KR20200088846A - 액정 배향제, 액정 배향막 및 액정 표시 소자 - Google Patents

액정 배향제, 액정 배향막 및 액정 표시 소자 Download PDF

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KR20200088846A
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겐조 야다
사토코 스기야마
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닛산 가가쿠 가부시키가이샤
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Abstract

폴리머 주사슬 말단이 하기 식 (1) 의 구조를 갖는 폴리이미드 전구체 및 폴리이미드에서 선택되는 적어도 1 종의 중합체를 함유하는 액정 배향제.
Figure pct00047

R1 은, 말단에 아크릴기, 메타크릴산메틸기 등의 광 반응성의 관능기를 함유하고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 20 의 유기기를 나타낸다.

Description

액정 배향제, 액정 배향막 및 액정 표시 소자
본 발명은, 액정 배향제, 액정 배향막 및 액정 표시 소자에 관한 것이다.
액정 표시 소자는, 경량, 박형 또한 저소비 전력의 표시 디바이스로서 알려져 있다. 최근에는, 급속히 쉐어를 확대하여 온 휴대 전화나 태블릿형 단말용의 고정세 액정 표시 소자에 있어서도, 높은 표시 품위가 요구될 정도의 눈부신 발전을 이루고 있다.
액정 표시 소자는, 전극을 구비한 투명한 1 쌍의 기판에 의해 액정층을 협지 (挾持) 하여 구성된다. 그리고, 액정 표시 소자에서는, 액정이 기판 사이에서 원하는 배향 상태가 되도록 유기 재료로 이루어지는 유기막이 액정 배향막으로서 사용되고 있다. 즉, 액정 배향막은, 액정 표시 소자의 구성 부재로서, 액정을 협지하는 기판의 액정과 접하는 면에 형성되고, 그 기판 사이에서 액정을 일정한 방향으로 배향시킨다는 역할을 담당하고 있다.
최근, 스마트 폰이나 휴대 전화 등의 모바일 용도용으로, 액정 표시 소자가 사용되고 있다. 이들 용도에서는, 가능한 한 많은 표시면을 확보하기 위해, 액정 표시 소자의 기판 사이를 접착시키기 위해 사용하는 시일제의 폭을, 종래에 비해 좁게 할 필요가 있다. 또한, 상기 서술한 이유에 의해, 시일제의 위치를, 시일제와의 접착성이 약한 액정 배향막의 단부에 접한 위치, 혹은 액정 배향막의 상부로 하는 것도 요구되고 있다. 이와 같은 경우, 특히 고온 고습 조건하에서의 사용에서는, 시일제와 액정 배향막 사이로부터 물이 혼입되기 쉬워져, 액정 표시 소자의 프레임 부근에 표시 불균일이 발생해 버린다.
이 문제를 해결하기 위해, 특정 구조의 첨가제를 사용하는 액정 배향제가 제안되어 있다 (특허문헌 1 참조).
WO2015/072554
그러나 최근에는, 액정 배향막과 시일제의 추가적인 밀착성 개선이 요구되고 있다.
이 중 시일제로부터의 특성 개선에서는, 시일제와 액정 배향막의 밀착 특성과, 시일제의 투습 방지 특성은 그 양립이 어려운 것이 알려져 있어, 상기 관점에서, 액정 배향막으로부터의 특성 개선이 요구되고 있다.
그래서 본 발명은, 시일제와 액정 배향막의 접착성을 높여, 고온 고습 조건하에 있어서 액정 표시 소자의 프레임 부근의 표시 불균일의 발생을 억제할 수 있는 액정 배향제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이렇게 하여, 본 발명은, 상기의 지견에 기초하는 것이고, 하기의 요지를 갖는다.
1. 폴리머 주사슬 말단이 하기 식 (1) 의 구조를 갖는 폴리이미드 전구체 및 폴리이미드에서 선택되는 적어도 1 종의 중합체를 함유하는 액정 배향제.
[화학식 1]
Figure pct00001
R1 은, 말단에 아크릴기, 메타크릴산메틸기 등의 광 반응성의 관능기를 함유하고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 20 의 유기기를 나타낸다.
본 발명의 액정 배향제를 사용함으로써, 시일제와 액정 배향막의 접착성을 높여, 고온 고습 조건하에 있어서 액정 표시 소자의 프레임 부근의 표시 불균일의 발생을 억제할 수 있는 액정 배향막이 얻어진다. 이 액정 배향막을 갖는 액정 표시 소자는 시일제와 액정 배향막의 접착성을 높임으로써 프레임 부근의 표시 불균일을 해결할 수 있으므로, 대화면이고 고정세한 액정 디스플레이에 바람직하게 이용할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 액정 배향제를 사용하여 얻어지는 액정 배향막의 밀착성 평가를 실시할 때에 제작하는, 평가 샘플의 제작 방법을 나타내는 도면이다. 상세하게는 후술한다.
＜말단 구조＞
본 발명의 액정 배향제는, 폴리머 주사슬 말단이 하기 식 (1) 의 구조를 갖는 폴리이미드 전구체 및 폴리이미드에서 선택되는 적어도 1 종의 중합체를 함유한다.
[화학식 2]
Figure pct00002
R1 은, 말단에 아크릴기, 메타크릴산메틸기 등의 광 반응성의 관능기를 함유하고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 20 의 유기기를 나타낸다.
여기서, 상기 R1 은, 하기의 R-1 ∼ R-10 의 구조에서 선택되는 기인 것이 바람직하다.
[화학식 3]
Figure pct00003
이와 같은 구조를 폴리이미드 중에 도입하려면, 폴리이미드 전구체의 중합 중 및 중합 후에, 하기 식 (2) 와 같은 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
[화학식 4]
Figure pct00004
식 (2) 의 화합물의 구체예로는, 하기에 예시하는 Z-1 ∼ Z-10 의 화합물을 들 수 있지만, 시일 밀착성 및 러빙 내성의 관계로부터 Z-1 이 보다 바람직하고, Z-2 가 특히 바람직하다.
[화학식 5]
Figure pct00005
＜테트라카르복실산 유도체＞
본 발명의 액정 배향제에 함유되는 폴리이미드 전구체는, 테트라카르복실산 유도체와 디아민의 반응으로부터 얻어지고, 본 발명의 액정 배향제에 함유되는 폴리이미드는, 상기 폴리이미드 전구체를 이미드화함으로써 얻어진다. 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 2 무수물 또는 그 유도체로는, 그 중에서도, 하기 식 (3) 으로 나타내는 것이 바람직하다.
[화학식 6]
Figure pct00006
X1 의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 바람직한 구체예로는, 하기 식 (X1-1) ∼ (X1-44) 를 들 수 있다. 그 중에서도 특히, (X1-1), (X1-5), (X1-8), (X1-27) 이 바람직하다.
[화학식 7]
Figure pct00007
[화학식 8]
Figure pct00008
[화학식 9]
Figure pct00009
[화학식 10]
Figure pct00010
[화학식 11]
Figure pct00011
[화학식 12]
Figure pct00012
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 배향성의 면에서, R3 ∼ R23 은, 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기, 또는 에틸기가 바람직하고, 수소 원자, 또는 메틸기가 특히 바람직하다.
식 (X1-1) 의 구체예로는, 하기 식 (X1-1-1) ∼ (X1-1-6) 을 들 수 있다. 액정 배향성 및 광 반응 감도의 면에서, (X1-1-1) 이 특히 바람직하다.
[화학식 13]
Figure pct00013
＜디아민＞
폴리이미드 전구체의 제조에 사용되는 디아민은, 하기 식 (4) 로 나타낸다.
[화학식 14]
Figure pct00014
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.
Y1 의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 바람직한 구조로는 이하의 (Y-1) ∼ (Y-182) 를 들 수 있다.
[화학식 15]
Figure pct00015
[화학식 16]
Figure pct00016
[화학식 17]
Figure pct00017
[화학식 18]
Figure pct00018
[화학식 19]
Figure pct00019
[화학식 20]
Figure pct00020
[화학식 21]
Figure pct00021
[화학식 22]
Figure pct00022
[화학식 23]
Figure pct00023
[화학식 24]
Figure pct00024
[화학식 25]
Figure pct00025
[화학식 26]
Figure pct00026
[화학식 27]
Figure pct00027
[화학식 28]
Figure pct00028
[화학식 29]
Figure pct00029
[화학식 30]
Figure pct00030
[화학식 31]
Figure pct00031
[화학식 32]
Figure pct00032
[화학식 33]
Figure pct00033
상기 식 중, Me 는, 메틸기를 나타내고, R1 은 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 탄화수소기를 나타낸다.
[화학식 34]
Figure pct00034
그 중에서도, Y1 의 구조로는, (Y-7), (Y-8), (Y-16), (Y-17), (Y-18), (Y-20), (Y-21), (Y-22), (Y-28), (Y-35), (Y-38), (Y-43), (Y-48), (Y-64), (Y-66), (Y-71), (Y-72), (Y-76), (Y-77), (Y-80), (Y-81), (Y-82), (Y-83), (Y-156), (Y-159), (Y-160), (Y-161), (Y-162), (Y-168), (Y-169), (Y-170) 이 바람직하고, 특히 (Y-7), (Y-8), (Y-16), (Y-17), (Y-18), (Y-21), (Y-22), (Y-28), (Y-38), (Y-64), (Y-66), (Y-72), (Y-76), (Y-81), (Y-156), (Y-159), (Y-160), (Y-161), (Y-162), (Y-168), (Y-169), (Y-170), (Y-171), (Y-173), (Y-175) 가 바람직하다.
＜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. 또 그 중합 중 및/또는 중합 후에, 상기 식 (2) 에 나타내는 화합물을 반응시킴으로써, 말단에 특정 구조를 도입한 폴리이미드 전구체를 얻을 수 있다.
상기의 반응에 사용하는 유기 용매는, 모노머 및 폴리머의 용해성으로부터 N,N-디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 또는 γ-부티로락톤이 바람직하고, 이것들은 1 종 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 폴리머의 농도는, 폴리머의 석출이 잘 일어나지 않으며, 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 실시하고, 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) 의 방법으로 제조할 수 있다. 또 그 중합 중 및/또는 중합 후에, 상기 식 (2) 에 나타내는 화합물을 반응시킴으로써, 말단에 특정 구조를 도입한 폴리이미드 전구체를 얻을 수 있다.
(I) 폴리아믹산으로부터 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, 이것들은 1 종 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 반응액 중의 폴리머의 농도는, 폴리머의 석출이 잘 일어나지 않으며, 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 염기에는, 피리딘, 트리에틸아민, 4-디메틸아미노피리딘 등을 사용할 수 있지만, 반응이 온화하게 진행되기 때문에 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, 이것들은 1 종 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 반응액 중의 폴리머 농도는, 폴리머의 석출이 잘 일어나지 않으며, 또한 고분자량체를 얻기 쉽다는 관점에서, 1 ∼ 30 질량％ 가 바람직하고, 5 ∼ 20 질량％ 가 보다 바람직하다. 또, 테트라카르복실산디에스테르디클로라이드의 가수분해를 방지하기 위해, 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-트리아지닐메틸모르폴리늄, O-(벤조트리아졸-1-일)-N,N,N',N'-테트라메틸우로늄 테트라플루오로보레이트, O-(벤조트리아졸-1-일)-N,N,N',N'-테트라메틸우로늄헥사플루오로포스페이트, (2,3-디하이드로-2-티옥소-3-벤조옥사졸릴)포스폰산디페닐 등을 사용할 수 있다. 축합제의 첨가량은, 테트라카르복실산디에스테르에 대해 2 ∼ 3 배 몰이 바람직하다.
상기 염기에는, 피리딘, 트리에틸아민 등의 3 급 아민을 사용할 수 있다. 염기의 사용량은, 제거가 용이한 양이며, 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 세 가지의 폴리아믹산에스테르의 제조 방법 중에서도, 고분자량의 폴리아믹산에스테르가 얻어지기 때문에, 상기 (I) 또는 상기 (II) 의 제조법이 특히 바람직하다.
상기와 같이 하여 얻어지는 폴리아믹산에스테르의 용액은, 잘 교반시키면서 빈용매에 주입함으로써, 폴리머를 석출시킬 수 있다. 석출을 수 회 실시하고, 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 폴리이미드의 이미드화율은 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 진행되어, 이미드화 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. 또 그 때에 상기 식 (2) 에 나타내는 화합물을 반응시킴으로써, 말단에 특정 구조를 도입한 폴리이미드 전구체를 얻을 수 있다. 유기 용매로는 전술한 중합 반응시에 사용하는 용매를 사용할 수 있다. 염기성 촉매로는 피리딘, 트리에틸아민, 트리메틸아민, 트리부틸아민, 트리옥틸아민 등을 들 수 있다. 그 중에서도 피리딘은 반응을 진행시키기에 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. 통상, 종래의 폴리이미드의 경우에는 무수 아세트산을 사용하면 주사슬 말단으로서 아세틸기가 생성되는 데에 반해, 본 발명은 아세틸화를 억제할 수 있다.
이미드화 반응을 실시할 때의 온도는, 예를 들어 -20 ℃ ∼ 120 ℃ 이고, 바람직하게는 0 ℃ ∼ 100 ℃ 이며, 반응 시간은 1 ∼ 100 시간 동안 실시할 수 있다. 염기성 촉매의 양은 아믹산기의 0.5 ∼ 30 몰배, 바람직하게는 2 ∼ 20 몰배이며, 산 무수물의 양은 아믹산기의 1 ∼ 50 몰배, 바람직하게는 3 ∼ 30 몰배이다. 얻어지는 중합체의 이미드화율은, 촉매량, 온도, 반응 시간을 조절함으로써 제어할 수 있다.
폴리아믹산에스테르 또는 폴리아믹산의 이미드화 반응 후의 용액에는, 첨가한 촉매 등이 잔존하고 있으므로, 이하에 서술하는 수단에 의해, 얻어진 이미드화 중합체를 회수하고, 유기 용매로 재용해시켜, 본 발명의 액정 배향제로 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 하여 얻어지는 폴리이미드의 용액은, 잘 교반시키면서 빈용매에 주입함으로써, 중합체를 석출시킬 수 있다. 석출을 수 회 실시하고, 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 이며, 더욱 바람직하게는 10,000 ∼ 100,000 이다. 또, 수 평균 분자량은, 바람직하게는 1,000 ∼ 250,000 이고, 보다 바람직하게는 2,500 ∼ 150,000 이며, 더욱 바람직하게는 5,000 ∼ 50,000 이다.
본 발명에 사용되는 액정 배향제의 중합체의 농도는, 형성시키고자 하는 도막의 두께의 설정에 따라 적절히 변경할 수 있지만, 균일하고 결함이 없는 도막을 형성시킨다는 점에서 1 중량％ 이상이 바람직하고, 용액의 보존 안정성의 면에서는 10 중량％ 이하가 바람직하다.
본 발명의 액정 배향제에 있어서의 용매는, 폴리이미드 전구체 및 폴리이미드를 용해시키는 용매 (양용매라고도 한다) 나, 액정 배향제를 도포하였을 때의 액정 배향막의 도막성이나 표면 평활성을 향상시키는 용매 (빈용매라고도 한다) 가 바람직하게 사용된다. 하기에, 그 밖의 용매의 구체예를 들지만, 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
양용매의 구체예로는, N-메틸-2-피롤리돈, N-에틸-2-피롤리돈, N-부틸-2-피롤리돈, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, 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 용매도 바람직하게 사용된다.
[화학식 35]
Figure pct00035
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 식 [D-1] ∼ 식 [D-3] 으로 나타내는 용매가 바람직하다.
[화학식 36]
Figure pct00036
식 [D-1] 중, D1 은 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기를 나타내고, 식 [D-2] 중, D2 는 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기를 나타내며, 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 다양한 공지된 화합물을 사용할 수 있다. 바람직하게 사용되는 것은 하기의 화합물이다.
[화학식 37]
Figure pct00037
가교성 화합물의 함유량은, 모든 중합체 성분 100 질량부에 대해, 0.1 ∼ 150 질량부가 바람직하다. 그 중에서도, 가교 반응이 진행되어 목적의 효과를 발현시키기 위해서는, 0.1 ∼ 100 질량부가 바람직하고, 보다 바람직한 것은 1 ∼ 50 질량부이다.
본 발명의 액정 배향제는, 액정 배향제를 도포하였을 때의 액정 배향막의 막 두께의 균일성이나 표면 평활성을 향상시키는 화합물을 함유할 수 있다.
액정 배향막의 막 두께의 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, 소성하여 얻어지는 막이다. 본 발명의 액정 배향제를 도포하는 기판으로는 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 프로세스 간소화의 면에서 바람직하다. 또, 반사형의 액정 표시 소자에서는, 편측의 기판에만이라면 실리콘 웨이퍼 등의 불투명한 것이어도 사용할 수 있고, 이 경우의 전극에는 알루미늄 등의 광을 반사시키는 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, 열 순환형 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. 통상은, 함유되는 용매를 충분히 제거하기 위해 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 nm 가 바람직하고, 10 ∼ 200 nm 가 보다 바람직하다.
본 발명의 액정 배향제는, 기판 상에 도포, 소성한 후, 러빙 처리나, 광 배향 처리 등으로 배향 처리하고, 또, 수직 배향 용도 등에서는 배향 처리 없이, 액정 배향막으로서 사용할 수 있다. 러빙 처리나 광 배향 처리 등의 배향 처리에서는, 이미 알려진 방법이나 장치를 사용할 수 있다.
액정 셀의 제작 방법의 일례로서, 패시브 매트릭스 구조의 액정 표시 소자를 예로 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 상에 커먼 전극을, 타방의 기판 상에 세그먼트 전극을 형성한다. 이들 전극은, 예를 들어 ITO 전극으로 할 수 있고, 원하는 화상 표시가 가능하도록 패터닝되어 있다. 이어서, 각 기판 상에, 커먼 전극과 세그먼트 전극을 피복하도록 하여 절연막을 형성한다. 절연막은, 예를 들어, 졸-겔법에 의해 형성된 SiO2-TiO2 의 막으로 할 수 있다.
다음으로, 각 기판 상에 액정 배향막을 형성하고, 일방의 기판에 타방의 기판을 서로의 액정 배향막면이 대향하도록 하여 중첩하고, 주변을 시일제로 접착한다. 시일제에는, 기판 간극을 제어하기 위해, 통상, 스페이서를 혼입해 두고, 또, 시일제를 형성하지 않는 면 내 부분에도, 기판 간극 제어용의 스페이서를 산포해 두는 것이 바람직하다. 시일제의 일부에는, 외부로부터 액정을 충전 가능한 개구부를 형성해 둔다. 이어서, 시일제에 형성한 개구부를 통해, 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 이것들로 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
1,3-DM-CBDA : (1,3-디메틸)-1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 2 무수물
BDA : 1,2,3,4-부탄테트라카르복실산 2 무수물
BPDA : 3,3'4,4'-비페닐테트라카르복실산 2 무수물
＜디아민＞
DA-1 : 비스(4-아미노페녹시)에탄
DA-2 : tert-부틸 비스(4-아미노페닐)카르바메이트
DA-3 : 디-tert-부틸((아디포일비스(아잔디일))비스(3-아미노-6,1-페닐렌))디카르바메이트
DA-4 : 파라페닐렌디아민
DA-5 : 5-((4-(4-헵틸시클로헥실)페녹시)메틸)벤젠-1,3-디아민
DA-6 : 4,4'-(1H-피롤-2,5-디일)디아닐린
DA-7 : 4,4'-디아미노디페닐아민
DA-8 : 4,4'-디아미노디페닐메탄
[화학식 38]
Figure pct00038
＜이소티오시아네이트＞
SCN-1 : 에틸이소티오시아네이트
SCN-2 : 알릴이소티오시아네이트
[화학식 39]
Figure pct00039
＜첨가제＞
AD-1 : 3-글리시독시프로필트리에톡시실란
AD-2 : N,N,N',N'-테트라키스(2-하이드록시에틸)아디핀아미드
＜유기 용매＞
NMP : N-메틸-2-피롤리돈
BCS : 부틸셀로솔브
GBL : γ-부티로락톤
실시예에 있어서, 폴리아믹산, 폴리이미드 전구체, 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 mmol/ℓ, 인산·무수 결정 (o-인산) 이 30 mmol/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 mg 을 NMR 샘플관 (쿠사노 과학사 제조, NMR 샘플링 튜브 스탠다드 φ5) 에 넣고, 중수소화 디메틸술폭시드 (DMSO-d6, 0.05 ％ TMS (테트라메틸실란) 혼합품) 0.53 ㎖ 를 첨가하고, 초음파를 가하여 완전하게 용해시켰다. 이 용액에 대해, 니혼 전자 데이텀사 제조 NMR 측정기 (JNW-ECA500) 를 사용하여 500 MHz 의 프로톤 NMR 을 측정하였다. 이미드화율은, 이미드화 전후로 변화되지 않는 구조에서 유래하는 프로톤을 기준 프로톤으로서 정하고, 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 ％) 인 경우에 있어서의 아미드산의 NH 기 프로톤 1 개에 대한 기준 프로톤의 개수 비율이다.
＜합성예 1＞
1,3-DM-CBDA (12.68 g, 56.6 mmol), DA-2 (10.4 g, 26.1 mmol), DA-3 (7.26 g, 13.1 mmol), DA-1 (11.69 g, 47.9 mmol) 을 NMP (191.48 g) 중에서 혼합하고, 40 ℃ 에서 1 시간 반응시킨 후, CBDA (3.67 g, 18.7 mmol) 와 NMP (16.7 g) 를 첨가하고, 20 ∼ 25 ℃ 에서 2 시간 반응시켜 폴리아믹산 용액 (a) 를 얻었다. 이 폴리아믹산 용액 (a) 의 수 평균 분자량은 11440, 중량 평균 분자량은 23220 이었다.
폴리아믹산 용액 (a) (30.0 g) 에 에틸이소시아네이트 (0.45 g, 5.2 mmol) 를 첨가하고 20 ∼ 25 ℃ 에서 20 시간 반응시켜 폴리아믹산 말단에 특정 구조를 도입한 폴리이미드 전구체 (a-1) 용액을 얻었다. 이 폴리이미드 전구체 (a-1) 용액 (30.0 g) 에 NMP 를 첨가하여 폴리이미드 전구체 (a-1) 의 함유량이 12 질량％ 가 되도록 희석한 후, 이미드화 촉매로서 무수 아세트산 (3.52 g), 및 피리딘 (0.91 g) 을 첨가하고 50 ℃ 에서 2.5 시간 반응시켰다. 이 반응 용액을 메탄올 (300 ㎖) 중에 투입하고, 얻어진 침전물을 여과 분리하였다. 이 침전물을 메탄올로 세정하고, 100 ℃ 에서 감압 건조시켜 말단에 특정 구조를 도입한 특정 이미드화 중합체 (A-1) 을 얻었다. 이 특정 중합체 (A-1) 의 이미드화율은 76 ％ 였다.
＜합성예 2＞
합성예 1 에서 조제한 폴리아믹산 용액 (a) (30.0 g) 에 알릴이소티오시아네이트 (0.51 g, 5.2 mmol) 를 첨가하고 20 ∼ 25 ℃ 에서 20 시간 반응시켜 폴리아믹산 말단에 특정 구조를 도입한 폴리이미드 전구체 (a-2) 용액을 얻었다. 이 폴리이미드 전구체 (a-2) 용액 (30.0 g) 에 NMP 를 첨가하여 폴리이미드 전구체 (a-2) 의 함유량이 12 질량％ 가 되도록 희석한 후, 이미드화 촉매로서 무수 아세트산 (3.52 g), 및 피리딘 (0.91 g) 을 첨가하고 50 ℃ 에서 2.5 시간 반응시켰다. 이 반응 용액을 메탄올 (300 ㎖) 중에 투입하고, 얻어진 침전물을 여과 분리하였다. 이 침전물을 메탄올로 세정하고, 100 ℃ 에서 감압 건조시켜 말단에 특정 구조를 도입한 특정 이미드화 중합체 (A-2) 를 얻었다. 이 특정 이미드화 중합체 (A-2) 의 이미드화율은 76 ％ 였다.
＜합성예 3＞
BDA (8.9 g, 45 mmol), DA-5 (14.21 g, 36.0 mmol), DA-4 (5.84 g, 54.0 mmol) 를 NMP (164.11 g) 중에서 혼합하고, 40 ℃ 에서 2 시간 반응시킨 후, CBDA (8.65 g, 44.1 mmol) 와 NMP (49.0 g) 를 첨가하고 40 ℃ 에서 2 시간 반응시켜 폴리아믹산 용액 (b) 를 얻었다. 이 폴리아믹산 용액 (b) 의 수 평균 분자량은 9100, 중량 평균 분자량은 34500 이었다. 폴리아믹산 용액 (b) (30.0 g) 에 에틸이소티오시아네이트 (0.53 g, 10.0 mmol) 를 첨가하고 20 ∼ 25 ℃ 에서 20 시간 반응시켜 폴리아믹산 말단에 특정 구조를 도입한 폴리이미드 전구체 (b-1) 용액을 얻었다. 이 폴리이미드 전구체 (b-1) 용액 (30.0 g) 에 NMP 를 첨가하여 폴리이미드 전구체 (b-1) 의 함유량이 7 질량％ 가 되도록 희석한 후, 이미드화 촉매로서 무수 아세트산 (5.47 g), 및 피리딘 (1.70 g) 을 첨가하고 40 ℃ 에서 3.5 시간 반응시켰다. 이 반응 용액을 메탄올 (300 ㎖) 중에 투입하고, 얻어진 침전물을 여과 분리하였다. 이 침전물을 메탄올로 세정하고, 100 ℃ 에서 감압 건조시켜 말단에 특정 구조를 도입한 특정 이미드화 중합체 (B-1) 을 얻었다. 이 특정 이미드화 중합체 (B-1) 의 이미드화율은 65 ％ 였다.
＜합성예 4＞
합성예 3 에서 조제한 폴리아믹산 (b) 에 알릴이소티오시아네이트 (0.54 g, 5.4 mmol) 를 첨가하고 20 ∼ 25 ℃ 에서 20 시간 반응시켜 폴리아믹산 말단에 특정 구조를 도입한 폴리이미드 전구체 (b-2) 용액을 얻었다. 이 폴리이미드 전구체 (b-2) 용액 (30.0 g) 에 NMP 를 첨가하여 폴리이미드 전구체 (b-2) 의 함유량이 7 질량％ 가 되도록 희석한 후, 이미드화 촉매로서 무수 아세트산 (5.47 g), 및 피리딘 (1.70 g) 을 첨가하고 40 ℃ 에서 3.5 시간 반응시켰다. 이 반응 용액을 메탄올 (300 ㎖) 중에 투입하고, 얻어진 침전물을 여과 분리하였다. 이 침전물을 메탄올로 세정하고, 100 ℃ 에서 감압 건조시켜 말단에 특정 구조를 도입한 특정 이미드화 중합체 (B-2) 를 얻었다. 이 특정 이미드화 중합체 (B-2) 의 이미드화율은 65 ％ 였다.
＜합성예 5＞
CBDA (4.20 g, 21.4 mmol), DA-7 (6.68 g, 33.5 mmol), DA-6 (5.01 g, 20.1 mmol), DA-8 (2.66 g, 13.4 mmol) 을 NMP (24.65 g), GBL (111.38 g) 중에서 혼합하고, 40 ℃ 에서 1 시간 반응시킨 후, BPDA (11.83 g, 40.2 mmol) 와 NMP (86.73 g) 를 첨가하고 50 ℃ 에서 15 시간 반응시켜 폴리아믹산 용액 (c) 를 얻었다. 이 폴리아믹산 용액 (c) 의 수 평균 분자량은 9370, 중량 평균 분자량은 20690 이었다.
＜합성예 6＞
합성예 1 에서 조제한 폴리아믹산 용액 (a) (30.0 g) 에 NMP 를 첨가하여 폴리아믹산 (a) 의 함유량이 12 질량％ 가 되도록 희석한 후, 이미드화 촉매로서 무수 아세트산 (3.52 g), 및 피리딘 (0.91 g) 을 첨가하고 50 ℃ 에서 2.5 시간 반응시켰다. 이 반응 용액을 메탄올 (300 ㎖) 중에 투입하고, 얻어진 침전물을 여과 분리하였다. 이 침전물을 메탄올로 세정하고, 100 ℃ 에서 감압 건조시켜 이미드화 중합체 (A) 를 얻었다. 이 이미드화 중합체 (A) 의 이미드화율은 75 ％ 였다.
＜합성예 7＞
합성예 3 에서 조제한 폴리아믹산 용액 (b) (30.0 g) 에 NMP 를 첨가하여 폴리아믹산 (b) 의 함유량이 7 질량％ 가 되도록 희석한 후, 이미드화 촉매로서 무수 아세트산 (5.47 g), 및 피리딘 (1.70 g) 을 첨가하고 40 ℃ 에서 3.5 시간 반응시켰다. 이 반응 용액을 메탄올 (300 ㎖) 중에 투입하고, 얻어진 침전물을 여과 분리하였다. 이 침전물을 메탄올로 세정하고, 100 ℃ 에서 감압 건조시켜 이미드화 중합체 (B) 를 얻었다. 이 이미드화 중합체 (B) 의 이미드화율은 65 ％ 였다.
액정 배향제의 조제 :
＜실시예 1＞
합성예 1 에서 얻어진 특정 이미드화 중합체 (A-1) (5.0 g) 에 NMP (36.6 g) 를 첨가하고 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NMP (25.1 g), 및 BCS (16.6 g) 를 첨가하고 25 ℃ 에서 2 시간 교반함으로써, 액정 배향제 [A] 를 얻었다.
＜실시예 2＞
합성예 2 에서 얻어진 특정 이미드화 중합체 (A-2) (5.0 g) 에 NMP (36.6 g) 를 첨가하고 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NMP (25.1 g), 및 BCS (16.6 g) 를 첨가하고 25 ℃ 에서 2 시간 교반함으로써, 액정 배향제 [B] 를 얻었다.
＜실시예 3＞
합성예 3 에서 얻어진 특정 이미드화 중합체 (B-1) (5.0 g) 에 NMP (36.6 g) 를 첨가하고 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NMP (8.4 g), 및 BCS (33.3 g) 를 첨가하고 25 ℃ 에서 2 시간 교반함으로써, 액정 배향제 [C] 를 얻었다.
＜실시예 4＞
합성예 4 에서 얻어진 특정 이미드화 중합체 (B-2) (5.0 g) 에 NMP (36.6 g) 를 첨가하고 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NMP (8.4 g), 및 BCS (33.3 g) 를 첨가하고 25 ℃ 에서 2 시간 교반함으로써, 액정 배향제 [D] 를 얻었다.
＜실시예 5＞
합성예 2 에서 얻어진 특정 이미드화 중합체 (A-2) (5.0 g) 에 NMP (36.6 g) 를 첨가하고 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액 (3.63 g) 과 합성예 5 에서 얻어진 폴리아믹산 용액 (c) (8.5 g) 를 칭량하여 넣고, NMP (2.85 g), GBL (5.36 g), BCS (5.1 g), 3-글리시독시프로필트리에톡시실란 (0.0145 g), N,N,N',N'-테트라키스(2-하이드록시에틸)아디핀아미드 (0.043 g) 를 첨가하고 25 ℃ 에서 2 시간 교반함으로써, 액정 배향제 [E] 를 얻었다.
＜비교예 1＞
합성예 6 에서 얻어진 이미드화 중합체 (A) (5.0 g) 에 NMP (36.6 g) 를 첨가하고 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NMP (25.1 g), 및 BCS (16.6 g) 를 첨가하고 25 ℃ 에서 2 시간 교반함으로써, 액정 배향제 [F] 를 얻었다.
＜비교예 2＞
합성예 7 에서 얻어진 이미드화 중합체 (B) (5.0 g) 에 NMP (36.6 g) 를 첨가하고 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액에 NMP (8.4 g), 및 BCS (33.3 g) 를 첨가하고 25 ℃ 에서 2 시간 교반함으로써, 액정 배향제 [G] 를 얻었다.
＜비교예 3＞
합성예 6 에서 얻어진 이미드화 중합체 (A) (5.0 g) 에 NMP (36.6 g) 를 첨가하고 70 ℃ 에서 20 시간 교반하여 용해시켰다. 이 용액 (3.63 g) 과 합성예 5 에서 얻어진 폴리아믹산 용액 (c) (8.5 g) 를 칭량하여 넣고, NMP (2.85 g), GBL (5.36 g), BCS (5.1 g), 3-글리시독시프로필트리에톡시실란 (0.0145 g), N,N,N',N'-테트라키스(2-하이드록시에틸)아디핀아미드를 첨가하고 25 ℃ 에서 2 시간 교반함으로써, 액정 배향제 [H] 를 얻었다.
＜비교예 4＞
비교예 4 의 시일 밀착성은, ITO 기판과 시일제의 시일 밀착성 (N/㎟) 의 결과이다.
Figure pct00040
＜밀착성 평가 샘플의 제작＞
액정 배향제를 1.0 ㎛ 의 필터로 여과한 후, 30 mm × 40 mm 의 ITO 형성 유리 기판 상에 스핀 코트하고, 80 ℃ 의 핫 플레이트 상에서 2 분간 건조시킨 후, 230 ℃ 에서 20 분간 소성하여, 막 두께가 100 nm 인 폴리이미드막을 얻었다. 이와 같이 하여 얻어진 폴리이미드막 형성 기판 및 30 mm × 40 mm 의 ITO 형성 유리 기판을 준비하고, 일방의 기판의 폴리이미드막면 상에, 직경이 4 ㎛ 인 비즈 스페이서를 산포한 후, UV 경화형의 시일제를 점상으로 도포하였다. 이어서, 도 1 에 나타내는 바와 같이 기판이 겹쳐 있는 부분의 중심에 시일제가 위치하도록 첩합 (貼合) 을 실시하였다. 그 때, 첩합 후의 시일제의 직경이 약 3 mm 가 되도록 시일제 적하량을 조정하였다. 첩합한 2 장의 기판을 클립으로 고정시키고 고압 수은 램프로 UV 를 3 J 조사한 후, 120 ℃ 에서 1 시간 열 경화시켜, 밀착성 평가용의 샘플을 제작하였다.
＜밀착성의 측정＞
제작한 샘플을 Yang Yi Technology Co., Ltd. 제조의 탁상형 정밀 만능 시험기 (QC-H42A2-S00) 로, 상하 기판 각각 단 5 mm 폭의 부분을 고정시킨 후, 하측의 기판은 하방향으로, 상측의 기판은 상방향으로 각각 잡아당겨, 시일이 박리될 때의 압력 (N) 을 측정하였다. 계측한 시일제의 직경으로부터 추측한 면적 (㎟) 으로 압력 (N) 을 나눗셈하여 규격화한 값을 시일 밀착성의 지표로 하였다.
＜러빙 내성의 평가＞
액정 배향제를 1.0 ㎛ 의 필터로 여과한 후, 30 mm × 40 mm 의 ITO 형성 유리 기판 상에 스핀 코트하고, 80 ℃ 의 핫 플레이트 상에서 2 분간 건조시킨 후, 230 ℃ 에서 20 분간 소성하여, 막 두께가 100 nm 인 폴리이미드막을 얻었다. 이 폴리이미드막을 레이온포로 1 회 러빙 (롤 직경 120 mm, 회전수 1000 rpm, 이동 속도 20 mm/sec, 압입량 0.6 mm) 하였다. 이 막 표면을 광학 현미경으로 관찰하여, 배율 200 배로 연삭 잔여물의 유무와 흠집의 유무를 관찰하였다. 연삭 잔여물이나 흠집이 적은 것을 「양호」로 정의하고, 많은 연삭 잔여물이나 러빙 흠집이 관찰되는 것을 「불량」으로 정의하여 평가하였다.
＜액정 셀의 제작＞
실시예 1, 2, 5 및 비교예 1, 3 에서 얻어진 액정 배향제를 각각 1.0 ㎛ 의 필터로 여과한 후, 하기의 순서로 액정 셀을 제작하였다. 액정 배향제를 ITO 형성 유리 기판 상에 스핀 코트하고, 80 ℃ 의 핫 플레이트 상에서 2 분간 건조시킨 후, 230 ℃ 에서 20 분간 소성하여, 막 두께가 100 nm 인 도막을 얻었다. 이 폴리이미드막을 레이온포로 러빙 (롤 직경 120 mm, 회전수 1000 rpm, 이동 속도 20 mm/sec, 압입량 0.4 mm) 한 후, 순수 중에서 1 분간 초음파 조사를 실시하고, 80 ℃ 에서 10 분간 건조시켰다. 이와 같이 하여 얻어진 액정 배향막 형성 기판을 2 장 준비하고, 일방의 기판의 액정 배향막면에 4 ㎛ 의 스페이서를 설치한 후, 2 장의 기판의 러빙 방향이 역평행이 되도록 조합하고, 액정 주입구를 남기고 주위를 시일하여, 셀 갭이 4 ㎛ 인 공 (空) 셀을 제작하였다. 이 셀에 액정 (MLC-2041, 머크사 제조) 을 상온에서 진공 주입하고, 주입구를 봉지하여 안티패러렐 액정 셀로 하였다.
＜액정 셀의 제작 (PSA 셀)＞
실시예 3, 4 및 비교예 2 에서 얻어진 액정 배향제를 각각 1.0 ㎛ 의 필터로 여과한 후, 하기의 순서로 액정 셀을 제작하였다. 액정 배향제를 ITO 형성 유리 기판 상에 스핀 코트하고, 80 ℃ 의 핫 플레이트 상에서 2 분간 건조시킨 후, 230 ℃ 에서 20 분간 소성하여, 막 두께가 100 nm 인 도막을 얻었다. 이와 같이 하여 얻어진 액정 배향막 형성 기판을 2 장 준비하고, 일방의 기판의 액정 배향막면에 4 ㎛ 의 스페이서를 설치한 후, 2 장의 기판을 조합하고, 액정 주입구를 남기고 주위를 시일하여, 셀 갭이 4 ㎛ 인 공셀을 제작하였다. 이 셀에 액정 (MLC-3023, 머크사 제조) 을 상온에서 진공 주입하고, 주입구를 봉지한 후, 얻어진 액정 셀에, 직류 15 V 의 전압을 인가하면서, 조도 140 mW 의 메탈 할라이드 램프를 사용하여, 325 nm 이하의 파장을 컷하고, 365 nm 환산으로 5 J/㎠ 의 자외선 조사를 실시하여, 액정의 배향 방향이 제어된 액정 셀 (PSA 셀) 을 얻었다.
＜액정 배향성＞
제작한 액정 셀의 배향 상태를 편광 현미경으로 관찰하여, 배향 결함이 없는 것을 「양호」, 배향 결함이 있는 것을 「불량」으로 하였다.
산업상 이용가능성
본 발명의 액정 배향제는, 많은 표시면을 확보할 수 있는 협소 프레임 액정 표시 소자에 있어서, 시일제와 액정 배향막의 접착성을 높임으로써 프레임 부근의 표시 불균일을 해결할 수 있어, 산업상 유용하다.

Claims (7)

  1. 폴리머 주사슬 말단이 하기 식 (1) 의 구조를 갖는 폴리이미드 전구체 및 폴리이미드에서 선택되는 적어도 1 종의 중합체를 함유하는 액정 배향제.
    Figure pct00041

    R1 은, 말단에 아크릴기, 메타크릴산메틸기 등의 광 반응성의 관능기를 함유하고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 20 의 유기기를 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 R1 이, 하기의 R-1 ∼ R-10 의 구조에서 선택되는 기인 액정 배향제.
    Figure pct00042
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리이미드가, 테트라카르복실산 유도체 성분과 디아민 성분의 반응으로 얻어지는 폴리이미드 전구체의 이미드화물이고, 테트라카르복실산 유도체 성분이 하기 식으로 나타내는 테트라카르복실산 2 무수물을 함유하는, 액정 배향제.
    Figure pct00043

    X1 은, 하기에서 선택되는 4 가의 유기기를 나타낸다.
    Figure pct00044

    R3 ∼ R6 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.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 폴리이미드의 제조 방법으로서, 상기 폴리이미드가, 테트라카르복실산 유도체 성분과 디아민 성분의 반응으로 얻어지는 폴리이미드 전구체의 이미드화물이고, 폴리이미드 전구체의 중합 중 및/또는 중합 후의 용액에, 하기 식 (2) 의 화합물을 첨가한 것인, 폴리이미드의 제조 방법.
    Figure pct00045

    R1 은, 상기 R1 과 동일하다.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 식 (2) 의 화합물은, 하기에 예시하는 Z-1 ∼ Z-10 의 화합물에서 선택되는, 폴리이미드의 제조 방법.
    Figure pct00046
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 액정 배향제로부터 얻어지는 액정 배향막.
  7. 제 6 항에 기재된 액정 배향막을 구비하는 액정 표시 소자.
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