KR102586311B1 - 액정 배향제, 액정 배향막 및 액정 표시 소자 - Google Patents

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Abstract

테트라카르복실산 유도체와 디아민의 반응물인 폴리이미드 전구체 및 그 이미드화물인 폴리이미드에서 선택되는 적어도 1 종의 중합체 및 유기 용제를 함유하는 액정 배향제이고, 상기 유기 용매가 A 성분 : γ-부티로락톤, γ-발레로락톤에서 선택되는 적어도 1 종 B 성분 : 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 디아세톤알코올에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하고, A 성분과 B 성분의 함유량이, 각각 25 중량％ 이하이고, A 성분과 B 성분의 함유량 차가 5 중량％ 이하인 것을 특징으로 하는, 액정 배향제.

Description

액정 배향제, 액정 배향막 및 액정 표시 소자
본 발명은, 잉크젯법에 의한 도포 (이하, 잉크젯 도포라고 칭한다) 에 적합한 액정 배향제, 액정 배향막 및 액정 표시 소자에 관한 것이다.
액정 배향막에는, 폴리아믹산 등의 폴리이미드 전구체나, 가용성 폴리이미드의 용액을 주성분으로 한 액정 배향제를 도포하여 소성한, 이른바 폴리이미드계의 액정 배향막이 널리 사용되고 있다. 이러한 액정 배향막의 성막법으로서, 지금까지의 스핀 코트, 플렉소 인쇄 등을 대신하여, 잉크젯 도포가 현재의 주류가 되고 있다.
잉크젯 도포는, 기판에 미세한 액적을 적하하고, 액의 확산에 의해 성막하는 방법이다. 이 방법에 의해, 액정 패널 제조 공정에 있어서의 액정 배향제의 효율적인 사용이 가능해져, 액정 패널의 생산 효율 향상, 그것에 수반하는 액정 패널의 비용 다운이 가능해진다.
잉크젯 도포에 사용하는 액정 배향제에는, 도포면 내부의 막두께 불균일이 작을 것, 도포 주변부의 성막 정밀도가 높을 것 등이 요구된다. 동시에, 잉크젯 장치로부터 토출될 때, 액정 배향제 중의 유기 용제가 잉크젯 헤드나 주변 부재에 데미지를 주지 않는 것도 중요하다.
상기 각종 요구를 달성하기 위하여, 각종 용매의 적절한 조합에 의한 잉크젯 도포용 액정 배향제가 제안되어 왔지만 (특허문헌 1, 특허문헌 2 참조), 최근의 액정 표시 소자의 고정세화, 대형화에 수반하여, 추가적인 특성의 향상이 요망되고 있다.
일본 특허출원 2013-507817호 일본 특허출원 2014-529512호
본 발명은, 상기 배경을 감안하여, 잉크젯 도포에 요구되는 여러 가지의 특성 향상에 의해, 잉크젯 도포에 최적인 액정 배향제의 제공을 목적으로 한다.
발명자들은, 상기 목적 달성을 위해 여러 가지 검토를 거듭한 결과, 하기 구성에 의한 액정 배향제가 상기 목적 달성에 최적인 것을 알아내어, 본 발명을 완성시켰다.
이렇게 하여, 본 발명은, 상기의 지견에 기초하는 것으로, 하기의 요지를 갖는다.
1. 테트라카르복실산 유도체와 디아민의 반응물인 폴리이미드 전구체 및 그 이미드화물인 폴리이미드에서 선택되는 적어도 1 종의 중합체 및 유기 용제를 함유하는 액정 배향제이고, 상기 유기 용매가
A 성분 : γ-부티로락톤, γ-발레로락톤에서 선택되는 적어도 1 종
B 성분 : 디프로필렌글리콜디메틸에테르
를 함유하고, A 성분과 B 성분의 함유량이, 각각 25 중량％ 이하이고, A 성분과 B 성분의 함유량 차가 5 중량％ 이하인 것을 특징으로 하는, 액정 배향제.
본 발명의 액정 배향제를 사용함으로써, 잉크젯 도포에 사용할 때, 도포면 내부의 막두께 불균일이 작고, 도포 주변부의 성막 정밀도가 높은 액정 배향막을 얻을 수 있음과 동시에, 액정 배향제가 잉크젯 장치로부터 토출될 때, 잉크젯 헤드나 주변 부재에 데미지를 주지 않고, 결과적으로 액정 표시 소자 제조의 안정성에 기여하는 것이 가능해진다.
이하, 본 발명의 각종 요건에 대해 상세히 서술한다.
＜유기 용제 및 그 조성＞
본 발명의 액정 배향제는, 유기 용제로서, 하기의 A, B 성분을 함유한다.
A 성분 : γ-부티로락톤, γ-발레로락톤에서 선택되는 적어도 1 종
B 성분 : 디프로필렌글리콜디메틸에테르
A 성분의 유기 용제는, 본 발명의 액정 배향제에 함유되는 중합체를 용해시키는 것이지만, 동시에, 잉크젯 도포 장치의 잉크젯 헤드나 주변 부재에 악영향을 잘 주지 않는 것이다. A 성분으로서 바람직한 것은, γ-부티로락톤이다.
B 성분의 용매는, 본 발명의 액정 배향제가 기판 또는 필름 상에 도포되었을 때의 확산성이 양호해지는 것이다.
A 성분과 B 성분의 함유량은, 각각 25 중량％ 이하이고, 또한, A 성분과 B 성분의 함유량 차가 5 중량％ 이하이다.
또, 추가로 C 성분으로서, N-메틸-2-피롤리돈, N-에틸-2-피롤리돈, N-부틸-2-피롤리돈에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하면, 용해성의 관점에서 바람직하다.
C 성분의 유기 용제는, 본 발명의 액정 배향제에 함유되는 중합체를 용해시키는 성분이다. 바람직한 구체예로는, N-메틸-2-피롤리돈, N-에틸-2-피롤리돈을 들 수 있다.
또, C 성분을 사용하는 경우, 그 함유량은, 액정 배향제 전체의 중량에 대해 35 중량％ 이하이고, 30 중량％ 이하가 보다 바람직하다.
＜중합체＞
본 발명의 액정 배향제에 함유되는 중합체는, 테트라카르복실산 유도체와 디아민의 반응물인 폴리이미드 전구체 및 그 이미드화물인 폴리이미드에서 선택되는 적어도 1 종의 중합체이다.
상기 중합체의 구조는 특별히 한정되지 않고, 얻어지는 액정 배향제의 특성에 더하여, 후술하는 테트라카르복실산 유도체 및 디아민을 임의로 선택할 수 있지만, 그 중에서도, 하기 식 [1-1] 의 측사슬 구조를 함유하는 중합체가, 용해성 등의 관점에서 바람직하다.
[화학식 1]
식 [1-1] 중, Y1 및 Y3 은 각각 독립적으로, 단결합, -(CH2)a- (a 는 1 ∼ 15 의 정수 (整數) 이다), -O-, -CH2O-, -COO- 및 -OCO- 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 나타낸다.
Y2 는 단결합 또는 -(CH2)b- (b 는 1 ∼ 15 의 정수이다) 를 나타낸다 (단, Y1 또는 Y3 이 단결합, -(CH2)a- 인 경우, Y2 는 단결합이고, Y1 이 -O-, -CH2O-, -COO- 및 -OCO- 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종이거나, 및/또는 Y3 이 -O-, -CH2O-, -COO- 및 -OCO- 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 경우, Y2 는 단결합 또는 -(CH2)b- 이다).
Y4 는 벤젠 고리, 시클로헥산 고리 및 복소 고리로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 2 가의 고리형기, 또는 스테로이드 골격을 갖는 탄소수 17 ∼ 51 의 2 가의 유기기를 나타내고, 상기 고리형기 상의 임의의 수소 원자는, 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 알콕시기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알콕시기 또는 불소 원자로 치환되어 있어도 된다.
Y5 는 벤젠 고리, 시클로헥산 고리 및 복소 고리로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 고리형기를 나타내고, 이들 고리형기 상의 임의의 수소 원자는, 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 알콕시기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알콕시기 또는 불소 원자로 치환되어 있어도 된다.
Y6 은 탄소수 1 ∼ 18 의 알킬기, 탄소수 2 ∼ 18 의 알케닐기, 탄소수 1 ∼ 18 의 불소 함유 알킬기, 탄소수 1 ∼ 18 의 알콕시기 및 탄소수 1 ∼ 18 의 불소 함유 알콕시기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 나타낸다. n 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.
상기 측사슬 구조를 중합체 중에 도입하려면, 중합체의 재료인 테트라카르복실산 유도체 또는 디아민에, 상기 측사슬 구조를 도입한 것을 사용하는 방법을 들 수 있다. 그 중에서도, 상기 측사슬 구조를 도입한 디아민을 사용하는 것이, 합성의 용이성 등의 관점에서 바람직하다.
상기 측사슬 구조의 바람직한 구체예로는, 하기 식 (S1-1) ∼ (S1-22) 를 들 수 있다.
[화학식 2]
또한, 액정 표시 소자의 제조 공정에 있어서 자외선 조사 등의 프로세스를 갖는 경우, 특정 파장의 자외선에 의해 광 반응을 일으키는 광 반응성의 측사슬을 도입하는 것이 바람직하다.
광 반응성의 측사슬로는, 하기 식 [VII] 의 측사슬 구조를 들 수 있다. 식 [VII] 의 측사슬 구조는, 라디칼 발생 구조를 갖고 있다. 라디칼 발생 구조에 있어서는, 자외선 조사에 의해 분해되어 라디칼이 발생한다.
[화학식 3]
상기 식 [VII] 중, Ar 은 페닐렌, 나프틸렌 및 비페닐렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 방향족 탄화수소기를 나타내고, 그들의 고리의 수소 원자는 할로겐 원자로 치환되어 있어도 된다. 카르보닐이 결합되어 있는 Ar 은, 자외선의 흡수 파장에 관여하기 때문에, 장파장화되는 경우, 나프틸렌이나 비페닐렌과 같은 공액 길이가 긴 구조가 바람직하다. 한편, Ar 이 나프틸렌이나 비페닐렌과 같은 구조가 되면, 용해성이 나빠지는 경우가 있고, 이 경우, 합성의 난이도가 높아진다. 자외선의 파장이 250 ㎚ ∼ 380 ㎚ 의 범위이면 페닐기여도 충분한 특성이 얻어지기 때문에, Ar 은 페닐기가 가장 바람직하다.
상기 Ar 에 있어서, 방향족 탄화수소기로는 치환기가 형성되어 있어도 된다. 여기서의 치환기의 예로는, 알킬기, 하이드록실기, 알콕시기, 아미노기 등, 전자 공여성의 유기기가 바람직하다.
또, 상기 식 [VII] 중, R1 및 R2 는, 각각 독립적으로, 탄소 원자수 1 ∼ 10 의 알킬기, 알콕시기, 벤질기 또는 페네틸기를 나타낸다. 알킬기나 알콕시기의 경우, R1 및 R2 에 의해 고리가 형성되어 있어도 된다.
또, 상기 식 [VII] 중, T1 및 T2 는, 각각 독립적으로, 단결합, -O-, -COO-, -OCO-, -NHCO-, -CONH-, -NH-, -CH2O-, -N(CH3)-, -CON(CH3)- 또는 -N(CH3)CO- 의 결합기를 나타낸다.
또, 식 [VII] 중, S 는 단결합, 비치환 또는 불소 원자에 의해 치환되어 있는 탄소 원자수 1 ∼ 20 의 알킬렌기를 나타낸다. 여기서의 알킬렌기의 -CH2- 또는 -CF2- 는, -CH=CH- 로 임의로 치환되어 있어도 되고, 다음에 예시한 어느 기가 서로 이웃이 되지 않는 경우, 이들의 기로 치환되어 있어도 된다 ; -O-, -COO-, -OCO-, -NHCO-, -CONH-, -NH-, 2 가의 탄소 고리, 2 가의 복소 고리.
또, 식 [VII] 중, Q 는, 하기 식 (1d) 에서 선택되는 구조를 나타낸다.
[화학식 4]
상기 식 (1d) 중, R 은 수소 원자 또는 탄소 원자수 1 ∼ 4 의 알킬기를 나타낸다. R3 은, -CH2-, -NR-, -O-, 또는 -S- 를 나타낸다.
또, 상기 식 [VII] 중, Q 는, 전자 공여성의 유기기가 바람직하고, 상기 Ar 의 예에서도 예시한 바와 같은, 알킬기, 하이드록실기, 알콕시기, 아미노기 등이 바람직하다. Q 가 아미노 유도체인 경우, 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산의 중합시에, 발생하는 카르복실산기와 아미노기가 염을 형성하는 등의 문제가 발생할 가능성이 있기 때문에, 하이드록실기 또는 알콕시기가 보다 바람직하다.
＜테트라카르복실산 유도체＞
본 발명의 액정 배향제에 함유되는 중합체는, 테트라카르복실산 유도체와, 디아민의 반응으로부터 얻어지는 폴리이미드 전구체 및 그 이미드화물인 폴리이미드에서 선택되는 적어도 1 종의 중합체이다. 이하에, 사용되는 재료의 구체예 및 제조 방법을 상세히 서술한다.
폴리이미드 전구체의 제조에 사용되는 테트라카르복실산 유도체로는, 테트라카르복실산 2 무수물뿐만 아니라, 그 유도체인, 테트라카르복실산, 테트라카르복실산디할라이드 화합물, 테트라카르복실산디알킬에스테르, 테트라카르복실산디알킬에스테르디할라이드를 들 수 있다.
테트라카르복실산 유도체로는, 그 중에서도, 하기 식 (3) 으로 나타내는 것이 바람직하다.
[화학식 5]
식 (3) 중, X1 의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 구체예로는, 하기 식 (X1-1) ∼ (X1-42) 를 들 수 있다. 바람직한 것은, (X1-1), (X1-2), (X1-5), (X1-7), (X1-8), (X1-10), (X1-11), (X1-26), (X1-27), (X1-33), (X1-38), (X1-40) 이다.
[화학식 6]
[화학식 7]
[화학식 8]
[화학식 9]
[화학식 10]
[화학식 11]
식 (X1-1) ∼ (X1-4) 에 있어서, R3 ∼ R23 은, 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기, 탄소수 2 ∼ 6 의 알케닐기, 탄소수 2 ∼ 6 의 알키닐기, 불소 원자를 함유하는 탄소수 1 ∼ 6 의 1 가의 유기기, 또는 페닐기이다. 액정 배향성 면에서, R3 ∼ R23 은, 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기, 또는 에틸기가 바람직하고, 수소 원자, 또는 메틸기가 바람직하다.
식 (X1-1) 의 구체예로는, 하기 식 (X1-1-1) ∼ (X1-1-6) 을 들 수 있다. 액정 배향성 및 중합 반응성의 관점에서, (X1-1-1), (X1-1-2) 가 특히 바람직하다.
[화학식 12]
＜디아민＞
폴리이미드 전구체의 제조에 사용되는 디아민은, 하기 식 (4) 로 나타낸다.
[화학식 13]
상기 식 (4) 중, A1 및 A2 는 각각 독립적으로, 수소 원자, 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 탄소수 2 ∼ 5 의 알케닐기, 또는 탄소수 2 ∼ 5 의 알키닐기이다.
상기 식 (4) 의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 바람직한 구조로는 상기 서술한, 식 [1-1] 의 측사슬 구조를 함유하는 디아민을 들 수 있다. 그들의 구체예로는, (Y-178), (Y-180), (Y-181) 을 들 수 있다.
그 밖에, 임의의 구조를 갖는 디아민의 사용이 가능하다. 구체예로는, 이하의 (Y-1) ∼ (Y-177) 을 들 수 있다.
폴리이미드 전구체의 제조의 용이성이나, 액정 배향제의 안정성, 액정 배향막으로서의 특성 등의 면에서, (Y-27), (Y-28), (Y-38), (Y-71), (Y-72), (Y-76), (Y-77), (Y-80), (Y-81), (Y-82), (Y-158), (Y-159), (Y-160), (Y-161), (Y-169) ∼ (Y-188) 이 바람직하다.
[화학식 14]
[화학식 15]
[화학식 16]
[화학식 17]
[화학식 18]
[화학식 19]
[화학식 20]
[화학식 21]
[화학식 22]
[화학식 23]
[화학식 24]
[화학식 25]
[화학식 26]
[화학식 27]
[화학식 28]
[화학식 29]
[화학식 30]
[화학식 31]
[화학식 32]
상기 식 중, Me 는, 메틸기를 나타내고, R1 은 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 탄화수소기를 나타낸다.
[화학식 33]
＜폴리아믹산＞
본 발명에 사용되는 폴리이미드 전구체인 폴리아믹산은, 이하에 나타내는 방법으로 제조할 수 있다. 구체적으로는, 테트라카르복실산 2 무수물과 디아민을 유기 용매의 존재하, －20 ℃ ∼ 150 ℃, 바람직하게는 0 ℃ ∼ 50 ℃ 에서, 30 분 ∼ 24 시간, 바람직하게는 1 ∼ 12 시간 반응시킴으로써 합성할 수 있다.
상기의 반응에 사용하는 유기 용매는, 모노머 및 폴리머의 용해성으로부터 N,N-디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 또는 γ-부티로락톤이 바람직하고, 이들은 1 종 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 폴리머의 농도는, 폴리머의 석출이 잘 일어나지 않고, 또한 고분자량체를 얻기 쉽다는 관점에서, 1 ∼ 30 질량％ 가 바람직하고, 5 ∼ 20 질량％ 가 보다 바람직하다.
상기와 같이 하여 얻어진 폴리아믹산은, 반응 용액을 잘 교반시키면서 빈용매에 주입함으로써, 폴리머를 석출시켜 회수할 수 있다. 또, 석출을 수 회 실시하여, 빈용매로 세정 후, 상온 혹은 가열 건조시킴으로써 정제된 폴리아믹산의 분말을 얻을 수 있다. 빈용매는, 특별히 한정되지 않지만, 물, 메탄올, 에탄올, 헥산, 부틸셀로솔브, 아세톤, 톨루엔 등을 들 수 있다.
＜폴리아믹산에스테르＞
본 발명에 사용되는 폴리이미드 전구체의 하나인 폴리아믹산에스테르는, 이하에 나타내는 (I), (II) 또는 (III) 방법으로 제조할 수 있다.
(I) 폴리아믹산으로 제조하는 경우
폴리아믹산에스테르는, 테트라카르복실산 2 무수물과 디아민으로부터 얻어지는 폴리아믹산을 에스테르화함으로써 합성할 수 있다. 구체적으로는, 폴리아믹산과 에스테르화제를 유기 용제의 존재하에서 －20 ℃ ∼ 150 ℃, 바람직하게는 0 ℃ ∼ 50 ℃ 에 있어서, 30 분 ∼ 24 시간, 바람직하게는 1 ∼ 4 시간 반응시킴으로써 합성할 수 있다.
에스테르화제로는, 정제에 의해 용이하게 제거할 수 있는 것이 바람직하고, N,N-디메틸포름아미드디메틸아세탈, N,N-디메틸포름아미드디에틸아세탈, N,N-디메틸포름아미드디프로필아세탈, N,N-디메틸포름아미드디네오펜틸부틸아세탈, N,N-디메틸포름아미드디-t-부틸아세탈, 1-메틸-3-p-톨릴트리아젠, 1-에틸-3-p-톨릴트리아젠, 1-프로필-3-p-톨릴트리아젠, 4-(4,6-디메톡시-1,3,5-트리아진-2-일)-4-메틸모르폴리늄클로라이드 등을 들 수 있다. 에스테르화제의 사용량은, 폴리아믹산의 반복 단위 1 몰에 대해 2 ∼ 6 몰 당량이 바람직하다.
상기의 반응에 사용하는 용매는, 폴리머의 용해성으로부터 N,N-디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 또는 γ-부티로락톤이 바람직하고, 이들은 1 종 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 반응액 중의 폴리머의 농도는, 폴리머의 석출이 잘 일어나지 않고, 또한 고분자량체를 얻기 쉽다는 관점에서, 1 ∼ 30 질량％ 가 바람직하고, 5 ∼ 20 질량％ 가 보다 바람직하다.
(II) 테트라카르복실산디에스테르디클로라이드와 디아민의 반응에 의해 제조하는 경우
폴리아믹산에스테르는, 테트라카르복실산디에스테르디클로라이드와 디아민으로부터 제조할 수 있다. 구체적으로는, 테트라카르복실산디에스테르디클로라이드와 디아민을 염기와 유기 용제의 존재하에서 －20 ℃ ∼ 150 ℃, 바람직하게는 0 ℃ ∼ 50 ℃ 에 있어서, 30 분 ∼ 24 시간, 바람직하게는 1 ∼ 4 시간 반응시킴으로써 합성할 수 있다.
상기 염기로는, 피리딘, 트리에틸아민, 4-디메틸아미노피리딘 등을 사용할 수 있지만, 반응이 온화하게 진행되기 위하여 피리딘이 바람직하다. 염기의 사용량은, 제거가 용이한 양이며, 또한 고분자량체를 얻기 쉽다는 관점에서, 테트라카르복실산디에스테르디클로라이드에 대해, 2 ∼ 4 배 몰이 바람직하다.
상기의 반응에 사용하는 용매는, 모노머 및 폴리머의 용해성으로부터 N-메틸-2-피롤리돈, 또는 γ-부티로락톤이 바람직하고, 이들은 1 종 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 반응액 중의 폴리머 농도는, 폴리머의 석출이 잘 일어나지 않고, 또한 고분자량체를 얻기 쉽다는 관점에서, 1 ∼ 30 질량％ 가 바람직하고, 5 ∼ 20 질량％ 가 보다 바람직하다. 또, 테트라카르복실산디에스테르디클로라이드의 가수분해를 방지하기 위하여, 폴리아믹산에스테르의 합성에 사용하는 용매는 가능한 한 탈수되어 있는 것이 바람직하고, 질소 분위기 중에서, 외기의 혼입을 방지하는 것이 바람직하다.
(III) 테트라카르복실산디에스테르와 디아민의 반응에 의해 제조하는 경우
폴리아믹산에스테르는, 테트라카르복실산디에스테르와 디아민을 중축합함으로써 제조할 수 있다. 구체적으로는, 테트라카르복실산디에스테르와 디아민을 축합제, 염기, 및 유기 용제의 존재하에서 0 ℃ ∼ 150 ℃, 바람직하게는 0 ℃ ∼ 100 ℃ 에 있어서, 30 분 ∼ 24 시간, 바람직하게는 3 ∼ 15 시간 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
상기 축합제에는, 트리페닐포스파이트, 디시클로헥실카르보디이미드, 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드염산염, N,N'-카르보닐디이미다졸, 디메톡시-1,3,5-트리아디닐메틸모르폴리늄, O-(벤조트리아졸-1-일)-N,N,N',N'-테트라메틸우라늄테트라플루오로보레이트, O-(벤조트리아졸-1-일)-N,N,N',N'-테트라메틸우라늄헥사플루오로포스페이트, (2,3-디하이드로-2-티옥소-3-벤조옥사졸릴)포스폰산디페닐 등을 사용할 수 있다. 축합제의 첨가량은, 테트라카르복실산디에스테르에 대해 2 ∼ 3 배 몰이 바람직하다.
상기 염기로는, 피리딘, 트리에틸아민 등의 3 급 아민을 사용할 수 있다. 염기의 사용량은, 제거가 용이한 양이고, 또한 고분자량체를 얻기 쉽다는 관점에서, 디아민 성분에 대해 2 ∼ 4 배 몰이 바람직하다.
또, 상기 반응에 있어서, 루이스산을 첨가제로서 첨가함으로써 반응이 효율적으로 진행된다. 루이스산으로는, 염화리튬, 브롬화리튬 등의 할로겐화리튬이 바람직하다. 루이스산의 첨가량은 디아민 성분에 대해 0 ∼ 1.0 배 몰이 바람직하다.
상기 3 개의 폴리아믹산에스테르의 제조 방법 중에서도, 고분자량의 폴리아믹산에스테르가 얻어지기 때문에, 상기 (1) 또는 상기 (2) 의 제조법이 특히 바람직하다.
상기와 같이 하여 얻어지는 폴리아믹산에스테르의 용액은, 잘 교반시키면서 빈용매에 주입함으로써, 폴리머를 석출시킬 수 있다. 석출을 수 회 실시하여, 빈용매로 세정 후, 상온 혹은 가열 건조시켜 정제된 폴리아믹산에스테르의 분말을 얻을 수 있다. 빈용매는, 특별히 한정되지 않지만, 물, 메탄올, 에탄올, 헥산, 부틸셀로솔브, 아세톤, 톨루엔 등을 들 수 있다.
＜폴리이미드＞
본 발명에 사용되는 폴리이미드는, 상기 폴리아믹산 또는 폴리아믹산에스테르를 이미드화함으로써 제조할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 폴리이미드이미드화율은 100 ％ 에 한정되지 않는다. 전기 특성의 관점에서 20 ∼ 99 ％ 가 바람직하다. 폴리아믹산에스테르로부터 폴리이미드를 제조하는 경우, 상기 폴리아믹산에스테르 용액, 또는 폴리아믹산에스테르 수지 분말을 유기 용매에 용해시켜 얻어지는 폴리아믹산 용액에 염기성 촉매를 첨가하는 화학적 이미드화가 간편하다. 화학적 이미드화는, 비교적 저온에서 이미드화 반응이 진행되고, 이미드화의 과정에서 중합체의 분자량 저하가 잘 일어나지 않기 때문에 바람직하다.
화학적 이미드화는, 이미드화시키고자 하는 폴리아믹산 또는 폴리아믹산에스테르를, 유기 용매 중에 있어서 염기성 촉매와 산 무수물의 존재하에서 교반함으로써 실시할 수 있다. 유기 용매로는 상기 서술한 중합 반응시에 사용하는 용매를 사용할 수 있다. 염기성 촉매로는 피리딘, 트리에틸아민, 트리메틸아민, 트리부틸아민, 트리옥틸아민 등을 들 수 있다. 그 중에서도 피리딘은 반응을 진행시키는 데에 적당한 염기성을 가지므로 바람직하다. 또, 산 무수물로는 무수 아세트산, 무수 트리멜리트산, 무수 피로멜리트산 등을 들 수 있고, 그 중에서도 무수 아세트산을 사용하면 반응 종료 후의 정제가 용이해지므로 바람직하다.
이미드화 반응을 실시할 때의 온도는, 예를 들어 －20 ℃ ∼ 120 ℃ 이고, 바람직하게는 0 ℃ ∼ 100 ℃ 이고, 반응 시간은 1 ∼ 100 시간으로 실시할 수 있다. 염기성 촉매의 양은 아믹산기의 0.5 ∼ 30 몰 배, 바람직하게는 2 ∼ 20 몰 배이고, 산 무수물의 양은 아믹산기의 1 ∼ 50 몰 배, 바람직하게는 3 ∼ 30 몰 배이다. 얻어지는 중합체의 이미드화율은, 촉매량, 온도, 반응 시간을 조절함으로써 제어할 수 있다.
폴리아믹산에스테르 또는 폴리아믹산의 이미드화 반응 후의 용액에는, 첨가한 촉매 등이 잔존되어 있으므로, 이하에 서술하는 수단에 의해, 얻어진 이미드화 중합체를 회수하고, 유기 용매로 재용해하여, 본 발명의 액정 배향제로 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 하여 얻어지는 폴리이미드의 용액은, 잘 교반시키면서 빈용매에 주입함으로써, 중합체를 석출시킬 수 있다. 석출을 수 회 실시하여, 빈용매로 세정 후, 상온 혹은 가열 건조시켜 정제된 폴리아믹산에스테르의 분말을 얻을 수 있다.
상기 빈용매는, 특별히 한정되지 않지만, 메탄올, 아세톤, 헥산, 부틸셀로솔브, 헵탄, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 에탄올, 톨루엔, 벤젠 등을 들 수 있다.
＜액정 배향제＞
본 발명의 액정 배향제는, 특정 중합체를 함유하는 중합체가 특정 용매를 함유하는 유기 용매 중에 용해된 용액의 형태를 갖는다. 본 발명에 기재된 폴리이미드 전구체 및 폴리이미드의 분자량은, 중량 평균 분자량으로 2,000 ∼ 500,000 이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5,000 ∼ 300,000 이고, 더욱 바람직하게는, 10,000 ∼ 100,000 이다. 또, 수 평균 분자량은, 바람직하게는, 1,000 ∼ 250,000 이고, 보다 바람직하게는, 2,500 ∼ 150,000 이고, 더욱 바람직하게는, 5,000 ∼ 50,000 이다.
본 발명에 사용되는 액정 배향제의 중합체의 농도는, 형성시키려고 하는 도막의 두께의 설정에 따라 적절히 변경할 수 있지만, 균일하고 결함이 없는 도막을 형성시킨다는 점에서 1 중량％ 이상이 바람직하고, 용액의 보존 안정성 면에서는 10 중량％ 이하가 바람직하다.
＜그 밖의 용매＞
본 발명의 액정 배향제에 있어서의 용매는, 상기 서술한 A 성분, B 성분을 함유하고, 추가로 C 성분을 함유하면 바람직하지만, 그 밖의 용매를 함유해도 된다. 그 밖의 용매로는, 폴리이미드 전구체 및 폴리이미드를 용해시키는 용매 (양용매라고도 한다) 나, 액정 배향제를 도포했을 때의 액정 배향막의 도막성이나 표면 평활성을 향상시키는 용매 (빈용매라고도 한다) 가 바람직하게 사용된다. 하기에, 그 밖의 용매의 구체예를 들지만, 이들의 예에 한정되는 것은 아니다.
양용매의 구체예로는, 1,3-디메틸이미다졸리디논, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 디메틸술폭시드, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 시클로펜타논, 3-메톡시-N,N-디메틸프로판아미드 또는 4-하이드록시-4-메틸-2-펜타논 등을 들 수 있다.
빈용매의 구체예로는, 1-부톡시-2-프로판올, 2-부톡시-1-프로판올, 2-프로폭시에탄올, 2-(2-프로폭시에톡시)에탄올, 1-프로폭시-2-프로판올에탄올, 이소프로필알코올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알코올, tert-부틸알코올, 1-펜탄올, 2-펜탄올, 3-펜탄올, 2-메틸-1-부탄올, 이소펜틸알코올, tert-펜틸알코올, 3-메틸-2-부탄올, 네오펜틸알코올, 1-헥산올, 2-메틸-1-펜탄올, 2-메틸-2-펜탄올, 2-에틸-1-부탄올, 1-헵탄올, 2-헵탄올, 3-헵탄올, 1-옥탄올, 2-옥탄올, 2-에틸-1-헥산올, 시클로헥산올, 1-메틸시클로헥산올, 2-메틸시클로헥산올, 3-메틸시클로헥산올, 1,2-에탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 디프로필에테르, 디부틸에테르, 디헥실에테르, 디옥산, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 에틸렌글리콜디부틸에테르, 1,2-부톡시에탄, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르, 2-펜타논, 3-펜타논, 2-헥사논, 2-헵타논, 4-헵타논, 3-에톡시부틸아세테이트, 1-메틸펜틸아세테이트, 2-에틸부틸아세테이트, 2-에틸헥실아세테이트, 에틸렌글리콜모노아세테이트, 에틸렌글리콜디아세테이트, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 2-(메톡시메톡시)에탄올, 부틸셀로솔브, 에틸렌글리콜모노이소아밀에테르, 에틸렌글리콜모노헥실에테르, 2-(헥실옥시)에탄올, 푸르푸릴알코올, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1-(부톡시에톡시)프로판올, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노아세테이트, 에틸렌글리콜디아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜디아세테이트, 디이소펜틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 2-(2-에톡시에톡시)에틸아세테이트, 디에틸렌글리콜아세테이트, 트리에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노에틸에테르, 락트산메틸, 락트산에틸, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산n-부틸, 아세트산프로필렌글리콜모노에틸에테르, 피루브산메틸, 피루브산에틸, 3-메톡시프로피온산메틸, 3-에톡시프로피온산메틸에틸, 3-메톡시프로피온산에틸, 3-에톡시프로피온산, 3-메톡시프로피온산, 3-메톡시프로피온산프로필, 3-메톡시프로피온산부틸, 락트산메틸에스테르, 락트산에틸에스테르, 락트산n-프로필에스테르, 락트산n-부틸에스테르, 락트산이소아밀에스테르, 디이소부틸케톤, 에틸카르비톨 등을 들 수 있다.
또, 빈용매로는, 하기 식으로 나타내는 용매를 사용해도 된다.
[화학식 34]
R24, R25 는 각각 독립적으로, 직사슬 또는 분기의, 탄소수 1 ∼ 8 의 알킬기이다. 단, R24 ＋ R25 는 3 보다 큰 정수이다.
또, 빈용매로는, 액정 배향제에 함유되는 폴리이미드 전구체 및 폴리이미드의 용매에 대한 용해성이 높은 경우에는, 하기의 [D-1] ∼ 식 [D-3] 으로 나타내는 용매를 사용해도 된다.
[화학식 35]
식 [D-1] 중, D1 은 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기를 나타내고, 식 [D-2] 중, D2 는 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기를 나타내고, 식 [D-3] 중, D3 은 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기를 나타낸다.
또, 본 발명의 액정 배향제는, 에폭시기, 이소시아네이트기, 옥세탄기 또는 시클로카보네이트기를 갖는 가교성 화합물, 하이드록실기, 하이드록시알킬기 및 저급 알콕시알킬기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 치환기를 갖는 가교성 화합물, 또는 중합성 불포화 결합을 갖는 가교성 화합물을 함유하고 있어도 된다.
그러한 가교성 화합물은, 그 목적에 따라 여러 가지의 공지된 화합물을 사용할 수 있다.
에폭시기를 갖는 가교성 화합물로는, 예를 들어, 비스페놀아세톤글리시딜에테르, 페놀노볼락에폭시 수지, 크레졸노볼락에폭시 수지, 트리글리시딜이소시아누레이트, 테트라글리시딜아미노디페닐렌, 테트라글리시딜-m-자일렌디아민, 테트라글리시딜-1,3-비스(아미노에틸)시클로헥산, 테트라페닐글리시딜에테르에탄, 트리페닐글리시딜에테르에탄, 비스페놀헥사플루오로아세트디글리시딜에테르, 1,3-비스(1-(2,3-에폭시프로폭시)-1-트리플루오로메틸-2,2,2-트리플루오로메틸)벤젠, 4,4-비스(2,3-에폭시프로폭시)옥타플루오로비페닐, 트리글리시딜-p-아미노페놀, 테트라글리시딜메타자일렌디아민, 2-(4-(2,3-에폭시프로폭시)페닐)-2-(4-(1,1-비스(4-(2,3-에폭시프로폭시)페닐)에틸)페닐)프로판 또는 1,3-비스(4-(1-(4-(2,3-에폭시프로폭시)페닐)-1-(4-(1-(4-(2,3-에폭시프로폭시)페닐)-1-메틸에틸)페닐)에틸)페녹시)-2-프로판올 등을 들 수 있다.
옥세탄기를 갖는 가교성 화합물은, 구체적으로는, 국제 공개 공보 WO2011/132751호 (2011.10.27 공개) 의 58 ∼ 59 페이지에 게재되는 식 [4a] ∼ 식 [4k] 로 나타나는 가교성 화합물을 들 수 있다.
시클로카보네이트기를 갖는 가교성 화합물로는, 구체적으로는, 국제 공개 공보 WO2012/014898호 (2012.2.2 공개) 의 76 ∼ 82 페이지에 게재되는 식 [5-1] ∼ 식 [5-42] 로 나타나는 가교성 화합물을 들 수 있다.
하이드록실기 및 알콕실기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 치환기를 갖는 가교성 화합물로는, 구체적으로는, 국제 공개 공보 WO2011/132751호 (2011.10.27 공개) 의 62 ∼ 66 페이지에 게재되는, 식 [6-1] ∼ 식 [6-48] 의 가교성 화합물을 들 수 있다.
상기 가교성 화합물 중에서도 특히 바람직하게 사용되는 것은 하기의 화합물이다.
[화학식 36]
[화학식 37]
가교성 화합물의 함유량은, 모든 중합체 성분 100 질량부에 대해, 0.1 ∼ 150 질량부가 바람직하다. 그 중에서도, 가교 반응이 진행되어 목적하는 효과를 발현시키기 위해서는, 0.1 ∼ 100 질량부가 바람직하고, 보다 바람직한 것은, 1 ∼ 50 질량부이다.
본 발명의 액정 배향제는, 액정 배향제를 도포했을 때의 액정 배향막의 막두께의 균일성이나 표면 평활성을 향상시키는 화합물을 함유할 수 있다.
액정 배향막의 막두께의 균일성이나 표면 평활성을 향상시키는 화합물로는, 불소계 계면 활성제, 실리콘계 계면 활성제, 논이온계 계면 활성제 등을 들 수 있다.
계면 활성제의 사용량은, 액정 배향제에 함유되는 모든 중합체 성분 100 질량부에 대해, 바람직하게는 0.01 ∼ 2 질량부, 보다 바람직하게는 0.01 ∼ 1 질량부이다.
＜액정 배향막, 액정 표시 소자＞
본 발명의 액정 배향막은, 상기의 액정 배향제를 기판에 도포하고, 건조, 소성시켜 얻어지는 막이다. 본 발명의 액정 배향제를 도포하는 기판으로서는 투명성이 높은 기판이면 특별히 한정되지 않고, 유리 기판, 질화규소 기판, 아크릴 기판이나 폴리카보네이트 기판 등의 플라스틱 기판 등을 사용할 수도 있다. 그 때, 액정을 구동시키기 위한 ITO 전극 등이 형성된 기판을 사용하면, 프로세스의 간소화 면에서 바람직하다. 또, 반사형의 액정 표시 소자에서는, 편측의 기판만이 되면 실리콘 웨이퍼 등이 불투명한 것이어도 사용할 수 있고, 이 경우의 전극에는 알루미늄 등의 광을 반사하는 재료도 사용할 수 있다.
액정 배향제의 도포 방법은, 공업적으로는, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 플렉소 인쇄 또는 잉크젯법 등으로 실시하는 방법이 일반적이고, 그 밖의 도포 방법으로는, 딥법, 롤 코터법, 슬릿 코터법, 스피너법 또는 스프레이법 등이 알려져 있다.
액정 배향제를 기판 상에 도포한 후에는, 핫 플레이트, 열순환형 오븐 또는 IR (적외선) 형 오븐 등의 가열 수단에 의해, 용매를 증발시켜 액정 배향막으로 할 수 있다. 액정 배향제를 도포한 후의 건조, 소성 공정은, 임의의 온도와 시간을 선택할 수 있다. 통상적으로는, 함유되는 용매를 충분히 제거하기 위하여 50 ∼ 120 ℃ 에서 1 ∼ 10 분 소성하고, 그 후, 150 ∼ 300 ℃ 에서 5 ∼ 120 분 소성하는 조건을 들 수 있다. 소성 후의 액정 배향막의 두께는, 지나치게 얇으면 액정 표시 소자의 신뢰성이 저하되는 경우가 있으므로, 5 ∼ 300 ㎚ 가 바람직하고, 10 ∼ 200 ㎚ 가 보다 바람직하다.
본 발명의 액정 배향제는, 기판 상에 도포, 소성한 후, 러빙 처리나, 광배향 처리 등으로 배향 처리하고, 또, 수직 배향 용도 등에서는 배향 처리없이, 액정 배향막으로서 사용할 수 있다. 러빙 처리나 광배향 처리 등의 배향 처리로는, 이미 알려진 방법이나 장치를 사용할 수 있다.
액정 셀의 제조 방법의 일례로서, 패시브 매트릭스 구조의 액정 표시 소자를 예를 들어 설명한다. 또한, 화상 표시를 구성하는 각 화소 부분에 TFT (Thin Film Transistor) 등의 스위칭 소자가 형성된 액티브 매트릭스 구조의 액정 표시 소자여도 된다.
구체적으로는, 투명한 유리제의 기판을 준비하고, 일방의 기판 위에 코먼 전극을, 타방의 기판 위에 세그먼트 전극을 형성한다. 이들의 전극은, 예를 들어 ITO 전극으로 할 수 있고, 원하는 화상 표시를 할 수 있도록 패터닝되어 있다. 이어서, 각 기판 위에, 코먼 전극과 세그먼트 전극을 피복하도록 하여 절연막을 형성한다. 절연막은, 예를 들어, 졸-겔법에 의해 형성된 SiO2-TiO2 의 막으로 할 수 있다.
다음으로, 각 기판 위에 액정 배향막을 형성하고, 일방의 기판에 타방의 기판을 서로 액정 배향막면이 대향하도록 하여 중첩하고, 주변을 시일제로 접착시킨다. 시일제에는, 기판 간극을 제어하기 위하여, 통상적으로, 스페이서를 혼입해 두고, 또, 시일제를 형성하지 않는 면내 부분에도, 기판 간극 제어용의 스페이서를 산포해 두는 것이 바람직하다. 시일제의 일부에는, 외부로부터 액정을 충전 가능한 개구부를 형성해 둔다. 이어서, 시일제에 형성한 개구부를 통하여, 2 장의 기판과 시일제로 포위된 공간 내에 액정 재료를 주입하고, 그 후, 이 개구부를 접착제로 봉지한다. 주입에는, 진공 주입법을 이용해도 되고, 대기 중에서 모세관 현상을 이용한 방법을 이용해도 된다. 액정 재료는, 포지티브형 액정 재료나 네거티브형 액정 재료 중 어느 것이어도 되지만, 바람직한 것은, 네거티브형 액정 재료이다. 다음으로, 편광판의 설치를 실시한다. 구체적으로는, 2 장의 기판의 액정층과는 반대측의 면에 1 쌍의 편광판을 첩부한다.
실시예
이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 이하에 있어서의 화합물의 약호 및 각 특성의 측정 방법은, 다음과 같다.
＜테트라카르복실산 2 무수물＞
CBDA : 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 2 무수물
BODA : 비시클로[3,3,0]옥탄-2,4,6,8-테트라카르복실산 2 무수물
DSDA : 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산 2 무수물
PMDA : 피로멜리트산 무수물
＜디아민＞
DA-1 : p-페닐렌디아민
DA-2 : 4,4-디아미노디페닐메탄
DA-3 : 3,5-디아미노벤조산
DA-4 : 3,5-디아미노-N-(피리딘-3-일메틸)벤즈아미드
DA-5 : 4,4'-[이소프로필리덴비스(p-페닐렌옥시)]디아닐린
DA-6 : 하기 식 DA-6 의 디아민
DA-7 : 1-(4-(2-(2,4-디아미노페녹시)에톡시)페닐)-2-하이드록시-2-메틸프로파논
DA-8 : 1,3-디아미노-4-〔4-(트랜스-4-n-헵틸시클로헥실)페녹시〕벤젠
DA-9 : 1,3-디아미노-4-〔트랜스-4-〔트랜스-4-(펜틸시클로헥실)-시클로헥실〕페녹시〕벤젠
＜DA-1 ∼ DA-9 의 구조＞
[화학식 38]
＜첨가제＞
TM-BIP-A : 2,2'-비스(4-하이드록시-3,5-디하이드록시메틸페닐)프로판
＜유기 용매＞
NMP : 1-메틸-2-피롤리돈
NEP : 1-에틸-2-피롤리돈
GBL : γ-부티로락톤
BCS : 부틸셀로솔브
PB : 1-부톡시-2-프로판올
DME : 디프로필렌글리콜디메틸에테르
DIBK : 디이소부틸케톤
실시예에 있어서, 폴리아믹산, 폴리이미드에 관한 분자량이나 이미드화율은 다음과 같이 하여 평가하였다.
＜분자량 측정＞
폴리아믹산 및 폴리이미드의 분자량에는, 쇼와 전공사 제조 상온 겔 침투 크로마토그래피 (GPC) 장치 (GPC-101), Shodex 사 제조 칼럼 (KD-803, KD-805) 을 사용하였다. 측정 조건은, 이하와 같다.
칼럼 온도 : 50 ℃
용리액 : N,N'-디메틸포름아미드 (첨가제 : 브롬화리튬-수화물 (LiBr·H2O) 이 30 m㏖/ℓ, 인산·무수 결정 (o-인산) 이 30 m㏖/ℓ, 테트라하이드로푸란 (THF) 이 10 ㎖/ℓ)
유속 : 1.0 ㎖/분
검량선 작성용 표준 샘플 : 토소사 제조 TSK 표준 폴리에틸렌옥사이드 (분자량 약 900,000, 150,000, 100,000, 30,000), 및, 폴리머 래버러토리사 제조 폴리에틸렌글리콜 (분자량 약 12,000, 4,000, 1,000).
＜이미드화율의 측정＞
폴리이미드 분말 20 ㎎ 을 NMR 샘플관 (쿠사노 과학사 제조, NMR 샘플링 튜브 스탠다드 φ5) 에 넣고, 중수소화디메틸술폭시드 (DMSO-d6, 0.05 ％ TMS (테트라메틸실란) 혼합물) 0.53 ㎖ 를 첨가하고, 초음파를 가하여 완전하게 용해시켰다. 이 용액에 대해, 니혼 전자 데이텀사 제조 NMR 측정기 (JNW-ECA500) 를 사용하여 500 ㎒ 의 프로톤 NMR 을 측정하였다. 이미드화율은, 이미드화 전후로 변화하지 않는 구조에서 유래하는 프로톤을 기준 프로톤으로 하여 결정하고, 이 프로톤의 피크 적산치와, 9.0 내지 11.0 ppm 부근에 나타나는 아미드산의 NH 기에서 유래하는 프로톤 피크 적산치를 사용하여 이하의 수학식 (1) 에 의해 구하였다.
이미드화율 (％) ＝ (1 － α·x/y) × 100 … (1)
상기 식 (1) 에 있어서, x 는 아미드산의 NH 기 유래의 프로톤 피크 적산치, y 는 기준 프로톤의 피크 적산치, α 는 폴리아믹산 (이미드화율이 0 ％) 의 경우에 있어서의 아미드산의 NH 기 프로톤 1 개에 대한 기준 프로톤의 개수 비율이다.
＜합성예 1＞
BODA (22.27 g, 89 m㏖), DA-7 (14.70 g, 44.5 m㏖), DA-4 (12.94 g, 53.4 m㏖), DA-9 (19.34 g, 44.5 m㏖), DA-8 (13.55 g, 35.6 m㏖) 을 NMP (331.2 g) 중에서 혼합하고, 60 ℃ 에서 3 시간 반응시킨 후, CBDA (16.93 g, 86.3 m㏖) 와 NMP (67.2 g) 를 첨가하고, 40 ℃ 에서 15 시간 반응시켜 폴리아믹산 용액 (a) 를 얻었다. 이 폴리아믹산 용액 (a) 의 수 평균 분자량은 22,000, 중량 평균 분자량은 58,000 이었다. 이 폴리아믹산 용액 (a) (498.13 g) 에 NMP 를 첨가하여 폴리아믹산 용액 (a) 의 함유량이 10 질량％ 가 되도록 희석한 후, 이미드화 촉매로서 무수 아세트산 (90.87 g), 및 피리딘 (28.16 g) 을 첨가하고, 70 ℃ 에서 3.5 시간 반응시켰다. 이 반응 용액을 메탄올 (5,000 ㎖) 중에 투입하고, 얻어진 침전물을 여과 분리하였다. 이 침전물을 메탄올로 세정하고, 100 ℃ 에서 감압 건조시켜 폴리이미드 (A) 를 얻었다. 이 폴리이미드 (A) 의 이미드화율은 72 ％ 였다.
＜합성예 2＞
BODA (23.02 g, 92 m㏖), DA-3 (14.0 g, 92 m㏖), DA-5 (22.66 g, 55.2 m㏖), DA-8 (14.01 g, 36.8 m㏖) 을 NMP (294.73 g) 중에서 혼합하고, 60 ℃ 에서 1 시간 반응시킨 후, CBDA (6.68 g, 34.0 m㏖) 와 NMP (26.7 g) 를 첨가하고, 20 ℃ 에서 1 시간 반응시킨 후, DSDA (19.78 g, 55.2 m㏖) 와 NMP (79.11 g) 를 첨가하고, 40 ℃ 에서 2 시간 반응시킨 후 폴리아믹산 용액 (b) 를 얻었다. 이 폴리아믹산 용액 (b) 의 수 평균 분자량은 17,000, 중량 평균 분자량은 45,000 이었다. 이 폴리아믹산 용액 (b) (500.69 g) 에 NMP 를 첨가하여 폴리아믹산 용액 (b) 의 함유량이 6.5 질량％ 가 되도록 희석한 후, 이미드화 촉매로서 무수 아세트산 (93.93 g), 및 피리딘 (72.77 g) 을 첨가하고, 75 ℃ 에서 3.5 시간 반응시켰다. 이 반응 용액을 메탄올 (5,000 ㎖) 중에 투입하고, 얻어진 침전물을 여과 분리하였다. 이 침전물을 메탄올로 세정하고, 100 ℃ 에서 감압 건조시켜 폴리이미드 (B) 를 얻었다. 이 폴리이미드 (B) 의 이미드화율은 74 ％ 였다.
＜합성예 3＞
BODA (25.02 g, 100 m㏖), DA-1 (8.65 g, 80 m㏖), DA-6 (6.83 g, 20 m㏖), DA-8 (38.6 g, 100 m㏖) 을 NMP (214.2 g) 중에서 혼합하고, 60 ℃ 에서 3 시간 반응시킨 후, CBDA (19.61 g, 100 m㏖) 와 NMP (178.5 g) 를 첨가하고, 40 ℃ 에서 15 시간 반응시켜 폴리아믹산 용액 (c) 를 얻었다. 이 폴리아믹산 용액 (c) 의 수 평균 분자량은 23,000, 중량 평균 분자량은 60,000 이었다. 이 폴리아믹산 용액 (c) (450.0 g) 에 NMP 를 첨가하여 폴리아믹산 용액 (a) 의 함유량이 10 질량％ 가 되도록 희석한 후, 이미드화 촉매로서 무수 아세트산 (103.6 g), 및 피리딘 (32.11 g) 을 첨가하고, 70 ℃ 에서 3.5 시간 반응시켰다. 이 반응 용액을 메탄올 (3,600 ㎖) 중에 투입하고, 얻어진 침전물을 여과 분리하였다. 이 침전물을 메탄올로 세정하고, 100 ℃ 에서 감압 건조시켜 폴리이미드 (C) 를 얻었다. 이 폴리이미드 (C) 의 이미드화율은 69 ％ 였다.
＜합성예 4＞
BODA (25.02 g, 100 m㏖), DA-7 (6.60 g, 20 m㏖), DA-2 (23.79 g, 120 m㏖), DA-9 (26.1 g, 60 m㏖) 를 NMP (225.9 g) 중에서 혼합하고, 60 ℃ 에서 3 시간 반응시킨 후, CBDA (19.61 g, 100 m㏖) 와 NMP (178.5 g) 를 첨가하고, 40 ℃ 에서 15 시간 반응시켜 폴리아믹산 용액 (d) 를 얻었다. 이 폴리아믹산 용액 (d) 의 수 평균 분자량은 24,000, 중량 평균 분자량은 62,000 이었다. 이 폴리아믹산 용액 (d) (450.0 g) 에 NMP 를 첨가하여 폴리아믹산 용액 (d) 의 함유량이 10 질량％ 가 되도록 희석한 후, 이미드화 촉매로서 무수 아세트산 (90.9 g), 및 피리딘 (28.17 g) 을 첨가하고, 70 ℃ 에서 3.5 시간 반응시켰다. 이 반응 용액을 메탄올 (3,600 ㎖) 중에 투입하고, 얻어진 침전물을 여과 분리하였다. 이 침전물을 메탄올로 세정하고, 100 ℃ 에서 감압 건조시켜 폴리이미드 (D) 를 얻었다. 이 폴리이미드 (D) 의 이미드화율은 73 ％ 였다.
＜합성예 5＞
BODA (25.02 g, 100 m㏖), DA-3 (12.17 g, 80 m㏖), DA-4 (14.53 g, 60 m㏖), DA-8 (22.83 g, 60 m㏖) 을 NMP (198.17 g) 중에서 혼합하고, 60 ℃ 에서 3 시간 반응시킨 후, PMDA (8.72 g, 40 m㏖) 와 NMP (34.9 g) 를 첨가하고, 40 ℃ 에서 3 시간 반응시켰다. 마지막으로, CBDA (11.76 g, 60 m㏖) 와 NMP (147.15 g) 를 첨가하고, 15 시간 반응시켜 폴리아믹산 용액 (e) 를 얻었다. 이 폴리아믹산 용액 (e) 의 수 평균 분자량은 25,000, 중량 평균 분자량은 65,000 이었다. 이 폴리아믹산 용액 (e) (450.0 g) 에 NMP 를 첨가하여 폴리아믹산 용액 (d) 의 함유량이 10 질량％ 가 되도록 희석한 후, 이미드화 촉매로서 무수 아세트산 (96.7 g), 및 피리딘 (29.97 g) 을 첨가하고, 70 ℃ 에서 3.5 시간 반응시켰다. 이 반응 용액을 메탄올 (3,600 ㎖) 중에 투입하고, 얻어진 침전물을 여과 분리하였다. 이 침전물을 메탄올로 세정하고, 100 ℃ 에서 감압 건조시켜 폴리이미드 (E) 를 얻었다. 이 폴리이미드 (E) 의 이미드화율은 72 ％ 였다.
＜실시예 1＞
합성예 1 에서 얻어진 폴리이미드 (A) (13.5 g) 및 합성예 2 에서 얻어진 폴리이미드 (B) (13.5 g) 에 NEP (198 g) 를 첨가하고, 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NEP (17.91 g), GBL (151.2 g), PB (180 g), DME (144 g), TM-BIP-A (1.89 g) 를 첨가하고, 25 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 이 용액을 공경 1 ㎛ 의 필터로 여과하여 본 발명의 액정 배향제 [A] 를 조제하였다.
＜실시예 2＞
합성예 1 에서 얻어진 폴리이미드 (A) (13.3 g) 및 합성예 2 에서 얻어진 폴리이미드 (B) (13.3 g) 에 NMP (150.73 g) 를 첨가하고, 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NMP (65.30 g), GBL (115.02 g), BCS (251.6 g), DME (107.8 g), TM-BIP-A (1.86 g) 를 첨가하고, 25 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 이 용액을 공경 1 ㎛ 의 필터로 여과하여 본 발명의 액정 배향제 [B] 를 조제하였다.
＜실시예 3＞
합성예 3 에서 얻어진 폴리이미드 (C) (13.3 g) 및 합성예 5 에서 얻어진 폴리이미드 (E) (13.3 g) 에 NMP (150.73 g) 를 첨가하고, 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NMP (65.30 g), GBL (115.02 g), BCS (251.6 g), DME (107.8 g), TM-BIP-A (1.86 g) 를 첨가하고, 25 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 이 용액을 공경 1 ㎛ 의 필터로 여과하여 본 발명의 액정 배향제 [C] 를 조제하였다.
＜실시예 4＞
합성예 4 에서 얻어진 폴리이미드 (D) (13.5 g) 및 합성예 5 에서 얻어진 폴리이미드 (E) (13.5 g) 에 NEP (198 g) 를 첨가하고, 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NEP (17.91 g), GBL (151.2 g), PB (180 g), DME (144 g), TM-BIP-A (1.86 g) 를 첨가하고, 25 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 이 용액을 공경 1 ㎛ 의 필터로 여과하여 본 발명의 액정 배향제 [D] 를 조제하였다.
＜실시예 5＞
합성예 1 에서 얻어진 폴리이미드 (A) (13.3 g) 및 합성예 5 에서 얻어진 폴리이미드 (E) (13.3 g) 에 NEP (150.73 g) 를 첨가하고, 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NEP (65.30 g), GBL (115.02 g), BCS (251.6 g), DME (107.8 g), TM-BIP-A (1.86 g) 를 첨가하고, 25 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 이 용액을 공경 1 ㎛ 의 필터로 여과하여 본 발명의 액정 배향제 [E] 를 조제하였다
＜비교예 1＞
합성예 1 에서 얻어진 폴리이미드 (A) (13.5 g) 및 합성예 2 에서 얻어진 폴리이미드 (B) (13.5 g) 에 NEP (198 g) 를 첨가하고, 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NEP (169.11 g), PB (216 g), DME (108 g), TM-BIP-A (1.89 g) 를 첨가하고, 25 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 이 용액을 공경 1 ㎛ 의 필터로 여과하여 액정 배향제 [F] 를 조제하였다.
＜비교예 2＞
합성예 1 에서 얻어진 폴리이미드 (A) (10.13 g) 및 합성예 2 에서 얻어진 폴리이미드 (B) (10.13 g) 에 NEP (148.59 g) 를 첨가하고, 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NEP (261.67 g), PB (287.95 g), TM-BIP-A (1.42 g) 를 첨가하고, 25 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 이 용액을 공경 1 ㎛ 의 필터로 여과하여 액정 배향제 [G] 를 조제하였다.
＜비교예 3＞
합성예 1 에서 얻어진 폴리이미드 (A) (13.3 g) 및 합성예 2 에서 얻어진 폴리이미드 (B) (13.3 g) 에 NEP (195.07 g) 를 첨가하고, 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NEP (202.08 g), PB (212.79 g), DIBK (70.93 g), TM-BIP-A (1.86 g) 를 첨가하고, 25 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 이 용액을 공경 1 ㎛ 의 필터로 여과하여 액정 배향제 [H] 를 조제하였다.
[도막의 형성과 평가의 방법]
준비한 액정 배향제를 잉크젯법으로 기판에 도포하고, 예비 건조 및 본 소성을 실시하여, 도막을 형성하였다. 잉크젯 도포의 평가에는 시바우라 메카트로닉스사 제조의 잉크젯 장치 (형식 IJ-1021) 를 사용하여 하기의 조건에서 실시하였다.
잉크젯 도포 조건 :
Head : H18, H1A
Nozzle No./Head ＝ 256
Head Nozzle Pitch : 396.88 um
Head Offset : 198.43 um
Scan 횟수 : 2 Scan
Head 배열 방향의 Drop Pitch (X) : 99.22 um
스테이지 속도 : 512 ㎜/sec, 주파수 : 4000 ㎐
스테이지 이동 방향의 Drop Pitch (Y) : 128 um
도포 패턴 설정치 : 80 ㎜ × 80 ㎜
막두께 : 1000 Å.
기판 : Halo 에어리어의 평가에는, 100 × 100 ㎜ 로 편측 전체면에 Cr 혹은 ITO 전극이 형성된 유리 기판을 사용하였다. Contact hole 주변의 불균일 (C/H 불균일) 의 평가에는, TFT 기판을 사용하였다.
도포 종료로부터 예비 건조까지의 방치 시간 : 45 초
예비 건조 : 90 ℃ 에서 설정한 핫 플레이트 위에 세운 높이 1 ㎜ 의 핀 위에 기판을 설치하여 40 초 건조시켰다.
본 소성 : 230 ℃/20 분 (IR 오븐)
＜Halo 에어리어의 평가 방법＞
액정 배향막 단부 (端部) 의 Halo 에어리어의 평가는, 도포 방향에 대해 상, 하, 좌, 우에 있어서의 도막 단부의 색조 변화 (막두께 불균일) 를 광학 현미경 (니콘사 제조, ECLIPSE L300N) 으로 관찰함으로써 실시하였다. 구체적으로는, 광학 현미경에 의해, 배율을 2.5 배로 하여 관찰하고, 얻어진 도막 화상의 색조 변화 (막두께 불균일) 의 길이를 측정하였다. 모든 도막 화상은, 동일 배율로 얻은 것이다. 이 상, 하, 좌, 우에 있어서의 도막 단부의 색조 변화 (막두께 불균일) 의 평균치가 7 ㎜ 이상인 것을 ×, 6 ㎜ ∼ 5 ㎜ 인 것을 △, 5 ㎜ 미만인 것을 ○ 로 하였다.
＜C/H 불균일의 평가 방법＞
상기에서 얻어진 도막의 면 내를 광학 현미경에 의해, 확대율 5 배로 관찰하고, C/H 주변의 불균일의 수가 시야 내의 C/H 수의 20 ％ 이하인 것을「○」, 그 이상인 것을「×」로 하였다.
이하의 표에, 실시예 1 ∼ 5 및 비교예 1 ∼ 3 에서 얻어진 액정 배향제의 평가 결과를 나타낸다.
본 발명의 액정 배향제는, 많은 표시면을 확보할 수 있는 프레임 협소 액정 표시 소자에 있어서, 시일제와 액정 배향막의 접착성을 높임으로써 프레임 부근의 표시 불균일을 해결할 수 있어, 산업상 유용하다.

Claims (11)

  1. 테트라카르복실산 유도체와 디아민의 반응물인 폴리이미드 전구체 및 그 이미드화물인 폴리이미드에서 선택되는 1 또는 2 종류의 중합체 및 유기 용제를 함유하는 액정 배향제이고, 상기 유기 용제가
    A 성분 : γ-부티로락톤, γ-발레로락톤에서 선택되는 적어도 1 종
    B 성분 : 디프로필렌글리콜디메틸에테르를 함유하고,
    추가로 C 성분으로서 N-메틸-2-피롤리돈, N-에틸-2-피롤리돈, N-부틸-2-피롤리돈에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하고,
    A 성분과 B 성분의 함유량이, 각각 25 중량％ 이하이고, A 성분과 B 성분의 함유량 차가 5 중량％ 이하이고,
    C 성분이 액정 배향제 전체의 중량에 대해 30 중량％ 이하인 것을 특징으로 하는, 액정 배향제.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합체가, 하기 식 [1-1] 의 측사슬 구조를 함유하는, 액정 배향제.

    식 [1-1] 중, Y1 및 Y3 은 각각 독립적으로, 단결합, -(CH2)a- (a 는 1 ∼ 15 의 정수이다), -O-, -CH2O-, -COO- 및 -OCO- 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 나타낸다.
    Y2 는 단결합 또는 -(CH2)b- (b 는 1 ∼ 15 의 정수이다) 를 나타낸다 (단, Y1 또는 Y3 이 단결합, -(CH2)a- 인 경우, Y2 는 단결합이고, Y1 이 -O-, -CH2O-, -COO- 및 -OCO- 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종이거나, 및/또는 Y3 이 -O-, -CH2O-, -COO- 및 -OCO- 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 경우, Y2 는 단결합 또는 -(CH2)b- 이다).
    Y4 는 벤젠 고리, 시클로헥산 고리 및 복소 고리로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 2 가의 고리형기, 또는 스테로이드 골격을 갖는 탄소수 17 ∼ 51 의 2 가의 유기기를 나타내고, 상기 고리형기 상의 임의의 수소 원자는, 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 알콕시기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알콕시기 또는 불소 원자로 치환되어 있어도 된다.
    Y5 는 벤젠 고리, 시클로헥산 고리 및 복소 고리로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 고리형기를 나타내고, 이들 고리형기 상의 임의의 수소 원자는, 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 알콕시기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알킬기, 탄소수 1 ∼ 3 의 불소 함유 알콕시기 또는 불소 원자로 치환되어 있어도 된다.
    Y6 은 탄소수 1 ∼ 18 의 알킬기, 탄소수 2 ∼ 18 의 알케닐기, 탄소수 1 ∼ 18 의 불소 함유 알킬기, 탄소수 1 ∼ 18 의 알콕시기 및 탄소수 1 ∼ 18 의 불소 함유 알콕시기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 나타낸다. n 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합체가, 특정 파장의 자외선에 의해 광 반응을 일으키는 광 반응성의 측사슬을 갖는, 액정 배향제.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광 반응성의 측사슬이, 하기 식 [VII] 의 측사슬 구조인, 액정 배향제.

    식 [VII] 중, Ar 은 페닐렌, 나프틸렌 및 비페닐렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 방향족 탄화수소기를 나타내고, 그들의 고리의 수소 원자는 할로겐 원자로 치환되어 있어도 된다. 상기 Ar 에 있어서, 방향족 탄화수소기에는 치환기가 형성되어 있어도 된다.
    R1 및 R2 는, 각각 독립적으로, 탄소 원자수 1 ∼ 10 의 알킬기, 알콕시기, 벤질기 또는 페네틸기를 나타낸다. 알킬기나 알콕시기의 경우, R1 및 R2 에 의해 고리가 형성되어 있어도 된다.
    T1 및 T2 는, 각각 독립적으로, 단결합, -O-, -COO-, -OCO-, -NHCO-, -CONH-, -NH-, -CH2O-, -N(CH3)-, -CON(CH3)- 또는 -N(CH3)CO- 의 결합기를 나타낸다.
    S 는 단결합, 비치환 또는 불소 원자에 의해 치환되어 있는 탄소 원자수 1 ∼ 20 의 알킬렌기를 나타낸다. 여기서의 알킬렌기의 -CH2- 또는 -CF2- 는, -CH=CH- 로 임의로 치환되어 있어도 되고, 다음에 예시한 어느 기가 서로 이웃이 되지 않는 경우, 이들의 기로 치환되어 있어도 된다 ; -O-, -COO-, -OCO-, -NHCO-, -CONH-, -NH-, 2 가의 탄소 고리, 2 가의 복소 고리.
    Q 는, 하기 식 (1d) 에서 선택되는 구조를 나타낸다.

    (상기 식 (1d) 중, R 은 수소 원자 또는 탄소 원자수 1 ∼ 4 의 알킬기를 나타낸다. R3 은, -CH2-, -NR-, -O-, 또는 -S- 를 나타낸다.)
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 테트라카르복실산 유도체가, 하기 식 [3] 으로 나타내는 테트라카르복실산 2 무수물을 함유하는, 액정 배향제.

    식 [3] 중, X1 은 탄소수 4 ∼ 13 의 4 가의 유기기이고, 또한 탄소수 4 ∼ 10 의 비방향족 고리형 탄화수소기를 함유한다.
  6. 제 5 항에 있어서,
    X1 이, 하기 식으로 나타내는 구조인, 액정 배향제.

    R3 ∼ R6, R24, R25 는 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기, 탄소수 2 ∼ 6 의 알케닐기, 탄소수 2 ∼ 6 의 알키닐기, 불소 원자를 함유하는 탄소수 1 ∼ 6 의 1 가의 유기기, 또는 페닐기이다.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 배향제가, 에폭시기, 이소시아네이트기, 옥세탄기 또는 시클로카보네이트기를 갖는 가교성 화합물, 하이드록실기, 하이드록시알킬기 및 저급 알콕시알킬기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 치환기를 갖는 가교성 화합물, 또는 중합성 불포화 결합을 갖는 가교성 화합물을 함유하고,
    상기 가교성 화합물의 함유량이, 모든 상기 중합체 100 질량부에 대해, 0.1 ∼ 150 질량부인, 액정 배향제.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 액정 배향제로부터 얻어지는 액정 배향막.
  9. 제 8 항에 기재된 액정 배향막을 구비하는 액정 표시 소자.
  10. 삭제
  11. 삭제
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