JP7106059B2 - 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

本発明は、液晶配向剤、これにより得られる液晶配向膜、及び得られた液晶配向膜を具備する液晶表示素子に関する。さらに詳しくは、焼成温度が低く焼成時間を短い場合においても、液晶配向性が良好であり、プレチルト角発現能にも優れ、且つ高い信頼性が得られる液晶配向膜を与えることのできる液晶配向剤および表示品位に優れる液晶表示素子に関する。
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、工業的に使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ド酸(ポリアミック酸ともいわれる)、ポリアミック酸エステルや、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。
一方、基板に対して垂直に液晶を配向させる場合(垂直配向(VA)方式と呼ばれる)は、長鎖アルキルや環状基又は環状基とアルキル基の組み合わせ(例えば特許文献1参照)、ステロイド骨格(例えば特許文献2参照)などの疎水性基をポリイミドの側鎖に導入した液晶配向膜が用いられている。この場合、基板間に電圧を印加して液晶分子が基板に平行な方向に向かって傾く際に、液晶分子が基板法線方向から基板面内の一方向に向かって傾くようにする必要がある。このための手段として、例えば、基板上に突起を設ける方法、表示用電極にスリットを設ける方法、ラビングにより液晶分子を基板法線方向から基板面内の一方向に向けてわずかに傾けておく(プレチルトさせる)方法、さらには、あらかじめ液晶組成物中に光重合性化合物を添加し、ポリイミド等の垂直配向膜と共に用いて、液晶セルに電圧を印加しながら紫外線を照射することで、液晶をプレチルトさせる方法(例えば、特許文献3参照)などが提案されている。
近年、VA方式の液晶配向制御における突起やスリットの形成、及びPSA技術に代わるものとして偏光紫外線照射等による異方的光化学反応を利用する方法(光配向法)も提案されている。すなわち、光反応性を有する垂直配向性のポリイミド膜に、偏光紫外線照射し、配向規制能およびプレチルト角発現性を付与することにより、電圧印加時の液晶分子の傾き方向を均一に制御できることが知られている(特許文献4参照)。この場合も、従来の配向膜と同様に、耐久性に優れ、液晶のプレチルト角の制御に好適なポリイミド系の液晶配向膜が用いられている。
一方、ポリイミド系重合体を用いた液晶配向処理剤の溶媒には、これらポリイミド系重合体の溶媒溶解性が低いため、N-メチル-2-ピロリドン(NMPともいう)などの高極性な溶媒が使用されている。これら高極性な溶媒は、沸点が高く、例えばNMPの沸点は200℃以上である。そのため、NMPを溶媒に用いた液晶配向処理剤を用いて液晶配向膜を作製するためには、液晶配向膜中に残存するNMPを無くすため、NMPの沸点近傍である200℃程度の高い温度での焼成が必要となる。
それに対して、液晶表示素子の基板を、薄くて軽量であるが耐熱性が低いプラスチック基板を用いる場合、液晶配向膜を作製する際の焼成を、より低温で行うことが必要になる。同様に、この焼成温度を低温にすることで、液晶表示素子の製造におけるエネルギーコストを削減することも求められている。
低温での焼成を行った場合、配向膜材料が充分に硬化しない状態で硬化を終了せざるを得ないといった課題があり、信頼性の高い液晶表示素子を得ることが困難であった(例えば、特許文献5参照)。
特開平3-179323号公報 特開平4-281427号公報 特許第4504626号公報 特許第4995267号公報 特開平7-209633号公報
発明者らが検討した結果、焼成温度を低くして、且つ、焼成時間を短くして液晶配向膜を作製したところ、上記に加えて液晶配向性が著しく損なわれることが分かった。
本発明は、焼成時間を短くしても、液晶配向性が良好であり、プレチルト角発現能にも優れ、且つ高い信頼性が得られる液晶配向膜ならびに液晶配向剤を提供することを課題とする。
本発明者らは、以下の<X>を要旨とする発明を見出した。
<X> (A)成分: 下記(A-1)及び(A-2)の構造を有する重合体;及び溶媒を含有する液晶配向剤であって、
上記重合体が、(A-3)オキセタニル基、オキシラニル基、下記式(3)で表される基、下記式(4)で表される基、下記式(5)で表される基及びチイラン基から選択される少なくとも1種の官能基を有する構造(以下、「熱架橋性基」とも称する)をさらに有するか;及び/又は
前記液晶配向剤が上記(A)成分以外の(B)成分をさらに有し、該(B)成分が、分子内に2個以上の、エポキシ基、チイラン基、ヒドロキシアルキルアミド基、及びベンジルアルコール基からなる群から選ばれる基を含有する化合物である、上記液晶配向剤。
(A-1)分子内にカルボキシル基、アミノ基及び水酸基から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する構造(以下、「極性基」ともいう)。
(A-2)下記式(pa-1)で表される構造(以下、「光配向性基」とも称する)。
Figure 0007106059000001
式中、Aは場合によりフッ素、塩素、シアノから選択される基によるか、又は炭素数1~5のアルコキシ基、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル残基(これは、場合により1個のシアノ基又は1個以上のハロゲン原子で置換されている)で置換されている、ピリミジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、2,5-チオフェニレン、2,5-フラニレン、1,4-若しくは2,6-ナフチレン又はフェニレンを表し、Rは単結合、酸素原子、-COO-または-OCO-であり、Rは2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環式基または2価の縮合環式基であり、Rは単結合、酸素原子、-COO-または-OCO-であり、Rは炭素数1~40の直鎖又は分岐鎖のアルキル基または脂環式基を含む炭素数3~40の1価の有機基であり、Dは、酸素原子、硫黄原子又は-NR-(ここで、Rは、水素原子又は炭素数1~3のアルキルを表す)を表し、aは0~3の整数であり、*は結合位置を表す。
Figure 0007106059000002
本発明により、焼成時間を短くしても、液晶配向性が良好であり、プレチルト角発現能にも優れ、且つ高い信頼性が得られる液晶配向膜ならびに液晶配向剤を提供できる。
また、本発明の方法によって製造された液晶表示素子は優れた表示特性を有する。
本発明の液晶配向剤は、(A)成分: 下記(A-1)及び(A-2)の構造を有する重合体;及び溶媒を含有する。
また、本発明の液晶配向剤は、さらに以下の第1の態様;及び/又は第2の態様を有する。
即ち、本発明の第1の態様の液晶配向剤は、上記重合体が、(A-3)オキセタニル基、オキシラニル基、上記式(3)で表される基、上記式(4)で表される基、上記式(5)で表される基及びチイラン基から選択される少なくとも1種の官能基を有する構造(以下、「熱架橋性基」とも称する)をさらに有する。
本発明の第2の態様の液晶配向剤は、上記(A)成分以外の(B)成分をさらに有し、該(B)成分が、分子内に2個以上の、エポキシ基、チイラン基、ヒドロキシアルキルアミド基、及びベンジルアルコール基からなる群から選ばれる基を含有する化合物である。
(B)成分は、分子内に2個以上の、エポキシ基又はチイラン基を含有する化合物であるか、又は、(B)成分は、分子内に2個以上の、ヒドロキシアルキルアミド基、及びベンジルアルコール基からなる群から選ばれる基を含有する化合物である。
ここで、「分子内に2個以上」とは、例えばエポキシ基を2個以上など、同種の基を2個以上、分子内に含有する場合の他、例えばエポキシ基とチイラン基という組合せのように、異種であっても、エポキシ基、チイラン基、ヒドロキシアルキルアミド基、及びベンジルアルコール基からなる群から選ばれる基を2個以上、分子内に含有する場合を含む意である。「分子内に2個以上」は、好ましくは、同種の基を2個以上、分子内に含有するのがよい。
本発明の第1の態様の液晶配向剤は、上記(A-1)~(A-3)の構造を有する重合体(以下、「第1の特定重合体」とも称する)及び溶媒を含有する。
また、本発明の第2の態様の液晶配向剤は、上記(A-1)及び(A-2)の構造を有する重合体(以下、「第2の特定重合体」とも称する)、(B)成分及び溶媒を含有する。
ここで、第1の特定重合体の3つの構造又は第2の特定重合体の2つの構造は、いずれも重合体における側鎖になりうるものであることから、必要に応じて、「側鎖」と言い換えることもできる。
以下、本発明の各構成要件、特に本発明の第1及び第2の態様、につき詳述する。
<(A)成分:第1の特定重合体>
本発明の第1の特定重合体は下記式(I)で表される。
Figure 0007106059000003
式中、S、S、及びSは、それぞれ独立したスペーサー単位を表し、
a1は、後述する式(a-1-m)においてする定義と同義であり、
は、前記式(pa-1)で表される基であり、
は、オキセタニル基、オキシラニル基、前記式(3)で表される基、前記式(4)で表される基、前記式(5)で表される基及びチイラン基からなる群から選択される少なくとも1種の官能基を有する1価の有機基を表す。
、M、M、M、r、rは、後述する式(a-1―m)、式(b-1-m)及び式(c-1-m)においてする定義と同様である。
またx、y、zは特に限定はないが、例えば、x、y、zはそれぞれ独立して、0.01以上、0.89以下の値をとることができる。
なお、式(I)~(II)は、各側鎖ごとがx、y、zの割合で存在することを意味するものであって、重合体において、各側鎖がブロック化したブロック共重合体を意味するものではない。
<(A)成分:第2の特定重合体>
本発明の第2の態様で用いられる第2の特定重合体は下記式(I’)で表される。
Figure 0007106059000004
式(I’)中、S、S、Ia1、I、M、M、M、r、及びrは、上記と同じ定義を有する。
また、式(I’)中、x、yは特に限定はないが、例えば、x、yはそれぞれ独立して、0.05以上、0.95以下の値をとることができる。
なお、式(I’)は、各側鎖ごとがx、yの割合で存在することを意味するものであって、重合体において、各側鎖がブロック化したブロック共重合体を意味するものではない。
本発明の液晶配向剤中に含有される第1及び第2の特定重合体は、光に対して感度が高いため、低露光量の偏光紫外線照射においても、配向制御能を発現できる。
第1の特定重合体は、上記熱架橋性基とアミノ基及び水酸基もしくはカルボキシル基との反応によって、液晶配向剤の焼成時間が短い場合でも第1の特定重合体内での架橋反応が可能となる。これにより、第1の特定重合体の光配向性部位が光反応により異方性を発現した際に、液晶配向膜に異方性が残存(メモリー)しやすくなるため、液晶配向性を高め、且つ液晶のプレチルト角を発現することが可能となる。
第1及び第2の特定重合体が有するアミノ基、カルボキシル基及び水酸基は、(B)成分が有するエポキシ基、チイラン基、ヒドロキシアルキルアミド基、及びベンジルアルコール基からなる群から選ばれる基と反応することにより、液晶配向剤の焼成時間が短い場合でも第1及び第2の特定重合体内での架橋反応が可能となる。これにより、第1及び第2の特定重合体の光配向性部位が光反応により異方性を発現した際に、液晶配向膜に異方性が残存(メモリー)しやすくなるため、液晶配向性を高め、且つ液晶のプレチルト角を発現することが可能となる。
<(A-1)分子内に極性基を有する構造>
本発明の液晶配向剤中に含有される第1及び第2の特定重合体は、分子内に、好ましくは側鎖に、極性基、即ち、カルボキシル基、アミノ基及び水酸基から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する構造を有する。
この構造は、本発明の第1及び第2の特定重合体から得られる液晶配向剤の焼成時間が短縮された場合においても、特定重合体内での架橋反応が可能となるため、得られる液晶配向膜の液晶配向性を高めると共に、液晶のプレチルト角を発現することができる。
本発明において、分子内に極性基を有する構造は、例えば下記式(a-1)で表すことができる。また、該構造は、下記式(a-1-m)で表されるモノマー由来の構造を挙げることができるが、これに限定されない。
Figure 0007106059000005
式中、Ia1は、カルボキシル基、水酸基、下記式(a2)の少なくとも一つの部分構造を有する基または1級アミノ基から選ばれる1価の有機基である。但し、下記式(a2)は1級アミノ基以外の基を示し、rは、1又は2である。式中、*は結合手を示す。
Figure 0007106059000006
また、Sは、単結合又は2価の連結基を表す。
a1において、上記式(a2)の部分構造を有する基としては、例えば5員または6員の窒素含有複素環等を挙げることができ、例えばピペリジン、モルホリン等を挙げることができる。これらのそれぞれの基は無置換であるか又は一個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていても良い。Ia1の好ましい例として、カルボキシル基、および水酸基から選ばれる1価の有機基を挙げることができる。
は第1の重合性基を表す。該第1の重合性基として、下記式(M-1)~(M-2)、α-メチレン-γ-ブチロラクトン、マレイミド、ノルボルネン及びその誘導体のラジカル重合性基、シロキサンを挙げることができる。好ましくは、式(M-1)~(M-2)、及びα-メチレン-γ-ブチロラクトンマレイミドであるのがよい。
式中、Rは水素原子又は炭素数1~5のアルキル基を表し、*は結合手を示す。
Figure 0007106059000007
前記式(a-1-m)のSにおける2価の連結基としては、例えば、炭素数1~10(好ましくは1~6)のアルカンジイル基、炭素数6~20(好ましくは6~14)のアリーレン基、(*A)-CONH-R-(*B)基、(*A)-COO-R-(*B)基等が挙げられる。ここで、R及びRは、相互に独立に、単結合、又は炭素数1~12(好ましくは1~6)のアルカンジイル基、炭素数6~20(好ましくは6~14)のアリーレン基、アルキレンオキシアリーレン基を示し、アルカンジイル基の任意の炭素-炭素結合は-O-結合を有してもよく、(*A)は不飽和結合を有する炭素原子と結合する結合手であることを示し、(*B)はIa1と結合する結合手であることを示す。アルカンジイル基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、エタン-1,1-ジイル基、プロパン-1,1-ジイル基、プロパン-1,2-ジイル基、プロパン-1,3-ジイル基、プロパン-2,2-ジイル基、ブタン-1,2-ジイル基、ブタン-1,3-ジイル基、ブタン-1,4-ジイル基、ペンタン-1,4-ジイル基、ペンタン-1,5-ジイル基、ヘキサン-1,5-ジイル基、ヘキサン-1,6-ジイル基等を挙げることができる。また、アリーレン基としては、例えば、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、アントリレン基等を挙げることができる。アルキレンオキシアリーレン基としては、例えば、エチレンオキシフェニレン基、ヘキシレンオキシフェニレン基、ヘキシレンオキシビフェニル基等を挙げることができる。中でも、Sにおける2価の連結基としては、炭素数1~10(好ましくは1~6)のアルカンジイル基、炭素数6~20(好ましくは6~14)のアリーレン基、(*A)-COO-R-(*B)基が好ましく、Rとしては、炭素数2~6のアルカンジイル基が好ましい。
カルボキシル基を有する上記式(a-1-m)の具体例として、例えば、(メタ)アクリル酸、カルボキシエチル(メタ)アクリレート、カルボキシペンチル(メタ)アクリレート、クロトン酸、イソクロトン酸、α-エチルアクリル酸、β-エチルアクリル酸、β-プロピルアクリル酸、β-イソプロピルアクリル酸、イタコン酸、フマール酸、ビニル安息香酸等を挙げることができる。また、アミノ基を有する上記式(a-1-m)の具体例として、(メタ)アクリル酸t-ブチルアミノエチル等を挙げることができる。水酸基を有する上記式(a-1-m)の具体例として、例えば、2-ヒドロキシエチル(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、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、6-ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、8-ヒドロキシオクチル(メタ)アクリレート、10-ヒドロキシデシル(メタ)アクリレート、12-ヒドロキシラウリル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、その他、(4-ヒドロキシメチルシクロへキシル)メチルアクリレート、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシ(メタ)アクリルアミド等を挙げることができる。
上記式(a2)の部分構造を有する基を有する上記式(a-1-m)の具体例としては、メタクリル酸2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル等を挙げることができる。
本発明の重合体に含有させる分子内に極性基を有する部位は1種類単独で用いてもよく、また2種以上の部位を組合せて用いてもよい。
また、分子内に極性基を有する部位は、第1の特定重合体((A)成分)の5~94mol%、20~94mol%、又は20~88mol%、又は25~80mol%の割合で含有されることが好ましい。または、分子内に極性基を有する部位は、第2の特定重合体((A)成分)の5~95mol%、又は20~90mol%、又は30~85mol%、20~80mol%、又は50~85mol%の割合で含有されることが好ましい。
<(A-2)光配向性を有する構造>
本発明の液晶配向剤中に含有される第1及び第2の特定重合体は、分子内に、好ましくは側鎖に、上記式(pa-1)で表される光配向性を有する構造を有する。
光配向性を有する部位の構造を上記の構造とすることで、熱などの外部ストレスに曝されたとしても、垂直配向制御能を長期間安定に保持できる。また、光に対して感度が高いため、低露光量の偏光紫外線照射においても、配向制御能を発現でき、液晶配向膜の製造工程を簡略化する観点からも好ましい。
本発明において、分子内に上記式(pa-1)で表される光配向性を有する部位は、例えば下記式(b-1)で表すことができる。また、該部位は、下記式(b-1-m)で表されるモノマー由来の構造を挙げることができるがこれに限定されない。式中、Iは、下記式(pa-1)で表される1価の有機基である。
Figure 0007106059000008
式(pa-1)中、Aは場合によりフッ素、塩素、シアノから選択される基によるか、又は炭素数1~5のアルコキシ基、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル残基(これは、場合により1個のシアノ基又は1個以上のハロゲン原子で置換されている)で置換されている、ピリミジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、2,5-チオフェニレン、2,5-フラニレン、1,4-若しくは2,6-ナフチレン又はフェニレンを表し、Rは単結合、酸素原子、-COO-または-OCO-であり、Rは2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環式基または2価の縮合環式基であり、Rは単結合、酸素原子、-COO-または-OCO-であり、Rは炭素数1~40の直鎖又は分岐鎖のアルキル基または脂環式基を含む炭素数3~40の1価の有機基であり、Dは、酸素原子、硫黄原子又は-NR-(ここで、Rは、水素原子又は炭素数1~3のアルキルを表す)を表し、aは0~3の整数であり、*は結合位置を表す。
上記式(b-1)又は(b-1-m)中、Sは、スペーサー単位を表し、Sの左の結合子は、第1及び第2の特定重合体の主鎖に、任意にスペーサーを介して結合することを示す。
は、例えば下記式(Sp)の構造で表すことができる。
Figure 0007106059000009
式(Sp)中、
の左の結合はMへの結合を表し、
の右の結合はIへの結合を表し、
、W及びWは、それぞれ独立して、単結合、二価の複素環、-(CH-(式中、nは1~20を表す)、-OCH-、-CHO-、―COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CFO-、-OCF-、-CFCF-又は-C≡C-を表すが、これらの置換基において非隣接のCH基の一つ以上は独立して、-O-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-Si(CH-O-Si(CH―、-NR-、-NR-CO-、-CO-NR-、-NR-CO-O-、-OCO-NR-、-NR-CO-NR-、-CH=CH-、-C≡C-又は-O-CO-O-(式中、Rは独立して水素又は炭素原子数1から5の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を表す)で置換することができ、
及びAは、それぞれ独立して、単結合、2価のアルキル基、2価の芳香族基、2価の脂環式基、又は2価の複素環式基から選ばれる基であり、それぞれの基は無置換であるか又は一個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていても良い。
式(b-1-m)中、Mは第2の重合性基を表す。該第2の重合性基として、(メタ)アクリレート、フマレート、マレエート、α-メチレン-γ-ブチロラクトン、スチレン、ビニル、マレイミド、ノルボルネン、(メタ)アクリルアミド及びその誘導体のラジカル重合性基、及びシロキサンを挙げることができる。好ましくは(メタ)アクリレート、α-メチレン-γ-ブチロラクトン、スチレン、ビニル、マレイミド、アクリルアミドであるのがよい。
は、1≦r≦3を満たす整数である。
式(b-1-m)中、Mは、単結合、(r+1)価の複素環、炭素数1~10の直鎖状又は分岐状アルキル基、(r+1)価の芳香族基、(r+1)価の脂環式基から選ばれる基であり、それぞれの基は無置換であるか又は一個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていても良い。
、A2、及びMにおける芳香族基としては、例えば、ベンゼン、ビフェニル、ナフタレンのような炭素数6~18の芳香族炭化水素を挙げることができる。A、A2、及びMにおける脂環式基としては、例えばシクロヘキサン、ビシクロヘキサンのような炭素数6~12の脂環式炭化水素を挙げることができる。A、A2、及びMにおける複素環としては、例えばピリジン、ピペリジン、ピペラジン等の窒素含有複素環を挙げることができる。A、Aにおけるアルキル基としては、炭素数1~10の直鎖状又は分岐状アルキル基等を挙げることができる。
良好な垂直配向制御能と安定なプレチルト角を発現し得る観点から、(b-1)の構造として、上記(pa-1)で表される基、又は、下記(pa-1-a)で表される基を挙げることができる。また、該部位は、下記式(pa-1-ma)で表されるモノマー由来の構造を挙げることができるがこれに限定されない。
Figure 0007106059000010
式(pa-1-a)又は(pa-1-ma)中、M、M、及びSは、上述と同じ定義である。
また、Zは酸素原子、または硫黄原子である。
及びXは、それぞれ独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は炭素数1~3のアルキル基である。
は単結合、酸素原子、-COO-または-OCO-である。
は2価の芳香族基、2価の脂環式基、又は2価の複素環式基である。
は単結合、酸素原子、-COO-または-OCO-である。
は炭素数1~40の直鎖又は分岐鎖のアルキル基または脂環式基を含む炭素数3~40の1価の有機基である。
は炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、フッ素原子またはシアノ基、好ましくはメチル基、メトキシ基又はフッ素原子である。
aは0~3の整数であり、bは0~4の整数である。
式(pa-1-a)又は(pa-1-ma)中、Sの炭素数1~10の直鎖又は分岐鎖のアルキレン基として、炭素数1~8の直鎖又は分岐鎖のアルキレン基であることが好ましく、例えばメチレン基、エチレン基、n-プロピレン基、n-ブチレン基、t-ブチレン基、n-ペンチレン基、n-ヘキシレン基、n-ヘプチレン基、n-オクチレン基が好ましい。
の2価の芳香族基として、例えば1,4-フェニレン基、2-フルオロ-1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基、2,3,5,6-テトラフルオロ-1,4-フェニレン基等を挙げることができる。
式(pa-1-a)又は(pa-1-ma)中、Sの2価の脂環式基として、例えばトランス-1,4-シクロヘキシレン、トランス-トランス-1,4-ビシクロヘキシレン等を挙げることができる。
の2価の複素環式基として、例えば1,4-ピリジレン基、2,5-ピリジレン基、1,4-フラニレン基、1,4-ピペラジン基、1,4-ピペリジン基等を挙げることができる。
は、炭素数1~8のアルキレン基であることが好ましく、より好ましくは炭素数1~6のアルキレン基であり、さらに好ましくは炭素数1~4のアルキレン基であるのがよい。
の2価の芳香族基として、例えば1,4-フェニレン基、2-フルオロ-1,4-フェニレン基、3-フルオロ-1,4-フェニレン基、2,3,5,6-テトラフルオロ-1,4-フェニレン基、ナフチレン基等を挙げることができる。
の2価の脂環式基として、例えばトランス1,4-シクロヘキシレン、トランス-トランス-1,4-ビシクロヘキシレン等を挙げることができる。
の2価の複素環式基として、例えば1,4-ピリジレン基、2,5-ピリジレン基、1,4-フラニレン基、1,4-ピペラジン基、1,4-ピペリジン基等を挙げることができる。
は、1,4-フェニレン基、トランス1,4-シクロヘキシレン、トランス-トランス-1,4-ビシクロヘキシレンであるのがよい。
の炭素数1~40の直鎖又は分岐鎖のアルキル基としては、例えば炭素数1~20の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を挙げることができ、このアルキル基の水素原子の一部または全部はフッ素原子により置換されていてもよい。かかるアルキル基の例としては、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル、n-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ラウリル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基、n-エイコシル基、4,4,4-トリフロロブチル基、4,4,5,5,5-ペンタフルオロペンチル、4,4,5,5,6,6,6-ヘプタフルオロヘキシル基、3,3,4,4,5,5,5-ヘプタフルオロペンチル基、2,2,2-トリフルオロエチル基、2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピル基、2-(パーフルオロブチル)エチル基、2-(パーフルオロオクチル)エチル基、2-(パーフルオロデシル)エチル基等を挙げることができる。
の脂環式基を含む炭素数3~40の1価の有機基としては、例えばコレステニル基、コレスタニル基、アダマンチル基、下記式(Alc-1)または(Alc-2)(式中、Rは、それぞれ、水素原子、フッ素原子または炭素数1~20のフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基であり、*は結合位置を示す)で表される基等を挙げることができる。
Figure 0007106059000011
上記式(pa-1-ma)で表されるモノマーとして、式(paa-1-ma1)~(paa-1-ma18)で表される構造を挙げることができるがこれらに限定されない。なお、式中、「E」は、E体であることを表し、「t」は、シクロヘキシル基がトランス型であることを表す。
Figure 0007106059000012
Figure 0007106059000013
本発明の重合体に含有させる光反応性の部位は1種類単独で用いてもよく、また2種以上の部位を組合せて用いてもよい。
光反応性の部位は、第1の特定重合体((A)成分)の5~94mol%、10~80mol%、又は15~70mol%、10~50mol%、又は15~50mol%の割合で含有されることが好ましい。
または、光反応性の部位は、第2の特定重合体((A)成分)の5~95mol%、10~80mol%、又は15~70mol%、又は15~60mol%、又は15~50mol%の割合で含有されることが好ましい。
<(A-3)熱架橋性基を有する部位>
本発明の液晶配向剤中に含有される第1の特定重合体は、熱架橋性基を有する部位、即ち、分子内にオキセタニル基(1,2-エポキシ構造)、オキシラニル基(1,3-エポキシ構造)、下記式(3)で表される基、下記式(4)で表される基、下記式(5)で表される基及びチイラン基から選択される少なくとも1種の官能基を有する部位を有する。換言すると、第1の特定重合体は、分子内にオキセタニル基、オキシラニル基、下記式(3)で表される基、下記式(4)で表される基、下記式(5)で表される基及びチイラン基から選択される少なくとも1種の官能基を有する部位を側鎖に有する。式(3)~(5)中、*は結合手を示す。
Figure 0007106059000014
上記(A-3)の熱架橋性基を有する部位は、上記極性基であるアミノ基及び水酸基やカルボキシル基と架橋反応を形成でき、液晶配向剤の焼成時間を短縮した場合においても、上記(A-2)の光配向性を有する部位の液晶配向能を安定化させ、プレチルト角発現能に優れる液晶配向膜を得ることを可能にする。
本発明において、熱架橋性基を有する部位は、例えば下記式(c-1)で表すことができる。また、該部位は、下記式(c-1-m)で表されるモノマー由来の構造を挙げることができる。
Figure 0007106059000015
式(c-1)又は(c-1-m)中、Iは、分子内にオキセタニル基、オキシラニル基、上記式(3)で表される基、上記式(4)で表される基、上記式(5)で表される基及びチイラン基から選択される1価の有機基である。Sは、単結合又は2価の連結基を表す。
また、式(c-1-m)中、Mは第3の重合性基を表す。該第3の重合性基として、下記式(M-1)~(M-2)、α-メチレン-γ-ブチロラクトン、マレイミド、ノルボルネン及びその誘導体のラジカル重合性基、シロキサンを挙げることができる。
Figure 0007106059000016
式(M-1)~(M-2)中、Rcは水素原子又は炭素数1~5のアルキル基を表し、*は結合位置を示す。
として好ましくは、式(M-1)~(M-2)、α-メチレン-γ-ブチロラクトンマレイミドであるのがよい。
前記式(c-1-m)のSにおける2価の連結基としては、例えば、炭素数1~10(好ましくは1~6)のアルカンジイル基、炭素数6~20(好ましくは6~14)のアリーレン基、(*A)-CONH-R-(*B)基、(*A)-COO-R-(*B)基等が挙げられる。ここで、R及びRは、相互に独立に、単結合、又は炭素数1~12(好ましくは1~6)のアルカンジイル基、炭素数6~20(好ましくは6~14)のアリーレン基、アルキレンオキシアリーレン基を示し、アルカンジイル基の任意の炭素-炭素結合は-O-結合又は-S-結合を有してもよく、(*A)は不飽和結合を有する炭素原子と結合する結合手であることを示し、(*B)はIa1と結合する結合手であることを示す。アルカンジイル基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、エタン-1,1-ジイル基、プロパン-1,1-ジイル基、プロパン-1,2-ジイル基、プロパン-1,3-ジイル基、プロパン-2,2-ジイル基、ブタン-1,2-ジイル基、ブタン-1,3-ジイル基、ブタン-1,4-ジイル基、ペンタン-1,4-ジイル基、ペンタン-1,5-ジイル基、ヘキサン-1,5-ジイル基、ヘキサン-1,6-ジイル基等を挙げることができる。また、アリーレン基としては、例えば、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、アントリレン基等を挙げることができる。アルキレンオキシアリーレン基としては、例えば、エチレンオキシフェニレン基、ヘキシレンオキシフェニレン基、ヘキシレンオキシビフェニル基等を挙げることができる。中でも、Sにおける2価の連結基としては、炭素数1~10(好ましくは1~6)のアルカンジイル基、炭素数6~20(好ましくは6~14)のアリーレン基、(*A)-COO-R-(*B)基が好ましく、Rとしては、炭素数2~6のアルカンジイル基が好ましい。尚、それぞれの基は一個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていても良い。
オキシラニル基を有する式(c-1-m)の具体例としては、例えばアリルグリシジルエーテル、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸2-メチルグリシジル、α-エチルアクリル酸グリシジル、α-n-プロピルアクリル酸グリシジル、α-n-ブチルアクリル酸グリシジル、アクリル酸3,4-エポキシブチル、メタクリル酸3,4-エポキシブチル、アクリル酸6,7-エポキシヘプチル、メタクリル酸6,7-エポキシヘプチル、α-エチルアクリル酸-6,7-エポキシヘプチル、o-ビニルベンジルグリシジルエーテル、m-ビニルベンジルグリシジルエーテル、p-ビニルベンジルグリシジルエーテル、メタクリル酸3,4-エポキシシクロへキシルメチル、3-エテニル-7-オキサビシクロ[4.1.0]ヘプタン、1,2-エポキシ-5-ヘキセン、1,7-オクタジエンモノエポキサイド等が挙げられる。これらのうち、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸2-メチルグリシジル、メタクリル酸-6,7-エポキシヘプチル、o-ビニルベンジルグリシジルエーテル、m-ビニルベンジルグリシジルエーテル、p-ビニルベンジルグリシジルエーテル、メタクリル酸3,4-エポキシシクロヘキシルが、共重合反応性及び液晶配向膜の配向性等の向上の観点から好ましい。
オキセタニル基を有する式(c-1-m)の具体例としては、例えば3-(アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2-メチルオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-3-エチルオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2-トリフルオロメチルオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2-ペンタフルオロエチルオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2-フェニルオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2,2-ジフルオロオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2,2,4-トリフルオロオキセタン、3-(アクリロイルオキシメチル)-2,2,4,4-テトラフルオロオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)オキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2-エチルオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-3-エチルオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2-トリフルオロメチルオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2-ペンタフルオロエチルオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2-フェニルオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2,2-ジフルオロオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2,2,4-トリフルオロオキセタン、3-(2-アクリロイルオキシエチル)-2,2,4,4-テトラフルオロオキセタン等のアクリル酸エステル;3-(メタクリロイルオキシメチル)オキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2-メチルオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-3-エチルオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2-トリフルオロメチルオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2-ペンタフルオロエチルオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2-フェニルオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2,2-ジフルオロオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2,2,4-トリフルオロオキセタン、3-(メタクリロイルオキシメチル)-2,2,4,4-テトラフルオロオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)オキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2-エチルオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-3-エチルオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2-トリフルオロメチルオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2-ペンタフルオロエチルオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2-フェニルオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2,2-ジフルオロオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2,2,4-トリフルオロオキセタン、3-(2-メタクリロイルオキシエチル)-2,2,4,4-テトラフルオロオキセタン等のメタクリル酸エステル等が挙げられる。
チイラン基を有する式(c-1-m)の具体例としては、下記式(S)で示される化合物、
Figure 0007106059000017
式中、XはO(CH、S(CH、または(CHを示し、nは0から6の整数を示す。Yはアクリロイル基、メタクリロイル基、アリル基、またはビニル基を示す。)、又は2,3-エピチオプロピルアクリレートまたはメタクリレート、及び2-または3―または4-(β-エピチオプロピルチオメチル)スチレン、2-または3―または4-(β-エピチオプロピルオキシメチル)スチレン、2-または3―または4-(β-エピチオプロピルチオ)スチレン、2-または3―または4-(β-エピチオプロピルオキシ)スチレン等を挙げることができる。
本発明の重合体に含有させる熱架橋性基を有する部位は1種類単独で用いてもよく、また2種以上の部位を組合せて用いてもよい。
熱架橋性基を有する部位の導入量は、第1の特定重合体((A)成分)の1~40mol%、又は1~30mol%、又は5~30mol%、又は2~30mol%、又は5~25mol%であることが好ましい。
<(B)分子内に2個以上の、エポキシ基、チイラン基、ヒドロキシアルキルアミド基、及びベンジルアルコール基からなる群から選ばれる基を含有する化合物>
本発明の第2の態様の液晶配向剤に用いられる(B)成分は、分子内に2個以上の、エポキシ基、チイラン基、ヒドロキシアルキルアミド基、及びベンジルアルコール基からなる群から選ばれる基を有する化合物である。このような構成にすることで、液晶配向膜の上層部分にエポキシ基又はチイラン基を偏在させることが可能となり、上記第1及び第2の特定重合体に含まれる(A-1)の極性基であるアミノ基やカルボキシル基との架橋反応が促進され、膜表層成分の架橋密度が高くなる。よって、上記(A-2)の光反応による異方性が膜に残存(メモリー)しやすくなるため、液晶配向能を安定化させることが可能となり、液晶配向性及びプレチルト角発現能に優れる液晶配向膜を得ることが可能となる。
分子内に2個以上のエポキシ基又はチイラン基を有する化合物としては、分子末端にエポキシ基又はチイラン基を2個以上有していれば特に限定されない。分子末端にエポキシ基を2個以上有する化合物としては例えば、分子内に少なくとも1個以上の3級窒素原子を有するエポキシ化合物や、分子内に窒素化合物を有さないエポキシ化合物等を挙げることができる。
分子内に少なくとも1個以上の3級窒素原子を有するエポキシ化合物としては、具体的には下記式(Ep-1)~(Ep-11)で表される構造のエポキシ化合物や脂肪族ジアミンを母核とする窒素原子を含有するエポキシ化合物等が挙げられる。中でも反応性や入手性の観点から、(Ep-4)~(Ep-9)で表される構造のエポキシ化合物や脂肪族ジアミンを母核とする窒素原子を含有するエポキシ化合物等が好ましい。
Figure 0007106059000018
Figure 0007106059000019
Xはそれぞれ、単結合または炭素数1~6の脂肪族基、または芳香族基を表し、Yはメチレン基、エチレン基、トリメチレン基 、エチリデン基、イソプロピリデン基、ビニレン基、ビニリデン基、オキシ基、イミノ基、チオ基、スルホニル基のいずれかを表し、R~Rは水素原子または、炭素数1~6の脂肪族基を表し、jは0~4の整数を表す。
分子内に少なくとも1個以上の3級窒素原子を有するエポキシ化合物の中でも、3級窒素原子が脂肪族基、又は脂環式基の少なくとも1つと結合している化合物が、焼成時間を短縮できる点で好適である。
分子内に少なくとも1個以上の3級窒素原子を有するエポキシ化合物の具体例としては、N,N-ジグリシジルアニリン、N,N-ジグリシジルトルイジン、N,N-ジグリシジルシクロヘキシルアミン、N,N-ジグリシジルメチルシクロヘキシルアミン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-p-フェニレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-m-フェニレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-o-フェニレンジアミン、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、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-1,5-ジアミノナフタレン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-2,7-ジアミノフルオレン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン 、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-(p-フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-(m-フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-m-キシリレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-p-キシリレンジアミン、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、1,4-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-1,4-シクロヘキサンジアミン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-1,3-シクロヘキサンジアミン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-ジアミノエタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-ジアミノプロパン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-ジアミノブタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-ジアミノペンタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-ジアミノヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-ジアミノヘプタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-ジアミノオクタン等が挙げられる。
分子内に窒素化合物を有さないエポキシ化合物の具体例としては、三菱化学社製の商品名「エピコート828」、「エピコート834」、「エピコート1001」、「エピコート1004」、大日本インキ化学工業社製の商品名「エピクロン840」、「エピクロン850」、「エピクロン1050」、「エピクロン2055」、新日鉄住金化学社製の商品名「エポトート128」等のビスフェノールA型エポキシ化合物;
大日本インキ化学工業社製の商品名「エピクロン830S」、三菱化学社製の商品名「エピコート807」、新日鉄住金化学社製の商品名エポトートYDF-170」、「エポトートYDF-175」、「エポトートYDF-2004」等のビスフェノールF型エポキシ化合物;
日本化薬製の商品名「EBPS-200」、旭電化工業社製の商品名「EPX-30」、大日本インキ化学工業社製の商品名「エピクロンEXA1514」等のビスフェノールS型エポキシ化合物;
大阪ガス社製の商品名「BPFG」等のビスフェノールフルオレン型エポキシ化合物、三菱化学社製の商品名「YL-6056」、「YL-6021」、「YX-4000」、「YX-4000H」等のビキシレノール型、或いはビフェニル型エポキシ化合物、又はそれらの混合物;
新日鉄住金化学社製の商品名「エポトートST-2004」、「ST-2007」、「ST-3000」等の水添ビスフェノールA型エポキシ化合物;
三菱化学社製の商品名「エピコート152」、「エピコート154」、ダウケミカル社製の商品名「D.E.N.431」、「D.E.N.438」、大日本インキ化学工業社製の商品名「エピクロンN-690」、「エピクロンN-695」、「エピクロンN-730」、「エピクロンN-770」、「エピクロンN-865」、新日鉄住金化学社製の商品名「エポトートYDCN-701」、「エポトートYDCN-704」、日本化薬社製の商品名「EPPN-201」、「EOCN-1025」、「EOCN-1020」、
「EOCN-104S」、「RE-306」等のノボラック型エポキシ化合物;
三菱化学社製の商品名「エピコートYL-903」、大日本インキ化学工業社製の商品名「エピクロン152」、「エピクロン165」、新日鉄住金化学社製の商品名「エポトートYDB-400」、「エポトートYDB-500」等の臭素化ビスフェノールA型エポキシ化合物;
新日鉄化学社製の商品名「ESN-190」、「ESN-360」、大日本インキ化学工業社製の商品名「HP-4032」、「EXA-4700」、「EXA-4750」等のナフタレン骨格を有するエポキシ化合物;
大日本インキ化学工業社製の商品名「HP-7200」、「HP-7200H」等のジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ化合物;
三菱化学社製の商品名「YL-933」、日本化薬社製の商品名「EPPN-501」「EPPN-502」等のトリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ化合物;
ダイセル化学工業社製の商品名「セロキサイド2011」、旭化成工業社製の商品名「アラルダイトCY175」、「アラルダイトCY179」、新日本理化社製の商品名「HBE-100」等の脂環式エポキシ化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらエポキシ化合物は単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
前記分子末端にチイラン基を2個以上有する化合物としては、例えば上記エポキシ基を有するエポキシ化合物のエポキシ基をチイラン基に変換することで得られる。上記チイラン基に変換する方法としては、硫化剤を含む第1の溶液に、上記エポキシ基を有するエポキシ化合物を含む溶液を連続的又は断続的に添加した後、硫化剤を含む第2の溶液を連続的又は断続的にさらに添加する方法が好ましい。この方法により、上記エポキシ基をチイラン基に変換することができる。
上記硫化剤としては、チオシアン酸塩類、チオ尿素類、ホスフィンサルファイド、ジメチルチオホルムアミド及びN-メチルベンゾチアゾール-2-チオン等が挙げられる。上記チオシアン酸塩類としては、チオシアン酸ナトリウム、チオシアン酸カリウム及びチオシアン酸ナトリウム等が挙げられる。
上記チイラン基を2個以上有する化合物を用いることにより、架橋反応がより促進されるため、液晶配向剤の焼成時間を短縮することができる点で好適である。
前記分子末端にヒドロキシアルキルアミド基を2個以上有する化合物としては、その化合物中にヒドロキシアルキルアミド基を有していれば、その他の構造は特に限定されないが、入手性等の観点から、下記式(2)で表される化合物が好ましい例の一つである。
Figure 0007106059000020
式中、Xは炭素数1~20の脂肪族炭化水素基、または芳香族炭化水素基を含むn価の有機基であり、nは2~6の整数であり、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、または置換基を有してもよい炭素数1~4のアルキル基、炭素数2~4のアルケニル基、又は炭素数2~4のアルキニル基であり、RおよびRのうち少なくとも1つはヒドロキシ基で置換された炭化水素基を表す。
その中でも、式(2)におけるX中のカルボニル基に直接結合する原子が、芳香環を形成していない炭素原子であることが晶配向性の観点から好ましい。また、式(2)中のXは、脂肪族炭化水素基であることが、上記と同じく液晶配向性および溶解性の観点から好ましく、炭素数1~10であることがより好ましい。
式(2)中、nは2~6の整数を表すが、溶解性の観点からnは2~4が好ましい。
式(2)中、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、または置換基を有してもよい炭素数1~4のアルキル基、炭素数2~4のアルケニル基、又は炭素数2~4のアルキニル基であり、RおよびRのうち少なくとも1つはヒドロキシ基で置換された炭化水素基を表す。その中でも、RおよびRのうち少なくとも1つが下記式(3a)で表される構造であることが反応性の観点から好ましく、下記式(4a)で表される構造であることがさらに好ましい。
Figure 0007106059000021
式(3a)中、R~Rはそれぞれ独立に、水素原子、炭化水素基、または、ヒドロキシ基で置換された炭化水素基のいずれかを表す。
Figure 0007106059000022
前記分子末端にヒドロキシアルキルアミド基を2個以上有する化合物の具体的な例としては、例えば下記の化合物が挙げられる。
Figure 0007106059000023
ヒドロキシアルキルアミド基を有する化合物は、多すぎると未反応成分が液晶中に溶出し、信頼性を低下させる恐れがある。そのため、ヒドロキシアルキルアミド基を有する化合物の添加量は、(A)成分の重合体に対して、0.1~40質量%が好ましく、1~30質量%がより好ましい。
前記分子末端にベンジルアルコール基を2個以上有する化合物としては、水酸基がメチル基を挟んで芳香環に結合したベンジルアルコール基を有するものが挙げられる。なかでも、下記式[1]で表される化合物及び式[2]で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物が好ましい。
Figure 0007106059000024
式中、Y、Y、及びYはそれぞれ独立に芳香環を表わす。該芳香環の任意の水素原子は、水酸基、炭素原子数1~3のアルキル基、ハロゲン原子、炭素原子数1~3のアルコキシ基又はビニル基で置換されていてもよい。Zは、単結合、全部又は一部が結合して環状構造を形成してもよい炭素原子数1~10の2価の飽和炭化水素基であり任意の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい、-NH-、-N(CH)-、式[3]で表される基である。tは2~4の整数であり、t及びtはそれぞれ独立に1~3の整数であり、a及びbはそれぞれ独立に1~3の整数である。
Figure 0007106059000025
式[3]中、P及びPはそれぞれ独立に炭素原子数1~5のアルキル基であり、Qは芳香環を表す。
その具体例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、テトラヒドロナフタレン環、アズレン環、インデン環、フルオレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フェナレン環、ピロール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、ピラゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、プリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、チノリン環、フェナントロリン環、インドール環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、フェノチアジン環、アクリジン環、オキサゾール環等が挙げられる。より好ましい芳香環の具体例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、アントラセン環、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、ピリダジン環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、インドール環、キノキサリン環、アクリジン環等が挙げられる。さらに好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、ピリジン環、カルバゾール環であり、最も好ましくはベンゼン環、ピリジン環である。
なお、これら芳香環の水素原子は、水酸基、炭素原子数1~3のアルキル基、ハロゲン原子、炭素原子数1~3のアルコキシ基又はビニル基で置換されていてもよい。
式[2]中のt及びtは、より好ましくは1又は2の整数である。またa及びbは、より好ましくは1又は2である。
式[2]におけるZは、その全部又は一部が結合して環状構造を形成してもよい炭素原子数1~10、好ましくは、1~5の2価の飽和炭化水素基の場合、その有する任意の水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい。
の例としては、炭素原子数1~10のアルキレン基、炭素原子数3~10の脂環式炭化水素基、アルキレン基と脂環式炭化水素基とが組み合わされ、且つ炭素原子数1~10の基が挙げられる。加えて、前記した基の任意の水素原子がフッ素原子で置換された基が挙げられる。
式[3]中のQは芳香環であるが、その具体例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、テトラヒドロナフタレン環、アズレン環、インデン環、フルオレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フェナレン環、ピロール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、ピラゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、プリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、チノリン環、フェナントロリン環、インドール環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、フェノチアジン環、アクリジン環、オキサゾール環等が挙げられる。より好ましい芳香環の具体例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、アントラセン環、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、ピリダジン環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、インドール環、キノキサリン環、アクリジン環等が挙げられる。さらに好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、ピリジン環、カルバゾール環、フルオレン環等が挙げられる。
前記分子末端にベンジルアルコール基を2個以上有する化合物としては[P1]~[P45]の化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
前記分子末端にベンジルアルコール基を2個以上有する化合物としては、[P13]、[P15]、[P18]、[P20]、[P26]で表される化合物が好ましく、なかでも、[P13]、[P18]、[P20]で表される化合物がより好ましい。
Figure 0007106059000026
Figure 0007106059000027
(B)成分の使用量は、液晶配向剤に含有される第1及び/又は第2の特定重合体100質量部に対して0.1質量部~40質量部であることが好ましく、より好ましくは0.5質量部~20質量部である。
また、(B)成分は1種類の化合物単独で用いてもよく、また2種以上の化合物を組合せて用いてもよい。
<溶媒>
本発明の液晶配向剤に用いられる溶媒は、第1及び第2の特定重合体を溶解させる溶媒であれば特に限定されない。
具体例として、水、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドンなどのN - アルキル-2-ピロリドン類、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-メチルカプロラクタム、テトラメチル尿素、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-2-イミダゾリジノンなどのジアルキルイミダゾリジノン類、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトンなどのラクトン類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート類、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、3-メチル-3-メトキシブタノール、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、イソアミルメチルケトン、メチルイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンなどのケトン類、下記式(Sv-1)で表される化合物及び下記式(Sv-2)で表される化合物、酢酸4-メチル-2-ペンチル、酢酸2-エチルブチル、酢酸2-エチルヘキシル、酢酸シクロヘキシル、酢酸2-メチルシクロヘキシル、酪酸ブチル、酪酸イソアミル、ジイソブチルカルビノール、ジイソペンチルエーテル等をあげることができる。
Figure 0007106059000028
式(Sv-1)~(Sv-2)中、Y及びYはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1~6の1価の炭化水素基であり、Xは酸素原子又は-COO-であり、X2は単結合又はカルボニル基であり、Rは炭素数2~4のアルカンジイル基である。nは1~3の整数である。nが2又は3の場合、複数のRは同じでも異なっていてもよい。Zは炭素数1~6の2価の炭化水素基であり、Y及びYはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1~6の1価の炭化水素基である)等が挙げられる。
式(Sv-1)中、Y及びYの炭素数1~6の1価の炭化水素基として、例えば炭素数1~6の1価の鎖状炭化水素基、炭素数1~6の1価の脂環式炭化水素基及び炭素数1~6の1価の芳香族炭化水素基などが挙げられる。炭素数1~6の1価の鎖状炭化水素基としては、炭素数1~6のアルキル基等を挙げることができる。Rのアルカンジイル基は直鎖状でも分岐状でもよい。
式(Sv-2)中、Zの炭素数1~6の2価の炭化水素基として、例えば炭素数1~6のアルカンジイル基等を挙げることができる。
及びYの炭素数1~6の1価の炭化水素基としては、炭素数1~6の1価の鎖状炭化水素基、炭素数1~6の1価の脂環式炭化水素基及び炭素数1~6の1価の芳香族炭化水素基などが挙げられる。炭素数1~6の1価の鎖状炭化水素基としては炭素数1~6のアルキル基などが挙げられる。
式(Sv-1)で表される溶媒の具体例としては、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコール-n-プロピルエーテル、エチレングリコール-i-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(ブチルセロソルブ)、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングル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、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、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モノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、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モノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセタート、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピ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メチルエーテル、プロピレングリコールジアセテート、エチレングリコール、1,4-ブタンジオール、3-メトキシブチルアセテート、3-エトキシブチルアセタート等を;
(Sv-2)で表される溶媒の具体例としては、例えばグリコール酸メチル、グリコール酸エチル、グリコール酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸イソアミル、エチル-3-エトキシプロピオネート、メチル-3-メトキシプロピオネート、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などをそれぞれ挙げることができる。
前記溶媒としては沸点が80~200℃にあることが好ましい。より好ましくは、80℃~180℃であり、好ましい溶媒として、N,N-ジメチルホルムアミド、テトラメチル尿素、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、プロパノール、イソプロパノール、3-メチル-3-メトキシブタノール、エチルアミルケトン、メチルエチルケトン、イソアミルメチルケトン、メチルイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、酢酸4-メチル-2-ペンチル、酢酸2-エチルブチル、酢酸シクロヘキシル、酢酸2-メチルシクロヘキシル、酪酸ブチル、酪酸イソアミル、ジイソブチルカルビノール、ジイソペンチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコール-n-プロピルエーテル、エチレングリコール-i-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(ブチルセロソルブ)、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングルコールモノアセタート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、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、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、 プロピレングリコールモノエチルエーテルアセタート、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピ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メチルエーテル、3-メトキシブチルアセテート、グリコール酸メチル、グリコール酸エチル、グリコール酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸イソアミル、エチル-3-エトキシプロピオネート、メチル-3-メトキシプロピオネート、3-メトキシプロピオン酸エチル、等を挙げることができる。
沸点がこの範囲であることは、特に、前記溶媒を含む液晶配向剤が後述するプラスチック基板上に塗布される場合に好ましい。
<特定重合体の製造方法>
本発明の液晶配向剤に含有される第1及び第2の特定重合体は、上記の(A-1)分子内にカルボキシル基、アミノ基及び水酸基から選ばれる少なくとも1種の官能基を有するモノマーと、(b)光配向性を有する部位を有するモノマーと、第1の特定重合体については(c)熱架橋性基を有するモノマーとを重合することによって得られる。また、上記以外のその他のモノマーと共重合することができる。その他のモノマーとしては、例えば工業的に入手できるラジカル重合反応可能なモノマーが挙げられる。
その他のモノマーの具体例としては、アクリル酸エステル化合物、メタクリル酸エステル化合物、マレイミド化合物、アクリロニトリル、マレイン酸無水物、スチレン化合物及びビニル化合物等、N-メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、アクリルアミド等のアクリルアミド化合物、窒素含有芳香族複素環基および重合性基を含有するモノマーが挙げられる。
アクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ベンジルアクリレート、ナフチルアクリレート、アントリルアクリレート、アントリルメチルアクリレート、フェニルアクリレート、2,2,2-トリフルオロエチルアクリレート、tert-ブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、2-メトキシエチルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、2-エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、3-メトキシブチルアクリレート、2-メチル-2-アダマンチルアクリレート、2-プロピル-2-アダマンチルアクリレート、8-メチル-8-トリシクロデシルアクリレート、及び、8-エチル-8-トリシクロデシルアクリレート等が挙げられる。
メタクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ヘキサデシルメタクリレート、オクタデシルメタクリレート等のアルキル基含有メタクリレート、ベンジルメタクリレート、ナフチルメタクリレート、アントリルメタクリレート、アントリルメチルメタクリレート、フェニルメタクリレート、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレート、tert-ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、2-メトキシエチルメタクリレート、メトキシトリエチレングリコールメタクリレート、2-エトキシエチルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、3-メトキシブチルメタクリレート、2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート、2-プロピル-2-アダマンチルメタクリレート、8-メチル-8-トリシクロデシルメタクリレート、及び、8-エチル-8-トリシクロデシルメタクリレート等が挙げられる。
ビニル化合物としては、例えば、ビニルエーテル、メチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、フェニルビニルエーテル、及び、プロピルビニルエーテル等が挙げられる。
スチレン化合物としては、例えば、スチレン、メチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン等が挙げられる。
窒素含有芳香族複素環は、下記式[N-a]~[N-b](式中、Zは炭素数1~5の直鎖または分岐アルキル基である)からなる群から選ばれる構造を少なくとも1個、好ましくは1個~4個含有する芳香族環式炭化水素であるのがよい。
Figure 0007106059000029
具体的には、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、1-ピラゾリン環、イソキノリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、トリアジン環、ピラジン環、フェナントロリン環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、オキサジアゾール環、アクリジン環などを挙げることができる。さらに、これら窒素含有芳香族複素環の炭素原子には、ヘテロ原子を含む置換基を有していてもよい。これらのうち、例えば、ピリジン環が挙げられる。
窒素含有芳香族複素環基及び重合性基を有するモノマーとして、例えば、2-(2-ピリジルカルボニルオキシ)エチル(メタ)アクリレート、2-(3-ピリジルカルボニルオキシ)エチル(メタ)アクリレート、2-(4-ピリジルカルボニルオキシ)エチル(メタ)アクリレート、等が挙げられる。
アクリルアミド化合物として、上述のN-メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、
N-ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、及びアクリルアミド以外、メタアクリルアミド、N-メチルアクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N,N-ジエチルアクリルアミド、N-メチルメタアクリルアミド、N,N-ジメチルメタアクリルアミド、N,N-ジエチルメタアクリルアミド、等が挙げられる。
本発明に用いるその他のモノマーは1種類単独で用いてもよく、また2種以上のモノマーを組合せて用いてもよい。
上記その他のモノマーの含有量は、第1の特定重合体((A)成分)の0~60mol%、0~40mol%、又は1~40mol%、又は5~40mol%、60~99mol%、又は60~95mol%、60~99mol%、又は60~95mol%、0~20mol%、又は1~20mol%、又は5~20mol%含まれることが好ましい。この場合において前記分子内に極性基を有する部位と光反応性の部位及び熱架橋性を有する部位との合計が、第1の特定重合体(A)成分の40~100mol%、60~100mol%、80~100mol%、又は80~99mol%、又は80~95mol%が好ましい。
または、その他のモノマーの含有量は、第2の特定重合体((A)成分)の0~60mol%、0~40mol%、又は1~40mol%、又は5~40mol%含まれることが好ましい。この場合において前記分子内に極性基を有する部位と光反応性の部位との合計が、第2の特定重合体((A)成分)の40~100mol%、60~100mol%、又は60~99mol%、又は60~95mol%が好ましい。
本発明における第1及び第2の特定重合体の製造方法については、特に限定されるものではなく、工業的に扱われている汎用な方法が利用できる。具体的には、モノマーのビニル基を利用したカチオン重合やラジカル重合、アニオン重合により製造することができる。これらの中では反応制御のしやすさなどの観点からラジカル重合が特に好ましい。
ラジカル重合の重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤や、可逆的付加-開裂型連鎖移動(RAFT)重合試薬等の公知の化合物を使用することができる。
ラジカル熱重合開始剤は、分解温度以上に加熱することにより、ラジカルを発生させる化合物である。このようなラジカル熱重合開始剤としては、例えば、ケトンパーオキサイド類(メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド等)、ジアシルパーオキサイド類(アセチルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等)、ハイドロパーオキサイド類(過酸化水素、tert-ブチルハイドパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等)、ジアルキルパーオキサイド類(ジ-tert-ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド等)、パーオキシケタール類(ジブチルパーオキシシクロヘキサン等)、アルキルパーエステル類(パーオキシネオデカン酸-tert-ブチルエステル、パーオキシピバリン酸-tert-ブチルエステル、パーオキシ 2-エチルシクロヘキサン酸-tert-アミルエステル等)、過硫酸塩類(過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等)、アゾ系化合物(アゾビスイソブチロニトリル、および2,2′-ジ(2-ヒドロキシエチル)アゾビスイソブチロニトリル等)が挙げられる。
このようなラジカル熱重合開始剤は、1種を単独で使用することもできるし、あるいは2種以上を組み合わせて使用することもできる。
ラジカル光重合開始剤は、ラジカル重合を光照射によって開始する化合物であれば特に限定されない。このようなラジカル光重合開始剤としては、ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、キサントン、チオキサントン、イソプロピルキサントン等、公知の化合物を挙げることができる。これらの化合物は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用することもできる。
ラジカル重合法は、特に制限されるものでなく、乳化重合法、懸濁重合法、分散重合法、沈殿重合法、塊状重合法、溶液重合法等を用いることができる。
第1及び第2の特定重合体の重合反応に用いる溶媒としては、生成した高分子が溶解するものであれば特に限定されない。具体例としては、上記の溶媒、例えば、N-アルキル-2-ピロリドン類、ジアルキルイミダゾリジノン類、ラクトン類、カーボネート類、ケトン類、上記式(Sv-1)で表される化合物及び上記式(Sv-2)で表される化合物、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、ジメチルスルホン、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルスルホキシド等が挙げられる。
これら溶媒は単独で使用しても、混合して使用してもよい。さらに、生成する高分子を溶解させない溶媒であっても、生成した高分子が析出しない範囲で、上述の溶媒に混合して使用してもよい。
また、ラジカル重合において溶媒中の酸素は重合反応を阻害する原因となるので、有機溶媒は可能な程度に脱気されたものを用いることが好ましい。
ラジカル重合の際の重合温度は30~150℃の任意の温度を選択することができるが、好ましくは50~100℃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、モノマー濃度は、好ましくは1~50質量%、より好ましくは5~30質量%であるのがよい。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。
上述のラジカル重合反応においては、ラジカル重合開始剤の比率がモノマーに対して多いと得られる高分子の分子量が小さくなり、少ないと得られる高分子の分子量が大きくなるので、ラジカル開始剤の比率は重合させるモノマーに対して0.1~10mol%であることが好ましい。また重合時には各種モノマー成分や溶媒、開始剤などを追加することもできる。
[重合体の回収]
上述の反応により得られた反応溶液から、生成した高分子を回収する場合には、反応溶液を貧溶媒に投入して、それら重合体を沈殿させれば良い。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、ヘプタン、ブチルセルソルブ、ヘプタン、エタノール、トルエン、ベンゼン、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、水等を挙げることができる。貧溶媒に投入して沈殿させた重合体は、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回~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、炭化水素等が挙げられ、これらの中から選ばれる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。
本発明の重合体の分子量は、得られる塗膜の強度、塗膜形成時の作業性、および塗膜の均一性を考慮した場合、GPC(Gel Permeation Chromatography)法で測定した重量平均分子量が、2000~1000000が好ましく、より好ましくは、5000~100000である。
[液晶配向剤の調製]
本発明に用いられる液晶配向剤(すなわち、重合体組成物)は、液晶配向膜の形成に好適となるように塗布液として調製されることが好ましい。すなわち、本発明の液晶配向剤は、樹脂被膜を形成するための樹脂成分が有機溶媒に溶解した溶液として調製されることが好ましい。ここで、その樹脂成分とは、既に説明した第1及び第2の特定重合体((A)成分)である。その際、第1の特定重合体の含有量は、液晶配向剤全体に対して0.5~20質量%が好ましく、より好ましくは1~20質量%、さらに好ましくは1~15質量%、特に好ましくは1~10質量%であるのがよい。または、第2の特定重合体の含有量は、液晶配向剤全体に対して0.5~20質量%が好ましく、より好ましくは1~20質量%、特に好ましくは1~10質量%であるのがよい。
本実施形態の重合体組成物において、前述の樹脂成分は、全てが上述した極性基を有する部位と、光配向性を有する部位と、第1の特定重合体の場合、熱架橋性基を有する部位とを有する重合体であってもよいが、それら以外の他の重合体(以下、「その他の重合体」ともいう)が混合されていてもよい。その際、樹脂成分中におけるその他の重合体の含有量として、(A)成分とその他の重合体の合計100質量部に対し、5~95質量部、又は10~90質量部を挙げることができる。
そのような他の重合体は、例えば、ポリ(メタ)アクリレートやポリアミック酸、ポリアミック酸エステルやポリイミド等からなり、本発明が1の特定重合体を用いる場合、該第1の特定重合体が有する(A-1)~(A-3)の部位、本発明が第2の特定重合体を用いる場合、該第2の特定重合体が有する(A-1)~(A-2)の部位、を有していないか、第1の特定重合体の場合は(A-1)~(A-3)から選ばれる1種、及び2種の部位のみを、第2の特定重合体の場合は(A-1)~(A-2)のどちらか一方のみを有する重合体等が挙げられる。
<他の成分>
本発明の液晶配向剤は、上記特性重合体成分以外の他の成分を含有してもよい。このような他の成分としては、第2の態様で用いられる(B)成分、即ち分子内に2個以上のエポキシ基、チイラン基、ヒドロキシアルキルアミド基、及びベンジルアルコール基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を含有する化合物;及びその他の架橋性化合物(以下、これらを総称して「架橋剤成分」とも称する)や、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、等を挙げることができるが、これに限定されない。
<架橋剤成分>
1.分子内に2個以上のエポキシ基、チイラン基、ヒドロキシアルキルアミド基、及びベンジルアルコール基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を含有する化合物
上述の(B)成分である。第1の態様において、第2の態様で用いられる(B)成分を含有させてもよい。
2.その他の架橋性化合物
その他の架橋性化合物としては、国際公開公報WO2016/047771の段落[0109]~[0113]に記載の、イソシアネート基、オキセタン基、若しくはシクロカーボネート基を有する化合物、又は、ヒドロキシ基、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種の基を有する化合物の他、ブロックイソシアネート基を有する化合物等が挙げられる。
ブロックイソシアネート化合物としては、例えば、コロネートAPステーブルM、コロネート2503、2515、2507、2513、2555、ミリオネートMS-50(以上、日本ポリウレタン工業(株)製)、タケネートB-830、B-815N、B-820NSU、B-842N、B-846N、B-870N、B-874N、B-882N(以上、三井化学(株)製)等を挙げることができる。
(B)成分又はこれらの架橋剤成分の使用量は、重合体組成物に含有される樹脂成分100質量部に対して、0.1~40質量部、好ましくは0.1質量部~30質量部、より好ましくは1質量部~20質量部であるのがよい。
[膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる化合物]
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およびノ二オン系界面活性剤等が挙げられる。
具体的には、例えば、エフトップ(登録商標)301、EF303、EF352(トーケムプロダクツ社製)、メガファック(登録商標)F171、F173、R-30(DIC社製)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム社製)、アサヒガード(登録商標)AG710(旭硝子社製)、サーフロン(登録商標)S-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(AGCセイミケミカル社製)等が挙げられる。
これらの界面活性剤の使用割合は、重合体組成物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質量部~2質量部、より好ましくは0.01質量部~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]
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等のアミノ系シラン含有化合物が挙げられる。
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、重合体組成物に含有される樹脂成分100質量部に対して0.1質量部~30質量部であることが好ましく、より好ましくは1質量部~20質量部である。
ある実施形態において、光配向性基の光反応性を向上させるために添加剤として、光増感剤を用いることもできる。具体例として、芳香族2-ヒドロキシケトン(ベンゾフェノン)、クマリン、ケトクマリン、カルボニルビスクマリン、アセトフェノン、アントラキノン、キサントン、チオキサントン、およびアセトフェノンケタール等を挙げることができる。
<液晶配向膜及び液晶表示素子>
本発明の液晶配向剤は、基板上に塗布、焼成した後、ラビング処理や光照射などで配向処理をして、又は一部の垂直配向用途などでは配向処理無しで液晶配向膜とすることができる。基板としては、例えばフロートガラス、ソーダガラスなどのガラス;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリ(脂環式オレフィン)、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリアミド、ポリイミド、アクリル及びトリアセチルセルロースなどのプラスチックからなる透明基板を用いることができる。
基板の一面に設けられる透明導電膜としては、酸化スズ(SnO)からなるNESA膜(米国PPG社登録商標)、酸化インジウム-酸化スズ(In-SnO)からなるITO膜などを用いることができる。
<塗膜形成工程>
本発明の液晶配向剤の塗布方法は特に限定されないが、スクリーン印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェット、ディップコーティング、ロールコーティング、スリットコーティング、スピンコーティングなどがあり、目的に応じてこれらを用いてもよい。これらの方法により基板上に塗布した後、ホットプレートなどの加熱手段により溶媒を蒸発させて、塗膜を形成させることができる。
液晶配向剤を塗布した後の焼成は、40~300℃の任意の温度で行うことができるが、好ましくは40℃~250℃であり、より好ましくは40℃~230℃である。プラスチック基板からなる透明基板を用いる場合は、40~150℃とすることが好ましく、80~140℃とすることがより好ましい。焼成時間は、0.1~15分とすることが好ましく、1~10分とすることがより好ましい。
基板上に形成される塗膜の膜厚は、好ましくは5~1,000nmであり、より好ましくは10~500nm又は10~300nmである。この焼成はホットプレート、熱風循環炉、赤外線炉などで行うことができる。
ラビング処理には、レーヨン布、ナイロン布、コットン布などを使用することができる。
<光照射工程>
ある実施形態において光照射による配向処理を行ってもよく、例えば上記の液晶配向剤を基板上に塗布して塗膜を形成する工程と、前記塗膜が液晶層と接触していない状態で又は液晶層と接触した状態で前記塗膜に光照射する工程とを含んでもよい。
光照射による配向処理で照射する光としては、例えば150~800nmの波長の光を含む紫外線、可視光線などを挙げることができる。これらのうち、300~400nmの波長の光を含む紫外線が好ましい。照射光は偏光であっても非偏光であってもよい。偏光としては、直線偏光を含む光を使用することが好ましい。
光の照射は、用いる光が偏光である場合には、基板面に垂直の方向から行っても斜め方向から行ってもよく、あるいはこれらを組み合わせて行ってもよい。非偏光を照射する場合には、基板面に対して斜めの方向から行うことが好ましい。
光の照射量は、0.1mJ/cm以上1,000mJ/cm未満とすることが好ましく、1~500mJ/cmとすることがより好ましく、2~200mJ/cmとすることがさらに好ましい。
本発明の液晶表示素子は通常の方法により作製することができ、その作製方法は特に限定されるものではない。 上記一対の基板が、適正なギャップを介して対向し、基板間に挟持される液晶補厚さを均一とする目的で、基板間にスペーサーを配置することが好ましい。このスペーサーとしては、旧来からの散布型スペーサー、感光性のスペーサー形成用組成物から形成されたスペーサーなどの公知のスペーサー材料を使用することができるほか、液晶硬化物からなる層に形成した凹凸をスペーサーとして使用することも可能である。
<液晶挟持工程>
基板間に液晶を挟持して液晶セルを構成するには、例えば以下の2つの方法を挙げることができる。第1の方法として、各液晶配向膜が対向するように間隙(セルギャップ)を介して一対の基板を対向配置し、該一対の基板の周辺部をシール剤を用いて貼り合わせ、基板表面および適当なシール剤により区画されたセルギャップ内に液晶を注入充填した後、注入孔を封止することにより、液晶セルを製造する方法を挙げることができる。
第2の方法として、液晶配向膜を形成した2枚の基板のうちの一方の基板上の所定の場所に例えば紫外光硬化性のシール材を塗布し、さらに液晶配向膜面上の所定の数カ所に液晶を滴下した後、液晶配向膜が対向するように他方の基板を貼り合わせるとともに液晶を基板全面に押し広げ、次いで基板の全面に紫外光を照射してシール剤を硬化することにより、液晶セルを製造する方法(ODF(One Drop Fill)法)を挙げることができる。
液晶としては、用途に応じて正や負の誘電率異方性を有するフッ素系液晶やシアノ系液晶、また加熱および光照射のうちの少なくとも1種の処理によって重合する液晶化合物または液晶組成物(以下、重合性液晶又は硬化性液晶組成物ともいう)を用いても良い。
ある実施形態において、前記液晶配向剤の塗膜を形成する工程が、ロール・ツー・ロール方式によって行われてもよい。ロール・ツー・ロール方式によって行われると、液晶表示素子の製造工程を簡略化し、もって製造コストを削減することが可能となる。
そして、前記液晶セルの外側両面に偏光板を貼付することにより、液晶表示素子を得ることができる。
液晶セルの外側に使用される偏光板としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させながらヨウ素を吸収させた「H膜」と呼ばれる偏光膜を酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板、またはH膜そのものからなる偏光板などを挙げることができる。
上記のようにして本発明の液晶配向剤から得られる液晶配向膜は、液晶配向性が良好であり、プレチルト角発現能にも優れ、且つ高い信頼性が得られる。また、本発明の方法によって製造された液晶表示素子は優れた表示特性を有する。
実施例で使用した光配向性基を有するモノマー(以下、「光配向性モノマー」と称する)として「MA-1」、「MA-2」で表されるモノマーを、極性基を有するモノマー(以下、「極性モノマー」と称する)として「MAA」、又は「VBA」で表されるモノマーを、
架橋性基を有するモノマー(以下、「架橋性モノマー」と称する)として「GMA」で表されるモノマーを、(B)成分の化合物(以下、「架橋剤成分」と称する)として「TETRAD-C」又は「YH-434-L」で表される化合物の構造をそれぞれ以下に示す。
尚、「MA-2」は下記合成例1に記載の合成法にて合成した。「MAA(メタクリル酸)」、「VBA(ビニル安息香酸)」、「MMA」、「C18」、並びに、「TETRAD-C」と「YH-434-L」は、市販で購入可能な試薬を用いた。
(光配向性モノマー)
Figure 0007106059000030
(極性モノマー)
MAA:メタクリル酸
VBA:4-ビニル安息香酸
Figure 0007106059000031
(架橋性モノマー)
GMA:メタクリル酸グリシジル
Figure 0007106059000032
(その他モノマー)
MMA:メチルメタクリレート
C12:ドデシルメタクリレート
C18:オクタデシルメタクリレート
MOI-BP:2-[(3,5-ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチルメタクリレート
Figure 0007106059000033
(架橋剤成分)
TETRAD-C: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
YH-434-L: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
Primid:下記式(Primid)で表されるβ-ヒドロキシアルキルアミド
Figure 0007106059000034
その他、本実施例で用いる試薬の略号を以下に示す。
(重合開始剤)
AIBN:アゾビスイソブチロニトリル
(溶媒)
PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル
CHN:シクロヘキサノン
HNMRの測定>
装置:フーリエ変換型超伝導核磁気共鳴装置(FT-NMR)「INOVA-400」(Varian製)400MHz。
溶媒:重水素化クロロホルム(CDCl)又は重水素化N,N-ジメチルスルホキシド([D]-DMSO)。
標準物質:テトラメチルシラン(TMS)。
<モノマー合成例1>
[MA-1]の合成:
Figure 0007106059000035
2L四つ口フラスコに、1-ブロモ-4-(trans-4-プロピルシクロヘキシル)-ベンゼン(150.0g、533mmol)、アクリル酸tert-ブチル(102.5g、800mmol)、酢酸パラジウム(2.39g、11mmol)、トリ(o-トリル)ホスフィン(6.49g、21mmol)、トリプロピルアミン(229.3g、1600mmol)及びDMAc(750g)を加えて、100℃に加熱しながら攪拌した。反応終了後、反応液を濾過して不溶物を除去し、濾液を純水(3.8L)に注ぎ、12N-HCl水溶液で中和した。中和後、酢酸エチル(2.5L)を注ぎ、抽出を行った。抽出した有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて脱水乾燥し、無水硫酸マグネシウムを濾過した。得られた濾液をロータリーエバポレーターにて溶媒留去し、粗物を冷メタノール(180g)にてリパルプ洗浄することで、[MA-1-1](白色固体)を144.0g得た(収率82%)。
2L四つ口フラスコに、[MA-1-1](144.0g、441mmol)、ギ酸(1000g)を加えて、50℃に加熱しながら攪拌した。反応終了後、反応液を純水(3.0L)に注ぎ、沈殿物を濾過した。得られた粗物を酢酸エチル(200g)にてリパルプ洗浄することで、[MA-1-2](白色固体)を111.1g得た(収率92%)。目的物のH-NMRの結果を以下に示す。この結果から、得られた固体が、目的の[MA-1-2]であることを確認した。
1H NMR (400 MHz, [D6]-DMSO):δ12.34 (s,1H), 7.53-7.60 (m,3H), 7.25-7.27 (d,2H), 6.44-6.48 (d,1H), 2.45-2.51 (t,1H), 1.76-1.83 (t,4H), 1.28-1.48 (m,5H), 1.15-1.21 (m,2H), 0.97-1.07 (m,2H), 0.87-0.89 (t,3H).
2L四つ口フラスコに、[MA-1-2](30.0g、110mmol)、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル(17.2g、132mmol)、1-(3-ジメチルアミノプロピル)-3-エチルカルボジイミド塩酸塩(EDC)(25.7g、165mmol)、4-ジメチルアミノピリジン(1.35g、11mmol)、THF(150g)を加えて、室温で攪拌した。反応終了後、反応液を酢酸エチル(1.0L)に注ぎ、純水(800ml)を用いて抽出を行った。抽出した有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて脱水乾燥し、無水硫酸マグネシウムを濾過した。得られた濾液をロータリーエバポレーターにて溶媒留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル:ヘキサン=1:5体積比)にて単離することで、[MA-1](白色固体)を26.8g得た(収率55%)。目的物のH-NMRの結果を以下に示す。この結果から、得られた固体が、目的の[MA-1]であることを確認した。
1H NMR (400 MHz, [D6]-DMSO):δ7.62-7.66 (m,3H), 7.25-7.27 (d,2H), 6.58-6.62 (d,1H), 6.05 (s,1H), 5.70 (s,1H), 4.37-4.42 (m,4H), 2.44-2.48 (t,1H), 1.88 (s,3H), 1.76-1.82 (t,4H), 1.24-1.47 (m,5H), 1.15-1.21 (m,2H), 0.96-1.06 (m,2H), 0.85-0.89 (t,3H).
<モノマー合成例2>
[MA-2]の合成:
Figure 0007106059000036
2L四つ口フラスコに、1-?ブロモ-?4-?(trans-?4-ペンチルシクロヘキシル)-ベンゼン(150.0g、485mmol)、アクリル酸tert-ブチル(93.24g、728mmol)、酢酸パラジウム(2.18g、9.7mmol)、トリ(o-トリル)ホスフィン(5.90g、20mmol)、トリプロピルアミン(208.5g、1455mmol)及びDMAc(750g)を加えて、100℃に加熱しながら攪拌した。反応終了後、反応液を濾過して不溶物を除去し、濾液を純水(3.8L)に注ぎ、12N-HCl水溶液で中和した。中和後、酢酸エチル(2.5L)を注ぎ、抽出を行った。抽出した有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて脱水乾燥し、無水硫酸マグネシウムを濾過した。得られた濾液をロータリーエバポレーターにて溶媒留去し、粗物を冷メタノール(190g)にてリパルプ洗浄することで、[MA-2-1](白色固体)を137.0g得た(収率79%)。
2L四つ口フラスコに、[MA-2-1](137.0g、384mmol)、ギ酸(1000g)を加えて、50℃に加熱しながら攪拌した。反応終了後、反応液を純水(3.0L)に注ぎ、沈殿物を濾過した。得られた粗物を酢酸エチル(200g)にてリパルプ洗浄することで、[MA-2-2](白色固体)を111.8g得た(収率96%)。目的物のH-NMRの結果を以下に示す。この結果から、得られた固体が、目的の[MA-2-2]であることを確認した。
1H NMR (400 MHz, [D6]-DMSO):δ12.34 (s,1H), 7.53-7.60 (m,3H), 7.25-7.27 (d,2H), 6.44-6.48 (d,1H), 2.45-2.51 (t,1H), 1.77-1.83 (t,4H), 1.38-1.48 (m,2H), 1.17-1.34 (m,9H), 0.97-1.07 (m,2H), 0.87-0.89 (t,3H).
2L四つ口フラスコに、[MA-2-2](30.0g、100mmol)、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル(15.6g、119mmol)、1-(3-ジメチルアミノプロピル)-3-エチルカルボジイミド塩酸塩(EDC)(28.7g、150mmol)、4-ジメチルアミノピリジン(1.22g、10mmol)、THF(150g)を加えて、室温で攪拌した。反応終了後、反応液を酢酸エチル(1.0L)に注ぎ、純水(800ml)を用いて抽出を行った。抽出した有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて脱水乾燥し、無水硫酸マグネシウムを濾過した。得られた濾液をロータリーエバポレーターにて溶媒留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル:ヘキサン=1:5体積比)にて単離することで、[MA-2](白色固体)を36.6g得た(収率88%)。目的物のH-NMRの結果を以下に示す。この結果から、得られた固体が、目的の[MA-2]であることを確認した。
1H NMR (400 MHz, [D6]-DMSO):δ7.62-7.66 (m,3H), 7.25-7.27 (d,2H), 6.58-6.62 (d,1H), 6.04 (s,1H), 5.70 (s,1H), 4.36-4.42 (m,4H), 2.48-2.52 (t,1H), 1.88 (s,3H), 1.76-1.83 (t,4H), 1.36-1.44 (m,2H), 1.18-1.31 (m,9H), 1.00-1.03 (m,2H), 0.85-0.88 (t,3H).
(分子量測定)
合成例におけるポリマーの分子量はセンシュー科学社製 常温ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)装置(SSC-7200、Shodex社製カラム(KD-803、KD-805)を用い以下のようにして測定した。
カラム温度:50℃
溶離液:DMF(添加剤として、臭化リチウム-水和物(LiBr・H2O)が30mmol/L、リン酸・無水結晶(o-リン酸)が30mmol/L、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9000,000、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)。
<メタクリレートポリマー合成例A1>
MA-2(2.48g、6.01mmol)、GMA(0.14g、1.00mmol)及びMAA(1.2g、13.0mmol)をCHN(11.0g)及び、PGME(11.0g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、重合開始剤としてAIBN(0.2g、1.0mmol)を加え、再び脱気を行った。この後、60℃で13時間反応させポリマー溶液(MP-1)を得た。
このポリマーの数平均分子量は40500、重量平均分子量は138300であった。
<メタクリレートポリマー合成例A2~A10及びA11~A18>
表1に示す組成にて、ポリマー合成例A1と同様の方法を用いて、メタクリレートポリマーPA2~PA10及びPA11~PA18を合成した。
Figure 0007106059000037
<実施例A1>
メタクリレートポリマー合成例A1で得られたポリマー溶液(MP-1)4.0gに、CHN(5.5g)、PGME(5.5g)及びTETRAD-C(0.03g)を加え室温にて撹拌することにより、液晶配向処理剤(PM-A1)を得た。
<実施例A2~A23及びA24~PA40、比較例A1>
表2に示す組成にて、実施例A1と同様の方法を用いて、液晶配向処理剤(PM-A2)~(PM-A23)及び(PM-A24)~(PM-A40)を得た。また同様の方法で比較例A1の液晶配向処理剤(RPM-A1)も調製した。
Figure 0007106059000038
Figure 0007106059000039
<液晶表示素子の作製>
実施例で得られた液晶配向処理剤(PM-A1)~(PM-A40)及び比較例で得られた液晶配向処理剤(RPM-A1)を、細孔径1μmのメンブランフィルタで加圧濾過した。
得られた溶液をITO膜からなる透明電極付きガラス基板のITO面にスピンコートし、50℃のホットプレートで120秒間乾燥した後、120℃のホットプレートで2分間又は20分間焼成を行い、膜厚100nmの液晶配向膜を形成した。
次いで、塗膜面に偏光板を介して、照射強度4.3mW/cmの313nmの直線偏光紫外線を基板法線方向から40°傾斜した角度から50mJ/cm照射し、液晶配向膜付き基板を得た。直線偏光紫外線は高圧水銀ランプの紫外光に313nmのバンドパスフィルターを通した後、313nmの偏光板を通すことで調製した。
上記の基板を2枚用意し、一方の基板の液晶配向膜上に4μmのビーズスペーサーを散布した後、シール剤(三井化学製、XN-1500T)を塗布した。次いで、もう一方の基板を、液晶配向膜面が向き合い配向方向が180°になるようにして張り合わせた後、120℃で90分シール剤を熱硬化させることで空セルを作製した。この空セルに液晶(メルク社製、MLC-3022)を減圧注入法によって注入し、液晶表示素子を得た。
<評価>
(液晶配向性)
上記で得られた液晶表示素子を120℃で1時間の等方相処理を行った後、偏光顕微鏡にてセル観察を行った。光抜けやドメイン発生などの配向不良が無い場合や液晶セルに電圧印加を行った際に均一な液晶の駆動が得られる場合を良好とした。評価結果を表3に示す。
(プレチルト角)
上記で作製した液晶表示素子に、液晶セルのプレチルト角の測定は、Axo Metrix社製のAxoScanを用いて、ミューラーマトリックス法により測定した。評価結果を表3に示す。
Figure 0007106059000040
上記の結果からわかるように、実施例A1~A2と比較例A1との対比から、架橋性モノマーを共重合することで、液晶配向性及び液晶のプレチルト角発現能に優れる液晶配向膜が得られた。更に実施例A2と実施例A3との対比から、架橋剤成分を添加することで、焼成条件を短時間で処理した場合においても液晶配向性に優れ、プレチルト角発現能に優れる液晶配向膜が得られた。
<メタクリレートポリマー合成例B1>
MA-2(2.5g、6.0mmol)とMAA(1.2g、14.1mmol)をCHN(11.0g)及び、PGME(11.0g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、重合開始剤としてAIBN(0.2g、1.0mmol)を加え、再び脱気を行った。この後、60℃で13時間反応させポリマー(PB1)溶液を得た。
このポリマーの数平均分子量は40500、重量平均分子量は138300であった。
<メタクリレートポリマー合成例B2~B8及びB12~B18>
表4に示す組成にて、ポリマー合成例B1と同様の方法を用いて、メタクリレートポリマーPB2~PB8及びPB12~PB18を合成した。
Figure 0007106059000041
<メタクリレートポリマー合成例B9>
MA2(6.19g、15.0mmol)とMOI-BP(8.80g、35.0mmol)をCHN(61.6g)中に溶解し、ダイアフラムポンプで脱気を行った後、AIBN(0.41g、2.5mmol)を加え再び脱気を行った。この後55℃で13時間反応させメタクリレートのポリマー溶液を得た。このポリマー溶液をメタノールと純水=5/5の混合溶媒(1000ml)に滴下し、得られた沈殿物をろ過した。この沈澱物をメタノールで洗浄し、40℃のオーブン中で減圧乾燥しメタクリレートポリマー粉末を得た。このポリマーの数平均分子量は43600、重量平均分子量は131200であった。
得られたメタクリレートポリマー粉末(1.5g)にCHN(9.0g)、及びPGME(9.0g)を加え、室温で5時間攪拌して溶解させ、ポリマー(PB9)溶液を得た。
<メタクリレートポリマー合成例B10~B11>
表5に示す組成にて、ポリマー合成例P1と同様の方法を用いて、メタクリレートポリマーPB10~PB11を合成した。
Figure 0007106059000042
<実施例B1>
メタクリレートポリマー合成例B1で得られたポリマー溶液(PB1)4.0gに、CHN(5.5g)、PGME(5.5g)及びTETRAD-C(0.02g)を加え室温にて撹拌することにより、液晶配向処理剤(PM-B1)を得た。
<実施例B2~B16、比較例B1>
表6に示す組成にて、実施例B1と同様の方法を用いて、液晶配向処理剤(PM-B2)~(PM-B16)を得た。また同様の方法で比較例B1の液晶配向処理剤(RPM-B1)も調製した。
<実施例B17~B23>
表6に示す組成にて、実施例B1と同様の方法を用いて、液晶配向処理剤(PM-B17)~(PM-B23)を得た。
<実施例B24~B34>
表7に示す組成にて、実施例B1と同様の方法を用いて、液晶配向処理剤(PM-B24)~(PM-B34)を得た。
Figure 0007106059000043
Figure 0007106059000044
<比較例B2>
メタクリレートポリマー溶液(PB9)に、CHN(9.0g)、PGME(9.0g)、YH-434-L(0.15g)を加え、室温で5時間撹拌して溶解させ、液晶配向処理剤(RPMB-2)を得た。
<液晶表示素子の作製>
実施例で得られた液晶配向処理剤(PM-A1)~(PM-A36)及び比較例で得られた液晶配向処理剤(RPM-A1)の代わりに、液晶配向処理剤(PM-B1)~(PM-B34)及び比較例で得られた液晶配向処理剤(RPM-B1)~(RPM-B2)を用いて、上述と同様に、液晶表示素子を作製した。
また、同様に、液晶配向性、プレチルト角について評価した、評価結果を表8に示す。
Figure 0007106059000045
上記の結果からわかるように、実施例B1と比較例B1との対比から、架橋剤成分を導入することで本発明の液晶配向処理剤から得られる液晶配向膜を用いた液晶表示素子は、短時間の焼成においてもプレチルト角が発現した。さらに実施例B1と比較例B2との対比から、分子内に極性基を含まない液晶配向剤から得られる液晶配向膜を用いた液晶表示素子は、液晶配向性が得られないのに対し、本発明の液晶配向処理剤から得られる液晶配向膜を用いた液晶表示素子は、液晶配向性が良好であり、またプレチルト角も発現した。
本発明の液晶配向処理剤から得られる液晶配向膜を用いた液晶表示素子は、液晶表示素子に、好適に用いることができる。

Claims (18)

  1. (A)成分: 下記(A-1)及び(A-2)の構造を有する重合体;及び溶媒を含有する液晶配向剤であって、
    上記重合体が、(A-3)オキセタニル基、オキシラニル基、下記式(3)で表される基、下記式(4)で表される基、下記式(5)で表される基及びチイラン基から選択される少なくとも1種の官能基を有する構造をさらに有するか;及び/又は
    上記(A)成分以外の(B)成分をさらに有し、該(B)成分が、分子内に2個以上の、エポキシ基、チイラン基、ヒドロキシアルキルアミド基、及びベンジルアルコール基からなる群から選ばれる基を含有する化合物であり、
    前記(A)成分が、分子内にカルボキシル基を有する構造である場合に、前記重合体が下記式(a-1-m)
    (式中、I a1 はカルボキシル基であり、r は1又は2であり、
    は単結合又は炭素数1~10のアルカンジイル基、炭素数6~20のアリーレン基、(*A)-CONH-R -(*B)基、又は(*A)-COO-R -(*B)基を表し、
    は下記式(M -1)、(M -2)(R 11 は水素原子又は炭素数1~5のアルキル基を表し、*は結合手を表す。)、α-メチレン-γ-ブチロラクトン、マレイミド、ノルボルネン及びその誘導体のラジカル重合性基、又はシロキサンを表す。
    及びR は、相互に独立に、単結合、又は炭素数1~12のアルカンジイル基、炭素数6~20のアリーレン基を示し、アルカンジイル基の任意の炭素-炭素結合は-O-結合を有してもよく、(*A)は不飽和結合を有する炭素原子と結合する結合手であることを示し、(*B)はI a1 と結合する結合手であることを示す。)
    で表されるモノマー由来である、上記液晶配向剤:
    (A-1)分子内にカルボキシル基、アミノ基及び水酸基及びから選ばれる少なくとも1種の官能基を有する構造;
    (A-2)下記式(pa-1-a
    (式中、S は単結合、炭素数1~10の直鎖又は分岐鎖のアルキレン基、2価の芳香族基又は2価の脂環式基を示し、
    Zは酸素原子、または硫黄原子であり、
    及びX はそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は炭素数1~3のアルキル基であり、
    は単結合、酸素原子、-COO-または-OCO-であり、
    は2価の芳香族基、2価の脂環式基、又は2価の複素環式基であり、
    は単結合、酸素原子、-COO-または-OCO-であり、
    は脂環式基を含む炭素数3~40の1価の有機基であり、
    は炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、フッ素原子またはシアノ基であり、
    aは0~3の整数であり、
    bは0~4の整数である。)で表される光配向性を有する部位の構造
    Figure 0007106059000046
  2. 前記(A)成分が、(A-3)オキセタニル基、オキシラニル基、前記式(3)で表される基、前記式(4)で表される基、前記式(5)で表される基及びチイラン基から選択される少なくとも1種の官能基を有する構造を有する、請求項1に記載の液晶配向剤。
  3. 前記(A)成分が 前記(A-1)及び前記(A-2)の構造を有する重合体であり、前記(B)成分をさらに有する、請求項1又は2に記載の液晶配向剤。
  4. 前記(B)成分が、分子内に2個以上の、エポキシ基又はチイラン基を含有する化合物である請求項1~のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  5. 前記(B)成分が、分子内に2個以上の、ヒドロキシアルキルアミド基又はベンジルアルコール基を含有する化合物である請求項1~のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  6. 前記(A)成分の重合体全体に対して、前記(A-1)の構造に由来するモノマーを5~95mol%の割合で含有し、前記(A-2)の構造に由来するモノマーを5~95mol%の割合で含有するモノマー成分から得られる、請求項1~のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  7. 上記(A)成分100重量部に対して、上記(B)成分を0.1~40質量部含有する請求項1~のいずれか一項に記載の液液晶配向剤。
  8. 前記(A-2)が、下記式(b-1-m)(式中、Mは第2の重合性基を表し、Mは、単結合、(r+1)価の複素環、置換、又は非置換の炭素数1~10の分岐状アルキル基、又は非置換の炭素数1~10の直鎖状アルキル基、(r+1)価の芳香族基、(r+1)価の脂環式基から選ばれる基であり、それぞれの基は無置換であるか又は一個以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、シアノ基、メチル基又はメトキシ基によって置換されていても良く、Sは、単結合、炭素数1~10の直鎖又は分岐鎖のアルキレン基、2価の芳香族基又は2価の脂環式基を示し、Iは式(pa-1)で表される基であり、rは、1≦r≦3を満たす整数である。)で表されるモノマー由来である請求項1~のいずれかに記載の液晶配向剤。
    Figure 0007106059000047
  9. 前記(A-1)が、下記式(a-1-m)(式中、Ia1は、カルボキシル基、下記式(a2)(式中、*は結合位置を示す)の少なくとも一つの部分構造を有する基または1級アミノ基から選ばれる1価の有機基であり、rは、1又は2であり、Sは、単結合又は2価の連結基を表し、Mは第1の重合性基を示す。但し、記式(a2)は1級アミノ基以外の基を示す。)で表されるモノマー由来である、請求項1~のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
    Figure 0007106059000048
  10. 前記(A-3)が、下記式(c-1-m)(式中、Iは、分子内にオキセタニル基、オキシラニル基、上記式(3)で表される基、上記式(4)で表される基及び上記式(5)で表される基及びチイラン基からなる群から選択される1価の有機基であり、Sは、単結合又は2価の連結基を表し、Mは第3の重合性基を表す。)で表されるモノマー由来であることを特徴とする、請求項1~のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
    Figure 0007106059000049
  11. (B)成分が、分子内に少なくとも1個以上の3級窒素原子を有するエポキシ化合物である、請求項1~請求項10のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  12. (B)成分が、下記式(2)、[1]及び[2]で表される化合物
    (式中、Xは炭素数1~20の脂肪族炭化水素基、または芳香族炭化水素基を含むn価の有機基であり、
    nは2~6の整数であり、
    およびRは、それぞれ独立に、水素原子、または置換基を有してもよい炭素数1~4のアルキル基、炭素数2~4のアルケニル基、又は炭素数2~4のアルキニル基であり、RおよびRのうち少なくとも1つはヒドロキシ基で置換された炭化水素基を表す。
    、Y、及びYはそれぞれ独立に芳香環を表す。該芳香環の任意の水素原子は、水酸基、炭素原子数1~3のアルキル基、ハロゲン原子、炭素原子数1~3のアルコキシ基又はビニル基で置換されていてもよい。
    は、単結合、全部又は一部が結合して環状構造を形成してもよい炭素原子数1~10の2価の飽和炭化水素基であり任意の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい、-NH-、-N(CH)-、式[3](P及びPはそれぞれ独立に炭素原子数1~5のアルキル基であり、Qは芳香環を表す。)で表される基である。
    は2~4の整数であり、t及びtはそれぞれ独立に1~3の整数であり、
    a及びbはそれぞれ独立に1~3の整数である。)
    からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物である、請求項1~請求項10のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
    Figure 0007106059000050
  13. 前記(A)成分の重合体全体に対して、前記(A-1)の部位に由来するモノマーを5~94mol%の割合で含有し、前記(A-2)の部位に由来するモノマーを5~94mol%の割合で含有し、前記(A-3)の部位に由来するモノマーを1~40mol%の割合で含有するモノマー成分から得られることを特徴とする、請求項1~12のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  14. 前記(A)成分の重合体全体に対して、前記(A-1)の部位に由来するモノマーを20~94mol%の割合で含有し、前記(A-2)の部位に由来するモノマーを5~50mol%の割合で含有し、前記(A-3)の部位に由来するモノマーを1~30mol%の割合で含有するモノマー成分から得られることを特徴とする、請求項1~13のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  15. 前記(A)成分の重合体の重量平均分子量が、2000~1000000であることを特徴とする、請求項1~14のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  16. 請求項1~15のいずれか一項に記載の液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜。
  17. 請求項1~15のいずれか一項に記載の液晶配向剤を基板上に塗布して塗膜を形成する工程と、前記塗膜が液晶層と接触していない状態で又は液晶層と接触した状態で前記塗膜に光照射する工程と、を含む液晶配向膜の製造方法。
  18. 請求項16に記載の液晶配向膜又は請求項17に記載の製造方法により得られた液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
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