JP7259328B2 - 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
このラビング処理では、液晶配向膜が削れることで発生する粉塵や液晶配向膜についた傷が表示素子の表示品位を低下させる問題が知られている。そのため、液晶配向膜には、膜硬度が大きいという、ラビング処理に対する耐性(ラビング耐性)が求められている。
物理的に研磨する場合、研磨に用いる装置によっては、作製した液晶パネルが曲げられることもあり、その結果、液晶配向膜に対してあらゆる方向から応力がかかる。そのため、液晶配向膜の機械的強度が弱い場合、特にカラムスペーサーの周りで膜の破断が起こり、不良の原因になることがある。ラビング処理に対して十分な耐性を有するこれまでの液晶配向膜も、このスリミング工程に対する耐性が不十分であることが多い。
本発明の主目的は、ラビング工程はもちろんのこと、スリミング工程においても、膜の削づれや、破断などを抑制しえる大きい膜硬度を有するとともに、液晶パネル製造における歩留りが高く、且つIPS駆動方式やFFS駆動方式の液晶表示素子において発生する交流駆動による残像を低減することができる電気特性に優れた液晶配向膜を得ることができる液晶配向剤を提供することである。
本発明の液晶配向剤に含まれる(A)成分は、テトラカルボン酸誘導体成分と、上記式(1)の構造を有するジアミンを含有するジアミン成分との反応物であるポリイミド前駆体のイミド化物であり、かつイミド化率が20%~80%であるポリイミドである。
テトラカルボン酸誘導体成分と反応させる全ジアミン成分中における、式(1)の構造を有するジアミンを含有する割合は、本発明の目的をより良く達成するために、好ましくは10~80モル%であり、より好ましくは20~60モル%であり、特に好ましくは20~50%である。
また、式(6)におけるY1を例示すると、以下の(Y-1)~(Y-168)が挙げられる。
上記式(7)で表される熱脱離性基を有するY1の具体例としては、Y-158、Y-159、Y-160、Y-161、Y-162、又はY-163が挙げられる。
テトラカルボン酸誘導体成分と反応させる全ジアミン成分中における、上記式(7)の構造を有するジアミンを含有する割合は、好ましくは10~70モル%であり、より好ましくは20~50モル%である。
上記式(1)の構造を有するジアミンを含有するジアミン成分と反応させて、本発明の液晶配向剤に含まれる(A)成分を製造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、テトラカルボン酸、テトラカルボン酸ジハライド、テトラカルボン酸ジアルキルエステル、又はテトラカルボン酸ジアルキルエステルジハライド用いることができる。なかでも、テトラカルボン酸誘導体としては、テトラカルボン酸二無水物が好ましい。
式(X1-1)の具体的な構造としては、下記のものが挙げられる。
本発明の液晶配向剤に含有されるポリイミドの前駆体である、ポリアミック酸及びポリアミック酸エステルは、上記したテトラカルボン酸誘導体成分とジアミン成分との(重縮合)反応により下記のように製造される。
<ポリアミック酸の製造方法>
ポリアミック酸は、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製造できる。
上記の反応に用いる有機溶媒は、生成したポリイミド前駆体が溶解するものであれば特に限定されない。例えば、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、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、又は1,3-ジメチル-イミダゾリジノンが挙げられる。
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、ポリアミック酸を溶解させない溶媒であっても、生成したポリアミック酸が析出しない範囲で、前記溶媒に混合して使用してもよい。また、溶媒中の水分は、重合反応を阻害し、さらには生成したポリアミック酸を加水分解させる原因となるので、溶媒は脱水乾燥させたものを用いることが好ましい。
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、ポリアミック酸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。
ポリアミック酸エステルは、以下に示す(1)、(2)又は(3)の方法で製造することができる。
(1)ポリアミック酸から製造する場合
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製造できる。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製造できる。
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。製造時の濃度は、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。
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製造することができる。
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製造することができる。
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。塩基の使用量は、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。
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製造することができる。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製造することができる。
また、上記反応において、ルイス酸を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。
上記(A)成分であるポリイミドは、前記ポリアミック酸又はポリアミック酸エステル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。
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。
また、ポリイミドの分子量は、重量平均分子量(Mw)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(Mn)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。
本発明の液晶配向剤に含有される(B)成分は、架橋性官能基を2つ以上有する化合物である。かかる、架橋性官能基としては、入手性及び効果の点から、ヒドロキシル基、 (メタ)アクリレート基、ブロックイソシアネート基、オキセタン基、及びエポキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。なかでも、ヒドロキシル基が好ましい。(B)成分である化合物は、同じ架橋性官能基を2つ以上有していてもよいし、異なる2種以上の架橋性官能基を2つ以上有していてもよい。架橋性官能基の数に上限はないが、通常は8つ以下であり、好ましくは6つ以下である。
なかでも、式(2)中のX2のカルボニル基に直接結合する原子は、芳香環を形成していない炭素原子であることが液晶配向性の観点から好ましい。また、式(2)のX2は、液晶配向性及び溶解性の観点から、脂肪族炭化水素基であることが好ましく、炭素数1~10であることがより好ましい。式(2)中、nは溶解性の点から、2~4が好ましい。
本発明の液晶配向剤は、更に、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を(C)成分として含有することができる。
かかる(C)成分のポリイミド前駆体としては、前記(A)成分のポリイミドの前駆体であるポリイミド前駆体の原料として記載したテトラカルボン酸誘導体、及びジアミンが使用できるが、同じ液晶配向剤中に含有される(A)成分のポリイミドの前駆体と同じポリイミド前駆体は除かれる。ポリイミド前駆体としては、ポリアミック酸が好ましい。
本発明の液晶配向剤は、かかる(C)成分を含有することにより、得られる液晶配向膜の膜強度を一層高めることができる。液晶配向剤中における(C)成分は、(A)成分に対して20~80モル%が好ましく、40~70モル%がより好ましい。
本発明の液晶配向剤は、前記した(A)成分、及び(B)成分、更に、必要に応じて(C)成分が、有機溶媒中に溶解された溶液の形態を有する。
本発明の液晶配向剤中の重合体の濃度は、形成させようとする塗膜の厚み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は、1質量%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質量%以下とすることが好ましい。特に好ましくは3~6.5質量%である。
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、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、ジ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、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン又は4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンなどを挙げられる。特に、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、又はγ-ブチロラクトンを用いることが好ましい。
本発明の液晶配向剤に含有される有機溶媒は、なかでも、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N-ペンチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、及び3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種からなる第一の溶剤(I)と、
ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、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、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ダイアセトンアルコール、ジイソブチルカルビノール、ジイソブチルケトン、プロピレンカーボネート、プロピレングリコールジアセテート、及びソペンチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種からなる第二の溶剤(II)と、を含有するものであるのが好ましい。
本発明の液晶配向剤における有機溶媒は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の20~99質量%であることが好ましい。なかでも、20~90質量%が好ましい。より好ましいのは、30~80質量%である。
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、エチレングリコールモノブチルエーテル、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、プロピレングリコールモノブチルエーテル、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、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、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、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、前記式[D-1]~式[D-3]で示される溶媒などを挙げることができる。
なかでも、1-ヘキサノール、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、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル又はジプロピレングリコールジメチルエーテルが好ましい。
本発明の液晶配向剤には、上記の他、本発明に記載の重合体以外の重合体、液晶配向膜の誘電率や導電性などの電気特性を変化させる目的の誘電体若しくは導電物質、液晶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、液晶配向膜にした際の膜の硬度や緻密度を高める目的の架橋性化合物、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。
本発明の液晶配向膜は、上記液晶配向剤を基板に塗布し、乾燥し、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、アクリル基板、ポリカーボネート基板等のプラスチック基板等を用いることができる。さらに、液晶駆動のためのITO電極等が形成された基板を用いることが、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等の不透明な物でも使用でき、この場合の電極は、アルミニウム等の光を反射する材料も使用できる。
ラビング処理は、既存のラビング装置を使用して行うことができる。この際のラビング布の材質としては、コットン、ナイロン、レーヨンなどが挙げられる。ラビング処理の条件としては一般に、回転速度300~2000rpm、送り速度5~100mm/s、押し込み量0.1~1.0mmという条件が用いられる。その後、純水やアルコールなどを用いて超音波洗浄により、ラビングで生じた残渣が除去される。
偏光された紫外線の消光比が高いほど、より高い異方性が付与できるため好ましい。具体的には、直線に偏光された紫外線の消光比は、10:1以上が好ましく、20:1以上がより好ましい。
上記で、偏光された放射線を照射した膜は、次いで、水及び有機溶媒からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む溶媒で接触処理してもよい。
汎用性や安全性の点から、水、2-プロパノール、1-メトキシ-2-プロパノール及び乳酸エチルからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。水、2-プロパンール、又は水と2-プロパノールの混合溶媒が特に好ましい。
接触処理の後に、使用した溶液中の溶媒を除去する目的で、水、メタノール、エタノール、2-プロパノール、アセトン、メチルエチルケトンなどの低沸点溶媒によるすすぎ(リンス)や乾燥のいずれか、又は両方を行ってよい。
加熱の温度としては、150~300℃が好ましい。温度が高いほど、分子鎖の再配向が促進されるが、温度が高すぎると分子鎖の分解を伴う恐れがある。そのため、加熱温度としては、180~250℃がより好ましく、200~230℃が特に好ましい。
加熱する時間は、短すぎると、分子鎖の再配向の効果が得られない可能性があり、長すぎると、分子鎖が分解してしまう可能性があるため、10秒~30分が好ましく、1~10分がより好ましい。
本発明の液晶表示素子は、本発明の液晶配向膜を具備することを特徴とする。本発明の液晶表示素子は、本発明の液晶配向剤から前記液晶配向膜の製造方法によって液晶配向膜付きの基板を得た後、公知の方法で液晶セルを作製し、それを使用して液晶表示素子としたものである。
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。尚、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を設け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。
次に、各基板の上に、本発明の液晶配向膜を形成する。次に、一方の基板に他方の基板を互いの配向膜面が対向するようにして重ね合わせ、周辺をシール材で接着する。シール材には、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く。また、シール材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。シール材の一部には、外部から液晶を充填可能な開口部を設けておく。
本発明において、シール剤としては、例えば、エポキシ基、アクリロイル基、(メタ)アクリロイル基、ヒドロキシル基、アリル基、アセチル基などの反応性基を有する、紫外線照射や加熱によって硬化する樹脂が用いられる。特に、エポキシ基と(メタ)アクリロイル基の両方の反応性基を有する硬化樹脂系を用いるのが好ましい。
NMP:N-メチル-2-ピロリドン、GBL:γ―ブチロラクトン、
BCS:ブチルセロソルブ、
DA-1:ビス(4-アミノフェノキシ)メタン、
DA-2:1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)エタン、
DA-3:N-tert-ブトキシカルボニル-N-(2-(4-アミノフェニル)エチル)-N-(4-アミノベンジル)アミン、
DA-4:下記式(DA-4)参照、
DA-5:2-tert-ブトキシカルボニルアミノメチル-p-フェニレンジアミン(式中、Bocは、tert-ブトキシカルボニル基を表す)、
DA-6:下記式(DA-6)参照、
CA-1:下記式(CA-1)参照、CA-2:下記式(CA-2)参照、
CA-3:下記式(CA-3)参照、AD-1:下記式(AD-1)参照
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、コーンロータTE-1(1°34’、R24)、温度25℃で測定した。
[分子量]
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(Mn)と重量平均分子量(Mw)を算出した。
GPC装置:Shodex社製(GPC-101)、カラム:Shodex社製(KD803、KD805の直列)、カラム温度:50℃、溶離液:N,N-ジメチルホルムアミド(添加剤として、臭化リチウム-水和物(LiBr・H2O)が30mmol/L、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、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)約12,000、4,000、1,000)。測定は、ピークが重なるのを避けるため、900,000、100,000、12,000、1,000の4種類を混合したサンプル、及び150,000、30,000、4,000の3種類を混合したサンプルの2サンプルを別々に測定した。
ポリイミド粉末20mgをNMRサンプル管(NMRサンプリングチューブスタンダード,φ5(草野科学社製))に入れ、重水素化ジメチルスルホキシド(DMSO-d6,0.05%TMS(テトラメチルシラン)混合品)を0.53ml添加し、超音波をかけて完全に溶解させた。この溶液をNMR測定機(JNW-ECA500)(日本電子データム社製)にて500MHzのプロトンNMRを測定した。イミド化率は、イミド化前後で変化しない構造に由来するプロトンを基準プロトンとして決め、このプロトンのピーク積算値と、9.5ppm~10.0ppm付近に現れるアミド酸のNH基に由来するプロトンピーク積算値とを用い以下の式によって求めた。
イミド化率(%)=(1-α・x/y)×100
上記式において、xはアミド酸のNH基由来のプロトンピーク積算値、yは基準プロトンのピーク積算値、αはポリアミド酸(イミド化率が0%)の場合におけるアミド酸のNH基プロトン1個に対する基準プロトンの個数割合である。
フリンジフィールドスィッチング(Fringe Field Switching:FFS)モード液晶表示素子の構成を備えた液晶セルを作製する。
始めに、電極付きの基板を準備した。基板は、30mm×50mmの大きさで、厚さが0.7mmのガラス基板である。基板上には第1層目として対向電極を構成する、ベタ状のパターンを備えたITO電極が形成されている。第1層目の対向電極の上には第2層目として、CVD法により成膜されたSiN(窒化珪素)膜が形成されている。第2層目のSiN膜の膜厚は500nmであり、層間絶縁膜として機能する。第2層目のSiN膜の上には、第3層目としてITO膜をパターニングして形成された櫛歯状の画素電極が配置され、第1画素及び第2画素の2つの画素を形成している。各画素のサイズは、縦10mmで横約5mmである。このとき、第1層目の対向電極と第3層目の画素電極とは、第2層目のSiN膜の作用により電気的に絶縁されている。
上記した残像評価に使用した液晶セルと同様の構造の液晶セルを準備した。
この液晶セルを用い、60℃の恒温環境下、周波数60Hzで±5Vの交流電圧を120時間印加した。その後、液晶セルの画素電極と対向電極との間をショートさせた状態にし、そのまま室温に一日放置した。
放置の後、液晶セルを偏光軸が直交するように配置された2枚の偏光板の間に設置し、電圧無印加の状態でバックライトを点灯させておき、透過光の輝度が最も小さくなるように液晶セルの配置角度を調整した。そして、第1画素の第2領域が最も暗くなる角度から第1領域が最も暗くなる角度まで液晶セルを回転させたときの回転角度を角度Δとして算出した。第2画素でも同様に、第2領域と第1領域とを比較し同様の角度Δを算出した。
鉛筆硬度評価のサンプルは、以下のように作製した。30mm×40mmのITO基板に、スピンコート塗布にて液晶配向剤を塗布した。80℃のホットプレート上で2分間乾燥させた後、230℃の熱風循環式オーブンで14分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。この塗膜面にラビングや偏光紫外線照射などの配向処理を施し、液晶配向膜付き基板を得た。この基板を、水及び有機溶媒から選ばれる少なくとも1種類の溶媒に3分間浸漬させ、次いで純水に1分間浸漬させ、150℃~300℃のホットプレート上で14分間加熱し、液晶配向膜付き基板を得た。この基板の液晶配向膜面を鉛筆硬度試験法(JIS K5400)で測定した。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-1を1.75g(7.60mmol)、DA-2を4.64g(19.0mmol)、DA-3を3.89g(11.4mmol)を測り取り、NMPを46.9g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CA-1を7.93g(35.3mmol)添加し、更に固形分濃度が18質量%になるようにNMPを36.1g加え、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(A)(粘度:800mPa・s)を得た。ポリアミック酸のMn=10800、Mw=23600であった。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100ml四つ口フラスコに得られたポリアミック酸溶液を30g取り、NMPを37.5g加え、30分撹拌した。得られたポリアミック酸溶液に、無水酢酸を3.39g、ピリジンを0.88g加えて、55℃で3時間加熱し、化学イミド化を行った。得られた反応液を270mlのメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取し、続いて、270mlのメタノールで3回洗浄した。得られた樹脂粉末を60℃で12時間乾燥することで、ポリイミド樹脂粉末(A)を得た。
このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は67%であり、Mn=7500、Mw=1100であった。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-1を3.50g(15.2mmol)、DA-2を2.78g(11.4mmol)、DA-3を3.89g(11.4mmol)を測り取り、NMPを46.36g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CA-1を7.92g(35.3mmol)添加し、更に固形分濃度が18質量%になるようにNMPを36.1g加え、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(C)(粘度:820mPa・s)を得た。ポリアミック酸のMn=11000、Mw=25200であった。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100ml四つ口フラスコに得られたポリアミック酸溶液を30g取り、NMPを37.5g加え、30分撹拌した。得られたポリアミック酸溶液に、無水酢酸を3.40g、ピリジンを0.88g加えて、55℃で3時間加熱し、化学イミド化を行った。得られた反応液を270mlのメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取し、続いて、270mlのメタノールで3回洗浄した。得られた樹脂粉末を60℃で12時間乾燥することで、ポリイミド樹脂粉末(B)を得た。
このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は67%であり、Mn=8000、Mw=12500であった。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-1を0.69g(3.00mmol)、DA-4を1.60g(5.00mmol)、DA-3を0.68g(2.00mmol)を測り取り、NMPを32.3g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CA-1を2.17g(9.70mmol)添加し、更に固形分濃度が18質量%になるようにNMPを5.00g加え、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(C)(粘度:790mPa・s)を得た。ポリアミック酸のMn=15500、Mw=40600であった。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100ml四つ口フラスコに得られたポリアミック酸溶液を50g取り、NMPを62.5g加え、30分撹拌した。得られたポリアミック酸溶液に、無水酢酸を5.39g、ピリジンを1.39g加えて、55℃で3時間加熱し、化学イミド化を行った。得られた反応液を525mlのメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取し、続いて、525mlのメタノールで3回洗浄した。得られた樹脂粉末を60℃で12時間乾燥することで、ポリイミド樹脂粉末(C)を得た。
このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は63%であり、Mn=6000、Mw=9600であった。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-1を6.91g(30.0mmol)を測り取り、NMPを59.1g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CA-3を1.50g(6.00mmol)添加し、室温で3時間撹拌した後、CA-2を6.62g(22.5mmol)を添加し、固形分濃度が15質量%になるようにNMPを12.8gg加え、室温で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(D)(粘度:870mPa・s)を得た。ポリアミック酸のMn=13200、Mw=35700であった。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-2を6.33g(25.9mmol)、DA-3を3.79g(11.1mmol)を測り取り、NMPを73.1g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CA-1を7.73g(34.4mmol)添加し、更に固形分濃度が18質量%になるようにNMPを8.12g加え、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(E)(粘度:800mPa・s)を得た。ポリアミック酸のMn=13500、Mw=23600であった。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100ml四つ口フラスコに得られたポリアミック酸溶液を30g取り、NMPを15.0g加え、30分撹拌した。得られたポリアミック酸溶液に、無水酢酸を3.37g、ピリジンを0.44g加えて、55℃で3時間加熱し、化学イミド化を行った。得られた反応液を212mlのメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取し、続いて、212mlのメタノールで3回洗浄した。得られた樹脂粉末を60℃で12時間乾燥することで、ポリイミド樹脂粉末(F)を得た。ポリイミド樹脂のイミド化率は68%であり、Mn=9400、Mw=23000であった。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-2を4.40g(18.0mmol)、DA-3を6.15g(18.0mmol)を測り取り、NMPを74.0g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CA-1を7.50g(33.4mmol)添加し、更に固形分濃度が18質量%になるようにNMPを8.22g加え、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(G)(粘度:820mPa・s)を得た。ポリアミック酸のMn=11000、Mw=30700であった。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100ml四つ口フラスコに得られたポリアミック酸溶液(A)を20g測り取り、NMPを14.29g加え、30分撹拌した。得られたポリアミック酸溶液に、無水酢酸を1.48g、ピリジンを0.38g加えて、60℃で3時間加熱し、化学イミド化を行った。得られた反応液を150mlのメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取し、続いて、150mlのメタノールで3回洗浄した。得られた樹脂粉末を60℃で12時間乾燥することで、ポリイミド樹脂粉末(H)を得た。このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は70%であり、Mn=9050、Mw=16600であった。
合成例1で得られたポリイミド樹脂粉末(A)1.80gを100ml三角フラスコに取り、固形分濃度が15%になるようにNMPを10.2g加え、70℃で24時間撹拌し溶解させてポリイミド溶液(K)を得た。このポリイミド溶液にAD-1を0.09g、NMPを11.9g、BCSを6.00g添加し、室温で3時間撹拌し、液晶配向剤(1)を得た。この液晶配向剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
合成例2で得られたポリイミド樹脂粉末(B)1.80gを100ml三角フラスコに取り、固形分濃度が15%になるようにNMPを10.2g加え、70℃で24時間撹拌し溶解させてポリイミド溶液(L)を得た。このポリイミド溶液にAD-1を0.09g、NMPを11.9g、BCSを6.00g添加して室温で3時間撹拌し、液晶配向剤(2)を得た。この液晶配向剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
合成例2で得られたポリイミド樹脂粉末(C)1.80gを100ml三角フラスコに取り、固形分濃度が15%になるようにNMPを22.11g加え、70℃で24時間撹拌し溶解させてポリイミド溶液(M)を得た。このポリイミド溶液にAD-1を0.09g、NMPを11.9g、BCSを6.00g添加して室温で3時間撹拌し、液晶配向剤(3)を得た。この液晶配向剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
18質量%のポリアミック酸(D)7.80gと15質量%のポリイミド溶液(K)5.20gを100mL三角フラスコに取り、AD-1を0.98g、NMPを4.34g、GBLを5.68g、BCSを6.00g添加して室温で3時間撹拌し、液晶配向剤(4)を得た。この液晶配向剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
18質量%のポリアミック酸(D)7.80gと15質量%のポリイミド溶液(L)5.20gを100mL三角フラスコに取り、AD-1を0.98g、NMPを4.36g、GBLを5.66g、BCSを6.00g添加して室温で3時間撹拌し、液晶配向剤(5)を得た。この液晶配向剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
合成例5で得られたポリイミド樹脂粉末(F)1.80gを100ml三角フラスコに取り、固形分濃度が15%になるようにNMPを10.2g加え、70℃で24時間撹拌し溶解させてポリイミド溶液(N)を得た。このポリイミド溶液にAD-1を0.09g、NMPを11.9g、BCSを6.00g添加し、室温で3時間撹拌し、液晶配向剤(6)を得た。この液晶配向剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
合成例6で得られたポリイミド樹脂粉末(H)1.80gを100ml三角フラスコに取り、固形分濃度が15%になるようにNMPを10.2g加え、70℃で24時間撹拌し溶解させてポリイミド溶液(O)を得た。このポリイミド溶液にAD-1を0.09g、NMPを11.9g、BCSを6.00g添加し、室温で3時間撹拌し、液晶配向剤(7)を得た。この液晶配向剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
実施例1で得られたポリイミド溶液(K)12gに、NMPを12.0g、BCSを6.00g添加し、室温で3時間撹拌し、液晶配向剤(8)を得た。この液晶配向剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
上記の液晶配向剤(1)を孔径1.0μmのフィルターで濾過した後、準備された上記電極付き基板と裏面にITO膜が成膜されている高さ4μmの柱状スペーサーを有するガラス基板に、スピンコート塗布にて塗布した。80℃のホットプレート上で5分間乾燥させた後、230℃の熱風循環式オーブンで20分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。この塗膜面に偏光板を介して消光比26:1の直線偏光した波長254nmの紫外線を0.25J/cm2照射した後、純水:2-プロパノール=1/1の混合溶液に5分間浸漬させ、次いで純水に1分間浸漬させた230℃のホットプレート上で14分間加熱して、液晶配向膜付き基板を得た。この基板の液晶配向膜面を鉛筆硬度試験法(JIS K5400)で測定した結果、3Hであった。
液晶配向剤(1)の代わりに、それぞれ、表1に示した液晶配向剤を用いた以外は、実施例6と全く同様にして鉛筆硬度試験用のサンプルをそれぞれ作製した。それぞれの鉛筆硬度試験の評価を行った結果を、実施例6の結果を含めて表1に示す。表1中、「H<」は、鉛筆硬度が1よりも小さいこと表す。
実施例1で得られた液晶配向剤(1)を孔径1.0μmのフィルターで濾過した後、準備された上記電極付き基板と裏面にITO膜が成膜されている高さ4μmの柱状スペーサーを有するガラス基板に、スピンコート塗布にて塗布した。80℃のホットプレート上で5分間乾燥させた後、230℃の熱風循環式オーブンで20分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。この塗膜面に偏光板を介して消光比26:1の直線偏光した波長254nmの紫外線を0.25J/cm2照射した。この基板を、純水に3分間浸漬させ、230℃のホットプレート上で14分間乾燥させて、液晶配向膜付き基板を得た。
得られた上記2枚の基板を一組とし、基板上にシール剤を印刷し、もう1枚の基板を、液晶配向膜面が向き合い配向方向が0°になるようにして張り合わせた後、シール剤を硬化させて空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、液晶MLC-3019(メルク社製)を注入し、注入口を封止して、FFS駆動液晶セルを得た。その後、得られた液晶セルを110℃で1時間加熱し、一晩放置して、長期交流駆動による残像評価を実施した。長期交流駆動後におけるこの液晶セルの角度Δの値は、0.10度であった。
液晶配向剤(1)の代わりに、それぞれ、表2に示した液晶配向剤を用い、また、紫外線の照射量を表2に示したものにした以外は、実施例11と全く同様の方法でFFS駆動液晶セルを作製し、長期交流駆動による残像評価を実施した。それぞれにおける長期交流駆動後におけるこの液晶セルの角度Δの値を、実施例11の結果を含めて表2に示す。
なお、2016年11月18日に出願された日本特許出願2016-225395号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (13)
- 下記(A)成分、(B)成分、及び有機溶剤を含有することを特徴とする液晶配向剤。
(A)成分:下記式(X1-1)で表されるテトラカルボン酸誘導体成分と、下記式(1)の構造を有するジアミンを含有するジアミン成分との反応物であるポリイミド前駆体のイミド化物であり、かつイミド化率が50%~80%であるポリイミド。
(B)成分:下記式(2)で表される、架橋性官能基を2つ以上有する化合物。
- 前記イミド化率が50%~70%である、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記ジアミン成分が、式(1)の構造を有するジアミンを20~50モル%含有する、請求項1又は2に記載の液晶配向剤。
- 前記ジアミン成分が、更に、熱によって脱離してアミノ基を生じる構造を有するジアミンを含有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 前記(B)成分が、前記(A)成分に対して0.1~20質量%含有される、請求項1~7のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 更に、下記の(C)成分を含有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
(C)成分: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(但し、前記(A)成分のポリイミドの前駆体と同じポリイミド前駆体を除く。) - 前記有機溶剤が、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N-ペンチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、及び3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種からなる第一の溶剤(I)と、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、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、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ダイアセトンアルコール、ジイソブチルカルビノール、ジイソブチルケトン、プロピレンカーボネート、プロピレングリコールジアセテート、ジイソペンチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種からなる第二の溶剤(II)と、を含有する、請求項1~9のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 請求項1~10のいずれか1項に記載の液晶配向剤から得られる液晶配向膜。
- 請求項1~10のいずれか1項に記載の液晶配向剤を塗布、焼成し、さらに偏光された紫外線を照射する液晶配向膜の製造方法。
- 請求項11に記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
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