JP7218101B2 - 光配向膜用ワニス及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
本発明の他の課題は、上記配向膜を備える液晶表示装置を提供することである。
(式(3)中、Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、芳香族基であり、Kは、第一級アミノ基及び第二級アミノ基を含有する有機基である)で表されるジアミン化合物由来の骨格を含まない光配向膜用ワニスが提供される。
まず、実施形態に係る液晶表示装置DSPを、図1及び図2を参照して説明する。図1は、液晶表示装置DSPの概略平面図、図2は、図1のii-ii線に沿った一部破断概略断面を拡大して示す図である。
また、本実施形態においては、第3方向Zの正の向きを上又は上方と定義し、第3方向Zの負の向きを下又は下方と定義する。さらに、液晶表示装置DSPを上方から見ることを平面視と定義する。平面視での液晶表示装置DSPは、平面図(図1)に見られる。
また、枠状のシールSEは、非表示部NDAを規定している。遮光層LSは、平面視でシールSEと重畳する位置に設けられている。図1において、シールSEが配置された領域と、遮光層LSが配置された領域とでは、互いに異なる斜線で示し、シールSEと遮光層LSとが重畳する領域はクロスハッチングで示している。遮光層LSは、第2基板SUB2に設けられている。
また、表示パネルPNLの詳細な構成について、ここでは説明を省略するが、表示パネルPNLは、基板主面に沿った横電界を利用する表示モード、基板主面の法線に沿った縦電界を利用する表示モード、基板主面に対して斜め方向に傾斜した傾斜電界を利用する表示モード、さらには、上記の横電界、縦電界、及び傾斜電界を適宜組み合わせて利用する表示モードに対応したいずれの構成を備えていてもよい。ここでの基板主面とは、第1方向X及び第2方向Yで規定されるX-Y平面と平行な面である。
実施形態に係る光配向膜用ワニスは、有機溶媒中に、ポリアミド酸又はポリアミド酸エステルである第1ポリアミド酸系化合物と、前記第1ポリアミド酸系化合物よりも高い極性を有する、ポリアミド酸又はポリアミド酸エステルである第2ポリアミド酸系化合物とを含有する。
ポリアミド酸は、後述するようにテトラカルボン酸化合物(テトラカルボン酸二無水物)とジアミン化合物とを反応させることによって合成することができる。ポリアミド酸エステルは、当該ポリアミド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。
そのため、第1及び第2ポリアミド酸系化合物は、それぞれテトラカルボン酸化合物由来の骨格とジアミン化合物由来の骨格とを有する。
実施形態に係る第1ポリアミド酸系化合物は、下記式(1):
(式(4-1)中、R1及びR2は、それぞれ独立に、-COOH又はCOOR(ここで、Rは、アルキル基である)であり、Raは、それぞれ、水素又はアルキル基である)で表されるテトラカルボン酸化合物由来の骨格を含む。Raがアルキル基である場合、Raは、例えば1個~6個の炭素原子を有するアルキル基である。アルキル基としては、メチル基が特に好ましい。
(式(4-2)中、R1及びR2は、それぞれ独立に、-COOH又はCOOR(ここで、Rは、アルキル基である)であり、X1は、シクロブタン骨格以外の脂環式骨格、鎖式骨格、又は芳香族基である)で表されるテトラカルボン酸化合物由来の骨格を含んでもよい。
第1ポリアミド酸系化合物において、全てのテトラカルボン酸化合物由来の骨格を100モル%としたときに、上記式(4-2)で表されるテトラカルボン酸化合物由来の骨格は、50モル%未満であり、好ましくは20モル%未満である。
上記式(4-2)において、シクロブタン骨格以外の脂環式骨格は、例えばシクロペンタン骨格、シクロヘキサン骨格、ビシクロ[2,2,1]ヘプタン骨格、2-メチルビシクロ[2,2,1]ヘプタン骨格であり、鎖式骨格は、例えばブチル骨格であり、芳香族基は、例えばベンゼン環である。
第1ポリアミド酸系化合物は、ジアミン化合物とテトラカルボン酸化合物(テトラカルボン酸二無水物)とを常法により反応させることによってポリアミド酸として製造することができる。
ポリアミド酸エステルは、ポリアミド酸に、例えばN,N-ジメチルホルムアミドジアルキルアセタールを反応させることによって製造することができる。あるいは、ポリアミド酸エステルは、特開2000-273172号公報に記載された方法によっても製造することができる。
(式(6-1)中、R3及びR4は、それぞれ独立に、H、又はアルキル基である)で表される。式(6-1)で示される、カルバゾール骨格を有するジアミン化合物の例は、2,7-ジアミノカルバゾール、及び3,6-ジアミノカルバゾールを含む。
実施形態に係る第2ポリアミド酸系化合物は、下記式(2):
(式(8)中、R1及びR2は、それぞれ独立に、-COOH又はCOOR(ここで、Rは、アルキル基である)であり、X2は、シクロブタン骨格、シクロブタン骨格以外の脂環式骨格又は鎖式骨格である)で表されるテトラカルボン酸化合物由来の骨格を含む。
上記式(8)において、シクロブタン骨格以外の脂環式骨格は、例えばシクロペンタン骨格、シクロヘキサン骨格、ビシクロ[2,2,1]ヘプタン骨格、2-メチルビシクロ[2,2,1]ヘプタン骨格であり、鎖式骨格は、例えばブチル骨格であり、芳香族基は、例えばベンゼン環である。
(式(10-1)中、L1は、Ar3、又はAr4-M-Ar5であり、Ar3、Ar4、及びAr5は、それぞれ独立に、芳香族基であり、Mは第一級アミノ基及び第二級アミノ基を含有しない有機基である)で表されるジアミン化合物由来の骨格を含む。
ポリアミド酸エステルとポリアミド酸が共存する場合、ポリアミド酸がポリアミド酸エステルよりも大きな表面エネルギーを有する。すなわち、第1ポリアミド酸系化合物がポリアミド酸エステル、第2ポリアミド酸系化合物がポリアミド酸である場合、第2ポリアミド酸系化合物は、第1ポリアミド酸系化合物よりも大きな表面エネルギーを有する。
第2ポリアミド酸系化合物は、ジアミン化合物とテトラカルボン酸化合物(テトラカルボン酸二無水物)とを常法により反応させることによってポリアミド酸として製造することができる。
ポリアミド酸エステルは、第1ポリアミド酸系化合物に関して記載した製造方法に準じて、製造することができる。
第2ポリアミド酸系化合物の合成に用いるシクロブタン骨格、シクロブタン骨格以外の脂環式骨格、又は鎖式骨格を有するテトラカルボン酸化合物としては、第1ポリアミド酸系化合物の合成に用いるシクロブタン骨格、シクロブタン骨格以外の脂環式骨格、又は鎖式骨格を有するテトラカルボン酸化合物を用いることができる。
第1及び第2ポリアミド酸系化合物を溶解又は分散させる有機溶媒として、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-メチルカプロラクタム、2-ピロリドン、N-エチルピロリドン、N-ビニルピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、1,3-ジメチル-イミダゾリジノン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジグライム、及び4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、及びブチルセロソルブが使用できる。
実施形態に係る光配向膜用ワニスは、第2ポリアミド酸系化合物が、第1ポリアミド酸系化合物よりも高い極性、すなわち大きな表面エネルギーを有するので、第1ポリアミド酸系化合物と第2ポリアミド酸系化合物は相分離する。
図2を参照すると、このような第1及び第2ポリアミド酸系化合物を含有する光配向膜用ワニスを第1基板SUB1の共通電極CE及び絶縁膜16の上に塗布すると、第2ポリアミド酸系化合物の方が、画素電極PEを形成するITOやIZOと、絶縁膜16を形成するシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などの無機絶縁材料との親和性が高いので、第2ポリアミド酸系化合物が下層となり、第1ポリアミド酸系化合物が上層を構成して液晶層LCと接するようになる。
いくつかの実施形態において、光配向膜用ワニスは、第1ポリアミド酸系化合物と第2ポリアミド酸系化合物の重量比が、6:4から8:2までであることが好ましい。
このようにして形成した二層構造の光配向膜は、極性が低い第1ポリアミド酸系化合物のイミド化物が、上層(液晶側)を形成し、極性が高い第2ポリアミド酸系化合物のイミド化物が、下層(絶縁基板側)に形成する。
そのため、光配向膜は、上層を形成するイミド化物が比較的低い抵抗率を示し、下層を形成するイミド化物が比較的高い抵抗率を示すので、下層にはDC電荷が蓄積しにくく、上層はDC電荷が容易に抜けやすくなる。もって当該光配向膜は、液晶表示装置にDC残像を生じさせないか、生じさせても短時間で消失させ得る、及びVcomの短時間でのドリフトを生じさせないか、生じさせても当該ドリフト量が比較的小さくし得る。
ポリアミド酸系化合物の合成例
合成例1
ジアミン化合物としての2,7-ジアミノカルバゾール(DAC)110モル部のN-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶液と、テトラカルボン酸化合物としての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(DMCBDA)100モル部のNMP溶液と、有機溶媒としてのブチルセロソルブとを混合し、室温で8時間反応させて、第一級アミンを両末端に有するポリアミド酸を生成させた。未反応のジアミン化合物を除去して、固形分濃度15質量%の所望のポリアミド酸溶液を得た。
合成例1において、ジアミン化合物としてのDAC110モル部の代わりに、2,7-ジアミノアクリジン(DAA)110モル部を用いた以外は、合成例1に関して記載した製造方法に準じて、固形分濃度15質量%の所望のポリアミド酸溶液を得た。
合成例1において、ジアミン化合物としてのDAC110モル部の代わりに、p-フェニレンジアミン(PDA)110モル部を用いた以外は、合成例1に関して記載した製造方法に準じて、固形分濃度15質量%の所望のポリアミド酸溶液を得た。
合成例1において、ジアミン化合物としてのDAC110モル部の代わりに、4,4’-ジアミノジフェニルアミン(APA)110モル部を用いた以外は、合成例1に関して記載した製造方法に準じて、固形分濃度15質量%の所望のポリアミド酸溶液を得た。
ジアミン化合物としてのDPE110モル部のNMP溶液と、テトラカルボン酸化合物としての1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)50モル部及びメソ-ブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸二無水物(BDA)50モル部のNMP溶液と、有機溶媒としてのブチルセロソルブとを混合し、室温で8時間反応させて、第一級アミンを両末端に有するポリアミド酸を生成させた。未反応のジアミン化合物を除去して、固形分濃度15質量%の所望のポリアミド酸溶液を得た。
合成例5において、ジアミン化合物としてのDPE110モル部の代わりに、4,4’-ジアミノジフェニルメタン(DPM)110モル部を用いた以外は、合成例5に関して記載した製造方法に準じて、固形分濃度15質量%の所望のポリアミド酸溶液を得た。
合成例5において、ジアミン化合物としてのDPE110モル部の代わりに、APA110モル部を用いた以外は、合成例5に関して記載した製造方法に準じて、固形分濃度15質量%の所望のポリアミド酸溶液を得た。
以上述べた合成例1から合成例7までで合成したポリアミド酸系化合物の合成に用いたテトラカルボン酸化合物及びジアミン化合物を下記表1に記載する。
下記表2に示す上層成分及び下層成分を重量比7:3の比率で混合し、例1~例6の塗布液(光配向膜用ワニス)を調製した。
図2に示す構造の液晶表示装置の第1基板SUB1の第1配向膜AL1及び第2基板SUB2の第2配向膜AL2を塗布すべき領域に、例1の塗布液を膜厚が100nmとなるように塗布し、230℃、10分間加熱してイミド化を行なった。イミド化率は、いずれも80%であった。
例1の液晶表示装置から50cm離れた場所に輝度測定器(トプコムテクノハウス社製、BM-5AS)を設置した。照明装置点灯下、オシロスコープ(テクトロニクス社製)を用いて輝度の連続出力(アナログ出力)を確認し、フリッカが最も少なくなる電圧(初期値のVcom)に設定した。この設定値をオフセットDC電圧とした。
評価1の測定条件において、例1~例6の液晶表示装置に、図4に示す白と黒(図中斜線で示す)のチェッカーフラグパターンを4時間表示させた。各チェッカーパターンは、一辺5mmの正方形であった。白は最大輝度(256/256階調)であり、黒は最少輝度(0/256階調)である。4時間後、各液晶表示装置に、最大輝度の1%となる電圧を印加し画面全体に3/256階調のグレー表示をさせると、4時間表示時の白表示部と黒表示部で輝度が異なる現象が観察された。両表示部の輝度変化率:
{(a-b)/b}×100
(式中、aは、白表示部の輝度であり、bは、黒表示部の輝度である)を残像強度とした。この数値が1%以上あると、人間の目には残像として認識される。
表層にITO膜が形成された無アルカリガラス基板(表面抵抗≦30Ω/sq、ITO膜厚90nm、ジオマテック製)のITO層上に、例1~例6の塗布液それぞれを、膜厚が200nmとなるように塗布し、230℃、10分間加熱してイミド化を行なった。
無アルカリガラス基板上に形成された光配向膜上に、直径0.8mmの円形のアルミ電極、及び当該円形の電極の周囲に、離間したC字状のアルミ電極(ガードリング付きアルミ円形電極)を、膜厚0.3μmとなるようにマスク真空蒸着により形成した。
C字状のアルミ電極の外周側にある光配向膜の一部を除去し、ITO層の一部を露出させた。ITO層の一部を露出させた部分に、プローブとの接触を安定させるための銀ペーストを塗布した。この基板を光配向膜の抵抗率測定用の基板とした。
横軸をV、縦軸をI、プロットの傾きの逆数をRとして、次式により抵抗率ρ[Ωcm]を算出した。
ρ=R・S/d
式中、dは、光配向膜の膜厚(200nm)であり、Sは、電極の面積(2cm2)である。結果を下記表2に併記する。
A:液晶表示装置にDC残像を生じさせても5分未満の短時間で消失させ、Vcomの短時間(3分間)でのドリフト量が比較的小さかった。
B:液晶表示装置にDC残像を生じさせても30分未満の一定時間で消失させ、Vcomの短時間(3分間)でのドリフト量が比較的小さかった。
C:液晶表示装置にDC残像を生じさせ、2時間以上の長時間経過しても消失しなかった。
D:液晶表示装置にDC残像を生じさせても5分未満の短時間で消失させたが、Vcomの短時間(3分間)でのドリフト量が大きかった。
結果を表2に併記する。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
有機溶媒中に、ポリアミド酸又はポリアミド酸エステルである第1ポリアミド酸系化合物と、前記第1ポリアミド酸系化合物よりも高い極性を有する、ポリアミド酸又はポリアミド酸エステルである第2ポリアミド酸系化合物とを含有し、
前記第1ポリアミド酸系化合物は、下記式(1):
由来の骨格を含み、
前記第2ポリアミド酸系化合物は、下記式(2):
[2]
前記含窒素複素環式骨格は、カルバゾール骨格又はアクリジン骨格である[1]に記載の光配向膜用ワニス。
[3]
前記第2ポリアミド酸系化合物は、下記式(9):
[4]
前記第2ポリアミド酸系化合物は、下記式(10-2):
[5]
前記第1ポリアミド系化合物は、下記式(5-1):
[6]
前記第2ポリアミド酸系化合物は、下記式(11-1):
[7]
配向膜がある第1基板と、
前記第1基板の前記配向膜側に対向して配置された第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置された液晶層と
を備え、
前記配向膜は[1]~[6]のいずれか一項に記載の光配向膜用ワニスのイミド化物を含む液晶表示装置。
[8]
前記配向膜は上層と下層とを含み、当該上層が前記前記第1ポリアミド酸系化合物のイミド化物を含み、当該下層が前記前記第2ポリアミド酸系化合物のイミド化物を含む[7]に記載の液晶表示装置。
[9]
前記上層は、前記下層よりも厚い[7]又は[8]に記載の液晶表示装置。
[10]
前記配向膜は、2.0×10 13 Ω・cm以上の抵抗率を有する[7]~[9]のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
Claims (9)
- 有機溶媒中に、ポリアミド酸又はポリアミド酸エステルである第1ポリアミド酸系化合物と、前記第1ポリアミド酸系化合物よりも高い極性を有する、ポリアミド酸又はポリアミド酸エステルである第2ポリアミド酸系化合物とを含有し、
前記第1ポリアミド酸系化合物は、下記式(1):
で表されるジアミン化合物由来の骨格を含み、
前記第2ポリアミド酸系化合物は、下記式(2):
- 配向膜がある第1基板と、
前記第1基板の前記配向膜側に対向して配置された第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置された液晶層と
を備え、
前記配向膜は請求項1~5のいずれか一項に記載の光配向膜用ワニスのイミド化物を含む液晶表示装置。 - 前記配向膜は上層と下層とを含み、当該上層が前記第1ポリアミド酸系化合物のイミド化物を含み、当該下層が前記第2ポリアミド酸系化合物のイミド化物を含む請求項6に記載の液晶表示装置。
- 前記上層は、前記下層よりも厚い請求項7に記載の液晶表示装置。
- 前記配向膜は、2.0×1013Ω・cm以上の抵抗率を有する請求項6~8のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
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