JP5773177B2 - 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
かくして、本発明は、下記を要旨とするものである。
特定重合体(A):下記式(1)で示されるテトラカルボン酸の二無水物を含有するテトラカルボン酸二無水物成分と、下記式(5)及び(6)で示されるジアミン化合物のうち少なくとも1つを含有するジアミン成分とを反応させて得られるポリアミック酸であり、前記テトラカルボン酸二無水物成分が、下記式(1)で示されるテトラカルボン酸の二無水物と、下記式(2)〜(4)で示されるテトラカルボン酸から選ばれる少なくとも1種の化合物の二無水物とからなる。
特定重合体(A)の製造に用いられるテトラカルボン酸二無水物成分は、下記式(1)で示されるテトラカルボン酸の二無水物を含有する。
特定重合体(B)は、下記の式(7)で示される構造単位(繰り返し単位)を有するポリイミド前駆体である。なお、ポリイミド前駆体とは、ポリアミック酸やポリアミック酸エステルである。
特定重合体(A)又は特定重合体(B)を、上述したように、テトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分との反応により得る場合には、有機溶媒中でテトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを混合して反応させてポリアミック酸を得る方法が簡便である。そして、ポリアミック酸のカルボキシ基をエステルに変換する方法により、ポリアミック酸エステルを得ることができる。
本発明の液晶配向剤は、上述したように、上記特定重合体(A)及び特定重合体(B)を含有するものである。このように特定重合体(A)及び特定重合体(B)を含有する液晶配向剤とすることにより、液晶配向性、ラビング耐性、電圧保持特性及び電荷蓄積特性に優れ、イオン性不純物量が少なく、透過率が高く、なおかつ光による体積抵抗率の変化が小さい液晶配向膜が得られる。
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。液晶セル作成の一例を挙げるならば、液晶配向膜の形成された1対の基板を、1〜30μm、好ましくは2〜10μmのスペーサーを挟んで、ラビング方向が0〜270°の任意の角度となるように設置して周囲をシール剤で固定し、液晶を注入して封止する方法が一般的である。液晶封入の方法については特に制限されず、作製した液晶セル内を減圧にした後液晶を注入する真空法、液晶を滴下した後封止を行う滴下法などが例示できる。
DA−1:4,4’−ジアミノジフェニルアミン
DA−2:4,4’−ジアミノジフェニルメタン
DA−3:1,5−ビス(4−アミノフェノキシ)ペンタン
CA−1:1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
CA−2: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
CA−3:ピロメリット酸二無水物
CA−4:3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物
撹拌装置付きおよび窒素導入管付きの200ml四つ口フラスコにDA−1を7.97g(40.0mmol)、及びDA−2を1.98g(10.0mmol)入れ、N−メチル−2−ピロリドン72.34gを加え、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CA−1を6.86g(35.0mmol)添加し、水温で30分撹拌した。その後、溶液を撹拌しながらCA−2を3.13g(12.5mmol)添加し、更に固形分濃度が20質量%になるようにN−メチル−2−ピロリドンを加え、窒素雰囲気下、オイルバスを使用して50℃で3時間撹拌した。そして更に固形分濃度が11質量%になるようにN−メチル−2−ピロリドンを加え、窒素雰囲気下、オイルバスを使用して50℃で一晩撹拌してポリアミック酸の溶液を得た。このポリアミック酸溶液の25℃における粘度をE型粘度計(東機産業社製)で確認したところ、191mPa・sであった。
撹拌装置付きおよび窒素導入管付きの300ml四つ口フラスコにDA−1を7.49g(37.6mmol)、及びDA−2を1.86g(9.4mmol)入れ、N−メチル−2−ピロリドン72.08gを加え、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CA−1を2.12g(10.8mmol)添加し、水温で30分撹拌した。その後、溶液を撹拌しながらCA−2を8.82g(35.3mmol)添加し、更に固形分濃度が20質量%になるようにN−メチル−2−ピロリドンを加え、窒素雰囲気下、オイルバスを使用して50℃で3時間撹拌した。そして更に固形分濃度が11質量%になるようにN−メチル−2−ピロリドンを加え、窒素雰囲気下、オイルバスを使用して50℃で一晩撹拌してポリアミック酸の溶液を得た。このポリアミック酸溶液の25℃における粘度をE型粘度計(東機産業社製)で確認したところ、207mPa・sであった。
撹拌装置付きおよび窒素導入管付きの300ml四つ口フラスコにDA−1を8.93g(44.8mmol)、及びDA−2を2.22g(11.2mmol)入れ、N−メチル−2−ピロリドン108.54gを加え、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CA−2を13.52g(54.0mmol)添加し、更に固形分濃度が12質量%になるようにN−メチル−2−ピロリドンを加え、窒素雰囲気下、オイルバスを使用して50℃で一晩撹拌してポリアミック酸の溶液を得た。このポリアミック酸溶液の25℃における粘度をE型粘度計(東機産業社製)で確認したところ、153mPa・sであった。
撹拌装置付きおよび窒素導入管付きの100ml四つ口フラスコにN−メチル−2−ピロリドンを80.0gと3.83g(28mmol)のDA−1を加え、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攪拌しながらCA−1を3.30g(17mmol)添加し、10〜15℃で2.5時間攪拌した。その後、0.95g(4.8mmol)のDA−2を添加して10〜15℃で0.5時間攪拌した後、1.44g(4.8mmol)のCA−4を添加し、20〜25℃で5時間攪拌してポリアミック酸の溶液を得た。このポリアミック酸溶液の25℃における粘度をE型粘度計(東機産業社製)で確認したところ、168mPa・sであった。
撹拌装置付きおよび窒素導入管付きの100ml四つ口フラスコにDA−3を6.87g(24mmol)及びN−メチル−2−ピロリドン80.0gを加え、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攪拌しながらCA−3を5.03g(23mmol)を添加し、固形分濃度が12質量%になるようにN−メチル−2−ピロリドンを加え、オイルバスを使用して50℃で一晩撹拌してポリアミック酸の溶液を得た。このポリアミック酸溶液の25℃における粘度をE型粘度計(東機産業社製)で確認したところ、525mPa・sであった。
合成例で得られたポリアミック酸溶液(A1)とポリアミック酸溶液(B1)を重量比で(A1)/(B1)=80/20になるように混合して本発明の液晶配向剤(C1)を得た。
合成例で得られたポリアミック酸溶液(A2)とポリアミック酸溶液(B1)を重量比で(A2)/(B1)=80/20になるように混合して本発明の液晶配向剤(C2)を得た。
合成例で得られたポリアミック酸溶液(A3)とポリアミック酸溶液(B1)を重量比で(A3)/(B1)=80/20になるように混合して本発明の液晶配向剤(C3)を得た。
合成例で得られたポリアミック酸溶液(A4)とポリアミック酸溶液(B1)を重量比で(A4)/(B1)=80/20になるように混合して本発明の液晶配向剤(C4)を得た。
得られた液晶配向剤を1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、70℃のホットプレート上で2分間乾燥後、230℃で15分間焼成して膜厚100nmの塗膜を得た。このポリイミド膜をレーヨン布でラビング(ロール径120mm、回転数1000rpm、移動速度20mm/sec、押し込み量0.4mm)した後、純水中にて1分間超音波照射を行い、80℃で10分間乾燥した。なお、実施例1〜3及び比較例1すべてにおいて、このラビング処理で、膜が削れることによる傷や粉塵の発生及び膜の剥がれもなく、ラビング耐性に優れていた。このような液晶配向膜付き基板を2枚用意し、一方の基板の液晶配向膜面に4μmのスペーサーを設置した後、2枚の基板のラビング方向が逆平行になるように組み合わせ、液晶注入口を残して周囲をシールし、セルギャップが4μmの空セルを作製した。このセルに液晶(MLC−2041、メルク社製)を常温で真空注入し、注入口を封止してアンチパラレル液晶セルとした。
この液晶セルの配向状態を偏光顕微鏡にて観察し、配向欠陥がないものを「良好」、配向欠陥があるものは「不良」とした。
得られた液晶配向剤を0.2μmのフィルターで濾過した後、ITO透明電極付きガラス基板上にスピンコート塗布し、80℃のホットプレート上で5分間乾燥後、220℃で20分焼成し、膜厚220nmの塗膜(液晶配向膜)を形成させる。この塗膜表面にマスクを介してアルミを蒸着させ、1.0mmφの上部電極(アルミ電極)を形成し体積抵抗率測定用の試料とした。この試料のITO電極とアルミ電極との間に10Vの電圧を印加し、電圧印加から180秒後の電流値を測定し、この値と電極面積、膜厚の測定値とから体積抵抗率を算出した。また、試料基板の下にLEDのバックライトを設置しておき、点灯下と消灯下でそれぞれ測定を行い、光による体積抵抗率の変化を測定した。LED消灯時の値をLED点灯時の値で割ったものが1.0〜2.0であれば「◎」、2.0〜3.0であれば「○」、それ以外は「×」とした。
上記<液晶セルの作製>と同様にして作製した液晶セルを用い、東陽テクニカ社製の6254型液晶物性評価装置を用いて測定を行った。1Vの電圧を、印加時間を60μsec.、間隔を100msec.にて印加後、印加解除から100msec.後の電圧保持率(印加解除から100msec.後の電圧/印加直後の電圧×100%)を測定した。測定の際、液晶セルの温度を23℃および100℃として測定した。
上記<液晶セルの作製>と同様にして作製した液晶セルを用い、東陽テクニカ社製の6254型液晶物性評価装置を用いて測定を行った。測定は、10V、0.01Hzの三角波を印加し、得られた波形のイオン密度に相当する面積を算出し、イオン密度とした。測定の際、液晶セルの温度を23℃および60℃として測定した。
液晶配向剤を1.0μmのフィルターで濾過した後、石英基板上にスピンコートし、70℃のホットプレート上で2分間乾燥後、230℃で15分間焼成して膜厚100nmの塗膜を得た。この試料を用い、島津製作所製のUV−3100PC自記分光光度計を用いて測定を行なった。
Claims (6)
- 下記特定重合体(A)及び特定重合体(B)を含有する液晶配向剤。
特定重合体(A):下記式(1)で示されるテトラカルボン酸の二無水物を含有するテトラカルボン酸二無水物成分と、下記式(5)及び(6)で示されるジアミン化合物のうち少なくとも1つを含有するジアミン成分とを反応させて得られるポリアミック酸であり、前記テトラカルボン酸二無水物成分が、下記式(1)で示されるテトラカルボン酸の二無水物と、下記式(2)〜(4)で示されるテトラカルボン酸から選ばれる少なくとも1種の化合物の二無水物とからなる。
特定重合体(B):下記式(7)で示される構造単位を有するポリイミド前駆体。
- 特定重合体(A)におけるテトラカルボン酸二無水物成分が、式(1)で示されるテトラカルボン酸の二無水物10〜100モル%と、式(2)〜(4)で示されるテトラカルボン酸から選ばれる少なくとも1種の化合物の二無水物0〜90モル%とからなる請求項1に記載の液晶配向剤。
- 特定重合体(A)におけるテトラカルボン酸二無水物成分が、式(1)で示されるテトラカルボン酸の二無水物10〜100モル%と、式(3)で示されるテトラカルボン酸から選ばれる少なくとも1種の化合物の二無水物0〜90モル%とからなる請求項2に記載の液晶配向剤。
- 式(7)のYの20〜100モル%が芳香族構造を有する4価の有機基である請求項1〜3のいずれかに記載の液晶配向剤。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の液晶配向剤を用いて得られる液晶配向膜。
- 請求項5に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
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