JP5059183B2 - 液晶配向膜形成用組成物及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
液拡がり(拡張ぬれ)は、ぬれ広がり前後におけるインクの単位面積あたりのエネルギーの差である拡張係数S、すなわちぬれ広がりやすさの尺度として説明される。図1に示すように、固体の基質(基板)31の表面張力をγs、液体(インク)32の表面張力をγw、固体の基質31及び液体32間の界面張力をγwsとすると、拡張係数Sは、次式で表される。
S=γs−γw−γws
したがって、γsが大きく、γw及びγwsが小さくなれば、液体はぬれ広がりやすくなることが分かる。また、液体32中に界面活性剤が存在すると、γw及びγwsは小さくなるので、液体32への界面活性剤の添加は液拡がり(拡張ぬれ)を推進する方向に作用することが理解できる。
インクが低濃度の場合、両親媒性物質(液晶配向膜のポリマーの固形成分)33は、図2(a)に示すように、疎水性部位34が空気(疎水性)側に集合し、親水性部位35が溶剤(親水性)中に存在した状態でインク中に溶解していると考えられる。また、配向剤(液晶配向膜形成用組成物)としてPIJインク(ポリイミド又はポリアミック酸含有インクジェット印刷用インク)を用いた場合、PIJインクは、通常の界面活性剤の濃度(数十〜数百ppm)に比べて、非常な高濃度であり、図2(b)に示すように、界面活性剤でもある両親媒性物質(液晶配向膜のポリマーの固形成分)33は、ミセル36を形成し、凝集するため、インクの液戻りが生じやすいと考えられる。そしてこの現象により、配向剤を仮焼成すると、液縮みが発生してしまうと考えられる。
本発明の液晶配向膜形成用組成物における好ましい形態について以下に詳しく説明する。なお、以下に示す各形態は、適宜組み合わされてもよい。
上記ポリアミック酸の合成に用いられる酸無水物としては、テトラカルボン酸二無水物が好適である。上記テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2−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、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、1,3−ジクロロ−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジシクロヘキシル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、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−メチル−5(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−7−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−7−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5,8−ジメチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、ビシクロ[2,2,2]−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[3,3,0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸二無水物、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物、4,9−ジオキサトリシクロ[5.3.1.02,6]ウンデカン−3,5,8,10−テトラオン、下記式(III)及び(IV)のそれぞれで表される化合物等の脂肪族及び脂環式テトラカルボン酸二無水物;
ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジメチルジフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−テトラフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−フランテトラカルボン酸二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルフィド二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルホン二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルプロパン二無水物、3,3’,4,4’−パーフルオロイソプロピリデンジフタル酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(フタル酸)フェニルホスフィンオキサイド二無水物、p−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、m−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルエーテル二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルメタン二無水物、エチレングリコール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、プロピレングリコール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,4−ブタンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,6−ヘキサンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,8−オクタンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン−ビス(アンヒドロトリメリテート)、下記式(27)〜(30)で表される化合物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。これらは1種単独で又は2種以上組み合わせて用いられる。
なお、上記芳香族酸二無水物のベンゼン環は、一つ又は二つ以上の炭素数1〜4のアルキル基(好ましくはメチル基)で置換されていてもよい。
上記ポリアミック酸の合成に用いられるジアミンとしては、例えば、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンズアニリド、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、1,5−ジアミノナフタレン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、5−アミノ−1−(4’−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、6−アミノ−1−(4’−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、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−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、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、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)−10−ヒドロアントラセン、2,7−ジアミノフルオレン、9,9−ジメチル−2,7−ジアミノフルオレン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、ビス(4−アミノ−2−クロロフェニル)メタン、2,2’,5,5’−テトラクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジクロロ−4,4’−ジアミノ−5,5’−ジメトキシビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、2,2’−ビス[4−(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、4,4’−ビス[(4−アミノ−2−トリフルオロメチル)フェノキシ]−オクタフルオロビフェニル、等の芳香族ジアミン;
1,1−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、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、テトラヒドロジシクロペンタジエニレンジアミン、ヘキサヒドロ−4,7−メタノインダニレンジメチレンジアミン、トリシクロ[6.2.1.02,7]−ウンデシレンジメチレンジアミン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、等の脂肪族及び脂環式ジアミン;
2,3−ジアミノピリジン、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、5,6−ジアミノ−2,3−ジシアノピラジン、5,6−ジアミノ−2,4−ジヒドロキシピリミジン、2,4−ジアミノ−6−ジメチルアミノ−1,3,5−トリアジン、1,4−ビス(3−アミノプロピル)ピペラジン、2,4−ジアミノ−6−イソプロポキシ−1,3,5−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−メトキシ−1,3,5−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−フェニル−1,3,5−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−メチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリアジン、4,6−ジアミノ−2−ビニル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−5−フェニルチアゾール、2,6−ジアミノプリン、5,6−ジアミノ−1,3−ジメチルウラシル、3,5−ジアミノ−1,2,4−トリアゾール、3,8−ジアミノ−6−フェニルフェナントリジン、1,4−ジアミノピペラジン、3,6−ジアミノアクリジン、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)フェニルアミン、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、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、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、及び下記式(V)〜(VI)のそれぞれで表される化合物等の、分子内に2つの1級アミノ基及び該1級アミノ基以外の窒素原子を有するジアミン;
下記式(VII)で表されるモノ置換フェニレンジアミン類;下記式(VIII)で表されるジアミノオルガノシロキサン;
下記式(35)〜(39)で表される化合物等を挙げることができる。これらのジアミンは、単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。
上記芳香族ジアミンのベンゼン環は、一つ又は二つ以上の炭素数1〜4のアルキル基(好ましくはメチル基)で置換されていてもよい。
ポリアミック酸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との使用割合としては、ジアミンに含まれるアミノ基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0.5〜2当量となる割合が好ましく、0.7〜1.2当量となる割合がより好ましい。
上記ポリイミドは、上記のようにして得られたポリアミック酸を脱水閉環することにより合成することができる。このとき、アミック酸構造の全部を脱水閉環して完全にイミド化してもよく、あるいはアミック酸構造のうちの一部のみを脱水閉環してアミック酸構造とイミド構造とが併存する部分イミド化物としてもよい。ポリイミドのイミド化率は、好ましくは40%以上であり、より好ましくは80%以上である。ここで「イミド化率」とは、ポリイミドにおける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割合を百分率で表した数値をいう。このとき、イミド環の一部がイソイミド環であってもよい。
上記ポリアミック酸及びポリイミドは、それぞれ、分子量が調節された末端修飾型の重合体であってもよい。このような末端修飾型の重合体は、ポリアミック酸を合成する際に、酸一無水物、モノアミン化合物、モノイソシアネート化合物等の適宜の分子量調節剤を反応系に添加することにより合成することができる。ここで、酸一無水物としては、例えば無水マレイン酸、無水フタル酸、無水イタコン酸、n−デシルサクシニック酸無水物、n−ドデシルサクシニック酸無水物、n−テトラデシルサクシニック酸無水物、n−ヘキサデシルサクシニック酸無水物等を挙げることができる。モノアミン化合物としては、例えばアニリン、シクロヘキシルアミン、n−ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、n−ウンデシルアミン、n−ドデシルアミン、n−トリデシルアミン、n−テトラデシルアミン、n−ペンタデシルアミン、n−ヘキサデシルアミン、n−ヘプタデシルアミン、n−オクタデシルアミン、n−エイコシルアミン等を挙げることができる。モノイソシアネート化合物としては、例えばフェニルイソシアネート、ナフチルイソシアネート等を挙げることができる。
本実施形態について、1.配向膜材料(液晶配向膜形成用材料)、2.配向膜の作製方法、3.液晶配向膜形成用組成物、4.液晶表示装置の基本動作の順に説明する。
本実施形態の配向膜材料(液晶配向膜形成用材料)は、液晶分子を配向制御する特性を光照射によって発現する第一構成単位と、液晶分子を配向制御する特性を光照射によらず発現する第二構成単位とを必須構成単位とする重合体(共重合体)を含む。より具体的には、第一構成単位は、光官能基を有する側鎖を持ち、一方、第二構成単位は、垂直配向性官能基を有する側鎖を持つ。このように、第二構成単位は、液晶分子を垂直配向制御する官能基、すなわち液晶分子を配向膜表面に対して略垂直に配向制御する官能基を側鎖に有する。また、配向膜材料における重合体の必須構成単位(第一構成単位及び第二構成単位)は、配向制御方向が同じ方向(VATNモードを実現できる程度に同じ方向)であり、本実施形態の配向膜材料を用いて形成された膜に対して光照射による配向処理が施された本実施形態の配向膜は、配向膜面内において液晶分子を均一に(VATNモードを実現できる程度に均一に)配向制御することができる。このように、本実施形態の配向膜は、液晶分子を配向膜表面に対して略垂直な方向に配向制御する垂直配向膜であり、好適には、液晶層の平均プレチルト角が87〜89.5°、より好適には87.5〜89°となるように液晶分子を配向制御する。
以下に、本実施形態の配向膜の作製方法について説明する。
まず、第一構成単位及び第二構成単位の単量体成分と、酸無水物とを従来公知の方法により重合(コポリマー化)する。
以下に、インク(ワニス、液晶配向膜形成用組成物)の調整方法についてより具体的に説明する。
インクジェット印刷装置により均一に塗布可能なインクとしては、粘度が5〜10mPa・s、表面張力が28〜32mN/mであるものが知られていたが、例えインクの物性がこの範囲にあっても、実際のインクジェット印刷の結果と相関が取れなかった。したがって、より実際のインクジェット印刷に近い状態で、各物性や液拡がり、液縮みを評価する必要があった。
インクの液拡がりの評価方法は、以下に示すとおりである。図6は、液拡がりテストにおけるインクの滴下工程を示す斜視模式図である。
(基板の準備)
基板を次のフローで処理し、滴下用基板(TFT基板)を準備した。
(a)エキシマーランプドライ洗浄装置で150秒処理した。
(b)2重量%NaOHaq中で20分間超音波洗浄を行った。
(c)純水ミストシャワーで3分間かけ流しを行った。
(d)純水中での超音波洗浄(3分間)を別々の槽で2回行った。
(e)回転式ドライヤーで基板を乾燥した。
上記処理済の滴下用基板に次のフローでインクの滴下するとともに、液拡がりを測定した。
(a)滴下用基板をN2ブローした。
(b)電子制御マイクロピペッター(バイオヒット・ジャパン社製、商品名;プロライン電子ピペッター、製品コード;710520)の先端に使い捨てのスピッツ(バイオヒット・ジャパン社製、商品名;プロライン電子ピペッター適合チップ、製品コード;790010)を装着した。
(c)スピッツ内に配向剤(インク)を充填した。
(d)電子制御マイクロピペッターをスタンド(バイオヒット・ジャパン社製、商品名;シングル充電スタンド、製品コード;510004)にセットした。(スピッツ先端と滴下用基板との距離は約5cm)
(e)図6に示すように、電子制御マイクロピペッター41から配向剤(インク)32を滴下用基板42上の3箇所にそれぞれ10μlずつ滴下した。滴下した液が拡がってつながるのを避けるため、各滴下箇所の間隔を10cm程度とした。また、滴下用基板の任意の場所に滴下した。
(f)自然乾燥後に、各箇所の液拡がりサイズをノギスで測定し、平均した。
なお、TFT基板では配線パターンの影響で液拡がりに方向性があるので、ゲートラインに対して垂直及び平行な方向における液拡がりを測定し、平均した。
インクの液縮みの評価方法は、以下に示すとおりである。
(a)上記処理済の滴下用基板(TFT基板)に、スピンコート(5秒/500rpm、20秒/2000rpm)後、一分程度待ってから、80℃設定のホットプレート上で60秒、仮焼成した。なお、仮焼成後の膜厚は、100nmとした。
(b)インクに単色光(550nm)を照射した状態で、顕微鏡(50倍)により干渉縞の本数を観察し、次式を用いて、段差dを計算した。この段差dを液縮みの評価値とする。
d=m×λ/(2×n)
なお、m;干渉縞本数、λ:550、n:1.5とした。
配向膜材料の溶解性の観点から、液晶配向膜形成用インクとして検討が可能な溶剤は、次のものであった。そして、組成の異なる複数種のインクの上記処理済の滴下用基板に対する液拡がり及び液縮みを評価した。良溶媒(配向膜ポリマーをよく溶解させることができる溶剤、例えば、2〜10重量%の固形成分濃度としたときに、24℃において、配向膜材料を完全に溶解するもの)として、γ−ブチロラクトン(BL)及びN−メチルピロリドン(NMP)について検討した。また、貧溶媒(配向膜ポリマーを少ししか溶解させることができない溶剤、例えば、2〜10重量%の固形成分濃度としたときに、24℃において、配向膜材料を完全に溶解しないもの)として、ブチルセルソルブ(BC)、ジエチレングリコールジエチルエーテル(DEDG)、酢酸ブチル(BA)、酢酸ペンチル(PA)、ジイソブチルケトン(DIBK)、酢酸ヘキシル(HA)及びジペンチルエーテル(DPE)について検討した。なお、以下に示す各溶媒の比は、特に断りがない限り、重量比を表す。
図7に、良溶媒をBL/NMP=20/30の混合溶媒とし、かつ貧溶媒をBC、DEDG、BC/BC及びDEDG以外の貧溶媒(PA、HA又はDIBK)=40/10の混合溶媒、又は、DEDG/BC及びDEDG以外の貧溶媒(PA、HA、DIBK)=40/10の混合溶媒としたインクの液拡がり及び液縮みを評価及び比較した結果を示す。
上記インクの溶剤種に対する依存性の実験における、インク2と、液拡がり及び液縮み特性が良好であったインク8とについて、BL比率に対する依存性を調べた。図8は、インクの液拡がり及び液縮みのBL比率に対する依存性を評価及び比較した結果を示す。BLは、表面張力が他の構成溶媒よりも大きいことがわかっているので、比率を下げる方が好ましいと考えていた通り、液拡がりは、BL比率を上げると減少傾向であって、液縮みはBL比率25%で最小になった。しかしながら、液拡がりが13mm以下であるため、垂直配向液晶モードにおいては輝点が発生することが予想される。
上記インクの溶剤種に対する依存性の実験における、インク8とインク9との比較により(後述の図9参照)、DPEは、液拡がりを著しく改善することができるが、液縮みを悪化させてしまうことがわかった。液拡がり及び液縮み特性をもう一歩改善するため、インク8、23に対して、DPEを1重量%添加することよる効果を調べた。図9は、インクの液拡がり及び液縮みのDPE1重量%添加に対する依存性を評価及び比較した結果を示す。インク8に対してDPEが1重量%添加されたインク26と、インク23に対してDPEが1重量%添加されたインク27とについて、液拡がり及び液縮みが改善した。インク26及びインク27は、液拡がりが13mm以上であり、かつ液縮みが100mm以下の条件に入り、インクジェット印刷装置で均一塗布可能である。また、DIBKの構成比を1重量%削減した分だけDPEを添加した場合でも、すなわち、BL/NMP/DEDG/DIBK/DPE=20/30/40/9/1又はBL/NMP/DEDG/DIBK/DPE=30/20/40/9/1のインクでも同等の結果が得られた。
図10は、インクの固形成分濃度に対する依存性を評価及び比較した結果を示す。固形成分(配向膜材料、本実施形態ではポリマー)濃度が3重量%又は4重量%から、2.8重量%及び2重量%と減少するに従い、液縮み及び液拡がりは改善した。しかしながら、固形成分濃度2重量%のインクでは、粘度が低すぎて、インクジェット印刷装置によって安定的に吐出することが不可能であり、輝点の原因となることがわかった。また、インクをインクジェット印刷装置によって安定的に吐出するためには、インクの粘度が5〜10mPa・sであることが好ましい。
そこで、インクの粘度を7mPa・sに調整したものの液拡がり、液縮みを評価した。図11は、インクの粘度調整を検討した結果を示す。インクB及びインクFの組成は同一であり、固形成分であるポリマーの反応条件を変更し、重合度を調整したものである。より具体的には、インクBの24℃での粘度は、5mPa・sであり、一方、インクFの24℃での粘度は、7mPa・sであった。溶媒種は、BL/NMP/DEDG/DIBK=20/30/40/10に固定とした。
(第二構成単位)/(第一構成単位)の比を0/100、8/92、15/85、25/75、40/60、50/50にしたそれぞれの配向膜材料(重合体)を、BL/NMP/DEDG/DIBK=20/30/40/10の溶剤に溶解させ、液拡がり及び液縮み特性を評価したところ、フッ素を含有する第一構成単位(光配向ジアミンユニット)の構成比を下げることによって、塗布性は改善する傾向にあった。これは、重合体中のフッ素濃度が下がるため、界面活性効果が低下し、その結果、ミセル形成力が低下するためであると考えられる。
以下に、本実施形態の液晶表示装置の基本動作について説明する。
図12は、実施形態1における光配向処理方向と液晶分子のプレチルト方向との関係を示す斜視模式図である。図13(a)は、実施形態1の液晶表示装置がモノドメインを有する場合における、一画素(1ピクセル又は1サブピクセル)内の液晶ダイレクターの方向と一対の基板(上下基板)に対する光配向処理方向とを示す平面模式図であり、(b)は、図13(a)で示した液晶表示装置に設けられる偏光板の吸収軸方向を示す模式図である。なお、図13(a)は、光配向処理方向が一対の基板の間で直交し、かつ一対の基板の間に閾値以上のAC電圧が印加された状態を示す。また、図13(a)中、実線矢印は、下基板に対する光照射方向(光配向処理方向)を示し、点線矢印は、上基板に対する光照射方向(光配向処理方向)を示す。図14(a)は、実施形態1の液晶表示装置がモノドメインを有する場合における、一画素(1ピクセル又は1サブピクセル)内の液晶ダイレクターの方向と一対の基板(上下基板)に対する光配向処理方向とを示す平面模式図であり、(b)は、図14(a)で示した液晶表示装置に設けられる偏光板の吸収軸方向を示す模式図である。なお、図14(a)は、光配向処理方向が一対の基板の間で反平行であり、かつ一対の基板の間に閾値以上のAC電圧が印加された状態を示す。また、図14(a)中、実線矢印は、下基板に対する光照射方向(光配向処理方向)を示し、点線矢印は、上基板に対する光照射方向(光配向処理方向)を示す。
図12〜14を参照しながら、本実施形態の液晶表示装置の動作原理を説明する。
インクは、溶剤系がNMP/DEDG/DIBK=30/50/20であるものを使用した。なお、インクの固形成分濃度は2.8重量%とし、24℃での表面張力は31mN/mであり、24℃での粘度は4mPa・sであり、液拡がりテストにおける液拡がりは15mmであり、液縮みテストにおける液縮みは100nmであった。また、インクジェット印刷装置としては、ヘッドのノズルピッチが0.75mmであり、ノズル数が64個であるものを使用し、ステージ速度を400mm/secに設定した。そして、基板としては、通常の洗浄方法により洗浄され、水の接触角が0〜3°のレベルであるTFT基板及びCF基板を使用した。
インクとして、溶剤系がBL/NMP/DEDG/DIBK/DPE=20/30/39/10/1であるものを使用したこと以外は実施例1と同様にして実施例2の液晶表示パネルを作製した。なお、インクの固形成分濃度は2.8重量%とし、24℃での表面張力は29mN/mであり、24℃での粘度は4mPa・sであり、液拡がりテストにおける液拡がりは22mmであり、液縮みテストにおける液縮みは100nmであった。
インクとして、溶剤系がBL/NMP/DEDG/DIBK=20/30/40/10であるものを使用したこと以外は実施例1と同様にして実施例3の液晶表示パネルを作製した。なお、インクの固形成分濃度は2.8重量%とし、24℃での表面張力は31mN/mであり、24℃での粘度は5mPa・sであり、拡がりテストにおける液拡がりは14mmであり、液縮みテストにおける液縮みは100nmであった。
インクとして、溶剤系がNMP/BC=50/50であるものを使用したこと以外は実施例1と同様にして比較例1の液晶表示パネルを作製した。なお、インクの固形成分濃度は2.8重量%とし、24℃での表面張力は33mN/mであり、24℃での粘度は5mPa・sであった。
インクとして、溶剤系がBL/NMP/BC=20/30/50であるものを使用したこと以外は実施例1と同様にして比較例2の液晶表示パネルを作製した。なお、インクの固形成分濃度は2.8重量%とし、24℃での表面張力は33mN/mであり、24℃での粘度は5mPa・sであった。
11:液晶分子
12:上下基板
17:AC電圧印加時の平均の液晶ダイレクター方向
21:光官能基を有する側鎖
22:垂直配向性官能基を有する側鎖
31:固体の基質(基板)
32:液体(インク、配向剤)
33:両親媒性物質(液晶配向膜のポリマーの固形成分)
34:疎水性部位
35:親水性部位
36:ミセル
41:電子制御マイクロピペッター
42:滴下用基板
Claims (14)
- 液晶配向膜形成用材料を含有し、液晶配向膜を形成するための液晶配向膜形成用組成物であって、
該液晶配向膜形成用組成物は、γ−ブチロラクトン及びN−メチル−2−ピロリドンの少なくとも一方と、ジエチレングリコールジエチルエーテル及びジイソブチルケトンとを含有することを特徴とする液晶配向膜形成用組成物。 - 前記液晶配向膜形成用組成物は、前記液晶配向膜形成用材料に対する良溶媒として、前記γ−ブチロラクトン及び前記N−メチル−2−ピロリドンの少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項1記載の液晶配向膜形成用組成物。
- 前記液晶配向膜形成用組成物は、前記液晶配向膜形成用材料に対する貧溶媒として、前記ジエチレングリコールジエチルエーテル及び前記ジイソブチルケトンを含有することを特徴とする請求項1又は2記載の液晶配向膜形成用組成物。
- 前記液晶配向膜形成用材料は、2種類のジアミンと、酸無水物とを重合することによって形成された共重合体を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の液晶配向膜形成用組成物。
- 前記2種類のジアミンの一方は、光官能基及びフッ素を有する側鎖を持つジアミンであり、
前記2種類のジアミンの他方は、垂直配向性官能基を有する側鎖を持つジアミンであることを特徴とする請求項4記載の液晶配向膜形成用組成物。 - 前記液晶配向膜形成用材料は、酸無水物から誘導される酸無水物ユニットと、光官能基及びフッ素を有する側鎖を持つジアミンから誘導される光配向ジアミンユニットと、垂直配向性官能基を有する側鎖を持つジアミンから誘導される垂直配向性ジアミンユニットとを含有し、かつ該酸無水物ユニットと、該光配向ジアミンユニット及び該垂直配向性ジアミンユニットのいずれかのユニットとが交互に配置されたポリアミック酸又はポリイミドであることを特徴とする請求項4又は5記載の液晶配向膜形成用組成物。
- 前記液晶配向膜形成用組成物は、固形成分の濃度が2〜5重量%であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の液晶配向膜形成用組成物。
- 前記液晶配向膜形成用組成物は、24℃での表面張力が28〜32mN/mであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の液晶配向膜形成用組成物。
- 前記液晶配向膜形成用組成物は、24℃での粘度が5〜10mPa・sであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の液晶配向膜形成用組成物。
- 前記液晶配向膜形成用組成物は、常圧下での溶媒の沸点が160〜220℃であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の液晶配向膜形成用組成物。
- 前記液晶配向膜形成用組成物は、液拡がりテストにおける液拡がりが13mm以上であり、かつ液縮みテストにおける液縮みが100nm以下であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の液晶配向膜形成用組成物。
- 前記液晶配向膜形成用材料は、液晶分子を配向制御する特性を光照射によって発現するものであることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の液晶配向膜形成用組成物。
- 前記液晶配向膜形成用組成物は、更にジペンチルエーテルを含有することを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の液晶配向膜形成用組成物。
- 前記液晶配向膜形成用組成物は、インクジェット印刷により液晶表示装置用基板に吐出されることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の液晶配向膜形成用組成物。
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