JP5513446B2 - 液晶配向剤、液晶配向膜および該液晶配向膜を有する液晶表示素子 - Google Patents
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Description
画像の欠陥・劣化原因の一つの要因には、液晶表示素子を形成する液晶分子の配列の欠陥が上げられる。液晶分子の配列は液晶配向剤を用いて形成される液晶配向膜によって発現されるが、従来の液晶配向膜では充分に安定な液晶分子の配列を行うことができないといった問題があり、液晶配向膜となるポリイミドの改質が求められていた。
本発明の液晶配向剤は、本発明に係るブロックポリアミド酸イミドからなる。また、本発明の液晶配向膜は、本発明に係るブロックポリイミドからなる。
本発明に係るブロックポリイミドは、式(2A)で表される繰返し構造単位で構成されるブロックと、式(1B)で表される繰返し構造単位で構成されるブロックとを含む。式(2A)で表される繰返し構造単位のジアミンユニットが、シクロヘキサンジアミン由来のジアミンユニットであることを特徴とする。
また、式(2A)における4価の基Rは、耐熱性、透明性、低線膨張率および効率的に製造できるとの理由から、下記構造から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
ジアミンの例には、ジ(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、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサンなどを含むビス(アミノメチル)シクロヘキサン〕、ジアミノビシクロヘプタン、ジアミノメチルビシクロヘプタン(ビス(アミノメチル)ノルボルナンなどの炭素数が8〜15のノルボルナンジアミン類を含む)、ジアミノオキシビシクロヘプタン、ジアミノメチルオキシビシクロヘプタン(オキサノルボルナンジアミンを含む)、イソホロンジアミン、ジアミノトリシクロデカン、ジアミノメチルトリシクロデカン、ビス(アミノシクロへキシル)メタン〔またはメチレンビス(シクロヘキシルアミン)〕、ビス(アミノシクロヘキシル)イソプロピリデンなどの脂環族ジアミン類などが含まれる。
式(1B)における2価のR’は、耐熱性、透明性、溶解性および効率的に製造できるとの理由から、下記構造から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
本発明のブロックポリアミド酸イミドは、前記式(1A)で表される繰返し構造単位で構成されるポリアミド酸(ポリアミド酸オリゴマー)と、前記式(1B)で表される繰返し構造単位で構成されるポリイミド(ポリイミドオリゴマー)とを反応させることによって得ることができる。当該反応は、溶媒中で行うことが好ましく、非プロトン性の極性溶媒中で行うことがより好ましい。
(2)溶媒中のブロックポリアミド酸イミドを、無水酢酸などのイミド化剤を用いて化学的にイミド化する方法(化学イミド化)
(3)溶媒中のブロックポリアミド酸イミドを、触媒存在下または不存在下、共沸脱水用溶媒の存在下においてイミド化する方法(共沸脱水閉環法)。
本発明の液晶配向剤は、本発明に係るブロックポリアミド酸イミドが、通常、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おける固形分濃度は、粘性、揮発性などを考慮して選択されるが、好ましくは1〜10重量%の範囲とされる。すなわち、本発明の液晶配向剤は、基板表面に塗布され、液晶配向膜となる塗膜が形成されるが、固形分濃度が1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ず、固形分濃度が10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ることができず、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。また、E型粘度計で測定した粘度は、特に限定されないが、500mPa・s以下が好ましく、100mPa・s以下がより好ましい。この範囲であれば、液晶配向剤として均一な塗工性に優れる。
本発明の液晶配向剤には、必要に応じて各種添加剤を添加してもよい。添加剤の例としては、官能性シラン含有化合物またはエポキシ基含有化合物、充填材、耐摩耗性向上剤、難燃性向上剤、耐トラッキング向上剤、耐酸性向上剤、熱伝導度向上剤、消泡剤、レベリング剤、表面張力調整剤および着色剤等が挙げられる。
本発明の液晶表示素子は、本発明に係るブロックポリイミドか、本発明の液晶配向剤を用いて得られるか、あるいは、本発明に係るブロックポリイミドからなる液晶配向膜を用いて得られる。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。
液晶としては、ネマチック型(ネマチック状態)液晶を挙げることができ、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。
実施例中に共通する各種試験の試験方法は次に示すとおりである。
(1)固有対数粘度
固形分濃度が0.5g/dLとなるように、サンプルをN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解した溶液を作製し、ウベローデ粘度計を用いて35℃で測定を行った。
島津製作所製TMA−50型を用いて、窒素気流下、昇温速度10度/分、単位断面積あたりの荷重14g/mm2で測定した。熱線膨張率は100〜200℃の範囲で測定した。
スガ試験機株式会社製HZ−2(TMダブルビーム方式)を用いて測定した。開口径:Φ20mm、光源:D65とした。測定サンプルの膜厚は、20−30μmとした。
液晶配向性は、得られた液晶セルに電圧(5V/60Hz)を負荷し、一昼夜駆動させ、表示の欠陥の有無を目視にて観察し、行った。なお、欠陥が認められないものを○とした。
液晶配向性の観察後、液晶セル自体の外観の観察を目視にて行った。なお、外観が良好なものを○とした。
使用した試薬は次に示すとおりである。
(A)ポリイミド原料
ブロックポリイミドまたはブロックポリアミド酸イミドの合成原料としたジアミンとテトラカルボン酸二無水物を示す。
化合物1:1,4−シクロヘキサンジアミン(CHDA)(トランス/シス=8.5/1.5)
(合成例1)
温度計、攪拌機、窒素導入管を備えた300mLの5つ口セパラブルフラスコに、1,4−シクロヘキサンジアミン(tCHDA、トランス/シス=8.5/1.5)16.0g(0.140モル)と、有機溶媒のN−メチルピロリドン(NMP)168gとを加え攪拌した。透明溶液としたところへ3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)37.1g(0.126モル)を粉末状のまま装入し、反応容器を120℃に保持したオイルバス中に5分間浴した。BPDA装入後しばらくして塩が析出し、不均一のまま粘度が増大した。オイルバスを外してから、更に一昼夜室温で攪拌して、末端にCHDA由来のアミン基を有するポリアミド酸を得た。
得られたポリアミド酸は、NMPによる希釈が困難であり、固有対数粘度は測定不可であった。
得られたポリイミド溶液の固有対数粘度は、0.15dL/g(35℃、0.5g/dL、NMP溶媒)であった。
得られたブロックポリアミド酸イミドワニスの固有対数粘度は、0.89dL/gであった。
このブロックポリイミドフィルムの物性は、ガラス転移温度が286℃、熱線膨張率(CTE)が15ppm/K、全光線透過率が86%であった。
上記合成例1と同様の原料および手法を用いて、m/nの比が5.26/4.74のブロックポリアミド酸イミドおよびそれからなるブロックポリイミドフィルムを合成した。
上記合成例1と同様の原料および手法を用いて、m/nの比が7.14/2.86のブロックポリアミド酸イミドおよびそれからなるブロックポリイミドフィルムを合成した。
上記合成例1と同様の原料および手法を用いて、m/nの比が3.45/6.55のブロックポリアミド酸イミドおよびそれからなるブロックポリイミドフィルムを合成した。
温度計、攪拌機、窒素導入管を備えた300mLの5つ口セパラブルフラスコに、CHDA9.14g(0.080モル)と、NMP185gとを加えて攪拌した。透明溶液としたところへBPDA23.50g(0.080モル)を粉末状のまま装入し、反応容器を120℃に保持したオイルバス中に5分間浴した。BPDA装入後しばらくして塩が析出し、不均一のまま粘度が増大した。オイルバスを外してから、ポリアミド酸を得た。
このポリアミド酸ワニスを用いて、ポリイミドフィルムを焼成し、各物性を測定したところ、ガラス転移温度が295℃、熱線膨張率(CTE)が9ppm/K、全光線透過率が88%であった。
温度計、攪拌機、窒素導入管を備えた300mLの5つ口セパラブルフラスコに、NBDA15.40g(0.100モル)と、NMP135g、とを加えて攪拌した。透明溶液としたところへBPDA29.4g(0.100モル)を粉体状のまま装入し、反応容器を120℃に保持したオイルバス中に5分間浴した。BPDA装入後、一時的に塩が溶出したが、直ぐに粘度増大を伴いながら再溶解し均一透明溶液(ポリアミド酸溶液)となる事を確認した。
このポリイミドワニスを用いて、ポリイミドフィルムを焼成し、各物性を測定したところ、ガラス転移温度が249℃、熱線膨張率(CTE)が46ppm/K、全光線透過率が89%であった。
ジアミン成分を4,4’−オキシジアニリン(ODA)10.01g(0.050モル)、NMP83.7g、酸無水物成分をPMDA10.91g(0.050モル)と変更した以外は、合成例5と同様の処方にて、ポリアミド酸ワニスを重合した。
このポリアミド酸ワニスを用いて、ポリイミドフィルムを焼成し、各物性を測定したところ、ガラス転移温度は観察されず、熱線膨張率(CTE)が23ppm/K、全光線透過率が41%であった。
上記合成例1におけるNBDA(0.095モル)を1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(1,4−BAC)13.71g(0.095モル)、NMP129gに変更した他は合成例1と同様にしてブロックポリアミド酸イミド、更にフィルム状に焼成してブロックポリイミドフィルムを合成した。
上記合成例1におけるNBDA(0.095モル)をビス(4−アミノシクロへキシル)メタン(H−MDA)19.99g(0.095モル)、NMP148gに変更した他は合成例1と同様にしてブロックポリアミド酸イミド、更にフィルム状に焼成してブロックポリイミドフィルムを合成した。
上記合成例1におけるNBDA(0.095モル)を1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(1,4−BAC)13.71g(0.095モル)、BPDA29.4g(0.100モル)をPMDA21.8g(0.100モル)、NMP107gに変更した他は合成例1と同様にしてブロックポリアミド酸イミド、更にフィルム状に焼成してブロックポリイミドフィルムを合成した。
合成例1で得られたブロックポリアミド酸イミドワニスを、NMP/γ−ブチロラクトン=50/50(重量比)の混合溶媒で希釈して、固形分濃度3重量%、E型粘度計(東機産業社製)で測定した粘度が100mPa・sの溶液を調製し、更にこの溶液を孔径0.45μmのフィルターで濾過して液晶配向剤を調製した。
得られた液晶セルを用いて、液晶配向性を目視で観察したところ、配向不良は観察されなかった。また、液晶セル自体の白濁・黄変も観察されなかった。評価結果を表1に示す。
合成例2、3、8〜10で得られたブロックポリアミド酸イミドワニスを用い、実施例1と同様にして液晶セルを作成した。それぞれの評価結果を表1に示す。
合成例4で得られたブロックポリアミド酸イミドワニスを用い、実施例1と同様にして液晶セルを作成した。得られた液晶セルは、配向性の一部に欠陥が見られた。評価結果を表1に示す。
合成例5で得られたポリアミド酸ワニスを用い、実施例1と同様にして液晶セルを作成した。得られた液晶セルは、配向性が不明瞭で、かつセル全体に白濁が見られた。評価結果を表1に示す。
合成例6で得られたポリアミド酸ワニスを用い、実施例1と同様にして液晶セルを作成した。得られた液晶セルは、配向性の一部に欠陥が見られた。評価結果を表1に示す。
合成例7で得られたポリアミド酸ワニスを用い、実施例1と同様にして液晶セルを作成した。得られた液晶セルは、配向性は良好であったものの、セル全体に黄変が見られた。評価結果を表1に示す。
Claims (8)
- 下記式(1A)で表わされる繰り返し構造単位で構成されるブロックと、下記式(1B)で表わされる繰り返し構造単位で構成されるブロックを含む、ブロックポリアミド酸イミドからなる液晶配向剤。
mは、式(1A)で表わされる繰り返し構造単位の繰り返し数を示し、nは、式(1B)で表わされる繰り返し構造単位の繰り返し数を示し、かつ、
mの平均値:nの平均値=5:5〜9.5:0.5であり、
RおよびR’’はそれぞれ独立して、炭素数4〜27の4価の基であり;かつ脂肪族基、単環式脂肪族基、縮合多環式脂肪族基、単環式芳香族基もしくは縮合多環式芳香族基であるか、環式脂肪族基が直接もしくは架橋員により相互に連結された非縮合多環式脂肪族基であるか、または芳香族基が直接もしくは架橋員により相互に連結された非縮合多環式芳香族基であり、
R’は、炭素数8〜15の2価の基であり;かつ脂肪族基、単環式脂肪族基、縮合多環式脂肪族基、もしくは環式脂肪族基が直接もしくは架橋員により相互に連結された非縮合多環式脂肪族基である。) - 下記式(2A)で表わされる繰り返し構造単位で構成されるブロックと、下記式(1B)で表わされる繰り返し構造単位で構成されるブロックを含む、ブロックポリイミドからなる液晶配向膜。
mは、式(1A)で表わされる繰り返し構造単位の繰り返し数を示し、nは、式(1B)で表わされる繰り返し構造単位の繰り返し数を示し、かつ、
mの平均値:nの平均値=5:5〜9.5:0.5であり、
RおよびR’’はそれぞれ独立して、炭素数4〜27の4価の基であり;かつ脂肪族基、単環式脂肪族基、縮合多環式脂肪族基、単環式芳香族基もしくは縮合多環式芳香族基であるか、環式脂肪族基が直接もしくは架橋員により相互に連結された非縮合多環式脂肪族基であるか、または芳香族基が直接もしくは架橋員により相互に連結された非縮合多環式芳香族基であり、
R’は、炭素数8〜15の2価の基であり;かつ脂肪族基、単環式脂肪族基、縮合多環式脂肪族基、もしくは環式脂肪族基が直接もしくは架橋員により相互に連結された非縮合多環式脂肪族基である。) - N−メチル−2−ピロリドンを溶媒としたときの、ブロックポリアミド酸イミド溶液(固形分濃度0.5g/dL)の35℃で測定した対数粘度の値が、0.1〜3.0dl/gである、請求項1に記載のブロックポリアミド酸イミドからなる液晶配向剤。
- 請求項2、3、6または7に記載のブロックポリイミドからなる液晶配向膜を有する液晶表示素子。
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