JP7063270B2 - 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子 - Google Patents

液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子 Download PDF

Info

Publication number
JP7063270B2
JP7063270B2 JP2018542833A JP2018542833A JP7063270B2 JP 7063270 B2 JP7063270 B2 JP 7063270B2 JP 2018542833 A JP2018542833 A JP 2018542833A JP 2018542833 A JP2018542833 A JP 2018542833A JP 7063270 B2 JP7063270 B2 JP 7063270B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
group
crystal alignment
alignment agent
diamine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018542833A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2018062353A1 (ja
Inventor
淳彦 萬代
泰宏 宮本
和典 石川
柱永 李
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Chemical Corp
Original Assignee
Nissan Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Chemical Corp filed Critical Nissan Chemical Corp
Publication of JPWO2018062353A1 publication Critical patent/JPWO2018062353A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7063270B2 publication Critical patent/JP7063270B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08G73/1003Preparatory processes
    • C08G73/1007Preparatory processes from tetracarboxylic acids or derivatives and diamines
    • C08G73/1028Preparatory processes from tetracarboxylic acids or derivatives and diamines characterised by the process itself, e.g. steps, continuous
    • C08G73/1032Preparatory processes from tetracarboxylic acids or derivatives and diamines characterised by the process itself, e.g. steps, continuous characterised by the solvent(s) used
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08G73/1042Copolyimides derived from at least two different tetracarboxylic compounds or two different diamino compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08G73/1075Partially aromatic polyimides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L79/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
    • C08L79/04Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08L79/08Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133711Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by organic films, e.g. polymeric films
    • G02F1/133723Polyimide, polyamide-imide
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/55Design of synthesis routes, e.g. reducing the use of auxiliary or protecting groups

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

本発明は、インクジェット塗布に適し、低粘度を維持しながら樹脂成分比率を増加させた液晶配向剤、及び該液晶配向剤から得られる液晶配向膜に関する。
液晶配向膜としては、ポリアミック酸(ポリアミド酸とも言われる。)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広く使用されているが、かかる液晶配向膜の成膜法としては、一般に、スピンコート、ディップコート、フレキソ印刷などが知られている。実際にはフレキソ印刷による塗布が多い。
しかしながら、フレキソ印刷では液晶パネルの品種違いにより様々な樹脂版が必要となること、製造工程ではその版交換が煩雑であるということ、成膜工程を安定させるためにダミー基板への成膜をしなければならないこと、版の製作が液晶表示パネルの製造コスト上昇の一因になるなどの問題がある。
そのため、印刷版を用いない新たな液晶配向膜塗布方法として、インクジェット法が注目されている。インクジェット法は、基板に微細な液滴を滴下し、液の濡れ広がりにより成膜する方法である。印刷版を用いないだけでなく、自由に印刷のパターンを設定できるため、液晶表示素子の製造工程が簡素化できる。また、フレキソ印刷で必要であったダミー基板への成膜が不要となることで塗布液の無駄が少ないという利点がある。インクジェット法により、液晶パネルのコストダウン、生産効率の向上が期待される。
インクジェット法により形成される液晶配向膜は、塗布面内部の膜厚ムラが小さく、かつ塗布周辺部の成膜精度が高いことが要求される。一般的にインクジェット法により成膜した液晶配向膜は、塗布面内での膜厚の均一性と、塗布周辺部の成膜精度がトレードオフの関係にある。通常、面内均一性の高い材料は、塗布周辺部の寸法安定性が悪く、設定した寸法から、膜がはみ出してしまう。一方、塗布周辺部が直線となる材料は、塗布面内均一性が悪くなってしまう。
上記塗布周辺部の成膜精度を高めるため、構造物によって配向膜を所定の範囲に閉じ込める方法が提案されている(特許文献1、特許文献2、特許文献3)。しかしながら、これらの方法は追加の構造物が必要になるという欠点を有する。
日本国特許公開公報、特開2004-361623号公報 日本国特許公開公報、特開2008-145461号公報 日本国特許公開公報、特開2010-281925号公報
近年、液晶表示素子の高精細化に伴い、多層配線のTFT設計が主流になりつつある。本設計では、下層の配線と上層の配線とを接続するため、TFT基板上にコンタクトホール(以下、C/Hとも称する)が形成される。これに伴い、配線構造やC/Hの影響で、液晶配向剤塗布時において、液の広がり性が阻害されやすくなる。結果、C/H周辺やその他の部分にドット状のムラや筋状のムラのような、配向膜の膜厚の不均一が生じ、液晶表示素子の表示が不均一となることがある。
また、インクジェット法で用いられる液晶配向剤は、インクジェットノズルからの配向剤吐出を安定に行う為に、低粘度であることが求められ、それに応じて液晶配向剤中の樹脂成分比率を少なく設定することがあるが、一方で、配向膜塗布周辺部の膜厚を均一にし、幅を抑制するためには、低粘度を維持しながら樹脂成分比率を増加させることが好適であり、そのような液晶配向剤が求められている。
本発明は、上記課題に鑑み、配線構造やC/Hの影響で生じる配向膜の塗布不良を抑制することが出来、液晶表示素子の表示が不均一となる不良を抑制することが出来、更には、液晶配向剤の粘度を低くしつつ、樹脂成分比率を大きくした液晶配向剤及びそれを用いた液晶配向膜を提供することにある。
本発明者は上記課題の解決の為鋭意研究を重ねた結果、特定構造を有する溶媒を用いた液晶配向剤が、上記課題を解決する為に有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の要旨は、以下に記載するとおりである。
1) ポリイミド前駆体及びそのイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、熱により脱離する保護基を含有する重合体と、
下記Aグループの溶媒、Bグループの溶媒及びイソブチルケトンを含有する溶媒成分
とを含有することを特徴とする、液晶配向剤。
Aグループ: N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ‐ブチロラクトンおよび1,3-ジメチルイミダゾリジノンからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒
Bグループ: ブチルセロソルブ、1-ブトキシ-2-プロパノール、2-ブトキシ-1―プロパノール及びジプロピレングリコールジメチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒。
本発明によれば、配線構造やC/Hの影響で生じる配向膜の塗布不良を抑制することが出来、液晶表示素子の表示が不均一となる不良を抑制することが出来、なおかつ、低粘度、高樹脂成分比率であるポリイミド系の液晶配向剤、及びそれを用いた液晶配向膜を提供出来る。
本発明の液晶配向剤は、ポリイミド前駆体及びそのイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、熱により脱離する保護基を含有する重合体と、上記Aグループの溶媒、Bグループの溶媒及びイソブチルケトンを含有する溶媒成分と、を含有することを特徴とする液晶配向剤である。
以下、各構成要件につき詳述する。
<特定溶媒>
本発明の液晶配向剤に含有される溶媒は、上記A、B及びCグループに属する溶媒を含有する。
<Aグループ>
Aグループに属する溶媒は、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ‐ブチロラクトンおよび1,3-ジメチルイミダゾリジノンからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒である。これらの溶媒は、液晶配向剤中の重合体を溶解させるものである。
その中でも、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ‐ブチロラクトンが好ましく、より好ましくはN-メチル-2-ピロリドン、γ‐ブチロラクトンである。」
本発明の液晶配向剤において、Aグループに属する溶媒が含まれる量は、液晶配向剤の全質量に対し、20質量%~90質量%以下が好ましく、30質量%~85質量%以下がより好ましく、更に好ましくは、50質量%~85質量%以下である。
<Bグループ>
Bグループに属する溶媒は、ブチルセロソルブ、1-ブトキシ-2-プロパノール、2-ブトキシ-1―プロパノール、ジプロピレングリコールジメチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒である。この溶媒は、液晶配向剤の塗布均一性の向上と低粘度化に寄与する溶媒である。
その中でも、ブチルセロソルブ、1-ブトキシ-2-プロパノール、ジプロピレングリコールジメチルエーテルが含まれていることが好ましく、1-ブトキシ-2-プロパノールが含まれていることが特に好ましい。
なお、市販の1-ブトキシ-2-プロパノールは、異性体として、2-ブトキシ-1―プロパノールを始めとした数種類の異性体を通常含有しており、その状態で通常使用されるものである。
本発明の液晶配向剤において、Bグループに属する溶媒が含まれる量は、液晶配向剤の全質量に対し、1質量%~50質量%以下が好ましく、10質量%~50質量%以下がより好ましく、更に好ましくは、10質量%~30質量%以下である。
本発明の液晶配向剤に含有されるジイソブチルケトンが含まれる量は、液晶配向剤の全質量に対し、1質量%~20質量%以下が好ましく、5質量%~20質量%以下がより好ましい。
<特定重合体>
本発明の液晶配向剤に含有される重合体は、テトラカルボン酸誘導体成分とジアミン成分との反応物であるポリイミド前駆体及びそのイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、熱により水素原子に置き換わる保護基を含有する重合体である。
以下、重合体をなす原料となる各成分について詳述する。
<熱で脱離する保護基を構造中に含有するジアミン>
本発明の液晶配向剤に用いられるジアミン成分には、熱で脱離する保護基を構造中に含有するジアミン(以下、特定ジアミンとも称する)が含まれる。
上記保護基は、加熱により脱離する官能基であれば、その構造は特に限定されない。本発明の液晶配向剤の保存安定性の観点からは、この保護基Aは室温において脱離しないことが好ましく、好ましくは80℃以上の熱で脱離する保護基であり、更に好ましくは100℃以上での熱で脱離する保護基である。また、ポリアミック酸エステルの熱イミド化を促進する効率及びポリイミド前駆体又はポリイミドとの架橋反応の観点からは、300℃以下の熱で脱離する保護基であることが好ましく、より好ましくは250℃以下の熱で脱離する保護基であり、更に好ましくは200℃以下の熱で脱離する保護基である。
本発明において好ましく用いられる特定ジアミンは、以下の構造を含有する。
Figure 0007063270000001
前記式中、Xは酸素原子又は硫黄原子であり、A~Aはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1~3の炭化水素基であり、炭素数の合計は1~9である。また、*は、他の原子との結合を表す。
式(a)中、Xは酸素原子又は硫黄原子であり、酸素原子が好ましい。A~Aはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1~3の炭化水素基であり、炭素数1が好ましい。なお、炭素数の合計は1~9であり、3~6が好ましい。また、*は、他の原子との結合を表す。
式(a)を構造中に有するジアミンとしては、例えば以下の構造のジアミンが挙げられる。なお、式中の「Boc」はtert-ブトキシカルボニル基である。
Figure 0007063270000002
本発明の液晶配向剤に用いられる特定ジアミンの量としては、全ジアミン成分中の10モル%~50モル%が好ましく、10モル~40%がより好ましい。
<その他のジアミン>
本発明の液晶配向剤に用いられるジアミン成分には、上述したジアミンの他、本発明の効果を奏する限りにおいて、その他のジアミンを含有させることが出来る。その他のジアミンの構造は特に限定されず、例えば以下の式(2)で一般式化することが出来る
Figure 0007063270000003
上記式(2)のA及びAは、それぞれ独立して、水素原子又は、炭素数1~5のアルキル基、炭素数2~5のアルケニル基、炭素数2~5のアルキニル基である。液晶配向性の観点から、A及びAは水素原子、又はメチル基が好ましい。
の構造を例示すると、以下の通りである。
Figure 0007063270000004
Figure 0007063270000005
Figure 0007063270000006
Figure 0007063270000007
Figure 0007063270000008
Figure 0007063270000009
Figure 0007063270000010
Figure 0007063270000011
Figure 0007063270000012
Figure 0007063270000013
Figure 0007063270000014
Figure 0007063270000015
式中nは、1~6の整数である。
Figure 0007063270000016
式中nは、1~6の整数である。
<垂直配向性ジアミン:特定側鎖構造を有するジアミン>
本発明をVA方式の液晶配向剤として用いる場合、垂直配向能を発現する特定側鎖構造を有するジアミンを用いて重合体を調製することが好ましい。この特定側鎖構造を有するジアミンは、下記式[S1]~[S3]で表される群から選ばれる少なくとも1種の側鎖構造を有する。
以下、かかる特定側鎖構造を有するジアミンについて、式[S1]~[S3]の順に説明する。
特定側鎖構造を有するジアミンの例として、下記式[S1]で表される特定側鎖構造を有するジアミンがある。
Figure 0007063270000017
上記式[S1]中、X及びXは、それぞれ独立して、単結合、-(CH-(aは1~15の整数である)、-CONH-、-NHCO-、-CON(CH)-、-NH-、-O-、-COO-、-OCO-又は-((CHa1-Am1-を表す。このうち、複数のa1はそれぞれ独立して1~15の整数であり、複数のAはそれぞれ独立して酸素原子又は-COO-を表し、mは1~2である。
なかでも、原料の入手性や合成の容易さの点からは、X及びXは、それぞれ独立して、単結合、-(CH-(aは1~15の整数である)、-O-、-CHO-又は-COO-が好ましく、単結合、-(CH-(aは1~10の整数である)、-O-、-CHO-又は-COO-がより好ましい。
また、上記式[S1]中、G及びGは、それぞれ独立して、炭素数6~12の2価の芳香族基又は炭素数3~8の2価の脂環式基から選ばれる2価の環状基を表す。該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基又はフッ素原子で置換されていてもよい。m及びnは、それぞれ独立して、0~3の整数であって、m及びnの合計は1~4である。
また、上記式[S1]中、Rは、炭素数1~20のアルキル、炭素数1~20のアルコキシ又は炭素数2~20のアルコキシアルキルを表す。Rを形成する任意の水素はフッ素で置換されていてもよい。このうち、炭素数6~12の2価の芳香族基の例としては、フェニレン、ビフェニレン、ナフタレン等が挙げられる。また、炭素数3~8の2価の脂環式基の例としては、シクロプロピレン、シクロヘキシレン等が挙げられる。
従って、上記式[S1]の好ましい具体例として、下記式[S1-x1]~[S1-x7]があげられるが、これらに限定されない。
Figure 0007063270000018
上記式[S1-x1]~[S1-x7]中、Rは、上記式[S1]の場合と同様である。Xは、-(CH-(aは1~15の整数である)、-CONH-、-NHCO-、-CON(CH)-、-NH-、-O-、-CHO-、-COO-又は-OCO-を表す。Aは、酸素原子又は-COO-*(「*」を付した結合手が(CHa2と結合する)を表す。Aは、酸素原子又は*-COO-(「*」を付した結合手が(CHa2と結合する)を表す。aは0又は1の整数であり、aは2~10の整数である。Cyは1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表す。
また、特定側鎖構造を有するジアミンの例として、下記式[S2]で表される特定側鎖構造を有するジアミンがある。
Figure 0007063270000019
上記式[S2]中、Xは単結合、-CONH-、-NHCO-、-CON(CH)-、-NH-、-O-、-CHO-、-COO-又は-OCO-を表す。なかでも、液晶配向剤の液晶配向性の点から、Xは-CONH-、-NHCO-、-O-、-CHO-、-COO-又は-OCO-が好ましい。
また、上記式[S2]中、Rは、炭素数1~20のアルキル又は炭素数2~20のアルコキシアルキルを表す。Rを形成する任意の水素はフッ素で置換されていてもよい。なかでも、液晶配向剤の液晶配向性の点から、Rは炭素数3~20のアルキル又は炭素数2~20のアルコキシアルキルが好ましい。
更に、特定側鎖構造を有するジアミンの例として、下記式[S3]で表される特定側鎖構造を有するジアミンがある。
Figure 0007063270000020
上記式[S3]中、Xは-CONH-、-NHCO-、-O-、-COO-又は-OCO-を表す。Rはステロイド骨格を有する構造を表す。ここでのステロイド骨格は、3つの六員環及び1つの五員環が結合した下記式(st)で表される骨格を有する。
Figure 0007063270000021
上記式[S3]の例として下記式[S3-x]が挙げられるが、これに限定されない。
Figure 0007063270000022
上記式[S3-x]中、Xは、上記式[X1]又は[X2]を表す。また、Colは、上記式[Col1]~[Col4]からなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、Gは、上記式[G1]又は[G2]を表す。*は他の基に結合する部位を表す。
上記式[S3-x]における、X、Col及びGの好ましい組み合わせの例としては、例えば、下記が挙げられる。すなわち、[X1]と[Col1]及び[G1]の組合せ、[X1]と[Col1]及び[G2]の組合せ、[X1]と[Col2]及び[G1]の組合せ、[X1]と[Col2]及び[G2]の組合せ、[X1]と[Col3]及び[G2]の組合せ、[X1]と[Col4]及び[G2]の組合せ、[X1]と[Col3]及び[G1]の組合せ、[X1]と[Col4]及び[G1]の組合せ、[X2]と[Col1]及び[G2]の組合せ、[X2]と[Col2]及び[G2]の組合せ、[X2]と[Col2]及び[G1]の組合せ、[X2]と[Col3]及び[G2]の組合せ、[X2]と[Col4]及び[G2]の組合せ、[X2]と[Col1]及び[G1]の組合せ、[X2]と[Col4]及び[G1]の組合せである。
また、上記式[S3]の具体的としては、特開平4-281427号公報の段落[0024]に記載のステロイド化合物から水酸基(ヒドロキシ基)を除いた構造、同公報の段落[0030]に記載のステロイド化合物から酸クロライド基を除いた構造、同公報の段落[0038]に記載のステロイド化合物からアミノ基を除いた構造、同公報の段落[0042]にステロイド化合物からハロゲン基を除いた構造、及び特開平8-146421の段落[0018]~[0022]に記載の構造等が挙げられる。
なお、ステロイド骨格の代表例としては、コレステロール(上記式[S3-x]における[Col1]及び[G2]の組み合わせ)が挙げられるが、該コレステロールを含まないステロイド骨格を利用することもできる。すなわち、ステロイド骨格を有するジアミンとして、例えば3,5-ジアミノ安息香酸コレスタニル等が挙げられるが、かかるコレステロール骨格を有するジアミンを含まないジアミン成分とすることも可能である。また、特定側鎖構造を有するジアミンとして、ジアミンと側鎖との連結位置にアミドを含まないものを利用することもできる。このようなジアミンを利用しても、本実施形態においては、コレステロール骨格を有するジアミンを含まないジアミン成分を利用しても、長期に渡って高い電圧保持率を確保できる液晶配向膜や液晶表示素子を得ることができる液晶配向剤を提供できる。
なお、上記式[S1]~[S3]で表される側鎖構造を有するジアミンは、それぞれ、下記式[1-S1]-[1-S3]の構造で表される。
Figure 0007063270000023
上記式[1-S1]中、X、X、G、G、R、m及びnは、上記式[S1]における場合と同様である。上記式[1-S2]中、X及びRは、上記式[S2]における場合と同様である。上記式[1-S3]中、X及びRは、上記式[S3]における場合と同様である。
<垂直配向性ジアミン:二側鎖型の特性側鎖構造を有するジアミン>
VA方式の液晶配向剤として用いる場合、垂直配向性の特定側鎖構造を2つ有する二側鎖型のジアミンを用いて重合体を調製することもできる。
本実施形態において、ジアミン成分として含まれていてもよい二側鎖ジアミンは、例えば下記式[1]で表される
Figure 0007063270000024
上記式[1]中、Xは、単結合、-O-、-C(CH-、-NH-、-CO-、-NHCO-、-COO-、-(CH-、-SO-又はそれらの任意の組み合わせからなる2価の有機基を表す。なかでも、Xは、単結合、-O-、-NH-、-O-(CH-O-であるのが好ましい。「それらの任意の組み合わせ」の例としては、-O-(CH-O-、-O-C(CH-、-CO-(CH-、-NH-(CH-、-SO-(CH-、-CONH-(CH-、-CONH-(CH-NHCO-、-COO-(CH-OCO-等が挙げられるが、これらに限定されない。mは1~8の整数である。
また、上記式[1]中、2つのYは、それぞれ独立して、下記式[1-1]の構造を表す。
Figure 0007063270000025
上記式[1-1]中、Y及びYは、それぞれ独立して、単結合、-(CH-(aは1~15の整数である)、-O-、-CHO-、-COO-又は-OCO-を表す。Yは単結合又は-(CH-(bは1~15の整数である)を表す。ただし、Y又はYが単結合又は-(CH-である場合、Yは単結合である。また、Yが-O-、-CHO-、-COO-又は-OCO-であるか、及び/又はYが-O-、-CHO-、-COO-又は-OCO-である場合、Yは単結合又は-(CH-である。
また、式[1-1]中、Yは、ベンゼン環、シクロヘキサン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価の環状基又はステロイド骨格を有する炭素数17~51の2価の有機基を表す。該環状基を形成する任意の水素原子は、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基又はフッ素原子で置換されていてもよい。
また、上記式[1-1]中、Yは、ベンゼン環、シクロヘキサン環及び複素環からなる群から選ばれる少なくとも1種の環状基を表す。該環状基を形成する任意の水素原子は、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基又はフッ素原子で置換されていてもよい。
また、上記式[1-1]中、Yは炭素数1~18のアルキル基、炭素数2~18のアルケニル基、炭素数1~18のフッ素含有アルキル基、炭素数1~18のアルコキシ基及び炭素数1~18のフッ素含有アルコキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種を表す。nは0~4の整数である。
なお、上記式[S1]~[S3]で表される側鎖構造を有する二側鎖ジアミンは、それぞれ、下記式[2-S1]-[2-S3]の構造で表される。
Figure 0007063270000026
また、上記式[1]中、Yは、Xの位置からメタ位であってもオルト位であってもよいが、好ましくはオルト位がよい。すなわち、上記式[1]は、下記式[1’]であるのが好ましい。
Figure 0007063270000027
また、上記式[1]中、2つのアミノ基(-NH)の位置は、ベンゼン環上のいずれの位置であってもよいが、下記式[1]-a1~[1]-a3で表される位置が好ましく、下記式[1]-a1であるのがより好ましい。下記式中、Xは、上記式[1]における場合と同様である。なお、下記式[1]-a1~[1]-a3は、2つのアミノ基の位置を説明するものであり、上記式[1]中で表されていたYの表記が省略されている。
Figure 0007063270000028
従って、上記式[1’]及び[1]-a1~[1]-a3に基づけば、上記式[1]は、下記式[1]-a1-1~[1]-a3-2から選ばれるいずれかの構造であるのが好ましく、下記式[1]-a1-1で表される構造がより好ましい。下記式中、X及びYは、それぞれ式[1]における場合と同様である。
Figure 0007063270000029
また、上記式[1-1]の例として、下記式[1-1]-1~[1-1]-22が挙げられるが、これらに限定されない。このうち、上記式[1-1]の例としては、下記式[1-1]-1~[1-1]-4、[1-1]-8又は[1-1]-10が好ましい。なお、下記式中、*は、上記式[1]、[1’]及び[1]-a1~[1]-a3におけるフェニル基との結合位置を表す。
Figure 0007063270000030
ジアミン成分が、所定構造を有する二側鎖ジアミンを含有することで、過度の加熱にさらされた場合でも、液晶を垂直に配向させる能力が低下し難くなる液晶配向膜となる。また、ジアミン成分が該二側鎖ジアミンを含有することで、膜に何らかの異物が接触し、傷ついた際も、液晶を垂直に配向させる能力が低下し難くなる液晶配向膜となる。すなわち、ジアミン成分が該二側鎖ジアミンを含有することで、各種の上記特性に優れた液晶配向膜が得られる液晶配向剤を提供できるようになる。
<その他のジアミン:光反応性側鎖を有するジアミン>
また、本発明を垂直配向方式のPSAモードの液晶配向剤として用いる場合、液晶中に含まれる重合性化合物の反応性を高める目的で光反応性側鎖を有するジアミンを用いて重合体を調製することもできる。
本実施形態のジアミン成分は、その他のジアミンとして、光反応性側鎖を有するジアミンを含有してもよい。ジアミン成分が、光反応性側鎖を有するジアミンを含有することで、特定重合体やそれ以外の重合体に、光反応性側鎖を導入できるようになる。
光反応性側鎖を有するジアミンとしては、例えば、下記式[VIII]又は[IX]で表されるものが挙げられるが、これらに限定されない。
Figure 0007063270000031
上記式[VIII]及び[IX]中、2つのアミノ基(-NH)の位置は、ベンゼン環上のいずれの位置であってもよく、例えば、側鎖の結合基に対し、ベンゼン環上の2,3の位置、2,4の位置、2,5の位置、2,6の位置、3,4の位置又は3,5の位置が挙げられる。ポリアミック酸を合成する際の反応性の点からは、2,4の位置、2,5の位置又は3,5の位置が好ましい。ジアミンを合成する際の容易性の点も加味すると、2,4の位置又は3,5の位置がより好ましい。
また、上記式[VIII]中、Rは単結合、-CH-、-O-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NH-、-CHO-、-N(CH)-、-CON(CH)-又は-N(CH)CO-を表す。特に、Rは単結合、-O-、-COO-、-NHCO-又は-CONH-であるのが好ましい。
また、上記式[VIII]中、Rは、単結合又はフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~20のアルキレン基を表す。ここでのアルキレン基の-CH-は、-CF-又は-CH=CH-で任意に置換されていてもよく、次のいずれかの基が互いに隣り合わない場合、これらの基に置換されていてもよい;-O-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NH-、二価の炭素環又は複素環。なお、この二価の炭素環又は複素環は、具体的には下記式(1a)のものを例示することができるが、これに限定されない。
Figure 0007063270000032
また、上記式[VIII]中、Rは、通常の有機合成的手法で形成させることができるが、合成の容易性の点からは、単結合又は炭素数1~12のアルキレン基が好ましい。
また、上記式[VIII]中、R10は、下記式(1b)からなる群から選択される光反応性基を表す。なかでも、R10は、光反応性の点から、メタクリル基、アクリル基又はビニル基が好ましい。
Figure 0007063270000033
また、上記式[IX]中、Yは、-CH-、-O-、-CONH-、-NHCO-、-COO-、-OCO-、-NH-又は-CO-を表す。Yは、炭素数1~30のアルキレン基、二価の炭素環又は複素環を表す。ここでのアルキレン基、二価の炭素環または複素環における、1つ又は複数の水素原子は、フッ素原子又は有機基で置換されていてもよい。Yは、次の基が互いに隣り合わない場合、-CH-がこれらの基に置換されていてもよい;-O-、-NHCO-、-CONH-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCONH-、-CO-。
また、上記式[IX]中、Yは、-CH-、-O-、-CONH-、-NHCO-、-COO-、-OCO-、-NH-、-CO-又は単結合を表す。Yはシンナモイル基を表す。Yは単結合、炭素数1~30のアルキレン基、二価の炭素環又は複素環を表す。ここでのアルキレン基、二価の炭素環または複素環における、1つ又は複数の水素原子は、フッ素原子又は有機基で置換されていてもよい。Yは、次の基が互いに隣り合わない場合、-CH-がこれらの基に置換されていてもよい;-O-、-NHCO-、-CONH-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCONH-、-CO-。Yはアクリル基又はメタクリル基等の光重合性基を表す。
このような上記式[VIII]又は[IX]で表される光反応性側鎖を有するジアミンの具体例としては、下記式(1c)が挙げられるが、これに限定されない。
Figure 0007063270000034
上記式(1c)中、X及びX10は、それぞれ独立に、単結合、-O-、-COO-、-NHCO-又は-NH-である結合基を表す。Yは、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1~20のアルキレン基を表す。
光反応性側鎖を有するジアミンとしては、下記式[VII]のジアミンも挙げられる。式[VII]のジアミンは、ラジカル発生構造を有する部位を側鎖に有している。ラジカル発生構造においては、紫外線照射により分解しラジカルが発生する。
Figure 0007063270000035
上記式[VII]中、Arはフェニレン、ナフチレン及びビフェニレンからなる群から選ばれる少なくとも1種の芳香族炭化水素基を表し、それらの環の水素原子はハロゲン原子に置換されていてもよい。カルボニルが結合しているArは、紫外線の吸収波長に関与するため、長波長化する場合、ナフチレンやビフェニレンのような共役長の長い構造が好ましい。一方、Arがナフチレンやビフェニレンのような構造になると、溶解性が悪くなる場合があり、この場合、合成の難易度が高くなる。紫外線の波長が250nm~380nmの範囲であればフェニル基でも十分な特性が得られるため、Arはフェニル基が最も好ましい。
上記Arにおいて、芳香族炭化水素基には置換基が設けられていてもよい。ここでの置換基の例としては、アルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アミノ基等、電子供与性の有機基が好ましい。
また、上記式[VII]中、R1及びRは、それぞれ独立して、炭素原子数1~10のアルキル基、アルコキシ基、ベンジル基又はフェネチル基を表す。アルキル基やアルコキシ基の場合、R及びRにより環が形成されていてもよい。
また、上記式[VII]中、T及びTは、それぞれ独立して、単結合、-O-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NH-、-CHO-、-N(CH)-、-CON(CH)-又は-N(CH)CO-の結合基を表す。
また、式[VII]中、Sは単結合、非置換又はフッ素原子によって置換されている炭素原子数1~20のアルキレン基を表す。ここでのアルキレン基の-CH-又は-CF-は、-CH=CH-で任意に置換されていてもよく、次に挙げるいずれかの基が互いに隣り合わない場合、これらの基に置換されていてもよい;-O-、-COO-、-OCO-、-NHCO-、-CONH-、-NH-、二価の炭素環、二価の複素環。
また、式[VII]中、Qは、下記式(1d)から選ばれる構造を表す。
Figure 0007063270000036
上記式(1d)中、Rは水素原子又は炭素原子数1~4のアルキル基を表す。Rは、-CH-、-NR-、-O-、又は-S-を表す。
また、上記式[VII]中、Qは、電子供与性の有機基が好ましく、上記Arの例でも挙げたような、アルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アミノ基等が好ましい。Qがアミノ誘導体の場合、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸の重合の際に、発生するカルボン酸基とアミノ基が塩を形成するなどの不具合が生じる可能性があるため、ヒドロキシル基又はアルコキシ基がより好ましい。
また、上記式[VII]中、2つのアミノ基(-NH)の位置は、o-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン又はp-フェニレンジアミンのいずれでもよいが、酸二無水物との反応性の点では、m-フェニレンジアミン又はp-フェニレンジアミンが好ましい。
従って、上記式[VII]の好ましい具体的としては、合成の容易さ、汎用性の高さ、特性等の点から、下記式が挙げられる。なお、下記式中、nは2~8の整数である。
Figure 0007063270000037
これらの上記式[VII]、[VIII]又は[IX]で表される光反応性側鎖を有するジアミンは、1種単独又は2種以上混合して用いることができる。液晶配向膜とした際の液晶配向性、プレチルト角、電圧保持特性、蓄積電荷等の特性、液晶表示素子とした際の液晶の応答速度等に応じて、1種単独か2種以上混合して用いるか、また、2種以上混合して用いる場合にはその割合等、適宜調整すればよい。
<テトラカルボン酸誘導体>
本発明の液晶配向剤に含有される、上記式(1)の構造単位を有する重合体を作製するためのテトラカルボン酸誘導体成分としては、テトラカルボン酸二無水物だけでなく、そのテトラカルボン酸誘導体であるテトラカルボン酸、テトラカルボン酸ジハライド化合物、テトラカルボン酸ジアルキルエステル化合物またはテトラカルボン酸ジアルキルエステルジハライド化合物を用いることもできる。
テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体としては、下記式(3)で示されるテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体から選ばれる少なくとも1つを用いることがより好ましい。
Figure 0007063270000038
式中、Xは、脂環式構造を有する4価の有機基であり、その構造は特に限定されない。具体例としては、下記式(X1-1)~(X1-44)が挙げられる。
Figure 0007063270000039
式(X1-1)~(X1-4)において、RからR23はそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数2~6のアルキニル基、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基、又はフェニル基であり、同一でも異なってもよい。液晶配向性の観点から、RからR23は、水素原子、ハロゲン原子、メチル基、又はエチル基が好ましく、水素原子、又はメチル基がより好ましい。式(X1-1)の具体的な構造としては、下記式(X1-1-1)~(X1-1-6)で表される構造が挙げられる。液晶配向性及び光反応の感度の観点から、(X1-1-1)が特に好ましい。
Figure 0007063270000040
Figure 0007063270000041
Figure 0007063270000042
本発明に記載のポリイミド前駆体及びポリイミドの原料であるテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体としては、全テトラカルボン酸二無水物及びその誘導体1モルに対して、上記式(3)で表されるテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体を60~100モル%含むことが好ましい。良好な液晶配向性を有する液晶配向膜が得られるため、80モル%~100モル%がより好ましく、90モル%~100モル%がさらに好ましい。
<ポリアミック酸エステルの製造方法>
本発明に用いられるポリイミド前駆体の一つであるポリアミック酸エステルは、以下に示す(1)、(2)又は(3)の方法で合成することができる。
(1)ポリアミック酸から合成する場合
ポリアミック酸エステルは、テトラカルボン酸二無水物とジアミンから得られるポリアミック酸をエステル化することによって合成することができる。
具体的には、ポリアミック酸とエステル化剤を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。
エステル化剤としては、精製によって容易に除去できるものが好ましく、N,N-ジメチルホルムアミドジメチルアセタール、N,N-ジメチルホルムアミドジエチルアセタール、N,N-ジメチルホルムアミドジプロピルアセタール、N,N-ジメチルホルムアミドジネオペンチルブチルアセタール、N,N-ジメチルホルムアミドジ-t-ブチルアセタール、1-メチル-3-p-トリルトリアゼン、1-エチル-3-p-トリルトリアゼン、1-プロピル-3-p-トリルトリアゼン、4-(4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンー2-イル)-4-メチルモルホリニウムクロリドなどが挙げられる。エステル化剤の添加量は、ポリアミック酸の繰り返し単位1モルに対して、2~6モル当量が好ましい。
上記の反応に用いる溶媒は、ポリマーの溶解性からN,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、又は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。
(2)テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンとの反応により合成する場合
ポリアミック酸エステルは、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンから合成することができる。
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などが使用
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。
上記の反応に用いる溶媒は、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、又は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。合成時のポリマー濃度は、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好ましく、窒素雰囲気中で、外気の混入を防ぐのが好ましい。
(3)テトラカルボン酸ジエステルとジアミンからポリアミック酸エステルを合成する場合
ポリアミック酸エステルは、テトラカルボン酸ジエステルとジアミンを重縮合することにより合成することができる。
具体的には、テトラカルボン酸ジエステルとジアミンを縮合剤、塩基、及び有機溶剤の存在下で0℃~150℃、好ましくは0℃~100℃において、30分~24時間、好ましくは3~15時間反応させることによって合成することができる。
前記縮合剤には、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などが使用できる。縮合剤の添加量は、テトラカルボン酸ジエステルに対して2~3倍モルが好ましい。
前記塩基には、ピリジン、トリエチルアミンなどの3級アミンが使用できる。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、ジアミン成分に対して2~4倍モルが好ましい。
また、上記反応において、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ジアミン成分に対して0~1.0倍モルが好ましい。
上記3つのポリアミック酸エステルの合成方法の中でも、高分子量のポリアミック酸エステルが得られるため、上記(1)又は上記(2)の合成法が特に好ましい。
上記のようにして得られるポリアミック酸エステルの溶液は、よく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、ポリマーを析出させることができる。析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥して精製されたポリアミック酸エステルの粉末を得ることができる。貧溶媒は、特に限定されないが、水、メタノール、エタノール、ヘキサン、ブチルセロソルブ、アセトン、トルエン等が挙げられる。
<ポリアミック酸の製造方法>
本発明に用いられるポリイミド前駆体であるポリアミック酸は、以下に示す方法により合成することができる。
具体的には、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを有機溶媒の存在下で-20℃~150℃、好ましくは0℃~50℃において、30分~24時間、好ましくは1~12時間反応させることによって合成できる。
上記の反応に用いる有機溶媒は、モノマーおよびポリマーの溶解性からN,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、又は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。ポリマーの濃度は、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。
上記のようにして得られたポリアミック酸は、反応溶液をよく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、ポリマーを析出させて回収することができる。また、析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥することで精製されたポリアミック酸の粉末を得ることができる。貧溶媒は、特に限定されないが、水、メタノール、エタノール、ヘキサン、ブチルセロソルブ、アセトン、トルエン等が挙げられる。
<ポリイミドの製造方法>
本発明に用いられるポリイミドは、前記ポリアミック酸エステル又はポリアミック酸をイミド化することにより製造することができる。ポリアミック酸エステルからポリイミドを製造する場合、前記ポリアミック酸エステル溶液、又はポリアミック酸エステル樹脂粉末を有機溶媒に溶解させて得られるポリアミック酸溶液に塩基性触媒を添加する化学的イミド化が簡便である。化学的イミド化は、比較的低温でイミド化反応が進行し、イミド化の課程で重合体の分子量低下が起こりにくいので好ましい。
化学的イミド化は、イミド化させたいポリアミック酸エステルを、有機溶媒中において塩基性触媒存在下で撹拌することにより行うことができる。有機溶媒としては前述した重合反応時に用いる溶媒を使用することができる。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等を挙げることができる。中でもトリエチルアミンは反応を進行させるのに充分な塩基性を持つので好ましい。
イミド化反応を行うときの温度は、-20℃~140℃、好ましくは0℃~100℃であり、反応時間は1~100時間で行うことができる。塩基性触媒の量はアミック酸エステル基の0.5~30モル倍、好ましくは2~20モル倍である。得られる重合体のイミド化率は、触媒量、温度、反応時間を調節することで制御することができる。イミド化反応後の溶液には、添加した触媒等が残存しているので、以下に述べる手段により、得られたイミド化重合体を回収し、有機溶媒で再溶解して、本発明の液晶配向剤とすることが好ましい。
ポリアミック酸からポリイミドを製造する場合、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物との反応で得られた前記ポリアミック酸の溶液に触媒を添加する化学的イミド化が簡便である。化学的イミド化は、比較的低温でイミド化反応が進行し、イミド化の過程で重合体の分子量低下が起こりにくいので好ましい。
化学的イミド化は、イミド化させたい重合体を、有機溶媒中において塩基性触媒と酸無水物の存在下で攪拌することにより行うことができる。有機溶媒としては前述した重合反応時に用いる溶媒を使用することができる。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等を挙げることができる。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。また、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等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。
イミド化反応を行うときの温度は、-20℃~140℃、好ましくは0℃~100℃であり、反応時間は1~100時間で行うことができる。塩基性触媒の量はアミック酸基の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ック酸基の1~50モル倍、好ましくは3~30モル倍である。得られる重合体のイミド化率は、触媒量、温度、反応時間を調節することで制御することができる。
ポリアミック酸エステル又はポリアミック酸のイミド化反応後の溶液には、添加した触媒等が残存しているので、以下に述べる手段により、得られたイミド化重合体を回収し、有機溶媒で再溶解して、本発明の液晶配向剤とすることが好ましい。
上記のようにして得られるポリイミドの溶液は、よく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、重合体を析出させることができる。析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥して精製されたポリアミック酸エステルの粉末を得ることができる。
前記貧溶媒は、特に限定されないが、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、ベンゼン等が挙げられる。
<液晶配向剤>
本発明に用いられる液晶配向剤は、特定構造の重合体が有機溶媒中に溶解された溶液の形態を有する。本発明に記載のポリイミド前駆体及びポリイミドの分子量は、重量平均分子量で2,000~500,000が好ましく、より好ましくは5,000~300,000であり、さらに好ましくは、10,000~100,000である。また、数平均分子量は、好ましくは、1,000~250,000であり、より好ましくは、2,500~150,000であり、さらに好ましくは、5,000~50,000である。
本発明に用いられる液晶配向剤の重合体の濃度は、形成させようとする塗膜の厚みの設定によって適宜変更することができるが、均一で欠陥のない塗膜を形成させるという点から1重量%以上であることが好ましく、溶液の保存安定性の点からは10重量%以下とすることが好ましい。
<その他の溶媒>
本発明の液晶配向剤には、本発明の効果を損なわない限りにおいて、上記A、B及びCグループに属する溶媒以外の溶媒(以下、その他の溶媒とも称する)として、本発明に記載のポリイミド前駆体及びポリイミドを溶解させる溶媒(良溶媒ともいう)や、液晶配向剤を塗布した際の液晶配向膜の塗膜性や表面平滑性を向上させる溶媒(貧溶媒ともいう)を含有させても良い。
下記に、その他の溶媒の具体例を挙げるが、これらの例に限定されるものではない。
良溶媒としては、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、ジメチルスルホキシド、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、3-メトキシーN,N-ジメチルプロパンアミド(IPMA又は4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンなどを挙げることができる。
貧溶媒の具体例としては、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、2-(メトキシメトキシ)エタノール、ブチルセロソルブ、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モノヘキシルエーテル、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、プロピレングリコール、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、ダイアセトンアルコール、プロピレングリコールジアセタート、ジイソペンチルエーテル、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、エチルカルビトール又は下記式[D-1]~式[D-3]で示される溶媒などを挙げることができる。
Figure 0007063270000043
(式[D-1]中、Dは炭素数1~3のアルキル基を示し、式[D-2]中、Dは炭素数1~3のアルキル基を示し、式[D-3]中、Dは炭素数1~4のアルキル基を示す)。
本発明の液晶配向剤には、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、又は重合性不飽和結合を有する架橋性化合物を含んでいても良い。これら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)プロパン又は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は、下記式[4A]で示されるオキセタン基を少なくとも2個有する化合物である。
Figure 0007063270000044
具体的には、国際公開公報WO2011/132751号(2011.10.27公開)の58~59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[5A]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 0007063270000045
具体的には、国際公開公報WO2012/014898号(2012.2.2公開)の76~82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。
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、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又はエチレン尿素-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又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、又はグリコールウリル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。
上記の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)やサイメル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など、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-ブチルフェノールが挙げられる。
より具体的には、国際公開公報WO2011/132751号(2011.10.27公開)の62~66頁に掲載される、式[6-1]~式[6-48]の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又はグリセリンポリグリシジルエーテルポリ(メタ)アクリレートなどの重合性不飽和基を分子内に3個有する架橋性化合物、更に、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)アクリレート又は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、加えて、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又は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。
更に、下記式[7A]で示される化合物を用いることもできる。
Figure 0007063270000046
(式[7A]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、アントラセン環又はフェナントレン環からからなる群から選ばれる基を示し、Eは下記式[7a]又は式[7b]から選ばれる基を示し、nは1~4の整数を示す)。
Figure 0007063270000047
上記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、本発明の液晶配向剤に用いる架橋性化合物は、1種類でも、2種類以上組み合わせてもよい。
本発明の液晶配向剤における、架橋性化合物の含有量は、全ての重合体成分100質量部に対して、0.1~150質量部が好ましい。なかでも、架橋反応が進行し目的の効果を発現させるためには、の重合体成分100質量部に対して、0.1~100質量部が好ましい。より好ましいのは、1~50質量部である。
本発明の液晶配向剤は、本発明の効果を損なわない限り、液晶配向剤を塗布した際の液晶配向膜の膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる化合物を用いることができる。
液晶配向膜の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(以上、トーケムプロダクツ社製)、メガファックF171、F173、R-30(以上、大日本インキ社製)、フロラードFC430、FC431(以上、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(以上、旭硝子社製)などが挙げられる。
界面活性剤の使用量は、液晶配向剤に含有される全ての重合体成分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。
更に、液晶配向剤には、液晶配向膜中の電荷移動を促進して素子の電荷抜けを促進させる化合物として、国際公開公報WO2011/132751号(2011.10.27公開)の69~73頁に掲載される、式[M1]~式[M156]で示される窒素含有複素環アミン化合物を添加することもできる。このアミン化合物は、液晶配向剤に直接添加しても構わないが、濃度0.1~10質量%、好ましくは1~7質量%の溶液にしてから添加することが好ましい。この溶媒は、特定重合体(A)を溶解させるならば特に限定されない。
本発明の液晶配向剤には、上記の貧溶媒、架橋性化合物、樹脂被膜又は液晶配向膜の膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる化合物及び電荷抜けを促進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、本発明に記載の重合体以外の重合体、配向膜と基板との密着性を向上させる目的のシランカップリング剤、さらには塗膜を焼成する際にポリイミド前駆体の加熱によるイミド化を効率よく進行させる目的のイミド化促進剤等を添加しても良い。
<液晶配向膜・液晶表示素子>
液晶配向膜は、上記の液晶配向剤を基板に塗布し、乾燥、焼成して得られる膜である。本発明の液晶配向剤を塗布す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、窒化珪素基板とともに、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等を用いることもできる。その際、液晶を駆動させるためのITO電極などが形成された基板を用いると、プロセスの簡素化の点から好ましい。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などの不透明な物でも使用でき、この場合の電極にはアルミニウムなど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、フレキソ印刷又はインクジェット法などで行う方法が一般的である。その他の塗布方法としては、ディップ法、ロールコータ法、スリットコータ法、スピンナー法又は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、熱循環型オーブン又はIR(赤外線)型オーブンなどの加熱手段により、溶媒を蒸発させて液晶配向膜とすることができる。本発明の液晶配向剤を塗布した後の乾燥、焼成工程は、任意の温度と時間を選択することができる。通常は、含有される溶媒を十分に除去するために50~120℃で1~10分焼成し、その後、150~300℃で5~120分焼成する条件が挙げられる。焼成後の液晶配向膜の厚みは、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、5~300nmが好ましく、10~200nmがより好ましい。
本発明の液晶配向処理剤は、基板上に塗布、焼成した後、従来の装置、方法で行われるラビング処理や、ラビング処理や光配向処理などで配向処理をして、また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。
液晶セルの作製方法の一例として、パッシブマトリクス構造の液晶表示素子を例にとり説明する。なお、画像表示を構成する各画素部分にTFT(Thin Film Transistor)などのスイッチング素子が設けられたアクティブマトリクス構造の液晶表示素子であってもよい。
具体的には、透明なガラス製の基板を準備し、一方の基板の上にコモン電極を、他方の基板の上にセグメント電極を設ける。これらの電極は、例えばITO電極とすることができ、所望の画像表示ができるようパターニングされている。次いで、各基板の上に、コモン電極とセグメント電極を被覆するようにして絶縁膜を設ける。絶縁膜は、例えば、ゾル-ゲル法によって形成されたSiO-TiOの膜とすることができる。
次に、各基板の上に液晶配向膜を形成し、一方の基板に他方の基板を互いの液晶配向膜面が対向するようにして重ね合わせ、周辺をシール剤で接着する。シール剤には、基板間隙を制御するために、通常、スペーサーを混入しておき、また、シール剤を設けない面内部分にも、基板間隙制御用のスペーサーを散布しておくことが好ましい。シール剤の一部には、外部から液晶を充填可能な開口部を設けておく。次いで、シール剤に設けた開口部を通じて、2枚の基板とシール剤で包囲された空間内に液晶材料を注入し、その後、この開口部を接着剤で封止する。注入には、真空注入法を用いてもよいし、大気中で毛細管現象を利用した方法を用いてもよい。液晶材料は、ポジ型液晶材料やネガ型液晶材料のいずれを用いてもよいが、好ましいのは、ネガ型液晶材料である。次に、偏光板の設置を行う。具体的には、2枚の基板の液晶層とは反対側の面に一対の偏光板を貼り付ける。
垂直配向方式(特にPSAモード)の液晶表示素子においては、片側基板に例えば1μmから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においても動作可能であり、この構造の液晶表示素子によって、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。
IPS型又はFFS型の液晶表示素子を製造する場合、櫛歯型にパターニングされた透明導電膜又は金属膜からなる電極が設けられている基板の電極形成面と、電極が設けられていない対向基板の一面とに液晶配向剤をそれぞれ塗布し、次いで各塗布面を加熱することにより塗膜を形成する。金属膜としては、例えばクロムなどの金属からなる膜を使用できる。
垂直配向方式の液晶表示素子の液晶層を構成する液晶材料は特に限定されず、従来の垂直配向方式で使用される液晶材料、例えば、メルク社製のMLC-6608やMLC-6609、MLC-3022などのネガ型の液晶を用いることができる。また、PSAモードでは、重合性化合物を含有する液晶であるMLC-3023を用いることが出来る。その他にも、例えば下記式で表されるような重合性化合物含有の液晶を使用することができる。
Figure 0007063270000048
一方、IPSやFFS等の水平配向方式の液晶表示素子の液晶層を構成する液晶材料は特に限定されず、従来水平配向方式で使用される液晶材料、例えば、メルク社製のMLC-2003やMLC-2041などのネガポジ型の液晶やMLC-6608などのネガ型の液晶も用いることができる。
液晶層を2枚の基板の間に挟持させる方法としては、公知の方法を挙げることができる。例えば、液晶配向膜が形成された1対の基板を用意し、一方の基板の液晶配向膜上にビーズ等のスペーサーを散布し、液晶配向膜が形成された側の面が内側になるようにしてもう一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が挙げられる。また、液晶配向膜が形成された1対の基板を用意し、一方の基板の液晶配向膜上にビーズ等のスペーサーを散布した後に液晶を滴下し、その後液晶配向膜が形成された側の面が内側になるようにしてもう一方の基板を貼り合わせて封止を行う方法でも液晶セルを作製できる。上記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。
PSAモード方式に於いては、液晶を挟持させた後、液晶配向膜及び液晶層に電圧を印加しながら紫外線を照射することにより液晶セルを作製する。この工程としては、例えば基板上に設置されている電極間に電圧をかけることで液晶配向膜及び液晶層に電界を印加し、この電界を保持したまま紫外線を照射する方法が挙げられる。ここで、電極間にかける電圧としては、例えば5~30Vp-p又はDC2.5~15V、好ましくは10~30Vp-p又はDC5~15Vである。また、照射する光としては、300~400nmの波長の光を含む紫外線が好ましい。照射光の光源としては、前記のとおりである。紫外線の照射量は、例えば、1~60J、好ましくは40J以下であり、紫外線照射量が少ないほうが、液晶表示素子を構成する部材の破壊により生じる信頼性低下を抑制でき、かつ紫外線照射時間を減らせることで製造効率が上がるので好適である。
上記のように、液晶配向膜及び液晶層に電圧を印加しながら紫外線を照射すると、重合性化合物が反応して重合体を形成し、この重合体により液晶分子が傾く方向が記憶されることで、得られる液晶表示素子の応答速度を速くすることができる。また、液晶配向膜及び液晶層に電圧を印加しながら紫外線を照射すると、液晶を垂直に配向させる側鎖と、光反応性の側鎖とを有するポリイミド前駆体、及び、このポリイミド前駆体をイミド化して得られるポリイミドから選択される少なくとも一種の重合体が有する光反応性の側鎖同士や、重合体が有する光反応性の側鎖と重合性化合物が反応するため、得られる液晶表示素子の応答速度を速くすることができる。
上記のようにして、本発明の液晶配向剤を用いることで、塗布面内の膜厚の均一性や、塗布周辺部の直線性及び寸法安定性に優れる液晶配向膜を得ることができる。
以下に実施例を挙げて、さらに、本発明を具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定して解釈されるものではない。
以下に、用いた化合物の略号を示す。
(溶媒)
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
NEP:N-エチル-2-ピロリドン
GBL:γ-ブチロラクトン
BCS:ブチルセロソルブ
PB:1-ブトキシ-2-プロパノール
DPM:ジプロピレングリコールモノメチルエーテル
DIBK:ジイソブチルケトン
(テトラカルボン酸二無水物)
DC-1:1,3-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
DC-2:1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
DC-3: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
DC-4:ピロメリット酸無水物
DC-5:3,3,4,4―ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
(ジアミン)
DA-1:p-フェニレンジアミン
DA-2:ビス(4-アミノフェノキシ)エタン
DA-3:1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)プロパン
DA-4:N-メチル-2-(4-アミノフェニル)エチルアミン
DA-5:下記式(DA-5)で表される化合物
DA-6:下記式(DA-6)で表される化合物
DA-7:下記式(DA-7)で表される化合物
DA-8:下記式(DA-8)で表される化合物
DA-9:3,5-ジアミノ安息香酸
DA-10:下記式(DA-10)で表される化合物
DA-11:下記式(DA-11)で表される化合物
DA-12:下記式(DA-12)で表される化合物
DA-13:下記式(DA-13)で表される化合物
DA-14:下記式(DA-14)で表される化合物
DA-15:下記式(DA-15)で表される化合物
DA-16:下記式(DA-16)で表される化合物
DA-17:下記式(DA-17)で表される化合物
DA-18:下記式(DA-18)で表される化合物
DA-19:下記式(DA-19)で表される化合物
DA-20:下記式(DA-20)で表される化合物
DA-21:下記式(DA-21)で表される化合物
(添加剤)
3AMP:3-ピコリルアミン
なお、以下の化学式において、Meはメチル基、Buはn-ブチル基、Bocはt-ブトキシ基を表す。
Figure 0007063270000049
各特性の測定方法は、以下のとおりである。
[粘度]
ポリアミック酸エステル、ポリアミック酸溶液及びポリイミド溶液の粘度は、E型粘度計TVE-22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL(ミリリットル)、コーンロータTE-1(1°34’、R24)、温度25℃で測定した。
[分子量]
ポリアミック酸エステル及びポリアミック酸の分子量は、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(以下、Mnとも言う)と重量平均分子量(以下、Mwとも言う)を算出した。
GPC装置:Shodex社製(GPC-101)
カラム:Shodex社製(KD803、及び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:東ソー社製 TSK 標準ポリエチレンオキサイド(重量平均分子量(Mw) 約900,000、150,000、100,000、及び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(ピークトップ分子量(Mp)が、約12,000、4,000、及び1,000)を用いた。測定は、ピークが重なるのを避けるため、900,000、100,000、12,000、及び1,000の4種類を混合したサンプル、並びに150,000、30,000、及び4,000の3種類を混合したサンプルの2サンプルを別々に実施した。
<合成例1>
撹拌装置及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、ジアミンDA-1を0.81g(7.5mmol)、DA-2を1.22g(5.0mmol)、DA-3を1.94g(7.5mmol)及びジアミンDA-6を1.99g(5.0mmol)量り取り、NMPを74.86g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、テトラカルボン酸二無水物DC-1を5.38g(24.0mmol)添加し、更に、固形分濃度が12質量%になるようにNMPを加え、40℃で20時間撹拌して、ポリアミック酸(PAA-1)の溶液を得た。
このポリアミック酸溶液の温度25℃における粘度は502mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=16,715、Mw=43,662であった。
<合成例2>
撹拌装置及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、ジアミンDA-5を6.26g(21.0mmol)及びジアミンDA-4を2.10g(14.0mmol)量り取り、NMPを76.28g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、テトラカルボン酸二無水物DC-2を6.58g(33.6mmol)添加し、更に、固形分濃度が15質量%になるようにNMPを加え、室温で4時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(PAA-2)の溶液を得た。
このポリアミック酸溶液の温度25℃における粘度は768mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=11,658、Mw=28,328であった。
撹拌装置及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、ジアミンDA-1を0.84g(7.8mmol)、DA-2を1.27g(5.2mmol)、DA-3を2.01g(7.8mmol)及びジアミンDA-5を1.55g(5.2mmol)量り取り、NMPを73.26g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、テトラカルボン酸二無水物DC-1を5.42g(24.2mmol)添加し、更に、固形分濃度が12質量%になるようにNMPを加え、40℃で20時間撹拌して、ポリアミック酸(PAA-3)の溶液を得た。
このポリアミック酸溶液の温度25℃における粘度は393mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=14,654、Mw=39,268であった。
<合成例4>
撹拌装置及び窒素導入管付きの3L四つ口フラスコに、ジアミンDA-1を17.30g(159.98mmol)、ジアミンDA-2を58.63g(240.0mmol)、ジアミンDA-15を76.89g(240.0mmol)及びジアミンDA-7を54.63g(159.99mmol)量り取り、NMPを2458.13g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、テトラカルボン酸二無水物DC-1を171.27g(764.02mmol)添加し、更に、固形分濃度が12質量%になるようにNMPを加え、40℃で20時間撹拌して、ポリアミック酸(PAA-4)の溶液を得た。
このポリアミック酸溶液の温度25℃における粘度は426mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=12,380、Mw=33,250であった。
このポリアミック酸溶液を2250.0g分取し、NMPを750.0g加えた後、無水酢酸を171.1g、及びピリジンを35.4g加え、55℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール9619.2gに注ぎ、生成した沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、60℃で減圧乾燥しポリイミドの粉末を得た。このポリイミドのイミド化率は66%であった。得られたポリイミド粉末120.0gにNMP880.0gを加えて70℃にて20hr攪拌して溶解させることでポリイミド溶液(SPI-1)を得た。
このポリイミド溶液の温度25℃における粘度は137mPa・sであった。また、このポリイミドの分子量はMn=11,035、Mw=27,887であった。
<合成例5>
撹拌装置及び窒素導入管付きの3L四つ口フラスコに、ジアミンDA-21を130.71g(656.0mmol)及びジアミンDA-9を24.95g(163.98mmol)量り取り、NMPを171.60g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、テトラカルボン酸二無水物DC-5を226.78g(770.8mmol)添加し、更に、固形分濃度が12質量%になるようにNMPを加え、室温で4時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(PAA-4)の溶液を得た。
このポリアミック酸溶液の温度25℃における粘度は234mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=9,657、Mw=22,975であった。
<合成例6>
撹拌装置及び窒素導入管付きの200mLの四つ口フラスコにジアミンDA-2を4.03g(16.5mmol)、ジアミンDA-6を3.59g(9.0mmol)、及びジアミンDA-18を2.50g(4.5mmol)加えた後、NMPを102.1g加え、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。この溶液を撹拌しながらテトラカルボン酸二無水物DC-1を4.37g(19.5mmol)、及びNMPを12.8g加え、40℃条件下にて3時間攪拌した。その後、25℃条件下にてテトラカルボン酸二無水物DC-2を1.71g(8.7mmol)、及びNMPを12.8g加えた後、さらに12時間攪拌することで樹脂固形分濃度15質量%のポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液の粘度は820mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=13,250、Mw=35,459であった。
このポリアミック酸溶液を80.0g分取し、NMPを70.0g加えた後、無水酢酸を6.8g、及びピリジンを1.8g加え、50℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール555.0gに注ぎ、生成した沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、60℃で減圧乾燥しポリイミドの粉末を得た。このポリイミドのイミド化率は75%であった。得られたポリイミド粉末80.0gにNMP586.7gを加えて50℃にて20hr攪拌して溶解させることでポリイミド溶液(SPI-2)を得た。
このポリイミド溶液の温度25℃における粘度は74.0mPa・sであった。また、このポリイミドの分子量はMn=9,848、Mw=23,058であった。
<合成例7>
撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコにジアミンDA-20を1.12g(4.5mmol)、ジアミンDA-19を0.59g(3.0mmol)、及びジアミンDA-21を1.49g(7.5mmol)を加えた後、NMP:GBL=1:1の混合溶媒31.0gを加え、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。この溶液を撹拌しながら、テトラカルボン酸二無水物DC-2を1.15g(5.9mmol)、及びNMP:GBL=1:1の混合溶媒を10.0g加えた後、25℃条件下にて1時間攪拌した。その後、テトラカルボン酸二無水物DC-5を2.60g(8.8mmol)加え、NMP:GBL=1:1の混合溶媒を10.0g加えた後、さらに50℃条件下にて12時間攪拌することで樹脂固形分濃度12質量%のポリアミック酸溶液(PAA-5)を得た。
このポリアミック酸溶液の温度25℃における粘度は200mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=8,026、Mw=18,458であった。
<合成例8>
撹拌装置及び窒素導入管付きの500mLフラスコに、ジアミンDA-16を25.20g(0.088mol)、及びジアミンDA-17を8.72g(0.022mol)投入した後、NMPを334.28g加えて撹拌して溶解させた。この溶液を水冷下で撹拌しながら、テトラカルボン酸二無水物DC-4を23.06g(0.11mol)添加し、更にNMPを83.57g加え、50℃で12時間撹拌してポリアミック酸溶液(PAA-6)を得た。
このポリアミック酸溶液の粘度は545mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=17,344、Mw=43,383であった。
<合成例9>
撹拌装置及び窒素導入管付きの500mLフラスコに、ジアミンDA-21を23.91g(0.12mol)、及びジアミンDA-9を4.56g(0.03mol)投入した後、NMPを241.76g加えて撹拌して溶解させた。この溶液を水冷下で撹拌しながら、テトラカルボン酸二無水物DC-2を13.71g(0.070mol)添加し、更にNMPを69.07g加えた後、2時間撹拌させた。その後テトラカルボン酸二無水物DC-3を18.77g(0.075mol)投入した後、NMPを34.54g加えて、50℃で12時間撹拌してポリアミック酸溶液(PAA-7)を得た。
このポリアミック酸溶液の粘度は300mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=11,333、Mw=24,081であった。
[液晶配向剤の調製]
(実施例1)
撹拌子を入れた40mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸溶液(PAA-1)を4.00g、合成例2で得られたポリアミック酸溶液(PAA-2)を4.80g量り取り、NMPを23.20g、PBを6.80g及びDIBKを1.20g量り取り、室温で3時間攪拌し、液晶配向剤A1を得た。
この液晶配向剤A1を用いて、25℃における粘度を測定した。その後、以下の塗布性評価を行った。
[インクジェット塗布性評価]
上記で調整した液晶配向剤A1を、インクジェット塗布装置(株式会社日立プラントテクノロジー製)を用いて、クロムが表面に蒸着されたガラス基板上に塗布した。塗布条件は、吐出ピッチ40μm、塗布速度100mm/sec、射出電圧13.0V、塗布面積36×80mmで行った。塗膜の膜厚は、80℃のホットプレート上で2分仮乾燥を行った後、230℃30分の条件で、IRオーブンで焼成した際に、100nmとなる条件で塗布した。
80℃で仮乾燥し、230℃で焼成した塗膜について、塗布性不足もしくは液ダレの影響で発生するスジ状のムラ程度を比較して、4段階で評価した。目視で全面に顕著なムラが確認できるものをLv4、目視で部分的にムラが確認できるものをLv3、ムラが目視では見えないものをLv2、光学顕微鏡でもムラが全くないものをLv1とした。
シリコーン系撥水膜OA-160R1(日産化学工業製)を10×10cmのガラス基板上に滴下し、2000rpmの回転数でガラス基板にスピンコートした。その後、このガラス基板を200℃、30分の条件で、IRオーブンで焼成し、疎水性ガラス基板を得た。
[ドット塗布評価]
上記で調整した液晶配向剤A1について、インクジェット塗布装置(株式会社日立プラントテクノロジー製)を用いて、上記で準備した疎水性ガラス基板上に塗布した。塗布条件は、吐出ピッチ500μm、塗布速度100mm/sec、射出電圧13.0V、塗布面積36×80mmで行った。液晶配向剤A1を上記条件で塗布した後、80℃のホットプレート上で2分仮乾燥を行った後、230℃30分の条件で、IRオーブンで焼成した。
[塗膜の評価方法]
80℃で仮乾燥し、230℃で焼成したドット状の塗膜について、顕微鏡を用いてドットの直径を測定した。一般にドット径は大きいほど、良好な塗膜性を有する材料であるとされる。ドット径が160μm以上を良好とし、それ以下を不良とした。
<実施例2~9および比較例1~9>
合成例1~3、5、7~9で得られたポリアミック酸溶液および合成例4、6で得られたポリイミド溶液を下記表1で示した所定のブレンド比率、固形分濃度、溶媒比率となるように各種溶剤による希釈を行い、液晶配向剤A2~A6及び液晶配向剤B1~B5、C1、D1、E1、F1、G1、H1、およびI1を得た。ポリアミック酸溶液、ポリイミド溶液及び溶剤の組成比を実施例1と共に表1に示す。
表1中、固形分組成と重量比は、各重合体の混合比率(質量%)を表す。溶液の組成と重量比は、各有機溶媒のポリマー溶液全体に対する比率(質量%)を表す。
Figure 0007063270000050
表2には、実施例1~9、及び比較例1~9における各評価結果等をまとめて示した。
Figure 0007063270000051
<合成例10>。
テトラカルボン酸二無水物DC-3(12.51g、 50.0mmol)、ジアミンDA-7(13.66g、40.0mmol)、ジアミンDA-11(6.61g、20.0mmol)、ジアミンDA-13(17.39g、40.0mmol)をNMP(179.3g)中で溶解し、60℃で5時間反応させたのち、テトラカルボン酸二無水物DC-2(9.61g、49.0mmol)とNMP(59.8g)を加え、40℃で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(100g)にNMPを加え6.5質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(17.0g)、およびピリジン(5.3g)を加え、70℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(1700ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(J)を得た。このポリイミドのイミド化率は76%であり、数平均分子量は11000、重量平均分子量は38000であった。
得られたポリイミド粉末(J)(3.0g)にNMP(27.0g)を加え、70℃にて20時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)3.0g、NMP(2.0g)、BCS(50.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤(J1)を得た。
<合成例11>
テトラカルボン酸二無水物DC-3(12.51g、 50.0mmol)、ジアミンDA-8(11.87g、50.0mmol)、ジアミンDA-11(9.91g、30.0mmol)、ジアミンDA-14(15.14g、20.0mmol)をNMP(177.1g)中で溶解し、60℃で5時間反応させたのち、テトラカルボン酸二無水物DC-2(9.61g、49.0mmol)とNMP(59.0g)を加え、40℃で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(100g)にNMPを加え6.5質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(17.2g)、およびピリジン(5.3g)を加え、70℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(1300ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(K)を得た。このポリイミドのイミド化率は71%であり、数平均分子量は9000、重量平均分子量は24000であった。
得られたポリイミド粉末(K)(3.0g)にNMP(27.0g)を加え、70℃にて20時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)3.0g、NMP(2.0g)、BCS(50.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤(K1)を得た。
<合成例12>
テトラカルボン酸二無水物DC-3(12.51g、 50.0mmol)、ジアミンDA-9(6.10g、40.0mmol)、ジアミンDA-11(6.61g、20.0mmol)、ジアミンDA-13(17.39g、40.0mmol)をNMP(156.6g)中で溶解し、60℃で5時間反応させたのち、テトラカルボン酸二無水物DC-2(9.61g、49.0mmol)とNMP(52.2g)を加え、40℃で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(100g)にNMPを加え6.5質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(19.5g)、およびピリジン(6.0g)を加え、70℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(1300ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(L)を得た。このポリイミドのイミド化率は75%であり、数平均分子量は16000、重量平均分子量は43000であった。
得られたポリイミド粉末(L)(3.0g)にNEP(27.0g)を加え、70℃にて20時間攪拌して溶解させた。この溶液にNEP(20.0g)、BCS(50.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤(L1)を得た。
<合成例13>
テトラカルボン酸二無水物DC-3(12.51g、 50.0mmol)、ジアミンDA-9(7.61g、50.0mmol)、ジアミンDA-11(9.91g、30.0mmol)、ジアミンDA-14(15.14g、20.0mmol)をNMP(164.4g)中で溶解し、60℃で5時間反応させたのち、テトラカルボン酸二無水物DC-2(9.61g、49.0mmol)とNMP(54.8g)を加え、40℃で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(100g)にNMPを加え6.5質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(18.6g)、およびピリジン(5.8g)を加え、70℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(1300ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(M)を得た。このポリイミドのイミド化率は71%であり、数平均分子量は12000、重量平均分子量は29000であった。
得られたポリイミド粉末(M)(3.0g)にNMP(27.0g)を加え、70℃にて20時間攪拌して溶解させた。この溶液にNEP(20.0g)、BCS(50.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤(M1)を得た。
<合成例14>
テトラカルボン酸二無水物DC-3(5.00g、 20.0mmol)、ジアミンDA-9(6.09g、40.0mmol)、ジアミンDA-10(7.27g、30.0mmol)、ジアミンDA-12(11.42g、30.0mmol)をNMP(137.1g)中で溶解し、60℃で5時間反応させたのち、テトラカルボン酸二無水物DC-4(4.36g、20.0mmol)、テトラカルボン酸二無水物DC-2(11.57g、59.0mmol)とNMP(45.7g)を加え、40℃で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(100g)にNMPを加え6.5質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(22.2g)、およびピリジン(6.9g)を加え、50℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(1300ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(N)を得た。このポリイミドのイミド化率は78%であり、数平均分子量は18000、重量平均分子量は39000であった。
得られたポリイミド粉末(N)(3.0g)にNMP(27.0g)を加え、70℃にて20時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)3.0g、NMP(2.0g)、BCS(50.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤(N1)を得た。
以上のような合成例10~14にしたがって、液晶配向剤J1、K1,L1、M1およびN1を得た。
下記表は、合成例10~14において使用された酸二無水物成分とジアミン成分の組成比を示す。
Figure 0007063270000052
<合成例15~23>
さらに、合成例10~14で得られたポリイミド粉末(J~N)を用いて、前記した合成例3~7と同様の操作によって、下記の表4に示す溶媒組成の液晶配向剤を調製した。
Figure 0007063270000053
<実施例10>
合成例16と合成例20で得られた液晶配向剤J2とN3について、それぞれに含まれる樹脂組成物の重量比が3:7となるように室温で3時間撹拌し、液晶配向剤(JN1)を調製した。
<実施例11、12、比較例10~14>
実施例10と同様の操作で各液晶配向剤を配合し、下記表5に示す各種の液晶配向剤を調製した。調製した液晶配向剤の配合比率および、溶媒組成は表5の通りであった。
Figure 0007063270000054
表5の液晶配向剤について実施例1と同様にして評価を行った。評価結果は表6に示される通りであった。
Figure 0007063270000055
表6の結果から、比較例10と比較例11、比較例12と13とを比べると重合体中に熱によって脱離する保護基を含んでいる場合、塗布ムラやドット塗布性が低下する傾向にあることがわかる。
一方で、実施例10と比較例10、実施例11と比較例12、実施例12と比較例14を比べるとジイソブチルケトンを導入させることで、重合体中に熱によって脱離する保護基を含んでいる場合でも塗布性を改善できることが確認された。

Claims (10)

  1. ポリイミド前駆体及びそのイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、熱により脱離する保護基を含有する重合体と、
    下記Aグループの溶媒、Bグループの溶媒及びイソブチルケトンを含有する溶媒成分
    とを含有することを特徴とする、液晶配向剤
    Aグループ:N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ‐ブチロラクトンおよび1,3-ジメチルイミダゾリジノンからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒
    Bグループ:ブチルセロソルブ、1-ブトキシ-2-プロパノール、2-ブトキシ-1―プロパノール、ジプロピレングリコールジメチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒。
  2. 前記Aグループに属する溶媒が含まれる量が、液晶配向剤の全質量に対し、20質量%~90質量%以下である、請求項1に記載の液晶配向剤。
  3. 前記Bグループに属する溶媒が含まれる量が、液晶配向剤の全質量に対し、1質量%~50質量%以下である、請求項1または2に記載の液晶配向剤。
  4. 前記ジイソブチルケトンが含まれる量が、液晶配向剤の全質量に対し、1質量%~20質量%以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  5. 前記重合体が、以下の構造を含有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
    Figure 0007063270000056

    式中、
    は酸素原子又は硫黄原子であり、A~Aはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1~3の炭化水素基であり、炭素数の合計は1~9である。また、*は、他の原子との結合を表す。
  6. 前記重合体が、記式(a)(式中、X は酸素原子又は硫黄原子であり、A ~A はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1~3の炭化水素基であり、炭素数の合計は1~9である。また、*は、他の原子との結合を表す。)の構造を含有するジアミンを含有するジアミン成分と、テトラカルボン酸誘導体との反応物であるポリイミド前駆体及びそのイミド化物からなる群から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剤。
    Figure 0007063270000057
  7. 上記式(a)の構造を含有するジアミンが、以下のジアミンから選ばれる少なくとも1種である、請求項1~6のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
    Figure 0007063270000058
  8. 上記式(a)の構造を含有するジアミンが、全ジアミン成分中の10モル%~50モル%である、請求項6または7に記載の液晶配向剤。
  9. 請求項1~8のいずれか一項に記載の液晶配向剤から得られる、液晶配向膜。
  10. 請求項9の液晶配向膜を具備する、液晶表示素子。
JP2018542833A 2016-09-29 2017-09-28 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子 Active JP7063270B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016191841 2016-09-29
JP2016191841 2016-09-29
PCT/JP2017/035120 WO2018062353A1 (ja) 2016-09-29 2017-09-28 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018062353A1 JPWO2018062353A1 (ja) 2019-07-25
JP7063270B2 true JP7063270B2 (ja) 2022-05-09

Family

ID=61759815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018542833A Active JP7063270B2 (ja) 2016-09-29 2017-09-28 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP7063270B2 (ja)
KR (2) KR20220147158A (ja)
CN (1) CN110023826B (ja)
TW (1) TWI773689B (ja)
WO (1) WO2018062353A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110573952B (zh) * 2017-03-02 2022-03-22 日产化学株式会社 液晶取向剂、液晶取向膜以及液晶表示元件
CN110770645B (zh) * 2017-06-14 2022-06-03 日产化学株式会社 液晶取向剂、液晶取向膜及使用其的液晶表示元件以及该液晶取向膜的制造方法
CN112352191A (zh) * 2018-06-19 2021-02-09 日产化学株式会社 液晶取向剂、液晶取向膜和使用了其的液晶表示元件、以及该液晶表示元件的制造方法、二胺化合物
CN112639595A (zh) * 2018-08-30 2021-04-09 日产化学株式会社 液晶取向剂、液晶取向膜和液晶表示元件
CN113168052A (zh) * 2018-11-19 2021-07-23 日产化学株式会社 液晶取向剂、液晶取向膜、及液晶表示元件
TWI819102B (zh) * 2019-01-17 2023-10-21 日商Jsr股份有限公司 液晶配向劑、液晶配向膜、液晶元件及其製造方法
JP7472799B2 (ja) * 2019-02-08 2024-04-23 日産化学株式会社 液晶配向剤、液晶配向膜及びそれを用いた液晶表示素子

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014238564A (ja) 2013-05-09 2014-12-18 Jsr株式会社 液晶配向剤、液晶配向膜、液晶表示素子、液晶配向膜の製造方法、位相差フィルム及び位相差フィルムの製造方法
WO2016080458A1 (ja) 2014-11-21 2016-05-26 Jnc株式会社 ポリアミック酸またはその誘導体を含む液晶配向剤、液晶配向膜および液晶表示素子
JP2016170409A (ja) 2015-03-11 2016-09-23 Jnc株式会社 液晶配向膜を形成するための液晶配向剤、液晶配向膜およびこれを用いた液晶表示素子

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4156445B2 (ja) 2003-06-04 2008-09-24 株式会社 日立ディスプレイズ 液晶表示装置の製造方法
JP4869892B2 (ja) 2006-12-06 2012-02-08 株式会社 日立ディスプレイズ 液晶表示装置
WO2008108493A1 (ja) * 2007-03-08 2008-09-12 Jsr Corporation 液晶配向剤および横電界方式液晶表示素子
JP5273357B2 (ja) * 2007-07-06 2013-08-28 Jsr株式会社 液晶配向剤および液晶表示素子
KR101649839B1 (ko) * 2008-10-29 2016-08-19 닛산 가가쿠 고교 가부시키 가이샤 디아민
JP5553531B2 (ja) 2009-06-03 2014-07-16 株式会社ジャパンディスプレイ 液晶表示装置
CN104685412B (zh) * 2012-08-06 2018-02-13 日产化学工业株式会社 液晶取向剂及使用了该液晶取向剂的液晶取向膜
JP6146135B2 (ja) * 2012-08-30 2017-06-14 Jsr株式会社 液晶配向剤、液晶配向膜、液晶配向膜の製造方法及び液晶表示素子
KR20150070276A (ko) * 2012-10-18 2015-06-24 닛산 가가쿠 고교 가부시키 가이샤 조성물, 액정 배향 처리제, 액정 배향막 및 액정 표시 소자
WO2014061781A1 (ja) * 2012-10-18 2014-04-24 日産化学工業株式会社 組成物、液晶配向処理剤、液晶配向膜および液晶表示素子
JP6354759B2 (ja) * 2013-07-24 2018-07-11 日産化学工業株式会社 液晶配向剤及びそれを用いた液晶配向膜
CN110950781A (zh) * 2013-10-23 2020-04-03 日产化学工业株式会社 新的二胺、聚酰胺酸和聚酰亚胺
WO2015122413A1 (ja) * 2014-02-13 2015-08-20 日産化学工業株式会社 新規な液晶配向剤、ジアミン、及びポリイミド前駆体
JP6248784B2 (ja) * 2014-04-25 2017-12-20 Jsr株式会社 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子
KR102425044B1 (ko) * 2014-11-12 2022-07-25 닛산 가가쿠 가부시키가이샤 액정 배향제, 액정 배향막 및 액정 표시 소자

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014238564A (ja) 2013-05-09 2014-12-18 Jsr株式会社 液晶配向剤、液晶配向膜、液晶表示素子、液晶配向膜の製造方法、位相差フィルム及び位相差フィルムの製造方法
WO2016080458A1 (ja) 2014-11-21 2016-05-26 Jnc株式会社 ポリアミック酸またはその誘導体を含む液晶配向剤、液晶配向膜および液晶表示素子
JP2016170409A (ja) 2015-03-11 2016-09-23 Jnc株式会社 液晶配向膜を形成するための液晶配向剤、液晶配向膜およびこれを用いた液晶表示素子

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190060803A (ko) 2019-06-03
JPWO2018062353A1 (ja) 2019-07-25
TWI773689B (zh) 2022-08-11
KR20220147158A (ko) 2022-11-02
CN110023826A (zh) 2019-07-16
WO2018062353A1 (ja) 2018-04-05
TW201825555A (zh) 2018-07-16
CN110023826B (zh) 2022-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7063270B2 (ja) 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子
KR102704513B1 (ko) 액정 배향제, 액정 배향막, 및 액정 표시 소자
JP7351382B2 (ja) 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子
JP2018083943A (ja) 組成物、液晶配向処理剤、液晶配向膜及び液晶表示素子
JP6331028B2 (ja) 液晶配向処理剤、液晶配向膜および液晶表示素子
JP6079627B2 (ja) 組成物、液晶配向処理剤、液晶配向膜及び液晶表示素子
CN108027537B (zh) 液晶取向剂、液晶取向膜和液晶表示元件
JP6652739B2 (ja) 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子
JP6798550B2 (ja) 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子
JP7052721B2 (ja) 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子
WO2013115387A1 (ja) 液晶配向処理剤、液晶配向膜及び液晶表示素子
JP6361887B2 (ja) 液晶配向膜の製造方法、液晶配向膜、液晶表示素子
JP7001063B2 (ja) 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子
JP6866892B2 (ja) 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子
WO2013146589A1 (ja) 液晶表示素子およびその製造方法
JP7093058B2 (ja) 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子
WO2017094898A1 (ja) 液晶配向剤、液晶配向膜及びそれを用いた液晶表示素子
WO2018216664A1 (ja) 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子
WO2018230617A1 (ja) 液晶配向剤、液晶配向膜及びそれを用いた液晶表示素子並びに該液晶配向膜の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200903

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210913

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211105

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220322

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220404

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7063270

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151