JP4645213B2 - 液晶配向膜用組成物、液晶配向膜、液晶挟持基板及び液晶表示素子 - Google Patents
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Description
また、IPS方式においてスルフィド結合を含有するポリイミドが開示されているが、IPS方式におけるスルフィド結合のコントラストや蓄積電荷低減の効果についても触れられていない(例えば、特許文献5及び6参照)。
H2N−X−X2−X−NH2 [2]
または−(CH2)r−であり、Yは独立に単結合、−S−または−O−であり、uは0または1であり、uが0のときqは0であり、uが1のときqは0、1または2であり、rは2〜10の整数である。
Yは独立に−O−、ベンゼン環、シクロヘキサン環、単結合、式[9]
[9]
または式[10]
[10]
で表される2価の基であり、Zは独立に炭素数2〜7のアルキレンであり、mは0または1であり、pは1または2である。ただし、mが0のとき、Yは−O−、または式[7]もしくは式[8]で表される基である。
反応生成物A:テトラカルボン酸二無水物と式[1]の化合物を必須成分として含有するジアミンとの反応生成物であるポリアミック酸またはポリイミド。
H2N−X1−NH2 [1]
反応生成物B:テトラカルボン酸二無水物と式[2]の化合物を必須成分として含有するジアミンとの反応生成物であるポリアミック酸またはポリイミド。
H2N−X−X2−X−NH2 [2]
式中、X1は-S-を含有する2価の有機基であり、Xは独立にベンゼン環またはシクロヘキサン環であり、X2は−(CH2)n−または−O−を含有する2価の有機基であり、nは2〜7の整数である。
式中、Aは独立に
または−(CH2)r−であり、Yは独立に単結合、−S−または−O−であり、uは0または1であり、uが0のときqは0であり、uが1のときqは0、1または2であり、rは2〜10の整数である。
−Y−(Z−Y)m− [8]
Yは独立に−O−、ベンゼン環、シクロヘキサン環、単結合、式[9]
[9]
または式[10]
[10]
で表される2価の基であり、Zは独立に炭素数2〜7のアルキレンであり、mは0または1であり、pは1または2である。ただし、mが0のとき、Yは−O−、または式[9]もしくは式[10]で表される2価の基である。
また、式[3]で表されるジアミンにおいて、2つのアミノ基の位置はオルト位やメタ位よりも電圧無印加時の黒表示特性が向上するためパラ位の方が好ましい。
このとき、式[1]と式[2]、式[1]と式[3]、または式[1]と式[2]と式[3]で表わされるのアミンの組合せにおける、式[1]のジアミンの含有率は30モル%〜99モル%の範囲であることが好ましい。その含有率が30モル%以上であれば、得られたポリイミド系液晶配向膜用組成物を適用した液晶表示素子には、蓄積電荷、いわゆる残留DCの明白な低減効果が顕著に現れる。
式[1]で表わされるジアミンに、式[2]及び/または式[3]で表わされるジアミンを併用することで、得られたポリイミド系液晶配向膜用組成物を適用した液晶表示素子において、電圧無印加時の黒表示特性を向上させる効果が現れる。式[2]及び/または式[3]のジアミンが多いほど、該黒表示特性を向上させることができるものの、残留DCの低減を考慮すると、それらの含有率の合計は1モル%〜70モル%の範囲であることが好ましい。
式[11]中、R3及びR4は独立して炭素数1〜3のアルキルまたはフェニルであり、R5独立してメチレン、フェニレンまたはアルキル置換されたフェニレンである。xは独立して1〜6の整数であり、yは1〜10の整数である。
反応生成物A:テトラカルボン酸二無水物と式[1]の化合物を必須成分として含有するジアミンとの反応生成物であるポリアミック酸またはポリイミド。
H2N−X1−NH2 [1]
反応生成物B:テトラカルボン酸二無水物と式[2]の化合物を必須成分として含有するジアミンとの反応生成物であるポリアミック酸またはポリイミド。
H2N−X−X2−X−NH2 [2]
式[1]及び式[2]中、X1は-S-を含有する2価の有機基であり、Xは独立にベンゼン環またはシクロヘキサン環であり、X2は−(CH2)n−または−O−を含有する2価の有機基であり、nは2〜7の整数である。
尚、該液晶配向膜用組成物は、反応生成物A及び反応生成物Bのみを含有してもよく、必要に応じてかつ本発明の効果を損なわない範囲で、更に反応生成物A及び反応生成物B以外のポリアミック酸またはポリイミドを含有してもよい。
このとき、上記ジアミンの組合せにおける式[1]のジアミンの含有率は、液晶配向膜用組成物中の反応生成物A及び反応生成物Bの含有率によって異なるが、30モル%〜100モル%、好ましくは51モル%〜100モル%の範囲であることが好ましい。式[1]のジアミンの含有率が大きくなるほど、蓄積電荷、いわゆる残留DCの低減効果がより顕著になり好ましいが、その含有率が30モル%以上であれば、本発明のポリイミド系液晶配向膜用組成物として好適に用いることができる。
このとき、上記ジアミンの組合せにおける式[2]のジアミンの含有率は、液晶配向膜用組成物中の反応生成物A及び反応生成物Bの含有率によって異なるが、30モル%〜100モル%、好ましくは51モル%〜100モル%の範囲であることが好ましい。式[2]のジアミンの含有率が大きくなるほど、液晶表示素子の黒表示特性が向上するため好ましいが、その含有率が30モル%以上であれば、本発明のポリイミド系液晶配向膜用組成物として好適に用いることができる。
混合される反応生成物Aの含有率は、好ましくは全ポリアミック酸またはポリイミド中の50〜95モル%である。その含有率が50モル%以上であれば、得られたポリイミド系液晶配向膜用組成物を適用した液晶表示素子には、蓄積電荷、いわゆる残留DCの明白な低減効果が顕著に現れる。
混合される反応生成物Bの含有率は、好ましくは全ポリアミック酸またはポリイミド中の5モル%〜50モル%である。その含有率が5モル%以上であれば、得られたポリイミド系液晶配向膜用組成物を適用した液晶表示素子の黒表示特性を向上させることができる。
また、本発明のポリイミド系液晶配向膜用組成物には、液晶配向膜用組成物に用いられるポリマー成分である、ジカルボン酸もしくはその誘導体とジアミンとの反応生成物であるポリアミドやテトラカルボン酸二無水物、ジカルボン酸もしくはその誘導体とジアミンとの反応生成物であるポリアミドイミド等のポリマー成分を本発明の目的を損なわない範囲で添加することができる。このときのジアミンとしては、本発明の式[1],式[2]及び式[3]で表されるジアミンのほか、該ジアミンと併用できる上記のジアミン、及びこれらのジアミンの混合物を挙げることができる。
1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物 :CBDA
ピロメリット酸二無水物 :PMDA
1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物 :BBDA
ジアミン
4,4’−ジアミノジフェニルメタン :DDM
4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド :ASD
4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン :DDET
2−ベンジル−1,4−フェニレンジアミン :P1PDA
1,3−ビス(4−(4−アミノベンジル)フェニル)プロパン :BZ3
4,4’−ジアミノ−1,3−ジフェニルプロパン :DDPP
4,4’−ジアミノ−1,4−ジフェニルブタン :DDPB
1,4−ビス(4−アミノフェニルチオ)ブタン :DDSB
1,3−ビス(4−アミノフェニルチオ)プロパン :DDSP
1,2−ビス(4−アミノフェニルチオ)エタン :DDSE
1,4−ビス(4−アミノフェニルオキシ)ブタン :DDOB
1,3−ビス(4−アミノフェニルオキシ)プロパン :DDOP
1,2−ビス(4−アミノフェニルオキシ)エタン :DDOE
4,4’−ジアミノジフェニルエーテル :APE
1,3’−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン :APDS
溶剤成分
N−メチル−2−ピロリドン :NMP
γ―ブチロラクトン :GBL
ブチルセロソルブ :BC
1)ポリイミド系液晶配向膜用組成物A1(ワニスA1)の調製
温度計、攪拌機、原料投入仕込み口及び窒素ガス導入口を備えた200mlの四つ口フラスコにASDを1.28g、DDETを1.26g、脱水NMPを55.0g入れ、乾燥窒素気流下攪拌溶解した。反応系の温度を5℃に保ちながらCBDAを1.16g、PMDAを1.29g添加し、30時間攪拌した後、BCを25.0g、GBLを15.0g加えて高分子成分の濃度が5重量%のポリアミック酸のワニスを調製した。原料の反応中に反応温度により温度が上昇するときは、反応温度を約70℃以下に抑えて反応させた。尚、本発明の実施例では、反応中の粘度をチェックしながら反応を行い、BCとGBLを添加後のワニスの粘度が30〜35mPa・s(E型粘度計を使用。25℃)になった時点で反応を終了とし、低温にて保存した。得られたポリアミック酸の重量平均分子量は63,000であった。尚、重量平均分子量は、島津製作所製GPC測定装置(クロマトパックC−R7A)を用いてカラム温度50℃にて測定した。
前記のようにして得られたワニスA1をNMP/BC/GBL(=60/25/15、重量比)の混合溶剤で希釈して全高分子成分の濃度が3重量%となるように調整し塗布用ワニスとした。
図1に示すIPS用櫛歯状電極付きガラス基板及び電極のないガラス基板の2枚のガラス基板を使用した。
得られた塗布用ワニスを上記のIPS用櫛歯状電極付きガラス基板上にスピンナーにて塗布した。塗布条件は2300rpm、15秒であった。塗膜後80℃にて約5分間予備焼成した後、210℃にて30分間加熱処理を行い膜厚およそ80nmの液晶配向膜を形成した。得られたポリイミド膜を株式会社飯沼ゲージ製作所製のラビング処理装置を用いて、ラビング布(毛足長1.9mm:レーヨン)の毛足押し込み量0.40mm、ステージ移動速度を60mm/sec、ローラー回転速度を1000rpmの条件で、ラビング処理した。
得られた液晶挟持基板をエタノール中で5分間超音波洗浄後、超純水にて表面を洗浄してからオーブン中120℃で30分間乾燥した。前記IPS用櫛歯状電極付きガラス基板に4μmのギャップ材を散布し、配向膜を形成した面を内側にして電極のないガラス基板を対向させた後、エポキシ硬化剤でシールし、ギャップ4μmのパラレルセルを作成した。前記セルに液晶材料を注入し、注入口を光硬化剤で封止した。次いで、110℃で30分間加熱処理を行った後、対向させたガラス基板の外側に2枚の偏光フィルムを貼り付け、コントラスト及び残留DC測定用セルとした。尚、対向するIPS用櫛歯状電極付きガラス基板及び電極のないガラス基板のラビング方向は互いに同方向とした。一方の偏光フィルムの偏光透過軸をラビング方向と同方向とし、もう一方をこれと垂直に配置した。液晶材料として使用した液晶組成物Aの組成を下記に示す。この組成物のNI点は100.0℃であり、複屈折は0.093であった。
次いで、上記で調製したコントラスト測定用セルを用いて大塚電子株式会社製の液晶パネル評価装置(LCD−5100)で透過率−印加電圧曲線を求め、白表示の輝度と黒表示の輝度の比からコントラストを算出したところ195であった。また、ラビング筋のような配向むらや配向欠陥は全く認められず、非常に均一な表示が得られた。尚、コントラスト測定時の条件は駆動電圧0〜10Vp−p、駆動周波数70Hz、矩形波であった。
30Hz、3Vの矩形波に1Vの直流電圧を30分間重畳した直後のフリッカー消去電圧を測定し、この値の絶対値を残留DCとした。残留DCが小さいほど焼き付きが少なく良好といえる。
上記で調製した残留DCの測定用のセルを用いて上記記載の方法で測定したところ、残留DCは45mVであった。
実施例1におけるワニスA1の代わりに、ワニスA2〜A36及びワニスB1〜B6をそれぞれ後記の表1に示した原料組成で調製し、これを用いてコントラスト、残留DC電圧の評価を実施例1と同様に行った。
一対のITO透明電極付きガラス基板、4μm用のギャップ材を用いて作成し、ラビング方向が90°になるように組み、光学活性化合物を添加した液晶組成物Aを使用し、ノーマリーブラックモードとなる様に偏光フィルムを貼り付けること以外は、コントラスト及び残留DC電圧測定用セルと同様の方法によってTNセルを作製し、残留DC電圧の評価を実施例1と同様に行った。
ワニスA2〜A36及びワニスB1〜B6の調製については、ワニスA1と同様の方法で調製した。反応中に反応熱により温度が上昇するときは、反応温度を約70℃以下に抑えて反応させた。尚、ポリアミック酸のワニスの調製は、反応混合物の粘度をチェックしながら反応を行い、BC及びGBLを添加後のワニスの粘度が30〜35mPa・s(E型粘度計を使用。25℃)になった時点で反応を終了とし、低温にて保存した。
すなわち、当初のポリアミック酸をNMPのみで合成し、次いでBC及びGBLを加えて最終的にワニスのポリアミック酸濃度を5重量%に調整した。
各実施例及び比較例の原料モル比及び重量平均分子量を表1〜4に示した。
尚、本発明の実施例の試験方法において、優れたコントラストとは150以上の値を、好ましい残留DCは70mV以下の値である。
ワニスA37〜A40及びワニスB7の調製については、ワニスA1と同様の方法で調製した。反応中に反応熱により温度が上昇するときは、反応温度を約70℃以下に抑えて反応させた。尚、ポリアミック酸のワニスの調製は、反応混合物の粘度をチェックしながら反応を行い、BC及びGBLを添加後のワニスの粘度が30〜35mPa・s(E型粘度計を使用。25℃)になった時点で反応を終了とし、低温にて保存した。
すなわち、当初のポリアミック酸をNMPのみで合成し、次いでBC及びGBLを加えて最終的にワニスのポリアミック酸濃度を5重量%に調整した。
各合成例の原料モル比及び重量平均分子量を表6に示した。
ワニスA37〜A40及びワニスB7をワニスB2とそれぞれ後記の表7に示したポリマー組成で調製し、これを用いてコントラスト、残留DC電圧の評価を実施例1と同様に行った。
尚、本発明の実施例の試験方法において、優れたコントラストとは150以上の値を、好ましい残留DCは70mV以下の値である。
Claims (21)
- テトラカルボン酸二無水物とジアミンとの反応生成物であるポリアミック酸またはポリイミドを含有するポリイミド系液晶配向膜用組成物であって、テトラカルボン酸二無水物と反応させるジアミンが、式[1]の化合物を必須成分として含有し、更に式[2]及び式[3]の化合物の少なくとも1種を含有するジアミンの混合物であることを特徴とする、横電界方式の液晶表示素子に適用するポリイミド系液晶配向膜用組成物。
H2N−X1−NH2 [1]
H2N−X−X2−X−NH2 [2]
[3]
式[1]中、X1は式[5]または式[6]で表される2価の基であり;
式[2]中、Xは独立にベンゼン環またはシクロヘキサン環であり、X2は式[8]で表される2価の基であり;
式[3]中、R1及びR2はそれぞれ独立に水素原子、水酸基、または炭素数1〜5のアルキルもしくは炭素数1〜5のアルコキシである。
式[5]中、tは1、2または3であり、式[6]中、r1は2〜7の整数であり;
−Y−(Z−Y)m− [8]
式[8]中、Yは独立に−O−、ベンゼン環、シクロヘキサン環、単結合、式[9]
[9]
または式[10]
[10]
で表される2価の基であり、Zは独立に炭素数2〜7のアルキレンであり、mは0または1であり、pは1または2である。ただし、mが0のとき、Yは−O−、または式[9]もしくは式[10]で表される2価の基である。
- 式[8]において、Yが単結合である請求項1に記載の液晶配向膜用組成物。
- 式[8]において、Yが式[9]で表される2価の基である請求項1に記載の液晶配向膜用組成物。
- 式[8]において、Yが式[10]で表される2価の基である請求項1に記載の液晶配向膜用組成物。
- 式[3]において、R1及びR2がそれぞれ独立に水素原子、または炭素数1〜3のアルキルもしくはアルコキシである請求項1〜4の何れか1項に記載の液晶配向膜用組成物。
- 式[3]において、2つのアミノ基の位置がパラ位である請求項1〜5の何れか1項に記載の液晶配向膜用組成物。
- ジアミン中、式[1]と式[2]の化合物、式[1]と式[3]の化合物、または式[1]と式[2]と式[3]の化合物の組合せにおける、式[1]の化合物の含有率が30〜99モル%であり、式[2]及び式[3]で表される化合物の含有率の合計が1〜70モル%である請求項1〜6の何れか1項に記載の液晶配向膜用組成物。
- テトラカルボン酸二無水物が、ピロメリット酸二無水物20〜80モル%とシクロブタンテトラカルボン酸二無水物80〜20モル%とからなることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の液晶配向膜用組成物。
- 請求項1〜8の何れか1項に記載の液晶配向膜用組成物から形成された液晶配向膜。
- 請求項9に記載の液晶配向膜を有する液晶挟持基板。
- 液晶に面して電極が設けられた液晶挟持基板上に、請求項9に記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
- テトラカルボン酸二無水物とジアミンとの反応生成物であるポリアミック酸またはポリイミドを含有するポリイミド系液晶配向膜用組成物であって、該液晶配向膜用組成物が少なくとも下記反応生成物A及び反応生成物Bを含有することを特徴とする横電解方式の液晶表示素子用に適用する液晶配向膜用組成物。
反応生成物A:テトラカルボン酸二無水物と式[1]の化合物を必須成分として含有するジアミンとの反応生成物であるポリアミック酸またはポリイミド。
H2N−X1−NH2 [1]
反応生成物B:テトラカルボン酸二無水物と式[2]の化合物を必須成分として含有するジアミンとの反応生成物であるポリアミック酸またはポリイミド。
H2N−X−X2−X−NH2 [2]
式[1]中、X 1 は式[5]または式[6]で表される2価の基であり;
式[2]中、Xは独立にベンゼン環またはシクロヘキサン環であり、X2は式[8]で表される2価の基であり;
式[5]中、tは1、2または3であり、式[6]中、r1は2〜7の整数であり;
−Y−(Z−Y)m− [8]
式[8]中、Yは独立に−O−、ベンゼン環、シクロヘキサン環、単結合、式[9]
[9]
または式[10]
[10]
で表される2価の基であり、Zは独立に炭素数2〜7のアルキレンであり、mは0または1であり、pは1または2である。ただし、mが0のとき、Yは−O−、または式[9]もしくは式[10]で表される2価の基である。
- 式[8]において、Yが単結合である請求項12に記載の液晶配向膜用組成物。
- 式[8]において、Yが式[9]で表される2価の基である請求項12に記載の液晶配向膜用組成物。
- 式[8]において、Yが式[10]で表される2価の基である請求項12に記載の液晶配向膜用組成物。
- ポリイミド系液晶配向膜用組成物中の、反応生成物Aの含有率が50〜95モル%であり、反応生成物Bの含有率が5モル%〜50モル%である請求項12〜15の何れか1項に記載の液晶配向膜用組成物。
- 反応生成物Aに用いられるテトラカルボン酸二無水物が、ピロメリット酸二無水物20〜80モル%とシクロブタンテトラカルボン酸二無水物80〜20モル%とからなることを特徴とする請求項12〜16の何れか1項に記載の液晶配向膜用組成物。
- 反応生成物Bに用いられるテトラカルボン酸二無水物が、ピロメリット酸二無水物20〜80モル%とシクロブタンテトラカルボン酸二無水物80〜20モル%とからなることを特徴とする請求項12〜17の何れか1項に記載の液晶配向膜用組成物。
- 請求項12〜18の何れか1項に記載の液晶配向膜用組成物から形成された液晶配向膜。
- 請求項19に記載の液晶配向膜を有する液晶挟持基板。
- 液晶に面して電極が設けられた液晶挟持基板上に、請求項19に記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
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