JP6447815B2 - 新規ジアミン、重合体、液晶配向剤、液晶配向膜及びそれを用いた液晶表示素子 - Google Patents

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Description

本発明は、新規のジアミン、重合体、液晶表示素子に用いる液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子に関するものである。
液晶表示素子において、液晶配向膜は液晶を一定の方向に配向させるという役割を担っている。現在、工業的に利用されている主な液晶配向膜は、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸(ポリアミド酸ともいわれる。)やポリイミドの溶液からなるポリイミド系の液晶配向剤を、基板に塗布し成膜することで作製される。また、基板面に対して液晶を平行配向又は傾斜配向させる場合は、成膜した後、更にラビングによる表面延伸処理が行われている。また、ラビング処理に代わるものとして偏光紫外線照射等による異方性光化学反応を利用する方法も提案されており、近年では工業化に向けた検討が行われている。
液晶表示素子の表示特性の向上のために、ポリアミック酸やポリイミドの構造を種々変更し、最適化を行なったり、特性の異なる樹脂をブレンドしたり、添加剤を加えるなどにより、液晶配向性の改善やプレチルト角のコントロール、電気特性などの改善などが可能となり、更なる表示特性の改善を行なうことができるとして、数々の技術が提案されてきた。例えば、高い電圧保持率を得るために、特定の繰り返し構造を有するポリイミド樹脂を用いることが提案されている(特許文献1等参照)。また、残像現象に対し、イミド基以外に窒素原子を有する可溶性ポリイミドを用いることにより、残像が消去されるまでの時間を短くすることが提案されている(特許文献2等参照)。また、オキサゾールやイミダゾール骨格を含む特定のジアミンとテトラカルボン酸二無水物から得られるポリアミック酸やその誘導体が提案されている(特許文献3参照)。
しかしながら、液晶表示素子の高性能化、大面積化、表示デバイスの省電力化などが進み、それに加え、様々な環境下での使用がされるようになり、液晶配向膜に求められる特性も厳しいものになってきた。特に、液晶配向剤を基板に塗布した際に、タクトタイムが長くなることによる析出や白化による印刷不良の発生や、液晶表示素子の長期に渡る使用によるイオン密度の増加や、蓄積電荷による焼き付きなどの問題が課題となっており、従来の技術ではこの両者を同時に解決することは難しくなってきている。
ここで、tert−ブトキシカルボニル基(以下、Boc基ともいう)で保護されたアルキルアミンを含有するジアミンを用いた液晶配向剤が提案されている(特許文献4参照)。この技術では、Boc基で保護された1級又は2級の脂肪族アミンを有するポリイミド前駆体又はポリイミドの塗膜を形成し、その後、焼成時に反応性の高い1級又は2級の脂肪族アミンを生成させて分子間架橋反応を進行させ、機械強度に優れたポリイミド膜を生成するというものである。
しかしながら、かかるポリイミド膜は、ラビング耐性は向上するが、液晶配向性は逆に低下し、RDC(残留DC電圧)も蓄積し易くなるという課題がある。
また、近年の液晶表示素子の高性能化に伴って、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いる。特に、電気特性の1つである電圧保持率が、バックライトからの光照射によって低下してしまうと、液晶表示素子の表示不良の1つである焼付き不良(線焼付き)が発生しやすくなってしまい、信頼性の高い液晶表示素子を得ることができなくなる。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、光照射に長時間曝された後であっても、電圧保持率が低下しにくいことも求められている。
特開平2−287324号公報 特開平10−104633号公報 特開2010−54872号公報 WO2006−126555号公報
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであって、ラビング耐性と液晶配向性に優れ、RDC(残留DC電圧)が蓄積し難く、バックライト耐性や高温高湿耐性に優れた液晶配向膜を製造でき、基板等への印刷性(ポリマーの溶剤への溶解性)が良好である液晶配向剤を得ることができるジアミンの提供を目的とする。すなわち、これらの特徴を有するポリアミド、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミドを得ることが出来るジアミンを提供し、さらにそれを用いた液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子を提供することを目的とする。
本発明者は、鋭意研究を行った結果、ジアミン成分として、下記式(1)で表される特定のジアミンを使用したポリアミド、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステルや、ポリイミドを含む液晶配向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、本発明を完成するに至った。なお、式(1)で表されるジアミンは、文献未載の新規化合物である。
すなわち、本発明は以下の要旨を有するものである。
1. 下記式(1)で表されることを特徴とするジアミン。
Figure 0006447815
(式中、Aは熱によって脱離し得る有機基を表す。Bは−CH−、−O−、−S−または−NH−を表す。Xは単結合または二価の有機基を表す。Yは単結合、−O−、−CONH−、−NHCO−、−OCO−、−COO−、−HN−CO−NH−、−NHCOO−または−OCONH−を表す。Zは単結合または炭素数1〜2のアルキレン基を表す。Rは水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表す。Rは、Yが−CONH−または−OCO−である場合は−NH−A基を表し、それ以外の場合は水素原子、ハロゲン原子または炭素数1〜5のアルキル基を表す。k1は0〜3の整数を表し、Rは、ハロゲン原子または炭素数1〜5のアルキル基を表し、−(Rk1は置換基Rがk1個あることを表し、但し、k1が2以上の場合、2以上のRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。k2は0〜3の整数を表し、Rは、ハロゲン原子またはアルキル基であり、−(Rk2は置換基Rがk2個あることを表し、但し、k2が2以上の場合、2以上のRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
2. Aがtert−ブトキシカルボニル基であることを特徴とする1.記載のジアミン。
3. Bが−NH−であることを特徴とする1.または2.記載のジアミン。
4. Xが単結合または2価の炭素数1〜20の飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基もしくは複素環を表し、Yが単結合、−O−、−OCO−または−COO−を表すことを特徴とする1.〜3.のいずれかに記載のジアミン。
5. Xが2価の炭素数1〜20の飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基または複素環を表し、Yが−CONH−(ただし、C=OがXに結合している)を表し、Rが−NH−A基であることを特徴とする1.〜3.のいずれかに記載のジアミン。
6. 1.〜5.記載の式(1)で表されるジアミンを含むジアミン成分を用いて得られるポリアミド、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、または、該ポリアミック酸及び/又はポリアミック酸エステルをイミド化して得られるポリイミドからなることを特徴とする重合体。
7. 前記ジアミン成分が、式(1)で表されるジアミンを5〜100mol%含有することを特徴とする6.記載の重合体。
8. 前記ジアミン成分が、下記式(2)で表されるジアミンを5〜50mol%含有することを特徴とする6.または7.記載の重合体。
Figure 0006447815
(式中、Pは単結合、−O−、−CHO−、−CONH−、−NHCO−、−OCO−、−COO−、−HN−CO−NH−、−NHCOO−またはOCONH−を表し、Q、Q、Qはそれぞれ独立して2価のベンゼン環又はシクロヘキサン環を表し、p、q、rはそれぞれ独立して0又は1の整数を表し、Pは、水素原子、炭素数1〜22のアルキル基又はステロイド骨格を有する炭素数12〜25の2価の有機基を表す。)
9. 6.〜8.のいずれか一つに記載の重合体を含有することを特徴とする液晶配向剤。
10. 9.記載の液晶配向剤を用いたことを特徴とする液晶配向膜。
11. 10.記載の液晶配向膜を具備したことを特徴とする液晶表示素子。
本発明の液晶配向剤は、上記式(1)で表される特定構造のジアミンを用いたポリマーを含有するので、印刷性が良好である。また、本発明の液晶配向剤から得られる液晶配向膜は、塗膜焼成の際に、上記式(1)で表される特定構造のジアミン由来の保護基が脱離したアミノ基が反応して環化構造を形成し、また、分子間反応するので、ラビング耐性に優れ且つ液晶配向性が良好であり、RDCが蓄積し難く、長時間にわたる高温高湿環境下やバックライトなどの光照射状況下においても電圧保持率の低下が生じ難い。したがって、このような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である。
以下に、本発明について詳細に説明する。
<式(1)で表されるジアミン>
本発明のジアミンは上記式(1)で表されるジアミンである。式(1)中の熱によって脱離し得る有機基Aは、熱で分解して脱離することにより、−NHAがアミノ基に変換される有機基であれば特に限定はされない。勿論、Aを具備する状態では、アミノ基の反応性を低下させるものである。熱で脱離し得る有機基であるAの構造としては、ベンジルオキシカルボニル基や9−フルオレニルメチルオキシカルボニル基、アリルオキシカルボニル基、第三級ブトキシカルボニル基(tert−ブトキシカルボニル基)などに代表されるカルバメート系の有機基が挙げられるが、熱による脱離の効率が良く、比較的低い温度で脱離し、脱離した際に無害な気体として排出されるという観点では、第三級ブトキシカルボニル基が特に好ましい。なお、本明細書において、有機基とは、例えば、NやOを有していても良い炭化水素基である。
式(1)で表されるジアミンのより好ましい具体的な構造を下記式(3)及び下記式(4)に示す。
Figure 0006447815
式(3)中、Dは2価の炭素数1〜20の飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基または複素環を表し、Dは種々の置換基を有していてもよい。また、Eは単結合、または、2価の炭素数1〜20の飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基もしくは複素環であり、Fは単結合またはエーテル結合(−O−)、エステル結合(−OCO−、−COO−)を表す。mは、1または0である。
上記式(3)中のアミノ基を有するベンゼン環の水素原子は、有機基、具体的には例えば式(1)におけるRやRで置換されていてもよく、試薬の入手性などにより種々選択されるが、未置換のものが好ましい。また、アミノ基の置換位置は特に限定されないが、合成難易度や試薬の入手性の観点では、アミド結合を基準とすると、メタまたはパラの位置が好ましく、液晶配向性の観点ではパラの位置が特に好ましい。また保護されたアミノ基(すなわち−NHA)を有さないアミノベンゼンにおいても、同様にアミド結合を基準としたときに、メタまたはパラの位置が好ましく、溶解性の観点ではメタの位置が好ましく、液晶配向性の観点ではパラの位置が好ましい。
また、式(3)中のDは限定されず、式(3)で表されるジアミンの原料として使用するジカルボン酸やテトラカルボン酸二無水物などの構造によって、構造を種々選択することが出来る。Dとしては、溶解性の観点では2価の炭化水素基などが好ましく、直鎖アルキレン基や環状アルキレン基などが好ましい例として挙げられ、この炭化水素基は不飽和結合を有していても良い。また液晶配向性や電気特性の観点では、2価の芳香族炭化水素基や複素環などが好ましい。液晶配向性の観点からはDは置換基を有さないほうが好ましいが、溶解性の観点では、水素原子がカルボン酸基やフッ素原子などで置換されているものが好ましい。
mが0の場合の式(3)で表されるジアミンや、式(4)で表されるジアミンは、非対称構造のジアミンであるが、好ましいDは上記と同様であり、好ましいEも、上記の好ましいDと同様である。なお、式(4)で表されるジアミンに関しては、EとFとが共に単結合である化合物も好ましい。
本発明の式(1)で表されるジアミンは、第三級ブトキシカルボニル基(以下Boc基とも記載する)等の熱によって脱離し得る有機基Aで保護された芳香族アミノ基を含有することを特徴としている。通常アミノ基は反応性に富む有機基であるため、そのままではジアミンの側鎖の一部として応用することが困難であるが、Boc基等の熱によって脱離し得る有機基で保護することによりアミノ基の反応性を低下させることができ、またBoc基等の熱によって脱離し得る有機基Aで保護されたアミノ基は約150℃以上で加熱するとBoc基等の熱によって脱離し得る有機基Aが脱保護され、アミノ基に変化させることが出来る。なお、ジアミンの側鎖とは、ジアミンの2つのアミノ基を結ぶ構造から枝分かれした構造である。それに加えてBoc基は嵩高い第三級ブチル基を有するため、モノマー(式(1)で表されるジアミン)の溶解性を向上させることができ、加えてそのモノマー(式(1)で表されるジアミン)を用いることで生成するポリマーも同様に溶解性を向上させることができる。したがって、このモノマー(式(1)で表されるジアミン)を用いて得られるポリマー(ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド)を含有する液晶配向剤は、印刷性が良好である。
なお、特許文献3に記載されるジアミンを用いた場合は、本発明の式(1)で表されるジアミンを用いて得られる重合体と比較して、得られる重合体の溶解性が顕著に低いため、液晶配向剤に使用されるγ−ブチロラクトン等の溶剤に可溶なポリイミド(溶剤可溶性ポリイミド)やポリアミドを得ることはできなかった。
アミノ基は反応性の高い有機基であり、不飽和結合、カルボン酸、カルボン酸無水物、エポキシ化合物、カルボニルなど様々な部位と反応することが知られている。一方で、下の図に示したようにアミド結合、エステル結合などのカルボニル基を含む結合基と近接するように、熱によって脱離し得る有機基Aで保護したアミノ基を配置させると、分子間ではなく分子内で反応が起こりやすくなり、例えばベンゾイミダゾールに誘導させることができる[scheme−1]。本発明のジアミンは焼成により発生したアミノ基を分子内で反応させることにより複素環を形成させることを目的としている。
Figure 0006447815

Scheme−1
また、熱によって脱離し得る有機基Aが外れたアミノ基のすべてが環化反応に費やされるわけではなく、一部は分子間反応(すなわち架橋反応)にも費やされることが考えられ、膜強度の向上や、ポリマー中の低分子成分と架橋することにより信頼性の向上に寄与すると考えられる。それに基づき、本発明の式(1)で表されるジアミンを用いたポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミドやポリアミドから得られる液晶配向膜は、ラビング処理時の膜削れが起こりにくくラビンク耐性に優れ、長期間高温高湿下やバックライトに暴露されても電圧保持率の低下が起こりにくくなる効果が得られることが本研究により判明している。
また、比較的低温で嵩高いBoc基が外れるので、液晶配向性も良好な構造に変化するため、ラビング耐性と液晶配向性の両立が可能になる。
加えて、焼成にて生じる前記ベンズイミダゾール等の構造は、芳香族性を獲得することにより、電気化学的に活性な構造となるため、低RDC化にも寄与し、RDCが蓄積し難い液晶配向膜を得ることができる。特に芳香族のテトラカルボン酸二無水物と本発明の式(1)で表されるジアミンの両者を原料とするとお互いが強く相互作用すると考えられ、非常にRDCが蓄積し難い液晶配向膜を得ることが出来る。
<式(1)で表されるジアミンの合成>
以下に本発明の式(1)で表されるジアミンの主な合成法について説明する。なお、以下で説明した方法は合成例であり、これに限定されないものとする。
本発明の式(1)ジアミンは、例えば後述する各ステップを経てジニトロ体あるいは、還元工程で除去可能な保護基を施したモノニトロ体を合成し、通常用いる還元反応にてニトロ基をアミノ基に変換することにより得ることができる。
式(1)で表されるジアミンの前駆体であるジニトロ体あるいはモノニトロ体の合成法に関しては特に限定しないが、例えば2つのアミノ基が近接するようなジアミノベンゼン誘導体に二炭酸第三級ブチルなどの熱脱保護が可能な保護試薬を反応させる方法が挙げられる。例えば、4−ニトロ−o−フェニレンジアミンにおいては、下記反応式で示される方法が挙げられる。
Figure 0006447815
上記反応において、必要に応じて塩基存在下にて行なうことができる。用いる塩基としては合成可能であれば特に限定はしないが、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水素化ナトリウムなどの無機塩基、ピリジン、ジメチルアミノピリジン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミンなどの有機塩基などが挙げられる。一方で、用いる塩基によっては一つのアミノ基に二つの保護基が置換してしまう場合があるため、適宜塩基を選ぶ必要がある。水素化ナトリウムなどの塩基は効率よくアミノ基の水素を引き抜くことが出来るため好ましいが、この方法以外でも合成は可能であるため、特に合成法は限定しない。
上記反応式で表されるような保護されたジアミノベンゼン誘導体を得た後、ジカルボン酸を塩化チオニルや塩化オキサリルなどを用いて誘導したジカルボン酸ハライドまたはテトラカルボン酸二無水物1当量に対し、この保護されたジアミノベンゼン誘導体を2当量反応させることにより、上記式(3)で表されるジアミンの前駆体(ジニトロ体)を合成することが出来る。また、ジカルボン酸と縮合剤と塩基を、保護されたジアミノベンゼン誘導体と反応させることによっても、上記式(3)で表されるジアミンの前駆体(ジニトロ体)を合成することが出来る。これらの反応で使用可能なジカルボン酸やテトラカルボン酸二無水物等としては、後述するポリアミド、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミドに例示したものをそのまま用いることができる。
Figure 0006447815
(式中、Dは式(3)におけるDと同じであり、D’はDから水素原子を2個除いた4価の基である。)
また、式(3)中のmが0の化合物や、式(4)で表される化合物は、上記手法で保護されたジアミノベンゼン誘導体を1当量以下にし、モノカルボン酸あるいはジカルボン酸無水物を得た後、カルボン酸と反応し得る基を有したモノニトロベンゼン誘導体を反応させることで得ることができる。または、ニトロベンゼンを有するカルボン酸やジカルボン酸無水物を保護されたジアミノベンゼン誘導体と反応させることにより得ることが出来るが、得たい化合物種により合成法は種々選択できる。
本発明の式(1)で表されるジアミンの前駆体であるジニトロ化合物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、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、アルコール系などの溶媒中、水素ガス、ヒドラジン、塩化水素などによって還元を行う方法がある。必要に応じてオートクレーブなどを用いてもよい。一方で、構造に不飽和結合部位を含む場合、パラジウムカーボンや白金カーボンなどを用いると不飽和結合部位が還元されてしまい、飽和結合となってしまう恐れがあるため、好ましい条件としては還元鉄や錫、塩化錫などの遷移金属を触媒として用いた還元条件が好ましい。
また、ベンジル基などで保護されたジアミノベンゼン誘導体からも同様に上記還元工程で脱保護することで本発明の式(1)で表されるジアミンを得ることが出来る。
<式(1)で表されるジアミンを用いて得られる重合体>
本発明のポリアミドは式(1)で表されるジアミンを含有するジアミン成分とジカルボン酸ハライドとを塩基存在下で反応させる、またはジカルボン酸とジアミン成分を適当な縮合剤、塩基の存在下にて反応させることによって得られるポリアミドである。また、本発明のポリアミック酸は、式(1)で表されるジアミンを含有するジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物との反応によって得られるポリアミック酸である。本発明のポリアミック酸エステルは式(1)で表されるジアミンを含有するジアミン成分とテトラカルボン酸ジエステルジクロリドを塩基存在下で反応させる、またはテトラカルボン酸ジエステルとジアミン成分を適当な縮合剤、塩基の存在下にて反応させることによって得られるポリアミック酸エステルである。なお、ポリアミック酸エステルは、ポリアミック酸のカルボキシル基をエステルに変換する方法でも得られる。本発明のポリイミドは、このポリアミック酸を脱水閉環(イミド化)させる、あるいはポリアミック酸エステルを加熱閉環(イミド化)させることにより得られるポリイミドである。かかるポリアミド、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドのいずれも液晶配向膜を得るための重合体として有用である。なお、ジアミン成分に含まれる式(1)で表されるジアミンは、1種類でも2種類以上でもよく、また、ジアミン成分は、式(1)で表されるジアミン以外のその他のジアミンを1種類または2種類以上含んでいてもよい。上記式(1)で表されるジアミンは、ジアミン成分全量に対して、5〜100モル%であることが好ましく、さらに好ましくは20〜100モル%である。なお、本明細書において、特に記載がなければ、割合は、モル数を基準とするものである。
ジアミン成分が含んでいてもよい式(1)で表されるジアミン以外のその他のジアミンとしては、上記式(2)で表されるジアミンが挙げられる。上記式(2)で表されるジアミンは、液晶のプレチルト角を大きくすることに貢献するものであり、これらのジアミンとしては、長鎖アルキル基、パーフルオロアルキル基、芳香族環状基、脂肪族環状基や、これらを組み合わせた置換基、ステロイド骨格基などを有するジアミンであることが好ましい。
プレチルト角の好ましい大きさはモードにより種々異なるが、上記ジアミンの構造や、導入量を種々選択することにより好ましいプレチルト角を得ることができる。
式(2)で表されるジアミンにおいて、3〜5°の比較的低いプレチルト角が要求されるTNモードや、8〜20°のプレチルトが要求されるOCBモードなどでは、チルト発現能が比較的低い側鎖(−P−(Q−(Q−(Q−P)を有するジアミンが好ましい。
比較的チルト発現能の小さな構造としては、Pは−O−、−NHCO−、又は、−CONH−が好ましく、式中pは0〜1、qは0〜1、rは0が好ましく、p及び/又はqが1の場合、Pは炭素数1〜12の直鎖アルキルが好ましく、p=q=r=0の場合、Pは炭素数10〜22の直鎖アルキル基又はステロイド骨格を有する炭素数12〜25の有機基より選ばれる2価の有機基が好ましい。チルト発現能の小さい側鎖ジアミンの具体的な構造を表1に示すがこれに限定されない。
Figure 0006447815
電気特性の観点では、表1の[2−1]〜[2−3]のような長鎖アルキル側鎖が好ましく、液晶配向性、プレチルトの安定性の観点から表1の[2−25]〜[2−27]で表されるジアミンが好ましい。
一方、VAモード(垂直配向方式、Vertical Alignment)などはチルト発現能の大きな側鎖を併用することで垂直配向性を得ることができる。VAモードにおける式(2)の好ましい構造としては、式中、Pは−O−、−COO−、又は−CHO−が好ましく、pは0〜1、qは0〜1、rは0〜1が好ましく、Pは2〜22が好ましい。p=q=r=0の場合、Pは炭素数18〜22の直鎖アルキル基、又はステロイド骨格を有する炭素数12〜25の有機基である2価の有機基が好ましい。チルト発現能の大きな側鎖ジアミンの具体的な構造を表2−1及び表2−2に示す。
Figure 0006447815
Figure 0006447815
これらのジアミンはチルト発現能が高く、VAモードに用いる場合好ましい。特に、[2−43]、[2−92]などジアミンは、チルト発現能が高く、比較的少ない側鎖量で垂直配向を示すため好ましく、特に[2−52]や[2−101]のジアミンは、極めてチルト発現能が高く、非常に少ない側鎖量で垂直配向を得ることができるため液晶配向剤の印刷性の点で好ましい。
一方、式(2)で表されるジアミンにおいては、Pは、−NHCO−が好ましく、Pは、炭素数1〜16、好ましくは3〜10のアルキル基が好ましい。また、Q、Q、Q及びp、q、rは、適宜の組み合わせが選ばれる。かかるジアミンの構造において、ベンゼン環上の各置換基の位置は特に限定されないが、2つのアミノ基の位置関係はメタ又はパラが好ましい。
上記式(2)で表されるジアミンの例として、下記の式(5)で表わされるジアミンが挙げられる。
Figure 0006447815
(式(5)中、n1は0〜21の整数であり、好ましくは0〜15の整数である。)
上記式(5)で表されるジアミンの好ましい具体例を挙げるが、これに限定されるものではない。
Figure 0006447815
ここでn2は0〜19の整数である。n2は小さい場合、プレチルト角が発現せず、大きい場合は垂直配向性が発現しやすくなるが、液晶配向剤の塗布性が悪くなる。よって好ましいn2の範囲は2〜15であり、より好ましくは4〜10である。
上記式(2)で表されるジアミンの含有量は、ジアミン成分全量に対して5〜50モル%が好ましく、プレチルトの均一性や印刷性の観点で5〜30モル%であるのが特に好ましい。また、式(2)で表されるジアミンは、式(1)で表されるジアミン1モルに対して0.1〜1.2モル含有することが好ましく、より好ましくは0.3〜1.0モルである。式(2)のジアミンがこの範囲の場合、適切なプレチルト角が得られ、かつより良好な液晶配向性が得られる。
ジアミン成分が含んでいてもよい式(1)で表されるジアミン以外のその他のジアミンとして、式(2)で表されるジアミン以外に以下のジアミンを挙げることができる。
脂環式ジアミン類の例としては、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルアミン、イソホロンジアミン等が挙げられる。
芳香族ジアミン類の例としては、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、2,4−ジアミノトルエン、2,5−ジアミノトルエン、3,5−ジアミノトルエン、1,4−ジアミノ−2−メトキシベンゼン、2,5−ジアミノ−p−キシレン、1,3−ジアミノ−4−クロロベンゼン、3,5−ジアミノ安息香酸、1,4−ジアミノ−2,5−ジクロロベンゼン、4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジメチルビベンジル、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、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、2,2’−ジアミノスチルベン、4,4’−ジアミノスチルベン、4,4’−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、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、1,3−ビス(3−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−アミノフェノキシ)ベンゼン、3,5−ビス(4−アミノフェノキシ)安息香酸、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビベンジル、2,2−ビス[(4−アミノフェノキシ)メチル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフロロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、1,1−ビス(4−アミノフェニル)シクロヘキサン、α,α’−ビス(4−アミノフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、2,2−ビス(3−アミノフェニル)ヘキサフロロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフロロプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、2,4−ジアミノジフェニルアミン、1,8−ジアミノナフタレン、1,5−ジアミノナフタレン、1,5−ジアミノアントラキノン、1,3−ジアミノピレン、1,6−ジアミノピレン、1,8−ジアミノピレン、2,7−ジアミノフルオレン、1,3−ビス(4−アミノフェニル)テトラメチルジシロキサン、ベンジジン、2,2’−ジメチルベンジジン、1,2−ビス(4−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、1,4−ビス(4−アミノフェニル)ブタン、1,5−ビス(4−アミノフェニル)ペンタン、1,6−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサン、1,7−ビス(4−アミノフェニル)ヘプタン、1,8−ビス(4−アミノフェニル)オクタン、1,9−ビス(4−アミノフェニル)ノナン、1,10−ビス(4−アミノフェニル)デカン、1,3−ビス(4−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、1,5−ビス(4−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)ヘキサン、1,7−ビス(4−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、1,9−ビス(4−アミノフェノキシ)ノナン、1,10−ビス(4−アミノフェノキシ)デカン、ジ(4−アミノフェニル)プロパン−1,3−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)ブタン−1,4−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)ペンタン−1,5−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)ヘキサン−1,6−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)ヘプタン−1,7−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)オクタン−1,8−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)ノナン−1,9−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)デカン−1,10−ジオエート、1,3−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕プロパン、1,4−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕ブタン、1,5−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕ペンタン、1,6−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕ヘキサン、1,7−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕ヘプタン、1,8−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕オクタン、1,9−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕ノナン、1,10−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕デカンなどが挙げられる。
芳香族−脂肪族ジアミンの例としては、3−アミノベンジルアミン、4−アミノベンジルアミン、3−アミノ−N−メチルベンジルアミン、4−アミノ−N−メチルベンジルアミン、3−アミノフェネチルアミン、4−アミノフェネチルアミン、3−アミノ−N−メチルフェネチルアミン、4−アミノ−N−メチルフェネチルアミン、3−(3−アミノプロピル)アニリン、4−(3−アミノプロピル)アニリン、3−(3−メチルアミノプロピル)アニリン、4−(3−メチルアミノプロピル)アニリン、3−(4−アミノブチル)アニリン、4−(4−アミノブチル)アニリン、3−(4−メチルアミノブチル)アニリン、4−(4−メチルアミノブチル)アニリン、3−(5−アミノペンチル)アニリン、4−(5−アミノペンチル)アニリン、3−(5−メチルアミノペンチル)アニリン、4−(5−メチルアミノペンチル)アニリン、2−(6−アミノナフチル)メチルアミン、3−(6−アミノナフチル)メチルアミン、2−(6−アミノナフチル)エチルアミン、3−(6−アミノナフチル)エチルアミンなどが挙げられる。
複素環式ジアミン類の例としては、2,6−ジアミノピリジン、2,4−ジアミノピリジン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリアジン、2,7−ジアミノジベンゾフラン、3,6−ジアミノカルバゾール、2,4−ジアミノ−6−イソプロピル−1,3,5−トリアジン、2,5−ビス(4−アミノフェニル)−1,3,4−オキサジアゾールなどが挙げられる。
脂肪族ジアミン類の例としては、1,2−ジアミノエタン、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−ジアミノヘキサン、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、1,3−ジアミノ−2,2−ジメチルプロパン、1,6−ジアミノ−2,5−ジメチルヘキサン、1,7−ジアミノ−2,5−ジメチルヘプタン、1,7−ジアミノ−4,4−ジメチルヘプタン、1,7−ジアミノ−3−メチルヘプタン、1,9−ジアミノ−5−メチルヘプタン、1,12−ジアミノドデカン、1,18−ジアミノオクタデカン、1,2−ビス(3−アミノプロポキシ)エタンなどが挙げられる。
また、ジアミン成分は、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、複素環、並びにそれらからなる大環状置換体を有するジアミンを含有していてもよい。具体的には、下記の式[DA−1]〜式[DA−30]で示されるジアミンを例示することができる。
Figure 0006447815
(式[DA−1]から式[DA−5]中、Rは、炭素数1〜22のアルキル基又はフッ素含有アルキル基である。)
Figure 0006447815
(式[DA−6]から式[DA−9]中、Sは、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−CH−、−O−、−CO−、又は−NH−を示し、Rは炭素数1〜22のアルキル基又はフッ素含有アルキル基を示す。)
Figure 0006447815
(式[DA−10]及び式[DA−11]中、Sは、−O−、−OCH−、−CHO−、−COOCH−、又は−CHOCO−を示し、Rは炭素数1〜22のアルキル基、アルコキシ基、フッ素含有アルキル基又はフッ素含有アルコキシ基である。)
Figure 0006447815
(式[DA−12]から式[DA−14]中、Sは、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−COOCH−、−CHOCO−、−CHO−、−OCH−、又は−CH−を示し、Rは炭素数1〜22のアルキル基、アルコキシ基、フッ素含有アルキル基又はフッ素含有アルコキシ基である。)
Figure 0006447815
(式[DA−15]及び式[DA−16]中、Sは、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−COOCH−、−CHOCO−、−CHO−、−OCH−、−CH−、−O−、又は−NH−を示し、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 0006447815
(式[DA−17]〜[DA−20]中、R10は炭素数3〜12のアルキル基であり、1,4−シクロへキシレンのシス−トランス異性は、それぞれトランス体である。)
Figure 0006447815
Figure 0006447815
光により配向処理する場合においては、一般式(1)で表されるジアミンと上記[DA−1]〜[DA−26]のジアミンを併用させることでさらに安定したプレチルトを得ることができるため好ましい。併用できるより好ましいジアミンとしては式[DA−10]〜[DA−26]が好ましく、より好ましくは[DA−10]〜[DA−16]のジアミンである。これらのジアミンの好ましい含有量は特に限定はされないが、ジアミン成分全量に対して5〜50mol%が好ましく、印刷性の観点では5〜30mol%が好ましい。
また、ジアミン成分は、以下のジアミンを含有していてもよい。
Figure 0006447815
式[DA−35]中、mは0〜3の整数であり、式[DA−38]中、nは1〜5の整数である。[DA−31]や[DA−32]は導入することによりさらにVHR(電圧保持率)を向上させることができ、[DA−33]〜[DA−38]は蓄積電荷の低減にさらに効果があるため、好ましい。
加えて、ジアミン成分は、下記の式[DA−39]で示されるようなジアミノシロキサンなどを含有していてもよい。
Figure 0006447815
(式[DA−39]中、mは、1から10の整数である。)
その他のジアミンは、液晶配向膜とした際の液晶配向性、電圧保持特性、蓄積電荷などの特性に応じて、1種類または2種類以上を混合して使用することもできる。
本発明のポリアミック酸を得るためにジアミン成分と反応させるテトラカルボン酸二無水物は特に限定されない。その具体例を以下に挙げる。
脂環式構造又は脂肪族構造を有するテトラカルボン酸二無水物としては、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1−シクロヘキシルコハク酸二無水物、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、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、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、3,3’,4,4’−ジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、シス−3,7−ジブチルシクロオクタ−1,5−ジエン−1,2,5,6−テトラカルボン酸二無水物、トリシクロ[4.2.1.02,5]ノナン−3,4,7,8−テトラカルボン酸−3,4:7,8−二無水物、ヘキサシクロ[6.6.0.12,7.03,6.19,14.010,13]ヘキサデカン−4,5,11,12−テトラカルボン酸−4,5:11,12−二無水物、4−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−1,2−ジカルボン酸無水物などが挙げられる。
更には、上記脂環式構造又は脂肪族構造を有するテトラカルボン酸二無水物に加えて、芳香族テトラカルボン酸二無水物を使用すると、より液晶配向性が向上し、かつ液晶セルの蓄積電荷を低減させることができるので好ましい。芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物などが挙げられる。
本発明のポリアミック酸エステルを得るためにジアミン成分と反応させるテトラカルボン酸ジエステルは特に限定されない。その具体例を以下に挙げる。
脂肪族テトラカルボン酸ジエステルの具体的な例としては1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、1,2−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸ジアルキルエステル、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、3,4−ジカルボキシ−1−シクロヘキシルコハク酸ジアルキルエステル、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ジアルキルエステル、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、ビシクロ[3,3,0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸ジアルキルエステル、3,3’,4,4’−ジシクロヘキシルテトラカルボン酸ジアルキルエステル、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸ジアルキルエステル、シス−3,7−ジブチルシクロオクタ−1,5−ジエン−1,2,5,6−テトラカルボン酸ジアルキルエステル、トリシクロ[4.2.1.02,5]ノナン−3,4,7,8−テトラカルボン酸−3,4:7,8−ジアルキルエステル、ヘキサシクロ[6.6.0.12,7.03,6.19,14.010,13]ヘキサデカン−4,5,11,12−テトラカルボン酸−4,5:11,12−ジアルキルエステル、4−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−1,2,3,4−テトラヒドロナフタレンー1,2−ジカルボンジアルキルエステルなどが挙げられる。
芳香族テトラカルボン酸ジエステルとしては、ピロメリット酸ジアルキルエステル、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸ジアルキルエステル、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸ジアルキルエステル、2,3,3’,4−ビフェニルテトラカルボン酸ジアルキルエステル、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、2,3,3’,4−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテルジアルキルエステル、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホンジアルキルエステル、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸ジアルキルエステルなどが挙げられる。
本発明のポリアミドを得るためにジアミン成分と反応させるジカルボン酸は特に限定されない。ジカルボン酸またはその誘導体の脂肪族ジカルボン酸の具体例として、マロン酸、蓚酸、ジメチルマロン酸、コハク酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、ムコン酸、2−メチルアジピン酸、トリメチルアジピン酸、ピメリン酸、2,2−ジメチルグルタル酸、3,3−ジエチルコハク酸、アゼライイン酸、セバシン酸およびスベリン酸等のジカルボン酸を挙げることができる。
脂環式系のジカルボン酸としては、1,1−シクロプロパンジカルボン酸、1,2−シクロプロパンジカルボン酸、1,1−シクロブタンジカルボン酸、1,2−シクロブタンジカルボン酸、1,3−シクロブタンジカルボン酸、3,4−ジフェニル−1,2−シクロブタンジカルボン酸、2,4−ジフェニル−1,3−シクロブタンジカルボン酸、1−シクロブテン−1,2−ジカルボン酸、1−シクロブテン−3,4−ジカルボン酸、1,1−シクロペンタンジカルボン酸、1,2−シクロペンタンジカルボン酸、1,3−シクロペンタンジカルボン酸、1,1−シクロヘキサンジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−(2−ノルボルネン)ジカルボン酸、ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸、ビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジカルボン酸、ビシクロ[2.2.2]オクタン−2,3−ジカルボン酸、2,5−ジオキソ−1,4−ビシクロ[2.2.2]オクタンジカルボン酸、1,3−アダマンタンジカルボン酸、4,8−ジオキソ−1,3−アダマンタンジカルボン酸、2,6−スピロ[3.3]ヘプタンジカルボン酸、1,3−アダマンタン二酢酸、カンファー酸等を挙げることができる。
芳香族ジカルボン酸としては、o−フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、5−メチルイソフタル酸、5−tert−ブチルイソフタル酸、5−アミノイソフタル酸、5−ヒドロキシイソフタル酸、2,5−ジメチルテレフタル酸、テトラメチルテレフタル酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、2,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸、1,4−アントラセンジカルボン酸、1,4−アントラキノンジカルボン酸、2,5−ビフェニルジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、1,5−ビフェニレンジカルボン酸、4,4”−ターフェニルジカルボン酸、4,4’−ジフェニルメタンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルエタンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルプロパンジカルボン酸、2,2−ジフェニルヘキサフルオロプロパン−4,4’−ジカルボン酸、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、4,4’−ビベンジルジカルボン酸、4,4’−スチルベンジカルボン酸、4,4’−トランジカルボン酸、4,4’−カルボニル二安息香酸、4,4’−ジフェニルスルホンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルスルフィドジカルボン酸、p−フェニレン二酢酸、3,3’−p−フェニレンジプロピオン酸、4−カルボキシ桂皮酸、p−フェニレンジアクリル酸、3,3’−[4,4’−(メチレンジ−p−フェニレン)]ジプロピオン酸、4,4’−[4,4’−(オキシジ−p−フェニレン)]ジプロピオン酸、4,4’−[4,4’−(オキシジ−p−フェニレン)]二酪酸、(イソプロピリデンジ−p−フェニレンジオキシ)二酪酸、ビス(p−カルボキシフェニル)ジメチルシラン等のジカルボン酸を挙げることができる。
複素環を含むジカルボン酸としては、1,5−(9−オキソフルオレン)ジカルボン酸、3,4−フランジカルボン酸、4,5−チアゾールジカルボン酸、2−フェニル−4,5−チアゾールジカルボン酸、1,2,5−チアジアゾール−3,4−ジカルボン酸、1,2,5−オキサジアゾール−3,4−ジカルボン酸、2,3−ピリジンジカルボン酸、2,4−ピリジンジカルボン酸、2,5−ピリジンジカルボン酸、2,6−ピリジンジカルボン酸、3,4−ピリジンジカルボン酸、3,5−ピリジンジカルボン酸等を挙げることができる。
上記の各種ジカルボン酸は、酸ジハライドあるいは無水の構造のものであってもよい。これらのジカルボン酸類は、特に直線的な構造のポリアミドを与えることが可能なジカルボン酸類であることが液晶分子の配向性を保つ上から好ましい。これらの中でも、テレフタル酸、イソテレフタル酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、4,4’−ジフェニルメタンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルエタンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルプロパンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルヘキサフルオロプロパンジカルボン酸、2,2−ビス(フェニル)プロパンジカルボン酸、4,4−タ−フェニルジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、2,5−ピリジンジカルボン酸またはこれらの酸ジハライド等が好ましく用いられる。これらの化合物には異性体が存在するものもあるが、それらを含む混合物であってもよい。また、2種以上の化合物を併用してもよい。なお、本発明に使用するジカルボン酸類は、上記の例示化合物に限定されるものではない。
これらテトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸ジエステル、テトラカルボン酸ジエステルジクロリド、ジカルボン酸やジカルボン酸ハライド等は、液晶配向膜にした際の液晶配向性、電圧保持特性、蓄積電荷などの特性に応じて、それぞれ1種類または2種類以上併用することができる。
テトラカルボン酸二無水物とジアミン成分との反応により、本発明のポリアミック酸を得るにあたっては、公知の合成手法を用いることができる。一般的にはテトラカルボン酸二無水物とジアミン成分とを有機溶媒中で反応させる方法である。テトラカルボン酸二無水物とジアミン成分との反応は、有機溶媒中で比較的容易に進行し、かつ副生成物が発生しない点で有利である。
テトラカルボン酸二無水物とジアミン成分との反応に用いる有機溶媒としては、生成したポリアミック酸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。
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、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、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、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−エトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミドなどが挙げられる。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、ポリアミック酸を溶解させない溶媒であっても、生成したポリアミック酸が析出しない範囲で、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アミック酸を加水分解させる原因となるので、有機溶媒はなるべく脱水乾燥させたものを用いることが好ましい。
テトラカルボン酸二無水物とジアミン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、テトラカルボン酸二無水物をそのまま、また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二無水物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、テトラカルボン酸二無水物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良い。また、テトラカルボン酸二無水物またはジアミン成分が複数種の化合物からなる場合は、あらかじめ混合した状態で反応させても良く、個別に順次反応させても良く、さらに個別に反応させた低分子量体を混合反応させ高分子量体としても良い。
その際の重合温度は−20℃から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℃から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ので、テトラカルボン酸二無水物とジアミン成分の反応溶液中での合計濃度が、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。
ポリアミック酸の重合反応においては、テトラカルボン酸二無水物の合計モル数と、ジアミン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アミック酸の分子量は大きくなる。
本発明のポリイミドは、前記のポリアミック酸を脱水閉環させることにより得ることができる。本発明のポリイミドにおいて、アミド酸基の脱水閉環率(イミド化率)は、必ずしも100%である必要はなく、0%から100%の範囲で用途や目的に応じて任意に調整することができる。
ポリアミック酸をイミド化させる方法としては、ポリアミック酸の溶液をそのまま加熱する熱イミド化、ポリアミック酸の溶液に触媒を添加する触媒イミド化が挙げられる。
ポリアミック酸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。
ポリアミック酸の触媒イミド化は、ポリアミック酸の溶液に、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、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。
ポリアミック酸エステルを合成する方法としては、上述したように、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミン成分との反応や、テトラカルボン酸ジエステルとジアミン成分を適当な縮合剤、塩基の存在下にて反応させる方法が挙げられる。または、予めポリアミック酸を重合し、高分子反応を利用してアミック酸中のカルボン酸をエステル化することでも得ることができる。
具体的には、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンとを塩基と有機溶剤の存在下で−20℃〜150℃、好ましくは0℃〜50℃において、30分〜24時間、好ましくは1〜4時間反応させることによって合成することができる。
前記塩基には、ピリジン、トリエチルアミン、4−ジメチルアミノピリジンが使用できるが、反応が穏和に進行するためにピリジンが好ましい。塩基の添加量は、除去が容易な量で、かつ高分子量体が得やすいという観点から、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドに対して、2〜4倍モルであることが好ましい。
縮合剤存在下にて縮合重合を行なう場合、トリフェニルホスファイト、ジシクロヘキシルカルボジイミド、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩、N,N’−カルボニルジイミダゾール、ジメトキシ−1,3,5−トリアジニルメチルモルホリニウム、O−(ベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−テトラメチルウロニウム テトラフルオロボラート、O−(ベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスファート、(2,3−ジヒドロ−2−チオキソ−3−ベンゾオキサゾリル)ホスホン酸ジフェニル、4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジンー2−イル)4−メトキシモルホリウムクロリド n−水和物などが使用できる。
また、上記縮合剤を用いる方法において、ルイス酸を添加剤として加えることで反応が効率的に進行する。ルイス酸としては、塩化リチウム、臭化リチウムなどのハロゲン化リチウムが好ましい。ルイス酸の添加量はテトラカルボン酸ジエステルに対して0.1〜1.0倍モル量であることが好ましい。
上記の反応に用いる溶媒は、上記にて示したポリアミック酸を重合する際に用いられる溶媒で行なうことができるが、モノマーおよびポリマーの溶解性からN−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトンが好ましく、これらは1種又は2種以上を混合して用いてもよい。合成時の濃度は、ポリマーの析出が起こりにくく、かつ高分子量体が得やすいという観点から、1〜30質量%が好ましく、5〜20質量%がより好ましい。また、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドの加水分解を防ぐため、ポリアミック酸エステルの合成に用いる溶媒はできるだけ脱水されていることが良く、窒素雰囲気中で、外気の混入を防ぐのが好ましい。
ポリアミドの合成もポリアミック酸エステル同様にして行なうことができる。
ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド、ポリアミドの反応溶液から、生成したポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド、ポリアミドを回収する場合には、反応溶液を貧溶媒に投入して沈殿させれば良い。沈殿に用いる貧溶媒としてはメタノール、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、エタノール、トルエン、ベンゼン、水などを挙げることができる。貧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。この際の貧溶媒として、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種類以上の貧溶媒を用いると、より一層精製の効率が上がるので好ましい。
本発明のポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミドやポリアミドの分子量は、液晶配向剤として用いた場合に得られる塗膜の強度及び、塗膜形成時の作業性、塗膜の均一性を考慮すると、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。
<液晶配向剤>
本発明の液晶配向剤は、液晶配向膜を形成するための塗布液であり、重合体被膜を形成するための重合体成分が有機溶媒に溶解した溶液である。ここで、前記の重合体成分は、上記した本発明の重合体である式(1)で表されるジアミンを用いて得られるポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド及びポリアミドから選ばれる少なくとも一種の重合体を含む。液晶配向剤が含有する重合体成分の含有量は1質量%〜20質量%が好ましく、より好ましくは3質量%〜15質量%、特に好ましくは3質量%〜10質量%である。
本発明において、前記の重合体成分は、全てが本発明の重合体であってもよく、本発明の重合体にそれ以外の他の重合体が混合されていてもよい。その際、重合体成分中における本発明の重合体以外の他の重合体の含有量は0.5質量%〜15質量%、好ましくは1質量%〜10質量%である。
かかる他の重合体は、例えば、テトラカルボン酸ニ無水物成分と反応させるジアミン成分として、式(1)で表されるジアミン以外のジアミンを使用して得られるポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド又はポリアミドなどが挙げられる。
本発明の液晶配向剤に用いる有機溶媒(溶剤)は、重合体成分を溶解させる有機溶媒であれば特に限定されない。その具体例を以下に挙げる。
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−メチルカプロラクタム、2−ピロリドン、N−エチルピロリドン、N−ビニルピロリドン、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、γ−ブチロラクトン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−エトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、1,3−ジメチル−イミダゾリジノン、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、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、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、混合して使用してもよい。
本発明の液晶配向剤は、上記の重合体成分以外の成分を含有してもよい。その例としては、液晶配向剤を塗布した際の膜厚均一性や表面平滑性を向上させる溶媒や化合物、液晶配向膜と基板との密着性を向上させる化合物などである。
膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる溶媒(貧溶媒)の具体例としては次のものが挙げられる。
例えば、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、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、エチルカルビトールアセテート、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、1−ヘキサノール、n−へキサン、n−ペンタン、n−オクタン、ジエチルエーテル、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、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、1−ブトキシ−2−プロパノール、1−フェノキシ−2−プロパノール、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ジアセテート、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテル−2−アセテート、プロピレングリコール−1−モノエチルエーテル−2−アセテート、ジプロピレングリコール、2−(2−エトキシプロポキシ)プロパノール、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低表面張力を有する溶媒などが挙げられる。
これらの貧溶媒は1種類でも複数種類を混合して用いてもよい。上記のような溶媒を用いる場合は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の5〜80質量%であることが好ましく、より好ましくは20〜60質量%である。
膜厚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使用割合は、液晶配向剤に含有される樹脂成分の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、次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などが挙げられる。
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などが挙げられる。
更に、基板と膜の密着性向上に加え、バックライトによる電気特性低下などをさらに防ぐ目的で以下のようなフェノプラスト系の添加剤を導入しても良い。具体的なフェノプラスト系添加剤を以下に示すが、この構造に限定されない。
Figure 0006447815
基板との密着性を向上させる化合物を使用する場合、その使用量は、液晶配向剤に含有される重合体成分の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。使用量が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配向性が悪くなる場合がある。
本発明の液晶配向剤には、上記の他、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で、誘電体や導電物質、さらには、液晶配向膜にした際の膜の硬度や緻密度を高める目的の架橋性化合物を添加してもよい。
<液晶配向膜・液晶表示素子>
本発明の液晶配向剤は、基板等上に塗布、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、又は垂直配向用途などでは配向処理無しで液晶配向膜として用いることができる。この際、用い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、若しくは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を用いることができる。また、液晶駆動のためのITO(Indium Tin Oxide)電極などが形成された基板を用いることがプロセスの簡素化の観点から好ましい。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エハー等の不透明な物でも使用でき、この場合の電極はアルミ等の光を反射する材料も使用できる。
液晶配向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、ロールコーター、スリットコーター、スピンナーなどがあり、目的に応じてこれらを用いてもよい。含有する式(1)で表されるジアミンを用いて得られる重合体の溶剤への溶解性が良好であるため、本発明の液晶配向剤は印刷性に優れている。したがって、基板等へ塗布したときに析出や白化(すなわち凝集物の発生)が抑制されて塗布・成膜性が向上する。また、基板等へ塗布した後の放置時間を長くしても均一性や透明性に優れた液晶配向膜を製造することができる。
液晶配向剤を基板上に塗布した後の焼成は、ホットプレートなどの加熱手段により50〜300℃、好ましくは80〜250℃で行い、溶媒を蒸発させて、塗膜を形成させることができる。この焼成により、式(1)で表されるジアミン由来の熱によって脱離し得る有機基Aが、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミドやポリアミドから脱離し、上記の環化反応や、分子間反応に費やされる。したがって、得られる液晶配向膜は、ラビング処理時の膜削れが起こりにくくラビンク耐性に優れ、長期間高温高湿下やバックライトに暴露されても電圧保持率の低下が起こりにくくなる。また、焼成後の重合体の構造は、電気化学的に活性な構造となるため、RDCが蓄積し難い液晶配向膜を得ることができる。焼成後に形成される塗膜の厚みは、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、焼成後の塗膜をラビング又は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、液晶表示素子としたものである。一例を挙げるならば、対向するように配置された2枚の基板と、基板間に設けられた液晶層と、基板と液晶層との間に設けられ本発明の液晶配向剤により形成された上記液晶配向膜とを有する液晶セルを具備する液晶表示素子である。このような本発明の液晶表示素子としては、ツイストネマティック(TN:Twisted Nematic)方式、垂直配向(VA:Vertical Alignment)方式や、水平配向(IPS:In-Plane Switching)方式、OCB配向(OCB:Optically Compensated Bend)等、種々のものが挙げられる。
液晶セル作製方法としては、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ーを散布し、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、又は、スペーサー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。このときのスペーサーの厚みは、好ましくは1〜30μm、より好ましくは2〜10μmである。
液晶には、正の誘電異方性を有するポジ型液晶や負の誘電異方性を有するネガ型液晶、具体的には、例えば、メルク社製のMLC−2003、MLC−6608、MLC−6609などを用いることができる。
以上のようにして、本発明の液晶配向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に利用できる。
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではないことはもちろんである。
実施例及び比較例で使用する化合物の略号は以下の通りである。MWは分子量を表し、また、Bocはtert−ブトキシカルボニル基(−COO−C(CH))を表す。
また、表3には、実施例及び比較例で合成したポリアミック酸(PAA)のリストを、表4には、実施例及び比較例で合成した溶剤可溶性ポリイミド(SPI)のリストを、それぞれ示す。
さらに、表5には、実施例及び比較例で調製した液晶配向剤(AL)のリストを示し、表6には、実施例及び比較例の液晶配向剤の印刷性、ラビング耐性、セル表示特性評価結果を示し、表7には、実施例及び比較例の液晶配向剤を用いた液晶セルの特性評価結果を示す。
<テトラカルボン酸二無水物>
A−1:1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物 (MW196)
A−2:3,4−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 (MW300)
A−3:ピロメリット酸二無水物 (MW218)
A−4:アジポイルクロリド (MW183)
A−5:テレフタロイルクロリド (MW203)
Figure 0006447815
<ジアミン>
B−1:1,4−フェニレンジアミン (MW108)
B−2:3−アミノベンジルアミン (MW122)
B−3:4,4−ジアミノジフェニルメタン (MW198)
Figure 0006447815
B−4:4−ヘキサデシルオキシ−1,3−ジアミノベンゼン (MW348)
B−5:4−(トランス−4−ヘプチルシクロヘキシル)ベンズアミド−2’,4’−フェニレンジアミン (MW407)
Figure 0006447815
B−6:N1,N4−ビス(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ−4−アミノフェニル)スクシンアミド (MW528)
B−7:N1,N4−ビス(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ−4−アミノフェニル)アジパミド (MW556)
B−8:N1,N4−ビス(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ−4−アミノフェニル)テレフタルアミド (MW576)
B−9:4−アミノ−N−(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ−4−アミノフェニル)ベンズアミド (MW342)
Figure 0006447815
<有機溶媒>
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
GBL:γ−ブチロラクトン
BCS:ブチルセロソルブ
THF:テトラヒドロフラン
DMF:N,N−ジメチルホルムアミド
以下に、本実施例で行った評価方法について示す。
<分子量の測定>
ポリマー(ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド、ポリアミド)の分子量は、該ポリマーをGPC(常温ゲル浸透クロマトグラフィー)装置によって測定し、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド換算値として数平均分子量と重量平均分子量を算出した。
GPC装置:Shodex社製(GPC−101)
カラム:Shodex社製(KD803、KD805の直列)
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30ミリモル/L、リン酸・無水結晶(o−リン酸)が30ミリモル/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:東ソー社製 TSK 標準ポリエチレンオキサイド(分子量約900,000、150,000、100,000、30,000)、及び、ポリマーラボラトリー社製ポリエチレングリコール(分子量約12,000、4,000、1,000)。
<イミド化率の測定>
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サンプル管に入れ、重水素化ジメチルスルホキシド(DMSO−d、0.05%TMS混合品)0.53mlを添加し、完全に溶解させた。この溶液を日本電子データム社製NMR測定器(JNM−ECA500)にて500MHzのプロトンNMRを測定した。
イミド化率は、以下の式によって算出した。なお、式(1)で表されるジアミンを用いないポリイミドのイミド化率は、下記の式中の「ポリアミック酸重合時の式(1)ジアミンの導入量」の値をゼロとして算出した。
イミド化率(%)=
(100−ポリアミック酸重合時の式(1)ジアミンの導入量(mol%)/2)×α
式中α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付近に現れるアミック酸のNH基に由来するプロトンピーク積算値とを用い次式によって求めた。
α=(1−α・x/y)
上記式において、xはアミック酸の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はポリアミック酸(イミド化率が0%)の場合におけるアミック酸のNH基プロトン一個に対する基準プロトンの個数割合である。
<液晶セルの作製>
液晶配向剤を透明電極付きガラス基板にスピンコートし、温度80℃のホットプレート上で70秒乾燥させた後、220℃のIRオーブンを用いて窒素雰囲気下で10分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。この塗膜面をロール径120mmのラビング装置でコットン布(吉川製YA−25C)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0.4mmの条件でラビングし、液晶配向膜付き基板を得た。
この基板を2枚用意し、その1枚の液晶配向膜面上に6μmのスペーサーを散布し、その上からシール剤(住友化学(株) NX−1500T)をシールディスペンサーにて印刷し、もう1枚の基板を液晶配向膜面が向き合いラビング方向が直行するようにして張り合わせた後、シール剤を硬化(仮硬化:80℃30分、本硬化:150℃1時間)させて空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、液晶MLC−2003(メルク・ジャパン社製)を注入し、注入口を封止して、ツイストネマティック液晶セルを得た。
また、下記で説明する液晶配向性の評価に使用する液晶セルの作製については、上記のラビングの条件をロール回転数700rpm、ロール進行速度50mm/s、押し込み量0.2mmにて、張り合わせた際にラビング方向が逆水平に向かい合うようにラビング処理を行い、液晶配向膜付き基板を得た。これを用いて上記同様の条件にてセル作製を行い、液晶配向性評価用アンチパラレル液晶セルを得た。
<ワニス(液晶配向剤)印刷性試験>
調製した液晶配向剤を、洗浄したCr板上に配向膜印刷機(日本写真印刷社製「オングストローマー」)を用いてフレキソ印刷を行なうことにより塗布性試験を行なった。アニロックスロールに約1.0mLの液晶配向剤を滴下し、空運転を10回実施した後、10分間印刷機を止め、印刷版を乾燥させた。その後、Cr基板1枚に印刷を行い、印刷後の基板は70℃のホットプレート上に5分間放置して、塗膜の仮乾燥を行い、膜状態の観察を行った。観察は目視と光学顕微鏡(ニコン社製「ECLIPSE ME600」)にて50倍で観察し、主に膜厚ムラやエッジ部の膜厚ムラの観察を行った。
<ラビング耐性の評価>
<液晶セルの作製>で液晶配向膜付き基板を得た段階で、液晶配向膜の表面を共焦点レーザー顕微鏡(レーザーテック社製 リアルタイム走査型レーザー顕微鏡1LM21D)で観察し、下記の基準で評価を行った。結果を表6に示す。
良好:削れカスやラビング傷が全く観察されない。
不良:膜が剥離する又は目視でラビング傷が観察される。
<液晶配向性評価>
液晶配向性評価用アンチパラレル液晶セルの初期配向状態を偏光板を介して目視で観察した。評価基準を以下に示す。結果を表6に示す。
良好:良好に配向している。
不良:光抜けや配向不良箇所が多く観察される。
<プレチルト角の測定>
上記の<液晶セルの作製>と同様にして得られた液晶セルを105℃で10分間加熱した後、プレチルト角の測定を行った。測定にはオプトメトリクス社製 Axo Scan ミュラーマトリクスポーラリメーターを用いた。
<VHR(電圧保持率)の測定>
上記の<液晶セルの作製>に記載の方法で作製したツイストネマティック液晶セルに、60℃の温度下で1Vの電圧を60μs間印加し、166.7ms後の電圧を測定し、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(初期VHR)。結果を表7の「初期」欄に示す。なお、電圧保持率の測定には東陽テクニカ社製のVHR−1電圧保持率測定装置を使用した。
また、初期VHR測定を行った液晶セルを、バックライト(ノートPCに使用されるLCD用バックライト)に240時間暴露した後、初期VHRと同様の方法でVHRを測定した(バックライトエージング暴露後のVHR)。結果を表7の「バックライトエージング」欄に示す。
そして、バックライトエージング暴露後のVHR測定を行った液晶セルを、70℃、相対湿度70%の環境下に240時間放置した後、初期VHRと同様の方法でVHRを測定した(高温・高湿エージング後のVHR)。結果を表7の「高温・高湿エージング」欄に示す。
<RDC(残留DC電圧)の測定>
上記の<液晶セルの作製>に記載の方法で作製したツイストネマティック液晶セルに、23℃の温度下で直流電圧を0Vから0.1V間隔で1.0Vまでに印加し、各電圧でのフリッカー振幅レベル光電変換装置を用いて測定し、フリッカー振幅レベルと印加電圧における検量線を作成した。セルを5分間アースし、放置後、交流電圧をV50(輝度が半分になる電圧)、直流電圧5.0Vを1時間印加した後、直流電圧のみ0Vにした直後のフリッカー振幅レベルを測定し、予め作成した検量線と照らし合わせる事によりRDCを見積もった。このRDCの見積もり方法は、フリッカー参照法という。
<ジアミンの合成>
(実施例1) N1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−アミノフェニル]スクシンアミド[B−6]の合成
Figure 0006447815
Step−1 4−ニトロ 2−tertブトキシカルボニルアミノアニリン[NB−NA]の合成
攪拌子と窒素導入管を備えた3L四口フラスコに、4−ニトロ−1,2−フェニレンジアミンを200.0g(1.31mol)測りとり、THFを1L、DMFを300mL加え窒素雰囲気下で約60℃に加熱し溶解させ、二炭酸tertブチル285.2g(1.44mol)を滴下ロートを用いて2時間かけてゆっくり滴下し、4時間還流させた。
反応終了後、反応溶液をロータリーエバポレーターで濃縮し、得られた残渣をTHFに溶解させ、酢酸エチル:n−ヘキサンの混合溶媒(体積比7:3)に注ぎ、再結晶することで黄色の固体248g(収率約75%)を得た。得られた固体は4−ニトロ−2−tertブトキシカルボニルアミノアニリンであった。その構造は、分子内水素原子の核磁気共鳴スペクトルであるH−NMRスペクトルにて確認した。測定データを以下に示す。
H NMR (400 MHz,[D]−DMSO)δ:8.58(s−br、1H)、8.32(s、1H)、7.81−7.78(d−d、1H)、6.74−6.71(d−d、1H)、6.48(s−br、2H)、1.49(s、9H)
Step−2 N1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−ニトロフェニル]フスクシンアミド の合成
500mL四口フラスコに4−ニトロ−2−tertブトキシカルボニルアミノアニリンを20.0g(78.97mmol)、ピリジン(「Py」とも記載する)を15.6g(197.43mmol)測り取り、脱水THF300mlに溶解させ、氷浴中10℃以下を保ちながら、窒素雰囲気下でコハク酸ジクロリド5.51g(35.54mmol)のTHF溶液(20wt%)を滴下漏斗を用いてゆっくり滴下し、室温で24時間攪拌反応させた。反応が進行するにつれて固体が析出してきた。反応終了後、反応溶液に純水300mlを加えしばらく攪拌し、1Lのメタノールに反応溶液を注ぎしばらく攪拌した。固体を濾過し、更にメタノール500mlで数回洗浄することで薄黄色の固体19.5g(収率:92%)を得た。得られた固体はN1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−ニトロフェニル]フスクシンアミドであった。
Step−3 [B−6]の合成
三方コックと攪拌子を備えた300mL四口フラスコにN1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−ニトロフェニル]スクシンアミド10.0gとパラジウムカーボン(10wt%)を1.0g計り取り、DMFを200ml加え、減圧脱気及び水素置換を行い、室温で48時間反応させた。
反応終了後、PTFE製のメンブランフィルターにてパラジウムカーボンを除去し、濾液を10℃以下に冷やしたメタノール500mlに注ぎ、しばらく攪拌することで固体が析出した。得られた固体を回収し、メタノールで洗浄した後、酢酸エチルとn−ヘキサンの混合溶媒で洗浄し、60℃で真空乾燥させることにより、目的のジアミン([B−6])である白色の固体7.84g(収率:87%)を得た。その構造は、分子内水素原子の核磁気共鳴スペクトルであるH−NMRスペクトルにて確認した。測定データを以下に示す。
H NMR (400 MHz,[D]−DMSO)δ:9.19(s、2H)、7.97(s、2H)、7.00(d−d、2H)、6.83(d、2H)、6.33(d−d、2H)、5.04(s−br、4H)、2,50(m、4H)、1.43(s、18H)
(実施例2) N1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−アミノフェニル]アジパミド[B−7]の合成
Figure 0006447815
STEP−1 N1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−ニトロフェニル]アジパミド の合成
500mL四口フラスコに2−tertブトキシカルボニルアミノ−4−ニトロアニリンを20.0g(78.97mmol)、ピリジンを15.6g(197.43mmol)測り取り、脱水THF300mlとDMF100mlとの混合溶媒に溶解させ、氷浴中10℃以下を保ちながら、窒素雰囲気下でアジポイルクロリド6.5g(35.54mmol)のTHF溶液(20wt%)を滴下漏斗を用いてゆっくり滴下し、室温で24時間攪拌反応させた。反応が進行するにつれて固体が析出してきた。反応終了後、反応溶液に純水300mlを加えしばらく攪拌し、1Lのメタノールに反応溶液を注ぎしばらく攪拌した。固体を濾過し、更にメタノール500mlで数回洗浄することで白灰色の固体19.5g(収率:89%)を得た。得られた固体はN1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−ニトロフェニル]アジパミドであった。
STEP−2 N1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−アミノフェニル]アジパミド[B−7]の合成
三方コックと攪拌子を備えた300mL四口フラスコにN1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−ニトロフェニル]アジパミド15.0gとパラジウムカーボン(5wt%)を1.5g計り取り、DMFを250ml加え、減圧脱気及び水素置換を行い、室温で48時間反応させた。
反応終了後、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)製のメンブランフィルターにてパラジウムカーボンを除去し、濾液を10℃以下に冷やしたメタノール500mlに注ぎ、しばらく攪拌することで固体が析出した。得られた固体を回収し、メタノールで洗浄した後、酢酸エチルとn−ヘキサンの混合溶媒で洗浄し、60℃で真空乾燥させることにより、目的のジアミンである薄灰色の固体12.2g(収率:90%)を得た。得られた固体は[B−7]であった。その構造は、分子内水素原子の核磁気共鳴スペクトルであるH−NMRスペクトルにて確認した。測定データを以下に示す。
H NMR (400 MHz,[D]−DMSO)δ:9.19(s、2H)、7.97(s、2H)、7.00(d−d、2H)、6.83(d、2H)、6.33(d−d、2H)、5.04(s−br、4H)、2,50(m、4H)、1.44(m、4H)、1.48(s、18H)
(実施例3) N1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−アミノフェニル]テレフタルアミド[B−8]の合成
Figure 0006447815
STEP−1 N1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−ニトロフェニル]テレフタルアミドの合成
500mL四口フラスコに2−tertブトキシカルボニルアミノ−5−ニトロアニリンを20.0g(78.97mmol)、ピリジンを15.6g(197.43mmol)測り取り、脱水THF300mlとDMF100mlとの混合溶媒に溶解させ、氷浴中10℃以下を保ちながら、窒素雰囲気下でテレフタロイルクロリド7.2g(35.54mmol)のTHF溶液(20wt%)を滴下漏斗を用いてゆっくり滴下し、室温で24時間攪拌反応させた。反応が進行するにつれて固体が析出してきた。反応終了後、反応溶液に純水300mlを加えしばらく攪拌し、1Lのメタノールに反応溶液を注ぎしばらく攪拌した。固体を濾過し、更にメタノール500mlで数回洗浄することで薄黄色の固体21.5g(収率:95%)を得た。得られた固体はN1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−ニトロフェニル]テレフタルアミドであった。
STEP−2 N1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−アミノフェニル]テレフタルアミド[B−8]の合成
三方コックと攪拌子を備えた300mL四口フラスコにN1,N4−ビス[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−ニトロフェニル]テレフタルアミド15.0gとパラジウムカーボン(5wt%)を1.5g計り取り、DMFを250ml加え、減圧脱気及び水素置換を行い、室温で48時間反応させた。
反応終了後、PTFE製のメンブランフィルターにてパラジウムカーボンを除去し、濾液を10℃以下に冷やしたメタノール500mlに注ぎ、しばらく攪拌することで固体が析出した。得られた固体を回収し、メタノールで洗浄した後、酢酸エチルとn−ヘキサンの混合溶媒で洗浄し、60℃で真空乾燥させることにより、目的のジアミンである薄灰色の固体12.5g(収率:92%)を得た。得られた固体は、[B−8]であった。その構造は、分子内水素原子の核磁気共鳴スペクトルであるH−NMRスペクトルにて確認した。測定データを以下に示す。
H NMR (400 MHz,[D]−DMSO)δ:9.68(s、2H)、8.32(s−br、2H)、8.05(s、2H)、7.07(d、2H)、6.86(d、2H)、6.35(d−d、2H)、5.15(s−br、4H)1.43(s、18H)
(実施例4) 4−アミノ−N−[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−アミノフェニル]ベンズアミド[B−9]の合成
Figure 0006447815
STEP−1 4−ニトロ−N−[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−ニトロフェニル]ベンスアミドの合成
500mL四口フラスコに2−tertブトキシカルボニルアミノ−4−ニトロアニリンを15.0g(59.23mmol)、ピリジンを7.0g(88.85mmol)測り取り、脱水THF300mlとDMF100mlとの混合溶媒に溶解させ、氷浴中10℃以下を保ちながら、窒素雰囲気下で4−ニトロベンゾイルクロリド12.1g(65.15mmol)をゆっくり加え、室温で24時間攪拌反応させた。反応が進行するにつれて固体が析出してきた。反応終了後、反応溶液に純水300mlを加えしばらく攪拌し、1Lのメタノールに反応溶液を注ぎしばらく攪拌した。固体を濾過し、更にメタノール500mlで数回洗浄することで白色の固体22.2g(収率:93%)を得た。得られた固体は4−ニトロ−N−[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−ニトロフェニル]ベンスアミドであった。
STEP−2 4−アミノ−N−[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−アミノフェニル]ベンズアミド[B−9]の合成
三方コックと攪拌子を備えた300mL四口フラスコに4−ニトロ−N−[(2−tert−ブトキシカルボニルアミノ)−4−ニトロフェニル]ベンズアミド20.0gとパラジウムカーボン(5wt%)を2.0g計り取り、DMFを400ml加え、減圧脱気及び水素置換を行い、室温で48時間反応させた。
反応終了後、PTFE製のメンブランフィルターにてパラジウムカーボンを除去し、濾液を10℃以下に冷やしたメタノール1Lに注ぎ、固体を析出させ、しばらく攪拌させた。得られた固体を回収し、メタノールで洗浄した後、酢酸エチルとn−ヘキサンの混合溶媒で洗浄し、60℃で真空乾燥させることにより、目的のジアミンである白色の固体15.3g(収率:90%)を得た。得られた固体は、[B−9]であった。その構造は、分子内水素原子の核磁気共鳴スペクトルであるH−NMRスペクトルにて確認した。測定データを以下に示す。
H NMR (400 MHz,[D]−DMSO)δ:9.23(s−br、1H)、8.26(s−br、1H)、7.65(d、2H)、6.99(d、1H)、6.83(d、1H)、6.59−6.57(d−d、2H)、6.33−6.31(d−d、1H)、5.75(s−br、2H)、5.07(s−br、2H)、1.44(s、18H)
<液晶配向剤の調製>
(実施例5) ポリアミック酸[PAA−1:A−1/B−6]の重合と液晶配向剤[AL−1]の調製
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた50ml四口フラスコに、B−6を2.64g(5.00mmol)測り取り、NMPを20.3g加え溶解させ、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、A−1を0.93g(4.75mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−1)の溶液を得た。得られたPAA−1の数平均分子量は11,300、重量平均分子量は24,500であった。
攪拌子を備えた50mlの三角フラスコにこのポリアミック酸の溶液を10.0g計り取り、NMPを7.5g、BCSを7.5gを加え、室温で30分攪拌し、PAA−1が6.0質量%、NMPが64質量%、BCSが30質量%の液晶配向剤[AL−1]を得た。
(実施例6) ポリアミック酸[PAA−2:A−1/B−7]の重合と液晶配向剤[AL−2]の調製
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた50ml四口フラスコに、B−7を2.78g(5.00mmol)測り取り、NMPを21.1g加え溶解させ、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、A−1を0.93g(4.75mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−2)の溶液を得た。得られたPAA−2の数平均分子量は13,400、重量平均分子量は30,100であった。
攪拌子を備えた50mlの三角フラスコにこのポリアミック酸の溶液を10.0g計り取り、NMPを7.5g、BCSを7.5gを加え、室温で30分攪拌し、PAA−2が6.0質量%、NMPが64質量%、BCSが30質量%の液晶配向剤[AL−2]を得た。
(実施例7) ポリアミック酸[PAA−3:A−1/B−8]の重合と液晶配向剤[AL−3]の調製
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた50ml四口フラスコに、B−8を2.88g(5.00mmol)測り取り、NMPを21.1g加え溶解させ、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、A−1を0.93g(4.75mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−3)の溶液を得た。得られたPAA−3の数平均分子量は10,700、重量平均分子量は25,200であった。
攪拌子を備えた50mlの三角フラスコにこのポリアミック酸の溶液を10.0g計り取り、NMPを7.5g、BCSを7.5gを加え、室温で30分攪拌し、PAA−3が6.0質量%、NMPが64質量%、BCSが30質量%の液晶配向剤[AL−3]を得た。
(実施例8) ポリアミック酸[PAA−4:A−1/B−9]の重合と液晶配向剤[AL−4]の調製
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた50ml四口フラスコに、B−9を1.71g(5.00mmol)測り取り、NMPを15.00g加え溶解させ、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、A−1を0.93g(4.75mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−4)の溶液を得た。得られたPAA−4の数平均分子量は11,100、重量平均分子量は23,500であった。
攪拌子を備えた50mlの三角フラスコにこのポリアミック酸の溶液を10.0g計り取り、NMPを7.5g、BCSを7.5gを加え、室温で30分攪拌し、PAA−4が6.0質量%、NMPが64質量%、BCSが30質量%の液晶配向剤[AL−4]を得た。
(実施例9) ポリアミック酸[PAA−5:A−3/B−6]の重合と液晶配向剤[AL−5]の調製
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた50ml四口フラスコに、B−6を2.64g(5.00mmol)測り取り、NMPを20.7g加え溶解させ、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、A−3を1.01g(4.65mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−5)の溶液を得た。得られたPAA−5の数平均分子量は10,800、重量平均分子量は22,300であった。
攪拌子を備えた50mlの三角フラスコにこのポリアミック酸の溶液を10.0g計り取り、NMPを7.5g、BCSを7.5gを加え、室温で30分攪拌し、PAA−5が6.0質量%、NMPが64質量%、BCSが30質量%の液晶配向剤[AL−5]を得た。
(実施例10) ポリアミック酸[PAA−6:A−3/B−7]の重合と液晶配向剤[AL−6]の調製
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた50ml四口フラスコに、B−7を2.78g(5.00mmol)測り取り、NMPを21.5g加え溶解させ、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、A−3を1.01g(4.65mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−6)の溶液を得た。得られたPAA−6の数平均分子量は11,900、重量平均分子量は24,900であった。
攪拌子を備えた50mlの三角フラスコにこのポリアミック酸の溶液を10.0g計り取り、NMPを7.5g、BCSを7.5gを加え、室温で30分攪拌し、PAA−6が6.0質量%、NMPが64質量%、BCSが30質量%の液晶配向剤[AL−6]を得た。
(実施例11) ポリアミック酸[PAA−7:A−1/B−1、B−7(30)、B−4(10)]の重合と液晶配向剤[AL−7]の調製
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた50ml四口フラスコに、B−1を0.64g(6.00mmol)、B−7を1.67g(3.00mmol)、B−4を0.35g(1.00mmol)測り取り、NMPを25.89g加え溶解させ、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、A−1を1.87g(9.50mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−7)の溶液を得た。得られたPAA−7の数平均分子量は12,200、重量平均分子量は26,300であった。
攪拌子を備えた50mlの三角フラスコにこのポリアミック酸の溶液を10.0g計り取り、NMPを7.5g、BCSを7.5gを加え、室温で30分攪拌し、PAA−7が6.0質量%、NMPが64質量%、BCSが30質量%の液晶配向剤[AL−7]を得た。
(実施例12) 可溶性ポリイミド[SPI−1:A−1/B−2、B−7(40)、B−5(5)]の合成と液晶配向剤[AL−8]の調製
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた50ml四口フラスコに、B−2を1.34g(11.00mmol)、B−7を4.45g(8.00mmol)、B−5を0.41g(1.00mmol)測り取り、NMPを56.27g加え溶解させ、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、A−1を3.84g(19.60mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−8)の溶液を得た。
攪拌子を備えた200ml三角フラスコに、上記で得られたポリアミック酸の溶液を50.0g測りとり、NMPを56.54g、無水酢酸を3.43g(25.25mmol)、ピリジンを1.07g(13.46mmol)加え、室温で30分攪拌した後、50℃で3時間攪拌し反応させた。反応終了後、300mlのメタノールにゆっくり注ぎポリマーを析出させ、30分攪拌した後、濾過により固体を回収した。得られた固体をメタノールで十分洗浄した後、100℃で真空乾燥させることによりポリイミド[SPI−1]を得た。このポリイミドの数平均分子量は12,100、重量平均分子量は25,300、イミド化率は87%であった。
攪拌子を備えた50mlの三角フラスコにSPI−1を2.00g測りとり、GBLを18.0g加え50℃で24時間攪拌し溶解させ、完全に溶解しているのを確認し、GBLを3.33g、BCSを10.0g加え室温で30分攪拌することで、SPI−1が6.0質量%、GBLが64質量%、BCSが質量30%の液晶配向剤[AL−8]を得た。
(実施例13) 可溶性ポリイミド[SPI−2:A−2/B−1、B−7(30)、B−4(10)]の合成
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた50ml四口フラスコに、B−1を0.65g(6.00mmol)、B−7を1.67g(3.00mmol)、B−4を0.35g(1.00mmol)測り取り、NMPを31.79g加え溶解させ、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、A−2を3.84g(19.60mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−9)の溶液を得た。
攪拌子を備えた100ml三角フラスコに、上記で得られたポリアミック酸の溶液を50.0g測りとり、NMPを56.54g無水酢酸を13.72g(134.36mmol)、ピリジンを6.38g(80.62mmol)加え、室温で30分攪拌した後、40℃で3時間攪拌し反応させた。反応終了後、400mlのメタノールにゆっくり注ぎポリマーを析出させ、30分攪拌した後、濾過により固体を回収した。得られた固体をメタノールで十分洗浄した後、100℃で真空乾燥させることによりポリイミド[SPI−2]を得た。このポリイミドの数平均分子量は10,400、重量平均分子量は21,500、イミド化率は85%であった。
攪拌子を備えた50mlの三角フラスコにSPI−2を2.00g測りとり、GBLを18.0g加え50℃で24時間攪拌し溶解させ、完全に溶解しているのを確認し、GBLを13.33g 加え室温で30分攪拌することで、SPI−2が6.0質量%、GBLが94質量%のポリイミド溶液[SPI−2S]を得た。
(実施例14) ポリアミック酸[PAA−10:A−1、A−3(50)/B−3]の重合
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた200ml四口フラスコに、B−3を9.91g(50.00mmol)測り取り、NMPを56.04g、GBLを56.04g加え溶解させ、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、A−1を4.41g(22.50mmol)測り取り、少しずつ加え、A−3を5.45g(25.00mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−10)の溶液を得た。得られたPAA−10の数平均分子量は10,500、重量平均分子量は22,400であった。
攪拌子を備えた500mlの三角フラスコに上記で得られたポリアミック酸の溶液を100.00g計り取り、GBLを23.33g、NMPを26.67g、BCSを50.00gを加え、室温で30分攪拌し、PAA−10が6.0質量%、NMPが20質量%、BCSが15質量%のポリアミック酸溶液[PAA−10S]を得た。
(実施例15) 液晶配向剤[AL−9]の調製
攪拌子を備えた100mlの三角フラスコに、実施例13で得られたポリイミド溶液[SPI−2S]を20.00g、実施例14で得られたポリアミック酸溶液[PAA−10S]を80.00g測り取り、室温で24時間攪拌することで液晶配向剤[AL−9]を得た。
(実施例16) ポリアミド[PA−1:A−4、A−1/B−6]の重合と液晶配向剤[AL−10]の調製
窒素導入管と攪拌子を備えた100mL四口フラスコにB−6を5.28g(10.00mmol)、NMPを16.7g、ピリジン1.98g(25.00mmol)を加え、約10℃に冷却し、A−4を0.91g(4.80mmol)、A−1を1.02g(5.00mmol)加え、室温に戻し窒素雰囲気下24時間反応させポリアミド(PA−1)の濃度20質量%の溶液を得た。
このポリアミド(PA−1)の溶液にNMPを32.2g加え8.0%とし、約10℃に冷やしたメタノール500mL中に攪拌しながらゆっくり注ぎ、固体を析出させた。沈殿した固体を回収し、さらに、メタノール200mLで計2回分散洗浄し、100℃で減圧乾燥することで、ポリアミド(PA−1)の薄茶色粉末を得た。このポリアミドの数平均分子量は11,600、重量平均分子量は23,000であった。
ポリアミド(PA−1)2.00g測りとり、GBLを18.0g加え50℃で24時間攪拌し溶解させ、完全に溶解しているのを確認し、GBLを3.33g BCSを10.0g加え室温で30分攪拌することで、PA−1が6.0質量%、GBLが64質量%、BCSが質量30%の液晶配向剤[AL−10]を得た。
(比較例1) ポリアミック酸[PAA−11:A−1/B−3]の重合と液晶配向剤
[AL−11]の調製
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた50ml四口フラスコに、B−3を1.98g(10.00mmol)測り取り、NMPを21.79g加え溶解させ、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、A−1を1.86g(9.50mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−11)の溶液を得た。得られたPAA−11の数平均分子量11,400、重量平均分子量は24,300であった。
攪拌子を備えた50mlの三角フラスコにこのポリアミック酸の溶液を10.0g計り取り、NMPを7.5g、BCSを7.5gを加え、室温で30分攪拌し、PAA−11が6.0質量%、NMPが64質量%、BCSが30質量%の液晶配向剤[AL−11]を得た。
(比較例2) ポリアミック酸[PAA−12:A−1/B−1]の重合と液晶配向剤
[AL−12]の調製
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた50ml四口フラスコに、A−1を1.96g(10.00mmol)測り取り、NMPを16.81g加え攪拌し、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、スラリー状の溶液にB−1を1.01g(9.50mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−12)の溶液を得た。得られたPAA−12の数平均分子量13,500、重量平均分子量は28,900であった。
攪拌子を備えた50mlの三角フラスコにこのポリアミック酸の溶液を10.0g計り取り、NMPを7.5g、BCSを7.5gを加え、室温で30分攪拌し、PAA−12が6.0質量%、NMPが64質量%、BCSが30質量%の液晶配向剤[AL−12]を得た。
(比較例3) 可溶性ポリイミド[SPI−3:A−1/B−2、B−4(10)]の重合と液晶配向剤[AL−12]の調製
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた50ml四口フラスコに、B−2を1.64g(13.50mmol)、B−4を0.52g(1.5mmol)測り取り、NMPを28.48g加え攪拌し、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、A−1を2.85g(14.55mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−13)の溶液を得た。
攪拌子を備えた200ml三角フラスコに、上記で得られたポリアミック酸の溶液を30.0g測りとり、NMPを45.00g無水酢酸を3.14g(30.74mmol)、ピリジンを1.35g(17.01mmol)加え、室温で30分攪拌した後、50℃で3時間攪拌し反応させたが、反応中にゲル化が起こり、可溶性ポリイミドの調製は出来なかった。よって、AL−13の調製はできなかった。
(比較例4) 可溶性ポリイミド[SPI−4:A−2/B−1、B−4(10)]の重合
窒素導入管とメカニカルスターラーを備えた50ml四口フラスコに、B−1を1.45g(13.50mmol)、B−4を0.52g(1.50mmol)測り取り、NMPを36.25g加え溶解させ、窒素雰囲気下で約10℃に冷却し、A−2を4.41g(14.7mmol)を少しずつ加え、室温に戻し6時間反応させ15質量%のポリアミック酸(PAA−14)の溶液を得た。
攪拌子を備えた100ml三角フラスコに、上記で得られたポリアミック酸の溶液を30.0g測りとり、NMPを45.00g、無水酢酸を10.77g(105.52mmol)、ピリジンを5.01g(63.31mmol)加え、室温で30分攪拌した後、40℃で3時間攪拌し反応させた。反応終了後、300mlのメタノールにゆっくり注ぎポリマーを析出させ、30分攪拌した後、濾過により固体を回収した。得られた固体をメタノールで十分洗浄した後、100℃で真空乾燥させることによりポリイミド[SPI−4]を得た。このポリイミドの数平均分子量は10,700、重量平均分子量は22,500、イミド化率は88%であった。
攪拌子を備えた50mlの三角フラスコにSPI−4を2.00g測りとり、GBLを18.0g加え50℃で24時間攪拌し溶解させ、完全に溶解しているのを確認し、GBLを13.33g加え室温で30分攪拌することで、SPI−4が6.0質量%、GBLが94質量%のポリイミド溶液[SPI−4S]を得た。
攪拌子を備えた100mlの三角フラスコに、上記手法で得られたポリイミド溶液SPI−4Sを20.00gと、実施例14で得られたポリアミック酸溶液[PAA−10S]を80.00g測り取り、室温で24時間攪拌し、液晶配向剤[AL−14]を得た。
Figure 0006447815
Figure 0006447815
Figure 0006447815
Figure 0006447815
Figure 0006447815
*2 VHR測定は初期、バックライトエージング、高温・高湿エージングの順にて行った。
*3 RDC測定は初期VHRを測定後に行い、AC電圧:V50(約4.8〜5.0Vp−p)、DC電圧:5.0V、DC印加時間:1時間行い、DC印加1時間後のRDCをフリッカー参照法にて行った。
表6及び7に示すように、本発明の式(1)で表されるジアミンを用いて得られたポリマーを含有する液晶配向剤を用いた実施例1〜12及び15〜16は、いずれもラビング耐性と液晶配向性に優れ、RDCが蓄積し難く、バックライト耐性や高温高湿耐性に優れた液晶配向膜を製造できることが確認された。また、これら実施例の液晶配向剤の基板等への印刷性も良好であった。すなわち、本発明の式(1)で表されるジアミンを用いて得られたポリマーは溶剤への溶解性が高く、印刷時に析出や白化などが生じにくくなるため、塗布・成膜性を向上させることができ、良好な印刷性の液晶配向剤を得ることが出来る。また、溶剤への溶解性が高くなるため、基板の濡れ性が良好な貧溶媒を多く導入することが可能となり、より印刷性を向上させることができる。
一方、本発明の式(1)で表されるジアミンを用いない比較例1〜4では、液晶配向膜のラビング耐性、液晶配向性、RDC、バックライト耐性及び高温高湿耐性と、液晶配向剤の印刷性の全ての特性を満足することはできなかった。
本発明の液晶配向剤により、ラビング時の膜剥がれや削れに強く、直流電圧が印加されても初期の電荷の蓄積が起こり難く、且つ長期間高温高湿下やバックライトに暴露されても電圧保持率の低下が起こり難い液晶配向膜が得られる。そのため、本発明の液晶配向剤を用いて作製した液晶表示素子は、信頼性の高い液晶表示素子とすることができ、TN液晶表示素子、STN液晶表示素子、TFT液晶表示素子、VA液晶表示素子、IPS液晶表示素子、OCB液晶表示素子など、種々の方式による表示素子に好適に用いられる。

Claims (11)

  1. 下記式(1)で表されることを特徴とするジアミン。
    Figure 0006447815
    (式中、Aはベンジルオキシカルボニル基、9−フルオレニルメチルオキシカルボニル基、アリルオキシカルボニル基及びtert−ブトキシカルボニル基から選択される、熱によって脱離し得る有機基を表す。Bは−CH−、−O−、−S−または−NH−を表す。Xは単結合または2価の炭素数1〜20の飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基または複素環を表す。Yは単結合、−O−、−CONH−、−NHCO−、−OCO−、−COO−、−HN−CO−NH−、−NHCOO−または−OCONH−を表す。Zは単結合または炭素数1〜2のアルキレン基を表す。Rは水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表す。Rは、Yが−CONH−または−OCO−である場合は−NH−A基を表し、それ以外の場合は水素原子、ハロゲン原子または炭素数1〜5のアルキル基を表す。k1は0〜3の整数を表し、Rは、ハロゲン原子または炭素数1〜5のアルキル基を表し、−(Rk1は置換基Rがk1個あることを表し、但し、k1が2以上の場合、2以上のRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。k2は0〜3の整数を表し、Rは、ハロゲン原子またはアルキル基であり、−(Rk2は置換基Rがk2個あることを表し、但し、k2が2以上の場合、2以上のRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
  2. Aがtert−ブトキシカルボニル基であることを特徴とする請求項1記載のジアミン。
  3. Bが−NH−であることを特徴とする請求項1または2記載のジアミン。
  4. が単結合、−O−、−OCO−または−COO−を表すことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のジアミン。
  5. Xが2価の炭素数1〜20の飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基または複素環を表し、Yが−CONH−(ただし、C=OがXに結合している)を表し、Rが−NH−A基であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のジアミン。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の式(1)で表されるジアミンを含むジアミン成分を用いて得られるポリアミド、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、または、該ポリアミック酸及び/又はポリアミック酸エステルをイミド化して得られるポリイミドからなることを特徴とする重合体。
  7. 前記ジアミン成分が、式(1)で表されるジアミンを5〜100mol%含有することを特徴とする請求項6記載の重合体。
  8. 前記ジアミン成分が、下記式(2)で表されるジアミンを5〜50mol%含有することを特徴とする請求項6または7記載の重合体。
    Figure 0006447815
    (式中、Pは単結合、−O−、−CHO−、−CONH−、−NHCO−、−OCO−、−COO−、−HN−CO−NH−、−NHCOO−またはOCONH−を表し、Q、Q、Qはそれぞれ独立して2価のベンゼン環又はシクロヘキサン環を表し、p、q、rはそれぞれ独立して0又は1の整数を表し、Pは、水素原子、炭素数1〜22のアルキル基又はステロイド骨格にアルキル基からなる置換基を有し且つ前記アルキル基の合計炭素数が9〜25の有機基を表す。)
  9. 請求項6〜8のいずれか一項に記載の重合体を含有することを特徴とする液晶配向剤。
  10. 請求項9記載の液晶配向剤を用いたことを特徴とする液晶配向膜。
  11. 請求項10記載の液晶配向膜を具備したことを特徴とする液晶表示素子。

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