JP5894566B2

JP5894566B2 - 液晶配向剤、液晶配向膜、及び、それを用いた液晶表示素子

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Publication number: JP5894566B2
Application number: JP2013168276A
Authority: JP
Inventors: 立心張; 冠銘林; 柏毅李; 銘智頼
Original assignee: Daxin Materials Corp
Current assignee: Daxin Materials Corp
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2033-08-13
Also published as: TW201406821A; TWI461463B; JP2014038331A

Description

本発明は、液晶配向剤、液晶配向膜、及び、それを用いた晶表示素子に関し、特に、低残留直流電圧、低残像の特性を有する液晶配向剤、液晶配向膜、及び、それを用いた液晶表示素子に関する。

液晶表示素子は、軽くて薄く、かつ、節電、及び高い映像品質等の特性を有するため、現在、既に従来の陰極線管ディスプレイに全面的に取って代わって、家庭及び個人用の電子製品に広く使用されている。

液晶表示素子の映像品質を向上させるものとして、液晶配向膜は、以下の特性を有するべきである。（１）低残像現象（ＩｍａｇｅＳｔｉｃｋｉｎｇＥｆｆｅｃｔ）：一般には、液晶表示素子が長時間同じ画面を連続して表示すると、画面を切り替えた後、前の映像が直ちに消えることなく、新しい画面と重なったり、流れ星のように移動したりする現象を、残像現象と称する。（２）低残留直流電圧（ＲｅｓｉｄｕｅＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔＶｏｌｔａｇｅ）：液晶配向膜は、イオン性電荷を吸着して残留直流電圧を形成させ、残留直流電圧及び残像のメカニズムがまだ明らかではないが、液晶配向膜の残留直流電圧を低減できれば、残像現象も効果的に改善できる。

現在、学界と業界では、大量の心血を注ぎ、前記問題を研究していたが、今まで、満足度の高い解決策を提出していない。
本発明は製作される液晶配向膜が低残像現象及び低残留直流電圧等の特性を有する液晶配向剤を提供することを目的としている。
また、低残像現象及び低残留直流電圧等の特性を有する液晶配向膜およびそれを用いた液晶表示素子提供する。

本発明係る液晶配向剤は、重量百分率が５０％以上のポリアミック酸又はポリイミドを含み、且つ、モル百分率が２．５％以上であり、構成が以下の化学式（ｉ）、化学式（ｉｉ）、及び、その組み合わせからなる群から選ばれる構成であるフェノール基骨格、ならびに、モル百分率が５％以上である第三級窒素原子骨格を含む重合体（Ａ）を備える。

（化学式（ｉ）中で、Ｙ₁〜Ｙ₅は、それぞれ独立しており、少なくとも１つがヒドロキシル基であり、残りが水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、ヒドロキシル基（‐ＯＨ）、又は、‐（ＣＨ₂）ｐＣＦ₃であり、ｐは１〜５の整数であり、そして、Ｙ₁〜Ｙ₅は、少なくとも１つがヒドロキシル基である。化学式（ｉｉ）中で、Ｚは、単結合であり、炭素数１〜４のアルキレン基、‐ＣＯ‐、‐ＣＯＯ‐、又は、‐Ｏ‐であり、ベンゼン環上の置換基は、それぞれ独立しており、少なくとも１つがヒドロキシル基であり、残りが水素原子、炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、ヒドロキシル基、‐ＣＦ₃、又は、‐ＯＣＦ₃である。）

また、重合体（Ａ）は、アミド酸エステル、アミド又はイミドエステルを更に含むことができる。さらに、重合体（Ａ）は、イミド‐アミド酸共重合体、ポリイミド又はポリアミック酸であってもよい。

また、重合体（Ａ）のフェノール基骨格、及び、第三級窒素原子骨格は、ジアミン（ａ‐１）又はジアミン（ａ‐２）の残基から選ばれるものである。ジアミン（ａ‐１）は、フェノール基を有し、ジアミン（ａ‐２）は、フェノール基を有しなく、第三級窒素原子を有する。

ジアミン（ａ‐１）は、化学式（Ｉ‐１）又は化学式（Ｉ‐２）に示されている構成を含むことができる。

（化学式（Ｉ‐１）中で、Ｍ₁〜Ｍ₅は、それぞれ独立しており、少なくとも１つがヒドロキシル基であり、残りが水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、ヒドロキシル基又は‐（ＣＨ₂）ｐＣＦ₃であり、ｐは１〜５の整数である。
化学式（Ｉ‐２）中で、Ｚは単結合であり、炭素数１〜４のアルキレン基、‐ＣＯ‐、‐ＣＯＯ‐、又は、‐Ｏ‐であり、Ｒ₁〜Ｒ₅のうち、１つがアミノ基（‐ＮＨ₂）であり、１つがヒドロキシル基であり、残りが、それぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、ヒドロキシル基、‐ＣＦ₃、又は、‐ＯＣＦ₃である。Ｒ₆〜Ｒ₁₀のうち、１つがアミノ基であり、１つがヒドロキシル基であり、残りが、それぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、ヒドロキシル基、‐ＣＦ₃又は‐ＯＣＦ₃である。）

ジアミン（ａ‐２）は、下記化学式（ＩＩ）で示される構成であってよい。

（化学式（ＩＩ）の中で、Ｘ₁〜Ｘ₅は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、又は、‐（ＣＨ₂）ｐＣＦ₃である。ｐは１〜５の整数である。）

重合体（Ａ）の生成反応での反応物は、ジアミン（ａ‐１）、ジアミン（ａ‐２）、ジアミン（ａ‐３）、及び、テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）を含む。ジアミン（ａ‐３）は、ジアミン（ａ‐１）及びジアミン（ａ‐２）以外のジアミン化合物である。

ジアミン（ａ‐３）は、化学式（ａ‐３‐１）、化学式（ａ‐３‐２）、化学式（ａ‐３‐３）、化学式（ａ‐３‐４）、化学式（ａ‐３‐５）、化学式（ａ‐３‐６）、又は、化学式（ａ‐３‐７）で示されている構造を有する。

テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）は、脂環式テトラカルボン酸二無水物、又は、芳香族テトラカルボン酸二無水物を含むことができる。

脂環式テトラカルボン酸二無水物は、化学式（ａ‐４‐１）で示されている構造を含むことができる。

芳香族テトラカルボン酸二無水物は、化学式（ａ‐４‐２）、化学式（ａ‐４‐３）又は化学式（ａ‐４‐４）で示されている構造を含むことができる。

本発明に係る液晶配向膜は、上述の液晶配向剤により形成される。

本発明に係る液晶表示素子は、上述の液晶配向膜を含む

これによって、上述の液晶配向剤により形成される液晶配向膜が、低残留直流電圧及び低残像の特性を有する。よって、当該液晶配向膜を用いて製造される液晶表示素子は、低残留直流電圧及び低残像の特性を有し、市場の需要を満たすことができる。

（一実施形態）
（重合体（Ａ））
重合体（Ａ）は、重量百分率が５０％以上のポリアミック酸又はポリイミドを含み、且つ、モル百分率が２．５％以上であり、構成が以下の通り示される化学式（ｉ）、化学式（ｉｉ）及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれるフェノール基骨格、及びモル百分率が５％以上の第三級窒素原子骨格を含む。

（化学式（ｉ）中、Ｙ₁〜Ｙ₅は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、ヒドロキシル基又は‐（ＣＨ₂）ｐＣＦ₃であり、ｐは１〜５の整数であり、そして、Ｙ₁〜Ｙ₅は、少なくとも１つがヒドロキシル基であり、化学式（ｉｉ）中、Ｚは単結合、炭素数１〜４のアルキレン基、‐ＣＯ‐、‐ＣＯＯ‐又は‐Ｏ‐であり、ベンゼン環上の置換基は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、ヒドロキシル基、‐ＣＦ₃又は‐ＯＣＦ₃であり、そして、これらの置換基は、少なくとも１つがヒドロキシル基である。）

本発明の一実施形態によると、重合体（Ａ）の骨格は、アミド酸エステル、アミド又はイミドエステルを更に含むことができ、二元ブロック共重合体又は三元ブロック共重合体となる。二元ブロック共重合体の例示としては、アミド酸‐アミド酸エステル共重合体、イミド‐イミドエステル共重合体、アミド酸‐アミド共重合体、イミド‐アミド共重合体を含む。三元ブロック共重合体の例示としては、アミド酸‐アミド‐アミド酸エステル共重合体、イミド‐アミド‐イミドエステル共重合体を含む。

本発明の他の実施形態によると、重合体（Ａ）は、イミド‐アミド酸共重合体、ポリイミド又はポリアミック酸であってよい。

前記「フェノール基骨格」とは、フェノール基を有する化合物が、重合体（Ａ）を生成する重合反応に関与した後、重合体（Ａ）の構成の一部となる、当該化合物の一部の構成を指す。

前記フェノール基骨格の「モル百分率」とは、「フェノール基骨格」が重合体（Ａ）の構成に占める割合を指す。

前記「第三級窒素原子骨格」とは、第三級窒素原子を有する化合物が重合体（Ａ）を生成する重合反応に関与した後、重合体（Ａ）の構成の一部となる、当該化合物の一部の構成を指す。

前記第三級窒素原子骨格の「モル百分率」とは、「第三級窒素原子骨格」が重合体（Ａ）の構成に占める割合を指す。

前記「二元」とは、重合体（Ａ）の高分子において２種類のモノマーを有することを指す。

前記「三元」とは、重合体（Ａ）の高分子において３種類のモノマーを有することを指す。

本発明の重合体（Ａ）は、フェノール基骨格により提供されるフェノール基、及びフェノール基骨格のフェノール基と第三級窒素原子骨格の第三級窒素との間で発生したシナジー効果によって、本発明の液晶配向剤を用いて製作される液晶配向膜に、低残像現象及び低残留直流電圧等の特性を持たせる。

重合体（Ａ）は、フェノール基骨格により提供されるフェノール基によって、重合体（Ａ）を構成する鎖状高分子の間に水素結合を生じさせ、高分子間の水素結合により、高分子を緊密に積層させることで、重合体（Ａ）の蓄積電荷放出能力を向上させる。

「フェノール基骨格のフェノール基と第三級窒素原子骨格の第三級窒素との間で発生したシナジー効果」（以下、「シナジー効果」と略称する）とは、重合体（Ａ）が含んだフェノール基骨格が、水素イオン（Ｈ⁺）を分離させて、負電荷を持ち、第三級窒素原子が、Ｈ⁺を吸引して正電荷を持ち、正電荷を持つ第三級窒素原子と負電荷を持つフェノール基骨格とが、塩類に類似するイオン化合物を形成し、これによって、鎖状高分子間の積層を促進させ、高分子間又は高分子内の電荷伝達を速することで、高分子の導電性を向上させ、これによって、残像現象を低減し、残留直流電圧を下げることもできることを指す。

本発明の一実施形態によると、重合体（Ａ）のフェノール基骨格及び第三級窒素原子骨格は、ジアミン（ａ‐１）又はジアミン（ａ‐２）の残基から選ばれるものであり、ただし、ジアミン（ａ‐１）は、フェノール基を有し、ジアミン（ａ‐２）は、フェノール基を有しなく、第三級窒素原子を有する。

重合体（Ａ）の生成反応は、ジアミン（ａ‐１）、ジアミン（ａ‐２）、ジアミン（ａ‐３）及びテトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）を反応物として、有機溶剤中で縮合反応させて得ることができる。ジアミン（ａ‐３）は、ジアミン（ａ‐１）及びジアミン（ａ‐２）以外のジアミン化合物である。ただし、テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）の無水酸基に対するジアミン（ａ‐１）、ジアミン（ａ‐２）及びジアミン（ａ‐３）のアミノ基の当量比は、０．５：１〜２：１であってよい。

別の実施形態において、テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）の無水酸基に対するジアミン（ａ‐１）、ジアミン（ａ‐２）及びジアミン（ａ‐３）のアミノ基の当量比は、０．７：１〜１．５：１であってよい。

前記「残基」とは、ジアミン（ａ‐１）、ジアミン（ａ‐２）が、重合体（Ａ）を生成する縮合反応に関与した後、重合体（Ａ）の構成の一部となる、ジアミン（ａ‐１）及び／又はジアミン（ａ‐２）の一部の構成を指す。

前記ジアミンとテトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）との縮合反応の後、ポリアミック酸を生成することができる。

生成されたポリアミック酸を部分的に脱水閉環反応させることによって、イミド‐アミド酸共重合体を得ることができる。完全に脱水閉環反応させれば、ポリイミドを生成することができる。

前記ポリアミック酸、ポリイミド又はイミド‐アミド酸共重合体に、実際の需要によって、少量のエステル結合、アミド結合を挿入することで、例えば、アミド酸‐アミド共重合体、イミド‐アミド共重合体、アミド酸‐アミド酸エステル共重合体、イミド‐イミドエステル共重合体、アミド酸‐アミド‐アミド酸エステル共重合体又はイミド‐アミド‐イミドエステル共重合体等の二元又は三元ブロック共重合体を形成することができる。挿入の方式によって、単一のモノマーで構成される重合体が２種類以上のモノマーを有する共重合体となることで、元の重合体の性能を改善させることは、当業者が熟知しているものであり、ここで詳しく述べない。

（ジアミン（ａ‐１））
ジアミン（ａ‐１）は、化学式（Ｉ‐１）又は化学式（Ｉ‐２）で示される構成であってよい。

（化学式（Ｉ‐１）中、Ｍ₁〜Ｍ₅は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、ヒドロキシル基又は‐（ＣＨ₂）ｐＣＦ₃であり、ｐは１〜５の整数であり、そして、Ｍ₁〜Ｍ₅は、少なくとも１つがヒドロキシル基であり、化学式（Ｉ‐２）中、Ｚは、単結合、炭素数１〜４のアルキレン基、‐ＣＯ‐、‐ＣＯＯ‐又は‐Ｏ‐であり、Ｒ₁〜Ｒ₅の１つはアミノ基、１つは、ヒドロキシル基（‐ＯＨ）、残りは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、ヒドロキシル基、‐ＣＦ₃又は‐ＯＣＦ₃であり、Ｒ₆〜Ｒ₁₀の１つは、アミノ基、１つは、ヒドロキシル基、残りは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、ヒドロキシル基、‐ＣＦ₃又は‐ＯＣＦ₃である。）
化学式（Ｉ‐２）中、二つのアミノ基は、異なるベンゼン環に接続される。同一のベンゼン環に接続されると、それを用いて生成される液晶配向剤は、過大な配向角、塗布性低下等の欠陥を有する。

本発明の一実施形態によると、化学式（Ｉ‐１）中、Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₄、Ｍ₅は水素原子である。Ｍ₃はヒドロキシル基（‐ＯＨ）である場合、ジアミン（ａ‐１‐１）が得られる。その構成は以下の通りである。

本発明の別の実施形態によると、化学式（Ｉ‐２）中、Ｚは単結合であり、Ｒ₃、Ｒ₈はアミノ基であり、Ｒ２、Ｒ９はヒドロキシル基であり、Ｒ₁、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₇、Ｒ₁₀は水素原子である。ジアミン（ａ‐１‐２）が得られる。その構成は以下の通りである。

（ジアミン（ａ‐２））
本発明の一実施形態によると、ジアミン（ａ‐２）は、化学式（ＩＩ）で示される構成であってよい。

（但し、Ｘ₁〜Ｘ₅は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基又は‐（ＣＨ₂）ｐＣＦ₃であり、ｐは１〜５の整数である。）

本発明の一実施形態によると、化学式（ＩＩ）中、Ｘ₁〜Ｘ₅が水素原子である場合、ジアミン（ａ‐２‐１）が得られる。その構成は以下の通りである。

ジアミン（ａ‐１）とジアミン（ａ‐２）との主な相違点は、ジアミン（ａ‐１）がフェノール基を有し、ジアミン（ａ‐２）が第三級窒素原子を有するが、フェノール基を有しないことにある。

（ジアミン（ａ‐３））
ジアミン（ａ‐３）は、ジアミン（ａ‐１）及びジアミン（ａ‐２）以外のジアミン化合物である。

本発明の一実施形態によると、ジアミン（ａ‐３）は、化学式（ａ‐３‐１）〜化学式（ａ‐３‐７）で示される構成であってよい。

前記ジアミン（ａ‐３）は、単独で使用できるほか、液晶配向膜の性能に影響しない限り、２種以上を同時に使用することができる。

（テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４））
本発明の一実施形態によると、テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）は、脂環式テトラカルボン酸二無水物又は芳香族テトラカルボン酸二無水物を含む。

脂環式テトラカルボン酸二無水物は、化学式（ａ‐４‐１）で示される構成であってよいが、これに限定されなく、芳香族テトラカルボン酸二無水物は、化学式（ａ‐４‐２）、化学式（ａ‐４‐３）又は化学式（ａ‐４‐４）で示される構成であってよいが、これらに限定されない。

前記テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）は、単独で使用しても、同時に２種以上を使用してもよい。液晶配向膜の性能に影響しない限り、テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）は、他のテトラカルボン酸二無水物と併用してもよい。

テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）として、非芳香族テトラカルボン酸二無水物及び芳香族テトラカルボン酸二無水物を同時に使用する場合に、芳香族テトラカルボン酸二無水物の占めた含有量は、２０〜９０重量百分率である。

（重合体（Ａ）の合成方法）
以下、重合体（Ａ）がイミド‐アミド酸共重合体である場合に対して、重合体（Ａ）の調製方法について詳しく説明する。

ジアミン（ａ‐１）、ジアミン（ａ‐２）、ジアミン（ａ‐３）及びテトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）を反応物として、反応量の多少により調整して、４０℃〜１１０℃の温度で有機溶剤（ａ‐５）中で１〜１２時間縮合反応を進行させることで、ポリアミック酸を含有する反応溶液を得る。

ジアミン混合物とテトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）との比例関係は、テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）の無水酸基含有量が１当量に対し、ジアミン混合物のアミノ基が、０．５〜２当量であることが好ましく、０．７〜１．５当量であることがより好ましい。

有機溶剤（ａ‐５）は、反応物及び生成物を溶解させることに用いられ、溶解度に優れた有機溶剤と、溶解度が悪い有機溶剤とを含む。

溶解度に優れた有機溶剤は、Ｎ‐メチル‐２‐ピロリドン（ａ‐５‐１）、Ｎ，Ｎ‐ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ‐ジメチルアセトアミド、Ｎ‐メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ヘキサメチルリン酸アミド（ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｐｈｏｓｐｈｏｒａｍｉｄｅ）、γ‐ブチロラクトン（ａ‐５‐２）、ピリジンを含むが、これらに限定されない。上記有機溶剤は、単独で使用しても、２種以上を混合して同時に使用してもよい。

溶解度が悪い有機溶剤は、溶解度に優れた前記有機溶剤と組み合わせて使用してもよいが、生成物であるイミド‐アミド酸共重合体が析出されるまでには至らないことを前提とする。溶解度が悪い有機溶剤は、メタノール、エタノール（ａ‐５‐３）、イソプロパノール、ｎ‐ブチルアルコール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、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モノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、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ジエチルエーテル、ジエチルエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、１，２‐ジクロロエタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ｎ‐ヘキサン、ｎ‐ヘプタン、ｎ‐オクタンを含むが、これらに限定されない。

以上挙げられた有機溶剤に加え、イミド‐アミド酸共重合体を溶解できる有機溶剤であれば、何れも有機溶剤（ａ‐５）とすることができる。

ポリアミック酸を含有する前記反応溶液を部分的に脱水閉環反応させることで、イミド‐アミド酸共重合体を含有する反応溶液を得る。

脱水閉環反応は、方法（１）：直接加熱、又は、方法（２）：脱水剤（ａ‐６）及び触媒（ａ‐７）添加、を用いることができる。

方法（１）：直接加熱、反応温度が約５０℃〜３００℃、好ましくは１００℃〜２５０℃である。反応温度が５０℃より低い場合、脱水閉環反応は進行しなく、反応温度が高すぎると、生成される重合体（Ａ）の平均分子量は非常に低くなる。

方法（２）：脱水剤（ａ‐６）及び触媒（ａ‐７）を添加し、反応温度が約‐２０℃〜１５０℃、好ましくは０℃〜１２０℃である。

脱水剤（ａ‐６）は、無水酸を含むが、これに限定されない。無水酸としては、例えば、無水酢酸（ａ‐６‐１）、無水プロピオン酸、無水トリフルオロ酢酸等を用いることができる。脱水剤（ａ‐６）の使用量は、必要な脱水閉環率により調整するもので、好ましくは、１モルあたりのイミド‐アミド酸共重合体の再現単位が０．０１〜２０モルを用いる。

触媒（ａ‐７）は、例えば、トリエチルアミン、ピリジン（ａ‐７‐１）、ジメチルピリジン等の第三級アミンを含むが、これに限定されない。触媒（ａ‐７）の使用量は脱水剤（ａ‐６）の使用量により調整するもので、脱水剤（ａ‐６）約１モルあたりに対して、０．０１〜１０モルの触媒（ａ‐７）を用いる。

最後に、前記イミド‐アミド酸共重合体の反応溶液を大量の溶解度が悪い溶剤に注ぎ、沈殿物を得ることができる。この沈殿物を減圧下で乾燥させ、イミド‐アミド酸共重合体を得ることができる。得られるイミド‐アミド酸共重合体を一回又は複数回精製することができる。精製ステップは、イミド‐アミド酸共重合体を有機溶剤に溶解させ、溶解度が悪い溶剤で沈殿を行い、そして、沈殿物を減圧下で乾燥させることである。

重合体（Ａ）がポリアミック酸である場合に、その調製方法は、前記反応とほぼ同じであり、ただ脱水閉環反応を省略する必要がある。重合体（Ａ）がポリイミドである場合に、得られるポリアミック酸の反応溶液を完全に脱水閉環反応させればよい。

（液晶配向剤）
本発明の液晶配向剤は、重合体（Ａ）及び有機溶剤（Ｂ）を含み、且つ、添加剤（Ｃ）を選択的に含むことができる。

前記重合体（Ａ）を有機溶剤（Ｂ）に溶解すると、液晶配向剤を形成することができる。液晶配向剤を調製する温度は、好ましくは、０℃〜１５０℃であり、より好ましくは、２０℃〜５０℃である。

液晶配向剤は、粘度と揮発性により、含まれる固体含有量を調整することができ、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の固体含有量を含むものが好ましい。固体含有量は、１ｗｔ％より低いと、塗布後の液晶配向膜の厚みが薄すぎて、その配向性が低下するようになってしまう。固体含有量は、１０ｗｔ％より高いと、塗布品質に影響してしまう。

（有機溶剤（Ｂ））
有機溶剤（Ｂ）は、Ｎ‐メチル‐２‐ピロリドン（ａ‐５‐１）、Ｎ，Ｎ‐ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ‐ジメチルアセトアミド、Ｎ‐メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、γ‐ブチロラクトン（ａ‐５‐２）、γ‐ブチロラクタム、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等を含むが、これらに限定されない。上記溶剤は、２種以上を混合して使用してもよい。前記挙げられた溶剤に加え、イミド‐アミド酸共重合体を溶解できれば、何れも有機溶剤（Ｂ）とすることができる。

（添加剤（Ｃ））
前記液晶配向剤は、添加剤（Ｃ）を選択的に含むことができる。添加剤は、有機シラン（シロキサン）化合物（Ｃ‐１）又はエポキシ化合物（Ｃ‐２）であってよい。

（有機シラン（シロキサン）化合物（Ｃ‐１））
液晶配向剤における、有機シラン（シロキサン）化合物（Ｃ‐１）の含有量は、液晶配向膜の所望の特性に影響しないことを前提として、液晶配向膜の基板表面に対する密着性を改善できる。有機シラン（シロキサン）化合物（Ｃ‐１）の含有量が多すぎると、形成される液晶配向膜に、配向不良の現象が発生しやすく、有機シラン（シロキサン）化合物（Ｃ‐１）の含有量が少なくすぎると、形成される液晶配向膜に、耐ラビング性不良とパウダーが多すぎる現象が発生しやすくなってしまう。そのため、本発明の液晶配向剤において、重合体（Ａ）の総重量を１００重量部とすれば、有機シラン（シロキサン）化合物（Ｃ‐１）の含有量が、好ましくは、０．０１〜５重量部、より好ましくは、０．１〜３重量部である。

（エポキシ化合物（Ｃ‐２））
液晶配向剤における、エポキシ化合物（Ｃ‐２）の含有量は、液晶配向膜の所望の特性に影響しないことを前提として、液晶配向膜の基板表面に対する密着性を改善できる。エポキシ化合物（Ｃ‐２）の含有量が多すぎると、形成される液晶配向膜に、配向不良の現象が発生しやすく、エポキシ化合物（Ｃ‐２）の含有量が少なくすぎると、形成される液晶配向膜に、耐ラビング性不良とパウダーが多すぎる現象が発生しやすくなってしまう。このため、本発明の液晶配向剤において、重合体（Ａ）の総重量を１００重量部とすれば、エポキシ化合物（Ｃ‐２）の含有量が、好ましくは、０．０１〜３重量部、より好ましくは、０．１〜２重量部である。

（液晶配向膜）
本発明の液晶配向剤をパターン化された透明導電膜を有するガラス基板に塗布して被覆層を形成する。塗布方法は、ロールコーティング法、スピンコーティング法及び印刷法を含むが、これらに限定されない。塗布方法は、慣用な方法であり、ここで詳しく述べない。

次に、被覆層を加熱・ベーキングして、液晶配向膜を形成する。加熱・ベーキングの目的は、液晶配向剤における有機溶剤（Ｂ）を取り除き、重合体（Ａ）に含まれるポリアミック酸の脱水閉環反応を促進することである。加熱・ベーキングの温度は、８０℃〜３００℃であってよく、より好ましくは、１００℃〜２４０℃である。形成された液晶配向膜の厚みは、０．００５〜０．５μｍであることは好ましい。

液晶配向膜を、ナイロン又は綿繊維布が巻き取られるローラーで更に配向摩擦してよく、これにより、液晶配向膜に、液晶分子に対する配向性を持たせる。

（液晶表示素子）
まず、前記液晶配向膜を有する１枚の基板にフレーム用接着剤を塗布して、前記液晶配向膜を有する別の基板にスペーサーを散布させ、その後、２枚の液晶配向膜基板をそれぞれのフィルム塗布方向が互いに垂直に又は互いに平行に組み合わせ、最後に、二枚の基板の隙間へ液晶を注入して、注射穴を密着して、液晶表示素子を形成する。

（評価方法）
液晶配向剤の粘度測定：
本発明の液晶配向剤の粘度（ηｌｎ）は、下記数式１によって、得られるものである。重合体（Ａ）、溶剤（Ｂ）、添加剤（Ｃ）を含む液晶配向剤をＮ‐メチル‐２‐ピロリドン溶剤（ａ‐５‐１）に溶解させ、濃度が０．５グラム／１００ミリリットルである溶液を調製して、３０℃における溶液の粘度を測定した。

液晶表示素子の残像現象の判定：
充電前に、先に液晶表示素子の所定位置における透過度と電圧の変化曲線を測定し、その後、室温又は６０度（高温）で、１０Ｖの直流電圧で６時間を充電させた後、再度に同じ所定位置における透過度と電圧の変化曲線を測定した。充電前の透過度５０％に対応する電圧を基準とし、この電圧で、充電前後の所定位置における透過度の変化量を比べ、透過度変化量を、充電前のこの電圧に対応する透過度で割り、そして、パーセントで表現した。変化量が２％より小さいと、特優と判定され、５％より小さいと、優と判定され、５％より大きいと、普通と判定され、１０％より大きいと、悪いと判定される。

液晶表示素子の残留直流電圧：
液晶表示素子に５Ｖ電圧を印加させ、３６００秒を維持して、次に、１秒間放電し、最後に、６００秒である時の残留直流電圧値を記載した。

脱水閉環率（イミド化比率）：
重合体（Ａ）又は液晶配向剤を室温で減圧して乾燥させ、次に、乾燥後の固体を重水素化されたジメチルスルホキシドに溶解させ、テトラメチルシランを用いて参照物質とし、プロトン核磁気共鳴（¹Ｈ‐ＮＭＲ）測定によって、下記数式２から、イミド化比率を得た。

Ａ¹は、ＮＨ基の陽子から誘導されたピーク面積（１０ｐｐｍ）である。
Ａ²は、他の陽子から誘導されたピーク面積である。
αは、重合体（Ａ）におけるポリアミック酸のＮＨ基の陽子に対する他の陽子の数の比である。

（実験一）
合成例重合体Ａ‐１（Ａ‐１‐１〜Ａ‐１‐６）、Ａ‐２（Ａ‐２‐１〜Ａ‐２‐５）と比較例重合体Ａ‐３（Ａ‐３‐１）、Ａ‐４（Ａ‐４‐１、Ａ‐４‐２）の合成方法

ジアミン（ａ‐１、ａ‐２、ａ‐３）及びテトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）を表一〜表二で示される比例によって、順次にＮ‐メチル‐２‐ピロリドン（ａ‐５‐１）に添加し、固体含有量が２０ｗｔ％である溶液を調製して、４０℃で５〜６時間反応させ、ポリアミック酸を含有する溶液を得た。ポリアミック酸溶液が希釈された後、比例適当なピリジン（ａ‐７‐１）と無水酢酸（ａ‐６‐１）を添加して、１００〜１１０℃で３〜４時間脱水閉環反応させることで、イミド‐アミド酸共重合体を含有する溶液を形成した。前記共重合体を含有する溶液をエタノール（ａ‐５‐３）に注ぎ、析出を行い、そして、エタノール（ａ‐５‐３）で洗浄して精製させ、最後に、固体を集め、減圧して乾燥させ、表１と表２で示される固有粘度及びイミド化比率を有する重合体（Ａ）を得た。

（実施例１〜９と比較例１´〜２´の実験方法）
固定比例の重合体（Ａ‐１）と重合体（Ａ‐２）、及び重合体（Ａ‐３）と重合体（Ａ‐４）を、それぞれγ‐ブチロラクトン（ａ‐５‐２）とＮ‐メチル‐２‐ピロリドン（ａ‐５‐１）との混合溶剤に溶解させ、固体含有量が６ｗｔ％である溶液を調製して、直径が１μｍであるフィルターで濾過して、本発明の液晶配向剤である濾過液を集めた。

本発明の液晶配向剤を、ローラープリンタによってガラス基板上に塗布して、２００℃の加熱基板で２０分間乾燥させ、厚みが０．０８μｍであるフィルムを形成した。このフィルムに対して、ローラー回転数１０００（回転／分）、プラットフォーム移動速度６０（ミリメートル／秒）、圧入量０．４μｍで配向摩擦を行った。

前記液晶配向膜を有する１枚の基板にフレーム用接着剤を塗布して、前記液晶配向膜を有する別の基板にスペーサーを散布させてから、２枚の液晶配向膜基板をそれぞれのフィルム塗布方向が互いに垂直に組み合わせ、最後に、２枚の基板の隙間へ液晶（ＭｅｒｃｋＬｔｄ．社製ＺＬＩ‐４７９２液晶）を注入して、注射穴を密着して、液晶表示素子を形成した。

得られた液晶表示素子に対して、室温残像特性、高温残像特性、残留直流電圧に関わる評価を行った。評価結果を表３に示す。

実施例１〜９において、重合体（Ａ）を合成する時に、ジアミン（ａ‐１）、ジアミン（ａ‐２）、ジアミン（ａ‐３）を同時に用いたが、比較例１´、２´において、ジアミン（ａ‐３）のみを用いた。比較例１´、２´において得られた液晶表示素子の室温残像特性は普通であり、高温残像特性は悪く、残留直流電圧は３４５ｍＶと４２０ｍＶであり、比較例１´、２´における各評価結果の何れも実施例１〜９より悪い。このため、本発明は、ジアミン（ａ‐１）、ジアミン（ａ‐２）の提供したフェノール基、及びフェノール基と第三級窒素原子とのシナジー効果によって、液晶表示素子の残像特性を改善して、低残留直流電圧を得ることができる。

実施例１、８、９において、ジアミン（ａ‐１‐１）の含有量は次第に高まり、その内、実施例１におけるジアミン（ａ‐１‐１）の含有量は最も低く、その残留直流電圧が８１ｍＶであることは最適であるが、実施例９におけるジアミン（ａ‐１‐１）の含有量は最も高いが、その室温残像特性は最も悪く、残留直流電圧は最も高い。このため、ジアミン（ａ‐１‐１）の使用量は一定の範囲にあり、比較例１´、２´のように全く使用しなかったり、実施例８、９のように過量使用したりすると、液晶表示素子の残留直流電圧が高まり、室温残像特性が悪くなってしまう。好ましくは、ジアミン（ａ‐１‐１）の使用量は、ジアミン総使用量の３０ｗｔ％以下を占め、より好ましくは、１５ｗｔ％以下を占める。

実施例１〜４において、使用されたジアミン及びテトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）は、何れも同じであり、四者の主な相違点はイミド化の比率にあり、実施例１におけるイミド化比率７０％は最も高く、実施例４におけるイミド化比率０％は最も低い。イミド化比率が低下すると共に、高温残像特性が明らかに改善され、そして、残留直流電圧が低下する。

実施例１、５、７において、実施例１におけるテトラカルボン酸二無水物（ａ‐４‐１）とテトラカルボン酸二無水物（ａ‐４‐２）の使用量が同じであり、実施例５におけるテトラカルボン酸二無水物（ａ‐４‐１）の使用量がテトラカルボン酸二無水物（ａ‐４‐２）の使用量より高く、実施例７において、全部、テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４‐１）を使用した。これによって、芳香族テトラカルボン酸二無水物（例えば、テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４‐２））の代わりに脂環式テトラカルボン酸二無水物（例えば、テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４‐１））を使用すると、その室温残像特性が悪くなり、且つ残留直流電が高まることが判明した。このため、テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）において、芳香族テトラカルボン酸二無水物が所定の添加量であれば好適な評価結果を得る。一般的には、重量百分率が２０〜９０％の芳香族テトラカルボン酸二無水物を含むものが好ましい。

（実験二）
合成例重合体Ａ‐５（Ａ‐５‐１）、Ａ‐６（Ａ‐６‐１〜Ａ‐６‐４）と比較例重合体Ａ‐７（Ａ‐７‐１）、Ａ‐８（Ａ‐８‐１、Ａ‐８‐３）の合成方法

ジアミン（ａ‐１、ａ‐２、ａ‐３）及びテトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）を表４〜表５で示される比例によって、順次にＮ‐メチル‐２‐ピロリドン（ａ‐５‐１）に添加し、固体含有量が２５ｗｔ％である溶液を調製して、４０℃で５〜６時間反応させ、ポリアミック酸を含有する溶液を得た。ポリアミック酸溶液が希釈された後、比例適当なピリジン（ａ‐７‐１）と無水酢酸（ａ‐６‐１）を添加して、１００〜１１０℃で３〜４時間脱水閉環反応させることで、イミド‐アミド酸共重合体を含有する溶液を形成した。共重合体を含有する前記溶液をエタノール（ａ‐５‐３）に注ぎ、沈殿を行い、そして、エタノール（ａ‐５‐３）で洗浄して精製させ、最後に、固体を集め、減圧して乾燥させ、表４と表５で示される固有粘度及びイミド化比率を有する重合体（Ａ）を得た。

（実施例１０〜１６と比較例３´〜５´の実験方法）
表６に示すように、実施例と比較例のいずれかにおいて、２種類の重合体（Ａ）を取り、表６で示される比例により、γ‐ブチロラクトン（ａ‐５‐２）とＮ‐メチル‐２‐ピロリドン（ａ‐５‐１）との混合溶剤に溶解させ、固体含有量が６ｗｔ％である溶液を調製して、直径１μｍであるフィルターで濾過して、本発明の液晶配向剤である濾過液を集めた。

得られた液晶表示素子に対して、室温残像特性、高温残像特性、残留直流電圧に関わる評価を行った。評価結果を表６に示す。

比較例３´においてジアミン（ａ‐１‐２）の代わりにジアミン（ａ‐２‐１）を使用した点のみで、実施例１３に相違し、即ち、比較例３´においてジアミン（ａ‐２‐１）、ジアミン（ａ‐３‐６）のみを用いたが、ジアミン（ａ‐１‐２）を用いなく、比較例３´の残留直流電圧が明らかに高い。このため、本発明は、重合体（Ａ）の反応物として、３種類のジアミンを同時に用いて、ジアミン（ａ‐１）、ジアミン（ａ‐２）の提供したフェノール基、及びフェノール基と第三級窒素原子とのシナジー効果によって、液晶表示素子の残留直流電圧を低下させることができる。

実施例１０、１１、１３、１４において、重合体（Ａ）の反応物として、３種類のジアミンを同時に用いて、得られた残像特性は、優と良好であり、残留直流電圧は１９〜４８であり、ジアミン（ａ‐１‐２）とジアミン（ａ‐２‐１）を同時に用いて、少量のジアミン（ａ‐３‐６）を更に添加して、良好な残像特性及び低い残留直流電圧を得られることが示された。

実施例１１と１２を比較すると、実施例１２において、実施例１１における一部のジアミン（ａ‐２‐１）の代わりにジアミン（ａ‐３‐５）を使用した点で、相違し、即ち、実施例１２において、ジアミン全体におけるジアミン（ａ‐２‐１）の占めた比例が低下して、ジアミン全体におけるジアミン（ａ‐３）の占めた比例が上がった。この際、室温、高温残像特性は、優から良好となり、残留直流電圧は、１９ｍＶから１６５．９ｍＶまでに上がった。実施例１４、１５及び１６を比較すると、実施例１５において、実施例１４における一部のジアミン（ａ‐２‐１）の代わりにジアミン（ａ‐３‐２）を使用し、室温、高温残像特性は、優から普通となり、残留直流電圧は、３１ｍＶから２１７．８ｍＶまでに上がった。実施例１６において、実施例１４における一部のジアミン（ａ‐２‐１）の代わりに、ジアミン（ａ‐３‐５）を使用し、残像特性は、優から普通となり、残留直流電圧は、３１ｍＶから２０３．８ｍＶまでに上がった。前記比較から、ジアミン全体におけるジアミン（ａ‐３）の占めた比例が高すぎてはいけなく、高すぎると、液晶表示素子の室温、高温残像特性が悪く、残留直流電圧が高くなることが判明した。

比較例３´、４´、５´のいずれかにおいて、ジアミン（ａ‐１‐２）を用いなく、その室温残像特性はただ良好及び普通であり、高温残像特性はただ悪く、残留直流電圧は、実施例１０、１１、１３、１４と比較しても高く、これによって、本発明は、ジアミン（ａ‐１）、ジアミン（ａ‐２）の提供したフェノール基、及びフェノール基と第三級窒素原子とのシナジー効果によって、液晶表示素子の残像特性を改善して、低残留直流電圧を得られることが判明した。

本発明において、重合体（Ａ）が少なくともモル百分率が２．５％のフェノール基骨格、及び少なくともモル百分率が５％の第三級窒素原子骨格を含むことにより、反応して重合体（Ａ）を生成する過程において、フェノール基骨格を提供する化合物が有するフェノール基、及びフェノール基と第三級窒素原子骨格を提供する第三級窒素原子との間で発生したシナジー効果によって、重合体（Ａ）を用いて製作される液晶表示素子に良好な残像特性及び低い残留直流電圧を持たせる。

本発明の実施形態を前述の通りに開示したが、本発明を限定するものではない。当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、多様な修正や変更を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、下記特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

Claims

重量百分率が５０％以上のポリアミック酸又はポリイミドを含み、且つ、モル百分率が２．５％以上であり、構成が以下の化学式（ｉ）、化学式（ｉｉ）、及びその組み合わせからなる群から選ばれる構成であるフェノール基骨格、ならびに、モル百分率が５％以上である第三級窒素原子骨格を含む重合体（Ａ）を備え、
前記フェノール基骨格、及び、前記第三級窒素原子骨格は、ジアミン（ａ‐１）、ジアミン（ａ‐２）の残基から選ばれるものであり、
前記ジアミン（ａ‐１）はフェノール基を有し、
前記ジアミン（ａ‐２）はフェノール基を有しなく、第三級窒素原子を有する液晶配向剤。

（化学式（ｉ）中で、Ｙ₁〜Ｙ₅は、それぞれ独立しており、少なくとも１つがヒドロキシル基であり、残りが水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、ヒドロキシル基、又は、‐（ＣＨ₂）ｐＣＦ₃であり、前記ｐは１〜５の整数であり、
化学式（ｉｉ）中で、Ｚは、単結合であり、炭素数１〜４のアルキレン基、‐ＣＯ‐、‐ＣＯＯ‐、又は、‐Ｏ‐であり、ベンゼン環上の置換基は、それぞれ独立しており、少なくとも１つがヒドロキシル基であり、残りが水素原子、炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、ヒドロキシル基、‐ＣＦ₃、又は、‐ＯＣＦ₃である。）
前記重合体（Ａ）は、アミド酸エステル、アミド、又は、イミドエステルを更に含む請求項１に記載の液晶配向剤。
前記重合体（Ａ）は、イミド‐アミド酸共重合体、ポリイミド、又は、ポリアミック酸である請求項１に記載の液晶配向剤。
前記ジアミン（ａ‐１）は、化学式（Ｉ‐１）又は化学式（Ｉ‐２）に示されている構造を含む請求項１に記載の液晶配向剤。

（化学式（Ｉ‐１）中で、Ｍ₁〜Ｍ₅は、それぞれ独立しており、少なくとも１つがヒドロキシルであり、残りが水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、ヒドロキシル基、又は、‐（ＣＨ₂）ｐＣＦ₃であり、前記ｐは１〜５の整数であり、
化学式（Ｉ‐２）中で、Ｚは単結合であり、炭素数１〜４のアルキレン基、‐ＣＯ‐、‐ＣＯＯ‐、又は、‐Ｏ‐であり、Ｒ₁〜Ｒ₅のうち、１つがアミノ基（‐ＮＨ₂）であり、１つがヒドロキシル基であり、残りが、それぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、ヒドロキシル基、‐ＣＦ₃、又は、‐ＯＣＦ₃であり、Ｒ₆〜Ｒ₁₀のうち、１つがアミノ基であり、１つがヒドロキシル基であり、残りが、それぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、ヒドロキシル基、‐ＣＦ₃、又は、‐ＯＣＦ₃である。）
前記ジアミン（ａ‐２）は、下記化学式（ＩＩ）で示される構成である請求項１に記載の液晶配向剤。

（化学式（ＩＩ）の中で、Ｘ₁〜Ｘ₅は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、又は、‐（ＣＨ₂）ｐＣＦ₃であり、前記ｐは１〜５の整数である。）
前記重合体（Ａ）の生成反応での反応物は、前記ジアミン（ａ‐１）、前記ジアミン（ａ‐２）、ジアミン（ａ‐３）、及び、テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）を含み、前記ジアミン（ａ‐３）は、ジアミン（ａ‐１）及びジアミン（ａ‐２）以外のジアミン化合物である請求項１に記載の液晶配向剤。
前記ジアミン（ａ‐３）は、化学式（ａ‐３‐１）、化学式（ａ‐３‐２）、化学式（ａ‐３‐３）、化学式（ａ‐３‐４）、化学式（ａ‐３‐５）、化学式（ａ‐３‐６）、又は、化学式（ａ‐３‐７）で示されている構造を有する請求項６に記載の液晶配向剤。
前記テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）は、脂環式テトラカルボン酸二無水物、又は、芳香族テトラカルボン酸二無水物を含む請求項６に記載の液晶配向剤。
前記脂環式テトラカルボン酸二無水物は、化学式（ａ‐４‐１）で示されている構造を含む請求項８に記載の液晶配向剤。
前記芳香族テトラカルボン酸二無水物は、化学式（ａ‐４‐２）、化学式（ａ‐４‐３）、又は、化学式（ａ‐４‐４）で示されている構造を含む請求項８に記載の液晶配向剤。
前記テトラカルボン酸二無水物（ａ‐４）は、重量百分率が２０〜９０％である
前記芳香族テトラカルボン酸二無水物を含む請求項８に記載の液晶配向剤。
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の液晶配向剤より形成されている液晶配向膜。
請求項１２に記載の前記液晶配向膜を含む液晶表示素子。