含むのが
好ましい。この混合物は、アルキル側鎖内に−CH=C
H−基を有する化合物(つまりアルケニル化合物)また
は環系の間に−CH=CH−架橋基を有する化合物を追
加的にあるいは代わりに含むのが好ましい。複素環式環
を含む液晶混合物がさらに好ましい。
【0037】本発明のLCDで使用する液晶混合物は、
式(I)
【化15】 (式中、R3は1〜12個の炭素原子を含むアルキル基
であり、さらにその場合隣り合わない−CH2−基の一
つまたは二つが−O−、−CO−、−COO−、−OC
O−または−CH=CH−により置き換えられていてよ
く;
【化16】 は互いに独立に、トランス−1,4−シクロヘキシレ
ン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニ
レン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフ
ルオロ−1,4−フェニレンまたは3,5−ジフルオロ−
1,4−フェニレンであるか、または
【化17】 のいずれか一つはピリミジン−2,5−ジイル、ピリジ
ン−2,5−ジイルまたはトランス−1,4−ジオキサン
−2,5−ジイルのどれかであり;Z1およびZ2は互い
に独立に、直接結合、−CH2CH2−、−COO−、−
OCO−、−CH=CH−または−C≡C−であり;X
1、X2およびX3は互いに独立にHまたはFであり;
3′はR3と同じであるかQ−Yであり;Qは−CF2
−、−OCF2、−C24−または直接結合であり;Y
はH、F、ClまたはCNであり;そしてnは0、1ま
たは2である)の少なくとも一つの化合物を含有するの
が好ましい。
【0038】本発明で使用する液晶混合物中の式(I)
の一つまたはそれより多くの化合物の割合は15重量%
より多くそして一層特定的には20重量%より多いのが
好ましい。式(I)の一つまたはそれより多くの化合物
を40重量%より多くそして一層特定的には50重量%
より多く含有する液晶混合物が特に好ましい。
【0039】本発明の好ましい態様では、液晶混合物
は、R3′がCNで、X1がHでありそしてX2およびX3
の少なくとも一つがFである式(I)の化合物を少なく
とも一つ含有する。特に好ましいのは式(Ia)から
(Ih)
【化18】 (式中、R3およびX3は式(I)におけると同じ意味を
もち、またX3はHであるのが好ましい)の化合物を少
なくとも一つ含有する液晶混合物である。
【0040】式(Ia)から(Ih)の化合物の割合
は、2〜50%、一層特定的には4〜40%そして最も
望ましくは7〜30%であるのが好ましい。さらに好ま
しい態様において、液晶混合物は式(Ii)から(I
l)
【化19】 (式中、R3、X2およびX3は互いに独立に、式(I)
におけるのと同じ意味をもちまたX3はHであるのが好
ましい)の化合物の少なくとも一つを少なくとも5%含
有する。
【0041】本発明で使用する液晶混合物は、ネマチッ
クなまたはネマチック相形成性の(単変のまたは等方性
の)物質である成分、特にアゾキシベンゼン、ベンジリ
デンアニリン、ビフェニル、ターフェニル、フェニルベ
ンゾエートまたはシクロヘキシルベンゾエート、フェニ
ルシクロヘキサンカルボキシレートまたはシクロヘキシ
ルシクロヘキサンカルボキシレート、フェニルシクロヘ
キシルベンゾエートまたはシクロヘキシルシクロヘキシ
ルベンゾエート、フェニルシクロヘキシルシクロヘキサ
ンカルボキシレートまたはシクロヘキシルシクロヘキシ
ルシクロヘキサンカルボキシレート、シクロヘキシルフ
ェニルベンゾエート、シクロヘキシルフェニルシクロヘ
キサンカルボキシレート、シクロヘキシルフェニルシク
ロヘキシルシクロヘキサンカルボキシレート、フェニル
シクロヘキサン、シクロヘキシルビフェニル、フェニル
シクロヘキシルシクロヘキサン、シクロヘキシルシクロ
ヘキサン、シクロヘキシルシクロヘキセン、シクロヘキ
シルシクロヘキシルシクロヘキセン、1,4−ビス(シ
クロヘキシル)ベンゼン、4,4′−ビス(シクロヘキ
シル)ビフェニル、フェニルピリジンまたはシクロヘキ
シルピリミジン、フェニルピリジンまたはシクロヘキシ
ルピリジン、フェニルジオキサンまたはシクロヘキシル
ジオキサン、フェニル−1,3−ジチアンまたはシクロ
ヘキシル−1,3−ジチアン、1,2−ジフェニルエタ
ン、1,2−ジシクロヘキシルエタン、1−フェニル−
2−シクロヘキシルエタン、1−シクロヘキシル−2−
(4−フェニルシクロヘキシル)エタン、1−シクロヘ
キシル−2−ビフェニルエタン、1−フェニル−2−シ
クロヘキシルフェニルエタン、ハロゲン化または非ハロ
ゲン化スチルベン、ベンジルフェニルエーテル、トラン
および置換桂皮酸からなる群から選択される物質を含有
してよい。これらの化合物における1,4−フェニレン
基も弗素化されてよい。
【0042】本発明で電気光学系で使用する液晶混合物
は式(II)と(III) R4−L−E−R5 (II) R4−L−CH2CH2−E−R4 (III) を有する誘電的に中性の化合物を一つまたはそれより多
く含有してもよい。
【0043】上記の式(II)および(III)において、Lお
よびEは同じであっても異なっていてもよく、またそれ
ぞれ互いに独立に、−Phe−、−Cyc−、−Phe
−Phe−、−Phe−Cyc−、−Cyc−Cyc
−、−Pyr−、−Dio−、−G−Phe−および−
G−Cyc−ならびにこれらの鏡像体からなる群から選
択される2価の基である。Pheは非置換のまたは弗素
置換された1,4−フェニレンであり、Cycはトラン
ス−1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−シクロヘキ
セニレンであり、Pyrはピリミジン−2,5−ジイル
またはピリジン−2,5−ジイルであり、Dioは1,3
−ジオキサン−2,5−ジイルでありまたGは2−(ト
ランス−1,4−シクロヘキシル)エチル、ピリミジン
−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイルまたは1,
3−ジオキサン−2,5−ジイルである。基LおよびE
の一つはCyc、PheまたはPyrであるのが好まし
い。EはCyc、PheまたはPhe−Cycであるの
が好ましい。
【0044】本発明で使用する液晶は、LおよびEがC
yc、PheおよびPyrからなる群から選択される式
(II)および(III)の化合物を一つまたはそれより多く含
むのが好ましく、また同時に一つまたはそれより多くの
成分は、基LおよびEの一つがCyc、PheおよびP
yrからなる群から選択されそして他の基が−Phe−
Phe−、−Phe−Cyc−、−Cyc−Cyc−、
−G−Phe−および−G−Cyc−からなる群から選
択される式(II)および(III)の化合物から選択され、ま
た所望ならば一つまたはそれより多くの成分は、基Lお
よびEが−Phe−Cyc−、−Cyc−Cyc−、−
G−Phe−および−G−Cyc−からなる群から選択
される式(II)および(III)の化合物から選択される。
【0045】式(II)および(III)の化合物のR4およびR
5はそれぞれ互いに独立に、炭素原子を8個までもつア
ルキル、アルケニル、アルコキシ、アルケニルオキシま
たはアルカノイルオキシであるのが好ましい。これらの
化合物のほとんどにおいて、R4およびR5は互いに異な
り、R4およびR5の一つは特にアルキル、アルコキシま
たはアルケニルである。
【0046】特に好ましいのは式(IV)および(V)
【化20】 (式中、R4およびR5は式(II)および(III)について述
べたのと同じであり、Zは直接結合または−CH2CH2
−であり、互いに独立であるlおよびpは0または1で
あり、そして
【化21】 が1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレ
ン、3−フルオロ−1,4−フェニレンまたは2,3−ジ
フルオロ−1,4−フェニレンである)の誘電的に中性
である化合物群である。
【0047】本発明の液晶混合物で使用する式(II)〜
(V)の化合物の重量割合は0〜50重量%そして特に0
〜40重量%であるのが好ましい。YがH、FまたはC
lである式(I)の液晶化合物はSFM物質と規定される
が、一方YがCNである化合物はカルボニトリル化合物
と規定される。
【0048】本発明のTN液晶ディスプレイは例えばア
ルキルまたはアルケニルシアノフェニルシクロヘキサン
のようなシアノ置換化合物をベースとする液晶混合物を
含有するのが好ましい。特に好ましいのは、R3′がC
Nである式(I)の化合物の一つまたはそれより多くを少
なくとも10重量%そして最も好ましくは25重量%以
上を液晶混合物が含有するLCDである。本発明のTN
LCDの液晶混合物は、R3′がCNでありまたX3
Fである式(I)の化合物を5〜35%含有するのが好ま
しい。さらに好ましい態様では、液晶混合物は「普段は
黒色の」TNディスプレイの「操作停止状態」での透過
を減少する2色性染料をさらに含有する。直接的に時分
割多重化されるかあるいは能動的にマルチプレックスア
ドレッシングされるLCDは一つまたはそれより多くの
カルボニトリル化合物の成分を含有するのが好ましい。
このことは受動的マルチプレックスアドレッシング方式
またはいわゆる能動的マルチプレックスアドレッシング
方式により駆動されうるSTNディスプレイについて特
にいえる。液晶混合物の重量に対するカルボニトリル成
分の百分率は少なくとも10重量%そして特に25重量
%以上であるのが好ましい。特に好ましいのはYがCN
である式(I)の一つまたはそれより多くの化合物を少な
くとも20重量%含有する液晶混合物である。液晶混合
物は少なくとも30重量%のカルボニトリル化合物を含
有するのが好ましくまた少なくとも6種のそして特に少
なくとも7種の液晶化合物からなる複合的組成を有す
る。特に好ましい別な一態様では、液晶混合物は、式
(I)に従う少なくとも一つの2環カルボニトリル化合物
および少なくとも一つの3環カルボニトリル化合物をを
少なくとも15重量%含有し、3環化合物および4環化
合物の百分率と2環化合物の百分率との比は少なくとも
0.18である。
【0049】式(I)の液晶化合物および式(II)〜(V)の
化合物は知られており、また例えば、ドイツのStuttgar
tで刊行されたHouben-Weyl著のMethoden der Organisch
en Chemie〔Methods of Organic Chemistry〕に記載の
ようにそれ自体知られた方法により製造される。
【0050】本発明で使用する液晶は技術上周知であ
る。上記したタイプの好ましい液晶混合物はドイツのDa
rmstadtのMerck KGaAからLicristalR の商標名で入手で
きる。
【0051】本発明は以下の諸実施例により一層詳細に
例示されるが、これらの実施例は本発明の範囲を何ら制
限しない。 用語 PMDA=ピロメリト酸二無水物 6FDA=2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニ
ル)ヘキサフルオロプロパン二無水物 BTDA=3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカ
ルボン酸二無水物 ODPA=オキシジフタル酸二無水物 BPDA=3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボ
ン酸二無水物 PA=無水フタル酸 CBDA=シクロブタンテトラカルボン酸二無水物 PPD=p−フェニレンジアミン ODA=4,4′−ジアミノジフェニルエーテル MPO=m−フェニレンジアミン APB−134=1,3−ビス(4−アミノフェノキ
シ)ベンゼン APB−133=1,3−ビス(3−アミノフェノキ
シ)ベンゼン APB−144=1,4−ビス(4−アミノフェノキ
シ)ベンゼン BAPB=1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフ
ェニル BAPS=4,4′−ビス(4−アミノフェノキシ)ジ
フェニルスルホン m−BAPS=4,4′−ビス(3−アミノフェノキ
シ)ジフェニルスルホン Bisaniline M=1,3−ビス〔2−(4−アミノフェノ
キシ)イソプロピル〕ベンゼン Bisaniline P=1,4−ビス〔2−(4−アミノフェノ
キシ)イソプロピル〕ベンゼン BAPP=2,2−ビス〔4−(4−アミノフェノキ
シ)フェニル〕プロパン 3,3′−DADS=3,3′−ジアミノジフェニルスル
ホン NMP=N−メチルピロリドン PAA=ポリ(アミド酸) DMAC=N,N−ジメチルアセトアミド ITO=インジウム/酸化錫 ZLI−2293=85℃の透明点、誘電的異方性(1
KHz、20℃)10、光学的異方性(20℃、589n
m)0.1322および異常光屈折率(20℃、589n
m)1.6312を有する、シアノフェニルシクロヘキサ
ンとビフェニルシクロヘキサンとの液晶混合物(ドイツ
のDarmstadtのMerck KGaAから発売) ZLI−2903=透明点110℃、誘電的異方性(1
KHz、20℃)6.0、光学的異方性0.1325および
異常光屈折率(20℃、589nm)1.6327を有す
る、シアノフェニルシクロヘキサン、ビフェニルシクロ
ヘキサンおよびシクロヘキシルビフェニルシクロヘキサ
ンの液晶混合物(ドイツのDarmstadtのMerck KGaAより
発売) ZLI−4792=透明点92℃、誘電的異方性(1KH
z、20℃)5.2、光学的異方性0.0969および異
常光屈折率(20℃、589nm)1.5763を有す
る、フェニルシクロヘキサン、ビフェニルシクロヘキサ
ンおよびシクロヘキシルビフェニルシクロヘキサンを主
として含有するSFMの液晶混合物(ドイツのDarmstad
tのMerck KGaAより発売) MLC−6025−000=透明点103℃、誘電的異
方性(1KHz、20℃)3.3、光学的異方性0.0840
および異常光屈折率(20℃、589nm)1.5670
を有する、誘電的に正である化合物としてオルト弗素化
−シアノフェニルエステルを含有する液晶混合物(ドイ
ツのDarmstadtのMerck KGaAより発売)
【0052】実施例1 機械式撹拌機および窒素の流入口と流出口を備えた10
0mlの反応槽に38mlのNMPとともに4.5816g
(0.0156722モル)のAPB−134とを装入
した。ジアミンが溶解した後、3.3501g(0.01
5359モル)のPMDAと0.0928g(0.000
6265モル)のPAとを固形物として加えそして4ml
のNMP(NMP全体では42ml)をすすぎ入れた。反
応混合物を窒素下で室温において一晩撹拌した。粘稠で
コハク色のポリ(アミド酸)溶液が得られ、これの一部
を引き続いてNMPにより固形物3.5%に希釈した
(粘度は28cps)。希釈したPAA溶液をITOでコ
ートされた7インチ×7インチ(17.8cm×17.8c
m)のガラス板にスピンコートした。PAAでコートし
たこのガラス板(旋回速度3000rpmでのフィルム厚
さは660オングストローム)を次に100℃のホット
プレート上に1分間おき、続いて180°〜270℃の
空気オーブン内で1.5時間硬化した。次いで、この硬
化されたフィルムを以下に述べる条件下でラビング機
(KETEK社)上でレーヨンの布地で一方向に2回ラビン
グを行った:ラビング軸の半径=50ミリ、回転速度=
190rpm、ガラス板の並進速度=25mm/秒、パイル
インプレッション(pile impression)=0.3mm。チルト
角を測定するために、コートされたガラス板のラビング
の方向が互いに逆平行であるように、コートされたガラ
ス板を組み合わせた。ガラス板の周囲に付着したUV硬
化性接着剤中にガラス繊維を入れることによりガラス板
の間隔を50μmに設定した後、接着剤を硬化した。使
用したフレーム密封剤はドイツのBad KonigのLubrical
のNorland NEA 123であった。密封剤は400ワットの
UVランプ(UVA−スポット400/K)を使用し、
露光距離を15インチとし20℃で2分間硬化した。セ
ルへの充填を可能とするように接着剤中に二つの小さな
空隙を残した。ガラス板の間にある空隙中に液晶混合物
を毛細管の作用により充填した。LC混合物の等方性化
を完全にするように、完成したセルを120℃のオーブ
ン内に20分間おいた。次にこの試験セルを冷却しそし
てチルト角を測定するのに先立って室温で12時間保管
した。チルト角の測定は、G. BauerらによりPhysics Le
tters, 56A巻2号(1976年)の142〜144ページに述べ
られている方法により実施した。
【0053】チルト角は、ドイツのKarlsruheのAutroni
c MelchersのTBA 101装置および逆平行ラビング
された厚さ50μmの平面状セルである、ドイツのDarm
stadtのMerck KGaAの特注による装置を使用して測定し
た。測定はセルをアニーリングした後、つまり等方性状
態までLCを加熱した後、20℃で実施した。回転する
異方性液晶セルの入射角の関数としてHe−Neレーザ
ービーム(633nm)の干渉信号をモニターした。63
3nmでの液晶の屈折率を考慮しつつ、干渉パターンの対
称性の角度からチルト角を決定した。報告されている実
験結果は別個な少なくとも二つの試験セルに関する少な
くとも二つの独立な測定値の平均値である。すべての数
値は特記しないかぎり温度20℃に関する値である。ア
ラインメント層としてポリイミドをまた液晶混合物とし
てZLI−2293(ドイツのDarmstadtのMerck KGa
A)を含む液晶試験セルは270℃で硬化する場合、当
初のチルト角1.7°を示した。この試験セルを180
℃で2時間、後熱処理とすると安定で小さいチルト角
1.4°が得られた。熱処理後のチルト角は80℃で少
なくとも250時間保管した後、安定であった。結果は
表1に要約する。
【0054】実施例2〜10(比較例C1〜C19) 実施例1と似た方法で、種々の二無水物とジアミンとを
ベースとしていくつかの別なポリ(アミド酸)を製造し
た。いくつかの場合、ポリ(アミド酸)を製造するため
に好適な別な溶媒であるDMACを使用した(実施例
4、C12)。分子量を調節するための末端キャップ剤
として無水フタル酸(PA)をほとんどの場合使用した
が、本発明の従う場合、これの使用は必要ではない。P
Aは、反応の開始時に一つまたはそれより多くの二無水
物とともに添加し、あるいは、望ましくは、重合反応が
完結した後に添加し、残存するアミン末端をキャップし
た。この後の方法は、過剰のアミン基をPAでキャップ
する前に、二無水物を少量ずつ添加することによって分
子量を調節するために用いることができる。表1はこれ
らのポリマーの組成および得られるチルト角を示す。熱
処理後のチルト角は60℃で少なくとも1000時間保
管の後、安定であった。
【0055】比較例は、ピロメリト酸二無水物(PMD
A)以外のテトラカルボン酸二無水物を多量に含有する
ポリイミドアラインメントフィルムは、APB−134
と組合わされて使用される場合、大きすぎるそして(ま
たは)安定性が劣悪なチルト角が与えられ、チルト角の
値が180℃で2時間熱処理の後、急激に低下すること
を示す(C5、C6、C7、C9、C12、C13、C
14、C19)。主要な芳香族ジアミン成分としてAP
B−134の代りにAPB−133を含むポリイミドア
ラインメントフィルム、例えば日本特許出願2−309
323の実施例2のものは、安定性が劣悪な初期チルト
角を示しまた劣悪な液晶アラインメントを一般に与えた
(C2、C3、C4、C8)。主要なジアミンとしてA
PB−133をPPDと組合わせて使用する比較C1は
安定なチルト角を与えたが、チルト角が大きすぎる。比
較例C10は、PMDA/ODAのような慣用のポリイ
ミドは安定なアラインメントを与えるのが、チルト角は
所望とする2°を上回わるか、あるいは普段は黒色のT
N液晶ディスプレイのコントラストが良好でありまた
「オフ状態」での透過が少ないのに必要な下限を下回わ
ることを示す。比較例11は、アミン基がエーテル結合
架橋に対してメタ配位のものは、アラインメントとチル
ト角安定性とが劣悪になったことを示す(本発明の実施
例8と比較されたい)。
【0056】
【表1】
【0057】
【表2】
【0058】
【表3】
【0059】実施例11〜14 250℃の硬化温度を用いて製造した実施例1のポリイ
ミドアラインメント層を有する試験セルにいろいろな液
晶混合物を充填した。実施例11で使用した液晶混合物
はZLI−2293であり、実施例12〜14で使用し
た液晶混合物はZLI−2903、ZLI−4792お
よびMLC−6025−000であり、これらはすべて
ドイツのDarmstadtのMerck KGaAから入手した。これら
の三つの混合物は種類の全く異なる三つの処方物であっ
た。ZLI−2903はZLI−2293に似た組成を
有し、これらは共に、フェニルシクロヘキサン、ビフェ
ニルシクロヘキサンおよびシクロヘキシルビフェニルシ
クロヘキサンから実質的になっている。これと対照的
に、ZLI−4792は唯一の誘電的に正の化合物とし
てSEMの混合物を含有し、またMLC−6025−0
00は唯一の誘電的に負の化合物としてオルト−弗素化
シアノフェニルエステルを含有する。100℃で2時間
熱処理した後のチルト角は、70℃で少なくとも250
時間保管した後、安定であった。実施例11〜14で得
られるチルト角を表2に示す。
【0060】
【表4】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エトガル・ボーム ドイツ連邦共和国デー−64347グリース ハイム.ブラースシユトラーセ7 (56)参考文献 特開 平2−309323(JP,A) 特開 平2−309322(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 73/10 G02F 1/1337 525 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 芳香族テトラカルボン酸二無水物成分と
    して、存在する芳香族テトラカルボン酸二無水物の全量
    基準で少なくとも60モル%のピロメリト酸二無水物
    と、存在する芳香族ジアミン成分の全量基準で少なくと
    も50モル%の式 【化1】 (式中、Xは 【化2】 からなる群から選択される)の芳香族ジアミン成分とを
    含み、液晶ディスプレイデバイスの液晶層に1°〜2°
    のチルト角を与える、液晶層をアラインメントするため
    のポリイミドアラインメントフィルム。
  2. 【請求項2】 芳香族テトラカルボン酸二無水物成分が
    ピロメリト酸二無水物に加えて40モル%までの追加的
    なテトラカルボン酸二無水物を含有する請求項1記載の
    ポリイミドアラインメントフィルム。
  3. 【請求項3】 追加的なテトラカルボン酸二無水物が
    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′−ベンゾフェノンテトラカルボン
    酸二無水物、オキシジフタル酸二無水物、2,2−ビス
    (3,4−ジカルボキシフェニル)−ヘキサフルオロ−
    プロパン二無水物、9,9−ビス(トリフルオロメチ
    ル)−2,3,6,7−キサンテンテトラカルボン酸二無
    水物または9−フェニル−9−トリフルオロメチル−
    2,3,6,7−キサンテンテトラカルボン酸二無水物、
    シクロブタンテトラカルボン酸二無水物または2,3,5
    −トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物からなる
    請求項2記載のポリイミドアラインメントフィルム。
  4. 【請求項4】 芳香族ジアミン成分が50モル%までの
    追加的な芳香族ジアミンを含有する請求項1記載のポリ
    イミドアラインメントフィルム。
  5. 【請求項5】 追加的な芳香族ジアミンが4,4′−ジ
    アミノジフェニルエーテル、m−フェニレンジアミン、
    p−フェニレンジアミン、2,2−ビス(4−アミノフ
    ェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2′−ビス(ト
    リフルオロメトキシ)ベンジジン、2,2′−ビス(ト
    リフルオロメチル)ベンジジンまたは2,2−ビス〔4
    −(3−アミノフェノキシ)フェニル〕ヘキサフルオロ
    プロパンからなる請求項4記載のポリイミドアラインメ
    ントフィルム。
  6. 【請求項6】 (a) 対向する面を有する液晶層、 (b) この液晶層の両面にある一組の電極、および (c) 電極の組のそれぞれと上記液晶層との間にあり、
    芳香族テトラカルボン酸二無水物成分として、存在する
    芳香族テトラカルボン酸二無水物の全量基準で少なくと
    も60モル%のピロメリト酸二無水物と、存在する芳香
    族ジアミン成分の全量基準で少なくとも50モル%の式 【化3】 (式中、Xは 【化4】 からなる群から選択される)の芳香族ジアミン成分とを
    含むポリイミドアラインメントフィルム層からなり、こ
    のポリイミドアラインメントフィルムが上記液晶層に1
    °〜2°のチルト角を与える液晶ディスプレイデバイ
    ス。
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