JPWO2019103042A1 - 液晶配向剤、液晶配向膜、液晶配向膜の製造方法、及び液晶表示素子 - Google Patents

液晶配向剤、液晶配向膜、液晶配向膜の製造方法、及び液晶表示素子 Download PDF

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Abstract

配線構造やC/Hの影響で生じる配向膜の塗布不良を抑制でき、液晶表示素子の表示が不均一となる不良を抑制できる液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子を提供する。式[1]の構造を有するポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びそのイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体と、式(d−1)〜(d−5)からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒Aと、式(e)、沸点200〜300℃を有する、アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、アルキレングリコールジアセテート、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、及びアルキレングリコールジアルキルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒Bとを含む溶媒と、を含有することを特徴とする液晶配向剤。[化1][化2][化3][化4](式中の記号の定義は、明細書に記載のとおりである。)

Description

本発明は、インクジェット塗布した際の寸法安定性が高く、且つ、フレキソ印刷時の乾燥が起こり難い液晶配向剤、該液晶配向剤から得られる液晶配向膜、及び該液晶配向膜を有する液晶表示素子に関する。
液晶表示素子における液晶配向膜としては、ポリアミック酸(ポリアミド酸)などのポリイミド前駆体や可溶性ポリイミドの溶液を主成分とする液晶配向剤を塗布し焼成した、いわゆるポリイミド系の液晶配向膜が広く使用されている。かかる液晶配向膜の成膜法としては、通常、スピンコート、ディップコート、フレキソ印刷などが知られている。フレキソ印刷は、配向膜のパターン形成が容易にできて生産性が高いという反面、均一な薄膜を形成するために、アニロックスロールとドクターロールの表面に液晶配向剤を塗布する必要があるとともに、それらの表面における配向膜材料の乾燥を防止するために、一定の間隔に液晶配向剤を供給しなければならない(特許文献1)。また、凸凹の大きい基板や曲面のある基板に対する配向膜の成形が困難であるといった難点がある。
そのため、上記に代わる別の液晶配向剤の塗布方法として、インクジェット法が提案されている。インクジェット法は、基板に微細な液滴を滴下し、液の濡れ広がりにより成膜する方法である。自由に印刷のパターンを設定できるため、凸凹の大きい基板や曲面のある基板に対する配向膜の成形が可能という利点がある。
インクジェット法により形成される液晶配向膜では、塗布面内部の膜厚ムラが小さく、かつ塗布周辺部の成膜精度が高いことが要求される。一般的にインクジェット法により成膜した液晶配向膜は、塗布面内での膜厚の均一性と、塗布周辺部の成膜精度がトレードオフの関係にある。通常、面内均一性の高い材料は、塗布周辺部の寸法安定性が悪く、設定した寸法から、膜がはみ出してしまう。一方、塗布周辺部が直線となる材料は、塗布面内均一性が悪くなってしまう。
上記塗布周辺部の成膜精度を高めるため、構造物によって液晶配向膜を所定の範囲に閉じ込める方法が提案されている(特許文献2、特許文献3、特許文献4)。しかし、これらの方法は追加の構造物が必要になるという欠点を有している。
日本特開2001−042330号公報 日本特開2004−361623号公報 日本特開2008−145461号公報 日本特開2010−281925号公報
近年、液晶表示素子の高精細化に伴い、多層配線のTFTが主流になりつつある。本設計TFTでは、下層の配線と上層の配線とを接続するため、TFT基板上にコンタクトホール(以下、C/Hとも称する)が形成される。これに伴い、配線構造やC/Hの影響で、液晶配向剤をインクジェット塗布する時に、液の広がり性が阻害されやすくなる。その結果、C/H周辺やその他の部分にドット状のムラや筋状のムラのような、配向膜の膜厚の不均一が生じ、液晶表示素子の表示が不均一となることがある。また、液晶配向膜の製造ラインの大型化に伴い、液晶配向剤をフレキソ印刷塗布した際に、アニロックスロールとドクターロールの表面における液晶配向剤の乾燥が起こりやすいといった課題が発生している。更に、表示素子の品位向上に対する要求は一段と厳しくなっており、特に液晶配向性について今まで以上の特性を有する液晶配向膜が求められている。
本発明は、上記課題に鑑み、配線構造やC/Hの影響で生じる配向膜の塗布不良を抑制することができ、液晶表示素子の表示が不均一となる不良を抑制できる液晶配向剤、それを用いた液晶配向膜、及び液晶表示素子を提供することにある。
また、フレキソ印刷を行った際に発生する液晶配向剤の乾燥が抑制される液晶配向剤、それを用いた液晶配向膜、及び該液晶配向膜の製造方法を提供することにある。更に、高い液晶配向性を有する液晶配向膜が得られる液晶配向剤を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、特定構造を導入した重合体と特定の溶剤を含んだ溶剤とを組合せることにより、種々の特性が同時に改善されることを見出し、本発明を完成した。
本発明は、かかる知見に基づくものであり、下記を要旨とするものである。
下記式[1]の構造を有するポリアミック酸、ポリアミック酸エステル(以下、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステルを総称してポリイミド前駆体ともいう)、及びそのイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体と、
下記式(d−1)〜(d−5)からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒Aと、下記式(e)、沸点200〜300℃を有する、アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、アルキレングリコールジアセテート、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、及びアルキレングリコールジアルキルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒Bとを含む溶媒と、を含有することを特徴とする液晶配向剤。
Figure 2019103042
但し、Xは、単結合、−O−、−C(CH−、−NH−、−CO−、−NHCO−、−COO−、−(CH−、及び−SO−からなる群から選ばれる2価の有機基を示し、mは1〜8の整数を示す。2つのYは独立して下記式[S1]〜[S3]及びトコフェロールから誘導される構造からなる群から選ばれる側鎖構造を示す。
Figure 2019103042
但し、X及びXは独立して、単結合、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−CONH−、−NHCO−、−CON(CH)−、−NH−、−O−、−COO−、−OCO−、又は((CHa1−Am1−(a1はそれぞれ独立して1〜15の整数を示し、Aは、酸素原子、−COO又はOCOを示し、mは1〜2である。)を示す。G及びGは独立して炭素数6〜12の2価の芳香族基又は炭素数3〜8の2価の脂環式基からなる群から選ばれる2価の環状基であり、前記環状基上の任意の水素原子が、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよく、m及びnは独立して0〜3の整数であって、これらの合計は1〜4である。Rは炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルコキシ、又は炭素数2〜20のアルコキシアルキルであり、これらの基における任意の水素はフッ素で置き換えられてもよい。
は、単結合、−CONH−、−NHCO−、−CON(CH)−、−NH−、−O−、−CHO−、−COO−又はOCO−を示し、Rは炭素数1〜20のアルキル又は炭素数2〜20のアルコキシアルキルであり、これらの基における任意の水素はフッ素で置き換えられてもよい。
は、−CONH−、−NHCO−、−O−、−COO−又はOCO−を示し、Rはステロイド骨格を有する構造を示す。
Figure 2019103042
但し、R1aは炭素数2〜8の1価の炭化水素基、又は該炭化水素基における炭素−炭素結合間に「−O−」を有する1価の基を示す。R2a及びR2bは独立して、炭素数1〜6のアルキル基を示す。R3aはメチル基又はエチル基を示す。R5aは、炭素数1〜6のアルキル基を示す。R5b及びR5cは独立して、水素原子、炭素数1〜6の1価の炭化水素基、又は該炭化水素基の炭素−炭素結合間に「−O−」を有する1価の基を示す。nは1又は2である。
Figure 2019103042
但し、r1a 及びr1b は独立して、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を示し、mは2〜6の整数である。
本発明の液晶配向剤によれば、配線構造やC/Hの影響で生じる配向膜の塗布不良が抑制でき、液晶表示素子の表示が不均一となる不良を抑制し、且つ、フレキソ印刷を行った際にも液晶配向剤の乾燥が抑制される。更に高い液晶配向性を有する液晶配向膜が得られる。
本発明の液晶配向剤は、前記式[1]の構造を有するポリイミド前駆体、及びそのイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(以下、特定重合体ともいう)を含有する。
<特定重合体>
特定重合体は、なかでも、合成の容易性から前記重合体の主鎖に前記式[1]の構造を有することが好ましい。ここで、本発明において重合体の主鎖とは、重合体のうち最も長い原子の連鎖からなる部分をいう。また、特定重合体において、前記式[1]の構造が主鎖以外の部分(例えば、重合体の側鎖の部分)にも存在することを排除するものではない。
前記式[1]中のXは、単結合、−O−、−C(CH−、−NH−、−CO−、−NHCO−、−COO−、−(CH−、−SO−、又はそれらの組み合わせからなる2価の有機基を示し、mは1〜8の整数を示す。
上記それらの組み合わせの例として、−O−(CH−O−、−O−C(CH−、−CO−(CH−、−NH−(CH−、−SO−(CH−、−CONH−(CH−、−CONH−(CH−NHCO−、−COO−(CH−OCO−などが挙げられる。
Xは、単結合、−O−、−NH−、又は−O−(CH−O−が好ましい。
式[1]中のYは、下記式[S1]〜[S3]又はトコフェロール骨格を有する構造から選ばれる側鎖構造を有する。
Figure 2019103042
式[S1]中、X及びXは、上記に定義したとりである。なかでも、原料の入手性や合成の容易さの点からの観点から、単結合、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−O−、−CHO−又はCOO−が好ましい。より好まくは、単結合、−(CH−(aは1〜10の整数である)、−O−、−CHO−又はCOO−である。
及びGは、上記に定義したとりである。
炭素数6〜12の2価の芳香族基としては、例えば、フェニレン、ビフェニレン、ナフタレン等を挙げることができる。また、炭素数3〜8の2価の脂環式基としては、例えば、シクロプロピレン、シクロヘキシレン等を挙げることができる。
式[S1]の好ましい具体例として、下記式[S1−x1]〜[S1−x7]の構造を挙げることができる。
Figure 2019103042
但し、Rは炭素数1〜20のアルキル基であり、Xは、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−CONH−、−NHCO−、−CON(CH)−、−NH−、−O−、−CHO−、−CHOCO−、−COO−、又は−OCO−である。Aは、酸素原子又は−COO−*(ただし、「*」を付した結合手が(CHa2と結合する)、Aは、酸素原子又は*−COO−(「*」を付した結合手が(CHa2と結合する)である。a、aは独立して、0又は1の整数であり、aは1〜10の整数であり、Cyは1,4−シクロへキシレン基又は1,4−フェニレン基である。
Figure 2019103042
式[S2]中、Xは、上記に定義したとりである。なかでも液晶配向性の観点から、−CONH−、−NHCO−、−O−、−CHO−、−COO−又はOCO−が好ましい。
は上記に定義したとりである。なかでも、液晶配向性の観点から、炭素数3〜20のアルキル又は炭素数2〜20のアルコキシアルキルが好ましい。
式[S2]の好ましい具体例として、−CONH−(CH−CH(n=2〜17)、−NHCO−(CH−CH(n=2〜17)、−O−(CH−CH(n=2〜17)、−COO−(CH−CH(n=2〜17)、−CHO−(CH−CH(n=2〜17)が挙られる。
Figure 2019103042
式[S3]中、Xは、上記に定義したとりである。なかでも、液晶配向性の観点から、−O−、−COO−又は −OCO−が好ましい。
ステロイド骨格を有する構造として、β−シトステロールやエルゴステロール等の化合物からヒドロキシ基を除いた構造、日本特開平4−281427号の[0024]に記載のステロイド化合物からヒドロキシ基を除いた構造、[0030]に記載のステロイド化合物から酸クロライド基を除いた構造、[0038]に記載のステロイド化合物からアミノ基を除いた構造、[0042]にステロイド化合物からハロゲン基を除いた構造や、日本特開平8−146421の[0018]〜[0022]に記載の構造を挙げることができる。
式[S3]の好ましい具体例として、下記式[S3−x]が挙られる。式[S3−x]中のX、Col、Gの定義は、それぞれ、下記するとりである。
Figure 2019103042
(式中、*は結合位置を示す)
式[S3]のより好ましい例として、下記式[S3−1]〜[S3−6]で示される構造を挙げることができる。
Figure 2019103042
(式中、*は結合位置を示す)
式[1]中のトコフェロール骨格を有する構造として、例えばα−トコフェロール、β−トコフェロール、γ−トコフェロール、δ−トコフェロール等の化合物から誘導される構造を挙げることができる。前記トコフェロール骨格を有する構造の具体例として、例えば、下記式[T]で示される構造を挙げることができる。尚、「*」は結合位置を示す。
Figure 2019103042
本発明の液晶配向剤に含有される特定重合体は、前記式[1]で表される2価の基を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドよりなる群からなる群から選ばれる少なくとも1種以上の重合体である限り、どのような方法によって合成されたものであってもよい。
なかでも、特定重合体は、前記式[1]の構造を有するテトラカルボン酸二無水物若しくはその誘導体(以下、特定テトラカルボン酸化合物ともいう)、又は該特定テトラカルボン酸化合物を含むテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分と、を反応させて得られるポリイミド前駆体;該ポリイミド前駆体のポリイミド;テトラカルボン酸成分と、前記式[1]の構造を有するジアミン(以下、「特定ジアミン」という。)、又は特定ジアミンを含むジアミン成分と、を反応させて得られるポリイミド前駆体;ならびに該ポリイミド前駆体のポリイミドよりなる群から選ばれる1種以上であることが好ましい。
[テトラカルボン酸成分]
特定重合体を合成するために用いられるテトラカルボン酸成分は、特定テトラカルボン酸化合物又はその他のテトラカルボン酸化合物のいずれか又は両方を含有する。
<特定テトラカルボン酸化合物>
特定テトラカルボン酸化合物は、上記式[1]の構造を有するテトラカルボン酸化合物であり、例えば式[T]で表される化合物又はその誘導体が挙げられる。
Figure 2019103042
式[T]中、Aは3価の基を示し、2つのAは同一であっても異なってもよい。Aの例としては、シクロブタン環構造、シクロペンタン環構造、シクロヘキサン環構造、ベンゼン環構造及び下記式(A−1)よりなる群から選ばれる少なくとも一種を有する3価の有機基が挙げられる。Pは、上記式[1]の構造を有する2価の有機基を示す。
Figure 2019103042
前記テトラカルボン酸化合物の誘導体としては、テトラカルボン酸二無水物、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が挙げられる。
<その他のテトラカルボン酸化合物>
その他のテトラカルボン酸化合物としては、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、1,2,5,6−アントラセンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4−ビフェニルテトラカルボン酸、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ジメチルシラン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ジフェニルシラン、2,3,4,5−ピリジンテトラカルボン酸、2,6−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ピリジン、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸又は1,3−ジフェニル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸などのテトラカルボン酸から得られる酸二無水物、下記式[4]で示されるテトラカルボン酸二無水物、又はその誘導体である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化合物又はテトラカルボン酸ジアルキルエステルジハライドを挙げることができる。
なかでも、重合体の溶解性が高い観点から、式[4]で示される構造のテトラカルボン酸二無水物及びそのテトラカルボン酸誘導体の少なくとも1種以上が好ましい。
Figure 2019103042
Zは、下記[4a]〜[4k]からなる群から選ばれる構造を示す。
Figure 2019103042
(式中、*1は一方の酸無水物基に結合する結合手であり、*2は他方の酸無水物基に結合する結合手である。)
式[4a]中、Z〜Zは独立して、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、塩素原子又はベンゼン環を示す。Z〜Zの好ましい具体例として、下記式[4a−1]、[4a−2]が挙げられる。
Figure 2019103042
(*1、*2は、上記に定義したとおりである。)
式[4g]中、Z及びZは独立して、水素原子又はメチル基を示す。
式[4]中のZのなかで、合成の容易さや重合体を製造する際の重合反応性のし易さの点から、式[4a]、式[4c]〜式[4g]又は式[4k]が好ましい。式[4a]又は式[4e]〜式[4g]がより好ましく、[4a]、式[4e]又は式[4f]が特に好ましい。好ましい具体例として、[4a−1]、式[4a−2]、式[4e]、式[4f]で示される構造のテトラカルボン酸二無水物又はそのテトラカルボン酸誘導体が挙げられる。
本発明の重合体における式[4]で示されるテトラカルボン酸化合物は、すべてのテトラカルボン酸化合物100モル%中、1モル%以上であることが重合体の溶解性を高める観点で好ましい。なかでも、5モル%以上が好ましく、より好ましいのは、10モル%以上である。
テトラカルボン酸化合物は、本発明の重合体の溶媒への溶解性や液晶配向剤の塗布性、液晶配向膜とした場合における液晶の配向性、電圧保持率、蓄積電荷などの特性に応じて、1種又は2種以上を混合して使用することもできる。
[ジアミン成分]
特定重合体を合成するために用いられるジアミン成分は、特定ジアミンを含有する。特定ジアミンは、上記式[1]の構造を有するジアミンであり、例えば、下記式[2]で表される化合物が挙げられる。
<特定ジアミン>
本発明の液晶配向剤に用いられる特定ジアミンは、下記式[2]で表される。
Figure 2019103042
式[2]中のX、Yは、それぞれ、上記式[1]におけるのと同じ意味である。
Xは、特定ジアミンの合成が容易である観点で、単結合、−O−、−NH−、又は−O−(CH−O−が好ましい。mは1〜8の整数を示す。
式[2]中、Yは、Xの位置からメタ位でもオルト位でもよいが、特定ジアミンの反応性が高い観点でオルト位が好ましい。具体的には、式[2]は、以下の式[2’]であるのが好ましい。
Figure 2019103042
上記式[2]は、特定ジアミンの反応性が高い観点で下記式のいずれかの構造であるのが好ましく、式[2]−a1−1で表される構造がより好ましい。
Figure 2019103042
上記式[2]におけるYの好ましい形態として、前記式[1]におけるYの好ましい形態を適用することができる。なかでも、液晶配向性を高める観点から、前記式[S1−x3]〜[S1−x4]、[S1−x6]及び式[S3−x]から選ばれる構造が好ましく、好ましい具体例として下記式[W−1]〜[W−6]の構造が挙げられる。
Figure 2019103042
式中、Xp1〜Xp8は独立して、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−CONH−、−NHCO−、−CON(CH)−、−NH−、−O−、−CHO−、−CHOCO−、−COO−、又は−OCO−を示す。Xs1〜Xs4は独立して、−O−、−COO−又は−OCO−を示す。X〜Xは独立して、単結合、−O−、−NH−、又は−O−(CH−O−を示す。R1a〜R1hは独立して、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基又は炭素数2〜20のアルコキシアルキル基を示す。mは1〜8の整数を示す。
特定ジアミンは、液晶配向剤のインクジェット塗布性、液晶配向膜とした際の液晶配向性、電圧保持特性、蓄積電荷などの特性、液晶表示素子とした際の液晶の応答速度などに応じて、1種又は2種以上を混合して使用できる。
特定ジアミンは、特定重合体の合成に用いるジアミン成分の1〜100モル%を用いることが好ましく、より好ましくは2〜100モル%、特に好ましくは5〜90モル%である。
ポリアミック酸又はポリアミック酸エステルを合成するためのジアミンとしては、特定ジアミンのみを使用してもよいし、特定ジアミンとともに、その他のジアミンを併用してもよい。ここで、その他のジアミンとしては、例えば上記(2)以外のプレチルト角発現性を有するジアミン、光照射により重合若しくはラジカルを発生する機能を有するジアミンやWO(国際公開公報)2015/046374の[0169]に記載のジアミン、[0171]〜[0172]に記載のカルボキシル基や水酸基を有するジアミン、[0173]〜[0188]に記載の窒素含有複素環を有するジアミンや日本特開2016−218149号公報の[0050]に記載の窒素含有構造を有するジアミン、1,3−ビス(3−アミノプロピル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(4−アミノブチル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン等のオルガノシロキサン含有ジアミンが挙げられる。なかでも、PSA(Polymer Sustained Alignment)方式の液晶表示素子では、応答速度を高める観点から、光照射により重合若しくはラジカルを発生する機能を有するジアミンが好ましい。
その他のジアミンの好ましい具体例として、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジフルオロ−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、N−メチル(4,4’−ジアミノジフェニル)アミン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、1,4−ジアミノナフタレン、2,6−ジアミノナフタレン、1,2−ビス(4−アミノフェニル)エタン、1,3−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、1,4−ビス(4−アミノフェニル)ブタン、1,4−ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,3−ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,4−ビス(4-アミノベンジル)ベンゼン、1,3−ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−[1,4−フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、1,4−フェニレンビス[(4−アミノフェニル)メタノン]、1,4−フェニレンビス(4−アミノベンゾエート)、ビス(4−アミノフェニル)テレフタレート、ビス(4−アミノフェニル)イソフタレート、N,N’−(1,4−フェニレン)ビス(4−アミノベンズアミド)、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)テレフタルアミド、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)イソフタルアミド、9,10−ビス(4−アミノフェニル)アントラセン、2,2’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)プロパン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ブタン、1,5−ビス(4−アミノフェノキシ)ペンタン、1,6−ビス(4−アミノフェノキシ)へキサン、1,7−ビス(4−アミノフェノキシ)ヘプタン、1,8−ビス(4−アミノフェノキシ)オクタン、1,9−ビス(4−アミノフェノキシ)ノナン、1,10−(4−アミノフェノキシ)デカン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノへキサン、2,4−ジアミノ安息香酸、2,5−ジアミノ安息香酸、3,5−ジアミノ安息香酸、4,4’−ジアミノビフェニル−3−カルボン酸、4,4’−ジアミノジフェニルメタン−3−カルボン酸、4,4’−ジアミノジフェニルエタン−3−カルボン酸、4,4’−ジアミノビフェニル−3,3’−ジカルボン酸、4,4’−ジアミノビフェニル−2,2’−ジカルボン酸、3,3’−ジアミノビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、3,3’−ジアミノビフェニル−2,4’−ジカルボン酸、4,4’−ジアミノジフェニルメタン−3,3’−ジカルボン酸、4,4’−ジアミノジフェニルエタン−3,3’−ジカルボン酸、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル−3,3’−ジカルボン酸、2,6−ジアミノピリジン、3,4−ジアミノピリジン、2,4−ジアミノピリミジン、3,6−ジアミノカルバゾール、N−メチル−3,6−ジアミノカルバゾール、1,4−ビス−(4−アミノフェニル)−ピペラジン、3,6−ジアミノアクリジン、N−エチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−フェニル−3,6−ジアミノカルバゾール、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)−ベンジジン、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)−N,N’−ジメチルベンジジン、下記式(D−2−1)〜式(D−2−8)のそれぞれで表される化合物、
Figure 2019103042
更には、これらのアミノ基が2級のアミノ基であるジアミンが挙げられる。
上記式(2)以外のプレチルト角発現性を有するジアミンとしては、下記式[V−1]〜[V−7]の構造式で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2019103042
上記式中、Xv1〜Xv4は独立して、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−CONH−、−NHCO−、−CON(CH)−、−NH−、−O−、−CHO−、−CHOCO−、−COO−、又は−OCO−を示す。Xv5は−O−、−CHO−、−CHOCO−、−COO−、又は−OCO−を示す。XV6〜XV7は独立して、−O−、−COO−又は−OCO−を示す。
光照射により重合する機能を有するジアミンとしては、例えば下記式[p1]〜[p7]で表される構造が直接又は連結基を介してベンゼン環等の芳香族環に結合しているジアミンが挙げられる。
Figure 2019103042
具体例として、下記式[P−a]又は[P−b]で示されるジアミンが挙げられる。
Figure 2019103042
式[P−a]、式[P−b]における二つのアミノ基(−NH)の結合位置は限定されないが、ジアミンの反応性の観点から、2,4位の位置、2,5位の位置、又は3,5位の位置が好ましい。ジアミンを合成する際の容易性も加味すると、2,4位の位置、又は3,5位の位置がより好ましい。
式[P−a]中、Rは、単結合、−O−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、−NH−、−CHO−、−N(CH)−、−CON(CH)−、又は−N(CH)CO−を示す。合成の容易性から、単結合、−O−、−COO−、−NHCO−、又は−CONH−が好ましい。
は、単結合、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜20のアルキレン基、ベンゼン環、ナフタレン環などの炭素数6〜12の芳香族環から選ばれる2価の基、シクロヘキサン環などの炭素数3〜8の2価の脂環式基、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピリダジン、トリアジン、インドール、キノリン、カルバゾール、チアゾール、プリン、テトラヒドロフラン、チオフェンなどの5員環以上の複素環から選ばれる2価の環状基を示す。ここで、アルキレン基の−CH−は、−CF−又は−CH=CH−で任意に置換されていてもよい。合成の容易性から、単結合又は炭素数1〜12のアルキレン基が好ましい。kは0〜4の整数である。
10は、上記式[p1]〜[p7]からなる群から選ばれる構造を示す。光反応性の観点から、[p1]、[p2]、[p4]が好ましい。
式[P−b]中、Y、Yは独立して、−CH−、−O−、−CONH−、−NHCO−、−COO−、−OCO−、−NH−、又は−CO−を示す。Y、Yは独立して、上記[P−a]中のRと同義である。Yはシンナモイル基を示す。Yは、上記式[p1]〜[p7]からなる群から選ばれる構造を示す。光反応性の観点から、[p1]、[p2]、又は[p4]が好ましい。mは0又は1を示す。
光照射により重合する機能を有するジアミンは、液晶配向膜とした際の液晶配向性、プレチルト角、電圧保持特性、蓄積電荷などの特性、液晶表示素子とした際の液晶の応答速度などに応じて、1種又は2種以上を混合して使用できる。
光照射により重合する機能を有するジアミンは、特定重合体の合成に用いるジアミン成分の10〜70モル%を用いることが好ましく、より好ましくは10〜60モル%、特に好ましくは10〜50モル%である。
光照射によりラジカルを発生する機能を有するジアミンとしては、例えば紫外線照射により分解しラジカルを発生するラジカル発生構造を有する部位を側鎖に有するジアミンが挙げられ、例えば下記式(R)で示すジアミンが挙げられる。
Figure 2019103042
上記式(R)におけるAr、R、R、T、T、S及びQは、以下の定義を有する。
即ち、Arはフェニレン、ナフチレン、及びビフェニレンからなる群から選ばれる芳香族炭化水素基を示し、それらには有機基が置換していてもよく、水素原子はハロゲン原子に置換していてもよい。
1、Rは独立して炭素原子数1〜10のアルキル基もしくはアルコキシ基である。
、Tは独立して、単結合又は−O−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、−NH−、−CHO−、−N(CH)−、−CON(CH)−、又は−N(CH)CO−の結合基である。
Sは、上記[P−a]中のRと同義である。
Qは下記式[q−1]〜[q−4]からなる群から選ばれる構造(Rは水素原子又は炭素原子数1〜4のアルキル基を示し、Rは−CH−、−NR−、−O−、又は−S−を示す。)を示す。
Figure 2019103042
(式中、*は結合位置を示す。)
上記式(R)において、カルボニルが結合しているArは紫外線の吸収を効率的にする観点から、ナフチレンやビフェニレンなどの共役長の長い構造が好ましい。また、Arには置換基を有していてもよく、かかる置換基は、アルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アミノ基などの電子供与性の有機基が好ましい。紫外線の波長が250〜380nmの範囲であればフェニル基でも十分な特性が得られるため、フェニル基が最も好ましい。
また、R、Rは独立して、炭素原子数1〜10のアルキル基、アルコキシ基、ベンジル基、又はフェネチル基であり、アルキル基やアルコキシ基の場合、R、Rで環を形成していてもよい。
Qは、特定重合体を製造しやすい観点から、ヒドロキシル基又はアルコキシル基がより好ましい。
式(R)におけるジアミノベンゼンは、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、又はp−フェニレンジアミンのいずれでもよいが、テトラカルボン酸成分との反応性が高い点で、m−フェニレンジアミン、又はp−フェニレンジアミンが好ましい。
具体的には、合成の容易さ、汎用性の高さ、特性などの点から、下記式[R−1]〜[R−4]で表される構造が最も好ましい。なお、式中、nは2〜8の整数である。
Figure 2019103042
光照射によりラジカルを発生する機能を有するジアミンは、特定重合体の合成に用いるジアミン成分の5〜70モル%を用いることが好ましく、液晶配向性を保持する観点からより好ましくは10〜60モル%であり、特に好ましくは10〜50モル%である。
<特定重合体の合成>
特定重合体は、上述のとおりジアミンとテトラカルボン酸化合物とを反応させて得られる。ポリアミック酸を得る方法としては、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを重縮合させてポリアミック酸を得る方法又はテトラカルボン酸ジハライド化合物とジアミン化合物とを重縮合させてポリアミック酸を得る方法が挙げられる。
特定重合体は、必要に応じて分子量調整剤とともに反応させることによって得ることができる。分子量調整剤としては、例えば、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水イタコン酸などの酸一無水物、アニリン、シクロヘキシルアミン、n−ブチルアミンなどのモノアミン、フェニルイソシアネート、ナフチルイソシアネートなどのモノイソシアネート等を挙げることができる。分子量調整剤の使用割合は、使用するテトラカルボン酸化合物及びジアミンの合計100質量部に対して、20質量部以下とすることが好ましく、10質量部以下とすることがより好ましい。
ポリアミック酸エステルを得る方法としては、カルボン酸基をジアルキルエステル化したテトラカルボン酸ジアルキルエステル化合物とジアミンとを重縮合させる方法、カルボン酸基をジアルキルエステル化及びジハライド化したテトラカルボン酸ジアルキルエステルジハライド化合物と1級又は2級のジアミンとを重縮合させる方法又はポリアミド酸のカルボキシル基をエステルに変換する方法が挙げられる。
ポリイミドを得る方法としては、前記のポリイミド前駆体を閉環させてポリイミドとする方法が挙げられる。
ジアミンとテトラカルボン酸化合物との反応は、溶媒中で行うのが好ましい。溶媒としては、生成した重合体が溶解するものであれば特に限定されない。溶媒の具体例を下記に挙げるが、これらの例に限定されない。
例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン又は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−2−イミダゾリジノンが挙げられる。また、重合体の溶媒溶解性が高い場合は、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、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン又は下記の式[D−1]〜式[D−3]で示される溶媒を用いることができる。
Figure 2019103042
(式[D−1]中、Dは炭素数1〜3のアルキレン基を示し、式[D−2]中、Dは炭素数1〜3のアルキレン基を示し、式[D−3]中、Dは炭素数1〜4のアルキレン基を示す)。
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。更に、重合体を溶解させない溶媒であっても、生成した重合体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、更には生成した重合体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。
ジアミンとテトラカルボン酸化合物とを溶媒中で反応させる際には、反応は任意の濃度で行うことができるが、濃度が低すぎると高分子量の重合体を得ることが難しくなり、濃度が高すぎると反応液の粘性が高くなり過ぎて均一な攪拌が困難となる。そのため、好ましくは1〜50質量%、より好ましくは5〜30質量%である。反応初期は高濃度で行い、その後、溶媒を追加することができる。
重縮合反応においては、ジアミンの合計モル数とテトラカルボン酸化合物の合計モル数の比は0.8〜1.2であることが好ましい。通常の重縮合反応同様、このモル比が1.0に近いほど生成する特定重合体の分子量は大きくなる。
ポリイミドは前記ポリイミド前駆体を閉環させて得られるポリイミドであり、このポリイミドにおいては、アミック酸基の閉環率(イミド化率ともいう)は必ずしも100%である必要はなく、用途や目的に応じて任意に調整することができる。
ポリイミド前駆体をイミド化させる方法としては、ポリイミド前駆体の溶液をそのまま加熱する熱イミド化又はポリイミド前駆体の溶液に触媒を添加する触媒イミド化が挙げられる。
ポリイミド前駆体を溶液中で熱イミド化させる場合の温度は、100〜400℃、好ましくは120〜250℃であり、イミド化反応により生成する水を系外に除きながら行う方が好ましい。
ポリイミド前駆体の触媒イミド化は、ポリイミド前駆体の溶液に、塩基性触媒と酸無水物とを添加し、−20℃〜250℃、好ましくは0〜180℃で攪拌することにより行うことができる。塩基性触媒の量はアミド酸基の0.5〜30モル倍、好ましくは2〜20モル倍であり、酸無水物の量はアミド酸基の1〜50モル倍、好ましくは3〜30モル倍である。塩基性触媒としてはピリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン又はトリオクチルアミンなどを挙げることができ、なかでも、ピリジンは反応を進行させるのに適度な塩基性を持つので好ましい。酸無水物としては、無水酢酸、無水トリメリット酸又は無水ピロメリット酸などを挙げることができ、なかでも無水酢酸を用いると反応終了後の精製が容易となるので好ましい。触媒イミド化によるイミド化率は、触媒量と反応温度、反応時間を調節することにより制御できる。
ポリイミド前駆体又はポリイミドの反応溶液から、生成したポリイミド前駆体又はポリイミドを回収する場合には、反応溶液を溶媒に投入して沈殿させればよい。沈殿に用いる溶媒としてはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、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、トルエン、ベンゼン、水などが挙げられる。溶媒に投入して沈殿させたポリマー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、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。この際の溶媒として、例えば、アルコール類、ケトン類又は炭化水素などが挙げられ、これらの内から選ばれる3種類以上の溶媒を用いると、より一層精製の効率が上がるので好ましい。
ポリイミド前駆体及びポリイミドのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000〜500,000であり、より好ましくは2,000〜300,000である。また、Mwと、GPCにより測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは15以下であり、より好ましくは10以下である。このような分子量範囲にあることで、液晶表示素子の良好な配向性を確保することができる。
<液晶配向剤>
本発明の液晶配向剤は、上記の如きポリイミド前駆体及びポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1種の重合体並びに必要に応じて使用される任意添加成分を溶媒に溶解含有して構成される。
本発明の液晶配向剤に使用される溶媒は、上述のとおり前記式(d−1)〜(d−5)からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒Aと、前記式(e)、沸点が200〜300℃である、アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、アルキレングリコールジアセテート、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、及びアルキレングリコールジアルキルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒Bとを含有する。なお、本発明における沸点とは、1気圧の状態での沸点を意味する。
溶媒Aを含有することで、液晶配向剤の乾燥が抑えられるため、液晶配向剤を塗布する際の濃度変化が抑制され、塗布性に優れた液晶配向剤が得られる。また重合体の溶媒に対する溶解性も高く、焼成時に重合体の析出が発生し、膜厚が不均一になるといった現象を抑えることができる。溶媒Bを含有することで溶媒Aとの沸点差が小さくなり、液晶配向剤の塗布基板を焼成する際に液晶配向剤が濡れ広がることが可能となるため、複雑な段差構造を有する基板に対しても均一に塗布することが可能となり、膜厚の均一性に優れる液晶配向膜を得ることができる。
式(d−1)において、R1aの炭素数2〜8の1価の炭化水素基としては、鎖状炭化水素基、脂環炭化水素基が挙げられ、例えば炭素数2〜8の鎖状アルキル基、炭素数3〜8のシクロアルキル基等が挙げられる。また、当該炭化水素基における炭素−炭素結合間に「−O−」を有する1価の基としては、例えば、炭素数2〜8のアルコキシアルキル基等が挙げられる。
これらの具体例としては、炭素数2〜8の鎖状アルキル基として、例えば、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、へプチル基、オクチル基などが挙げられる。炭素数3〜8のシクロアルキル基として、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。炭素数2〜8のアルコキシアルキル基として、例えばメトキシメチル基、メトキシエチル基、メトキシプロピル基、メトキシブチル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基などが挙げられる。これらの基は直鎖状であっても分岐状であってもよい。
式(d−2)、(d−5)及び式(e)において、R2a、R2b、R5a、r1a 及びr1bの炭素数1〜6のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等を挙げることができ、これらは直鎖状でも分岐状であってもよい。
式(d−3)において、R3aはメチル基又はエチル基を示す。
式(d−5)において、R5b及びR5cの炭素数1〜6の1価の炭化水素基としては、鎖状炭化水素基、脂環炭化水素基が挙げられ、例えば炭素数1〜6の鎖状アルキル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基等が挙げられる。また、当該炭化水素基における炭素−炭素結合間に「−O−」を有する1価の基としては、例えば炭素数1〜6のアルコキシアルキル基等が挙げられる。これらの具体例としては、炭素数1〜6の鎖状アルキル基として、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などを;炭素数3〜6のシクロアルキル基として、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などを挙げることができる。
式(d−1)の具体例としては、N−エチル−2−ピロリドン、N−(n−プロピル)−2−ピロリドン、N−イソプロピル−2−ピロリドン、N−(n−ブチル)−2−ピロリドン、N−(tert−ブチル)−2−ピロリドン、N−(n−ペンチル)−2−ピロリドン、N−(n−ヘキシル)−2−ピロリドン、N−シクロヘキシル−2−ピロリドン、N−(n−オクチル)−2−ピロリドン、N−メトキシプロピル−2−ピロリドン、N−エトキシエチル−2−ピロリドン、N−メトキシブチル−2−ピロリドンなどが挙げられる。これらのうち特定重合体の溶解性などの観点から、N−エチル−2−ピロリドン、N−(n−ペンチル)−2−ピロリドン、N−(t−ブチル)−2−ピロリドン、N−(n−ブチル)−2−ピロリドン、N−シクロヘキシル−2−ピロリドン、N−(n−ヘキシル)−2−ピロリドン、N−メトキシプロピル−2−ピロリドンを特に好ましく使用することができる。
式(d−2)の具体例としては、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)、1,3−ジエチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジプロピル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジイソプロピル−2−イミダゾリジノンなどが挙げられ、これらのうち特定重合体の溶解性などの観点から、DMIが好ましい。
式(d−5)の具体例としては、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ヘキシルオキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、イソプロポキシ−N−イソプロピル−プロピオンアミド、n−ブトキシ−N−イソプロピル−プロピオンアミドなどが挙げられる。なかでも特定重合体の溶解性などの観点から、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミドが好ましい。
溶媒Aのなかでも、特定重合体の溶解性の観点から、N−エチル−2−ピロリドン、N−(n−ペンチル)−2−ピロリドン、N−シクロヘキシル−2−ピロリドン、N−(n−ヘキシル)−2−ピロリドン、N−メトキシプロピル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−ヘキサノラクトン、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
溶媒中の溶媒Aの含有割合は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体に対して、5〜99質量%であることが好ましく、10〜99質量%であることがより好ましい。
式(e)の具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ペンチレンカーボネート、へキシレンカーボネート、2−メチル−1,3−プロピレンカーボネート、2,2−ジメチル−1,3−プロピレンカーボネートなどが挙げられる。なかでも、特定重合体の溶解性などの観点から、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート及びブチレンカーボネートが好ましい。
沸点200〜300℃を有するアルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテートの具体例としては、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどが挙げられる。
沸点200〜300℃を有するアルキレングリコールジアセテートの具体例としては、1,3−ブチレングリコールジアセテート、1,6−ヘキサンジオールジアセテート、1,2−プロピレングリコールジブチレート等が挙げられる。
沸点200〜300℃を有するアルキレングリコールモノアルキルエーテルの具体例としては、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モノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルブチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、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プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコール−n−ブチルエーテルなどが挙げられる。
沸点が200〜300℃であるアルキレングリコールジアルキルエーテルの具体例としては、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジブチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテルなどが挙げられる。
溶媒Bのなかでも、特定重合体の溶解性の観点から、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート及びブチレンカーボネート、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピ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、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル及びトリプロピレングリコールメチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
本発明の液晶配向剤に含有される溶媒は、下記MS1〜MS14から選択される1種の組合せを含むことが、特定重合体の溶解性と液晶配向剤の濡れ性を両立する観点で好ましい;
・MS1:N−エチル−2−ピロリドンとプロピレンカーボネート
・MS2:N−シクロヘキシル−2−ピロリドンとプロピレンカーボネート
・MS3:N−(n−ヘキシル)−2−ピロリドンとプロピレンカーボネート
・MS4:γ−バレロラクトンとプロピレンカーボネート
・MS5:N−エチル−2−ピロリドンとジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート
・MS6:N−エチル−2−ピロリドンとジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート
・MS7:N−エチル−2−ピロリドンとジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
・MS8:N−エチル−2−ピロリドンとエチレングリコールモノヘキシルエーテル
・MS9:N−エチル−2−ピロリドンとジエチレングリコールモノエチルエーテル
・MS10:N−エチル−2−ピロリドンとジエチレングリコールモノプロピルエーテル
・MS11:N−エチル−2−ピロリドンとジエチレングリコールモノブチルエーテル
・MS12:N−エチル−2−ピロリドンとジエチレングリコールモノヘキシルエーテル
・MS13:N−エチル−2−ピロリドンとジプロピレングリコールモノプロピルエーテル
・MS14:N−エチル−2−ピロリドンとトリプロピレングリコールメチルエーテル
溶媒中の溶媒Bの含有割合は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体に対して、1〜95質量%であることが好ましく、1〜90質量%であることがより好ましい。
本発明の液晶配向剤は溶媒として、特定重合体の溶解性を高め、印刷性を確保する観点で、更にN−メチル−2−ピロリドンを含むことが好ましい。その含有割合は、溶媒の全体量に対して10〜90質量%が好ましく、20〜90質量%がより好ましく、特に好ましくは30〜90質量%である。
本発明の液晶配向剤は溶媒として、上記とともにその他の溶媒を併用してもよい。ここで、その他の溶媒としては、例えば4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、エチレングリコールモノメチルエーテル、乳酸ブチル、メチルメトキシプロピオネ−ト、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−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ジメチルエーテル、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、WO2011/132751の[0203]に記載の低表面張力を有する溶媒を挙げることができる。
本発明の液晶配向剤における固形分濃度(液晶配向剤中の溶媒以外の成分の合計重量が液晶配向剤の全重量に占める割合をいう。)は、粘性、揮発性などを考慮して選択されるが、特に好ましい固形分濃度の範囲は、基板に液晶配向剤を塗布する際に用いる方法によって異なる。例えばフレキソ印刷法による場合には、固形分濃度を3〜9重量%の範囲とし、それにより溶液粘度を12〜50mPa・sの範囲とすることが特に好ましい。インクジェット法による場合には、固形分濃度を1〜5重量%の範囲とし、それにより、溶液粘度を3〜15mPa・sの範囲とすることが特に好ましい。
本発明の液晶配向剤には、エポキシ基、イソシアネート基、オキセタン基又はシクロカーボネート基を有する架橋性化合物、ヒドロキシル基、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から選ばれる少なくとも1種の置換基を有する架橋性化合物、又は重合性不飽和結合を有する架橋性化合物を導入してもよい。これら置換基や重合性不飽和結合は、架橋性化合物中に2個以上有することが好ましい。
エポキシ基又はイソシアネート基を有する架橋性化合物としては、例えば、WO2015/008846の[0087]に記載の化合物などが挙げられる。
オキセタン基を有する架橋性化合物は、具体的には、WO2011/132751の58頁〜59頁に掲載される式[4a]〜式[4k]で示される架橋性化合物が挙げられる。より好ましい具体例として、式[4b]、式[4d]、式[4k]でn=5の化合物を挙げることができる。
シクロカーボネート基を有する架橋性化合物としては、具体的には、WO2012/014898の76頁〜82頁に掲載される式[5−1]〜式[5−42]で示される架橋性化合物が挙げられる。
ヒドロキシル基及びアルコキシル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の置換基を有する架橋性化合物としては、WO2015/008846の[0090]〜[0092]に記載の化合物、WO2015/072554の[0054]に記載のヒドロキシルアルキルアミド基を有する化合物、WO2015/156314の[0126]に記載の化合物などが挙げられる。より好ましい具体例として、WO2011/132751の[181]〜[185]に掲載される、式[6−1]〜[6−48]で表わされる架橋性化合物、WO2015/072554の[0054]に記載のヒドロキシルアルキルアミド基を有する化合物、WO2015/156314の[0126]に記載の化合物が挙げられる。
重合性不飽和結合を有する架橋性化合物としては、例えば、WO2011/132751の[0186]に記載の化合物が挙げられる。
加えて、WO2011/132751の[0188]に記載の式[5]で示される化合物を用いることもできる。
上記化合物は架橋性化合物の一例であり、これらに限定されるものではない。また、本発明の液晶配向剤に用いる架橋性化合物は、1種類であってもよく、2種類以上組み合わせてもよい。
本発明の液晶配向剤における、架橋性化合物の含有量は、すべての重合体成分100質量部に対して、0.1〜150質量部であることが好ましい。なかでも、架橋反応が進行し目的の効果を発現させるためには、すべての重合体成分100質量部に対して0.1〜100質量部が好ましい。より好ましいのは、1〜50質量部である。
本発明の液晶配向剤は、液晶配向剤を塗布した際の液晶配向膜の膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる化合物を用いることができる。
液晶配向膜の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、ノ二オン系界面活性剤などが挙げられる。より具体的には、例えば、エフトップEF301、EF303、EF352(以上、トーケムプロダクツ社製)、メガファックF171、F173、R−30(以上、大日本インキ社製)、フロラードFC430、FC431(以上、住友スリーエム社製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(以上、旭硝子社製)などが挙げられる。
これらの界面活性剤の使用割合は、液晶配向剤に含有されるすべての重合体成分100質量部に対して、好ましくは0.01〜2質量部、より好ましくは0.01〜1質量部である。
更に、本発明の液晶配向剤には、液晶配向膜中の電荷移動を促進して素子の電荷抜けを促進させる化合物として、WO2011/132751(2011.10.27公開)の69頁〜73頁に掲載される、式[M1]〜式[M156]で示される窒素含有複素環アミン化合物を添加することもできる。このアミン化合物は、液晶配向剤に直接添加しても構わないが、適当な溶媒で濃度0.1〜10質量%、好ましくは1〜7質量%の溶液にしてから添加することが好ましい。この溶媒としては、上述した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。
本発明の液晶配向剤には、上記の貧溶媒、架橋性化合物、樹脂被膜又は液晶配向膜の膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる化合物及び電荷抜けを促進させる化合物の他に、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や導電物質を添加してもよい。
<液晶配向膜・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、液晶配向膜として用いることができる。また、垂直配向用途などの場合では配向処理なしでも液晶配向膜として用いることができる。この際に用いる基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板の他、アクリル基板やポリカーボネート基板などのプラスチック基板なども用いることができる。プロセスの簡素化の観点からは、液晶駆動のためのITO電極などが形成された基板を用いることが好ましい。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ェハなどの不透明な基板も使用でき、この場合の電極としてはアルミなどの光を反射する材料も使用できる。
液晶配向剤の塗布方法は、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷又はインクジェット法、ディップ法、ロールコータ法、スリットコータ法、スピンナー法又はスプレー法などを挙げることができるが、液晶配向膜の製造効率を高める観点でフレキソ印刷又はインクジェット法で塗布する方法が好ましい。
液晶配向剤を基板上に塗布した後は、ホットプレート、熱循環型オーブン又はIR(赤外線)型オーブンなどの加熱手段により、液晶配向剤に用いる溶媒に応じて、30〜300℃、好ましくは30〜250℃の温度で溶媒を蒸発させて液晶配向膜とすることができる。焼成後の液晶配向膜の厚みは、厚すぎると液晶表示素子の消費電力の面で不利となり、薄すぎると液晶表示素子の信頼性が低下する場合があるので、好ましくは5〜300nm、より好ましくは10〜100nmである。
製造される液晶表示素子の表示モードがVA型である場合には、上記のようにして形成された塗膜はそのまま液晶配向膜として用いることができるが、必要に応じてラビング処理又は後述のPSA処理を行ってもよい。一方、製造される液晶表示素子の表示モードがVA型以外の垂直電界方式である場合及び横電界方式である場合には、形成された塗膜面に対して、ラビング処理又は偏光紫外線照射などで処理して配向処理を行う。
本発明の液晶配向剤は、電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性化合物を含む液晶組成物を配置し、電極間に電圧を印加しつつ、活性エネルギー線の照射及び加熱の少なくとも一方により、重合性化合物を重合させる工程を経て製造される液晶表示素子にも好ましく用いられる。ここで、印加する電圧は、例えば5〜50Vの直流又は交流とすることができる。また、活性エネルギー線としては、紫外線が好適である。紫外線としては、波長が300〜400nmの波長の光を含む紫外線、好ましくは310〜360nmの波長の光を含む紫外線である。光の照射量としては、好ましくは0.1〜20J/cmであり、より好ましくは1〜20J/cmである。
上記の液晶表示素子は、PSA方式により、液晶分子のプレチルトを制御するものである。PSA方式では、液晶材料中に少量の光重合性化合物、例えば光重合性モノマーを混入しておき、液晶セルを組み立てた後、液晶層に所定の電圧を印加した状態で光重合性化合物に紫外線などを照射し、生成した重合体によって液晶分子のプレチルトを制御する。重合体が生成するときの液晶分子の配向状態が電圧を取り去った後においても記憶されるので、液晶層に形成される電界などを制御することにより、液晶分子のプレチルトを調整することができる。また、PSA方式では、ラビング処理を必要としないので、ラビング処理によってプレチルトを制御することが難しい垂直配向型の液晶層の形成に適している。
本発明の液晶表示素子は、上記した手法により、本発明の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て液晶表示素子としたものである。
液晶セルの作製方法としては、液晶配向膜の形成された一対の基板を用意し、片方の基板の液晶配向膜上にスペーサを散布し、液晶配向膜面が内側になるようにして、もう片方の基板を貼り合わせ、液晶を減圧注入して封止する方法、又は、スペーサを散布した液晶配向膜面に液晶を滴下した後に基板を貼り合わせて封止を行う方法などが例示できる。
液晶には、前述のとおり紫外線照射又は熱により重合する重合性化合物を混合してもよい。重合性化合物としては、アクリレート基やメタクリレート基等の重合性不飽和基を分子内に1個以上有する化合物、例えば下記式(M−1)〜(M−3)で表される重合性化合物が挙げられる。
Figure 2019103042
重合性化合物の使用量は、液晶成分の100質量部に対して0.01〜10質量部が好ましく、0.1〜5質量部がより好ましい。重合性化合物が0.01質量部未満であると、重合性化合物が重合せずに液晶の配向制御できなくなり、10質量部よりも多くなると、未反応の重合性化合物が多くなって液晶表示素子の焼き付き特性が低下する。液晶セルを作製した後は、液晶セルに交流又は直流の電圧を印加しながら、熱や紫外線を照射して重合性化合物を重合する。これにより、液晶分子の配向を制御できる。
加えて、本発明の液晶配向剤は、電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性基を含む液晶配向膜を配置し、電極間に電圧を印加する工程を経て製造される液晶表示素子、すなわち、SC−PVAモードにも用いてもよい。ここで、活性エネルギー線としては、紫外線が好適である。紫外線としては、前記PSA方式で用いる紫外線を好ましい態様も含めて適用することができる。加熱による重合の場合、加熱温度は40〜120℃、好ましくは60〜80℃である。また、紫外線と加熱を同時に行ってもよい。
活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方より重合する重合性基を含む液晶配向膜を得るためには、この重合性基を含む化合物を液晶配向剤中に添加する方法や、重合性基を含む重合体成分を用いる方法が挙げられる。重合性基を含む重合体の具体例としては、前記光照射により重合する機能を有するジアミンを用いて得られる重合体が挙げられる。
以下、実施例により、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(特定ジアミン)
W−A1:式[W−A1]で表される化合物、 W−A2:式[W−A2]で表される化合物
W−A3:式[W−A3]で表される化合物
(その他側鎖型ジアミン化合物)
A1:式[A1]で表される化合物
Figure 2019103042
C1:式[C1]で表される化合物、C2:式[C2]で表される化合物
C3:式[C3]で表される化合物
Figure 2019103042
(テトラカルボン酸化合物)
D1:1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
D2: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
D3:ピロメリット酸二無水物
Figure 2019103042
(溶媒)
NEP:N−エチル−2−ピロリドン、 GVL:γ−バレロラクトン、
GBL:γ−ブチロラクトン NMP:N−メチル−2−ピロリドン、
CHP:N−シクロヘキシル−2−ピロリドン、NHP:N−(n−ヘキシル)−2−ピロリドン
3BMP:3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、PC:プロピレンカーボネート
EC:エチレンカーボネート
DEMBA:ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート
DPMEA:ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
EMH:エチレングリコールモノヘキシルエーテル
DEME:ジエチレングリコールモノエチルエーテル
DEMP:ジエチレングリコールモノプロピルエーテル
DEMB:ジエチレングリコールモノブチルエーテル
DEMH:ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル
DPMP:ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル
TPME:トリプロピレングリコールメチルエーテル
(分子量測定)
ポリイミド前駆体及びポリイミドの分子量は、常温ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)装置(GPC−101)(昭和電工社製)、カラム(KD−803,KD−805)(Shodex社製)を用いて、以下のようにして測定した。
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・HO)が30mmol/L(リットル)、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:TSK 標準ポリエチレンオキサイド(分子量;約900,000、150,000、100,000及び30,000)(東ソー社製)及びポリエチレングリコール(分子量;約12,000、4,000及び1,000)(ポリマーラボラトリー社製)。
(イミド化率の測定)
ポリイミド粉末20mgをNMR(核磁気共鳴)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質量%TMS(テトラメチルシラン)混合品)(0.53ml)を添加し、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、9.5〜10.0ppm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
上記式中、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。
(粘度測定)
ポリイミド系重合体の粘度は、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。
<特定ジアミンの合成>
W−A1〜W−A3は文献等未公開の新規化合物であり、以下のようにして合成した。
下記合成例1〜3に記載の生成物は1H−NMR分析により下記の条件で同定した。
装置:Varian NMR System 400 NB (400 MHz)
測定溶媒:CDCl3、DMSO−d
基準物質:テトラメチルシラン(TMS)(δ0.0 ppm for H)
<合成例1 W−A1の合成>
Figure 2019103042
<化合物[1]、[2]の合成>
反応容器にテトラヒドロフラン(165.6g)中、4,4’−ジニトロ−1,1’−ビフェニル−2,2’-ジメタノール(41.1g、135mmol)とトリエチルアミン(31.5g)を加え、窒素雰囲気氷冷条件にてメタンスルホニルクロリド(33.2g)を滴下し、1時間反応させることで化合物[1]を得た。続いて、テトラヒドロフラン(246.6g)に溶解させたp−(trans−4−ヘプチルシクロヘキシル)フェノール(77.8g)を加え、40℃で1時間撹拌後、純水(233g)に溶解させた水酸化カリウム(41.0g)を同温度にて加え、21時間反応させた。反応終了後、1.0M塩酸水溶液(311ml)及び純水(1050g)を加えて粗物を析出させ、ろ過により粗物を回収した。得られた粗物をテトラヒドロフラン(574g)に50℃加熱溶解させ、メタノール(328g)を加えて結晶を析出させ、ろ過、乾燥することで化合物[2]を得た(収量:97.9g、収率:89%)。
H−NMR(400MHz) in CDCl:0.87−0.90ppm(m,6H), 0.96−1.05ppm(m,4H), 1.19−1.39ppm(m,30H), 1.80−1.85ppm(m,8H), 2.33−2.40ppm(m,2H), 4.77ppm(s,4H), 6.66−6.70ppm(m,4H), 7.02−7.06ppm(m,4H), 7.40ppm(d,2H,8.4), 8.25ppm(dd,2H,J=2.4Hz,J=8.4Hz), 8.54ppm(d,2H,J=2.4Hz).
<W−A1の合成>
反応容器にテトラヒドロフラン(1783g)、化合物[2](74.3g,90.9mmol)と3%プラチナカーボン(5.94g)を加え、水素雰囲気室温条件で反応させた。反応終了後、反応混合物をろ過し、ろ液を減圧濃縮することで内部総重量を145gとした。続いて、濃縮溶液にメタノール(297g)を加え、氷冷撹拌し、ろ過、乾燥することでW−A1を得た(収量:59.2g、収率:86%)。
H−NMR(400MHz) in CDCl:0.87−0.90ppm(m,6H), 0.96−1.05ppm(m,4H), 1.19−1.40ppm(m,30H), 1.81−1.84ppm(m,8H), 2.32−2.38ppm(m,2H), 3.67ppm(s,4H), 4.69ppm(d,2H,J=12.0Hz), 4.74ppm(d,2H,J=11.6Hz), 6.62ppm(dd,2H,J=2.4Hz,J=8.0Hz), 6.70−6.75ppm(m,4H), 6.91ppm(d,2H,J=2.4Hz), 6.97−7.03ppm(m,6H).
<合成例2 W−A2の合成>
Figure 2019103042
<化合物[3]の合成>
反応容器にテトラヒドロフラン(327.2g)、4,4’−ジニトロ−2,2’−ジフェン酸(40.9g、123mmol)とp−(trans−4−ヘプチルシクロヘキシル)フェノール(72.1g)、4−ジメチルアミノピリジン(1.50g)を加え、窒素雰囲気室温条件下で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(56.6g)を投入し、3時間反応させた。反応終了後、純水(1226g)中に反応液を注ぎ込み、粗物を析出させ、ろ過により回収した。続いて、粗物をメタノール(245g)でスラリー洗浄後、ろ過し、得られた粗物をテトラヒドロフラン(245g)に60℃加熱溶解させた。ろ過により不溶物を除去後、減圧濃縮により内部総重量を232gとした後に、メタノール(163g)を加えて結晶を析出させ、氷冷条件下で撹拌後、ろ過、乾燥することで化合物[3]を得た(収量:73.9g、収率:71%)。
H−NMR(400MHz) in CDCl: 0.87−0.90ppm(m,6H), 0.98−1.06ppm(m,4H), 1.18−1.43ppm(m,30H), 1.83−1.86ppm(m,8H), 2.41−2.47ppm(m,2H), 6.89−6.92ppm(m,4H), 7.17−7.20ppm(m,4H), 7.48ppm(d,2H,8.4), 8.49ppm(dd,2H,J=2.4Hz,J=8.4Hz), 9.11ppm(d,2H,J=2.4Hz).
<W−A2の合成>
反応容器にテトラヒドロフラン(443g)及びメタノール(73.9g)、化合物[3](73.9g、87.4mmol)と5%パラジウムカーボン(8.80g)を加え、水素雰囲気室温条件で反応させた。反応終了後、ろ過によりパラジウムカーボンを除去し、減圧濃縮により内部総重量を171gとした。続いて、濃縮溶液にメタノール(222g)を加えて結晶を析出させ、氷冷撹拌し、ろ過、乾燥することでW−A2を得た(収量:66.6g、収率:97%)。
H−NMR(400MHz) in CDCl: 0.87−0.90ppm(m,6H), 0.96−1.05ppm(m,4H), 1.17−1.42ppm(m,30H), 1.82−1.85ppm(m,8H), 2.38−2.44ppm(m,2H), 3.77ppm(s,4H), 6.80−6.87ppm(m,6H), 7.08−7.13ppm(m,6H), 7.41ppm(d,2H,J=2.4Hz).
<合成例3 W−A3の合成>
Figure 2019103042
<化合物[4]、[5]の合成>
反応容器にトルエン(366g)、4−(trans−4−ヘプチルシクロヘキシル)−安息香酸(73.1g、242mmol)とN,N−ジメチルホルムアミド(0.73g)を加え、窒素雰囲気50℃条件下で塩化チオニル(35.9g)を滴下した。滴下後、同温度で1時間反応させた後、反応溶液を減圧濃縮することで化合物[4]を得た。続いて、テトラヒドロフラン(210g)中、4,4’−ジニトロ−1,1’−ビフェニル−2,2’−ジメタノール(35.0g、115mmol)とトリエチルアミン(26.8g)を仕込み、窒素雰囲気氷冷条件下にて、テトラヒドロフラン(73.1g)に溶解させた化合物[4]を滴下した。滴下終了後、反応温度を室温にして18時間反応させた。反応終了後、ろ過によりトリエチルアミン塩酸塩を除去後、減圧濃縮によりオイル状化合物を得た。得られたオイル状化合物を純水(1015g)中に加えることで結晶を析出させ、ろ過により粗物を回収した。続いて、得られた粗物をメタノール(291g)で室温スラリー洗浄、酢酸エチル(175g)で室温スラリー洗浄し、ろ過、乾燥することで化合物[5]を得た(収量:92.7g、 収率:92%)。
H−NMR(400MHz) in CDCl: 0.89−0.91ppm(m,6H), 0.99−1.09ppm(m,4H), 1.20−1.47ppm(m,30H), 1.85−1.88ppm(m,8H), 2.46−2.52ppm(m,2H), 5.14ppm(s,4H), 7.23−7.26ppm(m,4H), 7.45ppm(d,2H,J=8.4Hz), 7.83−7.86ppm(m,4H), 8.27ppm(dd,2H,J=2.4Hz,J=8.4Hz), 8.47ppm(d,2H,J=2.4Hz).
<W−A3の合成>
反応容器にテトラヒドロフラン(484g)及びメタノール(161g)、化合物[5](80.5g、92.2mmol)と3%プラチナカーボン(6.44g)を加え、水素雰囲気室温条件下で反応させた。反応終了後、ろ過によりプラチナカーボンを除去し、減圧濃縮により溶媒を除去することで内部総重量を96.6gとした。続いて、濃縮溶液にメタノール(322g)を加えて結晶を析出させ、氷冷撹拌し、ろ過することで粗物を得た。続いて、得られた粗物を酢酸エチル(322g)で60℃加熱溶解させ、メタノール(700g)を加え、氷冷条件下で結晶を析出させ、ろ過、乾燥することでW−A3を得た(収量:67.9g、収率:91%)。
H−NMR(400MHz) in CDCl: 0.87−0.91ppm(m,6H), 0.98−1.08ppm(m,4H), 1.19−1.47ppm(m,30H), 1.84−1.87ppm(m,8H), 2.44−2.51ppm(m,2H), 3.71ppm(s,4H), 5.02ppm(d,2H,J=12.8Hz), 5.09ppm(d,2H,J=12.4Hz), 6.66ppm(dd,2H,J=2.4Hz,J=8.0Hz), 6.84ppm(d,2H,J=2.4Hz), 7.03ppm(d,2H,J=8.0Hz), 7.19−7.25ppm(m,4H), 7.89−7.92ppm(m,4H).
<重合体の合成>
[合成例1]
D2(2.50g,10.0mmol)、W−A1(3.03g,4.00mmol)、及びC1(1.73g,16.0mmol)をNMP(18.1g)とNEP(18.1g)の混合溶媒に溶解し、60℃で3時間反応させた後、D1(1.78g,9.10mmol)を加え、40℃で3時間反応させ、樹脂固形分濃度20質量%のポリアミド酸溶液(粘度:840mPa・s)を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)に、NMPを加え6.5質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.43g)及びピリジン(1.37g)を加え、80℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(382ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(PI−1)を得た。このポリイミドのイミド化率は76.4%であり、Mnは16,165であり、Mwは49,988であった。
[合成例2]
D2(2.50g,10.0mmol)、W−A2(3.14g,4.00mmol)、及びC1(1.84g,16.0mmol)をNMP(11.1g)及びPC(25.8g)の混合溶媒に溶解し、60℃で3時間反応させた後、D1(1.84g,9.38mmol)を加え、40℃で3時間反応させ、樹脂固形分濃度20質量%のポリアミド酸溶液(粘度:658mPa・s)を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)に、NMPを加え6.5質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.38g)及びピリジン(1.36g)を加え、80℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(382ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(PI−2)を得た。このポリイミドのイミド化率は75.8%であり、Mnは15,430であり、Mwは45,756であった。
[合成例3]
D2(2.50g,10.0mmol)、W−A3(3.25g,4.00mmol)、及びC1(1.73g,16.0mmol)をGVL(37.3g)中で混合し、60℃で3時間反応させた後、D1(1.84g,9.38mmol)を加え、40℃で3時間反応させ、樹脂固形分濃度20質量%のポリアミド酸溶液(粘度:656mPa・s)を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)に、GVLを加え6.5質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.32g)及びピリジン(1.34g)を加え、80℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(382ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(PI−3)を得た。このポリイミドのイミド化率は74.7%であり、Mnは13,340であり、Mwは41,948であった。
[比較合成例1]
D2(2.88g,11.5mmol)、A1(0.60g,1.2mmol)、C2(3.32g,21.8mmol)及びNMPを加えて設定濃度20質量%とし、60℃で3時間反応させた後、D1(2.19g,11.2mmol)及びNMPを加えて設定濃度を20質量%とし、40℃で3時間反応させ、樹脂固形分濃度20質量%のポリアミド酸溶液(粘度:600mPa・s)を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)に、NMPを加え6.5質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.64g)及びピリジン(1.44g)を加え、80℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(382ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(PI−R1)を得た。このポリイミドのイミド化率は57%であり、Mnは13,100であり、Mwは33,200であった。
[比較合成例2]
使用するジアミンの種類及び組成を、それぞれ下記表1に記載のとおり変更した以外は、上記重合体比較合成例1と同様の方法により、ポリイミド粉末(PI−R2)を得た。このポリイミドのイミド化率は65%であり、Mnは10,500であり、Mwは20,900であった。
Figure 2019103042
[実施例1]
上記の重合体合成例1で得られたポリイミド(PI−1)を、NEP、GVL及びPCからなる混合溶媒(混合比(重量比)=20:50:30)に溶解し、固形分濃度が6.5質量%の液晶配向剤(S−1)を得た。これを孔径0.2μmのフィルターによりろ過した上で以下のフレキソ印刷性の評価、液晶配向性の評価に供した。
<インクジェット塗布性の評価>
液晶配向剤を塗布する基板としては、高さ0.5μm、ライン幅50μm、ライン間スペース120μmの段差基板(ガラス製)を紫外線洗浄した直後のものを用いた。
上記で調製した液晶配向剤(ろ過後のもの)を、HIS−200(日立プラントテクノロジー社製)を用いて上記ガラス基板上に塗布した。このときの塗布条件は、塗布面積が70mm×70mm、ノズルピッチが0.423mm、スキャンピッチが0.5mm、塗布速度が40mm/秒であった。塗布後60秒間静置した後、70℃で加熱して平均膜厚100nmの塗膜を形成した。得られた塗膜につき、塗膜性の評価、及び液晶配向膜端部の直線性の評価を行った。
塗膜性の評価は、干渉縞計測ランプ(ナトリウムランプ)照射下、肉眼で観察し、ムラ及びハジキの双方が見られない場合を優良、ムラ及びハジキのうちの少なくとも片方が見られた場合を良、ムラ及びハジキの双方が見られた場合を不良として評価した。
液晶配向膜の端部の直線性の評価は、印刷方向に対して右側端部の塗膜を光学顕微鏡(ニコン社製,ECLIPSE E600WPOL)で観察することにより行った。具体的には、光学顕微鏡により、倍率を25倍にして観察し、下記評価基準にしたがって評価した。
優良:4辺全てにおいて均質なライン形状が得られた。
良:線幅の乱れが1〜3辺において認められた。
不良:線幅の乱れが全体的に認められた。
<フレキソ印刷性の評価>
上記で調製した液晶配向剤を、洗浄したCr板上に配向膜印刷機(日本写真印刷社製「オングストローマー」)を用いてフレキソ印刷を行なうことにより塗布性試験を行なった。アニロックスロールに約1.0mLの液晶配向剤を滴下し、空運転を20回実施した後、大気下で10分間印刷機を止め、印刷版を乾燥させた。その後、Cr基板1枚に印刷を行い、印刷後の基板は70℃に加熱して、膜状態の観察を行った。観察は目視と光学顕微鏡(ニコン社製「ECLIPSE ME600」)にて50倍で観察した。ピンホール及びエッジ部の膜厚ムラが観察されなかった場合を優良、ピンホール及びエッジ部の膜厚ムラの一方が観察された場合を良、ピンホール及びエッジ部の膜厚ムラの両方が生じた場合を不良として評価した。
<液晶セルの製造>
上記で調製した液晶配向剤を細孔径1μmのメンブランフィルタで加圧濾過した。得られた溶液を純水及びIPA(イソプロピルアルコール)で洗浄した40mm×30mmのITO電極付きガラス基板(縦:40mm、横:30mm、厚さ:1.1mm)のITO面上に上記のインクジェット塗布又はフレキソ印刷を行って塗膜を作成し、ホットプレート上にて70℃で90秒間、熱循環型クリーンオーブンにて230℃で30分間の加熱処理をして、膜厚が100nmの液晶配向膜付きのITO基板を得た。得られた液晶配向膜付きのITO基板を2枚用意し、その一方の基板の液晶配向膜面に、直径4μmのビーズスペーサー(日揮触媒化成社製、真絲球、SW−D1)を塗布した。
次に、シール剤(三井化学社製XN−1500T)で周囲を塗布した。次いで、もう一方の基板の液晶配向膜が形成された側の面を内側にして、先の基板と張り合わせた後、シール材を硬化させて空セルを作成した。この空セルにネガ型液晶MLC−3023(メルク社製商品名)を減圧注入法によって注入し、液晶セルを作成した。
その後、得られた液晶セルに15Vの直流電圧を印加した状態で、光源に高圧水銀ランプを使用した紫外線照射装置を用いて、波長365nmのバンドパスフィルターを通した紫外線を15J/cm照射して、垂直配向型液晶表示素子を得た。なお、紫外線照射量の測定にはORC社製UV−M03AにUV−35の受光器を接続し用いた。
<液晶配向性の評価>
液晶表示素子の液晶配向性は、偏光顕微鏡(ECLIPSE E600WPOL)(ニコン社製)で観察し、液晶が垂直に配向しているかどうかを確認した。具体的には、液晶の流動による不良や配向欠陥による輝点が見られていないものを、良好とした。
[実施例2〜19及び比較例1〜4]
使用する重合体、並びに溶媒の種類及び組成を、それぞれ下記表2に記載のとおり変更した以外は、上記実施例1と同様の方法により液晶配向剤(S−2)〜(S−19)、(RS−1)〜(RS−4)をそれぞれ調製した。また、それぞれの液晶配向剤について、フレキソ印刷性、液晶配向性、又はインクジェット塗布性のいずれかを評価した。それらの結果を下記表2に示した。
Figure 2019103042
表2中、重合体の数値は、液晶配向剤の調製に使用した重合体の合計量に対する各重合体の配合割合(質量比)を示す。溶媒組成の数値は、液晶配向剤の調製に使用した溶媒の合計量に対する各化合物の配合割合(質量比)を示す。
上記の結果からわかるように、実施例の液晶配向剤から得られた液晶配向膜は、比較例の液晶配向剤から得られる液晶配向膜に比べて、インクジェット印刷性、フレキソ印刷性及び液晶配向性のすべてを達成した液晶配向膜を得ることができる。
本発明の液晶配向剤は、配線構造やC/Hの影響で生じる配向膜の塗布不良を抑制することができ、且つフレキソ印刷を行った際にも液晶配向剤の乾燥が抑制することが可能である。また、このようにして得られる液晶配向膜を有する液晶表示素子は、高品位な画像表示が可能となり、大画面で高精細の液晶テレビなどに好適に利用でき、TN素子、STN素子、TFT液晶素子等の、特に垂直配向型の液晶表示素子に有用である。
なお、2017年11月21日に出願された日本特許出願2017−223899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 (17)

  1. 下記式[1]の構造を有するポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びそのイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体と、
    下記式(d−1)〜(d−5)からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒Aと、下記式(e)、沸点200〜300℃を有する、アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、アルキレングリコールジアセテート、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、及びアルキレングリコールジアルキルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒Bとを含む溶媒と、
    を含有することを特徴とする液晶配向剤。
    Figure 2019103042
    Xは単結合、−O−、−C(CH−、−NH−、−CO−、−NHCO−、−COO−、−(CH−、−SO−、及びそれらの任意の組み合わせからなる2価の有機基を示し、mは1〜8の整数を示す。2つのYは独立して下記式[S1]〜[S3]又はトコフェロールから誘導される構造から選ばれる側鎖構造を示す。
    Figure 2019103042
    及びXは独立して、単結合、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−CONH−、−NHCO−、−CON(CH)−、−NH−、−O−、−COO−、−OCO−、又は((CHa1−Am1−(a1は1〜15の整数を示し、Aは、酸素原子、−COO又はOCOを示し、mは1〜2である。)を示し、G及びGは独立して炭素数6〜12の2価の芳香族基又は炭素数3〜8の2価の脂環式基から選ばれる2価の環状基であり、前記環状基上の任意の水素原子が、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよく、m及びnは独立して0〜3の整数であって、これらの合計は1〜4であり、Rは炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルコキシ、又は炭素数2〜20のアルコキシアルキルであり、これらの基における任意の水素はフッ素で置き換えられてもよい。
    は、単結合、−CONH−、−NHCO−、−CON(CH)−、−NH−、−O−、−CHO−、−COO−又はOCO−を示し、Rは炭素数1〜20のアルキル又は炭素数2〜20のアルコキシアルキルであり、これらの基における任意の水素はフッ素で置き換えられてもよい。
    は、−CONH−、−NHCO−、−O−、−COO−又はOCO−を示し、Rはステロイド骨格を有する構造を示す。
    Figure 2019103042
    1aは炭素数2〜8の1価の炭化水素基、又は当該炭化水素基における炭素−炭素結合間に「−O−」を有する1価の基を示し、R2a及びR2bは独立して炭素数1〜6のアルキル基を示し、R3aはメチル基又はエチル基を示し、R5aは、炭素数1〜6のアルキル基を示し、R5b及びR5cは独立して、水素原子、炭素数1〜6の1価の炭化水素基、又は当該炭化水素基の炭素−炭素結合間に「−O−」を有する1価の基を示し、nは1又は2である。
    Figure 2019103042
    式中、r1a 及びr1b は独立して、水素原子、又は炭素数1〜6のアルキル基を示し、mは2〜6の整数である。
  2. 上記式[1]におけるXが、単結合、−O−、−NH−、又は−O−(CH−O−(mは1〜8の整数を表す。)である、請求項1に記載の液晶配向剤。
  3. 溶媒Aが、N−エチル−2−ピロリドン、N−(n−ペンチル)−2−ピロリドン、N−シクロヘキシル−2−ピロリドン、N−(n−ヘキシル)−2−ピロリドン、N−メトキシプロピル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−ヘキサノラクトン、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、及び3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒である、請求項1又は2のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
  4. 溶媒Bが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピ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、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、及びトリプロピレングリコールメチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
  5. 前記溶媒が、下記MS1〜MS14からなる群から選択される1種の組合せを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
    ・MS1:N−エチル−2−ピロリドンとプロピレンカーボネート
    ・MS2:N−シクロヘキシル−2−ピロリドンとプロピレンカーボネート
    ・MS3:N−(n−ヘキシル)−2−ピロリドンとプロピレンカーボネート
    ・MS4:γ−バレロラクトンとプロピレンカーボネート
    ・MS5:N−エチル−2−ピロリドンとジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート
    ・MS6:N−エチル−2−ピロリドンとジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート
    ・MS7:N−エチル−2−ピロリドンとジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
    ・MS8:N−エチル−2−ピロリドンとエチレングリコールモノヘキシルエーテル
    ・MS9:N−エチル−2−ピロリドンとジエチレングリコールモノエチルエーテル
    ・MS10:N−エチル−2−ピロリドンとジエチレングリコールモノプロピルエーテル
    ・MS11:N−エチル−2−ピロリドンとジエチレングリコールモノブチルエーテル
    ・MS12:N−エチル−2−ピロリドンとジエチレングリコールモノヘキシルエーテル
    ・MS13:N−エチル−2−ピロリドンとジプロピレングリコールモノプロピルエーテル
    ・MS14:N−エチル−2−ピロリドンとトリプロピレングリコールメチルエーテル
  6. 溶媒中の溶媒Bの含有割合が1〜95質量%であり、溶媒中の溶媒Aの含有割合が5〜99質量%である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
  7. 溶媒が更にN−メチル−2−ピロリドンを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
  8. N−メチル−2−ピロリドンの含有割合が10〜90質量%である、請求項7に記載の液晶配向剤。
  9. 前記ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、及びポリイミドが、テトラカルボン酸化合物と、下記式[2]で表されるジアミン、又は下記式[2]で表されるジアミン及びその他のジアミンの混合物と、を反応させて得られる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
    Figure 2019103042
    (式中、X及びYは、前記式[1]中のX及びYと同義である。)
  10. 前記テトラカルボン酸化合物が、下記式[4]で示される構造のテトラカルボン酸二無水物及びそのテトラカルボン酸誘導体の少なくとも1種以上である、請求項9に記載の液晶配向剤。
    Figure 2019103042
    Zは下記[4a]〜[4k]からなる群から選ばれる構造を示す。
    Figure 2019103042
    (式中、*1は一方の酸無水物基に結合する結合手であり、*2は他方の酸無水物基に結合する結合手である。式[4a]中、Z〜Zは独立して、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、塩素原子又はベンゼン環を示す。)
  11. 前記式[4]で示されるテトラカルボン酸化合物は、すべてのテトラカルボン酸化合物100モル%中、5モル%以上である、請求項10に記載の液晶配向剤。
  12. 前記その他のジアミンが、光照射により重合若しくはラジカルを発生する機能を有するジアミンを含む、請求項9〜11に記載の液晶配向剤。
  13. 請求項1〜12のいずれかに記載の液晶配向剤を、フレキソ印刷又はインクジェット法で基板表面に塗布し、焼成する工程を有する、液晶配向膜の製造方法。
  14. 請求項1〜12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。
  15. 請求項14に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
  16. 電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性化合物を含む液晶組成物を配置し、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性化合物を重合させる工程を経て製造される、液晶表示素子に用いられる請求項14に記載の液晶配向膜。
  17. 請求項16に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
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