WO2013115387A1 - 液晶配向処理剤、液晶配向膜及び液晶表示素子 - Google Patents
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- G02F1/133723—Polyimide, polyamide-imide
Definitions
- the present invention relates to a liquid crystal alignment treatment agent used for forming a liquid crystal alignment film, and a liquid crystal display element having a liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment treatment agent.
- liquid crystal alignment film of a liquid crystal display element a so-called polyimide liquid crystal alignment film obtained by applying and baking a liquid crystal alignment treatment agent mainly composed of a polyimide precursor such as polyamic acid or a soluble polyimide solution is mainly used. ing.
- the liquid crystal alignment film is used for the purpose of controlling the alignment state of the liquid crystal.
- liquid crystal alignment films used for liquid crystal display elements also have a high voltage holding ratio and direct current voltage from the viewpoint of suppressing contrast reduction and reducing afterimage phenomenon of liquid crystal display elements. Characteristics such as a small amount of accumulated charge when a voltage is applied and a rapid relaxation of charges accumulated by a DC voltage are becoming increasingly important.
- liquid crystal alignment containing a tertiary amine having a specific structure Known are those using a treating agent (for example, see Patent Document 1) and those using a liquid crystal alignment treating agent containing a soluble polyimide using a specific diamine having a pyridine skeleton as a raw material (for example, see Patent Document 2). ing.
- Liquid crystal aligning agent containing a very small amount of a compound selected from a compound containing a group, a compound containing one carboxylic anhydride group in the molecule, and a compound containing one tertiary amino group in the molecule (For example, refer to Patent Document 3).
- liquid crystal display elements are used for large-screen, high-definition liquid crystal televisions and in-vehicle applications such as car navigation systems and meter panels.
- a backlight having a large calorific value may be used to obtain high luminance.
- the liquid crystal alignment film is required to have high reliability from another viewpoint, that is, high stability to light from the backlight. Therefore, not only the initial characteristics of the electrical characteristics of the liquid crystal alignment film, that is, the relaxation characteristics of the charges accumulated by the voltage holding ratio and the direct current voltage are good, for example, after being exposed to backlight light for a long time. Even if it exists, it is calculated
- the relaxation characteristics of the stored charge due to the voltage holding ratio and the direct current voltage are greatly reduced, display defects of the liquid crystal display element, line burn-in and surface burn-in are likely to occur, and a highly reliable liquid crystal display element can be obtained. I can't. Therefore, in the liquid crystal alignment film, in addition to good initial characteristics, for example, even after being exposed to light irradiation for a long time, the voltage holding ratio is difficult to decrease and charges are accumulated by a DC voltage. It is required to be difficult to do.
- the object of the present invention has been made in view of the above circumstances, and in addition to the initial characteristics, even when exposed to light irradiation for a long time, it suppresses a decrease in voltage holding ratio and further accumulates with a DC voltage.
- a liquid crystal alignment treatment agent capable of obtaining a liquid crystal alignment film with fast charge relaxation, and a highly reliable liquid crystal having a liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment treatment agent and capable of withstanding long-term use in harsh usage environments It is to provide a display element.
- X 3 represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms or a non-aromatic cyclic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms
- X 4 represents a single bond, —O—, — NH—, —N (CH 3 ) —, —CONH—, —NHCO—, —COO—, —OCO—, —CON (CH 3 ) —, —N (CH 3 ) CO— or —O (CH 2 ) m 2 (m is an integer of 1 to 5)
- X 5 is a nitrogen-containing aromatic heterocyclic ring
- R 2 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
- X 3 is a linear alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a cyclohexane ring. .
- X 4 is a single bond, —O—, —NH—, —CONH—, —NHCO—, —COO—, —OCO— or —O (CH 2 ) m — (m is The liquid crystal aligning agent according to the above (3) or (4), which is an integer of 1 to 5.
- Y 1 is a single bond, — (CH 2 ) a — (a is an integer of 1 to 15), —O—, —NH—, —N (CH 3 ) —, —CONH —, —NHCO—, —CH 2 O—, —COO—, —OCO—, —CON (CH 3 ) — or —N (CH 3 ) CO—
- Y 2 is a single bond or — (CH 2 ) b ⁇ (b is an integer of 1 to 15.
- Y 3 is a single bond, — (CH 2 ) c — (c is an integer of 1 to 10), —O—, —NH—, — N (CH 3) -, - CONH -, - NHCO -, - CH 2 O -
- Y 5 represents a divalent cyclic group selected from a benzene ring, a cyclohexane ring and a heterocyclic ring, and any hydrogen atom on these cyclic groups has 1 to 3 carbon atoms.
- Y 6 represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, a fluorine-containing alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an alkoxyl group having 1 to 18 carbon atoms, or a fluorine-containing alkoxyl group having 1 to 18 carbon atoms.
- Y 1 is a single bond, — (CH 2 ) a — (a is an integer of 1 to 15), —O—, —NH—, —N (CH 3 ) —, —CONH —, —NHCO—, —CH 2 O—, —COO—, —OCO—, —CON (CH 3 ) — or —N (CH 3 ) CO—
- Y 2 is a single bond or — (CH 2 ) b ⁇ (b is an integer of 1 to 15.
- Y 3 is a single bond, — (CH 2 ) c — (c is an integer of 1 to 10), —O—, —NH—, — N (CH 3) -, - CONH -, - NHCO -,
- the optional hydrogen atom on the cyclic group is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms, a fluorine-containing alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a fluorine-containing alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms.
- Y 5 represents a divalent cyclic group selected from a benzene ring, a cyclohexane ring and a heterocyclic ring, and any hydrogen atom on these cyclic groups has 1 to 3 carbon atoms.
- Y 6 represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, a fluorine-containing alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an alkoxyl group having 1 to 18 carbon atoms, or a fluorine-containing alkoxyl group having 1 to 18 carbon atoms.
- m is 1 4 is an integer.
- a liquid crystal display device comprising the liquid crystal alignment film according to (17).
- a liquid crystal composition having a liquid crystal layer between a pair of substrates provided with electrodes and including a polymerizable compound that is polymerized by at least one of active energy rays and heat is disposed between the pair of substrates.
- (21) A liquid crystal alignment film having a liquid crystal layer between a pair of substrates provided with electrodes and including a polymerizable group that is polymerized by at least one of active energy rays and heat is disposed between the pair of substrates.
- liquid crystal aligning agent of the present invention in addition to the initial characteristics, even when exposed to light irradiation for a long time, the decrease in the voltage holding ratio is suppressed, and further, the charge accumulated by the DC voltage is quickly relaxed. A liquid crystal alignment film can be obtained. Furthermore, a highly reliable liquid crystal display element that can withstand long-term use in a harsh use environment can be provided.
- the present invention is a liquid crystal aligning agent containing the following component (A) and component (B), a liquid crystal aligning film obtained using the liquid crystal aligning agent, and a liquid crystal display element having the liquid crystal aligning film.
- Component (A) A nitrogen-containing aromatic heterocyclic ring and a hydroxyl group or an alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms in the molecule, and the hydroxyl group or the alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms is an aliphatic hydrocarbon group Alternatively, a compound (also referred to as a specific compound) bonded to a non-aromatic cyclic hydrocarbon group.
- Component (B) at least one polymer selected from the group consisting of a polyimide precursor and a polyimide obtained by imidizing the polyimide precursor (also referred to as a polymer).
- the nitrogen-containing aromatic heterocycle in the specific compound functions as an electron hopping site (site for giving and receiving) due to its conjugated structure, thus promoting charge transfer in the liquid crystal alignment film.
- the nitrogen-containing aromatic heterocycle and the carboxyl group in the polymer are bound by an electrostatic interaction such as salt formation or hydrogen bonding, so that it is identified from the carboxyl group in the polymer. Charge transfer occurs between nitrogen-containing aromatic heterocycles in the compound.
- the hydroxyl group or the alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms in the specific compound is subjected to an esterification reaction accompanied by elimination of water or alcohol with respect to the carboxyl group or carboxy ester group in the polymer by heat, or the specific group. It is known that an etherification reaction accompanied by elimination of water or alcohol by a hydroxyl group or an alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms in a compound occurs.
- the liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal aligning agent of the present invention has a static state in which the nitrogen-containing aromatic heterocycle in the specific compound and the carboxyl group in the polymer form a salt or hydrogen bond. Since they are connected by electrical interaction, a cross-linking reaction between polymers occurs in the baking process when forming the liquid crystal alignment film and the curing process of the sealing agent when manufacturing the liquid crystal display element, Stability is improved, and furthermore, resistance to heat and light is high.
- problems such as deterioration of liquid crystal display element characteristics due to remaining unreacted components that occur when a crosslinking compound is added are present. Does not occur.
- the specific compound contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention has a nitrogen-containing aromatic heterocyclic ring and a hydroxyl group (also referred to as a hydroxyl group) or an alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms in the molecule, and the hydroxyl group is an aliphatic group.
- a hydroxyl group also referred to as a hydroxyl group
- an alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms in the molecule and the hydroxyl group is an aliphatic group.
- Compound bonded to an aromatic hydrocarbon group or a non-aromatic cyclic hydrocarbon group More specifically, it is a compound represented by the following formula [1].
- X 1 represents an aliphatic hydrocarbon group or a non-aromatic cyclic carbonization so that a hydroxyl group or an alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms contained in the specific compound can easily react with the specific polymer. It is a divalent organic group having a hydrogen group.
- Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group include a linear alkyl group, a branched alkyl group, or a hydrocarbon group having an unsaturated bond. Of these, a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or a branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is preferable.
- it is a linear alkyl group having 1 to 15 carbon atoms or a branched alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, and more preferably a linear alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or 1 carbon atom. 10 to 10 branched alkyl groups.
- non-aromatic cyclic hydrocarbon group examples include cyclopropane ring, cyclobutane ring, cyclopentane ring, cyclohexane ring, cycloheptane ring, cyclooctane ring, cyclononane ring, cyclodecane ring, cycloundecane ring, cyclododecane ring, Cyclotridecane ring, cyclotetradecane ring, cyclopentadecane ring, cyclohexadecane ring, cycloheptadecane ring, cyclooctadecane ring, cyclononadecane ring, cycloicosane ring, tricycloeicosane ring, tricyclodecosan ring, bicyclohexyl ring, bicyclo Examples include heptane ring, decahydronaphthalene ring,
- the non-aromatic cyclic hydrocarbon group is preferably a ring having 3 to 20 carbon atoms.
- a ring having 3 to 15 carbon atoms is more preferable, and a ring having 6 to 12 carbon atoms is still more preferable.
- it is a cyclohexane ring or a bicyclohexyl ring, and particularly preferably a cyclohexane ring.
- —CH 2 — in any aliphatic hydrocarbon group or non-aromatic cyclic hydrocarbon group not adjacent to the hydroxyl group or the alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms contained in X 1 is —O—, — NH—, —COO—, —OCO—, —CONH—, —NHCO—, —CO—, —S—, —S (O) 2 —, —CF 2 —, —C (CF 3 ) 2 —, — C (CH 3 ) 2 —, —Si (CH 3 ) 2 —, —O—Si (CH 3 ) 2 —, —Si (CH 3 ) 2 —O—, —O—Si (CH 3 ) 2 O— , May be substituted with a cyclic hydrocarbon group and a heterocyclic ring.
- a hydrogen atom bonded to an arbitrary carbon atom includes a linear alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cyclic hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, carbon It may be replaced with a fluorine-containing alkyl group, a heterocyclic ring, a fluorine atom or a hydroxyl group of formula 1-5.
- cyclic hydrocarbon group examples include a benzene ring, naphthalene ring, tetrahydronaphthalene ring, azulene ring, indene ring, fluorene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, phenalene ring, cyclopropane ring, cyclobutane ring, cyclopentane ring, cyclohexane ring.
- heterocyclic ring examples include pyrrole ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyrazole ring, pyridine ring, pyrimidine ring, quinoline ring, pyrazoline ring, isoquinoline ring, carbazole ring, purine ring, thiadiazole ring, pyridazine ring, Pyrazoline ring, triazine ring, pyrazolidine ring, triazole ring, pyrazine ring, benzimidazole ring, benzimidazole ring, thionoline ring, phenanthroline ring, indole ring, quinoxaline ring, benzothiazole ring, phenothiazine ring, oxadiazole ring, acridine ring, etc. Can be mentioned.
- X 2 is a nitrogen-containing aromatic heterocycle, and at least one structure selected from the group consisting of the following formulas [1-A], formulas [1-B] and [1-C] Is an aromatic heterocyclic ring containing
- a 1 is a linear alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
- preferred X 2 is a pyrrole ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyrazole ring, pyridine ring, pyrimidine ring, quinoline ring, pyrazoline ring, isoquinoline ring, carbazole ring, purine ring, thiadiazole ring.
- a pyrrole ring an imidazole ring, a pyrazole ring, a pyridine ring, a pyrimidine ring, a pyridazine ring, a triazine ring, a triazole ring, a pyrazine ring, a benzimidazole ring, and a benzimidazole ring
- a pyrrole ring An imidazole ring, a pyrazole ring, a pyridine ring, and a pyrimidine ring.
- R 1 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, preferably a hydrogen atom or 1 or 2 carbon atoms, particularly preferably a hydrogen atom or methyl.
- n is an integer of 1 to 4.
- a more specific structure of the specific compound of the present invention is a compound represented by the following formula [1a].
- X 3 represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms or a non-aromatic cyclic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
- Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or an unsaturated bond having 1 to 20 carbon atoms.
- a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or a branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is preferable. More preferably, it is a linear alkyl group having 1 to 15 carbon atoms or a branched alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, and more preferably a linear alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or 1 carbon atom. 10 to 10 branched alkyl groups.
- non-aromatic cyclic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include cyclopropane ring, cyclobutane ring, cyclopentane ring, cyclohexane ring, cycloheptane ring, cyclooctane ring, cyclononane ring, cyclodecane ring, cycloundecane Ring, cyclododecane ring, cyclotridecane ring, cyclotetradecane ring, cyclopentadecane ring, cyclohexadecane ring, cycloheptadecane ring, cyclooctadecane ring, cyclononadecane ring, cycloicosane ring, tricycloeicosane ring, tricyclodecosan ring, Bicyclohexyl ring, bicycloheptane ring, decahydron
- the non-aromatic cyclic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms is preferably a ring having 3 to 20 carbon atoms.
- a ring having 3 to 15 carbon atoms is more preferable, and a ring having 6 to 12 carbon atoms is still more preferable.
- a cyclohexane ring and a bicyclohexyl ring are preferable, and a cyclohexane ring is particularly preferable.
- X 4 represents a single bond, —O—, —NH—, —N (CH 3 ) —, —CONH—, —NHCO—, —COO—, —OCO—, —CON (CH 3 ).
- preferable there is a single bond, —O—, —NH—, —CONH—, —NHCO—, —COO—, —OCO— or —O (CH 2 ) m — (m is an integer of 1 to 5).
- X 5 is a nitrogen-containing aromatic heterocycle, and at least one structure selected from the group consisting of the above-described formula [1-A], formula [1-B] and [1-C] Is an aromatic heterocyclic ring containing Specifically, pyrrole ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyrazole ring, pyridine ring, pyrimidine ring, quinoline ring, pyrazoline ring, isoquinoline ring, carbazole ring, purine ring, thiadiazole ring, pyridazine ring, pyrazoline ring, List triazine ring, pyrazolidine ring, triazole ring, pyrazine ring, benzimidazole ring, benzimidazole ring, thionoline ring, phenanthroline ring, indole ring, quinoxaline ring, benzothi
- preferred X 5 is a pyrrole ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyrazole ring, pyridine ring, pyrimidine ring, quinoline ring, pyrazoline ring, isoquinoline ring, carbazole ring, purine ring, thiadiazole ring.
- a pyrrole ring an imidazole ring, a pyrazole ring, a pyridine ring, a pyrimidine ring, a pyridazine ring, a triazine ring, a triazole ring, a pyrazine ring, a benzimidazole ring, and a benzimidazole ring
- a pyrrole ring An imidazole ring, a pyrazole ring, a pyridine ring, and a pyrimidine ring.
- X 4 is formula included in X 5 [1-A], it is preferably bonded in the formula [1-B], or a carbon atom not adjacent to each other with the formula [1-C].
- R 2 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. Among these, a hydrogen atom, an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms is preferable, a hydrogen atom or a methyl group is more preferable, and a hydrogen atom is most preferable.
- n is an integer of 1 to 4. Among these, an integer of 1 or 2 is preferable.
- Preferred combinations of X 3 , X 4 , X 5 and R 2 in the formula [1a] are as shown in Tables 1 to 32.
- Formula [M16], Formula [M17], Formula [M19], Formula [M20], Formula [M35], Formula [M36], Formula [M52], Formula [M60], Formula [M62], Formula [ M68] to formula [M71], formula [M117] to formula [M120], formula [M127], formula [M134], formula [M135] or formula [M139] are preferred. More preferably, formula [M16], formula [M17], formula [M20], formula [M35], formula [M36], formula [M62], formula [M119], formula [M134], formula [M135] or formula [M139]. Further preferred are formula [M20], formula [M35], formula [M36], formula [M62], formula [M119], formula [M135] or formula [M139]. Said specific compound can be used 1 type or in mixture of 2 or more types.
- the polymer contained in the liquid crystal alignment treatment agent of the present invention that is, selected from the group consisting of a polyimide precursor obtained by reaction of a diamine component and a tetracarboxylic acid component and a polyimide obtained by dehydrating and ring-closing the polyimide precursor
- the at least one kind is preferably a polymer (also referred to as a specific polymer) containing a side chain (also referred to as a specific side chain structure) represented by the following formula [2].
- the specific side chain structure is a divalent cyclic group selected from a benzene ring, a cyclohexane ring or a heterocyclic ring in the side chain portion, or a divalent organic group having 12 to 25 carbon atoms having a steroid skeleton.
- Y 1 is a single bond, — (CH 2 ) a — (a is an integer of 1 to 15), —O—, —NH—, —N (CH 3 ) —, —CONH— , —NHCO—, —CH 2 O—, —COO—, —OCO—, —CON (CH 3 ) — or —N (CH 3 ) CO—.
- they are a single bond, — (CH 2 ) a — (a is an integer of 1 to 10), —O—, —CONH—, —CH 2 O— or —COO—. More preferably, they are a single bond, — (CH 2 ) a — (a is an integer of 1 to 10), —O—, —CH 2 O— or —COO—.
- Y 2 is a single bond or (CH 2 ) b — (b is an integer of 1 to 15). Among these, a single bond or — (CH 2 ) b — (b is an integer of 1 to 10) is preferable.
- Y 3 is a single bond, — (CH 2 ) c — (c is an integer of 1 to 15), —O—, —NH—, —N (CH 3 ) —, —CONH— , —NHCO—, —CH 2 O—, —COO—, —OCO—, —CON (CH 3 ) — or —N (CH 3 ) CO—.
- a single bond — (CH 2 ) c — (c is an integer of 1 to 15), —O—, —CH 2 O—, —COO— or —OCO— is preferable because they are easily synthesized. More preferably, they are a single bond, — (CH 2 ) c — (c is an integer of 1 to 10), —O—, —CH 2 O—, —COO— or —OCO—.
- Y 4 represents a divalent cyclic group selected from a benzene ring, a cyclohexane ring or a heterocyclic ring, or a divalent organic group having 12 to 25 carbon atoms and having a steroid skeleton, on the cyclic group.
- Arbitrary hydrogen atoms are substituted with an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms, a fluorine-containing alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a fluorine-containing alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a fluorine atom May be.
- Y 5 is a divalent cyclic group selected from a benzene ring, a cyclohexane ring and a heterocyclic ring, and any hydrogen atom on these cyclic groups is an alkyl having 1 to 3 carbon atoms.
- n is an integer of 0-4.
- Y 6 represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, a fluorine-containing alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an alkoxyl group having 1 to 18 carbon atoms, or a fluorine-containing alkoxyl group having 1 to 18 carbon atoms.
- an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, a fluorine-containing alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxyl group having 1 to 18 carbon atoms, or a fluorine-containing alkoxyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferable. More preferably, it is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or an alkoxyl group having 1 to 12 carbon atoms. More preferred is an alkyl group having 1 to 9 carbon atoms or an alkoxyl group having 1 to 9 carbon atoms.
- Preferred combinations of Y 1 , Y 2 , Y 3 , Y 4 , Y 5 , Y 6 and n in the formula [2] are those described in Items 13 to 34 of International Publication No. WO2011 / 132751 (published 2011.10.27). Examples include the same combinations as (2-1) to (2-629) listed in Tables 6 to 47. In each table of the International Publication, Y 1 to Y 6 in the present invention are shown as Y 1 to Y 6 , but Y 1 to Y 6 are read as Y 1 to Y 6 .
- ⁇ Specific side chain diamine compound> As a method for introducing the specific side chain structure into the specific polymer of the present invention, that is, the polymer having the specific side chain structure represented by the formula [2], a diamine compound represented by the following formula [2a] (specific side It is preferable to use a chain diamine compound) as a part of the raw material.
- Y 1 , Y 2 , Y 3 , Y 4 , Y 5 , and Y 6 in the formula [2a] have the same meaning as each group in the formula [2], and the same applies to n.
- the preferred range is also the same as each group in formula [2].
- n is the same as the preferable combination of the formula [2].
- m is an integer of 1 to 4.
- it is an integer of 1.
- R 1 is —O—, —OCH 2 —, —CH 2 O—, —COOCH 2 — or —CH 2 OCO—
- R 2 is A linear or branched alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, a linear or branched alkoxyl group having 1 to 22 carbon atoms, a linear or branched fluorine-containing alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, or the number of carbon atoms 1 to 22 linear or branched fluorine-containing alkoxyl groups.
- R 3 represents —COO—, —OCO—, —CONH—, —NHCO—, —COOCH 2 —, —CH 2 OCO—, —CH 2 O—, —OCH 2 — or —CH 2 —, wherein R 4 is a linear or branched alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, a linear or branched alkoxyl group having 1 to 22 carbon atoms, carbon number A linear or branched fluorine-containing alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, or a linear or branched fluorine-containing alkoxyl group having 1 to 22 carbon atoms.
- R 5 represents —COO—, —OCO—, —CONH—, —NHCO—, —COOCH 2 —, —CH 2 OCO—, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —CH 2 —, —O— or —NH—, wherein R 6 is fluorine, cyano, trifluoromethane, nitro, azo, formyl, acetyl, acetoxy Or a hydroxyl group.
- R 7 is a linear or branched alkyl group having 3 to 12 carbon atoms, and the cis-trans isomerism of 1,4-cyclohexylene is Trans isomer.
- R 8 is a linear or branched alkyl group having 3 to 12 carbon atoms, and cis-trans isomerism of 1,4-cyclohexylene is Trans isomer.
- a 4 is a linear or branched alkyl group having 3 to 20 carbon atoms which may be substituted with a fluorine atom
- a 3 is a 1,4-cyclohexylene group
- a 2 is an oxygen atom or COO- * (where a bond marked with “*” is bonded to A 3 )
- a 1 is an oxygen atom or COO— * (wherein , A bond marked with “*” binds to (CH 2 ) a 2 ).
- a 1 is an integer of 0 or 1
- a 2 is an integer of 2 to 10
- a 3 is an integer of 0 or 1.
- Said specific side chain type diamine compound can also be used 1 type or in mixture of 2 or more types according to characteristics, such as liquid crystal orientation at the time of setting it as a liquid crystal aligning film, a voltage holding ratio, and an accumulation charge.
- diamine compounds represented by the following formulas [DA1] to [DA12] can be exemplified.
- a 1 is a linear or branched alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, or a linear or branched fluorine-containing alkyl group having 1 to 22 carbon atoms.
- a 2 is —COO—, —OCO—, —CONH—, —NHCO—, —CH 2 —, —O—, —CO— or —NH—
- a 3 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, or a linear or branched fluorine-containing alkyl group having 1 to 22 carbon atoms.
- diamine compounds represented by the following formulas [DA13] to [DA20] can also be used as long as the effects of the present invention are not impaired.
- m is an integer of 0 to 3
- n is an integer of 1 to 5.
- a diamine compound having a carboxyl group in the molecule represented by the following formulas [DA21] to [DA24] can also be used.
- m 1 is an integer of 1 to 4.
- a 4 is a single bond, —CH 2 —, —C 2 H 4 —, —C (CH 3 ) 2 —.
- m 2 and m 3 are each an integer of 0 to 4 and m 2 + m 3 Is an integer of 1 to 4.
- m 4 and m 5 are each an integer of 1 to 5.
- a 5 is linear or branched having 1 to 5 carbon atoms.
- a 6 is a single bond, —CH 2 —, —C 2 H 4 —, —C (CH 3 ) 2 —, —CF 2 —, —C (CF 3 ) —, —O—, —CO—, —NH—, —N (CH 3 ) —, —CONH—, —NHCO—, —CH 2 O— , —OCH 2 —, —COO—, —OCO—, —CON (CH 3 ) — or —N (CH 3 ) CO—, and m 7 is an integer of 1 to 4.
- a 1 is —O—, —NH—, —N (CH 3 ) —, —CONH—, —NHCO—, —CH 2 O—, —OCO—, —CON (CH 3 ).
- a 2 is a single bond, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, non-aromatic cyclic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group .
- a 3 Is a single bond, —O—, —NH—, —N (CH 3 ) —, —CONH—, —NHCO—, —COO—, —OCO—, —CON (CH 3 ) —, —N (CH 3 ) CO— or —O (CH 2 ) m — (m is an integer of 1 to 5),
- a 4 is a nitrogen-containing aromatic heterocyclic ring, and n is an integer of 1 to 4.
- a diamine compound having a steroid skeleton represented by the following formula [DA27] or [DA28] can also be used.
- Said other diamine compound can also be used 1 type or in mixture of 2 or more types according to characteristics, such as liquid crystal orientation at the time of setting it as a liquid crystal aligning film, a voltage holding ratio, and an accumulation charge.
- tetracarboxylic dianhydride also referred to as a specific tetracarboxylic dianhydride
- Z 1 is a tetravalent organic group having 4 to 13 carbon atoms and contains a non-aromatic cyclic hydrocarbon group having 4 to 10 carbon atoms.
- Z 1 is a tetravalent group represented by, for example, the following formulas [3a] to [3j].
- Z 2 to Z 5 are groups selected from a hydrogen atom, a methyl group, a chlorine atom and a benzene ring, and may be the same or different.
- Z 6 and Z 7 are a hydrogen atom or a methyl group, and may be the same or different.
- particularly preferred structure of Z 1 is the formula [3a], the formula [3c], the formula [3d], the formula [3e], the formula [3f] or the formula from the viewpoint of polymerization reactivity and ease of synthesis. [3 g].
- the structure of Formula [3a], Formula [3e], Formula [3f], or Formula [3g] is preferable.
- tetracarboxylic dianhydrides other tetracarboxylic dianhydrides other than the specific tetracarboxylic dianhydride (also referred to as other tetracarboxylic dianhydrides) can be used as long as the effects of the present invention are not impaired.
- Specific examples thereof are dianhydrides of the following compounds.
- the above-mentioned specific tetracarboxylic dianhydride and other tetracarboxylic dianhydrides may be used alone or in combination of two or more depending on the properties such as liquid crystal alignment, voltage holding ratio and accumulated charge when used as a liquid crystal alignment film. It can also be used as a mixture.
- the polymer contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention is at least selected from the group consisting of a polyamic acid obtained by reacting a diamine component and a tetracarboxylic acid component and a polyimide obtained by dehydrating and ring-closing the polyamic acid.
- a polyamic acid obtained by reacting a diamine component and a tetracarboxylic acid component
- a polyimide obtained by dehydrating and ring-closing the polyamic acid.
- the polyimide precursor has a structure represented by the following formula [A].
- R 1 is a tetravalent organic group
- R 2 is a divalent organic group
- a 1 and A 2 are a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, (It may be the same or different, and n represents a positive integer.)
- the above polymer can be obtained relatively easily by using a diamine component represented by the following formula [B] and a tetracarboxylic dianhydride represented by the following formula [C] as raw materials.
- a polyamic acid having a structural formula of a repeating unit represented by D] or a polyimide obtained by dehydrating and ring-closing the polyamic acid is preferred.
- R 1 and R 2 are the same as defined in formula [A].
- R 1 , R 2 and n are as defined in formula [A].
- R 1 and R 2 may be one type each, or may have different R 1 and R 2 as a repeating unit, and may be a combination of different types. Good.
- the method for synthesizing the polymer is not particularly limited. Usually, it is obtained by reacting a diamine component and a tetracarboxylic acid component. Generally, at least one tetracarboxylic acid component selected from the group consisting of tetracarboxylic acids and derivatives thereof is reacted with a diamine component consisting of one or more diamine compounds to obtain a polyamic acid.
- a method of obtaining polyamic acid by polycondensation of tetracarboxylic dianhydride and a diamine component a method of obtaining polyamic acid by dehydration polycondensation reaction of tetracarboxylic acid and a diamine component, or tetracarboxylic acid
- a method of polycondensation of a dihalide and a diamine component to obtain a polyamic acid is used.
- polyamic acid alkyl ester a method of polycondensing a tetracarboxylic acid obtained by dialkyl esterification of a carboxylic acid group and a diamine component, and a polycondensation of a tetracarboxylic acid dihalide obtained by dialkyl esterifying a carboxylic acid group and a diamine component.
- the method or the method of converting the carboxyl group of a polyamic acid into ester is used.
- polyimide a method is used in which the polyamic acid or polyamic acid alkyl ester is cyclized to form polyimide.
- the specific polymer of the present invention is a polymer having a specific side chain structure represented by the above formula [2], and the liquid crystal alignment film obtained using the specific polymer is represented by the above formula [2] in the diamine component.
- the specific side chain type diamine compound shown by the said Formula [2a] for a diamine component.
- a diamine component is a specific side chain type diamine compound from the viewpoint of the applicability
- the specific tetracarboxylic dianhydride shown by the said Formula [3] for a tetracarboxylic-acid component it is preferable to use a tetracarboxylic dianhydride in which Z 1 in the formula [3] is a structure represented by the above formulas [3a] to [3j].
- a tetracarboxylic acid component is a specific tetracarboxylic dianhydride, More preferably, it is 5 mol% or more, More preferably, it is 10 mol% or more. Further, 100 mol% of the tetracarboxylic acid component may be a specific tetracarboxylic dianhydride.
- the reaction of the diamine component and the tetracarboxylic acid component is usually performed in an organic solvent.
- the organic solvent used in that case is not particularly limited as long as the generated polyimide precursor is dissolved. Specific examples are given below. For example, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, ⁇ -butyrolactone, 1,3-dimethyl-imidazolidinone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, 4 -Hydroxy-4-methyl-2-pentanone and the like.
- a method of adding a diamine component to a solution obtained by dispersing or dissolving a tetracarboxylic acid component in an organic solvent a method of alternately adding a tetracarboxylic acid component and a diamine component, etc. Any of these methods may be used.
- a plurality of types of diamine components or tetracarboxylic acid components are used for the reaction, they may be reacted in a premixed state, may be individually reacted sequentially, or may be further reacted individually. May be mixed and reacted to form a polymer.
- the polymerization temperature can be selected from -20 to 150 ° C., but is preferably in the range of ⁇ 5 to 100 ° C.
- the reaction can be performed at any concentration, but if the concentration is too low, it is difficult to obtain a high molecular weight polymer, and if the concentration is too high, the viscosity of the reaction solution becomes too high and uniform stirring is difficult. It becomes. Therefore, the content is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 5 to 30% by mass.
- the initial stage of the reaction is carried out at a high concentration, and then an organic solvent can be added.
- the ratio of the total number of moles of the diamine component to the total number of moles of the tetracarboxylic acid component is preferably 0.8 to 1.2. Similar to a normal polycondensation reaction, the molecular weight of the polyimide precursor produced increases as the molar ratio approaches 1.0.
- the polyimide contained in the liquid crystal aligning agent of this invention is a polyimide obtained by ring-closing the said polyimide precursor, and is useful as a polymer for obtaining a liquid crystal aligning film.
- the ring closure rate (imidization rate) of the amic acid group is not necessarily 100%, and can be arbitrarily adjusted according to the application and purpose.
- Examples of the method for imidizing the polyimide precursor include thermal imidization in which the polyimide precursor solution is heated as it is, or catalytic imidization in which a catalyst is added to the polyimide precursor solution.
- the temperature is 100 to 400 ° C., preferably 120 to 250 ° C., and it is preferable to carry out while removing water generated by the imidization reaction from the system.
- the catalytic imidation of the polyimide precursor can be carried out by adding a basic catalyst and an acid anhydride to the polyimide precursor solution and stirring at -20 to 250 ° C, preferably 0 to 180 ° C.
- the amount of the basic catalyst is 0.5 to 30 mol times, preferably 2 to 20 mol times of the amic acid group, and the amount of the acid anhydride is 1 to 50 mol times, preferably 3 to 30 mol of the amido acid group. Is double.
- the basic catalyst include pyridine, triethylamine, trimethylamine, tributylamine, trioctylamine and the like. Among them, pyridine is preferable because it has an appropriate basicity for proceeding with the reaction.
- the acid anhydride include acetic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, and the like. Among these, use of acetic anhydride is preferable because purification after completion of the reaction is facilitated.
- the imidization rate by catalytic imidation can be controlled by adjusting the amount of catalyst, reaction temperature, and reaction time.
- the reaction solution may be poured into a solvent and precipitated.
- solvent used for precipitation include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, acetone, hexane, butyl cellosolve, heptane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, benzene, and water.
- the polymer precipitated in the solvent can be collected by filtration, and then dried by normal temperature or reduced pressure at room temperature or by heating. In addition, when the polymer collected by precipitation is redissolved in an organic solvent and reprecipitation and collection is repeated 2 to 10 times, impurities in the polymer can be reduced. Examples of the solvent at this time include alcohols, ketones, hydrocarbons and the like, and it is preferable to use three or more kinds of solvents selected from these because purification efficiency is further improved.
- the molecular weight of the polymer contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention is GPC (Gel Permeation Chromatography) in consideration of the strength of the resin film obtained therefrom, workability when forming the resin film, and uniformity of the resin film.
- the weight average molecular weight measured by the method is preferably 5,000 to 1,000,000, and more preferably 10,000 to 150,000.
- the liquid crystal aligning agent of this invention is a solution for forming a liquid crystal aligning film, and is a coating liquid for forming the resin film containing a specific compound, a polymer, and an organic solvent.
- the content of the specific compound in the liquid crystal aligning agent of the present invention is preferably 0.1 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer. Among these, 0.1 to 100 parts by mass is more preferable in order that the cross-linking reaction proceeds, the desired curability of the resin film is exhibited, and the orientation of the liquid crystal is not lowered. More preferred is 1 to 50 parts by mass, and particularly preferred is 1 to 20 parts by mass.
- All the polymer components in the liquid crystal aligning agent of the present invention may all be specific polymers, or other polymers other than the specific polymers may be mixed. In that case, the content of the other polymer in the polymer is 0.5 to 15% by mass, preferably 1 to 10% by mass.
- Other polymers include polyimide precursors or polyimides that do not contain a specific side chain structure.
- Specific examples of the polymer other than the polyimide precursor and the polyimide include acrylic polymer, methacrylic polymer, polystyrene, and polyamide.
- the organic solvent in the liquid crystal aligning agent of the present invention has an organic solvent content of 70 to 99 with respect to the total amount (100% by mass) of the liquid crystal aligning agent from the viewpoint of forming a uniform resin film by coating.
- the mass is preferably 80% by mass, more preferably 80 to 99% by mass. Content can be suitably changed with the film thickness of the target liquid crystal aligning film.
- the organic solvent in that case will not be specifically limited if it is an organic solvent in which the polymer mentioned above is dissolved.
- N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, ⁇ -butyllactone and the like are preferably used. These may be used alone or in combination.
- the liquid crystal aligning agent of the present invention comprises a crosslinkable compound having an epoxy group, an isocyanate group, an oxetane group or a cyclocarbonate group, a hydroxyl group, a hydroxyalkyl group, and a lower alkoxyalkyl group unless the effects of the present invention are impaired.
- a crosslinkable compound having at least one substituent selected from the group, a crosslinkable compound having a polymerizable unsaturated bond, and the like may be contained. It is necessary to have two or more of these substituents and polymerizable unsaturated bonds in the crosslinkable compound.
- crosslinkable compound having an epoxy group or an isocyanate group examples include bisphenolacetone glycidyl ether, phenol novolac epoxy resin, cresol novolac epoxy resin, triglycidyl isocyanurate, tetraglycidylaminodiphenylene, tetraglycidyl-m-xylenediamine, tetra Glycidyl-1,3-bis (aminoethyl) cyclohexane, tetraphenyl glycidyl ether ethane, triphenyl glycidyl ether ethane, bisphenol hexafluoroacetodiglycidyl ether, 1,3-bis (1- (2,3-epoxypropoxy)- 1-trifluoromethyl-2,2,2-trifluoromethyl) benzene, 4,4-bis (2,3-epoxypropoxy) octafluorobiphenyl Triglycidyl-p-amin
- the crosslinkable compound having an oxetane group is a crosslinkable compound having at least two oxetane groups represented by the following formula [4]. Specific examples include crosslinkable compounds represented by the formulas [4a] to [4k] published on pages 58 to 59 of International Publication No. WO2011 / 132751 (published 2011.10.27).
- the crosslinkable compound having a cyclocarbonate group is a crosslinkable compound having at least two cyclocarbonate groups represented by the following formula [5]. Specific examples include crosslinkable compounds represented by the formulas [5-1] to [5-42] described on pages 76 to 82 of International Publication WO2012 / 014898 (published on 2012.2.2). It is done.
- polysiloxanes having at least one structure represented by the following formulas [5-38] to [5-40] can also be mentioned.
- R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 each independently represents a structure represented by the formula [5], a hydrogen atom, a hydroxyl group, An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxyl group, an aliphatic ring or an aromatic ring, at least one of which is a structure represented by the formula [5].
- n is an integer of 1 to 10.
- the crosslinkable compound having at least one substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group and an alkoxyl group for example, an amino resin having a hydroxyl group or an alkoxyl group, for example, a melamine resin, a urea resin, a guanamine resin
- examples include glycoluril-formaldehyde resin, succinylamide-formaldehyde resin, and ethylene urea-formaldehyde resin.
- a melamine derivative, a benzoguanamine derivative, glycoluril, or the like in which a hydrogen atom of an amino group is substituted with a methylol group, an alkoxymethyl group, or both can be used.
- the melamine derivative or benzoguanamine derivative can exist as a dimer or a trimer. These preferably have an average of 3 or more and 6 or less methylol groups or alkoxymethyl groups per triazine ring.
- Examples of such melamine derivatives or benzoguanamine derivatives include MX-750, which has an average of 3.7 substituted methoxymethyl groups per triazine ring, and an average of 5. methoxymethyl groups per triazine ring. 8 substituted MW-30 (above, manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd.), Cymel 300, 301, 303, 350, 370, 771, 325, 327, 703, 712, etc., methoxymethylated melamine, Cymel 235, 236 Methoxymethylated butoxymethylated melamine such as 238, 212, 253, and 254, butoxymethylated melamine such as Cymel 506 and 508, carboxyl group-containing methoxymethylated isobutoxymethylated melamine such as Cymel 1141, Cymel 1123 and the like Methoxymethylated ethoxy Methylated butoxymethylated benzoguanamine such as Cymel 1128-10, Butoxymethylated benzoguanamine such as Cymel 1128, Car
- Examples of the benzene or phenolic compound having a hydroxyl group or an alkoxyl group include 1,3,5-tris (methoxymethyl) benzene, 1,2,4-tris (isopropoxymethyl) benzene, 1,4-bis ( sec-butoxymethyl) benzene or 2,6-dihydroxymethyl-p-tert-butylphenol. More specifically, International Publication No. WO2011-132751. (2011.10.27), pages 62 to 66, and crosslinkable compounds represented by the formulas [6-1] to [6-48].
- crosslinkable compound having a polymerizable unsaturated bond examples include trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, and tri (meth) acryloyloxyethoxytrimethylol.
- Crosslinkable compounds having three polymerizable unsaturated groups in the molecule such as propane and glycerin polyglycidyl ether poly (meth) acrylate; ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) ) Acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, butylene glycol di (me ) Acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, ethylene oxide bisphenol A type di (meth) acrylate, propylene oxide bisphenol type di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, glycerin di (meth) ) Acrylate, pentaerythritol di (meth) acrylate, ethylene glycol digly
- a compound represented by the following formula [7] can also be contained.
- E 1 is a cyclohexane ring, bicyclohexane ring, a benzene ring, a biphenyl ring, a terphenyl ring, a naphthalene ring, a fluorene ring, a group selected from the group consisting of an anthracene ring and phenanthrene ring
- E 2 Is a group selected from the following formulas [7a] and [7b], and n is an integer of 1 to 4.
- the said compound is an example of a crosslinkable compound, It is not limited to these.
- the crosslinkable compound contained in the liquid crystal aligning agent of this invention may be one type, and may be combined two or more types.
- the content of the crosslinkable compound in the liquid crystal aligning agent of the present invention is preferably 0.1 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of all polymer components.
- the amount is more preferably 0.1 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all polymer components, and 1 to 50 parts by weight. Part is most preferred.
- the liquid-crystal aligning agent of this invention is the organic solvent (it is also called a poor solvent) which improves the uniformity of the film thickness of a resin film at the time of apply
- a compound can be used.
- a compound that improves the adhesion between the liquid crystal alignment film and the substrate can also be used.
- the poor solvent that improves the uniformity of the film thickness and the surface smoothness include the following.
- ethanol isopropyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, isopentyl alcohol, tert-pentyl alcohol, 3-methyl-2-butanol, neopentyl alcohol, 1-hexanol, 2-methyl-1-pentanol, 2-methyl-2-pentanol, 2-ethyl-1-butanol, 1-heptanol 2-heptanol, 3-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 2-ethyl-1-hexanol, cyclohexanol, 1-methylcyclohexanol, 2-methylcyclohexanol, 3-methylcyclohexanol, 1-
- These poor solvents are preferably 1 to 80% by mass of the whole organic solvent contained in the liquid crystal aligning agent. Among these, 5 to 70% by mass is preferable. More preferred is 10 to 70% by mass.
- Examples of the compound that improves the uniformity and surface smoothness of the resin coating include fluorine-based surfactants, silicone-based surfactants, and nonionic surfactants. More specifically, for example, F-top EF301, EF303, EF352 (manufactured by Tochem Products), MegaFuck F171, F173, R-30 (manufactured by Dainippon Ink), Florard FC430, FC431 (manufactured by Sumitomo 3M) Asahi Guard AG710, Surflon S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106 (Asahi Glass Co., Ltd.) and the like.
- the content of these surfactants is preferably 0.01 to 2 parts by mass, more preferably 0.01 to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of all polymer components.
- the compound that improves the adhesion between the liquid crystal alignment film and the substrate include the following functional silane-containing compounds and epoxy group-containing compounds.
- the content thereof is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of all polymer components. is there. If the amount is less than 0.1 part by mass, the effect of improving the adhesion cannot be expected, and if it exceeds 30 parts by mass, the orientation of the liquid crystal may deteriorate.
- the liquid crystal alignment treatment agent of the present invention impairs the effects of the present invention in addition to the crosslinkable compound, the poor solvent, the compound that improves the uniformity and surface smoothness of the resin film, and the compound that adheres to the substrate. If it is within the range, a dielectric or conductive material may be added for the purpose of changing the electrical characteristics such as the dielectric constant and conductivity of the liquid crystal alignment film.
- the liquid crystal alignment treatment agent of the present invention can be used as a liquid crystal alignment film after being applied and baked on a substrate and then subjected to alignment treatment by rubbing treatment or light irradiation. Moreover, in the case of vertical alignment use etc., it can be used as a liquid crystal alignment film without alignment treatment.
- the substrate is not particularly limited as long as it is a highly transparent substrate. In addition to a glass substrate, a plastic substrate such as an acrylic substrate or a polycarbonate substrate can also be used. From the viewpoint of simplification of the process, it is preferable to use a substrate on which an ITO electrode for driving a liquid crystal is formed.
- an opaque substrate such as a silicon wafer can be used if only one substrate is used, and a material that reflects light such as aluminum can be used as an electrode in this case.
- the method for applying the liquid crystal aligning agent is not particularly limited, but industrially, screen printing, offset printing, flexographic printing, inkjet method, and the like are common. Other coating methods include a dipping method, a roll coater method, a slit coater method, a spinner method, and a spray method, and these may be used depending on the purpose.
- the solvent is evaporated by heating at 50 to 300 ° C., preferably 80 to 250 ° C. by a heating means such as a hot plate, a thermal circulation oven, or an IR (infrared) oven. It can be a united film.
- the thickness of the polymer film after baking is too thick, it is disadvantageous in terms of power consumption of the liquid crystal display element, and if it is too thin, the reliability of the liquid crystal display element may be lowered. Is 10 to 100 nm.
- the fired polymer film is treated by rubbing, irradiation with polarized ultraviolet rays, or the like.
- the liquid crystal display element of the present invention is a liquid crystal display element obtained by obtaining a substrate with a liquid crystal alignment film from the liquid crystal alignment treatment agent of the present invention by the method described above, and then preparing a liquid crystal cell by a known method.
- a method for manufacturing a liquid crystal cell prepare a pair of substrates on which a liquid crystal alignment film is formed, spray spacers on the liquid crystal alignment film of one substrate, and place the other side of the liquid crystal alignment film on the other side.
- the liquid-crystal aligning agent of this invention has a liquid crystal layer between a pair of board
- a liquid crystal display device manufactured through a step of polymerizing a polymerizable compound by at least one of irradiation with active energy rays and heating while applying a voltage between the electrodes.
- ultraviolet rays are suitable as the active energy ray.
- the wavelength of the ultraviolet rays used is preferably 300 to 400 nm, more preferably 310 to 360 nm. In the case of polymerization by heating, the heating temperature is 40 to 120 ° C, preferably 60 to 80 ° C. Moreover, you may perform an ultraviolet-ray and a heating simultaneously.
- the liquid crystal display element controls a pretilt of liquid crystal molecules by a PSA (Polymer Sustained Alignment) method.
- a PSA method a small amount of a photopolymerizable compound, for example, a photopolymerizable monomer is mixed in a liquid crystal material, and after assembling a liquid crystal cell, a predetermined voltage is applied to the liquid crystal layer and the photopolymerizable compound is irradiated with ultraviolet light.
- the pretilt of the liquid crystal molecules is controlled by the produced polymer. Since the alignment state of the liquid crystal molecules when the polymer is formed is stored even after the voltage is removed, the pretilt of the liquid crystal molecules can be adjusted by controlling the electric field formed in the liquid crystal layer.
- the PSA method does not require a rubbing process and is suitable for forming a vertical alignment type liquid crystal layer in which it is difficult to control the pretilt by the rubbing process. That is, in the liquid crystal display element of the present invention, after obtaining a substrate with a liquid crystal alignment film from the liquid crystal alignment treatment agent of the present invention by the above-described method, a liquid crystal cell is prepared and polymerizable by at least one of ultraviolet irradiation and heating. The orientation of the liquid crystal molecules can be controlled by polymerizing the compound.
- a pair of substrates on which a liquid crystal alignment film is formed is prepared, spacers are dispersed on the liquid crystal alignment film of one substrate, and the liquid crystal alignment film surface is on the inside. Then, the other substrate is bonded, the liquid crystal is injected under reduced pressure and sealed, the liquid crystal is dropped on the liquid crystal alignment film surface on which the spacers are dispersed, and then the substrate is bonded and sealed. .
- the liquid crystal is mixed with a polymerizable compound that is polymerized by heat or ultraviolet irradiation.
- the polymerizable compound include compounds having at least one polymerizable unsaturated group such as an acrylate group or a methacrylate group in the molecule.
- the content of the polymerizable compound is preferably 0.01 to 10 parts by mass, more preferably 0.1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the liquid crystal component.
- the polymerizable compound is less than 0.01 part by mass, the polymerizable compound is not polymerized and the liquid crystal alignment cannot be controlled.
- the polymerizable compound exceeds 10 parts by mass, the amount of the unreacted polymerizable compound increases and the liquid crystal display element.
- the polymerizable compound is polymerized by irradiating heat or ultraviolet rays while applying an AC or DC voltage to the liquid crystal cell. Thereby, the alignment of the liquid crystal molecules can be controlled.
- the liquid crystal aligning agent of the present invention has a liquid crystal layer between a pair of substrates provided with electrodes, and is polymerized by at least one of active energy rays and heat between the pair of substrates. It is also preferably used for a liquid crystal display device manufactured through a step of disposing a liquid crystal alignment film containing a group and applying a voltage between the electrodes.
- ultraviolet rays are suitable as the active energy ray.
- the wavelength of ultraviolet light is preferably 300 to 400 nm, more preferably 310 to 360 nm. In the case of polymerization by heating, the heating temperature is 40 to 120 ° C, preferably 60 to 80 ° C.
- a method of adding a compound containing this polymerizable group to a liquid crystal aligning agent examples thereof include a method containing a coalescing component.
- the liquid crystal aligning agent of the present invention contains a specific compound having a double bond site that reacts by irradiation with heat or ultraviolet rays
- the alignment of liquid crystal molecules can be controlled by at least one of ultraviolet irradiation and heating. it can.
- an example of liquid crystal cell production is given, prepare a pair of substrates on which a liquid crystal alignment film is formed, spread spacers on the liquid crystal alignment film of one substrate, and make the liquid crystal alignment film surface inside, Examples include a method in which the other substrate is bonded and the liquid crystal is injected under reduced pressure and sealed, and a method in which the liquid crystal is dropped on the surface of the liquid crystal alignment film on which spacers are dispersed and then the substrate is bonded and sealed.
- the orientation of the liquid crystal molecules can be controlled by irradiating heat or ultraviolet rays while applying an AC or DC voltage to the liquid crystal cell.
- the liquid crystal display element manufactured using the liquid crystal aligning agent of the present invention has excellent reliability, and is suitable for a large-screen, high-definition liquid crystal television.
- CBDA 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride
- BODA bicyclo [3,3,0] octane-2,4,6,8-tetracarboxylic dianhydride
- TCA represented by the following formula
- TDA tetracarboxylic dianhydride represented by the following formula
- PCH7DAB 1,3-diamino-4- [4- (trans-4-n-heptylcyclohexyl) phenoxy] benzene
- PBCH5DAB 1,3-diamino-4- ⁇ 4- [trans-4- (trans-4 -N-pentylcyclohexyl) cyclohexyl] phenoxy ⁇ benzene
- m-PBCH5DABz 1,3-diamino-5- ⁇ 4- [4- (trans-4-n-pentylcyclohexyl) phenyl] phenoxymethyl ⁇ benzene
- ColDAB -1 Specific diamine compound represented by the following formula
- ColDAB-2 Specific diamine compound represented by the following formula
- A-1 Specific compound represented by the following formula A-2: Specific compound represented by the following formula (Organic solvent) NMP: N-methyl-2-pyrrolidone BCS: Butyl cellosolve
- the imidation rate is determined based on protons derived from structures that do not change before and after imidation as reference protons, and the peak integrated value of these protons and proton peaks derived from NH groups of amic acid appearing in the vicinity of 9.5 to 10.0 ppm. It calculated
- Imidization rate (%) (1 ⁇ ⁇ x / y) ⁇ 100
- x is a proton peak integrated value derived from NH group of amic acid
- y is a peak integrated value of reference proton
- ⁇ is one NH group proton of amic acid in the case of polyamic acid (imidation rate is 0%) Is the number ratio of the reference proton to.
- This reaction solution was poured into methanol (320 ml), and the resulting precipitate was filtered off. This deposit was wash
- the imidation ratio of this polyimide was 55%, the number average molecular weight was 20,800, and the weight average molecular weight was 55,900.
- Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3 are preparation examples of liquid crystal aligning agents.
- the obtained liquid crystal aligning agent was used also for each characteristic evaluation.
- Tables 34 and 35 collectively show the resin components and the specific compound (A) used for the preparation of each liquid crystal alignment treatment agent.
- Each evaluation method is as follows.
- the liquid crystal alignment treatment agent is spin-coated on the ITO surface of the substrate with 30 mm ⁇ 40 mm ITO electrode, and heat-treated at 80 ° C. for 5 minutes on a hot plate and at 220 ° C. for 30 minutes in a thermal circulation clean oven, A substrate with a polyimide liquid crystal alignment film having a thickness of 100 nm was obtained.
- the liquid crystal alignment treatment agent is spin-coated on the ITO surface of the substrate with 30 mm ⁇ 40 mm ITO electrode, and heat-treated at 80 ° C. for 5 minutes on a hot plate and at 220 ° C. for 30 minutes in a thermal circulation clean oven, An ITO substrate with a polyimide liquid crystal alignment film having a thickness of 100 nm was obtained.
- the coated surface of this ITO substrate was rubbed using a rayon cloth with a rubbing apparatus having a roll diameter of 120 mm under the conditions of a roll rotation speed of 1000 rpm, a roll traveling speed of 50 mm / sec, and an indentation amount of 0.1 mm.
- a liquid crystal alignment treatment agent was spin coated on the ITO surface of a substrate with an ITO electrode of 10 mm ⁇ 10 mm with a pattern interval of 20 ⁇ m in the center and a substrate with an ITO electrode of 10 mm ⁇ 40 mm in the center, and then on a hot plate at 80 ° C. for 5 minutes.
- Heat treatment was performed at 220 ° C. for 30 minutes in a heat-circulating clean oven to obtain a polyimide coating film having a film thickness of 100 nm.
- the coating surface was washed with pure water, and then heat-treated at 100 ° C. for 15 minutes in a heat-circulating clean oven to obtain a substrate with a liquid crystal alignment film.
- This substrate with a liquid crystal alignment film was combined with a liquid crystal alignment film surface inside, with a 6 ⁇ m spacer in between, and the periphery was adhered with a sealant to produce an empty cell.
- a polymerizable compound (1) represented by the following formula was added to MLC-6608 (manufactured by Merck Japan Co., Ltd.) by a reduced pressure injection method into this empty cell, and the polymerizable compound was added to 100% by mass of MLC-6608.
- a liquid crystal cell was obtained by injecting liquid crystal mixed by 3% by mass and sealing the injection port.
- the response speed of the liquid crystal cell after ultraviolet irradiation was faster than the response speed of the liquid crystal cell before ultraviolet irradiation, so the alignment direction of the liquid crystal was controlled. It was confirmed. In any liquid crystal cell, it was confirmed that the liquid crystal was uniformly aligned by observation with a polarizing microscope.
- Tables 36 to 41 collectively show the results of “Evaluation of relaxation (also referred to as evaluation of residual charge relaxation (V))” and “Evaluation after ultraviolet irradiation”.
- Tables 36 and 37 show the evaluation results of the voltage holding ratio using the normal cell
- Table 38 shows the evaluation results of the voltage holding ratio using the PSA cell.
- Tables 39 and 40 show the evaluation results of residual charge relaxation using a normal cell
- Table 41 shows the evaluation results of residual charge relaxation using a PSA cell. The evaluation results after ultraviolet irradiation are also shown in each table.
- Example 1 Polyamic acid solution (1) (10.0 g), NMP (5.7 g) having a resin solid content concentration of 25.0% by mass obtained in Synthesis Example 1, NMP solution (1.50 g) of A-1 (A- NMP solution with 1 being 5.0% by mass) and BCS (25.8 g) were added and stirred at 25 ° C. for 2 hours to obtain a liquid crystal aligning agent (1).
- This liquid crystal aligning agent was confirmed to be a uniform solution without any abnormality such as turbidity or precipitation.
- production of cells and various evaluations were performed under the above-described conditions.
- NMP (10.9 g) was added to the polyimide powder (2) (2.45 g) obtained in Synthesis Example 2, and dissolved by stirring at 70 ° C. for 24 hours.
- an NMP solution of A-1 (2.45 g) NMP solution containing 5.0% by mass of A-1
- NMP (6.0 g) NMP (6.0 g)
- BCS (23.6 g) BCS (23.6 g) were added, and the mixture was heated to 50 ° C.
- This liquid crystal aligning agent was confirmed to be a uniform solution without any abnormality such as turbidity or precipitation.
- cell preparation and various evaluations were performed under the above-described conditions.
- NMP (13.5 g) was added to the polyimide powder (3) (2.40 g) obtained in Synthesis Example 3, and dissolved by stirring at 70 ° C. for 24 hours.
- NMP solution (2.40 g) of A-1 NMP solution with A-1 of 5.0 mass%), NMP (7.2 g), and BCS (18.9 g) were added, and the mixture was heated to 50 ° C. For 10 hours to obtain a liquid crystal aligning agent (3).
- This liquid crystal aligning agent was confirmed to be a uniform solution without any abnormality such as turbidity or precipitation.
- cell preparation and various evaluations were performed under the above-described conditions.
- NMP (13.5 g) was added to the polyimide powder (4) (2.41 g) obtained in Synthesis Example 4, and dissolved by stirring at 70 ° C. for 24 hours.
- an NMP solution (2.41 g) of A-1 NMP solution containing 5.0% by mass of A-1
- NMP (7.3 g) NMP (7.3 g)
- BCS (19.0 g) BCS (19.0 g) were added, and the mixture was heated to 50 ° C.
- a liquid crystal aligning agent (5) was confirmed to be a uniform solution without any abnormality such as turbidity or precipitation.
- cell preparation and various evaluations were performed under the above-described conditions.
- NMP (13.5 g) was added to the polyimide powder (5) (2.40 g) obtained in Synthesis Example 5 and dissolved by stirring at 70 ° C. for 24 hours.
- an N-2 solution of A-2 (2.40 g) N-2 solution containing 5.0% by mass of A-2
- NMP (7.4 g) NMP (7.4 g)
- BCS (18.9 g) were added, and the mixture was heated to 50 ° C.
- This liquid crystal aligning agent was confirmed to be a uniform solution without any abnormality such as turbidity or precipitation.
- production of cells and various evaluations were performed under the above-described conditions.
- Example 7 NMP (16.5 g) was added to the polyimide powder (6) (2.40 g) obtained in Synthesis Example 6, and dissolved by stirring at 70 ° C. for 24 hours. To this solution, an NMP solution of A-1 (1.44 g) (NMP solution with A-1 of 5.0% by mass), NMP (9.0 g), and BCS (14.4 g) were added, and the mixture was heated to 50 ° C. For 9 hours to obtain a liquid crystal aligning agent (7). This liquid crystal aligning agent was confirmed to be a uniform solution without any abnormality such as turbidity or precipitation. Using the obtained liquid crystal aligning agent (7), cell preparation and various evaluations were performed under the above-described conditions.
- Example 8 NMP (16.5 g) was added to the polyimide powder (7) (2.41 g) obtained in Synthesis Example 7 and dissolved by stirring at 70 ° C. for 24 hours. To this solution, add N-2 solution of A-2 (1.45 g) (NMP solution with 5.0% by mass of A-2), NMP (8.9 g), and BCS (14.5 g), and add to 50 ° C. For 9 hours to obtain a liquid crystal aligning agent (8). This liquid crystal aligning agent was confirmed to be a uniform solution without any abnormality such as turbidity or precipitation. Using the obtained liquid crystal aligning agent (8), cell preparation and various evaluations were performed under the above-described conditions.
- NMP (13.5 g) was added to the polyimide powder (8) (2.40 g) obtained in Synthesis Example 8, and dissolved by stirring at 70 ° C. for 24 hours.
- N-1 solution of A-1 (2.40 g) NMP solution containing 5.0 mass% of A-1
- NMP (7.4 g) NMP (7.4 g)
- BCS (18.9 g) BCS (18.9 g).
- This liquid crystal aligning agent was confirmed to be a uniform solution without any abnormality such as turbidity or precipitation.
- cell preparation and various evaluations were performed under the above-described conditions.
- NMP (14.0 g) was added to the polyimide powder (10) (2.40 g) obtained in Synthesis Example 10 and dissolved by stirring at 70 ° C. for 24 hours.
- an N-1 solution of A-1 (4.80 g) (N-1 solution containing 5.0 wt% of A-1), NMP (7.6 g), and BCS (17.6 g) were added, and the mixture was heated to 50 ° C.
- a liquid crystal aligning agent (11) was confirmed to be a uniform solution without any abnormality such as turbidity or precipitation.
- production of cells and various evaluations were performed under the above-described conditions.
- the liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment treatment agent of the example of the present invention is light (ultraviolet rays) for a longer time than the liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment treatment agent of the comparative example. Even after being exposed to (), the decrease in the voltage holding ratio is small and the accumulation of residual charges is small. The same result was obtained for both the normal cell and the PSA cell. In Comparative Examples 1 to 3, which did not contain the specific amine compound, the decrease in the voltage holding ratio after exposure to light (ultraviolet rays) for a long time was large, and the accumulation of residual charges was large.
- the liquid crystal alignment treatment agent of the present invention suppresses a decrease in the voltage holding ratio even when exposed to light irradiation for a long time, and further, the liquid crystal alignment film has a fast relaxation of charges accumulated by a DC voltage.
- the liquid crystal display element having a liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal aligning agent of the present invention has excellent reliability and is suitable for a large-screen, high-definition liquid crystal television and the like. It is useful as a TN element, an STN element, a TFT liquid crystal element, particularly a vertical alignment type liquid crystal display element.
- the liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal aligning agent of the present invention is useful also in the production of a liquid crystal display element that needs to be irradiated with ultraviolet rays when producing a liquid crystal display element.
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Abstract
Description
液晶配向膜は、液晶の配向状態を制御する目的で使用されるものである。しかしながら、液晶表示素子の高精細化に伴い、液晶表示素子のコントラスト低下の抑制や残像現象の低減といった観点から、液晶表示素子に用いられる液晶配向膜においても、電圧保持率が高いこと、直流電圧を印加した際の蓄積電荷が少ないこと、直流電圧により蓄積した電荷の緩和が早いこと等の特性が次第に重要となってきている。
また、電圧保持率が高く、かつ直流電圧によって発生した残像が消えるまでの時間が短いものとして、ポリアミド酸や該ポリアミド酸をイミド化した重合体などに加えて、分子内に1個のカルボン酸基を含有する化合物、分子内に1個のカルボン酸無水物基を含有する化合物及び分子内に1個の3級アミノ基を含有する化合物から選ばれる化合物を、極少量含有する液晶配向処理剤を使用したもの(例えば特許文献3参照)が知られている。
本発明の目的は、上記の事情に鑑みなされたものであって、初期特性に加えて、長時間、光の照射に曝されても、電圧保持率の低下を抑制し、さらに直流電圧により蓄積する電荷の緩和が速い液晶配向膜を得ることができる液晶配向処理剤、及び該液晶配向処理剤から得られる液晶配向膜を有する、過酷な使用環境での長期使用に耐えうる信頼性の高い液晶表示素子を提供することにある。
すなわち、本発明は以下の要旨を有するものである。
(1)下記の成分(A)及び成分(B)を含有する液晶配向処理剤。
成分(A):分子内に窒素含有芳香族複素環とヒドロキシル基又は炭素数1~3のアルコキシル基を有し、かつ前記ヒドロキシル基又は炭素数1~3のアルコキシル基が、脂肪族炭化水素基又は非芳香族環式炭化水素基に結合している化合物。
成分(B):ポリイミド前駆体及びポリイミド前駆体をイミド化したポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体。
(3)前記成分(A)の化合物が、下記式[1a]で示される化合物である上記(1)に記載の液晶配向処理剤。
(5)式[1a]中、X4が単結合、-O-、-NH-、-CONH-、-NHCO-、-COO-、-OCO-又は-O(CH2)m-(mは1~5の整数である)である上記(3)又は(4)に記載の液晶配向処理剤。
(6)式[1a]中、X5がピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環又はピリミジン環である上記(3)~(5)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(7)式[1a]中、R2が水素原子又はメチル基である上記(3)~(6)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(8)(B)成分が、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させて得られるポリアミド酸及び該ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体である上記(1)~(7)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(12)前記テトラカルボン酸成分が、下記式[3]で表されるテトラカルボン酸二無水物である上記(8)~(11)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(15)前記(B)成分の100質量部に対し、成分(A)が0.1~20質量部である上記(1)~(14)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(16)液晶配向処理剤の全量(100質量%)に対して、5~60質量%の貧溶媒を含有する上記(1)~(15)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(17)上記(1)~(16)のいずれかに記載の液晶配向処理剤を用いて得られる液晶配向膜。
(18)上記(17)に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
(20)上記(19)に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
(21)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、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性基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上記(17)に記載の液晶配向膜。
(22)上記(21)に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
本発明は、下記の成分(A)及び成分(B)を含有する液晶配向処理剤、該液晶配向処理剤を用いて得られる液晶配向膜、さらには、該液晶配向膜を有する液晶表示素子である。
成分(A):分子内に窒素含有芳香族複素環とヒドロキシル基又は炭素数1~3のアルコキシル基を有し、かつ前記ヒドロキシル基又は炭素数1~3のアルコキシル基が、脂肪族炭化水素基又は非芳香族環式炭化水素基に結合している化合物(特定化合物ともいう)。
成分(B):ポリイミド前駆体及びポリイミド前駆体をイミド化したポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体(重合体ともいう)。
また、液晶配向膜とした際に、窒素含有芳香族複素環と重合体中のカルボキシル基とが塩形成や水素結合といった静電的相互作用で結ばれることで、重合体中のカルボキシル基と特定化合物中の窒素含有芳香族複素環との間で電荷の移動が起こる。
さらに、特定化合物中のヒドロキシル基又は炭素数1~3のアルコキシル基は、熱により、重合体中のカルボキシル基やカルボキシエステル基に対して、水又はアルコールの脱離を伴うエステル化反応や、特定化合物中のヒドロキシル基又は炭素数1~3のアルコキシル基同士による水又はアルコールの脱離を伴うエーテル化反応が生ずることが知られている。
加えて、本発明では、架橋反応を起こす特定化合物が、重合体に結合していることから、架橋性化合物を添加した場合に起こる未反応成分の残存による液晶表示素子特性の低下などの問題は発生しない。
本発明の液晶配向処理剤に含有される特定化合物は、分子内に窒素含有芳香族複素環とヒドロキシル基(水酸基ともいう)又は炭素数1~3のアルコキシル基を有し、かつ前記水酸基が脂肪族炭化水素基又は非芳香族環式炭化水素基に結合している化合物である。
より具体的には、下記式[1]で示される化合物である。
脂肪族炭化水素基の具体例としては、直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基又は不飽和結合を有する炭化水素基等を挙げることができる。なかでも、炭素数が1~20の直鎖状アルキル基又は炭素数が1~20の分岐状アルキル基が好ましい。より好ましくは炭素数が1~15の直鎖状アルキル基又は炭素数が1~15の分岐状アルキル基であり、さらに好ましくは炭素数が1~10の直鎖状アルキル基又は炭素数が1~10の分岐状アルキル基である。
複素環の具体例としては、ピロール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、ピラゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、プリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、チノリン環、フェナントロリン環、インドール環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、フェノチアジン環、オキサジアゾール環、アクリジン環などを挙げることができる。
具体的には、ピロール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、ピラゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、プリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、チノリン環、フェナントロリン環、インドール環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、フェノチアジン環、オキサジアゾール環、アクリジン環などを挙げることができる。
式[1]中、R1は水素原子又は炭素数1~3のアルキル基であり、好ましくは、水素原子または炭素数1または2であり、特に好ましくは水素原子またはメチルである。
式[1]中、nは1~4の整数である。
炭素数1~20の脂肪族炭化水素基の具体例としては、炭素数1~20の直鎖状アルキル基、炭素数1~20の分岐状アルキル基又は炭素数1~20の不飽和結合を有する炭化水素基等を挙げることができる。なかでも、炭素数が1~20の直鎖状アルキル基又は炭素数が1~20の分岐状アルキル基が好ましい。より好ましくは炭素数が1~15の直鎖状アルキル基又は炭素数が1~15の分岐状アルキル基であり、さらに好ましくは炭素数が1~10の直鎖状アルキル基又は炭素数が1~10の分岐状アルキル基である。
式[1a]中、X5は窒素含有芳香族複素環であり、上述した式[1-A]、式[1-B]及び[1-C]からなる群から選ばれる少なくとも1種の構造を含有する芳香族複素環である。
具体的には、ピロール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、ピラゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、プリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、チノリン環、フェナントロリン環、インドール環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、フェノチアジン環、オキサジアゾール環、アクリジン環などを挙げることができる。
式[1a]中、R2は水素原子又は炭素数1~3のアルキル基である。なかでも、水素原子、炭素数1又は炭素数2のアルキル基が好ましく、水素原子又はメチル基がより好ましく、水素原子が最も好ましい。
式[1a]中、nは1~4の整数である。なかでも、1又は2の整数が好ましい。
式[1a]におけるX3、X4、X5及びR2の好ましい組み合わせは、表1~表32に示すとおりである。
上記の特定化合物は1種類又は2種類以上を混合して使用することができる。
本発明の液晶配向処理剤に含有される重合体、すなわち、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分との反応によって得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体を脱水閉環させて得られるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種は、下記式[2]で示される側鎖(特定側鎖構造ともいう)を含有する重合体(特定重合体ともいう)であることが好ましい。この特定側鎖構造は、側鎖部分にベンゼン環、シクロヘキサン環又は複素環から選ばれる2価の環状基、又はステロイド骨格を有する炭素数12~25の2価の有機基である。これにより、側鎖部位の熱や紫外線照射に対する安定性が向上する。そのため、熱や光に対してもプレチルト角が安定になる。また、熱や紫外線照射による側鎖成分の分解に伴うプレチルト角の低下を抑えることができる。さらに、熱や紫外線照射による側鎖成分の分解に伴う、電圧保持率の低下も抑制することができる。
式[2]中、Y3は単結合、-(CH2)c-(cは1~15の整数である)、-O-、-NH-、-N(CH3)-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-CON(CH3)-又は-N(CH3)CO-である。なかでも、単結合、-(CH2)c-(cは1~15の整数である)、-O-、-CH2O-、-COO-又は-OCO-は、合成しやすいので好ましい。より好ましくは、単結合、-(CH2)c-(cは1~10の整数である)、-O-、-CH2O-、-COO-又は-OCO-である。
式[2]中、Y5はベンゼン環、シクロへキサン環及び複素環から選ばれる2価の環状基であって、これらの環状基上の任意の水素原子は、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い。なかでも、ベンゼン環又はシクロヘキサン環が好ましい。
式[2]中、nは0~4の整数である。好ましくは、0~2の整数である。
式[2]中、Y6は炭素数1~18のアルキル基、炭素数1~18のフッ素含有アルキル基、炭素数1~18のアルコキシル基又は炭素数1~18のフッ素含有アルコキシル基である。なかでも、炭素数1~18のアルキル基、炭素数1~10のフッ素含有アルキル基、炭素数1~18のアルコキシル基又は炭素数1~10のフッ素含有アルコキシル基が好ましい。より好ましくは、炭素数1~12のアルキル基又は炭素数1~12のアルコキシル基である。さらに好ましくは、炭素数1~9のアルキル基又は炭素数1~9のアルコキシル基である。
本発明の特定重合体、すなわち、上記式[2]で示される特定側鎖構造を有する重合体に特定側鎖構造を導入する方法としては、下記式[2a]で示されるジアミン化合物(特定側鎖型ジアミン化合物ともいわれる)を原料の一部に用いることが好ましい。
さらに、式[2a]におけるY1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6及びnの好ましい組み合わせについても、式[2]の好ましい組み合わせと同様である。
式[2a]中、mは、1~4の整数である。好ましくは、1の整数である。
本発明においては、本発明の効果を損なわない限りにおいて、特定側鎖型ジアミン化合物以外のその他のジアミン化合物(その他ジアミン化合物ともいう)を、ジアミン成分として用いることができる。その具体例を以下に挙げる。
p-フェニレンジアミン、2,3,5,6-テトラメチル-p-フェニレンジアミン、2,5-ジメチル-p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、2,4-ジメチル-m-フェニレンジアミン、2,5-ジアミノトルエン、2,6-ジアミノトルエン、2,5-ジアミノフェノール、2,4-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノベンジルアルコール、2,4-ジアミノベンジルアルコール、4,6-ジアミノレゾルシノール、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’-ジメトキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジヒドロキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジカルボキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジフルオロ-4,4’-ビフェニル、3,3’-トリフルオロメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジアミノビフェニル、2,3’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、2,2’-ジアミノジフェニルメタン、2,3’-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、3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、2,2’-ジアミノジフェニルエーテル、2,3’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-スルホニルジアニリン、3,3’-スルホニルジアニリン、ビス(4-アミノフェニル)シラン、ビス(3-アミノフェニル)シラン、ジメチル-ビス(4-アミノフェニル)シラン、ジメチル-ビス(3-アミノフェニル)シラン、4,4’-チオジアニリン、3,3’-チオジアニリン、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、3,3’-ジアミノジフェニルアミン、3,4’-ジアミノジフェニルアミン、2,2’-ジアミノジフェニルアミン、2,3’-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、N-メチル(3,3’-ジアミノジフェニル)アミン、N-メチル(3,4’-ジアミノジフェニル)アミン、N-メチル(2,2’-ジアミノジフェニル)アミン、N-メチル(2,3’-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、3,3’-ジアミノベンゾフェノン、3,4’-ジアミノベンゾフェノン、1,4-ジアミノナフタレン、2,2’-ジアミノベンゾフェノン、2,3’-ジアミノベンゾフェノン、1,5-ジアミノナフタレン、1,6-ジアミノナフタレン、1,7-ジアミノナフタレン、1,8-ジアミノナフタレン、2,5-ジアミノナフタレン、2,6-ジアミノナフタレン、2,7-ジアミノナフタレン、2,8-ジアミノナフタレン、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン、1,2-ビス(3-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、1,3-ビス(3-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(3-アミノフェニル)ブタン、ビス(3,5-ジエチル-4-アミノフェニル)メタン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-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、4,4’-[1,3-フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,4’-[1,4-フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,4’-[1,3-フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,3’-[1,4-フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,3’-[1,3-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[(3-アミノフェニル)メタノン]、1,3-フェニレンビス[(4-アミノフェニル)メタノン]、1,3-フェニレンビス[(3-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)、1,4-フェニレンビス(3-アミノベンゾエート)、1,3-フェニレンビス(4-アミノベンゾエート)、1,3-フェニレンビス(3-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(3-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、ビス(3-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’-(1,3-フェニレン)ビス(4-アミノベンズアミド)、N,N’-(1,4-フェニレン)ビス(3-アミノベンズアミド)、N,N’-(1,3-フェニレン)ビス(3-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(3-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、N,N’-ビス(3-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、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、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-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2’-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2’-ビス(3-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2’-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2’-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2’-ビス(3-アミノフェニル)プロパン、2,2’-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)プロパン、3,5-ジアミノ安息香酸、2,5-ジアミノ安息香酸、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)プロパン、1,3-ビス(3-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、1,4-ビス(3-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、1,5-ビス(3-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、1,6-ビス(3-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、1,7-(3-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、1,8-ビス(3-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、1,9-ビス(3-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、1,10-(3-アミノフェノキシ)デカン、1,11-(4-アミノフェノキシ)ウンデカン、1,11-(3-アミノフェノキシ)ウンデカン、1,12-(4-アミノフェノキシ)ドデカン、1,12-(3-アミノフェノキシ)ドデカンなどの芳香族ジアミン;ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(4-アミノ-3-メチルシクロヘキシル)メタンなどの脂環式ジアミン;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、1,7-ジアミノヘプタン、1,8-ジアミノオクタン、1,9-ジアミノノナン、1,10-ジアミノデカン、1,11-ジアミノウンデカン、1,12-ジアミノドデカンなどの脂肪族ジアミン。
本発明の重合体を得るためには、下記の式[3]で示されるテトラカルボン酸二無水物(特定テトラカルボン酸二無水物ともいう)を原料の一部に用いることが好ましい。
式[3g]中、Z6及びZ7は水素原子又はメチル基であり、それぞれ、同じであっても異なっても良い。
式[3]中、Z1の特に好ましい構造は、重合反応性や合成の容易性から、式[3a]、式[3c]、式[3d]、式[3e]、式[3f]又は式[3g]である。なかでも、式[3a]、式[3e]、式[3f]又は式[3g]の構造が好ましい。
本発明においては、本発明の効果を損なわない限りにおいて、特定テトラカルボン酸二無水物以外のその他のテトラカルボン酸二無水物(その他テトラカルボン酸二無水物ともいわれる)を用いることができる。その具体例は、以下の化合物の二無水物である。
ピロメリット酸、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸、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、2,3,6,7-アントラセ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、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が挙げられる。
上記の特定テトラカルボン酸二無水物及びその他テトラカルボン酸二無水物は、液晶配向膜とした際の液晶配向性、電圧保持率及び蓄積電荷などの特性に応じて、1種類又は2種類以上を混合して使用することもできる。
本発明の液晶配向処理剤に含有される重合体は、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させて得られるポリアミド酸及び該ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体である。
ポリイミド前駆体は、下記式[A]で示される構造である。
式[A]及び式[D]において、R1及びR2はそれぞれ1種類でもあっても、それぞれ異なったR1及びR2を有して繰り返し単位として、異なった複数種を組み合わせたものでもよい。
ポリアミド酸アルキルエステルを得るには、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とジアミン成分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したテトラカルボン酸ジハライドとジアミン成分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用いられる。
ポリイミドを得るには、前記のポリアミド酸又はポリアミド酸アルキルエステルを閉環させてポリイミドとする方法が用いられる。
また、本発明の重合体を得るためには、テトラカルボン酸成分に上記式[3]で示される特定テトラカルボン酸二無水物を用いることが好ましい。特に、式[3]中のZ1が上記式[3a]~式[3j]で示される構造であるテトラカルボン酸二無水物を用いることが好ましい。その際、テトラカルボン酸成分の1モル%以上が特定テトラカルボン酸二無水物であることが好ましく、より好ましくは、5モル%以上、さらに好ましくは、10モル%以上である。また、テトラカルボン酸成分の100モル%が特定テトラカルボン酸二無水物であってもよい。
例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、1,3-ジメチル-イミダゾリジノン、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-ペンタノンなどである。
ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを有機溶媒中で反応させる際には、ジアミン成分を有機溶媒に分散あるいは溶解させた溶液を攪拌させ、テトラカルボン酸成分をそのまま、又は有機溶媒に分散あるいは溶解させて添加する方法、逆にテトラカルボン酸成分を有機溶媒に分散、あるいは溶解させた溶液にジアミン成分を添加する方法、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とを交互に添加する方法などが挙げられ、これらのいずれの方法を用いてもよい。
また、ジアミン成分又はテトラカルボン酸成分を、それぞれ複数種用いて反応させる場合は、あらかじめ混合した状態で反応させてもよく、個別に順次反応させてもよく、さらに個別に反応させた低分子量体を混合反応させて重合体としてもよい。
また、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、有機溶媒を追加することができる。
ポリイミド前駆体の重合反応においては、ジアミン成分の合計モル数とテトラカルボン酸成分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ポリイミド前駆体の分子量は大きくなる。
本発明の液晶配向処理剤に含有されるポリイミドは、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、液晶配向膜を得るための重合体として有用である。
上記ポリイミドにおいて、アミド酸基の閉環率(イミド化率)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、トリオクチルアミンなどを挙げることができ、中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、無水ピロメリット酸などを挙げることができる。中でも、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することができる。
本発明の液晶配向処理剤に含有される重合体の分子量は、そこから得られる樹脂被膜の強度、樹脂被膜形成時の作業性、樹脂被膜の均一性を考慮した場合、GPC(Gel Permeation Chromatography)法で測定した重量平均分子量で5,000~1,000,000とするのが好ましく、より好ましくは、10,000~150,000である。
本発明の液晶配向処理剤は、液晶配向膜を形成するための溶液であり、特定化合物、重合体及び有機溶媒を含有する樹脂被膜を形成するための塗布液である。
本発明の液晶配向処理剤における、特定化合物の含有量は、重合体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、所望の樹脂被膜の硬化性を発現し、かつ液晶の配向性を低下させないためには、0.1~100質量部がより好ましい。さらに好ましくは、1~50質量部であり、特に好ましいのは、1~20質量部である。
それ以外の他の重合体としては、特定側鎖構造を含まないポリイミド前駆体又はポリイミドが挙げられる。また、ポリイミド前駆体及びポリイミド以外の重合体としては、具体的には、アクリルポリマー、メタクリルポリマー、ポリスチレン、ポリアミドなどが挙げられる。
本発明の液晶配向処理剤中の有機溶媒は、塗布により均一な樹脂被膜を形成するという観点から、液晶配向処理剤の全量(100質量%)に対して、有機溶媒の含有量が70~99質量%であることが好ましく、80~99質量%がより好ましい。含有量は、目的とする液晶配向膜の膜厚によって適宜変更することができる。
例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、1,3-ジメチル-イミダゾリジノン、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-ペンタノンなどである。なかでも、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ-ブチルラクトンなどを用いることが好ましい。これらは単独で使用しても、混合して使用してもよい。
具体的には、国際公開公報WO2011/132751(2011.10.27公開)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。
また、グリコールウリルの例として、サイメル1170のようなブトキシメチル化グリコールウリル、サイメル1172のようなメチロール化グリコールウリル、パウダーリンク1174のようなメトキシメチロール化グリコールウリル等が挙げられる。
より具体的には、国際公開公報WO2011/132751.(2011.10.27公開)の62頁~66頁に掲載される、式[6-1]~式[6-48]で示される架橋性化合物が挙げられる。
本発明の液晶配向処理剤は、本発明の効果を損なわない限り、液晶配向処理剤を塗布した際の樹脂被膜の膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる有機溶媒(貧溶媒ともいう)又は化合物を用いることができる。さらに、液晶配向膜と基板との密着性を向上させる化合物などを用いることもできる。
例えば、エタノール、イソプロピルアルコール、1-ブタノール、2-ブタノール、イソブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、2-メチル-1-ブタノール、イソペンチルアルコール、tert-ペンチルアルコール、3-メチル-2-ブタノール、ネオペンチルアルコール、1-ヘキサノール、2-メチル-1-ペンタノール、2-メチル-2-ペンタノール、2-エチル-1-ブタノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、3-ヘプタノール、1-オクタノール、2-オクタノール、2-エチル-1-ヘキサノール、シクロヘキサノール、1-メチルシクロヘキサノール、2-メチルシクロヘキサノール、3-メチルシクロヘキサノール、1,2-エタンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、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ジブチルエーテル、1,2-ブトキシエタン、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ジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、2-ペンタノン、3-ペンタノン、2-ヘキサノン、2-ヘプタノン、4-ヘプタノン、3-エトキシブチルアセタート、1-メチルペンチルアセタート、2-エチルブチルアセタート、2-エチルヘキシルアセタート、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールジアセタート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、2-(メトキシメトキシ)エタノール、エチレングリコールイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソアミルエーテル、エチレングリコールものヘキシルエーテル、2-(ヘキシルオキシ)エタノール、フルフリルアルコール、ジエチレングリコール、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ブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、1-(ブトキシエトキシ)プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールジアセタート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、2-(2-エトキシエトキシ)エチルアセタート、ジエチレングリコールアセタート、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸メチルエチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、乳酸メチルエステル、乳酸エチルエステル、乳酸n-プロピルエステル、乳酸n-ブチルエステル、乳酸イソアミルエステルなどの表面張力が低い有機溶媒である。
これら貧溶媒は、液晶配向処理剤に含まれる有機溶媒全体の1~80質量%であることが好ましい。なかでも、5~70質量%が好ましい。より好ましいのは10~70質量%である。
より具体的には、例えば、エフトップEF301、EF303、EF352(トーケムプロダクツ社製)、メガファックF171、F173、R-30(大日本インキ社製)、フロラードFC430、FC431(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(旭硝子社製)などが挙げられる。
これらの界面活性剤の含有割合は、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。
例えば、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、2-アミノプロピルトリメトキシシラン、2-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N-エトキシカルボニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-エトキシカルボニル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N-トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10-トリメトキシシリル-1,4,7-トリアザデカン、10-トリエトキシシリル-1,4,7-トリアザデカン、9-トリメトキシシリル-3,6-ジアザノニルアセテート、9-トリエトキシシリル-3,6-ジアザノニルアセテート、N-ベンジル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-ベンジル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-ビス(オキシエチレン)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-ビス(オキシエチレン)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、2,2-ジブロモネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,3,5,6-テトラグリシジル-2,4-ヘキサンジオール、N,N,N’,N’,-テトラグリシジル-m-キシレンジアミン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’,-テトラグリシジル-4、4’-ジアミノジフェニルメタン。
本発明の液晶配向処理剤には、上記の架橋性化合物、貧溶媒、樹脂被膜の均一性や表面平滑性を向上させる化合物及び基板との密着させる化合物の他に、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、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。
本発明の液晶配向処理剤は、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。
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。
液晶配向処理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、IR(赤外線)型オーブンなどの加熱手段により50~300℃、好ましくは80~250℃で溶媒を蒸発させて重合体被膜とすることができる。
焼成後の重合体被膜の厚みは、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。
液晶を水平配向や傾斜配向させる場合は、焼成後の重合体被膜をラビング、偏光紫外線照射などで処理する。
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、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。
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。
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。
すなわち、本発明の液晶表示素子においては、上記した手法により本発明の液晶配向処理剤から液晶配向膜付き基板を得た後、液晶セルを作製し、紫外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することで液晶分子の配向を制御することができる。
PSA方式の液晶セル作製の一例を挙げるならば、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、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挙げられる。
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に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処理剤中に添加する方法や、重合性基を含む重合体成分を含有する方法が挙げられる。
液晶セル作製の一例を挙げるならば、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、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挙げられる。
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、熱や紫外線を照射することで、液晶分子の配向を制御することができる。
以上のようにして、本発明の液晶配向処理剤を用いて作製された液晶表示素子は、信頼性に優れたものとなり、大画面で高精細の液晶テレビなどに好適である。
実施例で用いた化合物等の略号は、以下のとおりである。
CBDA:1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
BODA: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
TCA:下記の式で示されるテトラカルボン酸二無水物
TDA:下記の式で示されるテトラカルボン酸二無水物
PCH7DAB:1,3-ジアミノ-4-〔4-(トランス-4-n-ヘプチルシクロへキシル)フェノキシ〕ベンゼン
PBCH5DAB:1,3-ジアミノ-4-{4-〔トランス-4-(トランス-4-n-ペンチルシクロへキシル)シクロへキシル〕フェノキシ}ベンゼン
m-PBCH5DABz:1,3-ジアミノ-5-{4-〔4-(トランス-4-n-ペンチルシクロヘキシル)フェニル〕フェノキシメチル}ベンゼン
ColDAB-1:下記の式で示される特定ジアミン化合物
ColDAB-2:下記の式で示される特定ジアミン化合物
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・H2O)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)。
ポリイミド粉末20mgをNMRサンプル管(NMRサンプリングチューブスタンダード φ5(草野科学製))に入れ、重水素化ジメチルスルホキシド(DMSO-d6、0.05%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て、以下の式によって求めた。
イミド化率(%)=(1-α・x/y)×100
上記式において、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。
CBDA(3.15g,16.1mmol)、PCH7DAB(3.06g,8.0mmol)、及びp-PDA(0.87g,8.0mmol)をNMP(21.2g)中で混合し、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液(1)を得た。このポリアミド酸の数平均分子量は23,600、重量平均分子量は71,200であった。
BODA(1.28g,5.1mmol)、PCH7DAB(1.16g,3.0mmol)、及びDBA(1.09g,7.2mmol)をNMP(7.5g)中で混合し、80℃で4時間反応させた後、CBDA(1.00g,5.1mmol)とNMP(6.1g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(15.0g)にNMPを加え、6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(1.89g)、及びピリジン(1.45g)を加え、80℃で3.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(240ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(2)を得た。このポリイミドのイミド化率は55%であり、数平均分子量は20,200、重量平均分子量は58,200であった。
BODA(5.26g,21.0mmol)、PCH7DAB(5.00g,13.1mmol)、及びDBA(2.00g,13.1mmol)をNMP(21.9g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、CBDA(1.03g,5.3mmol)とNMP(18.0g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.2g)にNMPを加え、6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.47g)、及びピリジン(3.27g)を加え、90℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(420ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(3)を得た。このポリイミドのイミド化率は77%であり、数平均分子量は19,100、重量平均分子量は49,600であった。
BODA(3.27g,13.1mmol)、PBCH5DAB(2.83g,6.5mmol)、及びDBA(1.85g,12.2mmol)をNMP(14.9g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、CBDA(1.10g,5.6mmol)とNMP(12.2g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え、6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.50g)、及びピリジン(3.31g)を加え、90℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(410ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(4)を得た。このポリイミドのイミド化率は80%であり、数平均分子量は18,200、重量平均分子量は48,100であった。
BODA(3.04g,12.2mmol)、m-PBCH5DABz(2.32g,5.2mmol)、及びm-PDA(1.31g,12.1mmol)をNMP(12.7g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、CBDA(1.02g,5.2mmol)とNMP(10.4g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.5g)にNMPを加え、6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.50g)、及びピリジン(3.30g)を加え、90℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(430ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(5)を得た。このポリイミドのイミド化率は81%であり、数平均分子量は19,900、重量平均分子量は49,900であった。
BODA(5.77g,23.1mmol)、ColDAB-1(2.26g,4.3mmol)、及びDBA(3.73g,24.5mmol)をNMP(21.3g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、CBDA(1.13g,5.8mmol)とNMP(17.4g)を加え、40℃で6.5時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え、6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.46g)、及びピリジン(1.90g)を加え、80℃で4.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(330ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(6)を得た。このポリイミドのイミド化率は51%であり、数平均分子量は17,600、重量平均分子量は46,200であった。
BODA(5.61g,22.4mmol)、ColDAB-2(1.38g,2.8mmol)、及びp-PDA(2.73g,25.2mmol)をNMP(17.9g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、CBDA(1.10g,5.6mmol)とNMP(14.6g)を加え、40℃で6.5時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え、6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.50g)、及びピリジン(1.90g)を加え、90℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(310ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(7)を得た。このポリイミドのイミド化率は52%であり、数平均分子量は16,900、重量平均分子量は46,200であった。
BODA(5.87g,23.5mmol)、AP18(3.31g,8.8mmol)、及びm-PDA(2.22g,20.5mmol)をNMP(20.7g)中で混合し、80℃で4時間反応させた後、CBDA(1.15g,5.9mmol)とNMP(14.6g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.5g)にNMPを加え、6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(1.90g)、及びピリジン(1.51g)を加え、80℃で3.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(320ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(8)を得た。このポリイミドのイミド化率は50%であり、数平均分子量は21,200、重量平均分子量は59,200であった。
TCA(3.12g,13.9mmol)、PBCH5DAB(1.81g,4.2mmol)、及びDBA(1.48g,9.7mmol)をNMP(19.2g)中で混合し、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え、6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(1.85g)、ピリジン(1.45g)を加え、80℃で4時間反応させた。この反応溶液をメタノール(320ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(9)を得た。このポリイミドのイミド化率は55%であり、数平均分子量は20,800、重量平均分子量は55,900であった。
TDA(2.00g,6.7mmol)、PCH7DAB(4.17g,11.0mmol)、及びDBA(1.67g,11.0mmol)をNMP(17.9g)中で混合し、80℃で5時間反応させた後、CBDA(3.01g,15.3mmol)とNMP(14.7g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)にNMPを加え、6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.52g)、及びピリジン(3.31g)を加え、90℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(480ml)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℃で減圧乾燥して、ポリイミド粉末(10)を得た。このポリイミドのイミド化率は80%であり、数平均分子量は20,500、重量平均分子量は50,100であった。
合成例で得られたポリアミド酸及びポリイミドを、合成に用いた各成分の組成、及びイミド化率とあわせて表33に示す。
実施例1~11、及び比較例1~3は、液晶配向処理剤の調製例である。得られた液晶配向処理剤は、各特性評価にも使用した。
表34及び35には、各液晶配向処理剤の調製に用いた樹脂成分及び特定化合物(A)をまとめて示した。
実施例及び比較例で得られた液晶配向処理剤を用い、「液晶配向膜の作製」、「液晶セルの作製(通常セル)」、「液晶セルの作製(PSAセル)」、「電圧保持率の評価」、「直流電圧により蓄積する電荷の緩和の評価(残留電荷の緩和の評価ともいわれる)」及び「光照射後の評価」を行った。
各評価方法は、下記のとおりである。
液晶配向処理剤を、30mm×40mmITO電極付き基板のITO面にスピンコートし、ホットプレート上にて80℃で5分間、熱循環型クリーンオーブン中にて220℃で30分間加熱処理をして、膜厚100nmのポリイミド液晶配向膜付きの基板を得た。
液晶配向処理剤を、30mm×40mmITO電極付き基板のITO面にスピンコートし、ホットプレート上にて80℃で5分間、熱循環型クリーンオーブン中にて220℃で30分間加熱処理をして、膜厚100nmのポリイミド液晶配向膜付きのITO基板を得た。このITO基板の塗膜面をロール径120mmのラビング装置でレーヨン布を用いて、ロール回転数1000rpm、ロール進行速度50mm/sec、押し込み量0.1mmの条件でラビング処理した。
得られた液晶配向膜付きのITO基板を2枚用意し、液晶配向膜面を内側にして6μmのスペーサーを挟んで組み合わせ、シール剤で周囲を接着して空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、MLC-6608(メルク・ジャパン社製)を注入し、注入口を封止して液晶セル(通常セル)を得た。
実施例及び比較例で得られた液晶セルについて、偏光顕微鏡による観察により液晶の配向均一性を確認した。いずれの液晶セルとも、ラビング処理に伴う削れや配向不良はなく、液晶は均一に配向していた。
液晶配向処理剤を、中心に10mm×10mmのパターン間隔20μmのITO電極付き基板と中心に10mm×40mmのITO電極付き基板のITO面にスピンコートし、ホットプレート上にて80℃で5分間、熱循環型クリーンオーブン中にて220℃で30分間加熱処理をして、膜厚100nmのポリイミド塗膜を得た。塗膜面を純水にて洗浄し、その後、熱循環型クリーンオーブン中にて100℃で15分間加熱処理をして、液晶配向膜付き基板を得た。
この液晶配向膜付き基板を、液晶配向膜面を内側にして、6μmのスペーサーを挟んで組み合わせ、シール剤で周囲を接着して空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、MLC-6608(メルク・ジャパン社製)に、下記の式で示される重合性化合物(1)を、MLC-6608の100質量%に対して重合性化合物を0.3質量%混合した液晶を注入し、注入口を封止して、液晶セルを得た。
この液晶セルの紫外線照射前と紫外線照射後の液晶の応答速度を測定した。応答速度は、透過率90%から透過率10%までのT90→T10を測定した。実施例及び比較例で得られたPSAセルは、紫外線照射前の液晶セルの応答速度に比べて、紫外線照射後の液晶セルの応答速度が早くなったことから、液晶の配向方向が制御されたことを確認した。
また、いずれの液晶セルとも、偏光顕微鏡観察により、液晶は均一に配向していることを確認した。
上記の「液晶セルの作製(通常セル)」及び「液晶セルの作製(PSAセル)」で得られた液晶セルに、80℃の温度下で1Vの電圧を60μm印加し、16.67ms後及び50ms後の電圧を測定し、それぞれの時間の後で電圧がどのくらい保持できているかを電圧保持率として計算した。
測定は、VHR-1電圧保持率測定装置(東陽テクニカ社製)を使用し、Voltage:±1V、Pulse Width:60μs、Flame Period:16.67ms又は50msの設定で行った。本評価においては、値が大きいものほど、電圧保持率の特性が優れていることを示す。
電圧保持率測定後の液晶セルに、直流電圧10Vを30分印加し、1秒間短絡させた後、液晶セル内に発生している電位を1800秒間測定した。そして、50秒後及び1000秒後の残留電荷を測定し、確定した。
測定は、6254型液晶物性評価装置(東陽テクニカ社製)を用いて行った。本評価においては、値が小さいものほど、残留電荷の緩和の特性が優れていることを示す。
残留電荷の緩和の評価が終了した液晶セルに、365nm換算で50J/cm2の紫外線を照射した後、電圧保持率及び残留電荷の測定を、上記と同様の条件にて行った。なお、紫外線照射は、卓上型UV硬化装置(HCT3B28HEX-1、センライト社製(SEN LIGHT CORPORATION))を用いて行った。
表36及び表37には、通常セルを用いた電圧保持率の評価結果を、表38には、PSAセルを用いた電圧保持率の評価結果を示す。また、表39及び表40には、通常セルを用いた残留電荷の緩和の評価結果を、表41には、PSAセルを用いた残留電荷の緩和の評価結果を示す。紫外線照射後の評価結果についても、同様に各表に示す。
合成例1で得られた樹脂固形分濃度25.0質量%のポリアミド酸溶液(1)(10.0g)、NMP(5.7g)、A-1のNMP溶液(1.50g)(A-1が5.0質量%のNMP溶液)、BCS(25.8g)を加え、25℃にて2時間攪拌して、液晶配向処理剤(1)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(1)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
合成例2で得られたポリイミド粉末(2)(2.45g)に、NMP(10.9g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A-1のNMP溶液(2.45g)(A-1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(6.0g)、及びBCS(23.6g)を加え、50℃にて10時間攪拌して、液晶配向処理剤(2)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(2)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
合成例3で得られたポリイミド粉末(3)(2.40g)に、NMP(13.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A-1のNMP溶液(2.40g)(A-1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(7.2g)、及びBCS(18.9g)を加え、50℃にて10時間攪拌して、液晶配向処理剤(3)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(3)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
合成例3で得られたポリイミド粉末(3)(2.45g)に、NMP(12.9g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A-1のNMP溶液(4.90g)(A-1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(7.0g)、及びBCS(20.2g)を加え、50℃にて14時間攪拌して、液晶配向処理剤(4)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(4)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
合成例4で得られたポリイミド粉末(4)(2.41g)に、NMP(13.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A-1のNMP溶液(2.41g)(A-1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(7.3g)、及びBCS(19.0g)を加え、50℃にて10時間攪拌して、液晶配向処理剤(5)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(5)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
合成例5で得られたポリイミド粉末(5)(2.40g)に、NMP(13.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A-2のNMP溶液(2.40g)(A-2が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(7.4g)、及びBCS(18.9g)を加え、50℃にて11時間攪拌して、液晶配向処理剤(6)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(6)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
合成例6で得られたポリイミド粉末(6)(2.40g)に、NMP(16.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A-1のNMP溶液(1.44g)(A-1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(9.0g)、及びBCS(14.4g)を加え、50℃にて9時間攪拌して、液晶配向処理剤(7)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(7)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
合成例7で得られたポリイミド粉末(7)(2.41g)に、NMP(16.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A-2のNMP溶液(1.45g)(A-2が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(8.9g)、及びBCS(14.5g)を加え、50℃にて9時間攪拌して、液晶配向処理剤(8)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(8)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
合成例8で得られたポリイミド粉末(8)(2.40g)に、NMP(13.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A-1のNMP溶液(2.40g)(A-1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(7.4g)、及びBCS(18.9g)を加え、50℃にて10時間攪拌して、液晶配向処理剤(9)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(9)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
合成例9で得られたポリイミド粉末(9)(2.40g)に、NMP(14.5g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A-2のNMP溶液(3.36g)(A-2が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(8.0g)、及びBCS(17.1g)を加え、50℃にて12時間攪拌して、液晶配向処理剤(10)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(10)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
合成例10で得られたポリイミド粉末(10)(2.40g)に、NMP(14.0g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、A-1のNMP溶液(4.80g)(A-1が5.0質量%のNMP溶液)、NMP(7.6g)、及びBCS(17.6g)を加え、50℃にて14時間攪拌して、液晶配向処理剤(11)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(11)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
合成例1で得られた樹脂固形分濃度25.0質量%のポリアミド酸溶液(1)(10.0g)、NMP(6.7g)、及びBCS(25.1g)を加え、25℃にて2時間攪拌して、液晶配向処理剤(12)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(12)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
合成例2で得られたポリイミド粉末(2)(2.41g)に、NMP(11.8g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、NMP(6.4g)、及びBCS(22.1g)を加え、50℃にて10時間攪拌して、液晶配向処理剤(13)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(13)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
合成例4で得られたポリイミド粉末(4)(2.40g)に、NMP(14.3g)を加え、70℃にて24時間攪拌して溶解させた。この溶液に、NMP(7.7g)、及びBCS(18.1g)を加え、50℃にて10時間攪拌して、液晶配向処理剤(14)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(14)を用いて、上記した条件のもとで、セルの作製や各種の評価を行った。
特定アミン化合物を含まない比較例1~3は、長時間、光(紫外線)に曝された後の電圧保持率の低下が大きく、かつ残留電荷の蓄積が大きくなった。
また、同一のポリイミド前駆体又はポリイミドで、特定アミン化合物を含む実施例と特定アミン化合物を含まない比較例との比較においては、特定アミン化合物を含む実施例では、長時間、光(紫外線)に曝された後であっても、電圧保持率の低下が小さく、かつ残留電荷の緩和が小さかった。
具体的には、通常セルにおける、表36,表37,表39及び表40に示されるように、実施例1と比較例1との比較、実施例2と比較例2との比較、及び実施例5と比較例3との比較である。また、PSAセルにおける、表38及び表41に示されるように、実施例1と比較例1との比較、及び実施例2と比較例2との比較である。
さらに、本発明の液晶配向処理剤から得られた液晶配向膜は、液晶表示素子を作製する際に、紫外線を照射する必要がある液晶表示素子の作製においても有用である。
なお、2012年2月3日に出願された日本特許出願2012-021830号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (22)
- 下記の成分(A)及び成分(B)を含有することを特徴とする液晶配向処理剤。
成分(A):分子内に窒素含有芳香族複素環とヒドロキシル基又は炭素数1~3のアルコキシル基を有し、かつ前記ヒドロキシル基又は炭素数1~3のアルコキシル基が、2価の脂肪族炭化水素基又は非芳香族環式炭化水素基に結合している化合物。
成分(B):ポリイミド前駆体及びポリイミド前駆体をイミド化したポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体。 - 式[1a]中、X3が炭素数1~10の直鎖状アルキル基、炭素数1~10の分岐状アルキル基又はシクロヘキサン環である請求項3に記載の液晶配向処理剤。
- 式[1a]中、X4が単結合、-O-、-NH-、-CONH-、-NHCO-、-COO-、-OCO-又は-O(CH2)m-(mは1~5の整数である)である請求項3又は4に記載の液晶配向処理剤。
- 式[1a]中、X5がピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環又はピリミジン環である請求項3~5のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
- 式[1a]中、R2が水素原子又はメチル基である請求項3~6のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
- 前記成分(B)が、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させて得られるポリアミド酸及び該ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体である請求項1~7のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
- 前記ジアミン成分が、下記式[2]で示される側鎖を有するジアミン化合物である請求項8に記載の液晶配向処理剤。
- 式[2]の側鎖を有するジアミン化合物が、下記式[2a]で示されるジアミン化合物である請求項9に記載の液晶配向処理剤。
- 式[2]の側鎖を有するジアミン化合物又は式[2a]で示されるジアミン化合物が、ジアミン成分中の5~80モル%である請求項9又は10に記載の液晶配向処理剤。
- 前記成分(B)の重合体が、ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドである請求項1~13のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
- 前記成分(B)の100質量部に対し、前記成分(A)が0.1~20質量部である請求項1~14のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
- 液晶配向処理剤の全量(100質量%)に対して、5~60質量%の貧溶媒を含有する請求項1~15のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
- 請求項1~16のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤を用いて得られる液晶配向膜。
- 請求項17に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
- 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17に記載の液晶配向膜。
- 請求項19に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
- 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、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性基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17に記載の液晶配向膜。
- 請求項21に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
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