JP6459513B2 - 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子 - Google Patents
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Description
液晶表示素子は、電圧印加による液晶の配向変化を利用して、所望とする画像の表示を行うことができる。
このVAモード液晶表示素子では、電圧印加により、垂直配向する液晶が、所定の方向に一様に傾斜しながら、基板に平行となるように配向変化する。そして、VAモード液晶表示素子は、高いコントラスト比と広い視野角、さらに優れた応答特性を実現することができる。
例えば、VAモード液晶表示素子では、上述した液晶の略垂直配向状態を実現する突起構造を、液晶を挟持するTFT基板やカラーフィルタ基板に形成するMVA(Multi−domain Vertical Alignment)方式が知られている。また、液晶層を挟持する基板のITO(Indium Tin Oxide)等からなる電極にスリット構造を設け、形成される斜め電界によって液晶の傾斜方向を制御するPVA(Patterned Vertical Alignment)方式が知られている。さらに、別の方式として、PSA(Polymer sustained Alignment)方式がある。
この技術では、ポリマー分子中に光反応性の側鎖を導入した構造のポリマーを用いた液晶配向剤を基板に塗布する。そして、焼成を行って形成された液晶配向膜によって液晶層を挟持し、この液晶層に電圧を印加しながら紫外線を照射して液晶表示素子を作製する。
その結果、液晶中に重合性化合物を添加しない構成でも、電圧印加によって液晶が傾斜配向する方向が制御され、また、応答速度の速い液晶表示素子を得ることが出来る。
ポリマー分子中に光反応性の側鎖を導入した構造のポリマーを用いた液晶配向膜を有するVAモードの液晶表示素子は、その一対の液晶配向膜によって液晶層を挟持して構成される。そして、一対の液晶配向膜間で垂直配向する液晶に電圧を印加し、所望とする液晶の傾斜配向状態を実現した後、UV等の光を照射して、光反応性の側鎖に重合反応を生じさせる。このとき、光反応性の側鎖の重合反応は、それらの近傍にある液晶の一部を巻き込む状態で進められる。その結果、光反応性の側鎖の光重合反応は、傾斜配向する一部の液晶の配向状態を固定化させる。そのため、液晶配向膜間に挟持された液晶層にプレチルト角が形成され、その結果、液晶表示素子の液晶の応答速度は格段に向上する。
(1)下記式(1)で表されるアルコキシシランと下記式(4)で表されるアルコキシシランを含有する原料アルコキシシランから形成されるポリシロキサン成分(A)、及び重合禁止成分(B)を含有し、該重合禁止成分(B)が、前記ポリシロキサン成分(A)の構成部分として、又は前記ポリシロキサン成分(A)と別の物質として含有することを特徴とする液晶配向剤。
R1Si(OR2)3 (1)
(R1は下記式(2)で表わされる基であり、R2は炭素数1〜5のアルキル基である。)
Y2は単結合、二重結合を含有する炭素数3〜8の直鎖状若しくは分岐状の炭化水素基、又は、−(CR17R18)b−(bは1〜15の整数であり、R17及びR18は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を表す。)である。
Y3は単結合、−(CH2)c−(cは1〜15の整数である)、−O−、−CH2O−、−COO−又は−OCO−である。
Y4は単結合、ベンゼン環、シクロへキシル環、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価の有機基であり、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。
Y5はベンゼン環、シクロへキシル環及び複素環からなる群から選ばれる少なくとも1種の2価の環状基であり、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。
n1は0〜4の整数である。
Y6は水素原子、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。)
(R 3 は、水素原子が、アクリル基、アクリロキシ基、メタクリル基、メタクリロキシ基又はスチリル基で置換された炭素数1〜30のアルキル基である。R 4 は炭素数1〜5のアルキル基である。)
RaSi(ORb)3 (5)
(Raは、重合禁止機能を有する基であり、Rbは炭素数1〜5のアルキル基である。)
RaSi(ORb)3 (5)
(Raは、重合禁止機能を有する基であり、Rbは炭素数1〜5のアルキル基である。)
(6)前記重合禁止成分(B)が、前記ポリシロキサン成分(A)に対して0.01〜20モル%含有される上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
(7)原料アルコキシシラン中、前記式(1)で表されるアルコキシシランが、2〜30モル%含有され、上記式(4)で表されるアルコキシシランが5〜80モル%含有される、上記(1)〜(6)いずれか1項に記載の液晶配向剤。
Si(OR15)4 (6)
(R15は炭素数1〜5のアルキル基である。)
(R13)n2Si(OR14)4−n (7)
(R13は、水素原子、又は、水素原子がヘテロ原子、ハロゲン原子、アミノ基、グリシドキシ基、メルカプト基、イソシアネート基、若しくはウレイド基で置換されていてもよい炭素数1〜10の炭化水素基である。
R14は炭素数1〜5のアルキル基であり、n2は0〜3の整数を表す。)
(11)上記(10)に記載の液晶配向膜を有することを特徴とする液晶表示素子。
(12)上記(10)に記載の液晶配向膜の一対と、液晶配向膜に挟持された液晶層とを有し、前記液晶配向膜が、前記液晶層に電圧が印加された状態で、光の照射を受けて形成されたものであるVAモードの液晶表示素子。
すなわち、本発明の液晶配向剤から形成され液晶配向膜を有する液晶表示素子は、液晶配向膜が有する光反応性の側鎖の熱的な反応が抑制され、光による液晶の配向制御と応答速度が向上する。また、液晶表示素子の製造工程における液晶配向膜の焼成マージン(Margin)を拡大することができる。かくして、本発明の液晶配向剤から得られる液晶配向膜は、優れた応答特性を有するVAモードの液晶表示素子が提供される。
本発明の液晶配向剤は、記式(1)で表されるアルコキシシランと下記式(3)で表されるアルコキシシランを含有する原料アルコキシシランから形成されるポリシロキサン成分(A)、及び重合禁止成分(B)を含有する。
ポリシロキサン成分(A)(以下、ポリシロキサン(A)ともいう。)は、上述したように、下記式(1)で表されるアルコキシシラン及び下記式(4)で表されるアルコキシシランを含有する原料アルコキシシランから形成されるポリシロキサンである。
(R1は下記式(2)の構造を表し、R2は、炭素数1〜5のアルキル基を表す。)
n1は0〜4の整数であり、好ましくは、0〜2の整数である。
上記式(1)におけるR2は、炭素数1〜5、好ましくは1〜3のアルキル基である。より好ましくは、R2はメチル基又はエチル基である。
B3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。
B2は酸素原子又は−COO−*(但し、「*」を付した結合手がB3と結合する。)である。
B1は酸素原子又は−COO−*(但し、「*」を付した結合手が(CH2)a2)と結合する。)である。
また、a1は0又は1の整数であり、a2は2〜10の整数であり、a3は0又は1の整数である。)
このような式(1)で表されるアルコキシシランは、例えば、日本特開昭61−286393号公報に開示されている、公知の方法で製造することが可能である。
式(4)におけるR4は、炭素数1〜5のアルキル基であり、好ましくは炭素数1〜3であり、より好ましくは炭素数1〜2である。
RaSi(ORb)3 (5)
式(7)で表されるアルコキシシランは、ポリシロキサンに種々の特性を付与し得るため、一種又は複数種を選択して用いることができる。
下記式(7)で表されるアルコキシシランは、ポリシロキサン(A)を得るために用いられる原料アルコキシシラン中、好ましくは1〜20モル%である。
(R13)n2Si(OR14)4−n (7)
式(7)におけるR14は炭素数1〜5、好ましくは1〜3のアルキル基であり、n2は0〜3、好ましくは0〜2の整数を表す。
本発明の液晶配向剤は、ポリシロキサン成分(A)の光反応性の側鎖の熱的な反応を抑制するための重合禁止成分(B)を含有する。重合禁止成分(B)は、本発明の液晶配向剤から形成される液晶配向膜に重合禁止機能を導入することができる。重合禁止成分(B)は、重合を遅延、若しくは禁止させる化合物であり、本発明においては、液晶配向膜に含まれる光反応性の側鎖の熱的な反応を遅延、若しくは禁止させる物質である。
この重合禁止成分(B)は、上記のように、液晶配向剤中に、ポリシロキサン成分(A)の構成部分として含有することができる。すなわち、重合禁止成分(B)は、ポリシロキサン成分(A)を形成するときに、重合禁止機能を付与するための上記式(5)のアルコキシシランを併用し、ポリシロキサン(A)の構成部位として含有せしめる。
かかる重合禁止剤は、上記の重合禁止機能を有する限り、その分子構造等については、特に限定されるものではない。
重合禁止剤の好ましい例としては、例えば、下記の化合物も挙げることができる。
本発明の液晶配向剤は、ポリシロキサン成分(A)及び重合禁止成分(B)の他に、その他のポリシロキサン成分(C)(以下、ポリシロキサン(C)とも言う。)を含有していてもよい。
ポリシロキサン(C)としては、下記式(6)で表されるアルコキシシランを含有する原料アルコキシシランを反応させて得られるポリシロキサンが挙げられる。
ポリシロキサン(C)の原料であるポリシロキサンは、式(6)で表されるアルコキシシランを、20〜100モル%含有することが好ましく、50〜100%含有していることがさらに好ましい。
Si(OR15)4 (6)
但し、上記式(6)中、R15は炭素数1〜5のアルキル基を表す。
式(8)で表されるアルコキシシランを含有するアルコキシシランを反応して得られるポリシロキサン(C)を含有する液晶配向剤は、特に垂直配向力が高い液晶配向膜が形成できるので好ましい。
R16Si(OR17)3 (8)
上記式(8)におけるR16は、炭素数1〜5のアルキル基である。アルキル基の炭素数は1〜4が好ましく、より好ましくは1〜3である。
式(8)で表されるアルコキシシランの具体例を挙げると、例えば、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン等である。しかし、これらに限定されるものではでない。
さらに、ポリシロキサン(C)は、基板との密着性、液晶との親和性改善等の種々の特性を付与させることを目的として、本発明の効果を損なわない限り、さらに上記式(7)で表されるアルコキシシランを反応させて得られるポリシロキサンであってもよい。
本発明の液晶配向剤の成分としてのポリシロキサン成分(A)及び重合禁止成分(C)などを得る方法は特に限定されず、アルコキシシランを反応させればよい。
例えば、ポリシロキサン成分(A)の製造においては、上記式(1)で表されるアルコキシシラン及び上記式(3)で表されるアルコキシシランを含有するアルコキシシランを、有機溶媒中で反応(重縮合反応)させて得られる。通常、ポリシロキサンは、このようなアルコキシシランを重縮合して、有機溶媒に均一に溶解した溶液として得られる。
本発明においては、上述の反応に用いる水の量は、所望により適宜選択することができるが、通常、アルコキシシランの含有するアルコキシシラン中の全アルコキシ基の0.5〜2.5倍モルであるのが好ましく、0.5〜2倍モルがより好ましい。
本発明においては、上記の重合溶媒を複数種混合して用いてもよい。
本発明の液晶配向剤においては、本発明の効果を損なわない限りにおいて、ポリシロキサン成分(A)及び重合禁止成分(B)以外に、その他の成分、例えば、無機微粒子、メタロキサンオリゴマー、メタロキサンポリマー、レベリング剤、界面活性剤等の成分が含まれていてもよい。
本発明の液晶配向剤においては、無機微粒子を含有させることにより、形成される硬化被膜(液晶配向膜)の表面形状及びその他の機能を付与することが可能となる。
無機微粒子としては、その平均粒子径が0.001〜0.2μmであることが好ましく、より好ましくは0.001〜0.1μmである。無機微粒子の平均粒子径が0.2μmを超える場合には、調製される塗布液を用いて形成される硬化被膜の透明性が低下する場合がある。
また、本発明の液晶配向剤においては、上述したその他の任意成分を添加する方法は、ポリシロキサン(A)と同時でも、その後であってもよく、特に限定されない。
本発明の液晶配向剤は、上述したポリシロキサン成分(A)及び重合禁止成分(B)のほか、必要に応じて、ポリシロキサン成分(C)やその他の成分を含有する液である。 本発明の液晶配向剤においては、上記の各成分均一に混合した状態であるのが好ましい。
このような溶媒の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、乳酸エチル等のエステル類が挙げられる。これらの溶媒は、液晶配向剤の粘度の調整、又はスピンコート、フレキソ印刷、インクジェット等で液晶配向剤を基板上に塗布する際の塗布性を向上できる。
また、上述したポリシロキサンの重合溶媒及び添加する溶媒からなる群から選ばれる溶媒を用いることにより、液晶配向剤中におけるポリシロキサンの含有量を調整できる。
本発明の液晶配向剤は、上述したポリシロキサン成分(A)及び重合禁止成分(B)を含有するため、得られる液晶配向膜は、含有する側鎖の光照射前の反応を抑えて、光反応性の低下を抑制し、光による液晶の配向制御と応答速度の向上を実現することができる。
また、この硬化膜を配向処理、具体的には、ラビングしたり、偏光又は特定の波長の光等を照射したり、イオンビーム等の処理をする等して使用することも可能である。
更に、液晶充填後の液晶表示素子においては、液晶配向膜間に挟持される液晶層に電圧を印加した状態で、例えば、UV等の光を照射し液晶の所望とする配向制御を実現する。
具体例を挙げると、ガラス板の他、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリレート、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、ポリウレタン、ポリサルホン、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、トリメチルペンテン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、(メタ)アクリロニトリル、トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、アセテートブチレートセルロース等のプラスチック板や、これらに透明電極が形成された基板等を挙げることができる。
本発明の液晶表示素子は、一対の本発明の液晶配向膜と、かかる液晶配向膜に挟持された液晶層とを有する。本発明において液晶配向膜は、液晶層に電圧が印加された状態で、光の照射を受けて形成されたものであるのが好ましい。
液晶表示素子の製造方法の一例としては、本発明の液晶配向膜が形成された1対の基板を、スペーサを挟んで、シール剤で固定し、液晶を注入して封止する方法が好ましい。その際、使用するスペーサの大きさは、通常、1〜30μmであるが、2〜10μmが好ましい。
液晶が導入されて一対の液晶配向膜間に液晶層が挟持された状態の液晶表示素子を得た後、その液晶表示素子において、例えば、UVである光の照射が実施される。この光照射は、液晶層を挟持する両側基板の電極間に電圧を印加した状態、すなわち、液晶が一様な方向に傾斜配向した状態で行われる。
本発明の液晶表示素子においては、液晶層の一部に、所望とするごく小さなプレチルト角が形成されて、液晶の応答速度が向上する。
また、本発明の液晶表示素子は、PSA方式の液晶ディスプレイと同様に、片側基板に1〜10μmのライン/スリット電極パターンを形成し、対向基板にはスリットパターンや突起パターンを形成していない構造の基板を用いても動作可能であり、この単純な構造によって、製造時のプロセスを簡略化でき、高い透過率を得ることができる。
透過型の液晶表示素子の場合は、上記のような光透過性の基板を用いることが一般的であるが、反射型の液晶表示素子では、片側の基板のみに光を反射するアルミニウムのような材料を用いることも可能であり、シリコンウエハ等の不透明な基板も用いることが可能である。
本発明の液晶配向膜を有して構成された液晶表示素子は、応答特性に優れ、表示品位にも優れており、大画面の液晶テレビ等に好適に利用できる。
TEOS:テトラエトキシシラン
MPMS:3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
VTMS:トリメトキシビニルシラン
GPS:γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
UPS:3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン
SMA:下記式で表される化合物
HG:2−メチル−2,4−ペンタンジオール(別名:ヘキシレングリコール)
BCS:2−ブトキシエタノール
PB:プロピレングリコールモノブチルエーテル
マグネチックスターラーを備えた300ml四ッ口フラスコに、化合物1(11.86g)、トルエン(118.60g)を仕込み、50℃にて攪拌下、塩化チオニル(11.27g)を加え、3時間攪拌した。次に、減圧濃縮により反応液からトルエンと塩化チオニルを留去した後、室温にてヘキサン(20.08g)を加え、1時間攪拌した。続いて、析出した結晶を減圧吸引ろ過した後、減圧乾燥し、化合物2(8.98g)を得た(収率:71%、性状:淡黄色固体)。
1H-NMR(400MHz) in CDCl3: 1.47ppm(s, 18H), 5.97ppm(s, 1H), 7.98ppm(s, 2H)
マグネチックスターラーを備えた100ml四ッ口フラスコに、化合物2(3.00g)、トルエン(30.00g)を仕込み、氷浴(5℃)にて攪拌下、アミノプロピルトリメトキシシラン(2.21g)をトルエン(12.00g)に溶解させた溶液を滴下した。更に、トリエチルアミン(1.24g)を滴下し、3時間攪拌した。次に、反応液中へ酢酸エチル(120g)を加えた後、有機相を純水(120g)で3回洗浄した。更に、有機相を硫酸ナトリウムで脱水処理した後、濃縮乾燥し、化合物3(3.97g)を得た(収率:87%、性状:黄色オイル)
1H-NMR(400MHz) in CDCl3: 0.70-0.75ppm(m, 2H), 1.46ppm(s, 18H), 1.71-1.77ppm(m, 2H), 3.44ppm(q, J = 6.4 Hz, 2H), 3.57ppm(s, 9H), 5.53ppm(s, 1H), 6.23-6.32ppm(m, 1H), 7.60ppm(s, 2H)
マグネチックスターラーを備えた500ml四ッ口フラスコに、化合物4(31.64g)、トルエン(316.4g)を仕込み、60℃にて攪拌下、塩化チオニル(31.85g)を加え、2時間攪拌した。次に、減圧濃縮により反応液からトルエンと塩化チオニルを留去し、化合物5(34.09g)を得た(収率:100%、性状:橙色オイル)。
1H-NMR(400MHz) in CDCl3: 1.44ppm(s, 18H), 4.56ppm(s, 2H), 5.29ppm(s, 1H), 7.19ppm(s, 2H)
マグネチックスターラーを備えた500ml四ッ口フラスコに、化合物5(34.09g)、アセトニトリル(204.54g)を仕込み、氷浴(5℃)にて攪拌下、メルカプトプロピルトリメトキシシラン(26.27g)を滴下した。更に、トリエチルアミン(14.22g)を滴下し、2時間攪拌した。次に、反応液中に析出した塩を減圧吸引ろ過し、ろ液中へ酢酸エチル(200g)を加えた後、有機相を純水(200g)で3回洗浄した。更に、有機相を硫酸ナトリウムで脱水処理した後、濃縮乾燥し、化合物6の粗物(55.43g)を得た(粗収率:100%、性状:赤色オイル)。続いて、この粗物(15.06g)をクーゲルロールに仕込み、外温:215〜240℃、圧力:0.6torrの条件にて減圧蒸留を行い、化合物6(6.11g)を得た(収率:41%、性状:黄色オイル)。
1H-NMR(400MHz) in CDCl3: 0.71-0.76ppm(m, 2H), 1.43ppm(s, 18H), 1.65-1.74ppm(m, 2H), 2.46-2.51ppm(m, 2H), 3.56ppm(s, 9H), 3.65ppm(s, 2H), 5.13ppm(s, 1H), 7.09ppm(s, 2H)
温度計、及び還流管を備え付けた100mLの四つ口反応フラスコ中で、HGを8.10g、BCSを2.70g、TEOSを5.21g、SMAを3.75g、VTMSを1.24g及びMPMSの9.94gを混合して、原料アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、予めHGの4.05g、BCSの1.35g、水の4.5g及び触媒として蓚酸の0.6gを混合した溶液を、室温下で30分かけて滴下し、さらに室温で30分間撹拌した。その後、オイルバスを用いて加熱して、30分間還流させた後、予めUPS含有量92質量%のメタノール溶液の0.24g、HGの0.14g及びBCSの0.05gの混合液を加えた。さらに、30分間還流させてから放冷して、SiO2換算濃度が12重量%のポリシロキサン溶液を得た。
得られたポリシロキサン溶液の41.7g、HGの25.12g、BCSの14.58g、及びPBの18.63gを混合し、SiO2換算濃度が5重量%の液晶配向剤[S1]を得た。
次に、温度計、及び還流管を備え付けた50mLの四つ口反応フラスコ中で、液晶配向剤[S1]を17g、及び、予めSMBの0.34gをHGの0.33g、BCSの0.17g、及びPBの0.17gに溶解させた溶液を0.38g(MPMSに対して5モル%)混合し、オイルバス中で60℃に加熱し15分間撹拌した後、放冷して、SiO2換算濃度が5重量%の液晶配向剤[S3]を得た。尚、ここで用いられるSMBは、重合禁止剤として液晶配向剤[S3]に添加された重合禁止成分である。
温度計、及び還流管を備え付けた100mLの四つ口反応フラスコ中で、HGを8.10g、BCSを2.70g、TEOSを5.21g、SMAを3.75g、VTMSを1.24g及びMPMSの9.94gを混合して、原料アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、予めHGの4.05g、BCSの1.35g、水の4.5g及び触媒として蓚酸の0.6gを混合した溶液を、室温下で30分かけて滴下し、さらに室温で30分間撹拌した。その後、オイルバスを用いて加熱して、30分間還流させた後、予めUPS含有量92質量%のメタノール溶液の0.24g、HGの0.14g及びBCSの0.05gの混合液を加えた。さらに30分間還流させてから、放冷して、SiO2換算濃度が12重量%のポリシロキサン溶液を得た。
得られた液晶配向剤[S4]の10.80gに3BHTの0.16g(MPMSに対して5モル%)を溶解させ、液晶配向剤[S5]を得た。
また、液晶配向剤[S5]を第1成分として3.24g、液晶配向剤[U2]を第2成分として7.56g、HGを3.2g、BCSを1.07g、及びPBを4.93g混合し、液晶配向剤[L2]を得た。
温度計、及び還流管を備え付けた100mLの四つ口反応フラスコ中で、HGを8.03g、BCSを2.68g、TEOSを5.48g、SMAを4.09g、VTMSを1.24g、MPMSを9.32g、及びSMBの0.15g(MPMSに対して1モル%)を混合して、原料アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、予めHGの4.01g、BCSの1.34g、水の4.5g及び触媒として蓚酸の0.6gを混合した溶液を、室温下で30分かけて滴下し、さらに室温で30分間撹拌した。その後、オイルバスを用いて加熱して、30分間還流させた後、予めUPS含有量92質量%のメタノール溶液の0.24g、HGの0.14g及びBCSの0.05gの混合液を加えた。さらに30分間還流させてから、放冷して、SiO2換算濃度が12重量%のポリシロキサン溶液を得た。
得られたポリシロキサン溶液の41.7g、HGの25.15g、BCSの14.58g、PBの18.6gを混合し、SiO2換算濃度が5重量%の液晶配向剤[S7]を得た。
合成例1で得られた液晶配向剤[S2]を30mm×30mmの大きさのCr基板に1500rpmでスピンコートし、80℃のホットプレートで90秒間仮乾燥した後、200℃の熱風循環式オーブンで30分間本焼成を行い、液晶配向膜を形成した。得られた液晶配向膜におけるIR (ATR(attenuated total reflection)) 測定を行い、得られたスペクトルから液晶配向膜中のC=C結合の残存率(以下、C=C残存率と言う。)を算出した。結果を表1に示した。
尚、C=C残存率の算出は、次に示す方法で行った。
分解能4.0、スキャン回数64回の条件におけるIRスペクトルより、1511cm−1付近のPh(フェニル基)に由来するピーク強度を基準として、1633cm−1付近のC=C結合に由来するピーク強度の比率(C=Cピーク強度比)を算出した。仮乾燥のみを行った塗膜のC=Cピーク強度比(後述する表1には「仮乾燥後」と表記する。)を100とし、本焼成後の液晶配向膜のC=Cの残存率(後述する表1には「本焼成後」と表記する。)を算出した。
液晶配向剤[S2]を液晶配向剤[S3]に変更した以外は、実施例1と同様にして液晶配向膜を作製し、ATR測定を行い、C=Cの残存率を算出し、結果を表1に示した。
液晶配向剤[S2]を液晶配向剤[S1]に変更した以外は、実施例1と同様にして液晶配向膜を作製し、ATR測定を行い、C=Cの残存率を算出し、結果を表1に示した。
合成例2で得られた液晶配向剤[L2]を用い、画素サイズが100μm×300μmで、ライン/スペースがそれぞれ5μmのITO電極パターンが形成されているITO電極基板のITO面にスピンコートした。次いで、80℃のホットプレートで90秒間仮乾燥した後、200℃の熱風循環式オーブンで30分間本焼成を行い、膜厚100nmの液晶配向膜を形成した。
その後、UV照射された液晶セルを用い、クロスニコル配置された一対の偏光板で挟持された状態にして顕微鏡観察を行い、液晶の配向乱れであるドメインの発生状態を観察したところ、いずれの実施例においても、ドメインの発生は無いかごく少なく、良好な配向を示した。また、UV照射された液晶セルを用い、クロスニコル配置された一対の偏光板で挟持して、VAモードの液晶表示素子を製造した。その液晶表示素子を用い、液晶の応答速度を測定した。次いで、その液晶表示素子の電圧保持率の測定を行った。これらの評価結果は表2にまとめて示した。
[応答速度の測定]
液晶表示素子に、10VのAC電圧、周波数1kHzの矩形波を印加し、その時の液晶表示素子の輝度の時間変化をオシロスコープにて取り込んだ。電圧を印加していない時の輝度を0%、10Vの電圧を印加し、飽和した輝度の値を100%として、輝度が10%から90%まで変化する時間を立ち上がりの応答速度として評価した。
液晶配向剤[L2]を液晶配向剤[L3]に変更した以外は、実施例3と同様にして液晶セルを作製し、VAモードの液晶表示素子を製造した。
液晶配向剤[L2]を液晶配向剤[L4]に変更した以外は、実施例3と同様にして液晶セルを作製し、VAモードの液晶表示素子を製造した。
液晶配向剤[L2]を液晶配向剤[L1]に変更した以外は、実施例3と同様にして液晶セルを作製し、VAモードの液晶表示素子を製造した。
本焼成の条件を200℃で30分間から200℃で40分間に変更した以外は、実施例3と同様にして液晶セルを作製し、VAモードの液晶表示素子を製造した。
液晶配向剤[L2]を液晶配向剤[L3]に変更し、また、本焼成の条件を200℃で30分間から200℃で40分間に変更した以外は、実施例3と同様にして液晶セルを作製し、VAモードの液晶表示素子を製造した。
液晶配向剤[L2]を液晶配向剤[L1]に変更し、また、本焼成の条件を200℃で30分間から200℃で40分間に変更した以外は、実施例3と同様にして液晶セルを作製し、VAモードの液晶表示素子を製造した。
本焼成の条件を200℃で30分間から230℃で30分間に変更した以外は、実施例3と同様にして液晶セルを作製し、VAモードの液晶表示素子を製造した。
液晶配向剤[L2]を液晶配向剤[L3]に変更し、また、本焼成の条件を200℃で30分間から230℃で30分間に変更した以外は、実施例3と同様にして液晶セルを作製し、VAモードの液晶表示素子を製造した。
液晶配向剤[L2]を液晶配向剤[L1]に変更し、また、本焼成の条件を200℃で30分間から230℃で30分間に変更した以外は、実施例3と同様にして液晶セルを作製し、VAモードの液晶表示素子を製造した。
尚、実施例3〜5の中で、実施例5の液晶配向剤[L4]では、SMBが、重合禁止成分を液晶配向膜を構成するポリシロキサンの一部分として形成するために添加されている。さらに、含有されるポリシロキサンは、SMBが他のアルコキシシランモノマーと共重合することにより形成されている。
尚、重合禁止成分を導入した実施例6、7の液晶表示素子では、液晶配向膜の焼成時間が同様で、重合禁止成分が導入されない比較例3と比べて応答速度が向上した。
尚、重合禁止成分を導入した実施例8、9の液晶表示素子では、液晶配向膜の焼成温度が同じでも、重合禁止成分が導入されない比較例4と比べて応答速度が向上した。
Claims (9)
- 下記式(1)で表されるアルコキシシランと下記式(4)で表されるアルコキシシランと含有する原料アルコキシシランから形成されるポリシロキサン成分(A)、及び重合禁止成分(B)を含有し、該重合禁止成分(B)は、下記式(5)で表されるアルコキシシランであり、これを前記ポリシロキサン成分(A)の構成部分として含有する液晶配向剤。
R1Si(OR2)3 (1)
(R1は下記式(2)で表わされる基であり、R2は炭素数1〜5のアルキル基である。)
Y2は単結合、二重結合を含有する炭素数3〜8の直鎖状若しくは分岐状の炭化水素基、又は、−(CR17R18)b−(bは1〜15の整数であり、R17及びR18は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を表す。)である。
Y3は単結合、−(CH2)c−(cは1〜15の整数である)、−O−、−CH2O−、−COO−又は−OCO−である。
Y4は単結合、ベンゼン環、シクロへキシル環、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価の有機基であり、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。
Y5はベンゼン環、シクロへキシル環及び複素環からなる群から選ばれる2価の環状基であり、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。
n1は0〜4の整数である。
Y6は水素原子、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。)
R3Si(OR4)3 (4)
(R3は、水素原子が、アクリル基、アクリロキシ基、メタクリル基、メタクリロキシ基又はスチリル基で置換された炭素数1〜30のアルキル基である。R4は炭素数1〜5のアルキル基である。)
R a Si(OR b ) 3 (5)
(R a は重合禁止機能を有する基であり、R b は炭素数1〜5のアルキル基である。) - 下記式(1)で表されるアルコキシシランと下記式(4)で表されるアルコキシシランとを含有する原料アルコキシシランから形成されるポリシロキサン成分(A)、及び重合禁止成分(B)を含有し、該重合禁止成分(B)は、下記式(5)で表されるアルコキシシラン、又は下記式(5)で表されるアルコキシシランを含むポリシロキサンから形成されるポリシロキサンであり、これを前記ポリシロキサン成分(A)と別の物質として含有する液晶配向剤。
R 1 Si(OR 2 ) 3 (1)
(R 1 は下記式(2)で表わされる基であり、R 2 は炭素数1〜5のアルキル基である。)
Y 2 は単結合、二重結合を含有する炭素数3〜8の直鎖状若しくは分岐状の炭化水素基、又は、−(CR 17 R 18 ) b −(bは1〜15の整数であり、R 17 及びR 18 は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を表す。)である。
Y 3 は単結合、−(CH 2 ) c −(cは1〜15の整数である)、−O−、−CH 2 O−、−COO−又は−OCO−である。
Y 4 は単結合、ベンゼン環、シクロへキシル環、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価の有機基であり、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 5 はベンゼン環、シクロへキシル環及び複素環からなる群から選ばれる2価の環状基であり、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。
n1は0〜4の整数である。
Y 6 は水素原子、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。)
R 3 Si(OR 4 ) 3 (4)
(R 3 は、水素原子が、アクリル基、アクリロキシ基、メタクリル基、メタクリロキシ基又はスチリル基で置換された炭素数1〜30のアルキル基である。R 4 は炭素数1〜5のアルキル基である。)
RaSi(ORb)3 (5)
(Raは重合禁止機能を有する基であり、Rbは炭素数1〜5のアルキル基である。) - 前記原料アルコキシシラン中、前記式(1)で表されるアルコキシシランが2〜30モル%含有され、前記式(4)で表されるアルコキシシランが5〜80モル%含有される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 下記式(6)で表されるアルコキシシランから形成されるポリシロキサン(C)を含有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
Si(OR15)4 (6)
(R15は炭素数1〜5のアルキル基である。) - ポリシロキサン成分(A)及びポリシロキサン(C)の少なくとも一方が、下記式(7)で表されるアルコキシシランを、さらに含有するアルコキシシランを反応させて得られるポリシロキサンである、請求項5に記載の液晶配向剤。
(R13)n2Si(OR14)4−n (7)
(R13は、水素原子、又は、水素原子がヘテロ原子、ハロゲン原子、アミノ基、グリシドキシ基、メルカプト基、イソシアネート基、若しくはウレイド基で置換されていてもよい炭素数1〜10の炭化水素基である。R14は炭素数1〜5のアルキル基であり、n2は0〜3の整数を表す。) - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶配向剤を用いて得られる液晶配向膜。
- 請求項7に記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
- 請求項7に記載の液晶配向膜の一対と、液晶配向膜に挟持された液晶層とを有し、前記液晶配向膜が、前記液晶層に電圧が印加された状態で、光の照射を受けて形成されたものであるVAモードの液晶表示素子。
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