JP6161649B2 - 液晶配向剤 - Google Patents

Description

本発明は、液晶配向剤に関し、特にインクジェット塗布法に好適する液晶配向剤に関する。

液晶ディスプレイの表示原理については、液晶パネルにおける液晶分子に対して電圧を印加することにより、液晶分子の配向状態を変化させて、バックライトから液晶分子に発する光線の通過量を制御する。

なお、現在の液晶パネルにおいて、すべての液晶表示素子には、電圧を印加するための２つの電極として薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＴＦＴ）が設置される。

また、液晶分子を、正負異なる両極をそれぞれ有する一対の基板の間において所望の配向状態に変化させようとするなら、液晶分子はもともと（電界印加前）規則正しい配列状態にあることが必要とされる。これを実現するために、多く使用されている方法は、基板に液晶配向膜を形成し、該液晶配向膜により、液晶分子を所定の配向及び安定なプレティルト角がある姿勢に導く方法である。このようにすると、電界印加を取り除くと、液晶分子は、その液晶配向膜との間の配向規制力（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）及び弾性率により、規則正しい配列状態に戻ることができる。

従来の液晶配向膜の製造方法は、液晶配向剤を基板の表面に塗布してから、まず摩擦などの方法により、膜表面にある分子を所定の方向に配向させ、この配向によって引き続いて入り込んでいる液晶分子をも前記所定の方向に傾かせる。

該液晶配向剤は、ポリビニル・アルコール、ポリエチレン・グリコール、ポリアミド、ポリアミド酸及びポリイミドなどからなる群より選ばれた少なくとも１種のポリマーを、溶媒に溶解して得られる。その内、特にポリアミド酸及びポリイミドは耐熱性、液晶との親和性、機械強度、電気特性などに優れた物性を示すため、多くの液晶配向剤例えば特許文献１に示す液晶配向剤に使用されている。なお、ポリアミド酸は、ジアミンをテトラカルボン酸またはその二無水物と重合することにより得られたポリマーであり、ポリイミドは、ポリアミド酸を高温で脱水して環化（イミド化）させることにより得られたポリマーである。

そして、液晶配向膜の塗布方法については、従来よく使われる液晶配向膜の塗布方法は、ロールコーター法である。ロールコーター法は、ＡＰＲ版を以って液晶配向剤を基板に印刷することにより、均一な厚さを有する配向膜を得る。しかし、印刷した後、該ＡＰＲ版を洗浄または交換することが必要であり、更に、ローリング印刷法に用いられるドクターロール（Ｄｏｃｔｏｒ Ｒｏｌｌ）とアニロックスロール（Ａｎｉｌｏｘ Ｒｏｌｌ）は高価である上に定期交換が必要なので、メンテナンスの手間が酷くかかり、製造コストが高い問題点がある。更に、大型の液晶パネルを製造する場合には、部品の消耗が更に激しく、該問題点が一層深刻になる。従って、大型の液晶パネルの必要が段々高まる現況に対して、液晶配向膜の塗布方法は、ロールコーター法に代わって、インクジェット法を用いるのが主流となっている。

しかしながら、インクジェット法で液晶配向剤を基板に塗布する際に、ポリアミド酸、ポリイミドなどのポリマーの析出が生じやすいという問題点があり、また、インクジェット法は、非常に微細なノズルから液晶配向剤を安定且つ高速的に噴出する必要があるため、液晶配向剤には、優れた流動性が要求され、均一な液晶配向膜を基板に形成するために、更に、液晶配向剤に優れた流動性と濡れ性が要求されている。従って、ポリマーの析出が生じにくく、優れた流動性と濡れ性を有する液晶配向剤が切望されてきた。

特開２００７−２４１２４６号公報

上記問題点に鑑みて、本発明は、インクジェット法で基板に塗布する時、ポリマーの析出が生じにくく、ノズルから安定且つ高速で噴出され、及び厚さが均一である液晶配向膜の形成に優れる流動性と濡れ性を有する液晶配向剤の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、ポリアミド酸及びポリイミドからなる群より選ばれた少なくとも１種のポリマーと、２−ブトキシエタノールとＮ−イソプロピル−２−ピロリドンとの混合溶媒と、を含有することを特徴とする液晶配向剤を提供する。

上記液晶配向剤において、前記混合溶媒には、前記ポリマーの該混合溶媒における溶解度を向上させる補助溶媒が更に含まれることが好ましい。

上記液晶配向剤において、前記補助溶媒は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、及びジメチルスルホキシドからなる群より選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。

上記液晶配向剤において、前記混合溶媒の総量に対しては、２−ブトキシエタノールの含有量が２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲内にあり、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドンの含有量が３０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の範囲内にあることが好ましい。

上記液晶配向剤において、前記混合溶媒の総量に対しては、前記２−ブトキシエタノールの含有量が２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲内にあり、前記Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドンと前記補助溶媒との含有量の合計が３０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の範囲内にあり、且つ、前記補助溶媒の含有量は前記Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドンの含有量の４倍未満にあることが好ましい。

上記液晶配向剤において、前記液晶配向剤の総量１００重量部に対して、前記ポリマーの含有量は、２〜５重量部にあることが好ましい。

上記の構成によれば、本発明の液晶配向剤は、２−ブトキシエタノールとＮ−イソプロピル−２−ピロリドンとの混合溶媒を用いて、ポリアミド酸及びポリイミドからなる群より選ばれた少なくとも１種のポリマーを溶解することにより構成されるので、インクジェット法で塗布する時、ポリマーの析出が生じにくく、更に、ノズルから安定且つ高速的な噴出、及び厚さが均一である液晶配向膜の形成に優れる流動性と濡れ性を有する。

実施例１の液晶配向剤をインクジェット法で基板表面に塗布した後に撮影した写真である。[液滴間隔 （ｄｒｏｐ ｓｐａｃｉｎｇ）を２３０μｍに、印加電圧を２２Ｖに設定した] 比較例１の液晶配向剤をインクジェット法で基板表面に塗布した後に撮影した写真である。[液滴間隔を２３０μｍに、印加電圧を２２Ｖに設定した]

以下は本発明の一実施形態に係る液晶配向剤について説明する。

本実施形態の液晶配向剤はポリマーと混合溶媒を含有するものである。

前記ポリマーは、ポリアミド酸、ポリイミドからなる群より選ばれた少なくとも１種のポリマーである。

前記混合溶媒は、２−ブトキシエタノール及びＮ−イソプロピル−２−ピロリドンからなる組成物と、２−ブトキシエタノール、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドン及び前記混合溶媒における前記ポリマーの溶解度を向上できる補助溶媒からなる組成物との、いずれか選ばれたものである。

以下、ポリマーと混合溶媒について、詳しく説明する。

［ポリマー］
本発明の液晶配向剤に使用するポリマーは、ポリアミド酸、ポリイミドからなる群より選ばれた少なくとも１種のポリマーである。

該ポリアミド酸は、ジアミンをテトラカルボン酸二無水物と反応することにより得られたものであることが好ましく、ポリイミドは、ポリアミド酸を高温で脱水して環化（イミド化）させることにより得られたものであることが好ましい。

該テトラカルボン酸二無水物として、該ポリアミド酸の製造に適用するものである限り制限されないが、好ましくは、１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、ピロメリト酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（３，３’，４，４’−ｂｉｐｈｅｎｙｌ ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ，ＢＰＤＡ）、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（３，４−ｄｉｃａｒｂｏｘｙ−１，２，３，４−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ−１−ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ ｓｕｃｃｉｎｉｃａｎｈｙｄｒｉｄｅ，ＴＤＡ）、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物（１，２，３，４−ｂｕｔａｎｅｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ）、エチレングリコールビス（トリメリット無水物）（ＴＭＥＧ−１００）（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｂｉｓ−ａｎｈｙｄｒｏ ｔｒｉｍｅｌｌｉｔａｔｅ）、２，３，５−トリカルボキシシクロペンタン酢酸二無水物（２，３，５−Ｔｒｉｃａｒｂｏｘｙｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｎｅａｃｅｔｉｃ ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ、「ＴＣＡ」と略称する）からなる群より選ばれたものである。

該ジアミンとして、該ポリアミド酸の製造に適用するものである限り制限されないが、好ましくは、５（６）−アミノ−１，３，３−トリメチル−１−（４−アミノフェニル）−インダン（５（６）−ａｍｉｎｏ−１，３，３−ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ−１−（４−ａｍｉｎｏｐｈｅｎｙｌ）−ｉｎｄａｎ、「ＴＭＤＡ」と略称する）、４’−プロピルビ（シクロヘキサン−４−イル−３，５−ジアミノ−２−メチル安息香酸メチル（４’−ｐｒｏｐｙｌｂｉ（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎ）−４−ｙｌ−３，５−ｄｉａｍｉｎｏ−２−ｍｅｔｈｙｌｂｅｎｚｏａｔｅ）からなる群より選ばれたものである。

該ポリマーの含有量として、本発明の液晶配向剤１００重量部に対して、好ましくは２〜５重量部である。

［混合溶媒］
該混合溶媒は、２−ブトキシエタノール及びＮ−イソプロピル−２−ピロリドンからなる組成物、並びに、２−ブトキシエタノール、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドン及び前記混合溶媒における前記ポリマーの溶解度を向上できる補助溶媒からなる組成物の、いずれか選ばれたものである。以下は、その２つの組成物をそれぞれに説明する。

（１）２−ブトキシエタノール及びＮ−イソプロピル−２−ピロリドンからなる組成物：
２−ブトキシエタノール及びＮ−イソプロピル−２−ピロリドンからなる組成物について、２−ブトキシエタノールの含有量としては、２−ブトキシエタノール及びＮ−イソプロピル−２−ピロリドンの総量１００ｗｔ％に対して、好ましくは２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲内、より好ましくは３０ｗｔ％〜６０ｗｔ％の範囲内にあり、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドンの含有量としては、２−ブトキシエタノール及びＮ−イソプロピル−２−ピロリドンの総量１００ｗｔ％に対して、好ましくは３０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の範囲内、より好ましくは４０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲内にある。

２−ブトキシエタノールの含有量は、液晶配向剤の基盤に対する濡れ性に関わり、また、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドンの含有量は、液晶配向剤における前記ポリマーの溶解度に関わる。そうしてみると、２−ブトキシエタノールの含有量が２０ｗｔ％以下になると、液晶配向剤の基盤に対する濡れ性が低減されて、該液晶配向剤により形成された液晶配向膜の厚さの均一度が低減される。また、２−ブトキシエタノールの含有量が７０ｗｔ％以上になると、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドンの含有量が低すぎて、前記ポリマーの溶解度が低減されるので、インクジェット法で塗布する時に、前記ポリマーの析出が生じやすくなる。

（２）２−ブトキシエタノール、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドン及び前記ポリマーの前記混合溶媒に対する溶解度を向上できる補助溶媒からなる組成物：
２−ブトキシエタノール、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドン及び前記ポリマーの前記混合溶媒に対する溶解度を向上できる補助溶媒からなる組成物について、該補助溶媒は、好ましくは、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、及びジメチルスルホキシドからなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物であり、より好ましくは、Ｎ−メチル−２−ピロリドンである。

また、２−ブトキシエタノールの含有量としては、２−ブトキシエタノール、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドン及び該補助溶媒の総量１００ｗｔ％に対して、好ましくは２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲内にあり、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドン及び該補助溶媒の含有量としては、２−ブトキシエタノール、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドン及び該補助溶媒の総量１００ｗｔ％に対して、好ましくは３０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の範囲内にあり、且つ、該補助溶媒の含有量はＮ−イソプロピル−２−ピロリドンの含有量の４倍未満にある。

該補助溶媒の含有量がＮ−イソプロピル−２−ピロリドンの含有量の４倍以上になると、液晶配向剤をインクジェット法で基盤に塗布する時、液晶配向剤の基盤に対する流動性と濡れ性が低減される。

［液晶配向剤］
上記ポリマーを上記混合溶媒に溶解して、本実施形態の液晶配向剤が得られる。

また、本実施形態の液晶配向剤は、インクジェット法で基盤に塗布されて、液晶配向膜を形成する。

以下は、本発明について、各実施例と各比較例の評価結果を用いて説明する。

＜実施例１〜４、比較例１〜２＞
液晶配向剤の作成
下記の表１と表２に示されている各成分の組成比により、２−ブトキシエタノール（ＢＣ）、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドン（ＮＩＰ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を混合して、実施例１〜４及び比較例１〜２それぞれの混合溶媒を作成する。

ポリアミド酸溶液ＲＡ９００２（台湾Daxin Materials社製）を乾燥させて元の溶媒を取り除いた後、上記実施例１〜４及び比較例１〜２それぞれの混合溶媒に投入して溶解し、ポリアミド酸の濃度が３．５ｗｔ％となるように希釈して、実施例１〜４及び比較例１〜２の液晶配向剤を作成した。

評価方法
液滴間隔を２３０μｍに、印加電圧を２２Ｖに設定したＦｕｊｉｆｉｌｍ Ｄｉｍａｔｉｘマテリアルプリンターを用いて、実施例１〜４及び比較例１〜２の液晶配向剤をインクジェット法で基板表面に塗布し、そして、基板表面に塗布した液晶配向剤を乾燥させて液晶配向膜を形成する。

塗布した液晶配向剤の液滴の拡散直径と、該液滴が形成した液晶配向膜の中央と周りの高低差を測定し、その測定結果は表１と表２に示されている。また、実施例１と比較例１各自の塗布状態をカメラ機能を有する光学顕微鏡で撮影して、実施例１の写真である図１と比較例１の写真である図２が得られた。

表１、図１及び図２に示されるように、２−ブトキシエタノール（ＢＣ）及びＮ−イソプロピル−２−ピロリドン（ＮＩＰ）からなる組成物を混合溶媒とする実施例1は、２−ブトキシエタノール及びＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）からなる組成物を混合溶媒とする比較例1と比べると、膜中央と周りの高低差に関する濡れ性について優劣が区別できないが、拡散直径が実施例1の方が長いので、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドンを使用する実施例1は、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを使用する比較例1より優れた流動性を有している。従って、本発明の液晶配向剤は、インクジェット塗布法において優れた流動性と濡れ性を有するために、少なくとも２−ブトキシエタノール（ＢＣ）及びＮ−メチル−２−ピロリドンを含有する組成物を混合溶媒とすることが必要である。

また、表２に示されるように、２−ブトキシエタノール、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドン及び補助溶媒とするＮ−メチル−２−ピロリドンからなる組成物を混合溶媒とした場合について、各成分の含有量が上記好ましい範囲内にある実施例２〜４は、拡散直径が長く、膜中央と周りの高低差も小さく、インクジェット塗布法において優れた流動性と濡れ性を有している。

しかし、２−ブトキシエタノールの含有量が２０ｗｔ％未満の１５ｗｔ％である上に、補助溶媒とするＮ−メチル−２−ピロリドンの含有量が、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドンの含有量の４倍以上の４．７倍にある比較例２は、拡散直径が実施例２〜４の約半分、膜中央と周りの高低差が実施例２〜４の倍以上、流動性と濡れ性が劣っている。

上記の評価結果によれば、本発明の液晶配向剤は、２−ブトキシエタノール及びＮ−イソプロピル−２−ピロリドンからなる組成物を混合溶媒としてポリマーを溶解するので、インクジェット法で塗布する時、ポリマーの析出が生じにくく、また、ノズルから安定且つ高速で噴出され、厚さが均一である液晶配向膜の形成に優れる流動性と濡れ性を有する。

更に、２−ブトキシエタノール及びＮ−イソプロピル−２−ピロリドンからなる組成物に補助溶媒を添加して混合溶媒とする場合は、該混合溶媒の総量に対して、該２−ブトキシエタノールの含有量が２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲内にあり、該Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドンと該補助溶媒との含有量の合計が３０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の範囲内にあり、且つ、該補助溶媒の含有量が該Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドンの含有量の４倍未満にあると、２−ブトキシエタノール及びＮ−イソプロピル−２−ピロリドンからなる組成物を混合溶媒とする液晶配向剤と同じく、インクジェット法で塗布する時、ポリマーの析出が生じにくく、また、ノズルから安定且つ高速で噴出され、厚さが均一である液晶配向膜の形成に優れる流動性と濡れ性を有する。

本発明の液晶配向剤は、インクジェット法で基板に液晶配向膜を形成することに適し、更に、インクジェット法で塗布する時、ノズルから安定且つ高速で噴出でき、ポリマーの析出が生じにくく、且つ均一な厚さの液晶配向膜を形成することに好適である。

なし

Claims (4)

1. ポリアミド酸及びポリイミドからなる群より選ばれた少なくとも１種のポリマーと、混合溶媒と、を含有する液晶配向剤であって、
   前記混合溶媒は、
   ２−ブトキシエタノール及びＮ−イソプロピル−２−ピロリドンのみからなる第１の混合溶媒、或は、２−ブトキシエタノール、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドン及び前記ポリマーの該混合溶媒における溶解度を向上させる補助溶媒のみからなる第２の混合溶媒であり、
   前記第１の混合溶媒において、前記第１の混合溶媒の総量に対しては、２−ブトキシエタノールの含有量が２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲内にあり、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドンの含有量が３０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の範囲内にあり、
   前記第２の混合溶媒において、前記第２の混合溶媒の総量に対して、２−ブトキシエタノールの含有量が２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲内にあり、Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドンと前記補助溶媒との含有量の合計が３０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の範囲内にあることを特徴とする液晶配向剤。
2. 前記補助溶媒は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、及びジメチルスルホキシドからなる群より選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の液晶配向剤。
3. 前記第２の混合溶媒において、前記補助溶媒の含有量は前記Ｎ−イソプロピル−２−ピロリドンの含有量の４倍未満にあることを特徴とする請求項１に記載の液晶配向剤。
4. 前記液晶配向剤の総量１００重量部に対して、前記ポリマーの含有量は、２〜５重量部にあることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液晶配向剤。