JP5630625B2 - 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子 - Google Patents
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Description
本発明の液晶配向剤が含有するポリアミック酸エステルは、ポリイミドを得ることができるポリイミド前駆体であり、加熱することによって下記に示すイミド化反応が可能な部位を有するポリマーである。
ポリアミック酸エステルは、テトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸ジエステル、ジクロリドテトラカルボン酸ジエステル等のテトラカルボン酸誘導体と、ジアミン化合物(以下単にジアミンとも記載する)を用いて、以下に示す(1)〜(3)の方法で合成することができる。式(1)で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸エステルを得るための原料であるジアミン化合物としては、下記式(a1)が挙げられる。また、式(2)で表される繰り返し単位も有するポリアミック酸エステルを得るためには、例えば下記式(a2)で表されるジアミン化合物も原料とすればよい。また、式(1)で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸エステルを得るための原料であるテトラカルボン酸誘導体としては、下記式(b1)〜(b3)が挙げられる。なお、式(2)で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸エステルを得るためには、例えば下記式(b1)〜(b3)におけるX1をXにしたテトラカルボン酸誘導体も原料とすればよい。
ポリアミック酸エステルは、テトラカルボン酸二無水物とジアミンから得られるポリアミック酸をエステル化することによって合成することができる。
ポリアミック酸エステルは、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンから合成することができる。
ポリアミック酸エステルは、テトラカルボン酸ジエステルとジアミンを重縮合することにより合成することができる。
本発明の液晶配向剤は、上記した式(1)で表わされる繰り返し単位を有するポリアミック酸エステルと有機溶媒とを含有する。このように、式(1)で表わされる繰り返し単位を有するポリアミック酸エステルを含有する液晶配向剤から得られる液晶配向膜は、透過率が高く、且つ該液晶配向膜を具備する液晶表示素子の直流電圧により蓄積した残留電荷の緩和が早い。
本発明の液晶配向膜は、上記液晶配向剤を基板に塗布し、必要に応じて乾燥した後、焼成して得られる膜である。本発明の液晶配向剤を塗布する基板としては透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板、窒化珪素基板、アクリル基板、ポリカーボネート基板等のプラスチック基板等を用いることができ、液晶駆動のためのITO(Indium Tin Oxide)電極等が形成された基板を用いることがプロセスの簡素化の観点から好ましい。また、反射型の液晶表示素子では片側の基板のみにならばシリコンウエハー等の不透明な物でも使用でき、この場合の電極はアルミニウム等の光を反射する材料も使用できる。
本発明の液晶表示素子は、上記した手法により本発明の液晶配向剤から液晶配向膜付き基板を得、必要に応じて配向処理を行った後、公知の方法で液晶セルを作成し、液晶表示素子としたものである。
DE−1:下記式(DE−1)
DE−2:下記式(DE−2)
DE−3:下記式(DE−3)
DA−1:下記式(DA−1)
DA−2:下記式(DA−2)
DA−3:下記式(DA−3)
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
BCS:ブチルセロソルブ
GBL:γ−ブチロラクトン
合成例及び比較合成例において、ポリアミック酸エステル及びポリアミック酸溶液の粘度は、E型粘度計TVE−22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL、コーンロータTE−1(1°34’、R24)、温度25℃で測定した。
また、ポリアミック酸エステルの分子量はGPC(常温ゲル浸透クロマトグラフィー)装置によって測定し、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド換算値として数平均分子量(以下、Mnとも言う。)と重量平均分子量(以下、Mwとも言う。)を算出した。
GPC装置:Shodex社製(GPC−101)
カラム:Shodex社製(KD803、KD805の直列)
カラム温度:50℃
溶離液:N,N−ジメチルホルムアミド(添加剤として、臭化リチウム−水和物(LiBr・H2O)が30mmol/L、リン酸・無水結晶(o−リン酸)が30mmol/L、テトラヒドロフラン(THF)が10ml/L)
流速:1.0ml/分
検量線作成用標準サンプル:東ソー社製 TSK 標準ポリエチレンオキサイド(重量平均分子量(Mw) 約900,000、150,000、100,000、30,000)、及び、ポリマーラボラトリー社製 ポリエチレングリコール(ピークトップ分子量(Mp)約12,000、4,000、1,000)。測定は、ピークが重なるのを避けるため、900,000、100,000、12,000、1,000の4種類を混合したサンプル、及び150,000、30,000、4,000の3種類を混合したサンプルの2サンプルを別々に測定。
撹拌装置付きの200ml四つ口フラスコにDE−2を3.39g(13.0mmol)、DE−3を1.69g(5.99mmol)取り、NMPを84.69g加え、撹拌して溶解させた。続いて、トリエチルアミンを4.45g(44.0mmol)、4,4’−ジアミノジフェニルアミンを3.99g(20.0mmol)加え、撹拌して溶解させた。この溶液を撹拌しながら(2,3−ジヒドロキシ−2−チオキソ−3−ベンゾオキサゾイル)ホスホン酸ジフェニルを16.87g(44.0mmol)添加し、更にNMPを11.63g加え、水冷下で4時間反応させた。得られたポリアミック酸エステル溶液を760gの2−プロパノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取し、続いて、253gの2−プロパノールで5回洗浄し、乾燥することでポリアミック酸エステル樹脂粉末を得た。このポリアミック酸エステルの分子量はMn=13646、Mw=28242であった。
撹拌装置付きの200ml四つ口フラスコにDE−2を3.39g(13.0mmol)、DE−3を1.69g(5.99mmol)取り、NMPを84.53g加え、撹拌して溶解させた。続いて、トリエチルアミンを4.45g(44.0mmol)、DA−1を4.26g(20.0mmol)加え、撹拌して溶解させた。この溶液を撹拌しながら(2,3−ジヒドロキシ−2−チオキソ−3−ベンゾオキサゾイル)ホスホン酸ジフェニルを16.87g(44.0mmol)添加し、更にNMPを12.02g加え、水冷下で4時間反応させた。得られたポリアミック酸エステル溶液を781gの2−プロパノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取し、続いて、260gの2−プロパノールで5回洗浄し、乾燥することでポリアミック酸エステル樹脂粉末を得た。このポリアミック酸エステルの分子量はMn=10326、Mw=21332であった。
撹拌装置付きの200ml四つ口フラスコにDE−2を1.69g(6.50mmol)、DE−3を0.85g(3.00mmol)取り、NMPを61.89g加え、撹拌して溶解させた。続いて、トリエチルアミンを2.23g(22.0mmol)、DA−3を3.92g(9.99mmol)加え、撹拌して溶解させた。この溶液を撹拌しながら(2,3−ジヒドロキシ−2−チオキソ−3−ベンゾオキサゾイル)ホスホン酸ジフェニルを8.43g(22.0mmol)添加し、更にNMPを8.50g加え、水冷下で4時間反応させた。得られたポリアミック酸エステル溶液を525gの2−プロパノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取し、続いて、175gの2−プロパノールで5回洗浄し、乾燥することでポリアミック酸エステル樹脂粉末を得た。このポリアミック酸エステルの分子量はMn=22044、Mw=56569であった。
攪拌装置付きの300mL四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−2を3.02g(11.3mmol)入れ、NMPを108g、塩基としてピリジンを1.99g(25.2mmol)加え、攪拌して溶解させた。次にこのジアミン溶液を攪拌しながらDE−1を3.42g(10.5mmol)添加し、水冷下4時間反応させた。得られたポリアミック酸エステル溶液を468gの2−プロパノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取し、続いて、234gの2−プロパノールで5回洗浄し、乾燥することでポリアミック酸エステル樹脂粉末を得た。このポリアミック酸エステルの分子量はMn=16548、Mw=37836であった。
攪拌装置付きの300mL四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、4,4’−ジアミノジフェニルアミンを2.02g(10.1mmol)、3,5−ジアミノ安息香酸を1.02g(6.70mmol)入れ、NMPを135g、塩基としてピリジンを2.99g(37.7mmol)加え、攪拌して溶解させた。次にこのジアミン溶液を攪拌しながらDE−1を5.14g(15.8mmol)添加し、水冷下4時間反応させた。得られたポリアミック酸エステル溶液を584gの2−プロパノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取し、続いて、292gの2−プロパノールで5回洗浄し、乾燥することでポリアミック酸エステル樹脂粉末を得た。このポリアミック酸エステルの分子量はMn=9724、Mw=19380であった。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、4,4’−ジアミノジフェニルアミンを3.99g(20.0mmol)取り、NMPを63.9g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物を2.63g(13.4mmol)、ピロメリット酸二無水物を1.30g(5.96mmol)添加し、更に固形分濃度が10質量%になるようにNMPを加え、室温で24時間撹拌し、ポリアミック酸溶液(PAA−1)を得た。得られたポリアミック酸溶液の温度25℃における粘度は881mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=16766、Mw=59104であった。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA−1を4.27g(20.0mmol)取り、NMPを66.4g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物を2.63g(13.4mmol)、ピロメリット酸二無水物を1.30g(5.96mmol)添加し、更に固形分濃度が10質量%になるようにNMPを加え、室温で24時間撹拌し、ポリアミック酸溶液(PAA−2)を得た。得られたポリアミック酸溶液の温度25℃における粘度は153mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=13227、Mw=38432であった。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA−3を3.15g(8.02mmol)取り、NMPを37.6g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物を0.972g(4.96mmol)、ピロメリット酸二無水物を0.526g(2.41mmol)添加し、更に固形分濃度が10質量%になるようにNMPを加え、室温で24時間撹拌し、ポリアミック酸溶液(PAA−3)を得た。得られたポリアミック酸溶液の温度25℃における粘度は2045mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=16418、Mw=56595であった。
50ml三角フラスコに撹拌子を入れ、合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を5.52g取り、NMPを3.45g、BCSを2.22g加えて、マグネチックスターラーで30分攪拌し、液晶配向剤(A−1)を得た。
50ml三角フラスコに撹拌子を入れ、合成例2で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−2)を5.12g取り、NMPを3.08g、BCSを2.07g加えて、マグネチックスターラーで30分攪拌し、液晶配向剤(A−2)を得た。
50ml三角フラスコに撹拌子を入れ、合成例3で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−3)を4.04g取り、NMPを4.08g、BCSを2.03g加えて、マグネチックスターラーで30分攪拌し、液晶配向剤(A−3)を得た。
50ml三角フラスコに撹拌子を入れ、合成例4で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−4)を4.99g取り、NMPを3.00g、BCSを2.02g加えて、マグネチックスターラーで30分攪拌し、液晶配向剤(A−4)を得た。
50ml三角フラスコに撹拌子を入れ、合成例5で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−5)を5.33g取り、NMPを3.26g、BCSを2.30g加えて、マグネチックスターラーで30分攪拌し、液晶配向剤(A−5)を得た。
50ml三角フラスコに撹拌子を入れ、比較合成例1で得られたポリアミック酸溶液(PAA−1)を4.87g取り、NMPを2.97g、BCSを1.98g加えて、マグネチックスターラーで30分攪拌し、液晶配向剤(B−1)を得た。
50ml三角フラスコに撹拌子を入れ、比較合成例2で得られたポリアミック酸溶液(PAA−2)を5.22g取り、NMPを3.15g、BCSを2.18g加えて、マグネチックスターラーで30分攪拌し、液晶配向剤(B−2)を得た。
50ml三角フラスコに撹拌子を入れ、比較合成例3で得られたポリアミック酸溶液(PAA−3)を4.37g取り、NMPを4.38g、BCSを2.21g加えて、マグネチックスターラーで30分攪拌し、液晶配向剤(B−3)を得た。
実施例1で得られた液晶配向剤(A−1)を1.0μmのフィルターで濾過した後、石英基板に、スピンコート塗布にて塗布し、80℃のホットプレート上で5分間乾燥させた後、230℃の熱風循環式オーブンで30分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。得られた塗膜の透過率を島津製作所製の紫外可視分光光度計(UV−3100PC)を用いて測定し、360nm〜800nmの透過率の平均値を算出した。この結果、得られた膜の透過率は、95.14%であった。算出した透過率を表1に示す。
実施例2で得られた液晶配向剤(A−2)を用いた以外は、実施例6と同様の方法で、膜の透過率を測定した。得られた膜の透過率は、93.35%であった。
実施例3で得られた液晶配向剤(A−3)を用いた以外は、実施例6と同様の方法で、膜の透過率を測定した。得られた膜の透過率は、92.74%であった。
実施例4で得られた液晶配向剤(A−4)を用いた以外は、実施例6と同様の方法で、膜の透過率を測定した。得られた膜の透過率は、96.17%であった。
実施例5で得られた液晶配向剤(A−5)を用いた以外は、実施例6と同様の方法で、膜の透過率を測定した。得られた膜の透過率は、95.35%であった。
比較例1で得られた液晶配向剤(B−1)を用いた以外は、実施例6と同様の方法で、膜の透過率を測定した。得られた膜の透過率は、89.58%であった。
比較例2で得られた液晶配向剤(B−2)を用いた以外は、実施例6と同様の方法で、膜の透過率を測定した。得られた膜の透過率は、91.35%であった。
比較例3で得られた液晶配向剤(B−3)を用いた以外は、実施例6と同様の方法で、膜の透過率を測定した。得られた膜の透過率は、88.56%であった。
実施例1で得られた液晶配向剤(A−1)を1.0μmのフィルターで濾過した後、ガラス基板上に、第1層目に膜厚50nmのITO電極を、第2層目に絶縁膜として膜厚500nmの窒化ケイ素を、第3層目として櫛歯形状のITO電極(電極幅:3μm、電極間隔:6μm、電極高さ:50nm)を有するFFS(フリンジフィールドスィッチング、Fringe Field Switching)駆動用電極が形成されているガラス基板に、スピンコート塗布にて塗布した。80℃のホットプレート上で5分間乾燥させた後、230℃の熱風循環式オーブンで30分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。この塗膜面に、ローラー回転数1000rpm、ステージ移動速度20mm/s、ラビング布押し込み圧0.4mmの条件でラビング処理を施し、液晶配向膜付き基板を得た。また、対向基板として電極が形成されていない高さ4μmの柱状スペーサーを有するガラス基板にも、同様に塗膜を形成させ、配向処理を施した。
上記FFS駆動液晶セルを光源上に置き、45℃の温度下でのV−T特性(電圧−透過率特性)を測定した後、±1.5V/60Hzの矩形波を印加した状態での液晶セルの透過率(Ta)を測定した。その後、45℃の温度下で±1.5V/60Hzの矩形波10分間印加した後、直流2Vを重畳し120分間駆動させた。直流電圧を切り、再び±1.5V/60Hzの矩形波のみで0分及び5分駆動させた時の液晶セルの透過率(Tb)を、それぞれ測定し、各時間での透過率(Tb)と初期の透過率(Ta)の差(ΔT)から液晶表示素子内に残留した電圧により生じた透過率の差を算出した。
実施例2で得られた液晶配向剤(A−2)を用いた以外は、実施例11と同様の方法で、FFS駆動液晶セルを作製し、電荷緩和特性を評価した結果、交流駆動0分でのΔTは46%、交流駆動5分でのΔTは0%であった。
実施例3で得られた液晶配向剤(A−3)を用いた以外は、実施例11と同様の方法で、FFS駆動液晶セルを作製し、電荷緩和特性を評価した結果、交流駆動0分でのΔTは46%、交流駆動5分でのΔTは0%であった。
実施例4で得られた液晶配向剤(A−4)を用いた以外は、実施例11と同様の方法で、FFS駆動液晶セルを作製し、電荷緩和特性を評価した結果、交流駆動0分でのΔTは46%、交流駆動5分でのΔTは0%であった。
実施例5で得られた液晶配向剤(A−5)を用いた以外は、実施例11と同様の方法で、FFS駆動液晶セルを作製し、電荷緩和特性を評価した結果、交流駆動0分でのΔTは46%、交流駆動5分でのΔTは0%であった。
比較例1で得られた液晶配向剤(B−1)を用いた以外は、実施例11と同様の方法でFFS駆動液晶セルを作製した。このFFS駆動液晶セルについて、実施例11と同様の電荷緩和特性を評価した結果、交流駆動0分でのΔTは46%、交流駆動5分でのΔTは0%であった。
Claims (9)
- 式(1)におけるY1がアミノ基、イミノ基及び含窒素複素環からなる群から選ばれる少なくとも1種類の構造を含有する2価の有機基であることを特徴とする請求項1に記載の液晶配向剤。
- Y1がアミノ基、イミノ基及び含窒素複素環からなる群から選ばれる少なくとも1種類の構造を含有する2価の有機基である上記式(1)で表される繰り返し単位の割合が、全構造単位1モルに対して、40〜100モル%であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液晶配向剤。
- Y1が、下記式(YD−1)〜(YD−5)で表される窒素原子を有する2価の有機基からなる群から選ばれる少なくとも1種類であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の液晶配向剤。
- 式(YD−1)、(YD−2)、(YD−4)及び(YD−5)に記載のA11、A12、A13、及びA14の炭素数3〜15の含窒素複素環が、ピロリジン、ピロール、イミダゾール、ピラゾール、オキサゾール、チアゾール、ピペリジン、ピペラジン、ピリジン、ピラジン、インドール、ベンゾイミダゾール、キノリン、イソキノリンからなる群から選ばれる少なくとも1種類の環であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の液晶配向剤。
- 請求項1から請求項7のいずれかに記載の液晶配向剤を塗布、焼成して得られることを特徴とする液晶配向膜。
- 請求項8に記載の液晶配向膜を有することを特徴とする液晶表示素子。
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Publications (2)
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