JP5339062B2 - 液晶配向剤および液晶表示素子 - Google Patents
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Description
近年では、新規な液晶表示素子の開発も盛んであり、その中の一つとして、液晶を駆動するための2つの電極を片側の基板に櫛歯状に配置し、基板面に平行な電界を発生させ、液晶分子をコントロールする横電界型液晶表示素子が挙げられる。この素子は一般的にインプレーンスイッチング型(IPS型)と呼ばれ、広視野角特性に優れることで知られている(特許文献1)。最近では、この横電界型液晶表示素子に光学補償フィルムを適用し、視野角特性をさらに向上することにより、階調反転や色調変化のないブラウン管にも匹敵する広視野角を得られることも知られている(特許文献2)。
近年、液晶表示素子における高精細化を始めとする表示品位の向上、低消費電力化などの検討が進んだ結果、液晶表示素子の利用範囲も拡大しつつある。特にブラウン管に変わるテレビ用としての利用が広まってきており、それに伴い高信頼性、すなわち苛酷な環境下(例えば長時間の高温環境下)においても表示品位が劣化しないこと、が求められるようになってきている。この表示品位の劣化は、苛酷な環境により液晶セルの電圧保持率が低下することに起因するものと考えられている。しかし、従来知られている液晶配向膜を用いて横電界方式液晶表示素子を製造すると、苛酷な環境下では電圧保持率が低下するか、あるいは電圧保持率が維持されたとしても液晶セル内に静電気が蓄積して焼き付きが発生して、結局は表示品位の劣化をきたすとの問題点があった。苛酷な環境下における静電気の蓄積を低減するためには、液晶セルに使用する液晶配向膜が静電気リーク性に優れることを要するものと考えられている。しかしながら従来知られている液晶配向膜は、苛酷な環境下における高い電圧保持率と、良好な静電気リーク性とを両立したものはなかった。
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。
2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物および2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物よりなる群から選択される少なくとも1種ならびに
2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物
を含むテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化してなる重合体を含有する液晶配向剤によって達成され、第2に、
上記の液晶配向剤から形成された液晶配向膜を具備する液晶表示素子によって達成される。
かかる液晶配向膜は、TN型、STN型、VA型などの各種の表示モードの液晶表示素子に好適に適用することができるが、特に表示モードが横電界方式である液晶表示素子に適用した場合に本発明の効果が最大限に発揮される。
本発明の液晶配向剤から形成された液晶配向膜を有する本発明の液晶表示素子は、高い表示品位を示し、長期信頼性に優れる。
本発明の液晶配向剤は、
2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物および2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物よりなる群から選択される少なくとも1種ならびに
2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物
を含むテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化してなる重合体を含有する。
<テトラカルボン酸二無水物>
本発明において使用されるテトラカルボン酸二無水物は2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物および2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物よりなる群から選択される少なくとも1種を含む。2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物は下記式(A−1)で表される化合物であり、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物は下記式(A−2)で表される化合物である。
本発明において使用されるテトラカルボン酸二無水物は、さらに2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物を含む。本発明において使用されるテトラカルボン酸二無水物における2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物の使用割合は、全テトラカルボン酸二無水物に対して、好ましくは5モル%以上であり、より好ましくは10〜90モル%であり、さらに好ましくは20〜80モル%である。
本発明において使用されるテトラカルボン酸二無水物としては、2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物および2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物よりなる群から選択される少なくとも1種ならびに2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物のみを使用してもよく、あるいはこれらと他のテトラカルボン酸二無水物とを併用してもよい。
ここで使用することのできる他の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、3,5,6−トリカルボキシノルボルナン−2−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、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、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、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(T−I)および(T−II)
のそれぞれで表される化合物などの脂肪族テトラカルボン酸二無水物およ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(T−1)〜(T−4)
本発明において使用される他のテトラカルボン酸二無水物としては、上記のうち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、1,3−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、1,2,3,4−シクロペンタ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−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−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、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、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、2,2’,3,3’−ビフェニル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、上記式(T−I)で表される化合物のうちの下記式(T−5)〜(T−7)
他の特定テトラカルボン酸二無水物としては、1,2,3,4−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、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−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、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、ピロメリット酸二無水物および上記式(T−5)で表される化合物よりなる群から選択される少なくとも1種がより好ましく、
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−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、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−カルボキシノルボルナン−2:3,5:6−二無水物および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−テトラオンよりなる群から選択される少なくとも1種であることがさらに好ましい。
本発明において使用される他のテトラカルボン酸二無水物の使用割合としては、全テトラカルボン酸二無水物に対して、90モル%以下であることが好ましく、10〜80モル%であることことがより好ましく、さらに20〜70モル%含むものであることが好ましい。
本発明において使用さ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、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジトリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジトリフルオロメチル−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、2,2−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、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、4,4’−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)、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、1,4,4’−(p−フェニレンイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’−(m−フェニレンイソプロピリデン)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−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などの芳香族ジアミン;
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、6,9−ジアミノ−2−エトキシアクリジンラクテート、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、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’−ジ(4−アミノフェニル)−ベンジジン、および下記式(D−I)
で表される化合物、下記式(D−II)
で表される化合物などの、分子内に2つの1級アミノ基および該1級アミノ基以外の窒素原子を有するジアミン;
下記式(D−III)
で表される化合物などのモノ置換フェニレンジアミン;
下記式(D−IV)
で表される化合物などのジアミノオルガノシロキサン;
下記式(D−1)〜(D−5)
のそれぞれで表される化合物などを挙げることができる。上記芳香族ジアミン、上記式(D−I)〜(D−III)および(D−1)〜(D−5)のそれぞれで表される化合物の有するベンゼン環は、それぞれ、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。
これらのジアミンは、単独でまたは2種以上組み合わせて用いることができる。
本発明において使用されるジアミンは、これらのうち、p−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スルフィド、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、2,2’−ジトリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,7−ジアミノフルオレン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、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]スルホン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、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、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、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、1,4−シクロヘキサンジアミン、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、上記式(D−1)〜(D−5)のそれぞれで表される化合物、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、3,6−ジアミノアクリジン、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’−ジ(4−アミノフェニル)−ベンジジン、上記式(D−I)で表される化合物のうちの下記式(D−6)
上記特定ジアミンとしては、さらにp−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スルフィド、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、2,2’−ジトリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,7−ジアミノフルオレン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、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]スルホン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、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、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、1,4−シクロヘキサンジアミン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、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、上記式(D−1)〜(D−5)のそれぞれで表される化合物、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、3,6−ジアミノアクリジン、N,N’−ジ(4−アミノフェニル)−ベンジジン、N,N’−ジ(4−アミノフェニル)−N,N’−ジメチル−ベンジジン、上記式(D−6)および(D−7)のそれぞれで表される化合物および1,3−ビス(3−アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサンよりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
本発明の液晶配向剤に含有される重合体は、上記の如きテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化してなる重合体である。
ポリアミック酸を合成する際のテトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物の使用割合は、ジアミン化合物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、さらに好ましくは0.7〜1.2当量となる割合である。
ポリアミック酸の合成反応は、好ましくは有機溶媒中において、好ましくは−20〜150℃、より好ましくは0〜100℃の温度条件下で行われる。反応時間は、好ましくは2〜24時間であり、より好ましくは2〜12時間である。有機溶媒としては、合成されるポリアミック酸を溶解できるものであれば特に制限はなく、例えばN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルトリアミドなどの非プロトン系極性溶媒;m−クレゾール、キシレノール、フェノール、ハロゲン化フェノールなどのフェノール系溶媒を挙げることができる。また、有機溶媒の使用量(a)は、テトラカルボン酸二無水物およびジアミン化合物の総量(b)が、反応溶液の全量(a+b)に対して0.1〜30重量%になるような量であることが好ましい。なおここで、有機溶媒と後述の貧溶媒とを併用する場合には、上記の有機溶媒の使用量は、有機溶媒と貧溶媒との合計量として理解されるべきである。
本発明の液晶配向剤に含有される重合体は、上記の如くして得られたポリアミック酸を脱水閉環してイミド化することにより得ることができる。
本発明の液晶配向剤に含有される重合体(以下、単に「イミド化重合体」ともいう。)は、前駆体であるポリアミック酸が有していたアミック酸構造のすべてを脱水閉環した完全イミド化物であってもよく、アミック酸構造の一部のみを脱水閉環し、アミック酸構造とイミド環構造とが併存する部分イミド化物であってもよい。イミド化重合体は、そのイミド化率が50%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、85%以上であることがさらに好ましい。このイミド化率は、イミド化重合体の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占める割合を百分率で表したものである。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。イミド化率は、イミド化重合体を適当な重水素化溶媒(例えば重水素化ジメチルスルホキシド)に溶解し、テトラメチルシランを基準物質として室温で1H−NMRを測定した結果から、下記数式(i)により求めることができる。
イミド化率(%)=(1−A1/A2×α)×100 (i)
(数式(i)中、A1は化学シフト10ppm付近に現れるNH基のプロトン由来のピーク面積であり、A2はその他のプロトン由来のピーク面積であり、αはポリイミドの前駆体(ポリアミック酸)におけるNH基のプロトン1個に対するその他のプロトンの個数割合である。)
上記(i)のポリアミック酸を加熱する方法における反応温度は、好ましくは50〜200℃であり、より好ましくは60〜170℃である。反応温度が50℃未満では脱水閉環反応が十分に進行せず、反応温度が200℃を超えると得られるイミド化重合体の分子量が低下することがある。反応時間は、好ましくは2〜24時間であり、より好ましくは2〜12時間である。
上記(ii)のポリアミック酸の溶液中に脱水剤および脱水閉環触媒を添加する方法において、脱水剤としては、例えば無水酢酸、無水プロピオン酸、無水トリフルオロ酢酸などの酸無水物を用いることができる。脱水剤の使用量は、ポリアミック酸の繰り返し単位1モルに対して0.01〜20モルとすることが好ましい。また、脱水閉環触媒としては、例えばピリジン、コリジン、ルチジン、トリエチルアミンなどの3級アミンを用いることができる。しかし、これらに限定されるものではない。脱水閉環触媒の使用量は、使用する脱水剤1モルに対して0.01〜10モルとすることが好ましい。なお、脱水閉環反応に用いられる有機溶媒としては、ポリアミック酸の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒を挙げることができる。そして、脱水閉環反応の反応温度は、好ましくは0〜180℃、より好ましくは10〜150℃である。反応時間は、好ましくは2〜24時間であり、より好ましくは2〜12時間である。
上記イミド化重合体は、分子量が調節された末端修飾型のものであってもよい。このような末端修飾型のものは、イミド化重合体の前駆体である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などの適当な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などを挙げることができる。また、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−エイコシルアミンなどを挙げることができる。また、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などを挙げることができる。
分子量調節剤の使用割合は、ポリアミック酸を合成する際に使用するテトラカルボン酸二無水物とジアミンとの合計に対して、好ましくは10重量%以下であり、より好ましくは5重量%以下である。
以上のようにして得られるイミド化重合体は、これを濃度10重量%の溶液としたときに、20〜800mPa・sの溶液粘度を持つものであることが好ましく、30〜500mPa・sの溶液粘度を持つものであることがより好ましい。
上記イミド化重合体の溶液粘度(mPa・s)は、当該イミド化重合体の良溶媒(例えばN−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトンなど)を用いて調製した濃度10重量%の重合体溶液につき、E型回転粘度計を用いて25℃において測定した値である。
本発明の液晶配向膜は、上記の如きイミド化重合体を必須成分として含有するが、本発明の効果および利点を損なわない限りにおいて、必要に応じてその他の成分を含有していてもよい。
かかるその他の成分としては、例えば分子内に少なくとも一つのエポキシ基を有する化合物(以下、「エポキシ化合物」という。)、官能性シラン化合物などを挙げることができる。
上記エポキシ化合物は、形成される液晶配向膜の基板表面に対する接着性をより向上する観点から使用することができる。かかるエポキシ化合物としては、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、N,N−ジグリシジル−ベンジルアミン、N,N−ジグリシジル−アミノメチルシクロヘキサンなどを、好ましいものとして挙げることができる。これらエポキシ化合物の配合割合は、イミド化重合体100重量部に対して、好ましくは40重量部以下、より好ましくは0.1〜30重量部である。
これら官能性シラン化合物の配合割合は、イミド化重合体100重量部に対して、好ましくは2重量部以下、より好ましくは0.2重量部以下である。
本発明の液晶配向剤は、上記の如きイミド化重合体および任意的に添加されるその他の成分が、好ましくは有機溶媒中に溶解含有されて構成される。
本発明の液晶配向剤に使用することのできる有機溶媒としては、ポリアミック酸の合成反応に用いられるものとして例示した溶媒を挙げることができる。また、ポリアミック酸の合成反応の際に併用することができるものとして例示した貧溶媒も適宜選択して併用することができる。
本発明の液晶配向剤に使用される特に好ましい有機溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、γ−ブチロラクタム、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、エチレングリコールモノメチルエーテル、乳酸ブチル、酢酸ブチル、メチルメトキシプロピオネ−ト、エチルエトキシプロピオネ−ト、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコール−n−プロピルエーテル、エチレングリコール−i−プロピルエーテル、エチレングリコール−n−ブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、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メチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、イソアミルプロピオネート、イソアミルイソブチレート、ジイソペンチルエーテルなどを挙げることができる。これらは単独で使用することができ、または2種以上を混合して使用することができる。特に好ましい溶媒組成は、前記の溶媒を組み合わせて得られる組成であって、配向剤中で重合体が析出せず、かつ、配向剤の表面張力が25〜40mN/mの範囲となるような組成である。
特に好ましい固形分濃度の範囲は、基板に液晶配向剤を塗布する際に用いる方法によって異なる。例えば、スピンナー法による場合には1.5〜4.5重量%の範囲が特に好ましい。印刷法による場合には、固形分濃度を3〜9重量%の範囲とし、それにより、溶液粘度を12〜50mPa・sの範囲とするのが特に好ましい。インクジェット法による場合には、固形分濃度を1〜5重量%の範囲とし、それにより、溶液粘度を3〜15mPa・sの範囲とすることが特に好ましい。
本発明の液晶配向剤を調製する際の温度は、好ましくは0℃〜200℃、より好ましくは20℃〜60℃である。
本発明の液晶表示素子は、上記の如き本発明の液晶配向剤から形成された液晶配向膜を具備する。
本発明の液晶表示素子は、例えば次の方法によって製造することができる。
(1)先ず一対の基板上に本発明の液晶配向膜を塗布し、溶媒を除去して塗膜を形成する。ここで、製造されるべき液晶表示素子の表示モードがTN型、STN型、VA型などの垂直電界方式である場合には、片面に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2枚を一対の基板として用いる。一方、製造されるべき液晶表示素子の表示モードが横電界方式である場合には、櫛歯状のパターンを有する透明導電膜が設けられている基板と透明導電膜を有さない基板とを一対の基板として用いる。
上記いずれの場合においても、基板が透明導電膜を有する場合には、液晶配向剤は基板の透明導電膜を有する方の面に塗布される。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、ポリカーボネート、ポリ(脂環式オレフィン)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、例えば酸化スズ(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(In2O3−SnO2)からなるITO膜などを用いることができる。また、これらのパターニングされた透明導電膜を得るには、パターンのない透明導電膜を形成した後にフォト・エッチング法によりパターンを形成する方法、透明導電膜形成の際に所望のパターンを有するマスクを用いるなどして、パターン化された透明導電膜を直接形成する方法などを採用することができる。
基板上への液晶配向剤の塗布は、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適宜の塗布方法によって行われる。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、基板の被塗布面に、官能性シラン化合物、官能性チタン化合物などを予め塗布しておいてもよい。
本発明の液晶配向剤は、このように塗布後に有機溶媒を除去することによって液晶配向膜となる塗膜が形成される。このとき、本発明の液晶配向剤に含有される重合体が、ポリアミック酸またはアミック酸構造が残存したイミド化重合体である場合には、塗膜形成後にさらに加熱することによってアミック酸構造の脱水閉環をより進行させ、よりイミド化された塗膜としてもよい。
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。
一方、製造されるべき液晶表示素子の表示モードがVA型以外の垂直電界方式である場合および横電界方式である場合には、形成された塗膜面に対して、例えばナイロン、レーヨン、コットンなどの繊維からなる布を巻き付けたロールで一定方向に擦るラビング処理を行う。これにより、液晶分子の配向能が塗膜に付与されて液晶配向膜となる。さらに、ラビング処理後の塗膜に対し、例えば特許文献3(特開平6−222366号公報)や特許文献4(特開平6−281937号公報)に示されているような液晶配向膜の一部に紫外線を照射することによって液晶配向膜の一部の領域のプレチルト角を変化させる処理や、特許文献5(特開平5−107544号公報)に示されているような液晶配向膜表面の一部にレジスト膜を形成したうえで先のラビング処理と異なる方向にラビング処理を行った後にレジスト膜を除去する処理を行い、液晶配向膜が領域ごとに異なる液晶配向能を持つようにすることにより、得られる液晶表示素子の視界特性を改善することが可能である。
第一の方法は、従来から知られている方法である。先ず、それぞれの液晶配向膜が対向するように間隙(セルギャップ)を介して2枚の基板を対向配置し、2枚の基板の周辺部をシール剤を用いて貼り合わせ、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た後、注入孔を封止することにより、液晶セルを製造することができる。
第二の方法は、ODF(One Drop Fill)方式と呼ばれる手法である。液晶配向膜を形成した2枚の基板のうちの一方の基板上の所定の場所に例えば紫外光硬化性のシール材を塗布し、さらに液晶配向膜面上に液晶を滴下した後、液晶配向膜が対向するように他方の基板を貼り合わせ、次いで基板の全面に紫外光を照射してシール剤を硬化することにより、液晶セルを製造することができる。
いずれの方法による場合でも、次いで、液晶セルを、用いた液晶が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷することにより、注入時の流動配向を除去することが望ましい。
そして、液晶セルの外側表面に偏光板を貼り合わせることにより、本発明の液晶表示素子を得ることができる。
液晶としては、ネマチック液晶およびスメクチック液晶を挙げることができ、その中でもネマチック液晶が好ましく、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液晶;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;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などを添加して使用してもよい。
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。
本発明の液晶配向剤は、特に横電界方式の液晶表示素子に適用した場合に、長時間駆動後にも高い電圧保持率を有し、且つ静電気リーク性に優れる液晶配向膜を与えることができ、かかる液晶配向膜を具備する横電界方式の液晶表示素子は、高い表示品位を示し、長期信頼性に優れるものである。
以下の合成例における重合体の溶液粘度およびイミド化重合体のイミド化率は、それぞれ以下の方法により評価した。
[重合体の溶液粘度]
重合体の溶液粘度(mPa・s)は、各合成例で指摘した重合体溶液について、E型回転粘度計を用いて25℃で測定した。
[イミド化率]
イミド化重合体を室温で十分に減圧乾燥した後、重水素化ジメチルスルホキシドに溶解し、テトラメチルシランを基準物質として室温で測定した1H−NMRから、上記数式(i)によって求めた。
合成例1
テトラカルボン酸二無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物20.2g(0.090モル)および2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物2.9g(0.010モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン5.4g(0.050モル)および4,4’−ジアミノジフェニルエーテル10.0g(0.050モル)をN−メチル−2−ピロリドン315gに溶解し、60℃で4時間反応させることにより、溶液粘度125mPa・sのポリアミック酸溶液を得た。次いで、得られたポリアミック酸溶液にN−メチル−2−ピロリドン350gを追加し、ピリジン39.5gおよび無水酢酸30.6gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶剤を新たなγ―ブチロラクトンで溶媒置換(この溶媒置換操作により脱水閉環反応に使用したピリジンおよび無水酢酸を系外に除去した。以下同じ。)することにより、イミド化率92%のイミド化重合体(A−1)を10.5重量%含有し、溶液粘度が117mPa・sである重合体溶液約340gを得た。
合成例2
合成例1において、テトラカルボン酸二無水物として、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物14.6g(0.065モル)、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7.9g(0.025モル)および2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物2.9g(0.010モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率94%のイミド化重合体(A−2)を11.2重量%含有し、溶液粘度が98mPa・sである重合体溶液約340gを得た。
合成例1において、ジアミンとしてp−フェニレンジアミン8.6g(0.080モル)と2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン8.6g(0.02モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率92%のイミド化重合体(A−3)を11.0重量%含有し、溶液粘度が107mPa・sである重合体溶液約355gを得た。
合成例4
合成例1において、テトラカルボン酸二無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物15.7g(0.070モル)、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7.9g(0.025モル)および2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物1.5g(0.0050モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン8.6g(0.08モル)および2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン8.6g(0.02モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率88%のイミド化重合体(A−4)を12.3重量%含有し、溶液粘度が115mPa・sである重合体溶液約320gを得た。
合成例5
合成例1において、ジアミンとしてp−フェニレンジアミン10.8g(0.10モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率93%のイミド化重合体(A−5)を8.8重量%含有し、溶液粘度が115mPa・sである重合体溶液約352gを得た。
合成例1において、ジアミンとしてp−フェニレンジアミン5.4g(0.05モル)および1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン14.6g(0.05モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率91%のイミド化重合体(A−6)を11.8重量%含有し、溶液粘度が98mPa・sである重合体溶液約342gを得た。
合成例7
合成例1において、ジアミンとしてp−フェニレンジアミン5.4g(0.05モル)および4,4’−ジアミノジフェニルスルホン5.0g(0.05モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率90%のイミド化重合体(A−7)を9.2重量%含有し、溶液粘度が108mPa・sである重合体溶液約332gを得た。
合成例8
合成例1において、テトラカルボン酸二無水物として、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物17.9g(0.080モル)および2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物5.88g(0.020モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン4.3g(0.04モル)、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル8.0g(0.04モル)および2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン8.6g(0.02モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率91%のイミド化重合体(A−8)を12.1重量%含有し、溶液粘度が100mPa・sである重合体溶液約346gを得た。
合成例1において、テトラカルボン酸二無水物として、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物14.6g(0.065モル)、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7.9g(0.025モル)および2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物2.9g(0.010モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン10.8g(0.1モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率90%のイミド化重合体(A−9)を9.5重量%含有し、溶液粘度が118mPa・sである重合体溶液約351gを得た。
合成例10
合成例1において、ジアミンとしてp−フェニレンジアミン4.3g(0.04モル)、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン11.7g(0.04モル)および2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン8.6g(0.02モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率91%のイミド化重合体(A−10)を13.6重量%含有し、溶液粘度が103mPa・sである重合体溶液約329gを得た。
合成例1において、テトラカルボン酸二無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物20.2g(0.090モル)および2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物2.9g(0.010モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率90%のイミド化重合体(A−11)を10.5重量%含有し、溶液粘度が101mPa・sである重合体溶液約340gを得た。
合成例12
合成例1において、テトラカルボン酸二無水物として、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物14.6g(0.065モル)、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7.9g(0.025モル)および2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物2.9g(0.010モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率91%のイミド化重合体(A−12)を11.2重量%含有し、溶液粘度が99mPa・sである重合体溶液約340gを得た。
合成例1において、テトラカルボン酸二無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物15.7g(0.070モル)、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7.9g(0.025モル)および2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物1.5g(0.0050モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン8.6g(0.08モル)および2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン8.6g(0.02モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率91%のイミド化重合体(A−13)を12.3重量%含有し、溶液粘度が115mPa・sである重合体溶液約320gを得た。
合成例14
合成例1において、テトラカルボン酸二無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物20.2g(0.090モル)および2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物1.5g(0.005モル)および2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物1.5g(0.005モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率95%のイミド化重合体(A−14)を10.5重量%含有し、溶液粘度が109mPa・sである重合体溶液約340gを得た。
合成例15
合成例1において、テトラカルボン酸二無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物22.4g(0.10モル)およびジアミンとしてp−フェニレンジアミン10.8g(0.1モル)用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応および溶媒置換操作を行うことにより、イミド化率91%のイミド化重合体(a−1)を9.8重量%含有し、溶液粘度が113mPa・sである重合体溶液約349gを得た。
合成例16
合成例1において、テトラカルボン酸二無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物20.2g(0.090モル)および3,4,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物2.9g(0.010モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応を行うとポリマーが析出してしまい、イミド化重合体を含有する重合体溶液を得ることはできなかった。
合成例1において、テトラカルボン酸二無水物として2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物29.4g(0.1モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応を行うとポリマーが析出してしまい、イミド化重合体を含有する重合体溶液を得ることはできなかった。
合成例18
合成例1において、テトラカルボン酸二無水物として2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物29.4g(0.1モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応を行うとポリマーが析出してしまい、イミド化重合体を含有する重合体溶液を得ることはできなかった。
合成例1において、テトラカルボン酸二無水物としてピロメリット酸無水物19.6g(0.090モル)および2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物2.9g(0.010モル)を用いた以外は合成例1と同様にしてポリアミック酸を含有する溶液を得て、さらにこれを用いて合成例1と同様にして脱水閉環反応を行うとポリマーが析出してしまい、イミド化重合体を含有する重合体溶液を得ることはできなかった。
<ポリアミック酸の比較合成例>
合成例20
合成例10において、テトラカルボン酸二無水物としてピロメリット酸無水物17.4g(0.08モル)および1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物4.0g(0.02モル)を用いた以外は合成例10と同様にして、ポリアミック酸(B−1)を12.0重量%含有し、溶液粘度が160mPa・sである重合体溶液約360gを得た。
このポリアミック酸を含有する溶液は、その後に脱水閉環反応を経ることなく、ポリアミック酸溶液のまま後述する比較例に供した。
<液晶配向剤の調製>
上記合成例1で得られたイミド化重合体(A−1)を含有する溶液にγ−ブチロラクトンおよびブチルセロソルブを加え、さらに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(分子量 約400)を、上記溶液に含有されるイミド化重合体の100重量部に対して5重量部加え、溶媒組成がγ−ブチロラクトン:ブチルセロソルブ=90:10(重量比)、固形分濃度が4重量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターを用いて濾過することにより、液晶配向剤を調製した。
<横電界方式の液晶表示素子の製造>
片面に櫛歯状に設けられたクロム電極を有する厚さ1mmのガラス基板上に、上記で調製した液晶配向剤をスピンナーにより塗布し、80℃において1分プレベークした後、230℃のホットプレート上で10分間ポストベークして、膜厚約800Åの塗膜を形成した。形成された塗膜面に対し、ナイロ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を用いて、ロールの回転数1,000rpm、ステージの移動速度25mm/秒、毛足押し込み長さ0.4mmにてラビング処理を行い、液晶配向能を付与した。さらにこの基板を超純水中で1分間超音波洗浄し、100℃クリーンオーブンで10分間乾燥することにより、櫛歯状のクロム電極を有する面上に液晶配向膜を有する基板を製造した(この液晶配向膜を有する基板を「基板A」とする。)。
これとは別に、電極を有さない厚さ1mmのガラス基板の一面に、上記と同様にして液晶配向剤の塗膜を形成し、ラビング処理を行い、洗浄、乾燥して、片面上に液晶配向膜を有する基板を製造した(この液晶配向膜を有する基板を「基板B」とする。)。
続いて基板のラビング処理された液晶配向膜を有する面の外縁に、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塗布した後、各液晶配向膜におけるラビング方向が逆平行となるように2枚の基板を間隙を介して対向配置し、外縁部同士を当接して圧着して接着剤を硬化した。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−2042)を充填した後、アクリル系光硬化接着剤で液晶注入口を封止し、さらに基板の外側の両面に偏光板を貼り合わせることにより、横電界方式の液晶表示素子を製造した。
この液晶表示素子につき、以下のように評価した。結果を表1に示した。
上記で製造した液晶表示素子に対し、120Vの電圧を5分間印加して静電気を蓄積した。電圧印加解除後、静電気の有無を5分ごとに調べ、静電気が消失するまでの時間を測定した。
電圧印加解除後に静電気が消失するまでの時間が60分以内の場合を静電気リーク性「良」、60分を超えた場合を静電気リーク性「不良」として評価した。
[信頼性の評価(高温環境における電圧保持率の維持性能)]
上記で製造した液晶表示素子につき、電圧保持率を測定した(初期電圧保持率)。次いで、この液晶表示素子を高温環境(温度100℃)下に500時間静置した後に、再度、電圧保持率を測定した(熱ストレス後電圧保持率)。熱ストレス後電圧保持率の初期電圧保持率に対する変化率が±2%未満であった場合に信頼性「良」、±2%以上であった場合を信頼性「不良」として評価した。
なお電圧保持率の測定は、以下の方法によった。すなわち、60℃において、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」を使用した。
重合体を含有する溶液として、表1に記載の重合体を含有する溶液を用いたほかは実施例1と同様にしてそれぞれ液晶配向剤を調製し、液晶表示素子を製造して評価した。評価結果は表1に示した。
比較例2
上記合成例20で得られたポリアミック酸(B−1)を含有する溶液にN−メチル−2−ピロリドンおよびブチルセロソルブを加え、さらに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(分子量 約400)を、上記溶液に含有されるポリアミック酸の100重量部に対して5重量部加え、溶媒組成がN−メチル−2−ピロリドン:ブチルセロソルブ=90:10(重量比)、固形分濃度が4重量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターを用いて濾過することにより、液晶配向剤を調製した。
この液晶配向剤を用いて実施例1と同様にして評価を行った。評価結果は表1に示した。
Claims (5)
- 2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物および2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物よりなる群から選択される少なくとも1種ならびに
2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物
を含むテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸をイミド化してなる重合体を含有することを特徴とする、液晶配向剤。 - 上記テトラカルボン酸二無水物が、さらに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−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、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−カルボキシノルボルナン−2:3,5:6−二無水物および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−テトラオンよりなる群から選択される少なくとも1種を含むものである、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 上記重合体のイミド化率が50%以上である、請求項1または2に記載の液晶配向剤。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶配向剤から形成された液晶配向膜を具備することを特徴とする、液晶表示素子。
- 表示モードが横電界方式である、請求項4に記載の液晶表示素子。
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