JP6102752B2 - 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

本発明は、液晶配向膜を形成する際に用いる液晶配向処理剤、及び該液晶配向処理剤から得られる液晶配向膜を有する液晶表示素子に関するものである。
現在、液晶表示素子の液晶配向膜としては、ポリアミド酸などのポリイミド前駆体や可溶性ポリイミドの溶液を主成分とする液晶配向処理剤を塗布し焼成した、いわゆるポリイミド系の液晶配向膜が主として用いられている。
液晶配向膜は、液晶の配向状態を制御する目的で使用されるものである。しかしながら、液晶表示素子の高精細化に伴い、液晶表示素子のコントラスト低下の抑制や残像現象の低減といった観点から、液晶表示素子に用いられる液晶配向膜においても、電圧保持率が高いこと、直流電圧を印加した際の蓄積電荷が少ないこと、直流電圧により蓄積した電荷の緩和が早いこと等の特性が次第に重要となってきている。
ポリイミド系の液晶配向膜の形成においては、直流電圧によって発生した残像が消えるまでの時間が短いものとして、ポリアミド酸やイミド基含有ポリアミド酸に加えて、特定構造の3級アミンを含有する液晶配向処理剤を使用したもの(例えば特許文献1参照)、ピリジン骨格などを有する特定ジアミンを原料に使用した可溶性ポリイミドを含有する液晶配向処理剤を使用したもの(例えば特許文献2参照)などが知られている。
また、電圧保持率が高く、かつ直流電圧によって発生した残像が消えるまでの時間が短いものとして、ポリアミド酸や該ポリアミド酸をイミド化した重合体などに加えて、分子内に1個のカルボン酸基を含有する化合物、分子内に1個のカルボン酸無水物基を含有する化合物及び分子内に1個の3級アミノ基を含有する化合物から選ばれる化合物を、極少量含有する液晶配向処理剤を使用したもの(例えば特許文献3参照)が知られている。
日本特開平9−316200号公報 日本特開平10−104633号公報 日本特開平8−76128号公報
近年の液晶表示素子の高性能化に伴い、大画面で高精細の液晶テレビや、車載用途、例えば、カーナビゲーションシステムやメーターパネルなどの用途に液晶表示素子が用いられている。こうした用途では、高輝度を得るために、発熱量の大きいバックライトを使用する場合がある。このため、液晶配向膜には、さらに別の観点からの高い信頼性、すなわち、バックライトからの光に対する高い安定性が要求されるようになってきている。そのため、液晶配向膜の電気特性、すなわち、電圧保持率及び直流電圧により蓄積する電荷の緩和特性に関しても、初期特性が良好なだけでなく、例えば、バックライトの光に長時間曝された後であっても、良好な特性を維持することが求められている。この電圧保持率及び直流電圧により蓄積する電荷の緩和特性が大きく低下した場合、液晶表示素子の表示不良である、線焼き付きや面焼き付きが発生しやすくなり、信頼性の高い液晶表示素子を得ることができない。したがって、液晶配向膜においては、初期特性が良好なことに加え、例えば、長時間、光の照射に曝された後であっても、電圧保持率が低下しにくく、かつ直流電圧により電荷が蓄積しにくいことが求められている。
本発明の目的は、上記の事情に鑑みなされたものであって、初期特性に加えて、長時間、光の照射に曝されても、電圧保持率の低下を抑制し、さらに直流電圧により蓄積する電荷の緩和が速い液晶配向膜を得ることができる液晶配向処理剤、及び該液晶配向処理剤から得られる液晶配向膜を有する、過酷な使用環境での長期使用に耐えうる信頼性の高い液晶表示素子を提供することにある。
本発明者は、鋭意研究を行った結果、特定構造を有する化合物を含む液晶配向処理剤が、上記の目的を達成するために極めて有効であることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の要旨を有するものである。
(1)下記の成分(A)及び成分(B)を含有する液晶配向処理剤。
成分(A):分子内に窒素含有芳香族複素環とヒドロキシル基又は炭素数1〜3のアルコキシル基を有し、かつ前記ヒドロキシル基又は炭素数1〜3のアルコキシル基が、脂肪族炭化水素基又は非芳香族環式炭化水素基に結合している化合物。
成分(B):ポリイミド前駆体及びポリイミド前駆体をイミド化したポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体。
(2)前記成分(A)の化合物が、下記式[1]で示される化合物である上記(1)に記載の液晶配向処理剤。
Figure 0006102752
(式[1]中、Xは脂肪族炭化水素基又は非芳香族環式炭化水素基を有する2価の有機基であり、Xは窒素含有芳香族複素環であり、Rは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基である。)
(3)前記成分(A)の化合物が、下記式[1a]で示される化合物である上記(1)に記載の液晶配向処理剤。
Figure 0006102752
(式[1a]中、Xは炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基又は炭素数1〜20の非芳香族環式炭化水素基であり、Xは単結合、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−、−N(CH)CO−又は−O(CH−(mは1〜5の整数である)であり、Xは窒素含有芳香族複素環であり、Rは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基である。)
(4)式[1a]中、Xが炭素数1〜10の直鎖状アルキル基、炭素数1〜10の分岐状アルキル基又はシクロヘキサン環である上記(3)に記載の液晶配向処理剤。
(5)式[1a]中、Xが単結合、−O−、−NH−、−CONH−、−NHCO−、−COO−、−OCO−又は−O(CH−(mは1〜5の整数である)である上記(3)又は(4)に記載の液晶配向処理剤。
(6)式[1a]中、Xがピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環又はピリミジン環である上記(3)〜(5)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(7)式[1a]中、Rが水素原子又はメチル基である上記(3)〜(6)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(8)(B)成分が、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させて得られるポリアミド酸及び該ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体である上記(1)〜(7)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(9)前記ジアミン成分が、下記式[2]で示される側鎖を有するジアミン化合物である上記(8)に記載の液晶配向処理剤。
Figure 0006102752
(式[2]中、Yは単結合、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又は−N(CH)CO−である。Yは単結合又は−(CH−(bは1〜15の整数である)である。Yは単結合、−(CH−(cは1〜10の整数である)、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又は−N(CH)CO−である。Yはベンゼン環、シクロヘキサン環及び複素環から選ばれる2価の環状基、又はステロイド骨格を有する炭素数12〜25の2価の有機基を示し、前記環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよい。Yはベンゼン環、シクロヘキサン環及び複素環から選ばれる2価の環状基を示し、これらの環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよく、nは0〜4の整数を示す。Yは炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜18のアルコキシル基又は炭素数1〜18のフッ素含有アルコキシル基を示す。)
(10)式[2]の側鎖を有するジアミン化合物が、下記式[2a]で示されるジアミン化合物である上記(9)に記載の液晶配向処理剤。
Figure 0006102752
(式[2a]中、Yは単結合、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又は−N(CH)CO−である。Yは単結合又は−(CH−(bは1〜15の整数である)である。Yは単結合、−(CH−(cは1〜10の整数である)、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又は−N(CH)CO−である。Yはベンゼン環、シクロヘキサン環及び複素環から選ばれる2価の環状基、又はステロイド骨格を有する炭素数12〜25の2価の有機基を示し、前記環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよい。Yはベンゼン環、シクロヘキサン環及び複素環から選ばれる2価の環状基を示し、これらの環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよく、nは0〜4の整数を示す。Yは炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜18のアルコキシル基又は炭素数1〜18のフッ素含有アルコキシル基を示す。mは1〜4の整数である。)
(11)式[2]の側鎖を有するジアミン化合物又は式[2a]で示されるジアミン化合物が、ジアミン成分中の5〜80モル%である上記(9)又は(10)に記載の液晶配向処理剤。
(12)前記テトラカルボン酸成分が、下記式[3]で表されるテトラカルボン酸二無水物である上記(8)〜(11)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
Figure 0006102752
(式[3]中、Zは炭素数4〜13の4価の有機基であり、かつ炭素数4〜10の非芳香族環状炭化水素基を含有する。)
(13)Zが、下記式[3a]〜式[3j]で示される構造である上記(12)に記載の液晶配向処理剤。
Figure 0006102752
(式[3a]中、Z〜Zは水素原子、メチル基、塩素原子又はベンゼン環であり、それぞれ、同じであっても異なってもよい。式[3g]中、Z及びZ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。)
(14)前記成分(B)の重合体が、ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドである上記(1)〜(13)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(15)前記(B)成分の100質量部に対し、成分(A)が0.1〜20質量部である上記(1)〜(14)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(16)液晶配向処理剤の全量(100質量%)に対して、5〜60質量%の貧溶媒を含有する上記(1)〜(15)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(17)上記(1)〜(16)のいずれかに記載の液晶配向処理剤を用いて得られる液晶配向膜。
(18)上記(17)に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
(19)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される液晶表示素子に用いられる上記(17)に記載の液晶配向膜。
(20)上記(19)に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
(21)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、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性基を重合させる工程を経て製造される液晶表示素子に用いられる上記(17)に記載の液晶配向膜。
(22)上記(21)に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
本発明の液晶配向処理剤を用いることによって、初期特性に加えて、長時間、光の照射に曝されても、電圧保持率の低下を抑制し、さらに直流電圧により蓄積する電荷の緩和が速い液晶配向膜を得ることができる。さらには過酷な使用環境での長期使用に耐えうる信頼性の高い液晶表示素子を提供することができる。
以下に、本発明について詳細に説明する。
本発明は、下記の成分(A)及び成分(B)を含有する液晶配向処理剤、該液晶配向処理剤を用いて得られる液晶配向膜、さらには、該液晶配向膜を有する液晶表示素子である。
成分(A):分子内に窒素含有芳香族複素環とヒドロキシル基又は炭素数1〜3のアルコキシル基を有し、かつ前記ヒドロキシル基又は炭素数1〜3のアルコキシル基が、脂肪族炭化水素基又は非芳香族環式炭化水素基に結合している化合物(特定化合物ともいう)。
成分(B):ポリイミド前駆体及びポリイミド前駆体をイミド化したポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体(重合体ともいう)。
本発明の液晶配向処理剤において、特定化合物中の窒素含有芳香族複素環は、その共役構造により電子のホッピングサイト(授受を行う部位)として機能するので、液晶配向膜中の電荷の移動を促進する。
また、液晶配向膜とした際に、窒素含有芳香族複素環と重合体中のカルボキシル基とが塩形成や水素結合といった静電的相互作用で結ばれることで、重合体中のカルボキシル基と特定化合物中の窒素含有芳香族複素環との間で電荷の移動が起こる。
さらに、特定化合物中のヒドロキシル基又は炭素数1〜3のアルコキシル基は、熱により、重合体中のカルボキシル基やカルボキシエステル基に対して、水又はアルコールの脱離を伴うエステル化反応や、特定化合物中のヒドロキシル基又は炭素数1〜3のアルコキシル基同士による水又はアルコールの脱離を伴うエーテル化反応が生ずることが知られている。
また、上述したように、本発明の液晶配向処理剤から得られた液晶配向膜は、特定化合物中の窒素含有芳香族複素環と重合体中のカルボキシル基とが、塩形成や水素結合といった静電的相互作用で結ばれていることから、液晶配向膜を形成する際の焼成工程や、液晶表示素子を作製する際のシール剤の硬化工程において、ポリマー間の架橋反応が起こり、物理的な安定性が向上し、さらには、熱や光に対する耐性が高いものとなる。
加えて、本発明では、架橋反応を起こす特定化合物が、重合体に結合していることから、架橋性化合物を添加した場合に起こる未反応成分の残存による液晶表示素子特性の低下などの問題は発生しない。
<特定化合物>
本発明の液晶配向処理剤に含有される特定化合物は、分子内に窒素含有芳香族複素環とヒドロキシル基(水酸基ともいう)又は炭素数1〜3のアルコキシル基を有し、かつ前記水酸基が脂肪族炭化水素基又は非芳香族環式炭化水素基に結合している化合物である。
より具体的には、下記式[1]で示される化合物である。
Figure 0006102752
式[1]中、Xは、特定化合物中に含まれるヒドロキシル基又は炭素数1〜3のアルコキシル基が特定重合体と反応しやすくするため、脂肪族炭化水素基又は非芳香族環式炭化水素基を有する2価の有機基である。
脂肪族炭化水素基の具体例としては、直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基又は不飽和結合を有する炭化水素基等を挙げることができる。なかでも、炭素数が1〜20の直鎖状アルキル基又は炭素数が1〜20の分岐状アルキル基が好ましい。より好ましくは炭素数が1〜15の直鎖状アルキル基又は炭素数が1〜15の分岐状アルキル基であり、さらに好ましくは炭素数が1〜10の直鎖状アルキル基又は炭素数が1〜10の分岐状アルキル基である。
非芳香族環式炭化水素基の具体例としては、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環、シクロノナン環、シクロデカン環、シクロウンデカン環、シクロドデカン環、シクロトリデカン環、シクロテトラデカン環、シクロペンタデカン環、シクロヘキサデカン環、シクロヘプタデカン環、シクロオクタデカン環、シクロノナデカン環、シクロイコサン環、トリシクロエイコサン環、トリシクロデコサン環、ビシクロへキシル環、ビシクロヘプタン環、デカヒドロナフタレン環、ノルボルネン環、アダマンタン環などが挙げられる。なかでも、非芳香族環式炭化水素基としては、炭素数3〜20からなる環が好ましい。より好ましくは炭素数3〜15からなる環であり、さらに好ましくは炭素数6〜12からなる環である。具体的には、シクロヘキサン環又はビシクロへキシル環であり、特に好ましくは、シクロヘキサン環である。
また、Xに含まれるヒドロキシル基又は炭素数1〜3のアルコキシル基に隣接しない任意の脂肪族炭化水素基又は非芳香族環式炭化水素基中の−CH−は、−O−、−NH−、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−CO−、−S−、−S(O)−、−CF−、−C(CF−、−C(CH−、−Si(CH−、−O−Si(CH−、−Si(CH−O−、−O−Si(CHO−、環状炭化水素基及び複素環で置き換えられてもよい。また、任意の炭素原子に結合している水素原子は、炭素数1〜10の直鎖状アルキル基、炭素数1〜10の分岐状アルキル基、炭素数1〜10の環状炭化水素基、炭素数1〜5のフッ素含有アルキル基、複素環、フッ素原子又は水酸基で置き換えられても良い。
環状炭化水素基の具体例としてはベンゼン環、ナフタレン環、テトラヒドロナフタレン環、アズレン環、インデン環、フルオレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フェナレン環、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環、シクロノナン環、シクロデカン環、シクロウンデカン環、シクロドデカン環、シクロトリデカン環、シクロテトラデカン環、シクロペンタデカン環、シクロヘキサデカン環、シクロヘプタデカン環、シクロオクタデカン環、シクロノナデカン環、シクロイコサン環、トリシクロエイコサン環、トリシクロデコサン環、ビシクロヘプタン環、デカヒドロナフタレン環、ノルボルネン環、アダマンタン環などが挙げられる。
複素環の具体例としては、ピロール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、ピラゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、プリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、チノリン環、フェナントロリン環、インドール環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、フェノチアジン環、オキサジアゾール環、アクリジン環などを挙げることができる。
式[1]中、Xは窒素含有芳香族複素環であり、下記の式[1−A]、式[1−B]及び[1−C]からなる群から選ばれる少なくとも1種の構造を含有する芳香族複素環である。
Figure 0006102752
式[1−C]中、Aは炭素数1〜5の直鎖状アルキル基又は炭素数1〜5の分岐状アルキル基である。
具体的には、ピロール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、ピラゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、プリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、チノリン環、フェナントロリン環、インドール環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、フェノチアジン環、オキサジアゾール環、アクリジン環などを挙げることができる。
式[1]中、好ましいXとしては、ピロール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、ピラゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、プリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、チノリン環、フェナントロリン環、インドール環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、フェノチアジン環、オキサジアゾール環又はアクリジン環であり、より好ましいのは、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピラゾリン環、カルバゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環である。さらに好ましいのは、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環であり、特に好ましいのは、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環である。
式[1]中、Rは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基であり、好ましくは、水素原子または炭素数1または2であり、特に好ましくは水素原子またはメチルである。
式[1]中、nは1〜4の整数である。
本発明の特定化合物のより具体的な構造は、下記式[1a]で示される化合物である。
Figure 0006102752
式[1a]中、Xは炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基又は炭素数1〜20の非芳香族環式炭化水素基である。
炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基の具体例としては、炭素数1〜20の直鎖状アルキル基、炭素数1〜20の分岐状アルキル基又は炭素数1〜20の不飽和結合を有する炭化水素基等を挙げることができる。なかでも、炭素数が1〜20の直鎖状アルキル基又は炭素数が1〜20の分岐状アルキル基が好ましい。より好ましくは炭素数が1〜15の直鎖状アルキル基又は炭素数が1〜15の分岐状アルキル基であり、さらに好ましくは炭素数が1〜10の直鎖状アルキル基又は炭素数が1〜10の分岐状アルキル基である。
炭素数1〜20の非芳香族環式炭化水素基の具体例としては、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環、シクロノナン環、シクロデカン環、シクロウンデカン環、シクロドデカン環、シクロトリデカン環、シクロテトラデカン環、シクロペンタデカン環、シクロヘキサデカン環、シクロヘプタデカン環、シクロオクタデカン環、シクロノナデカン環、シクロイコサン環、トリシクロエイコサン環、トリシクロデコサン環、ビシクロへキシル環、ビシクロヘプタン環、デカヒドロナフタレン環、ノルボルネン環、アダマンタン環などが挙げられる。なかでも、炭素数1〜20の非芳香族環式炭化水素基としては、炭素数3〜20からなる環が好ましい。より好ましくは炭素数3〜15からなる環であり、さらに好ましくは炭素数6〜12からなる環である。具体的には、シクロヘキサン環、ビシクロへキシル環であり、特に好ましくは、シクロヘキサン環である。
式[1a]中、Xは単結合、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−、−N(CH)CO−又は−O(CH−(mは1〜5の整数である)である。なかでも、単結合、−O−、−NH−、−CONH−、−NHCO−、−COO−、−OCO−又は−O(CH−(mは1〜5の整数である)が好ましい。
式[1a]中、Xは窒素含有芳香族複素環であり、上述した式[1−A]、式[1−B]及び[1−C]からなる群から選ばれる少なくとも1種の構造を含有する芳香族複素環である。
具体的には、ピロール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、ピラゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、プリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、チノリン環、フェナントロリン環、インドール環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、フェノチアジン環、オキサジアゾール環、アクリジン環などを挙げることができる。
式[1a]中、好ましいXとしては、ピロール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、ピラゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、プリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、チノリン環、フェナントロリン環、インドール環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、フェノチアジン環、オキサジアゾール環又はアクリジン環であり、より好ましいのは、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピラゾリン環、カルバゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環又はベンゾイミダゾール環である。さらに好ましいのは、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環であり、特に好ましいのは、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環である。
式[1a]中、XはXに含まれる式[1−A]、式[1−B]又は式[1−C]と隣り合わない炭素原子と結合していることが好ましい。
式[1a]中、Rは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基である。なかでも、水素原子、炭素数1又は炭素数2のアルキル基が好ましく、水素原子又はメチル基がより好ましく、水素原子が最も好ましい。
式[1a]中、nは1〜4の整数である。なかでも、1又は2の整数が好ましい。
式[1a]におけるX、X、X及びRの好ましい組み合わせは、表1〜表32に示すとおりである。
Figure 0006102752
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Figure 0006102752
さらに具体的には、下記の式[M1]〜式[M154]で示される化合物である。
Figure 0006102752
Figure 0006102752
Figure 0006102752
Figure 0006102752
Figure 0006102752
Figure 0006102752
なかでも、式[M16]、式[M17]、式[M19]、式[M20]、式[M35]、式[M36]、式[M52]、式[M60]、式[M62]、式[M68]〜式[M71]、式[M117]〜式[M120]、式[M127]、式[M134]、式[M135]又は式[M139]が好ましい。より好ましくは、式[M16]、式[M17]、式[M20]、式[M35]、式[M36]、式[M62]、式[M119]、式[M134]、式[M135]又は式[M139]である。さらに好ましいのは、式[M20]、式[M35]、式[M36]、式[M62]、式[M119]、式[M135]又は式[M139]である。
上記の特定化合物は1種類又は2種類以上を混合して使用することができる。
<特定側鎖構造>
本発明の液晶配向処理剤に含有される重合体、すなわち、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分との反応によって得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体を脱水閉環させて得られるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種は、下記式[2]で示される側鎖(特定側鎖構造ともいう)を含有する重合体(特定重合体ともいう)であることが好ましい。この特定側鎖構造は、側鎖部分にベンゼン環、シクロヘキサン環又は複素環から選ばれる2価の環状基、又はステロイド骨格を有する炭素数12〜25の2価の有機基である。これにより、側鎖部位の熱や紫外線照射に対する安定性が向上する。そのため、熱や光に対してもプレチルト角が安定になる。また、熱や紫外線照射による側鎖成分の分解に伴うプレチルト角の低下を抑えることができる。さらに、熱や紫外線照射による側鎖成分の分解に伴う、電圧保持率の低下も抑制することができる。
Figure 0006102752
式[2]中、Yは単結合、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又は−N(CH)CO−である。なかでも、単結合、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−O−、−CONH−、−CHO−又は−COO−は、側鎖構造を合成しやすいので好ましい。より好ましくは、単結合、−(CH−(aは1〜10の整数である)、−O−、−CONH−、−CHO−又は−COO−である。さらに好ましくは、単結合、−(CH−(aは1〜10の整数である)、−O−、−CHO−又は−COO−である。
式[2]中、Yは単結合又は(CH−(bは1〜15の整数である)である。なかでも、単結合又は−(CH−(bは1〜10の整数である)が好ましい。
式[2]中、Yは単結合、−(CH−(cは1〜15の整数である)、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又は−N(CH)CO−である。なかでも、単結合、−(CH−(cは1〜15の整数である)、−O−、−CHO−、−COO−又は−OCO−は、合成しやすいので好ましい。より好ましくは、単結合、−(CH−(cは1〜10の整数である)、−O−、−CHO−、−COO−又は−OCO−である。
式[2]中、Yはベンゼン環、シクロヘキサン環又は複素環から選ばれる2価の環状基、又はステロイド骨格を有する炭素数12〜25の2価の有機基を示し、前記環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよい。なかでも、ベンゼン環、シクロへキサン環又はステロイド骨格を有する炭素数12〜25の有機基が好ましい。
式[2]中、Yはベンゼン環、シクロへキサン環及び複素環から選ばれる2価の環状基であって、これらの環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよい。なかでも、ベンゼン環又はシクロヘキサン環が好ましい。
式[2]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[2]中、Yは炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜18のアルコキシル基又は炭素数1〜18のフッ素含有アルコキシル基である。なかでも、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜10のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜18のアルコキシル基又は炭素数1〜10のフッ素含有アルコキシル基が好ましい。より好ましくは、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシル基である。さらに好ましくは、炭素数1〜9のアルキル基又は炭素数1〜9のアルコキシル基である。
式[2]におけるY、Y、Y、Y、Y、Y及びnの好ましい組み合わせは、国際公開公報WO2011/132751(2011.10.27公開)の13項〜34項の表6〜表47に掲載される(2−1)〜(2−629)と同じ組み合わせが挙げられる。なお、国際公開公報の各表では、本発明におけるY〜Yが、Y1〜Y6として示されているが、Y1〜Y6は、Y〜Yと読み替えるものとする。
<特定側鎖型ジアミン化合物>
本発明の特定重合体、すなわち、上記式[2]で示される特定側鎖構造を有する重合体に特定側鎖構造を導入する方法としては、下記式[2a]で示されるジアミン化合物(特定側鎖型ジアミン化合物ともいわれる)を原料の一部に用いることが好ましい。
Figure 0006102752
式[2a]中のY、Y、Y、Y、Y、及びYは、式[2]中の各基と同意義であり、nについても同様である。また、好ましい範囲についても式[2]中の各基と同様である。
さらに、式[2a]におけるY、Y、Y、Y、Y、Y及びnの好ましい組み合わせについても、式[2]の好ましい組み合わせと同様である。
式[2a]中、mは、1〜4の整数である。好ましくは、1の整数である。
具体的には、例えば下記の式[2−1]〜式[2−32]で示される構造の化合物である。
Figure 0006102752
(式[2−1]〜式[2−3]中、Rは−O−、−OCH−、−CHO−、−COOCH−又は−CHOCO−であり、Rは炭素数1〜22の直鎖状又は分岐状アルキル基、炭素数1〜22の直鎖状又は分岐状アルコキシル基、炭素数1〜22の直鎖状又は分岐状フッ素含有アルキル基、又は炭素数1〜22の直鎖状又は分岐状フッ素含有アルコキシル基である。)
Figure 0006102752
(式[2−4]〜式[2−6]中、Rは、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−COOCH−、−CHOCO−、−CHO−、−OCH−又は−CH−であり、Rは炭素数1〜22の直鎖状又は分岐状アルキル基、炭素数1〜22の直鎖状又は分岐状アルコキシル基、炭素数1〜22の直鎖状又は分岐状フッ素含有アルキル基、又は炭素数1〜22の直鎖状又は分岐状フッ素含有アルコキシル基である。)
Figure 0006102752
(式[2−7]及び式[2−8]中、Rは、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−COOCH−、−CHOCO−、−CHO−、−OCH−、−CH−、−O−又は−NH−であり、Rはフッ素基、シアノ基、トリフルオロメタン基、ニトロ基、アゾ基、ホルミル基、アセチル基、アセトキシ基又は水酸基である。)
Figure 0006102752
(式[2−9]及び式[2−10]中、Rは炭素数3〜12の直鎖状又は分岐状アルキル基であり、1,4-シクロヘキシレンのシス−トランス異性は、それぞれトランス異性体である。)
Figure 0006102752
(式[2−11]及び式[2−12]中、Rは炭素数3〜12の直鎖状又は分岐状アルキル基であり、1,4-シクロヘキシレンのシス−トランス異性は、それぞれトランス異性体である。)
Figure 0006102752
(式[2−13]中、Aはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数3〜20の直鎖状又は分岐状アルキル基であり、Aは1,4−シクロへキシレン基又は1,4−フェニレン基である。Aは酸素原子又はCOO−*(ただし、「*」を付した結合手がAと結合する)であり、Aは酸素原子又はCOO−*(ただし、「*」を付した結合手が(CH)a)と結合する)である。また、aは0又は1の整数であり、aは2〜10の整数であり、aは0又は1の整数である。)
Figure 0006102752
Figure 0006102752
Figure 0006102752
Figure 0006102752
Figure 0006102752
上記の特定側鎖型ジアミン化合物は、液晶配向膜とした際の液晶配向性、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。
<その他ジアミン化合物>
本発明においては、本発明の効果を損なわない限りにおいて、特定側鎖型ジアミン化合物以外のその他のジアミン化合物(その他ジアミン化合物ともいう)を、ジアミン成分として用いることができる。その具体例を以下に挙げる。
p−フェニレンジアミン、2,3,5,6−テトラメチル−p−フェニレンジアミン、2,5−ジメチル−p−フェニレンジアミン、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、2,5−ジアミノトルエン、2,6−ジアミノトルエン、2,5−ジアミノフェノール、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、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、3,5−ジアミノ安息香酸、2,5−ジアミノ安息香酸、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。
また、本発明の効果を損なわない限りにおいて、下記の式[DA1]〜式[DA12]で示されるジアミン化合物を例示することができる。
Figure 0006102752
(式[DA1]〜式[DA5]中、Aは炭素数1〜22の直鎖状又は分岐状アルキル基、又は炭素数1〜22の直鎖状又は分岐状フッ素含有アルキル基である。)
Figure 0006102752
(式[DA6]〜式[DA11]中、Aは−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−CH−、−O−、−CO−又は−NH−であり、Aは炭素数1〜22の直鎖状又は分岐状アルキル基、又は炭素数1〜22の直鎖状又は分岐状フッ素含有アルキル基を示す。)
Figure 0006102752
(式[DA12]中、pは1〜10の整数である。)
加えて、本発明の効果を損なわない限りにおいて、下記の式[DA13]〜式[DA20]で示されるジアミン化合物を用いることもできる。
Figure 0006102752
(式[DA17]中、mは0〜3の整数であり、式[DA20]中、nは1〜5の整数である。)
さらに、本発明の効果を損なわない限りにおいて、下記の式[DA21]〜式[DA24]で示される、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ることもできる。
Figure 0006102752
(式[DA21]中、mは1〜4の整数である。式[DA22]中、Aは単結合、−CH−、−C−、−C(CH−、−CF−、−C(CF)−、−O−、−CO−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又は−N(CH)CO−であり、m及びmはそれぞれ0〜4の整数であり、かつm+mは1〜4の整数である。式[DA23]中、m及びmはそれぞれ1〜5の整数である。式[DA24]中、Aは炭素数1〜5の直鎖状又は分岐状アルキル基であり、mは1〜5の整数である。式[DA25]中、Aは単結合、−CH−、−C−、−C(CH−、−CF−、−C(CF)−、−O−、−CO−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又は−N(CH)CO−であり、mは1〜4の整数である。)
さらに、本発明の効果を損なわない限りにおいて、下記の式[DA26]で示されるジアミン化合物を用いることもできる。
Figure 0006102752
(式[DA26]中、Aは−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−OCO−、−CON(CH)−又は−N(CH)CO−であり、Aは単結合、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、非芳香族環式炭化水素基又は芳香族炭化水素基である。Aは単結合、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−、−N(CH)CO−又は−O(CH−(mは1〜5の整数である)であり、Aは窒素含有芳香族複素環であり、nは1〜4の整数である。)
加えて、本発明の効果を損なわない限りにおいて、下記の式[DA27]又は式[DA28]で示されるステロイド骨格を有するジアミン化合物を用いることもできる。
Figure 0006102752
上記のその他ジアミン化合物は、液晶配向膜とした際の液晶配向性、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。
<特定テトラカルボン酸二無水物>
本発明の重合体を得るためには、下記の式[3]で示されるテトラカルボン酸二無水物(特定テトラカルボン酸二無水物ともいう)を原料の一部に用いることが好ましい。
Figure 0006102752
式[3]中、Zは炭素数4〜13の4価の有機基であり、かつ炭素数4〜10の非芳香族環状炭化水素基を含有する。
は、具体的には、例えば下記の式[3a]〜式[3j]で示される4価の基である。
Figure 0006102752
式[3a]中、Z〜Zは水素原子、メチル基、塩素原子及びベンゼン環から選ばれる基であり、それぞれ、同じであっても異なっても良い。
式[3g]中、Z及びZ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良い。
式[3]中、Z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[3a]、式[3c]、式[3d]、式[3e]、式[3f]又は式[3g]である。なかでも、式[3a]、式[3e]、式[3f]又は式[3g]の構造が好ましい。
<その他テトラカルボン酸二無水物>
本発明においては、本発明の効果を損なわない限りにおいて、特定テトラカルボン酸二無水物以外のその他のテトラカルボン酸二無水物(その他テトラカルボン酸二無水物ともいわれる)を用いることができる。その具体例は、以下の化合物の二無水物である。
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が挙げられる。
上記の特定テトラカルボン酸二無水物及びその他テトラカルボン酸二無水物は、液晶配向膜とした際の液晶配向性、電圧保持率及び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。
<重合体・特定重合体>
本発明の液晶配向処理剤に含有される重合体は、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させて得られるポリアミド酸及び該ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体である。
ポリイミド前駆体は、下記式[A]で示される構造である。
Figure 0006102752
(式[A]中、Rは4価の有機基であり、Rは2価の有機基であり、A及びAは水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基であり、それぞれ同じであっても異なってもよく、nは正の整数を示す。)
上記重合体は、下記式[B]で示されるジアミン成分と下記式[C]で示されるテトラカルボン酸二無水物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、下記式[D]で示される繰り返し単位の構造式からなるポリアミド酸又は該ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドが好ましい。
Figure 0006102752
(式[B]及び式[C]中、R及びRは式[A]で定義したものと同意義である。)
Figure 0006102752
(式[D]中、R、R及びnは式[A]で定義したものと同意義である。)
式[A]及び式[D]において、R及びRはそれぞれ1種類でもあっても、それぞれ異なったR及びRを有して繰り返し単位として、異なった複数種を組み合わせたものでもよい。
本発明において、重合体を合成する方法は特に限定されない。通常、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させて得られる。一般的には、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、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を反応させて、ポリアミド酸を得る。具体的には、テトラカルボン酸二無水物とジアミン成分とを重縮合させてポリアミド酸を得る方法、テトラカルボン酸とジアミン成分とを脱水重縮合反応させてポリアミド酸を得る方法、又はテトラカルボン酸ジハライドとジアミン成分とを重縮合させてポリアミド酸を得る方法が用いられる。
ポリアミド酸アルキルエステルを得るには、カルボン酸基をジアルキルエステル化したテトラカルボン酸とジアミン成分とを重縮合させる方法、カルボン酸基をジアルキルエステル化したテトラカルボン酸ジハライドとジアミン成分とを重縮合させる方法、又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。
ポリイミドを得るには、前記のポリアミド酸又はポリアミド酸アルキルエステルを閉環させてポリイミドとする方法が用いられる。
本発明の特定重合体は、上記式[2]に示す特定側鎖構造を有する重合体であり、特定重合体を用いて得られる液晶配向膜は、上記ジアミン成分における上記式[2]で示される特定側鎖構造の含有割合が多くなるほど、液晶のプレチルト角を高くすることができる。その際、ジアミン成分には、上記式[2a]で示される特定側鎖型ジアミン化合物を用いることが好ましい。この特性を高める目的では、ジアミン成分の5モル%以上80モル%以下が特定側鎖型ジアミン化合物であることが好ましい。なかでも、液晶配向処理剤の塗布性や液晶配向膜としての電気特性の観点から、ジアミン成分の5モル%以上60モル%以下が特定側鎖型ジアミン化合物であることが好ましい。
また、本発明の重合体を得るためには、テトラカルボン酸成分に上記式[3]で示される特定テトラカルボン酸二無水物を用いることが好ましい。特に、式[3]中のZが上記式[3a]〜式[3j]で示される構造であるテトラカルボン酸二無水物を用いることが好ましい。その際、テトラカルボン酸成分の1モル%以上が特定テトラカルボン酸二無水物であることが好ましく、より好ましくは、5モル%以上、さらに好ましくは、10モル%以上である。また、テトラカルボン酸成分の100モル%が特定テトラカルボン酸二無水物であってもよい。
ジアミン成分とテトラカルボン酸成分との反応は、通常、有機溶媒中で行う。その際に用いる有機溶媒としては、生成したポリイミド前駆体が溶解するものであれば特に限定されない。その具体例を以下に挙げる。
例えば、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、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、1,3−ジメチル−イミダゾリジノン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノンなどである。
これらは単独で使用しても、混合して使用してもよい。さらに、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してもよい。また、有機溶媒中の水分は、重合反応を阻害し、さらには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、脱水乾燥させたものを用いることが好ましい。
ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを有機溶媒中で反応させる際には、ジアミン成分を有機溶媒に分散あるいは溶解させた溶液を攪拌させ、テトラカルボン酸成分をそのまま、又は有機溶媒に分散あるいは溶解させて添加する方法、逆にテトラカルボン酸成分を有機溶媒に分散、あるいは溶解させた溶液にジアミン成分を添加する方法、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とを交互に添加する方法などが挙げられ、これらのいずれの方法を用いてもよい。
また、ジアミン成分又はテトラカルボン酸成分を、それぞれ複数種用いて反応させる場合は、あらかじめ混合した状態で反応させてもよく、個別に順次反応させてもよく、さらに個別に反応させた低分子量体を混合反応させて重合体としてもよい。
重合温度は−20〜150℃の任意の温度を選択することができるが、好ましくは−5〜100℃の範囲である。
また、反応は任意の濃度で行うことができるが、濃度が低すぎると高分子量の重合体を得ることが難しくなり、濃度が高すぎると反応液の粘性が高くなり過ぎて均一な攪拌が困難となる。そのため、好ましくは1〜50質量%、より好ましくは5〜30質量%である。反応初期は高濃度で行い、その後、有機溶媒を追加することができる。
ポリイミド前駆体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成分の合計モル数の比は、0.8〜1.2であることが好ましい。通常の重縮合反応同様、このモル比が1.0に近いほど生成するポリイミド前駆体の分子量は大きくなる。
本発明の液晶配向処理剤に含有されるポリイミドは、前記ポリイミド前駆体を閉環させて得られるポリイミドであり、液晶配向膜を得るための重合体として有用である。
上記ポリイミドにおいて、アミド酸基の閉環率(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任意に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、又は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℃であり、イミド化反応により生成する水を系外に除きながら行う方が好ましい。
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。
塩基性触媒としてはピリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミンなどを挙げることができ、中でもピリジンは反応を進行させるのに適度な塩基性を持つので好ましい。
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、無水酢酸を用いると反応終了後の精製が容易となるので好ましい。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により制御することができる。
ポリイミド前駆体又はポリイミドの反応溶液から、生成したポリイミド前駆体又はポリイミドを回収する場合には、反応溶液を溶媒に投入して沈殿させればよい。 沈殿に用いる溶媒としてはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ヘキサン、ブチルセルソルブ、ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、ベンゼン、水などを挙げることができる。
溶媒に投入して沈殿させたポリマーは濾過して回収した後、常圧あるいは減圧下で、常温あるいは加熱して乾燥することができる。また、沈殿回収した重合体を、有機溶媒に再溶解させ、再沈殿回収する操作を2〜10回繰り返すと、重合体中の不純物を少なくすることができる。この際の溶媒として、例えば、アルコール類、ケトン類、炭化水素などが挙げられ、これらの内から選ばれる3種類以上の溶媒を用いると、より一層精製の効率が上がるので好ましい。
本発明の液晶配向処理剤に含有される重合体の分子量は、そこから得られる樹脂被膜の強度、樹脂被膜形成時の作業性、樹脂被膜の均一性を考慮した場合、GPC(Gel Permeation Chromatography)法で測定した重量平均分子量で5,000〜1,000,000とするのが好ましく、より好ましくは、10,000〜150,000である。
<液晶配向処理剤>
本発明の液晶配向処理剤は、液晶配向膜を形成するための溶液であり、特定化合物、重合体及び有機溶媒を含有する樹脂被膜を形成するための塗布液である。
本発明の液晶配向処理剤における、特定化合物の含有量は、重合体100質量部に対して、0.1〜150質量部であることが好ましい。なかでも、架橋反応が進行し、所望の樹脂被膜の硬化性を発現し、かつ液晶の配向性を低下させないためには、0.1〜100質量部がより好ましい。さらに好ましくは、1〜50質量部であり、特に好ましいのは、1〜20質量部である。
本発明の液晶配向処理剤における、すべての重合体成分は、全てが特定重合体であってもよく、特定重合体以外の他の重合体が混合されていてもよい。その際、重合体におけるそれ以外の他の重合体の含有量は0.5〜15質量%、好ましくは1〜10質量%である。
それ以外の他の重合体としては、特定側鎖構造を含まないポリイミド前駆体又はポリイミドが挙げられる。また、ポリイミド前駆体及びポリイミド以外の重合体としては、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、ポリアミドなどが挙げられる。
本発明の液晶配向処理剤中の有機溶媒は、塗布により均一な樹脂被膜を形成するという観点から、液晶配向処理剤の全量(100質量%)に対して、有機溶媒の含有量が70〜99質量%であることが好ましく、80〜99質量%がより好ましい。含有量は、目的とする液晶配向膜の膜厚によって適宜変更することができる。
その際の有機溶媒としては、上述した重合体を溶解させる有機溶媒であれば特に限定されない。
例えば、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、N−エチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、1,3−ジメチル−イミダゾリジノン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノンなどである。なかでも、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、γ−ブチルラクトンなどを用いることが好ましい。これらは単独で使用しても、混合して使用してもよい。
本発明の液晶配向処理剤には、本発明の効果を損なわない限り、エポキシ基、イソシアネート基、オキセタン基又はシクロカーボネート基を有する架橋性化合物、ヒドロキシル基、ヒドロキシアルキル基及び低級アルコキシアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の置換基を有する架橋性化合物、重合性不飽和結合を有する架橋性化合物などを含有してもよい。これらの置換基や重合性不飽和結合は、架橋性化合物中に、2個以上有する必要がある。
エポキシ基又はイソシアネート基を有する架橋性化合物としては、例えば、ビスフェノールアセトングリシジルエーテル、フェノールノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート、テトラグリシジルアミノジフェニレン、テトラグリシジル−m−キシレンジアミン、テトラグリシジル−1,3−ビス(アミノエチル)シクロヘキサン、テトラフェニルグリシジルエーテルエタン、トリフェニルグリシジルエーテルエタン、ビスフェノールヘキサフルオロアセトジグリシジルエーテル、1,3−ビス(1−(2,3−エポキシプロポキシ)−1−トリフルオロメチル−2,2,2−トリフルオロメチル)ベンゼン、4,4−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)オクタフルオロビフェニル、トリグリシジル−p−アミノフェノール、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、2−(4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル)−2−(4−(1,1−ビス(4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル)エチル)フェニル)プロパン、1,3−ビス(4−(1−(4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル)−1−(4−(1−(4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル)−1−メチルエチル)フェニル)エチル)フェノキシ)−2−プロパノールなどが挙げられる。
オキセタン基を有する架橋性化合物としては、下記式[4]で示すオキセタン基を少なくとも2個有する架橋性化合物である。
Figure 0006102752

具体的には、国際公開公報WO2011/132751(2011.10.27公開)の58頁〜59頁に掲載される式[4a]〜式[4k]で示される架橋性化合物が挙げられる。
シクロカーボネート基を有する架橋性化合物としては、下記式[5]で示されるシクロカーボネート基を少なくとも2個有する架橋性化合物である。
Figure 0006102752
具体的には、国際公開公報WO2012/014898(2012.2.2公開)の76頁〜82頁に掲載される式[5−1]〜式[5−42]で示される架橋性化合物が挙げられる。
さらに、下記式[5−38]〜式[5−40]に示される少なくとも1種の構造を有するポリシロキサンを挙げることもできる。
Figure 0006102752
(式[5−38]〜式[5−40]中、R、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、式[5]で示される構造、水素原子、水酸基、炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシル基、脂肪族環又は芳香族環であり、少なくとも1つは式[5]で示される構造である。)
より具体的には、下記式[5−41]及び式[5−42]の化合物が挙げられる。
Figure 0006102752
(式[5−42]中、nは1〜10の整数である。)
ヒドロキシル基及びアルコキシル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の置換基を有する架橋性化合物としては、例えば、ヒドロキシル基又はアルコキシル基を有するアミノ樹脂である、例えば、メラミン樹脂、尿素樹脂、グアナミン樹脂、グリコールウリル−ホルムアルデヒド樹脂、スクシニルアミド−ホルムアルデヒド樹脂、エチレン尿素−ホルムアルデヒド樹脂などが挙げられる。具体的には、アミノ基の水素原子が、メチロール基又はアルコキシメチル基、若しくはその両方で置換されたメラミン誘導体、ベンゾグアナミン誘導体、グリコールウリルなどを用いることができる。このメラミン誘導体又はベンゾグアナミン誘導体は、2量体又は3量体として存在することも可能である。これらはトリアジン環1個当たり、メチロール基又はアルコキシメチル基を、平均3個以上6個以下有するものが好ましい。
このようなメラミン誘導体又はベンゾグアナミン誘導体の例としては、市販品のトリアジン環1個当たりメトキシメチル基が平均3.7個置換されているMX−750、トリアジン環1個当たりメトキシメチル基が平均5.8個置換されているMW−30(以上、三和ケミカル社製)、サイメル300、301、303、350、370、771、325、327、703、712などのメトキシメチル化メラミン、サイメル235、236、238、212、253、254などのメトキシメチル化ブトキシメチル化メラミン、サイメル506、508などのブトキシメチル化メラミン、サイメル1141のようなカルボキシル基含有メトキシメチル化イソブトキシメチル化メラミン、サイメル1123のようなメトキシメチル化エトキシメチル化ベンゾグアナミン、サイメル1123−10のようなメトキシメチル化ブトキシメチル化ベンゾグアナミン、サイメル1128のようなブトキシメチル化ベンゾグアナミン、サイメル1125−80のようなカルボキシル基含有メトキシメチル化エトキシメチル化ベンゾグアナミン(以上、三井サイアナミド社製)が挙げられる。
また、グリコールウリルの例として、サイメル1170のようなブトキシメチル化グリコールウリル、サイメル1172のようなメチロール化グリコールウリル、パウダーリンク1174のようなメトキシメチロール化グリコールウリル等が挙げられる。
ヒドロキシル基又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)ベンゼン又は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。
より具体的には、国際公開公報WO2011/132751.(2011.10.27公開)の62頁〜66頁に掲載される、式[6−1]〜式[6−48]で示される架橋性化合物が挙げられる。
重合性不飽和結合を有する架橋性化合物としては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、トリ(メタ)アクリロイルオキシエトキシトリメチロールプロパン、グリセリンポリグリシジルエーテルポリ(メタ)アクリレート等の重合性不飽和基を分子内に3個有する架橋性化合物;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイドビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイドビスフェノール型ジ(メタ)アクリレート、1,6−へキサンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、フタル酸ジグリシジルエステルジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレートなどの重合性不飽和基を分子内に2個有する架橋性化合物;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−フェノキシ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピルフタレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルリン酸エステル、N−メチロール(メタ)アクリルアミド等の重合性不飽和基を分子内に1個有する架橋性化合物;等が挙げられる。
加えて、下記式[7]で示される化合物を含有することもできる。
Figure 0006102752
(式[7]中、Eはシクロヘキサン環、ビシクロヘキサン環、ベンゼン環、ビフェニル環、ターフェニル環、ナフタレン環、フルオレン環、アントラセン環及びフェナントレン環からなる群から選ばれる基であり、Eは下記式[7a]及び式[7b]から選ばれる基であり、nは1〜4の整数である。)
Figure 0006102752
上記化合物は架橋性化合物の一例であり、これらに限定されるものではない。また、本発明の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、すべての重合体成分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、すべての重合体成分100質量部に対して0.1〜100質量部がより好ましく、1〜50質量部が最も好ましい。
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、液晶配向処理剤を塗布した際の樹脂被膜の膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる有機溶媒(貧溶媒ともいう)又は化合物を用いることができる。さらに、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用いることもできる。
膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる貧溶媒の具体例としては、以下に示すものが挙げられる。
例えば、エタノール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、イソペンチルアルコール、tert−ペンチルアルコール、3−メチル−2−ブタノール、ネオペンチルアルコール、1−ヘキサノール、2−メチル−1−ペンタノール、2−メチル−2−ペンタノール、2−エチル−1−ブタノール、1−ヘプタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノール、1−オクタノール、2−オクタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、シクロヘキサノール、1−メチルシクロヘキサノール、2−メチルシクロヘキサノール、3−メチルシクロヘキサノール、1,2−エタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、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、エチレングリコールジブチルエーテル、1,2−ブトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、2−ペンタノン、3−ペンタノン、2−ヘキサノン、2−ヘプタノン、4−ヘプタノン、3−エトキシブチルアセタート、1−メチルペンチルアセタート、2−エチルブチルアセタート、2−エチルヘキシルアセタート、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールジアセタート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、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、2−(メトキシメトキシ)エタノール、エチレングリコール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、エチレングリコールモノイソアミルエーテル、エチレングリコールものヘキシルエーテル、2−(ヘキシルオキシ)エタノール、フルフリルアルコール、ジエチレングリコール、ジエチ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モノエチルエーテル、ジ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、1−(ブトキシエトキシ)プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート、ジプロピレングリコール、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、トリプロピ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メチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールジアセタート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、2−(2−エトキシエトキシ)エチルアセタート、ジエチレングリコールアセタート、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、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、乳酸メチルエステル、乳酸エチルエステル、乳酸n−プロピルエステル、乳酸n−ブチルエステル、乳酸イソアミルエステルなどの表面張力が低い有機溶媒である。
なかでも、1−ヘキサノール、シクロヘキサノール、1,2−エタンジオール、1,2−プロパンジオール、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ブチルエーテル、ジエチ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モノエチルエーテル、ジ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を用いることが好ましい。
これら貧溶媒は、液晶配向処理剤に含まれる有機溶媒全体の1〜80質量%であることが好ましい。なかでも、5〜70質量%が好ましい。より好ましいのは10〜70質量%である。
樹脂被膜の均一性や表面平滑性を向上させる化合物としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、ノ二オン系界面活性剤などが挙げられる。
より具体的には、例えば、エフトップEF301、EF303、EF352(トーケムプロダクツ社製)、メガファックF171、F173、R−30(大日本インキ社製)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム社製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子社製)などが挙げられる。
これらの界面活性剤の含有割合は、すべての重合体成分100質量部に対して、好ましくは0.01〜2質量部、より好ましくは0.01〜1質量部である。
液晶配向膜と基板との密着性を向上させる化合物の具体例としては、以下に示す官能性シラン含有化合物やエポキシ基含有化合物が挙げられる。
例えば、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N−トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10−トリメトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、10−トリエトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、9−トリメトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、9−トリエトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、2,2−ジブロモネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,3,5,6−テトラグリシジル−2,4−ヘキサンジオール、N,N,N’,N’,−テトラグリシジル−m−キシレンジアミン、1,3−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’,−テトラグリシジル−4、4’−ジアミノジフェニルメタン。
基板との密着させる化合物を使用する場合、その含有量は、すべての重合体成分100質量部に対して、0.1〜30質量部であることが好ましく、より好ましくは1〜20質量部である。0.1質量部未満であると密着性向上の効果は期待できず、30質量部よりも多くなると液晶の配向性が悪くなる場合がある。
本発明の液晶配向処理剤には、上記の架橋性化合物、貧溶媒、樹脂被膜の均一性や表面平滑性を向上させる化合物及び基板との密着させる化合物の他に、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、液晶配向膜の誘電率や導電性などの電気特性を変化させる目的の、誘電体や導電物質を添加してもよい。
<液晶配向膜・液晶表示素子>
本発明の液晶配向処理剤は、基板上に塗布、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、液晶配向膜として用いることができる。また、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として用いることができる。
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。
液晶配向処理剤を基板上に塗布した後は、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50〜300℃、好ましくは80〜250℃で溶媒を蒸発させて重合体被膜とすることができる。
焼成後の重合体被膜の厚みは、厚すぎると液晶表示素子の消費電力の面で不利となり、薄すぎると液晶表示素子の信頼性が低下する場合があるので、好ましくは5〜300nm、より好ましくは10〜100nmである。
液晶を水平配向や傾斜配向させる場合は、焼成後の重合体被膜をラビング、偏光紫外線照射などで処理する。
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。
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、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。用いる紫外線の波長としては、300〜400nmが好ましく、310nm〜360nmがより好ましい。
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。また、紫外線と加熱を同時に行ってもよい。
上記の液晶表示素子は、PSA(Polymer Sustained Alignment)方式により、液晶分子のプレチルトを制御するものである。
PSA方式では、液晶材料中に少量の光重合性化合物、例えば光重合性モノマーを混入しておき、液晶セルを組み立てた後、液晶層に所定の電圧を印加した状態で光重合性化合物に紫外線などを照射し、生成した重合体によって液晶分子のプレチルトを制御する。重合体が生成するときの液晶分子の配向状態が電圧を取り去った後においても記憶されるので、液晶層に形成される電界などを制御することにより、液晶分子のプレチルトを調整することができる。
また、PSA方式では、ラビング処理を必要としないので、ラビング処理によってプレチルトを制御することが難しい垂直配向型の液晶層の形成に適している。
すなわち、本発明の液晶表示素子においては、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、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。
液晶には、熱や紫外線照射により重合する重合性化合物が混合される。重合性化合物としては、アクリレート基やメタクリレート基等の重合性不飽和基を分子内に1個以上有する化合物が挙げられる。その際、重合性化合物の含有量は、液晶成分の100質量部に対して0.01〜10質量部であることが好ましく、より好ましくは0.1〜5質量部である。重合性化合物が0.01質量部未満であると、重合性化合物が重合せずに液晶の配向制御できなくなり、10質量部よりも多くなると、未反応の重合性化合物が多くなって液晶表示素子の焼き付き特性が低下する。
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。
加えて、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。紫外線の波長としては、300〜400nmが好ましく、310〜360nmがより好ましい。
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。また、紫外線と加熱を同時に行ってもよい。
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得るためには、この重合性基を含む化合物を液晶配向処理剤中に添加する方法や、重合性基を含む重合体成分を含有する方法が挙げられる。
本発明の液晶配向処理剤は、熱や紫外線の照射により、反応する2重結合部位を持つ特定化合物を含んでいるため、紫外線の照射及び加熱の少なくとも一方により液晶分子の配向を制御することができる。
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、熱や紫外線を照射することで、液晶分子の配向を制御することができる。
以上のようにして、本発明の液晶配向処理剤を用いて作製された液晶表示素子は、信頼性に優れたものとなり、大画面で高精細の液晶テレビなどに好適である。
以下に実施例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、これらに限定して解釈されるものではない。
実施例で用いた化合物等の略号は、以下のとおりである。
(特定テトラカルボン酸二無水物)
CBDA:1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
BODA: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
TCA:下記の式で示されるテトラカルボン酸二無水物
TDA:下記の式で示されるテトラカルボン酸二無水物
Figure 0006102752
(特定側鎖型ジアミン化合物)
PCH7DAB:1,3−ジアミノ−4−〔4−(トランス−4−n−ヘプチルシクロへキシル)フェノキシ〕ベンゼン
PBCH5DAB:1,3−ジアミノ−4−{4−〔トランス−4−(トランス−4−n−ペンチルシクロへキシル)シクロへキシル〕フェノキシ}ベンゼン
m−PBCH5DABz:1,3−ジアミノ−5−{4−〔4−(トランス−4−n−ペンチルシクロヘキシル)フェニル〕フェノキシメチル}ベンゼン
ColDAB−1:下記の式で示される特定ジアミン化合物
ColDAB−2:下記の式で示される特定ジアミン化合物
Figure 0006102752
(その他ジアミン化合物)
p−PDA:p−フェニレンジアミン
m−PDA:m−フェニレンジアミン
DBA:3,5−ジアミノ安息香酸
AP18:1,3−ジアミノ−4−オクタデシルオキシベンゼン
Figure 0006102752
(特定化合物(成分(A)))
A−1:下記の式で示される特定化合物
A−2:下記の式で示される特定化合物
Figure 0006102752
(有機溶媒)
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
BCS:ブチルセロソルブ
(ポリイミド前駆体及びポリイミドの分子量測定)
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・HO)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)。
(イミド化率の測定)
ポリイミド粉末20mgをNMRサンプル管(NMRサンプリングチューブスタンダード φ5(草野科学製))に入れ、重水素化ジメチルスルホキシド(DMSO−d6、0.05%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て、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>
CBDA(3.15g,16.1mmol)、PCH7DAB(3.06g,8.0mmol)、及びp−PDA(0.87g,8.0mmol)をNMP(21.2g)中で混合し、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液(1)を得た。このポリアミド酸の数平均分子量は23,600、重量平均分子量は71,200であった。
<合成例2>
BODA(1.28g,5.1mmol)、PCH7DAB(1.16g,3.0mmol)、及びDBA(1.09g,7.2mmol)をNMP(7.5g)中で混合し、80℃で4時間反応させた後、CBDA(1.00g,5.1mmol)とNMP(6.1g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(15.0g)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(1.89g)、及びピリジン(1.45g)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(240ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(2)を得た。このポリイミドのイミド化率は55%であり、数平均分子量は20,200、重量平均分子量は58,200であった。
<合成例3>
BODA(5.26g,21.0mmol)、PCH7DAB(5.00g,13.1mmol)、及びDBA(2.00g,13.1mmol)をNMP(21.9g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、CBDA(1.03g,5.3mmol)とNMP(18.0g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.2g)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(4.47g)、及びピリジン(3.27g)を加え、90℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(420ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(3)を得た。このポリイミドのイミド化率は77%であり、数平均分子量は19,100、重量平均分子量は49,600であった。
<合成例4>
BODA(3.27g,13.1mmol)、PBCH5DAB(2.83g,6.5mmol)、及びDBA(1.85g,12.2mmol)をNMP(14.9g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、CBDA(1.10g,5.6mmol)とNMP(12.2g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(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(4.50g)、及びピリジン(3.31g)を加え、90℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(410ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(4)を得た。このポリイミドのイミド化率は80%であり、数平均分子量は18,200、重量平均分子量は48,100であった。
<合成例5>
BODA(3.04g,12.2mmol)、m−PBCH5DABz(2.32g,5.2mmol)、及びm−PDA(1.31g,12.1mmol)をNMP(12.7g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、CBDA(1.02g,5.2mmol)とNMP(10.4g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.5g)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(4.50g)、及びピリジン(3.30g)を加え、90℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(430ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(5)を得た。このポリイミドのイミド化率は81%であり、数平均分子量は19,900、重量平均分子量は49,900であった。
<合成例6>
BODA(5.77g,23.1mmol)、ColDAB−1(2.26g,4.3mmol)、及びDBA(3.73g,24.5mmol)をNMP(21.3g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、CBDA(1.13g,5.8mmol)とNMP(17.4g)を加え、40℃で6.5時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(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(2.46g)、及びピリジン(1.90g)を加え、80℃で4.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(330ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(6)を得た。このポリイミドのイミド化率は51%であり、数平均分子量は17,600、重量平均分子量は46,200であった。
<合成例7>
BODA(5.61g,22.4mmol)、ColDAB−2(1.38g,2.8mmol)、及びp−PDA(2.73g,25.2mmol)をNMP(17.9g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、CBDA(1.10g,5.6mmol)とNMP(14.6g)を加え、40℃で6.5時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(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(2.50g)、及びピリジン(1.90g)を加え、90℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(310ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(7)を得た。このポリイミドのイミド化率は52%であり、数平均分子量は16,900、重量平均分子量は46,200であった。
<合成例8>
BODA(5.87g,23.5mmol)、AP18(3.31g,8.8mmol)、及びm−PDA(2.22g,20.5mmol)をNMP(20.7g)中で混合し、80℃で4時間反応させた後、CBDA(1.15g,5.9mmol)とNMP(14.6g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.5g)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(1.90g)、及びピリジン(1.51g)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(320ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(8)を得た。このポリイミドのイミド化率は50%であり、数平均分子量は21,200、重量平均分子量は59,200であった。
<合成例9>
TCA(3.12g,13.9mmol)、PBCH5DAB(1.81g,4.2mmol)、及びDBA(1.48g,9.7mmol)をNMP(19.2g)中で混合し、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(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(1.85g)、ピリジン(1.45g)を加え、80℃で4時間反応させた。この反応溶液をメタノール(320ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(9)を得た。このポリイミドのイミド化率は55%であり、数平均分子量は20,800、重量平均分子量は55,900であった。
<合成例10>
TDA(2.00g,6.7mmol)、PCH7DAB(4.17g,11.0mmol)、及びDBA(1.67g,11.0mmol)をNMP(17.9g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、CBDA(3.01g,15.3mmol)とNMP(14.7g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(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(4.52g)、及びピリジン(3.31g)を加え、90℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(480ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(10)を得た。このポリイミドのイミド化率は80%であり、数平均分子量は20,500、重量平均分子量は50,100であった。
合成例で得られたポリアミド酸及びポリイミドを、合成に用いた各成分の組成、及びイミド化率とあわせて表33に示す。
Figure 0006102752
*1:ポリアミド酸。
「液晶配向処理剤の調製」
実施例1〜11、及び比較例1〜3は、液晶配向処理剤の調製例である。得られた液晶配向処理剤は、各特性評価にも使用した。
表34及び35には、各液晶配向処理剤の調製に用いた樹脂成分及び特定化合物(A)をまとめて示した。
実施例及び比較例で得られた液晶配向処理剤を用い、「液晶配向膜の作製」、「液晶セルの作製(通常セル)」、「液晶セルの作製(PSAセル)」、「電圧保持率の評価」、「直流電圧により蓄積する電荷の緩和の評価(残留電荷の緩和の評価ともいわれる)」及び「光照射後の評価」を行った。
各評価方法は、下記のとおりである。
「液晶配向膜の形成」
液晶配向処理剤を、30mm×40mmITO電極付き基板のITO面にスピンコートし、ホットプレート上にて80℃で5分間、熱循環型クリーンオーブン中にて220℃で30分間加熱処理をして、膜厚100nmのポリイミド液晶配向膜付きの基板を得た。
「液晶セルの作製(通常セル)」
液晶配向処理剤を、30mm×40mmITO電極付き基板のITO面にスピンコートし、ホットプレート上にて80℃で5分間、熱循環型クリーンオーブン中にて220℃で30分間加熱処理をして、膜厚100nmのポリイミド液晶配向膜付きのITO基板を得た。このITO基板の塗膜面をロール径120mmのラビング装置でレーヨン布を用いて、ロール回転数1000rpm、ロール進行速度50mm/sec、押し込み量0.1mmの条件でラビング処理した。
得られた液晶配向膜付きのITO基板を2枚用意し、液晶配向膜面を内側にして6μmのスペーサーを挟んで組み合わせ、シール剤で周囲を接着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、MLC−6608(メルク・ジャパン社製)を注入し、注入口を封止して液晶セル(通常セル)を得た。
実施例及び比較例で得られた液晶セルについて、偏光顕微鏡による観察により液晶の配向均一性を確認した。いずれの液晶セルとも、ラビング処理に伴う削れや配向不良はなく、液晶は均一に配向していた。
「液晶セルの作製(PSAセル)」
液晶配向処理剤を、中心に10mm×10mmのパターン間隔20μmのITO電極付き基板と中心に10mm×40mmのITO電極付き基板のITO面にスピンコートし、ホットプレート上にて80℃で5分間、熱循環型クリーンオーブン中にて220℃で30分間加熱処理をして、膜厚100nmのポリイミド塗膜を得た。塗膜面を純水にて洗浄し、その後、熱循環型クリーンオーブン中にて100℃で15分間加熱処理をして、液晶配向膜付き基板を得た。
この液晶配向膜付き基板を、液晶配向膜面を内側にして、6μmのスペーサーを挟んで組み合わせ、シール剤で周囲を接着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、MLC−6608(メルク・ジャパン社製)に、下記の式で示される重合性化合物(1)を、MLC−6608の100質量%に対して重合性化合物を0.3質量%混合した液晶を注入し、注入口を封止して、液晶セルを得た。
Figure 0006102752
得られた液晶セルに、交流5Vの電圧を印加しながら、照度60mWのメタルハライドランプを用いて、350nm以下の波長をカットし、365nm換算で20J/cmの紫外線照射を行い、液晶の配向方向が制御された液晶セル(PSAセル)を得た。液晶セルに紫外線を照射している際の照射装置内の温度は、50℃であった。
この液晶セルの紫外線照射前と紫外線照射後の液晶の応答速度を測定した。応答速度は、透過率90%から透過率10%までのT90→T10を測定した。実施例及び比較例で得られたPSAセルは、紫外線照射前の液晶セルの応答速度に比べて、紫外線照射後の液晶セルの応答速度が早くなったことから、液晶の配向方向が制御されたことを確認した。
また、いずれの液晶セルとも、偏光顕微鏡観察により、液晶は均一に配向していることを確認した。
「電圧保持率の評価」
上記の「液晶セルの作製(通常セル)」及び「液晶セルの作製(PSAセル)」で得られた液晶セルに、80℃の温度下で1Vの電圧を60μm印加し、16.67ms後及び50ms後の電圧を測定し、それぞれの時間の後で電圧がどのくらい保持できているかを電圧保持率として計算した。
測定は、VHR−1電圧保持率測定装置(東陽テクニカ社製)を使用し、Voltage:±1V、Pulse Width:60μs、Flame Period:16.67ms又は50msの設定で行った。本評価においては、値が大きいものほど、電圧保持率の特性が優れていることを示す。
「残留電荷の緩和(V)の評価」
電圧保持率測定後の液晶セルに、直流電圧10Vを30分印加し、1秒間短絡させた後、液晶セル内に発生している電位を1800秒間測定した。そして、50秒後及び1000秒後の残留電荷を測定し、確定した。
測定は、6254型液晶物性評価装置(東陽テクニカ社製)を用いて行った。本評価においては、値が小さいものほど、残留電荷の緩和の特性が優れていることを示す。
「紫外線照射後の評価」
残留電荷の緩和の評価が終了した液晶セルに、365nm換算で50J/cmの紫外線を照射した後、電圧保持率及び残留電荷の測定を、上記と同様の条件にて行った。なお、紫外線照射は、卓上型UV硬化装置(HCT3B28HEX−1、センライト社製(SEN LIGHT CORPORATION))を用いて行った。
実施例1〜11及び比較例1〜3で得られた液晶配向処理剤を用いて、上記の方法で作製した液晶セルの評価として、「電圧保持率の評価」、「直流電圧により蓄積する電荷の緩和の評価(残留電荷の緩和(V)の評価ともいわれる)」及び「紫外線照射後の評価」の結果は、まとめて表36〜41に示した。
表36及び表37には、通常セルを用いた電圧保持率の評価結果を、表38には、PSAセルを用いた電圧保持率の評価結果を示す。また、表39及び表40には、通常セルを用いた残留電荷の緩和の評価結果を、表41には、PSAセルを用いた残留電荷の緩和の評価結果を示す。紫外線照射後の評価結果についても、同様に各表に示す。
<実施例1>
合成例1で得られた樹脂固形分濃度25.0質量%のポリアミド酸溶液(1)(10.0g)、NMP(5.7g)、A−1のNMP溶液(1.50g)(A−1が5.0質量%のNMP溶液)、BCS(25.8g)を加え、25℃にて2時間攪拌して、液晶配向処理剤(1)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(1)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
<実施例2>
合成例2で得られたポリイミド粉末(2)(2.45g)に、NMP(10.9g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A−1のNMP溶液(2.45g)(A−1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(6.0g)、及びBCS(23.6g)を加え、50℃にて10時間攪拌して、液晶配向処理剤(2)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(2)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
<実施例3>
合成例3で得られたポリイミド粉末(3)(2.40g)に、NMP(13.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A−1のNMP溶液(2.40g)(A−1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(7.2g)、及びBCS(18.9g)を加え、50℃にて10時間攪拌して、液晶配向処理剤(3)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(3)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
<実施例4>
合成例3で得られたポリイミド粉末(3)(2.45g)に、NMP(12.9g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A−1のNMP溶液(4.90g)(A−1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(7.0g)、及びBCS(20.2g)を加え、50℃にて14時間攪拌して、液晶配向処理剤(4)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(4)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
<実施例5>
合成例4で得られたポリイミド粉末(4)(2.41g)に、NMP(13.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A−1のNMP溶液(2.41g)(A−1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(7.3g)、及びBCS(19.0g)を加え、50℃にて10時間攪拌して、液晶配向処理剤(5)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(5)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
<実施例6>
合成例5で得られたポリイミド粉末(5)(2.40g)に、NMP(13.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A−2のNMP溶液(2.40g)(A−2が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(7.4g)、及びBCS(18.9g)を加え、50℃にて11時間攪拌して、液晶配向処理剤(6)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(6)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
<実施例7>
合成例6で得られたポリイミド粉末(6)(2.40g)に、NMP(16.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A−1のNMP溶液(1.44g)(A−1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(9.0g)、及びBCS(14.4g)を加え、50℃にて9時間攪拌して、液晶配向処理剤(7)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(7)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
<実施例8>
合成例7で得られたポリイミド粉末(7)(2.41g)に、NMP(16.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A−2のNMP溶液(1.45g)(A−2が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(8.9g)、及びBCS(14.5g)を加え、50℃にて9時間攪拌して、液晶配向処理剤(8)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(8)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
<実施例9>
合成例8で得られたポリイミド粉末(8)(2.40g)に、NMP(13.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A−1のNMP溶液(2.40g)(A−1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(7.4g)、及びBCS(18.9g)を加え、50℃にて10時間攪拌して、液晶配向処理剤(9)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(9)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
<実施例10>
合成例9で得られたポリイミド粉末(9)(2.40g)に、NMP(14.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A−2のNMP溶液(3.36g)(A−2が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(8.0g)、及びBCS(17.1g)を加え、50℃にて12時間攪拌して、液晶配向処理剤(10)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(10)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
<実施例11>
合成例10で得られたポリイミド粉末(10)(2.40g)に、NMP(14.0g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A−1のNMP溶液(4.80g)(A−1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(7.6g)、及びBCS(17.6g)を加え、50℃にて14時間攪拌して、液晶配向処理剤(11)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(11)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
<比較例1>
合成例1で得られた樹脂固形分濃度25.0質量%のポリアミド酸溶液(1)(10.0g)、NMP(6.7g)、及びBCS(25.1g)を加え、25℃にて2時間攪拌して、液晶配向処理剤(12)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(12)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
<比較例2>
合成例2で得られたポリイミド粉末(2)(2.41g)に、NMP(11.8g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、NMP(6.4g)、及びBCS(22.1g)を加え、50℃にて10時間攪拌して、液晶配向処理剤(13)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(13)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
<比較例3>
合成例4で得られたポリイミド粉末(4)(2.40g)に、NMP(14.3g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、NMP(7.7g)、及びBCS(18.1g)を加え、50℃にて10時間攪拌して、液晶配向処理剤(14)を得た。この液晶配向処理剤に、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。
得られた液晶配向処理剤(14)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
Figure 0006102752
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上記の結果からわかるように、本発明の実施例の液晶配向処理剤から得られた液晶配向膜は、比較例の液晶配向処理剤から得られる液晶配向膜に比べて、長時間、光(紫外線)に曝された後であっても、電圧保持率の低下が小さく、かつ、残留電荷の蓄積が小さい。これは、通常セル及びPSAセルともに、同じ結果が得られた。
特定アミン化合物を含まない比較例1〜3は、長時間、光(紫外線)に曝された後の電圧保持率の低下が大きく、かつ残留電荷の蓄積が大きくなった。
また、同一のポリイミド前駆体又はポリイミドで、特定アミン化合物を含む実施例と特定アミン化合物を含まない比較例との比較においては、特定アミン化合物を含む実施例では、長時間、光(紫外線)に曝された後であっても、電圧保持率の低下が小さく、かつ残留電荷の緩和が小さかった。
具体的には、通常セルにおける、表36,表37,表39及び表40に示されるように、実施例1と比較例1との比較、実施例2と比較例2との比較、及び実施例5と比較例3との比較である。また、PSAセルにおける、表38及び表41に示されるように、実施例1と比較例1との比較、及び実施例2と比較例2との比較である。
本発明の液晶配向処理剤は、初期特性に加えて、長時間、光の照射に曝されても、電圧保持率の低下を抑制し、さらに直流電圧により蓄積する電荷の緩和が速い液晶配向膜をを形成することが可能であり、本発明の液晶配向処理剤から得られた液晶配向膜を有する液晶表示素子は、信頼性に優れたものとなり、大画面で高精細の液晶テレビなどに好適であり、TN素子、STN素子、TFT液晶素子、特に垂直配向型の液晶表示素子として有用である。
さらに、本発明の液晶配向処理剤から得られた液晶配向膜は、液晶表示素子を作製する際に、紫外線を照射する必要がある液晶表示素子の作製においても有用である。
なお、2012年2月3日に出願された日本特許出願2012−021830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 (17)

  1. 下記の成分(A)及び成分(B)を含有することを特徴とする液晶配向処理剤。
    成分(A):分子内にイミダゾール環とヒドロキシル基又は炭素数1〜3のアルコキシル基を有し、かつ前記ヒドロキシル基又は炭素数1〜3のアルコキシル基が、2価の脂肪族炭化水素基又は非芳香族環式炭化水素基に結合している化合物。
    成分(B):ポリイミド前駆体及びポリイミド前駆体をイミド化したポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体。
  2. 前記成分(A)の化合物が、下記式[1]で示される化合物である請求項1に記載の液晶配向処理剤。
    Figure 0006102752
    (式[1]中、Xは脂肪族炭化水素基又は非芳香族環式炭化水素基を有する2価の有機基であり、Xイミダゾール環であり、Rは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基である。)
  3. 前記成分(A)の化合物が、下記式[1a]で示される化合物である請求項1に記載の液晶配向処理剤。
    Figure 0006102752
    (式[1a]中、Xは2価の炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基又は炭素数1〜20の非芳香族環式炭化水素基であり、Xは単結合、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−、−N(CH)CO−又は−O(CH−(mは1〜5の整数である)であり、Xイミダゾール環であり、Rは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基である。)
  4. 式[1a]中、Xが炭素数1〜10の直鎖状アルキル基、炭素数1〜10の分岐状アルキル基又はシクロヘキサン環である請求項3に記載の液晶配向処理剤。
  5. 式[1a]中、Xが単結合、−O−、−NH−、−CONH−、−NHCO−、−COO−、−OCO−又は−O(CH−(mは1〜5の整数である)である請求項3又は4に記載の液晶配向処理剤。
  6. 式[1a]中、Rが水素原子又はメチル基である請求項3〜5のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
  7. 前記成分(B)が、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させて得られるポリアミド酸及び該ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体である請求項1〜のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
  8. 前記ジアミン成分が、下記式[2]で示される側鎖を有するジアミン化合物である請求項に記載の液晶配向処理剤。
    Figure 0006102752
    (式[2]中、Yは単結合、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又は−N(CH)CO−である。Yは単結合又は−(CH−(bは1〜15の整数である)である。Yは単結合、−(CH−(cは1〜10の整数である)、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又は−N(CH)CO−である。Yはベンゼン環、シクロヘキサン環及び複素環から選ばれる2価の環状基、又はステロイド骨格を有する炭素数12〜25の2価の有機基を示し、前記環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよい。Yはベンゼン環、シクロヘキサン環及び複素環から選ばれる2価の環状基を示し、これらの環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよく、nは0〜4の整数を示す。Yは炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜18のアルコキシル基又は炭素数1〜18のフッ素含有アルコキシル基を示す。)
  9. 式[2]の側鎖を有するジアミン化合物が、下記式[2a]で示されるジアミン化合物である請求項に記載の液晶配向処理剤。
    Figure 0006102752
    (式[2a]中、Yは単結合、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又は−N(CH)CO−である。Yは単結合又は−(CH−(bは1〜15の整数である)である。Yは単結合、−(CH−(cは1〜10の整数である)、−O−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又は−N(CH)CO−である。Yはベンゼン環、シクロヘキサン環及び複素環から選ばれる2価の環状基、又はステロイド骨格を有する炭素数12〜25の2価の有機基を示し、前記環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよい。Yはベンゼン環、シクロヘキサン環及び複素環から選ばれる2価の環状基を示し、これらの環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよく、nは0〜4の整数を示す。Yは炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜18のアルコキシル基又は炭素数1〜18のフッ素含有アルコキシル基を示す。mは1〜4の整数である。)
  10. 式[2]の側鎖を有するジアミン化合物又は式[2a]で示されるジアミン化合物が、ジアミン成分中の5〜80モル%である請求項又はに記載の液晶配向処理剤。
  11. 前記テトラカルボン酸成分が、下記式[3]で表されるテトラカルボン酸二無水物である請求項10のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
    Figure 0006102752
    (式[3]中、Zは炭素数4〜13の4価の有機基であり、かつ炭素数4〜10の非芳香族環状炭化水素基を含有する。)
  12. が、下記式[3a]〜式[3j]で示される構造である請求項11に記載の液晶配向処理剤。
    Figure 0006102752
    (式[3a]中、Z〜Zは水素原子、メチル基、塩素原子又はベンゼン環であり、それぞれ、同じであっても異なってもよい。式[3g]中、Z及びZ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。)
  13. 前記成分(B)の重合体が、ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドである請求項1〜11のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
  14. 前記成分(B)の100質量部に対し、前記成分(A)が0.1〜20質量部である請求項1〜13のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
  15. 液晶配向処理剤の全量(100質量%)に対して、5〜60質量%の貧溶媒を含有する請求項1〜14のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
  16. 請求項1〜15のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤を用いて得られる液晶配向膜。
  17. 請求項16に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
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