JP4513950B2 - 液晶配向剤、液晶配向膜および液晶表示素子 - Google Patents

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Description

本発明は液晶配向剤、液晶配向膜および液晶表示素子に関する。さらに詳しくは、液晶配向性が良好であり、かつ光照射や高温度下といった苛酷な環境下または長時間の駆動後も電圧保持率などの電気特性を損なうことなく、液晶配向状態が良好に保持され、残像現象も生じにくい液晶配向層、それを形成可能な液晶配向剤および液晶表示素子に関する。
現在、液晶表示素子としては、透明導電膜が設けられている基板表面にポリアミック酸、ポリイミドなどからなる液晶配向膜を形成して液晶表示素子用基板とし、その2枚を対向配置してその間隙内に正の誘電異方性を有するネマチック型液晶の層を形成してサンドイッチ構造のセルとし、液晶分子の長軸が一方の基板から他方の基板に向かって連続的に90度捻れるようにした、いわゆるTN型(Twisted Nematic)液晶セルを有するTN型液晶表示素子が知られている。また、TN型液晶表示素子に比して高いコントラスト比を実現できるSTN(Super Twisted Nematic)型液晶表示素子や視角依存性の少ないIPS(In−Plane Switching)型液晶表示素子、VA(Vertical Alignment)型液晶表示素子が開発されている。
こうした各種液晶表示素子の動作原理は、透過型と反射型に大別される。
透過型液晶表示素子は、素子駆動時における、素子背面からのバックライト用光源の透過光強度変化を用いて表示を行うものである。反射型液晶表示素子は、バックライト用光源は使用せず、素子駆動時における太陽光など外部からの光の反射光強度変化を用いて表示を行うものであり、透過型に比べ消費電力が少ないため、屋外での使用には特に有利と考えられている。
透過型液晶表示素子では、液晶配向膜はバックライト光源からの光に常にさらされている。特にビジネス用途に加えて近年ホームシアターとしての需要が高まっている液晶プロジェクター用途ではメタルハライドランプなど非常に照射強度の高い光源を用いている。反射型液晶表示素子では、屋外で使用される可能性が大きく、この場合には強い紫外光を含む太陽光が光源となる。また、反射型ではその原理上、素子内を光が通過する距離が透過型に比べ、長くなる。
液晶表示素子の製造工程において、プロセス短縮および歩留まり向上の観点から用いられ始めているのが液晶滴下方式すなわちODF(One Drop Fill)方式である。ODF方式は、あらかじめ熱硬化性のシール剤を用いて組み立てられた空の液晶セルに液晶を注入していく従来法と異なり、液晶配向膜を塗布した片側基板の必要箇所に紫外光硬化性のシール剤を塗布した後、液晶を必要箇所に滴下し、他方の基板を貼り合わせた後に、全面に紫外光を照射してシール剤を硬化させ液晶セルを作製する。この際照射される紫外光は通常1平方センチメートルあたり数ジュール以上と強いものである。すなわち液晶表示素子製造工程において、液晶配向膜は液晶とともにこの強い紫外光にさらされることになる。
透過型液晶表示素子では、強度の強い光照射に伴い、駆動時には液晶表示素子の系自体の温度が上昇することが考えられる。また、液晶表示素子に多用途化に伴い、透過型に加え反射型においても、屋外等での使用や駐車中の自家用自動車内への設置など通常の室温に比べ、高い温度下での使用および設置環境が考えられる。
このように液晶表示素子においては、その高機能化、多用途化などにともなって、光や熱といった苛酷な環境下にさらされた後または長時間駆動された後の液晶配向性や、電圧保持率などの電気特性、あるいは残像特性が、従来よりいっそう優れたものが求められる。
液晶表示素子を構成する液晶配向膜の材料としては、従来より、ポリイミド、ポリアミドおよびポリエステルなどの樹脂が知られている。特にポリイミドは、有機樹脂の中では耐熱性、液晶との親和性、機械的強度などに優れた物性を示すため、多くの液晶表示素子に使用されてきた。
しかしながら、近年の液晶表示素子は、高機能化や多用途化がすすみ、先に述べたように高温環境や光照射といった苛酷な環境に設置され使用される機会が増えており、また、製造工程でのプロセス短縮や歩留まり向上がより一層求められる一方、液晶表示素子にさらなる長寿命化が求められてきている。それに伴い、従来は許容範囲内であった高温環境や光照射に対する耐性が不足であることが原因で生じた表示欠陥や残像が許容されなくなってきた。
従って、従来液晶配向膜として広く用いられてきたポリアミック酸やポリイミドといった有機樹脂では光や熱に対する耐性がまだ不十分である。このため、液晶表示素子の面内で均一に液晶を配向させる能力を落とすことなく、加えて光や熱に対する耐性が良好である、新しい材料が求められている。
特開平9−281502号公報には、テトラエトキシシラン等の4個のアルコキシ基を有する珪素化合物(A)と、オクタデシルトリエトキシシラン等の3個のアルコキシ基を有する珪素化合物(B)を、アルコール溶媒中、蓚酸触媒下で50℃〜180℃で加熱反応させることにより、(A)と(B)の共縮合体ポリシロキサン溶液を生成し、この溶液を塗布液として電極基板表面に塗布し、得られた塗膜を80〜400℃で熱硬化させてなる垂直配向膜が開示されている。この公報はさらに、その垂直配向膜は垂直配向性、再現性、耐熱性及び均一性に優れ、塗布液としての安定性も優れていることを説明している。
しかし、かかる垂直配向膜、或いはその形成方法も未だ十分ではない。上記特開平9−281502号に記載の垂直配向膜では、得られる塗膜中に未反応のシロキサン基が残存する恐れがある。未反応のシロキサン基は不安定であり、液晶中に含まれる微量水分や、液晶セルのシール剤を通じて侵入してきた水分によりシロキサン基が加水分解されてアルコール分子を生じ、このアルコール分子が液晶中に拡散して表示不良などを生じさせる原因となる。
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、加水分解反応を十分に行うことにより、シロキサン基の99%以上を転化させてかかる表示不良を防止し、長時間駆動後も残像特性の良好な、液晶を配向させる能力を低下させることなく、且つ光および熱に対する電圧保持率の低下が少ない液晶配向膜を形成することができる液晶配向剤を与えることにある。
本発明の他の目的は、本発明の液晶配向剤を用いて上記の如き優れた諸性能を備えた液晶配向膜およびその製造法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、本発明の液晶配向膜を備えた液晶表示素子を提供することにある。
本発明のさらに他の目的および利点は、以下の説明から明らかになろう。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、第1に、(I)特定の二種のシロキサンと水の反応生成物および(II)溶媒、具体的には、(I)
下記式(1)
Si(OR14 ・・・・・・・・・・(1)
ここで、R1は水素原子、フッ素原子または一価の有機基である、
で表される珪素化合物、下記式(2)
RSi(OR23 ・・・・・・・・・・(2)
ここで、Rは一価の有機基でありそしてR2は水素原子、フッ素原子または一価の有機基である、
で表される珪素化合物および水の反応生成物、ただし式(2)で表される化合物の使用比率は式(1)で表される化合物と式(2)で表される化合物の全体量に対して50〜99モル%であり、水の使用量は式(1)の−OR と式(2)の−OR の合計1モル当たり1.0〜1.5モルである(以下、「反応生成物(1)」ということがある)並びに(II)下記式(3)
Figure 0004513950
ここで、R3はメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基またはt−ブチル基であり、mは0または1でありそしてnは1、2または3である、
で表される溶媒を含有することを特徴とする液晶配向剤によって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、第2に、本発明の液晶配向剤を基板に塗布する工程および塗布された基板を加熱して塗膜を硬化する工程からなることを特徴とする液晶配向膜を形成する方法によって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、第3に、上記本発明方法によって形成された液晶配向膜によって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、最後に、本発明の液晶配向膜を備えた液晶表示素子によって達成される。
本発明によれば、珪素系材料を用いた液晶配向剤を使用することにより、従来の材料に比べ、光照射や熱処理と行った苛酷な環境下にさらされた後においても、または長時間駆動された後においても、優れた液晶配向性、電圧保持率および残像特性を大きく劣化することのない液晶表示素子の作製が可能となる。
本発明の液晶配向剤を用いて作製された液晶表示素子は、TN型およびSTN型液晶表示素子に好適に使用できる以外に、使用する液晶を選択することにより、SH(Super Homeotropic)型、IPS(In−Plane Switching)型、VA(Vertical Alignment)型、強誘電性および反強誘電性の液晶表示素子などにも好適に使用することができる。
さらに、本発明の液晶配向剤を用いて形成した配向膜を有する液晶表示素子は、液晶の配向性および信頼性に優れ、種々の装置に有効に使用でき、例えば卓上計算機、腕時計、置時計、係数表示板、ワードプロセッサ、パーソナルコンピューター、液晶データプロジェクタ、液晶テレビ、電子ペーパーなどの表示装置に用いられる。
[液晶配向剤]
本発明の液晶配向剤は、(I)反応生成物(1)および(II)溶媒を含有する。(I)反応生成物(1)は、下記式(1)
Si(OR14 ・・・・・・・・・・(1)
ここで、R1は水素原子、フッ素原子または一価の有機基である、
で表される珪素化合物(以下、化合物(1)ということがある)、下記式(2)
RSi(OR23 ・・・・・・・・・・(2)
ここで、Rは一価の有機基でありそしてR2は水素原子、フッ素原子または一価の有機基である、
で表される珪素化合物(以下、化合物(2)ということがある)および水との反応生成物である。
式(1)において、R1の1価の有機基としては、例えばアルキル基、アリール基、アリル基、アシル基、グリシジル基などを挙げることができる。ここで、アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などが挙げられる。好ましくは炭素数1〜5のアルキル基である。これらのアルキル基は鎖状でも、分岐していてもよく、さらに水素原子がフッ素原子などに置換されていてもよい。アリール基としては、例えばフェニル基、ナフチル基、メチルフェニル基、エチルフェニル基、クロロフェニル基、ブロモフェニル基、フルオロフェニル基などを挙げることができる。
アシル基としては、例えばアセチル基、ベンゾイル基、ホルミル基、プロピオニル基などを挙げることができる。
化合物(1)の具体的な例としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−iso−プロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−tert−ブトキシシラン、テトラフェノキシシラン、テトラアセトキシシラン、テトラグリシジロキシランなどが挙げられる。これらは、1種あるいは2種以上を一緒に使用してもよい。
式(2)において、Rは一価の有機基でありそしてR2は水素原子、フッ素原子または一価の有機基である。R2の一価の有機基としては、R1と同じものを挙げることができる。
また、Rの一価の有機基としては、例えばアミノ基、グリシドキシ基またはトリフルオロメチル基で置換されていてもよい、炭素数1〜4のアルキル基、ビニル基およびフェニル基;炭素数16以上の直鎖アルキル基;置換していてもよく且つ少なくとも1個のノルボルナン環を有する一価の有機基;置換していてもよく且つ少なくとも1個のステロイド骨格を有する一価の有機基;フッ素原子、トリフルオロメチル基またはトリフルオロメトキシ基を置換基として有する芳香環を有し且つ炭素数8以上の一価の有機基;およびシンナモイル基またはカルコニル基である感光性基等を好ましいものとして挙げることができる。
Rがアミノ基、グリシドキシ基またはトリフルオロメチル基で置換されていてもよい、炭素数1〜4のアルキル基、ビニル基またはフェニル基である化合物(以下、化合物(A)ということがある)の具体的な例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−プロポキシシラン、メチルトリ−iso−プロポキシシラン、メチルトリ−n−ブトキシシラン、メチルトリ−sec−ブトキシシラン、メチルトリ−tert−ブトキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリ−n−プロポキシシラン、エチルトリ−iso−プロポキシシラン、エチルトリ−n−ブトキシシラン、エチルトリ−sec−ブトキシシラン、エチルトリ−tert−ブトキシシラン、エチルトリフェノキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ−n−プロポキシシラン、ビニルトリ−iso−プロポキシシラン、ビニルトリ−n−ブトキシシラン、ビニルトリ−sec−ブトキシシラン、ビニルトリ−tert−ブトキシシラン、ビニルトリフェノキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、n−プロピルトリ−n−プロポキシシラン、n−プロピルトリ−iso−プロポキシシラン、n−プロピルトリ−n−ブトキシシラン、n−プロピルトリ−sec−ブトキシシラン、n−プロピルトリ−tert−ブトキシシラン、n−プロピルトリフェノキシシラン、i−プロピルトリメトキシシラン、i−プロピルトリエトキシシラン、i−プロピルトリ−n−プロポキシシラン、i−プロピルトリ−iso−プロポキシシラン、i−プロピルトリ−n−ブトキシシラン、i−プロピルトリ−sec−ブトキシシラン、i−プロピルトリ−tert−ブトキシシラン、i−プロピルトリフェノキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、n−ブチルトリエトキシシラン、n−ブチルトリ−n−プロポキシシラン、n−ブチルトリ−iso−プロポキシシラン、n−ブチルトリ−n−ブトキシシラン、n−ブチルトリ−sec−ブトキシシラン、n−ブチルトリ−tert−ブトキシシラン、n−ブチルトリフェノキシシラン、sec−ブチルトリメトキシシラン、sec−ブチル−i−トリエトキシシラン、sec−ブチル−トリ−n−プロポキシシラン、sec−ブチル−トリ−iso−プロポキシシラン、sec−ブチル−トリ−n−ブトキシシラン、sec−ブチル−トリ−sec−ブトキシシラン、sec−ブチル−トリ−tert−ブトキシシラン、sec−ブチル−トリフェノキシシラン、t−ブチルトリメトキシシラン、t−ブチルトリエトキシシラン、t−ブチルトリ−n−プロポキシシラン、t−ブチルトリ−iso−プロポキシシラン、t−ブチルトリ−n−ブトキシシラン、t−ブチルトリ−sec−ブトキシシラン、t−ブチルトリ−tert−ブトキシシラン、t−ブチルトリフェノキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリ−n−プロポキシシラン、フェニルトリ−iso−プロポキシシラン、フェニルトリ−n−ブトキシシラン、フェニルトリ−sec−ブトキシシラン、フェニルトリ−tert−ブトキシシラン、フェニルトリフェノキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、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−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−トリフロロプロピルトリメトキシシラン、γ−トリフロロプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。このうち、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシランなどが好ましい。
また、上記式(2)におけるRが、
(ア)炭素数16以上の直鎖アルキル基、
(イ)置換していてもよく且つ少なくとも1個のノルボルナン環を有する一価の有機基、
(ウ)置換していてもよく且つ少なくとも1個のステロイド骨格を有する一価の有機基、
(エ)フッ素原子、トリフルオロメチル基およびトリフルオロメトキシ基よりなる群から選ばれる置換基を有する芳香環を有し且つ炭素数8以上の一価の有機基、または
(オ)シンナモイル基またはカルコニル基である感光性基、である化合物(以下、化合物(B)ということがある)としては、例えばヘキサデシルトリメトキシシラン、ヘプタデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、ノナデシルトリメトキシシラン、ヘキサデシルトリエトシキシシラン、ヘプタデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、ノナデシルトリエトキシシランなど(以上、Rが(ア)のもの);
Rが下記式(4)〜(16)から選ばれる構造である化合物(Rが(イ)のもの);
Figure 0004513950
Rが下記式(17)〜(26)から選ばれる構造である化合物(Rが(ウ)のもの);
Figure 0004513950
Rが下記式(27)〜(30)から選ばれる構造である化合物(Rが(エ)のもの);
Figure 0004513950
4’−カルコニルトリメトキシシラン、4’−カルコニルトリエトキシシラン、シンナモイルトリメトキシシラン、シンナモイルトリエトキシシラン、シンナモイロキシトリメトキシシラン、シンナモイロキシトリエトキシシラン(以上、Rが(オ)のもの)などが挙げられる。
これらは、1種あるいは2種以上を同時に使用してもよい。
化合物(2)としては、上記化合物(A)と上記化合物(B)の各々から一種以上選ばれる組合せを用いることが好ましい。
化合物(1)と化合物(2)の使用比率としては、化合物(1)と(2)の全体量に対して、50〜99モル%である。
反応生成物(1)は、化合物(1)、化合物(2)および水を反応させ、加水分解・部分縮合させることにより得ることができる。化合物(1)および化合物(2)を加水分解、部分縮合させるために、シロキサン結合(式(1)の−OR1と式(2)の−OR2の合計)1モル当たり、1.0〜1.5モルの水が用いられる。水の量が1.0モル以上であれば、シロキサン結合が未反応のまま残る可能性が低下し、塗膜の均一性が低下する恐れが無く、また、液晶配向剤の保存安定性が低下する恐れが少なくなる。水は、化合物(1)および化合物(2)を溶解させた有機溶剤中に断続的あるいは連続的に添加される。この際反応触媒を用いることができ、用いるときには、触媒を有機溶剤中に予め添加しておいてもよいし、水添加時に水中に溶解あるいは分散させておいてもよい。この際の反応温度としては、好ましくは0〜100℃、より好ましくは15〜80℃である。
化合物(1)および化合物(2)を加水分解、部分縮合させる際の有機溶媒としては、好ましくは、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒および非プロトン系溶媒の群から選ばれた少なくとも1種が使用できる。
ここで、アルコール系溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、n−ブタノール、i−ブタノール、sec−ブタノール、t−ブタノール、n−ペンタノール、i−ペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、t−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、ヘプタノール−3、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、2,6−ジメチルヘプタノール−4、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコールなどのモノアルコール系溶媒;
エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、ペンタンジオール−2,4、2−メチルペンタンジオール−2,4、ヘキサンジオール−2,5、ヘプタンジオール−2,4、2−エチルヘキサンジオール−1,3、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコールなどの多価アルコール系溶媒;
エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、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ヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルブチルエーテル、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プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジ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エチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、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モノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルなどの多価アルコール部分エーテル系溶媒;
などを挙げることができる。
これらのアルコール系溶媒は、1種あるいは2種以上を同時に使用してもよい。
ケトン系溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−i−ブチルケトン、メチル−n−ペンチルケトン、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジ−i−ブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノン、2−ヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノン、フェンチョンなどのほか、アセチルアセトン、2,4−ヘキサンジオン、2,4−ヘプタンジオン、3,5−ヘプタンジオン、2,4−オクタンジオン、3,5−オクタンジオン、2,4−ノナンジオン、3,5−ノナンジオン、5−メチル−2,4−ヘキサンジオン、2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン、1,1,1,5,5,5−ヘキサフルオロ−2,4−ヘプタンジオンなどのβ−ジケトン類などが挙げられる。
これらのケトン系溶媒は、1種あるいは2種以上を同時に使用してもよい。
アミド系溶媒としては、例えば、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、N−メチルピロリドン、N−ホルミルモルホリン、N−ホルミルピペリジン、N−ホルミルピロリジン、N−アセチルモルホリン、N−アセチルピペリジン、N−アセチルピロリジンなどが挙げられる。
これらアミド系溶媒は、1種あるいは2種以上を同時に使用してもよい。
エステル系溶媒としては、例えば、ジエチルカーボネート、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジエチル、酢酸メチル、酢酸エチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸n−ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノプロピルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸i−アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチルなどが挙げられる。
これらエステル系溶媒は、1種あるいは2種以上を同時に使用してもよい。
非プロトン系溶媒としては、例えば、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、N,N,N’,N’−テトラエチルスルファミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド、N−メチルモルホロン、N−メチルピロール、N−エチルピロール、N−メチル−Δ3 −ピロリン、N−メチルピペリジン、N−エチルピペリジン、N,N−ジメチルピペラジン、N−メチルイミダゾール、N−メチル−4−ピペリドン、N−メチル−2−ピペリドン、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジメチルテトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノンなどを挙げることができる。これらの中では、多価アルコール系溶媒、多価アルコール部分エーテル系溶媒、エステル系溶媒が特に好ましい。
また、化合物(1)および化合物(2)の加水分解、部分縮合反応においては、好ましくは触媒が用いられる。かかる触媒としては、以下の金属キレート化合物、有機酸、無機酸、有機塩基、無機塩基を挙げることができる。
金属キレート化合物としては、例えばトリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−i−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−t−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−i−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−t−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−i−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−t−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、テトラキス(アセチルアセトナート)チタン、
トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−i−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−t−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−i−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−t−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−i−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−t−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、テトラキス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)チタン、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)チタン、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)チタン等のチタンキレート化合物;
トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−i−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−t−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−i−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−t−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−n−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−i−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−n−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−sec−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−t−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、テトラキス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、
トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−i−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−t−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−n−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−i−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−t−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−n−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−i−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−n−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−sec−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−t−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、テトラキス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム等のジルコニウムキレート化合物;
トリス(アセチルアセトナート)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウム等のアルミニウムキレート化合物;
などを挙げることができる。
有機酸としては、例えば酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、シュウ酸、マレイン酸、メチルマロン酸、アジピン酸、セバシン酸、没食子酸、酪酸、メリット酸、アラキドン酸、ミキミ酸、2−エチルヘキサン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、リノレイン酸、サリチル酸、安息香酸、p−アミノ安息香酸、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ギ酸、マロン酸、スルホン酸、フタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸等を挙げることができる。
無機酸としては、例えば塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、リン酸等を挙げることができる。
有機塩基としては、例えばピリジン、ピロール、ピペラジン、ピロリジン、ピペリジン、ピコリン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ジメチルモノエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジアザビシクロオクラン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデセン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等を挙げることができる。
無機塩基としては、例えばアンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム等を挙げることができる。
これら触媒の内、金属キレート化合物、有機酸、無機酸が好ましく、より好ましくはチタンキレート化合物、有機酸を挙げることができる。これらは1種あるいは2種以上を同時に使用してもよい。
上記触媒の使用量は、化合物(1)および化合物(2)の組合せ(完全加水分解縮合物換算)100重量部に対して、好ましくは、0.001〜10重量部、より好ましくは0.001〜1重量部の範囲である。
本発明の液晶配向剤は、反応生成物(1)を有機溶剤に溶解または分散してなる。
有機溶剤としては、下記式(3)
Figure 0004513950
ここで、R3はメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基またはt−ブチル基であり、mは0または1でありそしてnは1、2または3である、
で表される溶媒が用いられる。
かかる有機溶剤の具体例としては、エチ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メチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ(n−プロピル)エーテル、プロピレングリコールモノ(n−プロピル)エーテル、エチレングリコールモノ(i−プロピル)エーテル、プロピレングリコールモノ(i−プロピル)エーテル、エチレングリコールモノ(n−ブチル)エーテル、プロピレングリコールモノ(n−ブチル)エーテル、エチレングリコールモノ(t−ブチル)エーテル、プロピレングリコールモノ(t−ブチル)エーテルを挙げることができる。
これらの溶剤は単独または2種類以上を混合して使用される。また、用いる材料を溶解しがたい貧溶剤も、固形分が析出しない範囲の量で併用することが可能である。
かかる貧溶剤の具体例としては例えばn−ペンタン、i−ペンタン、n−ヘキサン、i−ヘキサン、n−ヘプタン、i−ヘプタン、2,2,4−トリメチルペンタン、n−オクタン、i−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカン、ジシクロペンタジエン、ベンゼン、トルエン、キシレン、デュレン、インデン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、スクワラン、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、n−プロピルベンセン、i−プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、i−ブチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ジ−i−プロピルベンセン、n−アミルナフタレン、トリメチルベンゼン等の炭化水素系溶媒;メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、n−ブタノール、i−ブタノール、sec−ブタノール、t−ブタノール、n−ペンタノール、i−ペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、t−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、ヘプタノール−3、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、2,6−ジメチルヘプタノール−4、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、フェニルメチルカルビノール、ジアセトンアルコール、クレゾール等のモノアルコール系溶媒;エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、ペンタンジオール−2,4、2−メチルペンタンジオール−2,4、ヘキサンジオール−2,5、ヘプタンジオール−2,4、2−エチルヘキサンジオール−1,3、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−i−ブチルケトン、メチル−n−ペンチルケトン、メチルアミルケトン、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジプロピルケトン、ジ−i−ブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、シクロヘプタノン、2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノン、フェンチョン等のケトン系溶媒;ジエチルエーテル、ジ−i−プロピルエーテル、ジ−n−プロピルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテル、2−エチルヘキシルエーテル、エチレンオキシド、1,2−プロピレンオキシド、ジオキソラン、4−メチルジオキソラン、ジオキサン、ジメチルジオキサン、フェネトール、ジフェニルエーテルテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒;ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸ベンジル、酢酸n−ヘキシル、酢酸シクロヘキシル、酢酸オクチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸n−ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノプロピルエーテル、酢酸エチレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノプロピルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、フェニル酢酸エチル、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、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−プロピル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸イソブチル、プロピオン酸i−アミル、プロピオン酸ベンジル、プロピオン酸エトキシエチル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸n−プロピル、ギ酸イソプロピル、ギ酸n−ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸n−アミル、ギ酸イソアミル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸n−プロピル、酪酸イソプロピル、酪酸n−ブチル、酪酸イソブチル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、ピルビン酸エチル等のエステル系溶媒;N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、N−メチルピロリドン等のアミド系溶媒;硫化ジメチル、硫化ジエチル、チオフェン、テトラヒドロチオフェン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、1,3−プロパンスルトン等の含硫黄系溶媒等を挙げることができる。
かかる貧溶媒は、上記式(3)で表される有機溶媒100重量部に対し、例えば50重量部以下、好ましくは30重量部以下で用いられる。
本発明の液晶配向剤には、さらに下記のようなβ−ジケトンを添加してもよい。
アセチルアセトン、2,4−ヘキサンジオン、2,4−ヘプタンジオン、3,5−ヘプタンジオン、2,4−オクタンジオン、3,5−オクタンジオン、2,4−ノナンジオン、3,5−ノナンジオン、5−メチル−2,4−ヘキサンジオン、2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン、1,1,1,5,5,5−ヘキサフルオロ−2,4−ヘプタンジオン等の1種または2種以上である。
本発明で得られた液晶配向剤には、さらにコロイド状シリカ、コロイド状アルミナ、有機ポリマー、界面活性剤などの成分を添加してもよい。
コロイド状シリカとは、例えば高純度の無水ケイ酸を前記親水性有機溶媒に分散した分散液であり、通常、平均粒径が5〜30mμ、好ましくは10〜20mμ、固形分濃度が10〜40重量%程度のものである。このような、コロイド状シリカとしては、例えば日産化学工業(株)製、メタノールシリカゾルおよびイソプロパノールシリカゾル;触媒化成工業(株)製、オスカルなどが挙げられる。
コロイド状アルミナとしては、日産化学工業(株)製のアルミナゾル520、同100、同200;川研ファインケミカル(株)製のアルミナクリアーゾル、アルミナゾル10、同132などが挙げられる。
有機ポリマーとしては、例えばポリアルキレンオキサイド構造を有する化合物、糖鎖構造を有する化合物、ビニルアミド系重合体、(メタ)アクリレート化合物、芳香族ビニル化合物、デンドリマー、ポリイミド,ポリアミック酸、ポリアリーレン、ポリアミド、ポリキノキサリン、ポリオキサジアゾール、フッ素系重合体等を挙げることができる。
界面活性剤としては、例えばノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられ、さらには、シリコーン系界面活性剤、ポリアルキレンオキシド系界面活性剤、含フッ素界面活性剤等を挙げることができる。
また、本発明の液晶配向剤には、基板表面に対する接着性を向上させる観点から、官能性シラン含有化合物またはエポキシ基含有化合物が含有されていてもよい。かかる官能性シラン含有化合物としては、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、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−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N−トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10−トリメトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、10−トリエトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、9−トリメトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、9−トリエトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ベンジル−3−アミノ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、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリエトキシシランなどを挙げることができる。また、エポキシ基含有化合物としては、例えばエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、2,2−ジブロモネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,3,5,6−テトラグリシジル−2,4−ヘキサンジオール、N,N,N’,N’,−テトラグリシジル−m−キシレンジアミン、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などを好ましいものとして挙げることができる。
本発明の液晶配向剤中の反応生成物(1)と溶媒の比率は、粘性、揮発性などを考慮して選択されるが、液晶配向剤中の反応生成物(1)の割合(固形分濃度)が、反応生成物(1)に含まれる珪素原子をSiO2に換算したSiO2濃度が、好ましくは0.01〜70重量%であり、より好ましくは0.05〜60重量%、さらに好ましくは1〜30重量%となる比率である。本発明の液晶配向剤は、後述するように、好ましくは、例えばロールコーター法、スピンナー法、印刷法などにより基板表面に塗布され、次いでこれを加熱乾燥することにより、液晶配向膜となる塗膜として形成されるが、固形分濃度が0.01重量%未満である場合には、この塗膜の膜厚が過小となって良好な液晶配向膜を得ることができない場合があり、固形分濃度が70重量%を超える場合には、塗膜の膜厚が過大となって良好な液晶配向膜を得難く、また、液晶配向剤の粘性が増大して塗布特性が劣るものとなる場合がある。
本発明の液晶配向剤中の溶媒(II)の比率は、全溶剤中に占める割合が、好ましくは1〜100重量%であり、より好ましくは30〜100重量%であり、さらに好ましくは70〜100重量%である。
本発明の液晶配向剤を用いて、例えば次の方法で液晶表示素子を製造することができる。
(1)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、スピンナー法、印刷法、インクジェット法などの方法によって塗布し、次いで、塗布面を加熱することにより塗膜を形成する。塗布および加熱工程の雰囲気は、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス中で行うことができ、さらに必要に応じて水素などの還元性ガスを混入した雰囲気で行うことができる。ここに、基板としては、例えばフロートガラス、ソーダガラスなどのガラス;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートなどのプラスチックからなる透明基板を用いることができる。基板の一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(In23−SnO2)からなるITO膜などを用いることができ、これらの透明導電膜のパターニングには、フォト・エッチング法や予めマスクを用いる方法が用いられる。液晶配向剤の塗布に際しては、基板表面および透明導電膜と塗膜との接着性をさらに良好にするために、基板の該表面に、官能性シラン含有化合物、官能性チタン含有化合物等を予め塗布することもできる。液晶配向剤塗布後の加熱温度は基板材料の変形を発生させない温度であり、好ましくは20〜300℃であり、より好ましくは120〜300℃である。加熱処理のための熱源としては、例えば熱風乾燥炉、赤外線加熱炉、ホットプレートなどを挙げることができる。形成される塗膜の膜厚は、好ましくは0.001〜1μmであり、より好ましくは0.005〜0.5μmである。
(2)また、形成された塗膜表面に対し、表面をラビングすることにより、液晶配向角度を制御することができる。また、電磁放射線や粒子ビームといった表面を衝撃するステップにより、液晶配向角度を制御することもできる。ここで用いる粒子ビームには、イオン・ビーム、中性原子ビーム、電子ビーム、分子ビーム、及び素粒子ビームなどを用いることができる。照射エネルギー、照射角度、照射時間は液晶配向膜種や付与したいプレチルト角の値により適当なものに調節することが可能である。イオン・ビームを用いる場合、イオン・ビームのイオン種としては、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオンなどの不活性ガスのイオン・ビームを用いることが好ましい。また、イオン・ビーム照射時あるいは照射後に、イオン中和のための電子を供給することが好ましい。
イオン・ビームを用い、照射された面に液晶配向能を付与する手法は特開平11−271773号公報などに示されている。しかし、同公報においては、液晶配向層を形成する物質として水素化ダイヤモンド状炭素(DLC)などの共有結合性材料を用い、化学的気相付着などの非水性気体環境付着法により液晶配向層を形成しており、従来液晶配向層形成の方法として広く用いられているロールコーター法、スピンナー法、印刷法、インクジェット法などの塗布工程は対象としていない。本発明では液晶配向剤を溶液の形状で提供するため、スピンナー法、印刷法など従来から液晶配向膜塗布に用いている装置をそのまま利用できる利点がある。
イオン・ビーム法に有効な液晶配向剤の具体例としては、液晶配向剤にポリアミック酸または可溶性ポリイミドを用いる特開平8−313912号公報、同8−313913号公報、同8−313916号公報および同11−237638号公報がある。先に述べたように光や熱といった苛酷な環境下にさらされた後または長時間駆動された後の液晶配向性や残像特性に関し、本発明では珪素系材料を用いることで、従来のポリアミック酸または可溶性ポリイミドにない良好な特性を実現した。
電子ビームを用い、照射された面に液晶配向能を付与する手法は特開平06−130389号公報などに示されている。しかし、同号においても、液晶配向層を形成する物質として従来のポリアミック酸または可溶性ポリイミドが使用されているため、本発明で開示されているような、光および熱に対する電圧保持率の低下が少ない液晶配向層を形成することは困難である。
分子ビーム、中性原子ビーム、素粒子ビーム、及び電磁放射線を用い、照射された面を配向させる手法は特開平10−96928号公報などに示されている。しかし、同号においても、液晶配向層を形成する物質として従来のポリイミドが使用されているため、本発明で開示されているような、光および熱に対する電圧保持率の低下が少ない液晶配向層を形成することは困難である。
本発明に記載の液晶配向剤用において、化合物(2)の全体のうち1.0〜50モル%をR2がカルコニル基、シンナモイル基などの感光性基である化合物とすることによって、紫外線などの電磁放射線を照射することにより、液晶配向角度を制御することが出来る。
また、本発明の液晶配向剤により形成された液晶配向膜に、例えば特開平6−222366号公報や特開平6−281937号公報に示されているような、紫外線を部分的に照射する方法、あるいは特開平10−96928号公報に示されているように液晶配向膜表面に、複数のステップにわたり位置選択的にイオンビームを照射する方法、あるいは特開平11−242225号公報に示されているような、配向方向を規制する構造物を設けることにより、液晶表示素子の視界特性を改善することが可能である。
(3)上記のようにして液晶配向膜が形成された基板を2枚作製し、片方の基板の周辺部に適当なパターンに熱硬化性のシール剤を塗布する。それぞれの液晶配向膜における液晶配向の方向が直交または逆平行となるように、2枚の基板を、間隙(セルギャップ)を介して対向配置し、2枚の基板を貼り合わせた後、加熱してシール剤を硬化させる。基板表面およびシール剤により区画されたセルギャップ内に液晶を注入充填し、注入孔を封止して液晶セルを構成する。
この2枚の基板の貼り合わせから液晶注入の工程については液晶滴下方式、すなわちODF(One Drop Fill)方式を利用することもできる。液晶配向膜を塗布され、上記のように液晶配向能を付与された片側の基板に適当なパターンで紫外線硬化性のシール剤を塗布し、必要箇所に液晶を滴下した後に他方の基板と貼り合わせ、紫外光照射によりシール剤を硬化させる。紫外光照射は全面露光に限らず、マスク露光、スキャン露光など適当な方式を用いることができる。
そして、液晶セルの外表面、すなわち、液晶セルを構成するそれぞれの基板の他面側に偏光板を、その偏光方向が当該基板の一面に形成された液晶配向膜の液晶配向方向と一致または直交するように貼り合わせることにより、液晶表示素子が得られる。
液晶としては、ネマティック型液晶およびスメクティック型液晶を挙げることができ、その中でもネマティック型液晶が好ましく、例えばシッフベース系液晶、アゾキシ系液晶、ビフェニル系液晶、フェニルシクロヘキサン系液晶、エステル系液晶、ターフェニル系液晶、ビフェニルシクロヘキサン系液晶、ピリミジン系液晶、ジオキサン系液晶、ビシクロオクタン系液晶、キュバン系液晶などを用いることができる。また、これらの液晶に、例えばコレスチルクロライド、コレステリルノナエート、コレステリルカーボネートなどのコレステリック型液晶や商品名「C−15」「CB−15」(メルク社製)として販売されているようなカイラル剤などを添加して使用することもできる。さらに、p−デシロキシベンジリデン−p−アミノ−2−メチルブチルシンナメートなどの強誘電性液晶も使用することができる。
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膜と称される偏光膜を酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板またはH膜そのものからなる偏光板を挙げることができる。
以下本発明を実施例により、さらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらの実施例に何ら制限されるものではない。なお、下記の例中、部は全て重量部である。
合成例1
メチルトリエトキシシラン106.3gと、オクタデシルトリエトキシシラン6.82gと、テトラメトキシシラン12.67gをエチレングリコールモノブチルエーテル261.1gに溶解させた後、スリーワンモーターで攪拌させ、溶液温度を60℃に安定させた。次にマレイン酸1.06gを溶解させたイオン交換水46.8gを1時間かけて溶液に添加した。その後、60℃で4時間反応させ、反応生成物(1)が、SiO2濃度で10重量%となる溶液435gを得た。この溶液を室温まで冷却した後、50℃で溶液からメタノール、エタノールの混合溶液をエバポレーションで除去したのち、エチレングリコールモノブチルエーテル65.3gを加えて、孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過して、液晶配向剤(A)を得た。
合成例2
メチルトリエトキシシラン106.3gと、1−トリメチルシリル−3,3−ジフルオロ−4,4−ジメチルノルボルナン6.64gと、テトラメトキシシラン12.67gをエチレングリコールモノブチルエーテル260.8gに溶解させた後、スリーワンモーターで攪拌させ、溶液温度を60℃に安定させた。次にマレイン酸1.07gを溶解させたイオン交換水47.3gを1時間かけて溶液に添加した。その後、60℃で4時間反応させ、反応生成物(1)が、SiO2濃度で10重量%となる溶液430gを得た。この溶液を室温まで冷却した後、50℃で溶液からメタノール、エタノールの混合溶液をエバポレーションで除去したのち、エチレングリコールモノブチルエーテル65.2gを加えて、孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過して、液晶配向剤(B)を得た。
合成例3
メチルトリエトキシシラン106.3gと、3−トリメチルシロキシコレスタン5.79gと、テトラメトキシシラン12.67gをエチレングリコールモノブチルエーテル262.2gに溶解させた後、スリーワンモーターで攪拌させ、溶液温度を60℃に安定させた。次にマレイン酸1.06gを溶解させたイオン交換水46.5gを1時間かけて溶液に添加した。その後、60℃で4時間反応させ、反応生成物(1)が、SiO2濃度で10重量%となる溶液420gを得た。この溶液を室温まで冷却した後、50℃で溶液からメタノール、エタノールの混合溶液をエバポレーションで除去したのち、エチレングリコールモノブチルエーテル65.5gを加えて、孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過して、液晶配向剤(C)を得た。
合成例4
メチルトリエトキシシラン92.98gと、4’−トリメチルシロキシカルコン6.64gと、オクタデシルトリエトキシシラン6.82gと、テトラメトキシシラン12.67gをエチレングリコールモノブチルエーテル259.6gに溶解させた後、スリーワンモーターで攪拌させ、溶液温度を60℃に安定させた。次にマレイン酸1.12gを溶解させたイオン交換水49.4gを1時間かけて溶液に添加した。その後、60℃で4時間反応させ、反応生成物(1)が、SiO2濃度で10重量%となる溶液430gを得た。この溶液を室温まで冷却した後、50℃で溶液からメタノール、エタノールの混合溶液をエバポレーションで除去したのち、エチレングリコールモノブチルエーテル65.0gを加えて、孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過して、液晶配向剤(D)を得た。
比較合成例1
ピロメリット酸二無水物218.1g(1.0モル)および4,4’−ジアミノジフェニルメタン198.27g(1.0モル)をN−メチル−2−ピロリドン1600gに溶解させ、この溶液を20℃で6時間反応させた。次いで得られた反応溶液を大過剰のアセトンに注いで反応生成物を沈殿させたのち、反応生成物の分離・洗浄・乾燥を行うことにより、ポリアミック酸重合体400.3gを得た。この重合体をγ−ブチロラクトンに溶解させて、孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過して、固形分濃度4%の液晶配向剤(E)を得た。
[液晶の配向性]
液晶表示素子に電圧をON・OFFさせた時の液晶セル中の異常ドメインの有無を顕微鏡で観察し、異常ドメインのない場合を「良好」と判断。液晶表示素子作製直後と、後述する光照射後、熱処理後にそれぞれ調べた。
[液晶表示素子の残像消去時間]
液晶表示素子に直流3.0V、交流6.0V(ピーク−ピーク)を重畳した30Hz、3.0Vの矩形波を70℃の環境温度で20時間印加して液晶表示素子を駆動後、電圧をOFFとし、目視により、残像が消去するまでの時間を測定した。
[液晶表示素子の電圧保持率]
液晶表示素子に5Vの電圧を60マイクロ秒の印加時間、167ミリ秒のスパンで印加した後、印加解除から167ミリ秒後の電圧保持率を測定した。測定装置は(株)東陽テクニカ製VHR−1を使用し、60℃で行った。液晶表示素子作製直後と、後述する光照射後、熱処理後にそれぞれ測定した。
[光照射]
液晶表示素子を作製後、メタルハライドランプを光源として、素子全面に光照射をおこなった。フィルターを使用することで照射波長は300−450nmの波長域とし、照射エネルギーは2J/cm2でおこなった。
[熱処理]
作製した液晶表示素子を100℃のオーブン中に3週間放置した後、取り出して室温まで徐冷した。
実施例1
液晶配向剤(A)を、スピンナーを用いてITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面に塗布し、300℃のホットプレートで30分間加熱乾燥し、乾燥平均膜厚700オングストロームの塗膜を形成した。
上記のようにして液晶配向膜が形成された基板を2枚作製し、それぞれの基板の外縁部に、酸化アルミニウム球を含有するエポキシ樹脂系接着剤をスクリーン印刷法により塗布した後、2枚の基板を間隙を介して塗膜面が向かい合うように配置し、外縁部同士を当接させて圧着して接着剤を硬化させた。基板の表面および外縁部の接着剤により区画されたセルギャップ内に、ネガ型ネマティック型液晶を注入充填し、次いで、注入孔をエポキシ系接着剤で封止して垂直配向型液晶表示素子を作製した。
このようにして得られた作製直後の液晶表示素子について、液晶配向性の観察と、電圧保持率測定をおこなった。また、液晶配向剤(A)を用いて上記のように作製した液晶表示素子を3点用意し、1点を光照射したのち液晶配向性の観察と電圧保持率測定をおこない、別の1点は熱処理したのち液晶配向性の観察と電圧保持率測定をおこない、残りの1点は既述の方法で残像消去時間を測定した。結果は表1の通りである。
実施例2〜3
合成例2〜3で得られた液晶配向剤を用いて、実施例1と同様にして液晶表示素子を作製した。得られた液晶表示素子の各々について、実施例1に示したように液晶の配向性、電圧保持率、残像消去時間を評価した。結果は表1の通りである。
実施例4
液晶配向剤(A)を、スピンナーを用いてITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面に塗布し、300℃のホットプレートで30分間加熱乾燥し、乾燥平均膜厚700オングストロームの塗膜を形成した。
この塗膜に基板からの角度が40°となる方向からアルゴンイオンビームを200Vの加速電圧で10秒間照射した。
次に一対のイオンビーム処理された液晶挟持基板の液晶配向膜を有するそれぞれの外縁に、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スクリーン印刷塗布した後、一対の液晶挟持基板を液晶配向膜面が相対する、しかもイオンビーム照射方向が直交するように重ね合わせて圧着し、接着剤を硬化させた。
次いで液晶注入口より一対の基板間に、ネマティック型液晶(メルク社製、MLC−6221)を充填した後、アクリル系光硬化接着剤を用いて液晶注入口を封止し、基板の外側の両面に偏光板を、偏光板の偏光方向がそれぞれの基板の液晶配向膜のイオンビーム照射方向と一致するように貼り合わせ、液晶表示素子を作製した。
このようにして得られた液晶表示素子の各々について、実施例1に示したように液晶の配向性、電圧保持率、残像消去時間を評価した。結果は表1の通りである。
実施例5〜6
合成例2〜3で得られた液晶配向剤を用いて、実施例4と同様にして液晶表示素子を作製した。得られた液晶表示素子の各々について、実施例1に示したように液晶の配向性、電圧保持率、残像消去時間を評価した。結果は表1の通りである。
実施例7
液晶配向剤(D)を、スピンナーを用いてITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面に塗布し、300℃のホットプレートで30分間加熱乾燥し、乾燥平均膜厚700オングストロームの塗膜を形成した。
この塗膜表面に、Hg−Xeランプを用い、パイレックス(登録商標)ガラス製偏光板SPF−50C−32(シグマ光機製)を介することにより320nmより短波長の光をカットして、365nmの波長を主とする直線偏光を基板面の法線方向から1.0J/cm2照射した。
前記照射処理した液晶配向膜が形成された基板を2枚作製し、それぞれの基板の外縁部に、酸化アルミニウム球を含有するエポキシ樹脂系接着剤をスクリーン印刷法により塗布した後、2枚の基板を間隙を介して照射した紫外線の偏光面の方向が互いに平行になるように重ね合わせ、外縁部同士を当接させて圧着して接着剤を硬化させた。基板の表面および外縁部の接着剤により区画されたセルギャップ内に、ネマティック型液晶(メルク社製、MLC−6221)を充填した後、次いで、注入孔をエポキシ系接着剤で封止して液晶表示素子を作製した。
このようにして得られた液晶表示素子の各々について、実施例1に示したように液晶の配向性、電圧保持率、残像消去時間を評価した。結果は表1の通りである。
比較実施例1
比較合成例1で得られた液晶配向剤(E)を、スピンナーを用いてITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面に塗布し、200℃のホットプレート上で20分間乾燥し、乾燥平均膜厚600オングストロームの塗膜を形成した。
この塗膜にレーヨン製の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、ロールの回転数400rpm、ステージの移動速度30mm/秒、毛足押し込み長さ0.4mmでラビング処理を行った。このようにして得られた液晶表示素子の各々について、実施例1に示したように液晶の配向性、電圧保持率、残像消去時間を評価した。結果は表1の通りである。
Figure 0004513950

Claims (12)

  1. (I)下記式(1)
    Si(OR ・・・・・・・・・・(1)
    ここで、Rは水素原子、フッ素原子または一価の有機基である、
    で表される珪素化合物、下記式(2)
    RSi(OR ・・・・・・・・・・(2)
    ここで、Rは一価の有機基でありそしてRは水素原子、フッ素原子または一価の有機基である、
    で表される珪素化合物および水の反応生成物、ただし式(2)で表される化合物の使用比率は式(1)で表される化合物と式(2)で表される化合物の全体量に対して50〜99モル%であり、水の使用量は式(1)の−OR と式(2)の−OR の合計1モル当たり1.0〜1.5モルである、並びに(II)下記式(3)
    Figure 0004513950
    ここで、R3はメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基またはt−ブチル基であり、mは0または1でありそしてnは1、2または3である、
    で表される溶媒を含有することを特徴とする液晶配向剤。
  2. 上記式(2)で表される珪素化合物が、
    (A)上記式(2)におけるRが、アミノ基、グリシドキシ基およびトリフルオロメチルよりなる群から選ばれる置換基で置換されていてもよい、炭素数1〜4のアルキル基、ビニル基またはフェニル基である珪素化合物、および
    (B)上記式(2)におけるRが、
    (ア)炭素数16以上の直鎖アルキル基、
    (イ)置換していてもよく且つ少なくとも1個のノルボルナン環を有する一価の有機基、
    (ウ)置換していてもよく且つ少なくとも1個のステロイド骨格を有する一価の有機基、
    (エ)フッ素原子、トリフルオロメチル基およびトリフルオロメトキシ基よりなる群から選ばれる置換基を有する芳香環を有し且つ炭素数8以上の一価の有機基、または
    (オ)シンナモイル基またはカルコニル基である感光性基、である珪素化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の液晶配向剤。
  3. 上記式(2)で表される化合物が珪素化合物(A)と珪素化合物(B)の組合せである請求項2に記載の液晶配向剤。
  4. 上記(イ)置換していてもよく且つ少なくとも1個のノルボルナン環を有する一価の有機基が下記式(4)〜(16);
    Figure 0004513950
    のそれぞれで表される基のいずれかである請求項2または3に記載の液晶配向剤。
  5. 上記(ウ)置換していてもよく且つ少なくとも1個のステロイド骨格を有する一価の有機基が下記式(17)〜(26);
    Figure 0004513950
    のそれぞれで表される基のいずれかである請求項2または3に記載の液晶配向剤。
  6. 上記(エ)フッ素原子、トリフルオロメチル基およびトリフルオロメトキシ基よりなる群から選ばれる置換基を有する芳香環を有し且つ炭素数8以上の一価の有機基が下記式(27)〜(30);
    Figure 0004513950
    のそれぞれで表される基のいずれかである請求項2または3に記載の液晶配向剤。
  7. 上記式(2)で表される化合物において、式(2)においてRが感光性基(オ)である化合物が1〜50モル%を占める請求項2または3に記載の液晶配向剤。
  8. 請求項1〜7のいずれかに記載の液晶配向剤を基板に塗布する工程、および塗布された基板を加熱して塗膜を硬化する工程からなることを特徴とする、液晶配向膜を形成する方法。
  9. 請求項8に記載の液晶配向膜の膜表面にラビング処理を行うことを特徴とする液晶配向角度を制御した液晶配向膜を形成する方法。
  10. 請求項8に記載の液晶配向膜の膜表面に、X線および紫外線よりなる群から選ばれる電磁放射線、イオン・ビーム、中性原子ビーム、電子ビーム、分子ビームおよび素粒子ビームよりなる群より選ばれる粒子ビームまたはこれらの電磁放射線と粒子ビームの両方の照射を行うことを特徴とする、液晶配向角度を制御した液晶配向膜を形成する方法。
  11. 請求項8〜10のいずれかに記載の方法により製造された液晶配向膜。
  12. 請求項11に記載の液晶配向膜を備えることを特徴とする液晶表示素子。
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