JPWO2006068197A1 - 液晶配向剤及びそれを用いた液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
Description
1.ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分とを反応重合させることにより得られるポリアミック酸及び該ポリアミック酸を脱水閉環して得られるポリイミドのうちの少なくとも一方のポリマーを含有する液晶配向剤であって、該ジアミン成分中に下記一般式[1]で表されるジアミンが含まれることを特徴とする液晶配向剤。
3.一般式[1]で表されるジアミンが、1,2−ビス(4−アミノフェニル)エチン、1−(4−アミノフェニル)−2−(4−アミノ−3−メチルフェニル)エチン、1−(4−アミノフェニル)−2−(4−アミノ−3−メトキシフェニル)エチン、又は1−(4−アミノフェニル)−2−(4−アミノ−3−フルオロフェニル)エチンである上記1又は2に記載の液晶配向剤。
4.ジアミン成分が、一般式[1]で表されるジアミンを10〜100モル%含む上記1〜3のいずれかに記載の液晶配向剤。
5.テトラカルボン酸二無水物成分の少なくとも10モル%が芳香族テトラカルボン酸二無水物である、上記1〜4のいずれかに記載の液晶配向剤。
6.テトラカルボン酸二無水物成分の少なくとも10モル%が脂環式構造又は脂肪族構造を有するテトラカルボン酸二無水物である、上記1〜5のいずれかに記載の液晶配向剤。
7.ポリアミック酸を脱水閉環して得られるポリイミドのイミド化率が30%以上である、上記1〜6のいずれかに記載の液晶配向剤。
8.上記1〜7のいずれかに記載の液晶配向剤から得られた液晶配向膜を有する液晶表示素子。
本発明の液晶配向剤は、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分とを重合反応させてポリアミック酸とする際に、このジアミン成分の一部として特定のジアミンを使用することによって得られるポリアミック酸(以下、特定ポリアミック酸という)、または該ポリアミック酸を脱水閉環して得られるポリイミド、の少なくともいずれか一方のポリマーを含有する液晶配向剤である。即ち本発明の液晶配向剤は、特定ポリアミック酸または該ポリアミック酸を脱水閉環して得られるポリイミドのどちらか一方を含有するものであってもよく、特定ポリアミック酸および該ポリアミック酸を脱水閉環して得られるポリイミドの両方を含有するものであってもよい。
前記の特定ジアミンは、下記の一般式[1]で表される。
一般式[1]において、2つのアミノ基の置換位置は特に限定されないが、テトラカルボン酸二無水物との反応性および配向膜としたときの液晶配向性の観点から、トラン構造の4,4’の位置が好ましい。
一般式[1]で表されるジアミンの具体例を以下に示す。
上記特定のポリアミック酸を得るためのジアミン成分においては、一般式[1]で表されるジアミン以外に、その他のジアミンを併用することができる。このジアミン成分における一般式[1]で表されるジアミンの好ましい比率は10〜100モル%であり、より好ましくは30〜100モル%であり、さらに好ましくは50〜100モル%である。また、一般式[1]で表されるジアミンは、複数種組み合わせて用いてもよい。
その他のジアミンの具体例を挙げるならば以下に示すとおりである。
脂環式ジアミンとして、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルアミン、およびイソホロンジアミン等、が挙げられる。
特定ポリアミック酸を得るためのテトラカルボン酸二無水物成分に含まれるテトラカルボン酸二無水物およびその組成は特に限定されず、複数種類のテトラカルボン酸二無水物を組み合わせて用いてもよい。
脂環式構造又は脂肪族構造を有するものとして、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2−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、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、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1−シクロヘキシルコハク酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、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、3,3’,4,4’−ジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、シス−3,7−ジブチルシクロオクタ−1,5−ジエン−1,2,5,6−テトラカルボン酸二無水物、トリシクロ[4.2.1.02,5]ノナン−3,4,7,8−テトラカルボン酸−3,4:7,8−二無水物、ヘキサシクロ[6.6.0.12,7.03,6.19,14.010,13]ヘキサデカン−4,5,11,12−テトラカルボン酸−4,5:11,12−二無水物等、が挙げられる。
また、テトラカルボン酸二無水物成分の少なくとも10モル%に芳香族テトラカルボン酸二無水物を用いると、良好なラビング耐性が得られると共に、液晶の配向性がより良好な液晶配向膜を得ることができる。
本発明における特定ポリアミック酸は、以上に示したジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分とを反応重合させることによって得られるポリアミック酸である。ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分との反応方法は特に限定されないが、有機溶媒中でこの両者を混合する方法が一般的である。
上記のようにして得られたポリアミック酸は、そのまま本発明の液晶配向剤に用いることができるが、脱水閉環させたポリイミドとして用いることもできる。ただし、ポリアミック酸の構造によっては、ポリイミドへの転化が進むにつれて有機溶媒に不溶化し、液晶配向剤に用いることが困難となる場合がある。この場合はポリアミック酸中のアミック酸基全てを脱水閉環させず、適度な溶解性が保てる範囲でポリイミドにしたものであっても構わない。
本発明の液晶配向剤は、以上のようにして得られた特定ポリアミック酸または該ポリアミック酸を脱水閉環させたポリイミドの少なくとも一方のポリマーを有機溶媒に溶解させることにより得ることができる。
この有機溶媒としては、含有されるポリマー成分を溶解させるものであれば特に限定されない。その具体例を挙げるならば、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−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−ブチロラクトン等を挙げることができ、これらは1種類でも複数種類を混合して用いてもよい。
その他、本発明の液晶配向剤には、基板に対する塗膜の密着性をさらに向上させるために、シランカップリング剤などの公知の添加剤を加えることもできる。
本発明の液晶表示素子は、上記のような手法により本発明の液晶配向剤を使用して液晶配向膜付き基板を得た後、公知の方法で液晶セルを作成し、液晶表示素子としたものである。この液晶表示素子の方式は特に限定されない。液晶表示素子の方式としては、TN型、STN型、TFT型、横電界型(IPS)、垂直配向型(VA)、強誘電性液晶型、反強誘電性液晶型などを挙げることができる。特に、IPS型の液晶表示素子においては、その他の液晶表示素子よりも、素子作成時のラビング条件が厳しく膜削れが生じやすいので、被膜のラビング耐性に優れる本発明の液晶配向剤を好適に用いることができる。
(テトラカルボン酸二無水物)
CBDA:1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
TDA:3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物
PMDA:ピロメリット酸二無水物
(ジアミン)
DAT:1,2−ビス(4−アミノフェニル)エチン
3MDAT:1−(4−アミノフェニル)−2−(4−アミノ−3−メトキシフェニル)エチン
3FDAT:1−(4−アミノフェニル)−2−(4−アミノ−3−フルオロフェニル)エチン
p−PDA:p−フェニレンジアミン
DDM:4,4’−ジアミノジフェニルメタン
DDE:4,4’−ジアミノジフェニルエーテル
DADB:1,3−ジアミノ−4−ドデシルオキシベンゼン
(有機溶媒)
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
BCS:ブチルセロソルブ
GBL:γ−ブチロラクトン
(その他)
{SPI}:ポリアミック酸を脱水閉環させたポリイミド。
以下の合成例において、ポリアミック酸またはポリイミドの分子量の測定には、(株)センシュウ科学社製、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(KD803、805)を用い、数平均分子量及び重量平均分子量は、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た。また、ポリイミドのイミド化率は、該ポリイミドを重水素化DMF(ジメチルスルホキシド−d6)に溶解させ、1H−NMRを測定し、イミド化せずに残存しているアミド酸基の比率をプロトンピークの積算値の比から求め算出した。
テトラカルボン酸二無水物成分としてCBDA9.10g(0.046mol)、ジアミン成分としてDAT10.00g(0.048mol)をNMP176g中で混合し、室温で5時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が14826、重量平均分子量が31766であった。このポリアミック酸溶液50gにNMPとBCSを加え、ポリアミック酸5重量%、NMP75重量%、BCS20重量%となるように調製して本発明の液晶配向剤を得た。
テトラカルボン酸二無水物成分としてCBDA13.60g(0.069mol)、ジアミン成分として3MDAT15.60g(0.070mol)をNMP255g中で混合し、室温で5時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が16582、重量平均分子量が32256であった。このポリアミック酸溶液50gにNMPとBCSを加え、ポリアミック酸6重量%、NMP74重量%、BCS20重量%となるように調製して本発明の液晶配向剤を得た。
テトラカルボン酸二無水物成分としてCBDA13.75g(0.070mol)、ジアミン成分としてp−PDA4.98g(0.046mol)とDAT4.11g(0.020mol)をNMP205g中で混合し、室温で5時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が10121、重量平均分子量が17563であった。このポリアミック酸溶液50gにNMPとBCSを加え、ポリアミック酸6重量%、NMP74重量%、BCS20重量%となるように調製して本発明の液晶配向剤を得た。
テトラカルボン酸二無水物成分としてCBDA14.90g(0.076mol)、ジアミン成分としてp−PDA4.30g(0.040mol)とDAT8.30g(0.040mol)をNMP308g中で混合し、室温で5時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が11054、重量平均分子量が21235であった。このポリアミック酸溶液50gにNMPとBCSを加え、ポリアミック酸4重量%、NMP76重量%、BCS20重量%となるように調製して本発明の液晶配向剤を得た。
テトラカルボン酸二無水物成分としてPMDA15.70g(0.072mol)、ジアミン成分としてDAT16.70g(0.080mol)をNMP300g中で混合し、室温で5時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が12042、重量平均分子量が22482であった。このポリアミック酸溶液50gにNMPとBCSを加え、ポリアミック酸5重量%、NMP75重量%、BCS20重量%となるように調製して本発明の液晶配向剤を得た。
テトラカルボン酸二無水物成分としてCBDA7.80g(0.040mol)とPMDA7.00g(0.032mol)、ジアミン成分としてDAT16.70g(0.080mol)をNMP290g中で混合し、室温で10時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が10454、重量平均分子量が18772であった。このポリアミック酸溶液50gにNMPとBCSを加え、ポリアミック酸5重量%、NMP75重量%、BCS20重量%となるように調製して本発明の液晶配向剤を得た。
テトラカルボン酸二無水物成分としてTDA29.90g(0.100mol)、ジアミン成分としてDAT20.80g(0.100mol)をNMP280g中で混合し、室温で5時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が17726、重量平均分子量が30398であった。このポリアミック酸溶液50gにNMPとBCSを加え、ポリアミック酸5重量%、NMP75重量%、BCS20重量%となるように調製して本発明の液晶配向剤を得た。
合成例7で得られたポリアミック酸溶液50gにNMPを加えてポリアミック酸を5重量%に希釈し、さらにイミド化触媒として無水酢酸16.07g、ピリジン7.47gを加え、35℃で3時間反応させた。この反応溶液を625mlのメタノール中に投入し、得られた沈殿物を濾別し、メタノールで充分洗浄した後、100℃で減圧乾燥し、イミド化率92%の薄黄色のポリイミド粉末を得た。このポリイミドは、数平均分子量が16276、重量平均分子量が28839であった。このポリイミド粉末3.0gをGBL39.5gとBCS7.5gの混合溶媒に溶解し、本発明の液晶配向剤を得た。
テトラカルボン酸二無水物成分としてCBDA9.10g(0.046mol)、ジアミン成分としてDAT10.00g(0.048mol)をNMP176g中で混合し、室温で5時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が14826、重量平均分子量が31766であった。
テトラカルボン酸二無水物成分としてCBDA19.61g(0.100mol)、ジアミン成分としてDAT18.11g(0.087mol)とDADB2.92g(0.010mol)をNMP365g中で混合し、室温で3時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が18742、重量平均分子量が40386であった。このポリアミック酸溶液50gにNMPとBCSを加え、ポリアミック酸6重量%、NMP74重量%、BCS20重量%となるように調製して本発明の液晶配向剤を得た。
テトラカルボン酸二無水物成分としてCBDA13.60g(0.069mol)、ジアミン成分として3FDAT16.80g(0.074mol)をNMP270g中で混合し、室温で21時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が23647、重量平均分子量が49752であった。このポリアミック酸溶液50gにNMPとBCSを加え、ポリアミック酸6重量%、NMP74重量%、BCS20重量%となるように調製して本発明の液晶配向剤を得た。
テトラカルボン酸二無水物成分としてTDA5.88g(0.020mol)、ジアミン成分としてDAT2.08g(0.010mol)、p−PDA1.08(0.010mol)をNMP51.3g中で混合し、室温で24時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。このポリアミック酸溶液30gにNMPを加えてポリアミック酸を5重量%に希釈し、さらにイミド化触媒として無水酢酸10.70g、ピリジン4.97gを加え、35℃で3時間反応させた。この反応溶液を400mlのメタノール中に投入し、得られた沈殿物を濾別し、メタノールで充分洗浄した後、100℃で減圧乾燥し、イミド化率91%の薄黄色のポリイミド粉末を得た。このポリイミドは、数平均分子量が8830、重量平均分子量が15247であった。このポリイミド粉末3.0gをGBL39.5gとBCS7.5gの混合溶媒に溶解し、本発明の液晶配向剤を得た。
テトラカルボン酸二無水物成分としてTDA30.03g(0.100mol)、ジアミン成分としてDAT10.41g(0.050mol)、p−PDA4.33g(0.040mol)、DADB2.92g(0.010mol)をNMP270g中で混合し、50℃で36時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。50gにNMPを加えてポリアミック酸を5重量%に希釈し、さらにイミド化触媒として無水酢酸16.05g、ピリジン7.64gを加え、35℃で3時間反応させた。この反応溶液を625mlのメタノール中に投入し、得られた沈殿物を濾別し、メタノールで充分洗浄した後、100℃で減圧乾燥し、イミド化率92%の薄黄色のポリイミド粉末を得た。このポリイミドは、数平均分子量が10599、重量平均分子量が23952であった。このポリイミド粉末3.0gをGBL39.5gとBCS7.5gの混合溶媒に溶解し、本発明の液晶配向剤を得た。
テトラカルボン酸二無水物成分としてCBDA19.61g(0.100mol)、ジアミン成分としてp−PDA10.38g(0.096mol)をNMP345g中で混合し、室温で5時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が22382、重量平均分子量が40395であった。このポリアミック酸溶液50gにNMPとBCSを加え、ポリアミック酸4重量%、NMP76重量%、BCS20重量%となるように調製して比較のため液晶配向剤とした。
テトラカルボン酸二無水物成分としてPMDA20.30g(0.093mol)、ジアミン成分としてDDE20.00g(0.100mol)をNMP296g中で混合し、室温で24時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が43382、重量平均分子量が89467であった。このポリアミック酸溶液50gにNMPとBCSを加え、ポリアミック酸5重量%、NMP75重量%、BCS20重量%となるように調製して比較のための液晶配向剤とした。
テトラカルボン酸二無水物成分としてTDA29.73g(0.099mol)、ジアミン成分としてDDM19.83g(0.100mol)をNMP281g中で混合し、室温で24時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が10127、重量平均分子量が19746であった。このポリアミック酸溶液50gにNMPとBCSを加え、ポリアミック酸5重量%、NMP75重量%、BCS20重量%となるように調製して比較のための液晶配向剤とした。
テトラカルボン酸二無水物成分としてTDA23.50g(0.078mol)、ジアミン成分としてp−PDA8.65g(0.080mol)をNMP180g中で混合し、室温で24時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。このポリアミック酸溶液50gをNMPにより5重量%に希釈し、さらにイミド化触媒として無水酢酸14.50g、ピリジン6.75gを加え、35℃で3時間反応させた。この反応溶液を625mlのメタノール中に投入し、得られた沈殿物を濾別し、メタノールで充分洗浄した後、100℃で減圧乾燥し、イミド化率93%の白色のポリイミド粉末を得た。このポリイミドは、数平均分子量が16276、重量平均分子量が28839であった。このポリイミド粉末3.0gをGBL39.5gとBCS7.5gの混合溶媒に溶解し、比較のため液晶配向剤とした。
テトラカルボン酸二無水物成分としてCBDA19.22g(0.098mol)、ジアミン成分としてDDM19.83g(0.100mol)をNMP221g中で混合し、室温で24時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。重合反応は容易かつ均一に進行した。得られたポリアミック酸は、数平均分子量が20832、重量平均分子量が36395であった。
合成例1で得られた本発明の液晶配向剤を透明電極付きガラス基板にスピンコートし、80℃のホットプレート上で5分間乾燥させた後、220℃の熱風循環式オーブンで30分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。この塗膜面をロール径120mmのラビング装置でレーヨン布を用いて、ロール回転数700rpm、ロール進行速度10mm/sec、押し込み量0.45mmの条件でラビングし、液晶配向膜付き基板を得た。
評価基準
A:ラビング傷やラビングカス10個以下。
B:ラビング傷やラビングカスが11〜19個。
C:ラビング傷やラビングカスが20〜29個。
D:ラビング傷やラビングカスが30個以上。
合成例2〜13で得られた本発明の液晶配向剤を用いて、実施例1と同様の評価を行った。この結果は後述する表1に示す。
比較合成例1〜5で得られた液晶配向剤を用いて、実施例1と同様の評価を行った。この結果は後述する表1に示す。
合成例1で得られた本発明の液晶配向剤を透明電極付きガラス基板にスピンコートし、80℃のホットプレート上で5分間乾燥させた後、220℃の熱風循環式オーブンで30分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。この塗膜面をロール径120mmのラビング装置でレーヨン布を用いて、ロール回転数300rpm、ロール進行速度20mm/sec、押し込み量0.5mmの条件でラビングし、液晶配向膜付き基板を得た。
上記液晶セルをクロスニコルに設置した偏光板間に配置し液晶注入直後の液晶配向状態を目視で観察することにより評価した。その後、液晶セルを105℃、10分間加熱することで等方相処理を施し、等方相処理後の液晶配向状態を目視で観察した。この結果は後述する表2に示す。
合成例2、5、6、7、8、10、11、12、13で得られた本発明の液晶配向剤を用いて、実施例14と同様の評価を行った。この結果は後述する表2に示す。
合成例1で得られた本発明の液晶配向剤を透明電極付きガラス基板にスピンコートし、80℃のホットプレート上で5分間乾燥させた後、250℃の熱風循環式オーブンで60分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。この塗膜面をロール径120mmのラビング装置でレーヨン布を用いて、ロール回転数700rpm、ロール進行速度10mm/sec、押し込み量0.4mmの条件でラビングし、液晶配向膜付き基板を得た。
上記の液晶セルに23℃の温度下で4Vの電圧を60μs間印加し、16.67ms後の電圧を測定して、電圧がどのくらい保持できているかを電圧保持率として計算した。この結果は後述する表3に示す。
合成例2、5、7、8、12、13で得られた本発明の液晶配向剤を用いて、実施例24と同様の評価を行った。この結果は後述する表3に示す。
なお、2004年12月22日に出願された日本特許出願2004−370328号の明細書、特許請求の範囲、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 (8)
- 一般式[1]において、2つのアミノ基を4,4’の位置に有するジアミンである請求項1に記載の液晶配向剤。
- 一般式[1]で表されるジアミンが、1,2−ビス(4−アミノフェニル)エチン、1−(4−アミノフェニル)−2−(4−アミノ−3−メチルフェニル)エチン、1−(4−アミノフェニル)−2−(4−アミノ−3−メトキシフェニル)エチン、又は1−(4−アミノフェニル)−2−(4−アミノ−3−フルオロフェニル)エチンである請求項1又は2に記載の液晶配向剤。
- ジアミン成分が、一般式[1]で表されるジアミンを10〜100モル%含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- テトラカルボン酸二無水物成分の少なくとも10モル%が芳香族テトラカルボン酸二無水物である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- テトラカルボン酸二無水物成分の少なくとも10モル%が脂環式構造又は脂肪族構造を有するテトラカルボン酸二無水物である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- ポリアミック酸を脱水閉環して得られるポリイミドのイミド化率が30%以上である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の液晶配向剤から得られた液晶配向膜を有する液晶表示素子。
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