JPWO2017022636A1 - 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
Description
ポリアミック酸エステル(以下、PAEとも称する)を用いた液晶配向剤は、液晶表示素子に必要な種々の特性を満たす為、ポリアミック酸(以下、PAAとも称する)とブレンドした形で用いられることが多い(以下、そのような液晶配向剤を、PAE/PAAブレンド系液晶配向剤とも称する)。
1.下記式(1)で表される繰り返し単位及び式(2)で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸エステル(A)と、ポリアミック酸(B)と、を含有することを特徴とする液晶配向剤。
本発明の液晶配向剤に用いられるポリアミック酸エステルは、上記式(1)の繰り返し単位及び式(2)の繰り返し単位を含有する。式(1)及び式(2)中の記号の定義は、上述したとおりである。
なお、式(1)及び式(2)における炭素数1〜6のアルキル基は、直鎖状若しくは分岐状のいずれでもよく、炭素数1〜4のものが好ましい。好ましい具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等を挙げることができる。
ポリアミック酸エステル(A)中の式(1)で表される繰り返し単位の含有割合は、全繰り返し単位に対して5〜60モル%が好ましく、10〜20モル%がより好ましい。
ポリアミック酸エステル(A)中の式(2)で表される繰り返し単位の含有割合は、全繰り返し単位に対し10〜70モル%が好ましく、20〜40モル%がより好ましい。
ポリアミック酸エステル(A)における式(3)で表される繰り返し単位を含有する場合、その含有割合は、全繰り返し単位に対して10〜50モル%が好ましく、30〜50モル%がより好ましい。
本発明の液晶配向剤に用いられるポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物成分とのジアミン成分とを(重縮合)反応させて得られるものであり、その構造は、特に限定されない。
<テトラカルボン酸二無水物成分>
本発明に用いられるポリアミック酸の原料であるテトラカルボン酸二無水物成分は、好ましくは以下の式で表される。
本発明に用いられるポリアミック酸の原料であるジアミンの具体例は、上述したポリアミック酸エステル(A)の原料である、H2N−Y1−NH2、H2N−Y2−NH2、又はNH2−Y3−NH2(Y1、Y2及び、Y3の定義は、上記したとおりである。)と同じである。
<ポリアミック酸エステルの製造方法>
上記式(1)で表されるポリアミック酸エステルは、下記式(1a)又は式(1a′)で表されるテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体のいずれかと、H2N−Y1−NH2、H2N−Y2−NH2、又はNH2−Y3−NH2(Y1、Y2及び、Y3の定義は、上記したとおりである。)式:H2N−Y1−NH2、H2N−Y2−NH2、又はNH2−Y3−NH2(Y1、Y2及び、Y3の定義は、上記したとおりである。)との反応によって得ることができる。
(i)ポリアミック酸からの製造方法
ポリアミック酸エステルは、式(1a)で表されるテトラカルボン酸二無水物と式:H2N−Y1−NH2で表されるジアミン化合物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。
前記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−2−イル)−4−メチルモルホリニウムクロリド等が挙げられる。エステル化剤の使用量は、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。
ポリアミック酸エステルは、式(1a′)で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルジクロリド(Rが塩素原子である場合)と式(1b)で表されるジアミン化合物と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アルキルエステルジクロリドとジアミン化合物とを、塩基及び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1〜4時間反応させることによって製造できる。
前記有機溶媒には、モノマー及びポリマーの溶解性の観点から、N−メチル−2−ピロリドン、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。反応系におけるポリマーの濃度は、ポリマーの析出が起こりにくく、かつ高分子量ポリマー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アルキル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製造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。
ポリアミック酸エステルは、式(1a′)で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステル(Rがヒドロキシル基である場合)と式:H2N−Y1−NH2で表されるジアミン化合物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アルキルエステルとジアミン化合物を、縮合剤、塩基及び有機溶媒の存在下で、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。
前記有機溶媒としては、テトラカルボン酸ジアルキルエステルとジアミンに対する溶解性の観点から、N−メチル−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、N−メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシドが好ましい。これらは1種又は2種以上用いてもよい。
また、かかる製造方法において、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、臭化リチウム等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。
末端が修飾されたポリアミック酸エステルは、上記のようにして得られる末端にアミノ基を有するポリアミック酸エステルに対して、下記式(1c′):
で表されるクロロカルボニル化合物を反応させて得られる。
上記の反応系に対してクロロカルボニル化合物を添加する方法としては、テトラカルボン酸ジアルキルエステル誘導体と同時に添加し、ジアミンと反応させる方法、テトラカルボン酸ジアルキルエステル誘導体とジアミンを十分に反応させて、末端がアミノ基であるポリアミック酸エステルを製造した後に、クロロカルボニル化合物を添加する方法がある。ポリマーの分子量を制御しやすい点から、後者の方法がより好ましい。
クロロカルボニル化合物の添加量は、末端がアミノ基のポリアミック酸エステルの繰り返し単位1つに対して、0.5〜60mol%が好ましく、1〜40mol%がより好ましい。添加量が多いと、未反応のクロロカルボニル化合物が残存し、取り除くのが困難であるため、1〜20mol%であることがさらに好ましい。
末端を修飾したポリアミック酸エステルの製造に用いる有機溶媒は、モノマー及びポリマーの溶解性からN−メチル−2−ピロリドン、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、高すぎるとポリマーの析出が起こりやすく、低すぎると分子量が上がらないので、1〜30質量%が好ましく、5〜20質量%がより好ましい。また、クロロカルボニル化合物の加水分解を防ぐため、末端を修飾したポリアミック酸エステルの製造に用いる有機溶媒はできるだけ脱水し、また、窒素雰囲気中に保管し、外気の混入を防ぐのが好ましい。
本発明のポリアミック酸(B)は、テトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分との反応によって得ることができるものである。具体的には、テトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを、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。
本発明の液晶配向剤は、好ましくはポリアミック酸エステル(A)とポリアミック酸(B)が有機溶媒中に溶解された溶液の形態を有する。ポリアミック酸エステル(A)の分子量は、その重量平均分子量で、好ましくは2,000〜500,000、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。
ポリアミック酸エステル(A)の分子量をポリアミック酸(B)の分子量よりも小さくすることにより、相分離による微小凹凸をさらに低減することができる。ポリアミック酸エステル(A)とポリアミック酸(B)の平均分子量の差は、重量平均分子量として、好ましくは1,000〜1200,000であるのが好ましく、3,000〜80,000がより好ましく、5,000〜60,000であるのが特に好ましい。
本発明の液晶配向剤には、ポリアミック酸エステル(A)及びポリアミック酸(B)のほかに、液晶配向性を有する他の重合体が含有されていてもよい。これらの他の重合体としては、ポリアミック酸エステル(A)以外のポリアミック酸エステル、可溶性ポリイミド、及び/又はポリアミック酸(B)以外のポリアミック酸等が挙げられる。
ポリアミック酸エステル(A)及びポリアミック酸(B)の熱イミド化を促進する効果が得られる範囲であれば、イミド化促進剤の含有量は特に制限されるものではない。その下限を示すならば、ポリアミック酸エステルに含まれるアミック酸又はそのエステル部位1モルに対して、好ましくは0.01モル以上、より好ましくは0.05モル以上、更に好ましくは0.1モル以上が挙げられる。また、焼成後の膜中に残留するイミド化促進剤自体が、液晶配向膜の諸特性に及ぼす悪影響を最小限に留めるという観点から、その上限を示すならば、本発明のポリアミック酸エステル及びポリアミック酸(B)に含まれるアミック酸又はそのエステル部位1モルに対して、好ましくはイミド化促進剤が2モル以下、より好ましくは1モル以下、更に好ましくは0.5モル以下が挙げられる。
イミド化促進剤を添加する場合は、加熱することでイミド化が進行する可能性があるため、良溶媒及び貧溶媒で希釈した後に加えるのが好ましい。
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、焼成し、次いで、配向処理された膜である。
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、アクリル基板や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。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観点から好ましい。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等の光を反射する材料も使用できる。
この塗膜を配向処理する方法としては、ラビング法、光配向処理法等が挙げられるが、本発明の液晶配向剤は光配向処理法で使用する場合に特に有用である。
本発明の液晶表示素子は、上記液晶配向剤から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製し、液晶表示素子としたものである。
以後で使用する化合物の略号、及び各特性の測定方法は、次のとおりである。
<モノマー>
1,3DMCBDE−Cl:ジメチル1,3−ビス(クロロカルボニル)−1,3−ジメチルシクロブタンー2,4−ジカルボキシレート
CBDA:1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
BDA:1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物
PMDA:ピロメリット酸二無水物
BPDA:3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
BAPU:1,3−ビス(4−アミノフェネチル)ウレア
DADPA:4,4’−ジアミノジフェニルアミン
Me−DADPA:N,N−ビス(アミノフェニル)−メチルアミン
p−PDA:p−フェニレンジアミン
TDA:4−(2,5−ジオキソテトラヒドロフランー3−イル)−1,2,3,4、−テトラヒドロナフタレン−1,2,−ジカルボン酸無水物
DDM:4,4’−ジアミノジフェニルメタン
NMP:N−メチル−2−ピロリドン、 BCS:ブチルセロソルブ、
BCA:ブチルセロルブアセテート、 GBL:γ−ブチロラクトン
PB:プロピレングリコールモノブチルエーテル、
DME:1,2―ジメトキシエタン DIBC:ジイソブチルカービノール、
DAA:ダイアセトンアルコール
<粘度>
合成例において、重合体溶液の粘度は、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。
合成例において、重合体の分子量は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、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。
スピンコート塗布により得られた液晶配向剤の塗膜を、温度80℃のホットプレート上で5分間の乾燥し、温度230℃の熱風循環式オーブンで10分間の焼成を経て、膜厚100nmのイミド化した膜を得た。焼成膜に偏光板を介して254nmの紫外線を###mJ/cm2照射し、液晶配向膜付き基板を得た。この塗膜の膜表面を原子間力顕微鏡(AFM)で観察し、膜表面の中心線平均粗さ(Ra)を測定し、膜表面の平坦性を評価した。測定装置:L−traceプローブ顕微鏡 (エスアイアイ・テクノロジー社製)
撹拌装置及び窒素導入管付きの2Lセパラブルフラスコに、p−PDAを10.00g(92.4mmol)、DA−Bを13.60g(55.5mmol)、及びDA−Cを12.60g(37.0mmol)量り取り、NMPを379.00gとGBLを1023.00g及びピリジン34.60g(0.43mol)を加えて、溶解させた。次に、この溶液を撹拌しながら1,3DMCBDE−Clを58.30g(179.4mmol)を添加し、水冷下で14時間反応させた。得られたポリアミック酸溶液にアクリロイルクロリドを2.40g(26.6mmol)添加し、さらに4時間反応させたのち、この溶液を8653mlのイソプロパノールに撹拌しながら投入し、析出した白色沈殿をろ取し、続いて21635mlのイソプロパノールを5回に分けて使って洗浄し、乾燥することで白色のポリアミック酸エステル樹脂粉末(PWD−1)を得た。このポリアミック酸エステルの分子量はMn=24,366であり、Mw=54,808であった。
上記で得られたポリアミック酸エステル樹脂粉末(PWD−1)をGBLに溶解させ、固形分濃度12質量%のポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を得た。
撹拌装置及び窒素導入管付きの2Lセパラブルフラスコに、p−PDAを10.00g(92.4mmol)、DA−Bを11.30g(46.24mmol)、及びDA−Cを5.26g(15.41mmol)量り取り、NMPとGBLの質量比が25:75になるように調整した混合溶液1230.9gとピリジン28.38g(358.79mmol)を加えて、溶解させた。次に、この溶液を撹拌しながら1,3DMCBDE−Clを48.60g(358.79mmol)を添加し、水冷下で14時間反応させた。得られたポリアミック酸溶液にアクリロイルクロリドを2.008g(22.19mmol)添加し、さらに4時間反応させたのち、この溶液を5132mlのイソプロパノールに撹拌しながら投入し、析出した白色沈殿をろ取し、続いて1711mlのイソプロパノールを5回に分けて使って洗浄し、乾燥することで白色のポリアミック酸エステル樹脂粉末(PWD−2)を得た。このポリアミック酸エステルの分子量はMn=25,386であり、Mw=58,908であった。
上記で得られたポリアミック酸エステル樹脂粉末(PWD−2)をGBLに溶解させ、固形分濃度12質量%のポリアミック酸エステル溶液(PAE−2)を得た。
撹拌装置及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DADPAを4.80g(24.0mmol)及びDDMを1.20g(6.00mmol)量り取り、NMPを85.50g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CBDAを1.40g(6.90mmol)、DH−Aを5.60g(22.5mmol)添加し、更に固形分濃度が12重量%になるようにNMPを加え、室温で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(PAA−1)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1918mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=13,384、Mw=32,796であった。
さらにこの溶液にNMP/GBL質量比が2/8の混合溶液で0.3質量%に希釈した3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン溶液を13.00g加え、ポリアミック酸溶液(PAA−1)を得た。
撹拌装置及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、BAPUを2.09g(7.00mmol)及びDDMを5.55g(27.99mol)量り取り、NMPを10.00g、GBLを10.00g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CBDAを3.91g(19.93mmol)、BDAを2.77g(13.98mmol)添加し、更に固形分濃度が15重量%になるように、また、NMP:GBLの質量比が2:8になるように両溶媒を加え、室温で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(PAA−2)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752mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=12,385、Mw=30,896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、Me−4APhAを2.103g(13.99mmol)及びDDEを4.20g(20.97mmol)量り取り、NMPを10.00g、GBLを10.00g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CBDAを2.40g(12.24mmol)、DH−Aを5.25g(20.98mmol)添加し、更に固形分濃度が15重量%になるように、また、NMP:GBLの質量比が2:8になるように両溶媒を追加し、室温で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(PAA−3)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652mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=11,385、Mw=29,896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、DBAを2.103g(6.99mmol)及びDDEを4.90g(24.47mmol)量り取り、NMPを10.00g、GBLを10.00g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CBDAを1.23g(6.27mmol)、BDAを5.54g(27.96mmol)添加し、更に固形分濃度が15重量%になるように、また、NMP:GBLの質量比が2:8になるように両溶媒を追加し、室温で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(PAA−4)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682mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=11,225、Mw=30,196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、Me−4APhAを1.052g(7.00mmol)、DDEを4.20g(20.97mmol)、及びDADPAを1.395g(7.00mmol)量り取り、NMPを10.00g、GBLを10.00g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CBDAを1.24g(6.32mmol)、BDAを5.54g(27.96mmol)添加し、更に固形分濃度が15重量%になるように、また、NMP:GBLの質量比が2:8になるように両溶媒を追加し、室温で24時間撹拌して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672mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=12,385、Mw=30,226であった。
撹拌装置付きの500mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、p−pDを4.58g(42.4mmol)、DA−Aを1.79g (4.71mmol)、NMPを84.70g、GBLを254.00g、及び塩基としてピリジン8.40g(106mmol) を加え、撹拌して溶解させた。次にこのジアミン溶液を撹拌しながら1,3DMCBDE−Clを14.4g(44.2mmol)添加し、15℃で一晩反応させた。一晩攪拌後、アクリロイルクロリドを1.23g (13.6mmol) 加えて、15℃で4時間反応させた。得られたポリアミック酸エステルの溶液を、1477.00gのIPAに撹拌しながら投入し、析出した白色沈殿をろ取し、続いて、738gのIPAで5回洗浄し、乾燥することで白色のポリアミック酸エステル樹脂粉末17.30gを得た。収率は、96.9%であった。また、このポリアミック酸エステルの分子量はMn=14,288、Mw=29,956であった。
得られたポリアミック酸エステル樹脂粉末3.69gを100mL三角フラスコにとりGBLを33.2g加え、室温で24時間攪拌し溶解させて、10%濃度のポリアミック酸エステル溶液(PAE−3)を得た。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの300mL四つ口フラスコに、DBAを1.20g(8.00mmol)量り取り、NMPを7.30g加え、窒素を送りながら攪拌し溶解させた。次に、Me−DADPAを6.80g(32.0mmol)、GBLを18.30g加えて、窒素を送りながら攪拌し溶解させた。このジアミン溶液を攪拌しながらBDAを7.19g(36.0mmol)、GBLを18.30g加え、固形分濃度が25%になるようにGBLで希釈し、水冷下で2時間攪拌した。次にPMDAを0.90g(4.00mmol)加え、系中の固形分濃度が18%になるようにGBLを加え、水冷下で24時間攪拌した。得られたポリアミック酸溶液の温度25.0℃における粘度は780mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量はMn=11700、Mw=24780であった。
さらにこの溶液に、NMP/GBL質量比が2/8の混合溶液で0.3質量%に希釈した3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン溶液を16.0g加え、ポリアミック酸溶液(PAA−6)を得た。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を1.80g、合成例3で得られたポリアミック酸溶液(PAA−1)を2.80g取り、NMPを4.90g、GBLを6.70g、BCAを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−1)を得た。液晶配向剤A−1を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を1.80g、合成例3で得られたポリアミック酸溶液(PAA−1)を2.80g量り取り、NMPを3.10g、GBLを8.50g、BCAを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−2)を得た。液晶配向剤A−2を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を1.80g、合成例2で得られたポリアミック酸溶液(PAA−1)を2.80g量り取り、NMPを1.30g、GBLを10.30g、BCAを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−3)を得た。液晶配向剤A−3を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を2.40g、合成例2で得られたポリアミック酸溶液(PAA−1)を2.40g量り取り、NMPを5.30g、GBLを6.20g、BCAを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−4)を得た。液晶配向剤A−4を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を2.40g、合成例2で得られたポリアミック酸溶液(PAA−1)を2.40g量り取り、NMPを3.50g、GBLを8.00g、BCAを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−5)を得た。液晶配向剤A−5を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を2.40g、合成例2で得られたポリアミック酸溶液(PAA−1)を2.40g量り取り、NMPを1.70g、GBLを9.80g、BCAを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−6)を得た。液晶配向剤A−6を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を3.00g、合成例2で得られたポリアミック酸溶液(PAA−1)を2.00g量り取り、NMPを5.60g、GBLを6.60g、BCAを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−7)を得た。液晶配向剤A−7を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を3.00g、合成例2で得られたポリアミック酸溶液(PAA−1)を2.00g量り取り、NMPを3.80g、GBLを7.40g、BCAを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−8)を得た。液晶配向剤A−8を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を3.00g、合成例2で得られたポリアミック酸溶液(PAA−1)を2.00g量り取り、NMPを3.80g、GBLを7.40g、BCAを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−9)を得た。液晶配向剤A−9を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を2.40g、合成例5で得られたポリアミック酸溶液(PAA−3)を2.40g量り取り、NMPを1.70g、GBLを9.80g、PBを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−10)を得た。液晶配向剤A−6を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を2.40g、合成例6で得られたポリアミック酸溶液(PAA−4)を2.40g量り取り、NMPを1.70g、GBLを9.80g、DMEを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−11)を得た。液晶配向剤A−6を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を2.40g、合成例7で得られたポリアミック酸溶液(PAA−5)を2.40g量り取り、NMPを1.70g、GBLを9.80g、DPMを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−12)を得た。液晶配向剤A−6を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例2で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−2)を2.40g、合成例5で得られたポリアミック酸溶液(PAA−3)を2.40g量り取り、NMPを1.70g、GBLを9.80g、DAAを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−13)を得た。液晶配向剤A−6を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例2で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−1)を2.40g、合成例6で得られたポリアミック酸溶液(PAA−4)を2.40g量り取り、NMPを1.70g、GBLを9.80g、DIBCを1.80g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(A−14)を得た。液晶配向剤A−6を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、比較合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−2)を8.0g、比較合成例2で得られたポリアミック酸溶液(PAA−2)を7.50g量り取り、NMPを3.70g、GBLを25.80g、BCAを5.00g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(B−1)を得た。液晶配向剤B−1を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、比較合成例1で得られたポリアミック酸エステル溶液(PAE−2)を8.00g、比較合成例2で得られたポリアミック酸溶液(PAA−2)を7.50g量り取り、NMPを13.7g、GBLを15.8g、BCAを5.0g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(B−2)を得た。液晶配向剤A1を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られた。
実施例1で得られた液晶配向剤(A−1)を1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、温度60℃のホットプレート上で5分間乾燥し、温度230℃の熱風循環式オーブンで10分間の焼成を経て、膜厚100nmのイミド化した膜を得た。焼成膜に偏光板を介して254nmの紫外線を250mJ/cm2照射し、液晶配向膜付き基板(C−1)を得た。この液晶配向膜について、平均面粗さ(Ra)を測定し、表1に示す。
実施例2で得られた液晶配向剤(A−2)を1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、温度60℃のホットプレート上で5分間乾燥し、温度230℃の熱風循環式オーブンで10分間の焼成を経て、膜厚100nmのイミド化した膜を得た。焼成膜に偏光板を介して254nmの紫外線を250mJ/cm2照射し、液晶配向膜付き基板(C−2)を得た。この液晶配向膜について、平均面粗さ(Ra)を測定し、表1に示す。
実施例3で得られた液晶配向剤(A−3)を1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、温度60℃のホットプレート上で5分間乾燥し、温度230℃の熱風循環式オーブンで10分間の焼成を経て、膜厚100nmのイミド化した膜を得た。焼成膜に偏光板を介して254nmの紫外線を250mJ/cm2照射し、液晶配向膜付き基板(C−3)を得た。この液晶配向膜について、平均面粗さ(Ra)を測定し、表1に示す。
実施例4で得られた液晶配向剤(A−4)を1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、温度60℃のホットプレート上で5分間乾燥し、温度230℃の熱風循環式オーブンで10分間の焼成を経て、膜厚100nmのイミド化した膜を得た。焼成膜に偏光板を介して254nmの紫外線を250mJ/cm2照射し、液晶配向膜付き基板(C−4)を得た。この液晶配向膜について、平均面粗さ(Ra)を測定し、表1に示す。
実施例5で得られた液晶配向剤(A−5)を1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、温度60℃のホットプレート上で5分間乾燥し、温度230℃の熱風循環式オーブンで10分間の焼成を経て、膜厚100nmのイミド化した膜を得た。焼成膜に偏光板を介して254nmの紫外線を250mJ/cm2照射し、液晶配向膜付き基板(C−5)を得た。この膜液晶配向について、平均面粗さ(Ra)を測定し、表1に示す。
実施例6で得られた液晶配向剤(A−6)を1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、温度60℃のホットプレート上で5分間乾燥し、温度230℃の熱風循環式オーブンで10分間の焼成を経て、膜厚100nmのイミド化した膜を得た。焼成膜に偏光板を介して254nmの紫外線を250mJ/cm2照射し、液晶配向膜付き基板(C−6)を得た。この液晶配向膜について、平均面粗さ(Ra)を測定し、表1に示す。
実施例7で得られた液晶配向剤(A−7)を1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、温度60℃のホットプレート上で5分間乾燥し、温度230℃の熱風循環式オーブンで10分間の焼成を経て、膜厚100nmのイミド化した膜を得た。焼成膜に偏光板を介して254nmの紫外線を250mJ/cm2照射し、液晶配向膜付き基板(C−7)を得た。この液晶配向膜について、平均面粗さ(Ra)を測定し、表1に示す。
実施例8で得られた液晶配向剤(A−8)を1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、温度60℃のホットプレート上で5分間乾燥し、温度230℃の熱風循環式オーブンで10分間の焼成を経て、膜厚100nmのイミド化した膜を得た。焼成膜に偏光板を介して254nmの紫外線を250mJ/cm2照射し、液晶配向膜付き基板(C−8)を得た。この液晶配向膜について、平均面粗さ(Ra)を測定し、表1に示す。
実施例9で得られた液晶配向剤(A−9)を1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、温度60℃のホットプレート上で5分間乾燥し、温度230℃の熱風循環式オーブンで10分間の焼成を経て、膜厚100nmのイミド化した膜を得た。焼成膜に偏光板を介して254nmの紫外線を250mJ/cm2照射し、液晶配向膜付き基板(C−9)を得た。この液晶配向膜について、平均面粗さ(Ra)を測定し、表1に示す。
比較例1で得られた液晶配向剤(B−1)を1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、温度60℃のホットプレート上で5分間乾燥し、温度230℃の熱風循環式オーブンで10分間の焼成を経て、膜厚100nmのイミド化した膜を得た。焼成膜に偏光板を介して254nmの紫外線を500mJ/cm2照射し、液晶配向膜付き基板(D−1)を得た。この液晶配向膜について、平均面粗さ(Ra)を測定し、表1に示す。
比較例2で得られた液晶配向剤(B−2)を1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、温度60℃のホットプレート上で5分間乾燥し、温度230℃の熱風循環式オーブンで10分間の焼成を経て、膜厚100nmのイミド化した膜を得た。焼成膜に偏光板を介して254nmの紫外線を500mJ/cm2照射し、液晶配向膜付き基板(D−2)を得た。この液晶配向膜について、平均面粗さ(Ra)を測定し、表1に示す。
実施例15で得られた基板(C−1)の膜表面をイオン化ポテンシャル測定装置AC-2 (理研計器)で、膜表面の光電子数を測定した。測定膜が2種類以上の材料から成る場合には、それぞれ材料における単独の光電子数を測定し、その光電子比率から、混合時の層分離比率を計算した。例えば、A材料単膜の光電子数がX,B材料単膜の光電子数Yであり、AB両材料から成る混合膜の光電子数がZであった場合、その表層割合Cは,下式で表すことができる。本式を元に算出した結果を表1に示す。
C=(Y−Z)/(Y−X)*100
実施例15以降で得られた基板(C−2)〜(C−9)、(D−1)、(D−2)に対しても、実施例24と同様の操作を行い膜表面の光電子数を測定し、表1に示す。
・評価セルの作製方法
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画素および第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。
実施例1で得られた液晶配向剤(A−1)に対して、上述の手順に従い、液晶評価セル(E−1)を作製した。
実施例2以降で得られた液晶配向剤(A−2)〜(A−14)、(B−1)、(B−2)に対しても、実施例33と同様の操作を行い、評価用セル(E−2)〜(E−14)、(F−1)、(F−2)を作成した。
実施例33で得られた液晶評価セル(E−1)に対して、長期駆動による残像評価を実施した。長期交流駆動による残像評価方法は以下の通りである。
60℃の恒温環境下、周波数30Hzで8VPPの交流電圧を100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。そして、第1画素と第2画素の角度Δ値の平均値を液晶セルの角度Δとして算出した。この液晶セルの角度Δの値が0.2度を越える場合には、「不良」と定義し評価した。この液晶セルの角度Δの値が0.2度を越えない場合には、「良好」と定義し評価した。評価結果を表2に示す。
実施例34〜実施例46、比較例7〜8で得られた液晶評価セル(E−2)〜(E−14)、(F−1)、(F−2)に対しても、実施例47と同様の操作を行い、長時間交流駆動時の残像評価を実施した。測定結果については、表2に示す。
実施例33で得られた液晶評価セル(E−1)に対して、交流駆動+直流駆動による残像評価を実施した。残像評価方法は以下の通り。
以下の光学系等を用いて残像の評価を行った。
作製した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LED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。
次に、この液晶セルに周波数30Hzの交流電圧を印加しながらV−Tカーブ(電圧−透過率曲線)を測定し、相対透過率が23%となる交流電圧を駆動電圧として算出した。
残像評価は、直流電圧の印加を停止した時点から60分間が経過するまでに、相対透過率が25%以下に回復した場合に、「良好」と定義して評価を行った。相対透過率が25%以下に回復するまでに30分間以上を要した場合には、「不良」と定義して評価した。
そして、上述した方法に従う残像評価は、液晶セルの温度が23℃の状態の温度条件下で行った。得られた結果を表2に示す。
実施例34〜46、比較例7、8で得られた液晶評価セル(E−2)〜(E−14)、(F−1)、(F−2)に対しても、実施例47と同様の操作を行い、交流+直流駆動時の残像評価を実施した。測定結果については、表2に示す。
Claims (13)
- 下記式(1)で表される繰り返し単位及び式(2)で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸エステル成分(A)と、ポリアミック酸成分(B)と、を含有することを特徴とする液晶配向剤。
- ポリアミック酸エステル(A)成分とポリアミック酸(B)成分との含有比率が、質量比(A/B)にて1/9〜9/1であり、前記(A)成分と(B)成分の固形分濃度の合計が、0.5〜10質量%である、請求項1に記載の液晶配向剤。
- ポリアミック酸エステル(A)成分における式(1)の繰り返し単位が、全繰り返し単位に対して5〜60モル%である請求項1又は2に記載の液晶配向剤。
- ポリアミック酸エステル(A)成分における式(2)の繰り返し単位が、全繰り返し単位に対して10〜70モル%である請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- ポリアミック酸エステル(A)成分における式(3)の繰り返し単位が、前記ポリアミック酸エステル(A)成分の全繰り返し単位に対して30〜50モル%である請求項5に記載の液晶配向剤。
- 前記式(1)〜(3)で表される繰り返し単位における、R2、R4がメチル基である請求項1又は5に記載の液晶配向剤。
- N−メチル−2−ピロリドンの含有比率が、液晶配向剤の全重量に対して30〜50質量%である有機溶媒を含有する請求項1〜8のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 光配向処理液晶配向膜用である請求項1〜9のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の液晶配向剤から得られる液晶配向膜。
- 請求項11に記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の液晶配向剤を電極付き基板上に塗布し、光配向処理する液晶配向膜の製造方法。
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