JP6052171B2 - 組成物、液晶配向処理剤、液晶配向膜及び液晶表示素子 - Google Patents
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Description
また、近年、液晶表示素子が高機能化し、その利用範囲が拡大する中で、液晶配向膜には、液晶表示素子の表示不良を抑制して高い表示品位を実現するための性能や信頼性も求められている。
そこで、本発明は、塗布性の向上した、低温での加熱によって形成されるポリイミド系の有機膜を形成できる組成物、特に低温での加熱によって液晶配向膜を形成できる液晶配向処理剤、該液晶配向処理剤から得られる液晶配向膜、及びこの液晶配向膜を備えた液晶表示素子を提供することを目的とする。
(1)カルボキシル基を有するジアミン化合物を含むジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物とを反応(重縮合)させて得られるポリイミド前駆体及び/又はポリイミド前駆体をイミド化したポリイミドと、
下記式[1]で示される化合物、下記式[2]で示される化合物及び下記式[3]で示される化合物からなる群から選択された少なくとも1種の化合物を全溶媒中70〜100質量%含有する溶媒と、を含有することを特徴とする組成物。
H3C−CH(OH)−CH2−O−R1 [1]
(式[1]中、R1は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
HO−CH2−CH2−OR2 [2]
(式[2]中、R2は、炭素数1〜3のアルキル基を表す。)
C5H6O2 [3]
(2)前記式[3]で示される化合物は、フルフリルアルコールである上記(1)に記載の組成物。
(3)前記カルボキシル基を有するジアミン化合物は、−(CH2)a−COOH基(aは0〜4の整数である)を有するジアミン化合物である上記(1)又は(2)に記載の組成物。
(4)前記カルボキシル基を有するジアミン化合物は、下記式[4]で示される構造のジアミン化合物である上記(1)〜(3)のいずれかに記載の組成物。
(5)前記カルボキシル基を有するジアミン化合物の含有量は、前記ジアミン成分中の40〜100モル%である上記(1)〜(4)のいずれかに記載の組成物。
(6)前記ジアミン成分は、下記式[5]で示される構造の第2のジアミン化合物を含む上記(1)〜(5)のいずれかに記載の組成物。
(7)前記テトラカルボン酸二無水物が、下記式[7]で表される化合物である上記(1)〜(6)のいずれかに記載の組成物。
(8)Z1が、下記式[7a]〜[7j]で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも1種の構造である上記(7)に記載の組成物。
(9)上記(1)〜(8)のいずれかに記載の組成物を含む液晶配向処理剤。
(10)上記(9)に記載の液晶配向処理剤から得られる液晶配向膜。
(11)上記(10)に記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
(12)電極と上記(10)に記載の液晶配向膜とを備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性化合物を含む液晶組成物を配置し、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性化合物を重合させる工程を経て製造する液晶表示素子の製造方法。
また、塗布性に優れ、低温焼成によって液晶配向膜を形成できる液晶配向処理剤が提供される。
本発明の液晶配向処理剤を用いて得られる液晶配向膜は、低温焼成による膜形成が可能であり、欠陥の無い電気的特性に優れた本発明の液晶配向膜からは、高い信頼性を有する液晶表示素子が得られる。
一方、ポリイミドの溶液を用いて液晶配向膜を形成する場合、加熱工程では塗膜から溶媒を除去するのが主な目的となる。そのため、ポリイミド溶液を用いる場合の加熱温度は、使用する溶媒の沸点の影響を受けるものの、通常は、ポリアミド酸を用いる場合に比べて低くすることができる。例えば、日本特開平9−194725号公報に開示されているように、200℃程度の焼成温度により液晶配向膜を形成することができる。
したがって、液晶配向膜の低温焼成化には、ポリイミド溶液を使用することがより好ましいことがわかる。
本発明者らは、ポリイミド溶液を使用して、ポリイミド膜形成における低温焼成化をさらに進めるべく、鋭意検討を行った。その結果、低温焼成化の実現のためには、ポリイミド溶液の調製に用いる溶媒の検討が有効であることを見出した。
したがって、より低沸点で低い表面張力特性の溶媒を選択し、ポリイミドを溶解してポリイミドの溶液を調整することができれば、良好な塗布特性と膜形成における低温焼成を両立させることができる。
以上の知見に基づき、ポリイミド系の膜、特に、ポリイミドの液晶配向膜の低温焼成化を実現するためには、ポリイミドの溶媒への溶解性を改善するとともに、溶媒の最適な選択が望ましいことがわかった。さらに、溶媒の選択とあわせて、ポリイミド構造の最適化を行うことも重要である。特に、選択される溶媒は、塗布性を考慮して、より低い表面張力特性を備えたものであることが望ましい。
すなわち、本発明においては、特定構造のポリイミドを特定の溶媒に溶解した組成物を得ることができ、液晶配向処理剤を調製することが可能である。
得られた組成物から得られる液晶配向処理剤は、塗布性に優れ、低い温度での焼成によるポリイミド膜の形成に好適であり、欠陥の無い液晶配向膜を形成することができる。得られた液晶配向膜は、信頼性の高い液晶表示素子の製造に好適である。
本発明において、ポリイミド前駆体及びポリイミドを得るためのカルボキシル基を有するジアミン化合物は、分子内に、−(CH2)a−COOH基(aは0〜4の整数である)を有するジアミン化合物である。例えば、下記式[4]で示される構造のジアミン化合物を挙げることができる。
式[4−2]中、m4及びm5はそれぞれ1〜5の整数である。
式[4−3]中、A5は、炭素数1〜5の直鎖状又は分岐状のアルキル基であり、m6は1〜5の整数である。
式[4−4]中、A6は、単結合、−CH2−、−C2H4−、−C(CH3)2−、−CF2−、−C(CF3)−、−O−、−CO−、−NH−、−N(CH3)−、−CONH−、−NHCO−、−CH2O−、−OCH2−、−COO−、−OCO−、−CON(CH3)−又はN(CH3)CO−であり、m7は1〜4の整数である。
上記のカルボキシル基を有するジアミン化合物は、組成物とした際の溶媒への溶解性や塗布性、液晶配向膜とした場合における液晶の配向性、電圧保持率、蓄積電荷などの特性に応じて、1種類又は2種類以上を混合して使用することもできる。
式[4]で示されるジアミン化合物を製造する方法は特に限定されないが、好ましい方法としては、以下に示すものが挙げられる。
例えば、式[4]で示されるジアミン化合物は、下記式[4A]で示されるジニトロ体を合成し、さらにニトロ基を還元してアミノ基に変換することで得られる。
ジニトロ基を還元する方法には、特に制限はなく、通常、パラジウム−炭素、酸化白金、ラネーニッケル、白金黒、ロジウム−アルミナ又は硫化白金炭素などを触媒として用い、酢酸エチル、トルエン、テトラヒドロフラン、ジオキサン又はアルコール系溶剤などの溶媒中において、水素ガス、ヒドラジン又は塩化水素などによって行う方法である。
本発明の組成物に含有されるジアミン成分は、第2のジアミン化合物として下記式[5]で表されるジアミン化合物を含有することができる。
具体的には、式[5]において、Xは、−(CH2)b−OH基(bは0〜4の整数である)、炭素数8〜22の炭化水素基、炭素数1〜6の炭化水素基で置換されたジ置換アミノ基又は下記式[6]で表される基である。
式[6]中、Y2は単結合又は(CH2)b−(bは1〜15の整数である)である。なかでも、単結合又は(CH2)b−(bは1〜10の整数である)が好ましい。
式[6]中、Y3は単結合、−(CH2)c−(cは1〜15の整数である)、−O−、−CH2O−、−COO−又はOCO−である。なかでも、単結合、−(CH2)c−(cは1〜15の整数である)、−O−、−CH2O−、−COO−又はOCO−は、側鎖構造の合成を容易にする観点から好ましく、単結合、−(CH2)c−(cは1〜10の整数である)、−O−、−CH2O−、−COO−又はOCO−がより好ましい。
式[6]中、nは0〜4の整数である。好ましくは、0〜2の整数である。
式[5]の置換基Xを構成する、式[6]におけるY1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6及びnの好ましい組み合わせは、以下の表1〜表42において、(6−1)〜(6−629)として示す。
すなわち、第2のジアミン化合物としては、m−フェニレンジアミン、2,4−ジメチル−m−フェニレンジアミン、2,6−ジアミノトルエン、2,4−ジアミノフェノール、3,5−ジアミノフェノール、3,5−ジアミノベンジルアルコール、2,4−ジアミノベンジルアルコール、4,6−ジアミノレゾルシノールの他、下記の式[5−1]〜[5−41]で示される構造のジアミン化合物を挙げることができる。
上記第2のジアミン化合物は、組成物とした際の溶媒への溶解性や塗布性、液晶配向膜とした場合における液晶の配向性、電圧保持率、蓄積電荷などの特性に応じて、1種類又は2種類以上を混合して使用することもできる。
式[5]で示されるジアミン化合物を製造する方法は特に限定されないが、好ましい方法としては、以下に示すものが挙げられる。
例えば、式[5]で示されるジアミン化合物は、下記式[5A]で示されるジニトロ体を合成し、さらにニトロ基を還元してアミノ基に変換することで得られる。
本発明の効果を損なわない限りにおいて、分子内にカルボキシル基を有するジアミン化合物や、式[5]で示される構造の第2のジアミン化合物の他に、他の構造のジアミン化合物(その他のジアミン化合物とも称する)を用いることができる。これらを併用して反応させ、ポリイミド前駆体を得た後ポリイミドとし、得られたポリイミドを含む組成物を調整して、液晶配向処理剤としてもよい。
その他のジアミン化合物としては、例えば、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、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジカルボキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジフルオロ−4,4’−ビフェニル、3,3’−トリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジアミノビフェニル、2,3’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2’−ジアミノジフェニルメタン、2,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,2’−ジアミノジフェニルエーテル、2,3’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−スルホニルジアニリン、3,3’−スルホニルジアニリン、ビス(4−アミノフェニル)シラン、ビス(3−アミノフェニル)シラン、ジメチル−ビス(4−アミノフェニル)シラン、ジメチル−ビス(3−アミノフェニル)シラン、4,4’−チオジアニリン、3,3’−チオジアニリン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、3,3’−ジアミノジフェニルアミン、3,4’−ジアミノジフェニルアミン、2,2’−ジアミノジフェニルアミン、2,3’−ジアミノジフェニルアミン、N−メチル(4,4’−ジアミノジフェニル)アミン、N−メチル(3,3’−ジアミノジフェニル)アミン、N−メチル(3,4’−ジアミノジフェニル)アミン、N−メチル(2,2’−ジアミノジフェニル)アミン、N−メチル(2,3’−ジアミノジフェニル)アミン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、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、1,4−ジアミノナフタレン、2,2’−ジアミノベンゾフェノン、2,3’−ジアミノベンゾフェノン、1,5−ジアミノナフタレン、1,6−ジアミノナフタレン、1,7−ジアミノナフタレン、1,8−ジアミノナフタレン、2,5−ジアミノナフタレン、2,6ジアミノナフタレン、2,7−ジアミノナフタレン、2,8−ジアミノナフタレン、1,2−ビス(4−アミノフェニル)エタン、1,2−ビス(3−アミノフェニル)エタン、1,3−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、1,3−ビス(3−アミノフェニル)プロパン、1,4−ビス(4アミノフェニル)ブタン、1,4−ビス(3−アミノフェニル)ブタン、ビス(3,5−ジエチル−4−アミノフェニル)メタン、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、1,4−ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,3−ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,4−ビス(4-アミノベンジル)ベンゼン、1,3−ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−[1,4−フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、4,4’−[1,3−フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,4’−[1,4−フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,4’−[1,3−フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,3’−[1,4−フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,3’−[1,3−フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、1,4−フェニレンビス[(4−アミノフェニル)メタノン]、1,4−フェニレンビス[(3−アミノフェニル)メタノン]、1,3−フェニレンビス[(4−アミノフェニル)メタノン]、1,3−フェニレンビス[(3−アミノフェニル)メタノン]、1,4−フェニレンビス(4−アミノベンゾエート)、1,4−フェニレンビス(3−アミノベンゾエート)、1,3−フェニレンビス(4−アミノベンゾエート)、1,3−フェニレンビス(3−アミノベンゾエート)、ビス(4−アミノフェニル)テレフタレート、ビス(3−アミノフェニル)テレフタレート、ビス(4−アミノフェニル)イソフタレート、ビス(3−アミノフェニル)イソフタレート、N,N’−(1,4−フェニレン)ビス(4−アミノベンズアミド)、N,N’−(1,3−フェニレン)ビス(4−アミノベンズアミド)、N,N’−(1,4−フェニレン)ビス(3−アミノベンズアミド)、N,N’−(1,3−フェニレン)ビス(3−アミノベンズアミド)、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)テレフタルアミド、N,N’−ビス(3−アミノフェニル)テレフタルアミド、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)イソフタルアミド、N,N’−ビス(3−アミノフェニル)イソフタルアミド、9,10−ビス(4−アミノフェニル)アントラセン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、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(3−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ビス(3−アミノ−4−メチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2,2’−ビス(3−アミノフェニル)プロパン、2,2’−ビス(3−アミノ−4−メチルフェニル)プロパン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)プロパン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)プロパン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ブタン、1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ブタン、1,5−ビス(4−アミノフェノキシ)ペンタン、1,5−ビス(3−アミノフェノキシ)ペンタン、1,6−ビス(4−アミノフェノキシ)へキサン、1,6−ビス(3−アミノフェノキシ)へキサン、1,7−ビス(4−アミノフェノキシ)ヘプタン、1,7−(3−アミノフェノキシ)ヘプタン、1,8−ビス(4−アミノフェノキシ)オクタン、1,8−ビス(3−アミノフェノキシ)オクタン、1,9−ビス(4−アミノフェノキシ)ノナン、1,9−ビス(3−アミノフェノキシ)ノナン、1,10−(4−アミノフェノキシ)デカン、1,10−(3−アミノフェノキシ)デカン、1,11−(4−アミノフェノキシ)ウンデカン、1,11−(3−アミノフェノキシ)ウンデカン、1,12−(4−アミノフェノキシ)ドデカン、1,12−(3−アミノフェノキシ)ドデカンなどの芳香族ジアミン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタンなどの脂環式ジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノへキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,11−ジアミノウンデカン、1,12−ジアミノドデカンなどの脂肪族ジアミンなどが挙げられる。
その他のジアミン化合物として、ジアミン側鎖にアルキル基、フッ素含有アルキル基、芳香環、脂肪族環又は複素環を有するもの、さらに、これらからなる大環状置換体を有するものなどを挙げることもできる。具体的には、下記式[DA1]〜[DA13]で示されるジアミン化合物を例示することができる。
さらに、下記式[DA14]及び式[DA15]で示されるジアミン化合物を用いることもできる。
本発明の組成物は、分子内にカルボキシル基を有するジアミン化合物等を含むジアミン成分と、脂環構造を有するテトラカルボン酸二無水物成分とを反応(重縮合)させて得られるポリイミド前駆体及び/又はポリイミド前駆体から得られるポリイミドを含有する。また、本発明の液晶配向処理剤は、本発明の組成物を含有するものである。
以下では、本発明のポリイミド前駆体を得るために用いられるテトラカルボン酸二無水物について具体例とともに説明する。
式[7g]中、Z6及びZ7は、水素原子又はメチル基であり、それぞれ同じであっても異なってもよい。
式[7]中、Z1の特に好ましい構造は、重合反応性や合成の容易性から、式[7a]、式[7c]、式[7d]、式[7e]、式[7f]又は式[7g]で示される構造である。なかでも、式[7a]、式[7e]、式[7f]又は式[7g]で示される構造が好ましく、式[7e]、式[7f]又は式[7g]が最も好ましい。
式[7e]、式[7f]又は式[7g]の構造のテトラカルボン酸二無水物を用いる場合、その使用量はテトラカルボン酸二無水物の成分全体のうちの20質量%以上とすることで、所望の効果が得られる。より好ましくは、30質量%以上である。ポリイミドを得るために用いるテトラカルボン酸二無水物の成分の全てを式[7e]、式[7f]又は式[7g]の構造のテトラカルボン酸二無水物とすることも可能である。
その他のテトラカルボン酸二無水物を調製するためのテトラカルボン酸としては、以下の化合物が挙げられる。
その具体例としては、例えば、ピロメリット酸、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7−アントラセンテトラカルボン酸、1,2,5,6−アントラセンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4−ビフェニルテトラカルボン酸、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ジメチルシラン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ジフェニルシラン、2,3,4,5−ピリジンテトラカルボン酸、2,6−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ピリジン、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸、1,3−ジフェニル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸などが挙げられる。
本発明の組成物は、上記したように、カルボキシル基を有するジアミン化合物を含むジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物とを反応させて得られるポリイミド前駆体及び/又は該ポリイミド前駆体をイミド化したポリイミドと、上記式[1]で示される化合物、上記式[2]で示される化合物及び上記式[3]で示される化合物からなる群から選択された少なくとも1種の化合物とを含有して形成される。本発明の特定重合体とは、分子内にカルボキシル基を有するジアミン化合物を含むジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物とから得られるポリイミド前駆体及び/又は該ポリイミド前駆体をイミド化したポリイミドをいう。
ポリイミド前駆体は、下記の式[b]で示されるジアミン成分と下記の式[c]で示されるテトラカルボン酸二無水物成分とを原料とすることで比較的簡便に得られるという理由から、下記の式[d]で示される繰り返し単位の構造式からなるポリイミド前駆体が得られる。
一般的には、1種又は複数種のジアミン化合物からなるジアミン成分と、テトラカルボン酸及びその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種のテトラカルボン酸成分とを反応させて、ポリアミド酸を得る。ポリアミド酸エステルを得るには、ポリアミド酸のカルボキシル基をエステルに変換する方法が用いられる。さらに、ポリイミドを得るには、前記のポリアミド酸をイミド化してポリイミドとする方法が用いられる。
上記ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物とから合成されたポリイミド前駆体から得られるポリイミドは、溶媒への溶解性が向上する。さらに、特定の溶媒を含む組成物の塗布性が向上し、特定重合体であるポリイミド前駆体及び/又はポリイミドを用いた膜の低温焼成化が可能となる。
本発明の特定重合体を得るために用いるジアミン成分に上記式[5]で示される構造の第2のジアミン化合物が含有される場合、その使用量は特定重合体を得る反応に用いるジアミン成分全体の70モル%以下であることが好ましく、より好ましくは60モル%以下である。一方、分子内にカルボキシル基を有するジアミン化合物の好ましい使用量との関係から、好ましくは40モル%以上、特に30モル%以上とすることが好ましい。
さらに、後述する適当な溶媒中でポリイミド前駆体を調製し、脱水閉環反応をさせてポリイミドを得た後、ポリイミドを分離し、上記式[1]で示される化合物、上記式[2]で示される化合物及び上記式[3]で示される化合物からな群から選択された少なくとも1種の化合物を含有する溶媒に溶解することにより、本発明の組成物を得ることができる。
その具体例としては、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−2−ピロリドン(NMP)、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、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、ジペンテン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール−tert−ブチルエーテル、ジプロピ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、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3−メチル−3−メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、n−へキサン、n−ペンタン、n−オクタン、ジエチルエーテル、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸メチルエチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸、3−メトキシプロピオン酸、3−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、ジグライム、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノンなどが挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、混合して使用してもよい。また、ポリイミド前駆体を溶解させない溶媒であっても、生成したポリイミド前駆体が析出しない範囲であれば、上記溶媒に混合して使用することもできる。尚、有機溶媒中の水分は、重合反応を阻害し、生成したポリイミド前駆体を加水分解させる原因となるので、有機溶媒は、脱水乾燥させたものを用いることが好ましい。
ポリイミド前駆体を得るための重合反応においては、ジアミン成分の合計モル数とテトラカルボン酸二無水物の合計モル数との比は、1:0.8〜1:1.2が好ましく、特に、1:0.9〜1:1.1であることが好ましい。通常の重縮合反応と同様に、このモル比が1.0に近いほど生成する重合体の分子量は大きくなる。したがって、場合に応じて適宜選択して合計モル比を決めることが可能である。
本発明のポリイミドにおいて、ポリイミド前駆体の脱水閉環率(イミド化率)は、必ずしも100%である必要はなく、用途や目的に応じて、例えば、35〜95%の範囲、より好ましくは45〜80%の範囲で調整することができる。
ポリイミド前駆体をイミド化させる方法としては、ポリイミド前駆体の溶液をそのまま加熱する熱イミド化、ポリイミド前駆体の溶液に触媒を添加する触媒イミド化などが挙げられる。
ポリイミド前駆体を溶液中で熱イミド化させる場合の温度は、100〜400℃、好ましくは120〜250℃である。ポリイミド前駆体のイミド化においては、イミド化反応により生成する水を反応系外に除きながら行うことが好ましい。
ポリイミド前駆体の触媒イミド化は、ポリイミド前駆体の溶液に、塩基性触媒と酸無水物とを添加し、−20〜250℃、好ましくは0〜180℃で攪拌することにより行うことができる。塩基性触媒の量は、アミド酸基の0.5〜30モル倍、好ましくは2〜20モル倍であり、酸無水物の量は、アミド酸基の1〜50モル倍、好ましくは3〜30モル倍である。
酸無水物としては、無水酢酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸などを挙げることができる。中でも無水酢酸は反応終了後の精製が容易となる点で好ましい。
触媒イミド化によるイミド化率は、触媒量と反応温度、反応時間を調節することで制御可能である。
本発明の液晶配向処理剤は、上述した組成物からなり、液晶配向膜を形成するための塗布液であり、重合体膜を形成するための重合体成分を溶媒に溶解させて得られた溶液状の組成物である。重合体成分は、上記した本発明の特定重合体から選ばれる少なくとも1種の重合体を含む。その際、液晶配向処理剤中の重合体成分の含有量は、0.1〜30質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜30質量%、特に好ましくは1〜25質量%である。
他の構造の重合体としては、例えば、分子内にカルボキシル基を有しないジアミン成分とトラカルボン酸二無水物と反応させて得られるポリイミド前駆体及び/又はポリイミド前駆体をイミド化したポリイミドが挙げられる。
さらには、ポリイミド以外の重合体、具体的には、アクリルポリマー、メタクリルポリマー、ポリスチレン、ポリアミドまたはシロキサン系ポリマーなどが挙げられる。
H3C−CH(OH)−CH2−O−R1 [1]
式[1]中、R1は、−CH3、−C2H5、−C3H7、−C4H9などの炭素数1〜4のアルキル基を表す。
その好ましい具体例としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテルが挙げられる。
HO−CH2−CH2−OR2 [2]
式[2]中、R2は、−CH3、−C2H5、−C3H7、−C4H9などの炭素数1〜3のアルキル基を表す。
その好ましい具体例としては、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が挙げられる。
C5H6O2 [3]
その好ましい具体例としては、フルフリルアルコールが挙げられる。
上記式[1]〜[3]で表される化合物は、1種を用いてもよく、2種以上の混合物を用いてもよい。
上記の[1]〜[3]で表される化合物を溶媒として用いることにより、塗布性に優れた液晶配向処理剤を提供することができる。含有される特定重合体が主にポリイミドである場合、そのポリイミドを溶解し、より低温で液晶配向膜を形成できる液晶配向処理剤を調製することができる。
なお、溶媒としては、上記式[1]〜[3]の化合物のいずれか、又はそれらの混合物のみを用いることが可能である。さらに、液晶配向処理剤の塗布性向上や、液晶配向膜の低温焼成化の妨げとならない範囲内で、適宜、他の有機溶媒を混合して用いることがでる。
他の有機溶媒の含有量は、全溶媒中50質量%以下であり、好ましくは、40質量%以下である。より好ましくは、30質量%以下である。
本発明の液晶配向処理剤は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、液晶配向処理剤を塗布した際の膜の膜厚均一性や表面平滑性をさらに向上させる目的で、塗布性向上のための他の有機溶媒(以下、貧溶媒とも言う。)を含有させることができる。
さらに、本発明の液晶配向処理剤は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、液晶配向処理剤を塗布した際の膜の膜厚均一性や表面平滑性を向上させる化合物、液晶配向膜と基板との密着性を向上させる化合物などを含有することができる。
オキセタン基を有する架橋性化合物としては、下記式[8]で示されるオキセタン基を少なくとも2個有する架橋性化合物が挙げられる。
式[9−42]中、nは1〜10の整数である。)
ヒドロキシル基若しくはアルコキシル基を有するベンゼン又はフェノール性化合物としては、例えば、1,3,5−トリス(メトキシメチル)ベンゼン、1,2,4−トリス(イソプロポキシメチル)ベンゼン、1,4−ビス(sec−ブトキシメチル)ベンゼン、2,6−ジヒドロキシメチル−p−tert−ブチルフェノール等が挙げられる。
具体的には、下記式[10−1]〜[10−48]で示される架橋性化合物である。
さらに、下記式[11]で示される化合物を用いることもできる。
また、本発明液晶配向処理剤に含有される架橋性化合物は、1種類であってもよく、2種類以上組み合わせてもよい。
本発明の液晶配向処理剤における、架橋性化合物の含有量は、重合体成分100質量部に対して、0.1〜150質量部であることが好ましい。架橋反応が進行し、目的の効果を発現し、かつ液晶の配向性を低下させないためには、重合体成分100質量部に対して0.1〜100質量部がより好ましく、特に、1〜50質量部が最も好ましい。
液晶配向処理剤を用いて形成される液晶配向膜中の電荷移動を促進し、この液晶配向膜を用いた液晶セルの電荷抜けを促進させる化合物として、下記式[M1]〜[M155]で示される窒素含有複素環アミン化合物を添加することもできる。これらのアミン化合物は、組成物の溶液に直接添加しても構わないが、適当な溶媒で濃度0.1〜10質量%、好ましくは1〜7質量%の溶液にしてから添加することが好ましい。溶媒としては、上記式[1]〜[3]の化合物の他、ポリアミド酸やポリイミドを溶解させる有機溶媒であれば特に限定されない。
本発明の組成物の一つである液晶配向処理剤を例にして、液晶配向処理剤から液晶配向膜を形成する場合について説明する。液晶配向処理剤は、基板上に塗布し、熱処理により焼成した後、ラビング処理や光照射などで配向処理をして、液晶配向膜を形成する。なお、垂直配向用途などの場合では、配向処理なしでも液晶配向膜が形成できる。
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、ガラス基板の他、アクリル基板やポリカーボネート基板などのプラスチック基板なども用いることができる。プロセスの簡素化の観点からは、液晶駆動のためのITO電極などが形成された基板を用いることが好ましい。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ェハなどの不透明な基板も使用でき、この場合の電極としてはアルミなどの光を反射する材料も使用できる。
液晶配向処理剤の塗布方法は、特に限定されないが、工業的には、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット法などで行う方法が一般的である。その他の塗布方法としては、ディップ法、ロールコータ法、スリットコータ法、スピンナー法、スプレー法などがあり、目的に応じてこれらを用いてもよい。本発明の液晶配向処理剤は、以上の塗布法を用いた場合であっても塗布性は良好である。
液晶配向処理剤を基板上に塗布した後は、特定重合体としてポリイミドが主に含まれる場合、ホットプレート、熱循環型オーブン、IR(赤外線)型オーブンなどの加熱手段により50〜180℃、好ましくは80〜150℃で溶媒を蒸発させて塗膜とすることができる。
本発明の液晶表示素子は、上記した手法により、本発明の液晶配向処理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製して液晶表示素子としたものである。
液晶セルの作製方法としては、液晶配向膜の形成された一対の基板を用意し、片方の基板の液晶配向膜上にスペーサを散布し、液晶配向膜面が内側になるようにして、もう片方の基板を貼り合わせ、液晶を減圧注入して封止する方法、スペーサを散布した液晶配向膜面に液晶を滴下した後に基板を貼り合わせて封止を行う方法などが例示できる。
本発明の液晶配向膜は、電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性化合物を含む液晶組成物を配置し、電極間に電圧を印加しつつ、活性エネルギー線の照射及び加熱の少なくとも一方により重合性化合物を重合させる工程を経て製造される液晶表示素子にも好ましく用いられる。ここで、活性エネルギー線としては、紫外線が好適である。
すなわち、本発明の液晶表示素子は、上記した手法により、液晶配向処理剤から液晶配向膜付き基板を得た後、液晶セルを作製し、紫外線の照射及び加熱の少なくとも一方により重合性化合物を重合することで、液晶分子の配向を制御することができる。
PSA方式の液晶セル作製の一例を挙げるならば、液晶配向膜の形成された一対の基板を用意し、片方の基板の液晶配向膜上にスペーサを散布し、液晶配向膜面が内側になるようにして、もう片方の基板を貼り合わせ、液晶を減圧注入して封止する方法、スペーサを散布した液晶配向膜面に液晶を滴下した後に基板を貼り合わせて封止を行う方法などが挙げられる。
液晶セルを作製した後は、液晶セルに交流又は直流の電圧を印加しながら、熱や紫外線を照射して重合性化合物を重合する。これにより、液晶分子の配向を制御することができる。
さらに、本発明の液晶配向処理剤は、電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性基を含む液晶配向膜を配置し、電極間に電圧を印加する工程を経て製造される液晶表示素子にも好ましく用いられる。ここで、活性エネルギー線としては、紫外線が好適である。紫外線としては、波長が300〜400nm、好ましくは310〜360nmである。加熱による重合の場合、加熱温度は40〜120℃、好ましくは60〜80℃である。
上記した工程を経ることにより液晶表示素子が得られる。これらの液晶表示素子は、本発明の液晶配向膜を有していることから、製造プロセスがより低温なものとなり、信頼性に優れ、大画面で高精細の液晶テレビなどに好適に利用可能である。
実施例及び比較例で用いる略語は、以下の通りである。
D3:p−フェニレンジアミン
D4:m−フェニレンジアミン
D5:ジアミン5:1,3−ジアミノ−4−(オクタデシロキシ)ベンゼン
D6:ジアミン6:1,3−ジアミノ−4−〔4−(トランス−4−n−ヘプチルシクロヘキシル)フェノキシ〕ベンゼン
D7:1,3−ジアミノ−4−{4−〔トランス−4−(トランス−4−n−ペンチルシクロヘキシル)シクロヘキシル〕フェノキシ}ベンゼン
M1:1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
M2: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
M3:3,4−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
M4:2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物
PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル
MCS:メチルセルソルブ(エチレングリコールモノメチルエーテル)
ECS:エチルセルソルブ(エチレングリコールモノエチルエーテル)
FFOH:フルフリルアルコール
<その他の有機溶媒>
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
BCS:エチレングリコールモノブチルエーテル
(ポリイミド酸及びポリイミドの分子量測定)
ポリイミド酸及びポリイミドの分子量は、常温ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)装置(GPC−101)(昭和電工社製)、カラム(KD−803、KD−805)(Shodex社製)を用いて、以下のようにして測定した。
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(リットル)、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:TSK 標準ポリエチレンオキサイド(分子量;約900,000、150,000、100,000、及び30,000)(東ソー社製)及びポリエチレングリコール(分子量;約12,000、4,000、及び1,000)(ポリマーラボラトリー社製)。
合成例におけるポリイミドのイミド化率は次のようにして測定した。ポリイミド粉末(20mg)をNMR(核磁気共鳴)サンプル管(NMRサンプリングチューブスタンダード φ5(草野科学社製))に入れ、重水素化ジメチルスルホキシド(DMSO−d6、0.05質量%TMS(テトラメチルシラン)混合品)(0.53ml)を添加し、超音波をかけて完全に溶解させた。この溶液をNMR測定機(JNW−ECA500)(日本電子データム社製)にて500MHzのプロトンNMRを測定した。イミド化率は、イミド化前後で変化しない構造に由来するプロトンを基準プロトンとして決め、このプロトンのピーク積算値と、9.5〜10.0ppm付近に現れるアミド酸のNH基に由来するプロトンピーク積算値とを用い以下の式によって求めた。
イミド化率(%)=(1−α・x/y)×100
上記式において、xはアミド酸のNH基由来のプロトンピーク積算値、yは基準プロトンのピーク積算値、αはポリアミド酸(イミド化率が0%)の場合におけるアミド酸のNH基プロトン1個に対する基準プロトンの個数割合である。
<合成例1>
M2(3.94g、15.7mmol)、D1(1.60g、10.5mmol)、及びD7(4.56g、10.5mmol)をNMP(30.31g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、M1(1.01g、5.1mmol)とNMP(14.14g)を加え、40℃で6時間反応させポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(1.93g)、及びピリジン(1.49g)を加え、80℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(245ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(A)を得た。得られたポリイミド(A)のイミド化率は55%であり、数平均分子量は21,300、重量平均分子量は63,800であった。
M2(4.32g、17.2mmol)、D1(2.80g、18.4mmol)、及びD7(2.00g、4.6mmol)をNMP(27.34g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、M1(1.07g、5.5mmol)とNMP(13.41g)を加え、40℃で6時間反応させポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.29g)、及びピリジン(1.78g)を加え、80℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(248ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(B)を得た。得られたポリイミド(B)のイミド化率は51%であり、数平均分子量は18,400、重量平均分子量は57,100であった。
M2(9.01g、36.0mmol)、D1(6.57g、43.2mmol)、及びD7(2.09g、4.8mmol)をNMP(53.00g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、M1(2.21g、11.3mmol)とNMP(26.52g)を加え、40℃で6時間反応させポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.44g)、及びピリジン(1.90g)を加え、90℃で2.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(249ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(C)を得た。得られたポリイミド(C)のイミド化率は52%であり、数平均分子量は15,700、重量平均分子量は50,100であった。
M2(5.07g、20.3mmol)、及びD1(4.11g、27.0mmol)をNMP(27.52g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、M1(1.22g、6.2mmol)とNMP(14.05g)を加え、40℃で6時間反応させポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.63g)、及びピリジン(2.04g)を加え、90℃で2.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(250ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(D)を得た。得られたポリイミド(D)のイミド化率は49%であり、数平均分子量は15,700、重量平均分子量は47,000であった。
M2(6.13g、24.5mmol)、及びD1(3.80g、25.0mmol)をNMP(39.7g)中で混合し、80℃で16時間反応させ、ポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.54g)、及びピリジン(1.97g)を加え、90℃で3.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(249ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(E)を得た。得られたポリイミド(E)のイミド化率は49%であり、数平均分子量は14,800、重量平均分子量は42,200であった。
M2(17.65g、70.5mmol)、D1(8.21g、54.0mmol)、及びD7(12.63g、29.1mmol)をNMP(115.46g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、M1(2.28g、11.6mmol)とNMP(47.60g)を加え、40℃で6時間反応させポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.48g)、及びピリジン(1.28g)を加え、90℃で2時間反応させた。この反応溶液をメタノール(247ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(F)を得た。得られたポリイミド(F)のイミド化率は53%であり、数平均分子量は18,900、重量平均分子量は51,400であった。
M2(5.25g、21.0mmol)、D1(4.15g、27.3mmol)、及びD7(6.40g、14.7mmol)をNMP(47.39g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、M1(4.04g、20.6mmol)とNMP(31.94g)を加え、40℃で6時間反応させポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.15g)、及びピリジン(1.67g)を加え、80℃で3.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(247ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(G)を得た。得られたポリイミド(G)のイミド化率は63%であり、数平均分子量19,400は、重量平均分子量は60,400であった。
M2(1.65g、6.6mmol)、D1(2.18g、14.3mmol)、及びD7(3.35g、7.7mmol)をNMP(21.52g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、M1(2.93g、15.0mmol)とNMP(18.91g)を加え、40℃で6時間反応させポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.20g)、及びピリジン(1.71g)を加え、50℃で1.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(247ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(H)を得た。得られたポリイミド(H)のイミド化率は55%であり、数平均分子量は21,600、重量平均分子量は61,400であった。
M2(4.13g、16.5mmol)、D1(2.34g、15.4mmol)、及びD5(2.49g、6.6mmol)をNMP(26.87g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、M1(1.03g、5.2mmol)とNMP(13.06g)を加え、40℃で6時間反応させポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.24g)、及びピリジン(1.73g)を加え、80℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(247ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(I)を得た。得られたポリイミド(I)のイミド化率は55%であり、数平均分子量は18,900、重量平均分子量は59,000であった。
M2(4.13g、16.5mmol)、D1(2.34g、15.4mmol)、及びD6(2.51g、6.6mmol)をNMP(26.95g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、M1(1.04g、5.3mmol)とNMP(13.13g)を加え、40℃で6時間反応させポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.23g)、及びピリジン(1.73g)を加え、80℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(247ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(J)を得た。得られたポリイミド(J)のイミド化率は50%であり、数平均分子量は19,700、重量平均分子量は60,000であった。
M2(4.13g、16.5mmol)、D2(2.34g、15.4mmol)、及びD6(2.51g、6.6mmol)をNMP(26.95g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、M1(1.06g、5.4mmol)とNMP(13.21g)を加え、40℃で6時間反応させポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.23g)、及びピリジン(1.73g)を加え、80℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(247ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(K)を得た。得られたポリイミド(K)のイミド化率は52%であり、数平均分子量は17,900、重量平均分子量は57,600であった。
M3(6.91g、23.0mmol)、D1(2.45g、16.1mmol)、及びD6(2.63g、6.9mmol)をNMP(47.93g)中で混合し、40℃で40時間反応させ、ポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(3.92g)、及びピリジン(3.04g)を加え、40℃で1.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(258ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(L)を得た。得られたポリイミド(L)のイミド化率は69%であり、数平均分子量は10,900、重量平均分子量は24,400であった。
M4(5.13g、22.9mmol)、D1(2.45g、16.1mmol)、及びD6(2.63g、6.9mmol)をNMP(40.82g)中で混合し、60℃で24時間反応させ、ポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.30g)、及びピリジン(1.78g)を加え、90℃で2時間反応させた。この反応溶液をメタノール(248ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(M)を得た。得られたポリイミド(M)のイミド化率は49%であり、数平均分子量は15,800、重量平均分子量は36,500であった。
M2(5.63g、22.5mmol)、及びD3(3.24g、30.0mmol)をNMP(26.62g)中で混合し、40℃で5時間反応させた後、M1(1.24g、6.3mmol)とNMP(13.8g)を加え、25℃で6時間反応させポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え5質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.96g)、及びピリジン(2.29g)を加え、90℃で2.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(298ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(N)を得た。得られたポリイミド(N)のイミド化率は51%であり、数平均分子量は15300、重量平均分子量は68800であった。このポリイミドは、ジアミン成分として分子内にカルボキシル基を有するジアミン化合物を用いていない。
M2(11.26g、45.0mmol)、及びD4(6.49g、60.0mmol)をNMP(53.2g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、M1(2.73g、13.9mmol)とNMP(28.7g)を加え、40℃で6時間反応させポリアミド酸溶液を得た。
このポリアミド酸溶液(30.0g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.44g)、及びピリジン(3.44g)を加え、90℃で2.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(378ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(O)を得た。得られたポリイミド(O)のイミド化率は50%であり、数平均分子量は17,600、重量平均分子量は52,000であった。このポリイミドは、ジアミン成分として分子内にカルボキシル基を有するジアミン化合物を用いていない。
合成例で得られたポリイミドの組成、イミド化率等についてまとめて表43に示す。
<実施例1〜13、比較例1及び比較例2>
実施例1〜13として、合成例1〜13で得られたポリイミド粉末(A)〜(M)を用い、PGME(プロピレングリコールモノメチルエーテル)、MCS(エチレングリコールモノメチルエーテル)、ECS(エチレングリコールモノエチルエーテル)、及びFFOH(フルフリルアルコール)の各溶媒に対する溶解性を比較した。
同様に、比較例1及び比較例2として、合成例14及び合成例15で得られたポリイミド粉末(N)及び(O)を用い、PGME、MCS、ECS、及びFFOHの各溶媒に対する溶解性を比較した。
試験方法は、下記の通りである。すなわち、各ポリイミド粉末(A)〜(O)(1.0g)に、PGME(15.7g)を加え、25℃にて24時間攪拌し、濁りや析出などの有無を目視で確認して溶解性を確認した。
さらに、MCS、ECS、及びFFOHを用いて、上記と同様の方法で試験を行い、濁りや析出などの有無を目視で確認して溶解性を確認した。
溶解性試験の結果をまとめて表44に示す。
<実施例14〜17>
合成例1、合成例6、合成例11及び合成例13で得られたポリイミド粉末(A)、(F)、(K)及び(M)(各1.0g)のそれぞれに、PGME(27.6g)を加え、50℃にて24時間攪拌し、各ポリイミドを溶解させた。いずれのポリイミド溶液とも、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
次いで、得られた各ポリイミド溶液を細孔径1μmのメンブランフィルタで加圧濾過し、ポリイミド成分の含有量が3.5質量%である液晶配向処理剤(1)〜(4)を得た。
<実施例18〜21>
合成例1、合成例6、合成例11及び合成例13で得られたポリイミド粉末(A)、(F)、(K)及び(M)(各1.0g)のそれぞれに、MCS(27.6g)を加え、50℃にて24時間攪拌し、各ポリイミドを溶解させた。いずれのポリイミド溶液とも、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
次いで、得られた各ポリイミド溶液を細孔径1μmのメンブランフィルタで加圧濾過し、ポリイミド成分の含有量が3.5質量%である液晶配向処理剤(5)〜(8)を得た。
合成例1、合成例6、合成例11及び合成例13で得られたポリイミド粉末(A)、(F)、(K)及び(M)(各1.0g)のそれぞれに、ECS(27.6g)を加え、50℃にて24時間攪拌し、各ポリイミドを溶解させた。いずれのポリイミド溶液とも、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
次いで、得られた各ポリイミド溶液を細孔径1μmのメンブランフィルタで加圧濾過し、ポリイミド成分の含有量が3.5質量%である液晶配向処理剤(9)〜(12)を得た。
<実施例26〜29>
合成例1、合成例6、合成例11及び合成例13で得られたポリイミド粉末(A)、(F)、(K)及び(M)(各1.0g)のそれぞれに、FFOH(27.6g)を加え、50℃にて24時間攪拌し、ポリイミドを溶解させた。ポリイミド溶液は、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
次いで、得られたポリイミド溶液を細孔径1μmのメンブランフィルタで加圧濾過し、ポリイミド成分の含有量が3.5質量%である液晶配向処理剤(13)〜(16)を得た。
合成例1、合成例6、合成例11及び合成例13で得られたポリイミド粉末(A)、(F)、(K)及び(M)(各1.0g)のそれぞれに、PGME(13.3g)を加え、50℃にて24時間攪拌し、各ポリイミドを溶解させた。さらに得られた各溶液のそれぞれに、NMP(14.3g)を加えて攪拌し、各ポリイミド溶液を得た。いずれのポリイミド溶液とも、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
次いで、得られた各ポリイミド溶液を細孔径1μmのメンブランフィルタで加圧濾過し、ポリイミド成分の含有量が3.5質量%である液晶配向処理剤(17)〜(20)を得た。
<実施例34〜37>
合成例1、合成例6、合成例11及び合成例13で得られたポリイミド粉末(A)、(F)、(K)及び(M)(各1.0g)のそれぞれに、PGME(13.3g)を加え、50℃にて24時間攪拌し、各ポリイミドを溶解させた。さらに得られた各溶液にそれぞれに、NMP(11.4g)及びBCS(2.9g)を加えて攪拌し、各ポリイミド溶液を得た。いずれのポリイミド溶液とも、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
次いで、得られた各ポリイミド溶液を細孔径1μmのメンブランフィルタで加圧濾過し、ポリイミド成分の含有量が3.5質量%である液晶配向処理剤(21)〜(24)を得た。
合成例1、合成例6、合成例11及び合成例13で得られたポリイミド粉末(A)、(F)、(K)及び(M)(各1.0g)のそれぞれに、MCS(13.3g)を加え、50℃にて24時間攪拌し、各ポリイミドを溶解させた。さらに得られた各溶液それぞれに、NMP(14.3g)を加えて攪拌し、各ポリイミド溶液を得た。いずれのポリイミド溶液とも、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
次いで、得られた各ポリイミド溶液を細孔径1μmのメンブランフィルタで加圧濾過し、ポリイミド成分の含有量が3.5質量%である液晶配向処理剤(25)〜(28)を得た。
<実施例42>
合成例1で得られたポリイミド粉末(A)(1.0g)に、ECS(13.3g)を加え、50℃にて24時間攪拌し、ポリイミドを溶解させた。さらに得られた溶液に、NMP(14.3g)を加えて攪拌し、ポリイミド溶液を得た。このポリイミド溶液に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
次いで、得られたポリイミド溶液を細孔径1μmのメンブランフィルタで加圧濾過し、ポリイミド成分の含有量が3.5質量%である液晶配向処理剤(29)を得た。
<実施例43>
合成例1で得られたポリイミド粉末(A)(1.0g)に、FFOH(13.3g)を加え、50℃にて24時間攪拌し、ポリイミドを溶解させた。さらに得られた溶液に、NMP(5.72g)及びBCS(8.57g)を加えて攪拌し、ポリイミド溶液を得た。このポリイミド溶液に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
次いで、得られたポリイミド溶液を細孔径1μmのメンブランフィルタで加圧濾過し、ポリイミド成分の含有量が3.5質量%である液晶配向処理剤(30)を得た。
実施例1のポリイミド粉末(A)(2.0g)に、NMP(31.3g)を加え、50℃にて24時間攪拌し、ポリイミドを溶解させた。このポリイミド溶液に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
次いで、得られた各ポリイミド溶液を細孔径1μmのメンブランフィルタで加圧濾過し、ポリイミド成分の含有量が6質量%である液晶配向処理剤(31)を得た。
実施例14〜43及び比較例3で得られた液晶配向処理剤について、用いた溶媒及び溶媒に対する溶解性等を表45及び表46に示す。
実施例14〜43で得られた液晶配向処理剤(1)〜(30)を用いて液晶配向膜を形成し、それぞれの液晶配向膜を有する液晶表素子を作製した。液晶表示素子としては、液晶配向膜の特性に対応して、垂直配向の液晶セルを作製した。
液晶セルの作製方法としては、液晶配向処理剤(1)〜(30)をITO電極付きガラス基板(縦40mm×横30mm、厚さ0.7mm)にスピンコートし、80℃のホットプレート上で5分間乾燥させた後、膜厚100nmの塗膜として液晶配向膜を形成し、液晶配向膜付き基板を得た。基板上に形成された液晶配向膜はいずれも膜厚の均一性に優れ、液晶配向処理剤(1)〜(30)は優れた塗布性を示すことがわかった。
この液晶配向膜付き基板を2枚用意し、一方の液晶配向膜面上に6μmのスペーサを散布した後、この上からシール剤(XN−1500T、三井化学社製)を印刷した。次いで、他方の基板と液晶配向膜面が向き合うようにして貼り合わせた後、シール剤を熱循環型クリーンオーブン中にて150℃で90分間加熱処理をすることにより硬化して空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、ネマティック液晶(MLC−6608、メルク社製)を注入し、注入口を封止して、垂直配向の液晶セルを得た。
得られた液晶セルについて、液晶の配向状態を偏光顕微鏡(ECLIPSE E600WPOL、ニコン社製)で観察したところ、欠陥の無い均一な液晶の垂直配向が形成されていることが確認された。
液晶表示素子の液晶の配向状態の結果を、表47にまとめて示す。
液晶表示素子の電圧保持率の計算結果を表48に示す。
実施例14、実施例18及び実施例22の液晶配向処理剤(1)、(5)及び(9)を用いた液晶表示素子は、高い電圧保持率を示すことが分かった。
なお、2011年5月27日に出願された日本特許出願2011−118823号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (12)
- カルボキシル基を有するジアミン化合物を含むジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物とを反応させて得られるポリイミド前駆体及び/又はポリイミド前駆体をイミド化したポリイミドと、
下記式[1]で示される化合物、下記式[2]で示される化合物及び下記式[3]で示される化合物からなる群から選択された少なくとも1種の化合物を全溶媒中70〜100質量%含有する溶媒と、を含有することを特徴とする組成物。
H3C−CH(OH)−CH2−O−R1 [1]
(式[1]中、R1は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
HO−CH2−CH2−OR2 [2]
(式[2]中、R2は、炭素数1〜3のアルキル基を表す。)
C5H6O2 [3] - 前記式[3]で示される化合物はフルフリルアルコールである請求項1に記載の組成物。
- 前記カルボキシル基を有するジアミン化合物が、−(CH2)a−COOH基(aは0〜4の整数である)を有するジアミン化合物である請求項1又は2に記載の組成物。
- 前記カルボキシル基を有するジアミン化合物の含有量は、前記ジアミン成分中の40〜100モル%である請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記ジアミン成分は、下記式[5]で示される構造の第2のジアミン化合物を含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の組成物を含む液晶配向処理剤。
- 請求項9に記載の液晶配向処理剤から得られる液晶配向膜。
- 請求項10に記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
- 電極と請求項10に記載の液晶配向膜とを備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性化合物を含む液晶組成物を配置し、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性化合物を重合させる工程を経て製造する液晶表示素子の製造方法。
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