WO2019009192A1 - 液晶配向剤、及び、液晶パネル - Google Patents

液晶配向剤、及び、液晶パネル Download PDF

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真伸 水▲崎▼
博司 土屋
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シャープ株式会社
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    • G02F1/133788Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation by light irradiation, e.g. linearly polarised light photo-polymerisation

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal alignment agent and a liquid crystal panel having an alignment film formed of the liquid crystal alignment agent.
  • a liquid crystal display device is a display device using a liquid crystal composition for display, and a typical display method thereof is to irradiate light from a backlight to a liquid crystal panel in which the liquid crystal composition is sealed between a pair of substrates By applying a voltage to the liquid crystal composition to change the orientation of liquid crystal molecules, the amount of light transmitted through the liquid crystal panel is controlled.
  • the alignment of liquid crystal molecules in a state where no voltage is applied is generally controlled by an alignment film subjected to alignment processing.
  • an alignment film made of a polymer such as a polyimide (polyamic acid) based compound, a polysiloxane based compound, and a polyvinyl based compound is known.
  • a polymer such as a polyimide (polyamic acid) based compound, a polysiloxane based compound, and a polyvinyl based compound.
  • burn-in and stains may occur in the display area. In particular, when the liquid crystal panel is left in a high temperature environment, burn-in and stains tend to occur more easily.
  • Patent Document 1 In order to prevent the deterioration of the display quality of the liquid crystal panel under a high temperature environment, for example, in Patent Document 1, light is added to any one of polybenzoxazole compounds, polybenzothiazole compounds, and polybenzimidazole compounds. It has been studied to improve the heat resistance by using an alignment film made of a polymer in which an active group is bonded as a functional group.
  • the elution of the relatively low molecular weight polymer into the liquid crystal layer can be suppressed, for example, by crosslinking the polymers.
  • a method of crosslinking between the above-mentioned polymers there is a method of adding a low molecular additive such as an epoxy compound, a carboxylic acid compound or an amine compound to a liquid crystal aligning agent.
  • a low molecular additive such as an epoxy compound, a carboxylic acid compound or an amine compound
  • the low molecular weight additive in the method of adding the above-mentioned low molecular weight additive, unreacted low molecular weight additive elutes in the liquid crystal layer and reacts with water which is present in a very small amount in the liquid crystal layer to ionize, burns and stains. It could have been the cause. Furthermore, the low molecular weight additive is not uniformly distributed inside the alignment film, and is unevenly distributed in the vicinity of the molecules having high affinity, so that the resistance value of the alignment film becomes uneven, which causes display unevenness. there were.
  • the present inventors examined a method for suppressing the elution of the polymer constituting the alignment film into the liquid crystal layer, even when used under high environment for a long time without using the above-mentioned low molecular weight additive, It focused on improving the heat resistance of the film.
  • a homopolymer such as the polybenzoxazole-based compound, the polybenzothiazole-based compound, or the polybenzoimidazole-based compound disclosed in Patent Document 1 mentioned above, alignment is obtained.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned present situation, and is a liquid crystal aligning agent excellent in thermal stability and solvent solubility, and generation of burn-in and spots and reduction of contrast over a long time even under high temperature environment. It aims at providing a liquid crystal panel which can be controlled.
  • the present inventors examined a method of suppressing elution of a relatively low molecular weight polymer in the alignment film into the liquid crystal layer without using a low molecular weight additive, and the rigidity of the polymer constituting the alignment film We focused on the nature (molecular rigidity). According to the study of the present inventors, it was found that the alignment film formed using a conventional polyimide compound, polysiloxane compound, polyvinyl compound or the like does not have sufficient rigidity of the main chain. For example, in the case of a polyimide compound, the flexibility of the amic acid portion is high, and polysiloxane and polyvinyl have a flexible structure. It has been found that when the structure of the main chain is flexible, a polymer having a relatively low molecular weight is likely to be eluted in the liquid crystal because it is likely to undergo a conformational change.
  • the present inventors examined the method of improving molecular rigidity and focused attention on using an imidazole compound, an oxazole compound or a thiazole compound as a liquid crystal aligning agent. It has been found that the imidazole compound, the oxazole compound or the thiazole compound is difficult to elute the polymer even when used under a high temperature environment, and the heat resistance can be improved.
  • a homopolymer obtained by an imidazole compound, an oxazole compound, or a thiazole compound has a low dissolving solvent property, and even if a liquid crystal aligning agent containing the above-mentioned homopolymer is used, a film can not be formed uniformly. I found out.
  • the present inventors can improve the heat resistance by including the structure represented by the following chemical formula (1), and further improve the solvent solubility by forming a copolymer. And found that the coating performance is greatly improved.
  • X is any one of the structures represented by the following chemical formulas (X-1-1) to (X-1-9), or the following chemical formulas (X-2-1) to (X-2-) It is one of the structures represented by 4).
  • Y 1 is any of the structures represented by the following chemical formulas (Y-1-1) to (Y-1-16), or the following chemical formulas (Y-2-1) to (Y-2-10) It is one of the structures represented.
  • Z 1 and Z 2 are the same or different and each represent an —NH— group, an —O— group, or an —S— group.
  • R 1 represents a horizontal alignment group, a vertical alignment group, or a photoreactive functional group.
  • p 1 represents the number of repetitions and is an integer of 1 or more.
  • Another aspect of the present invention is a pair of substrates, a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, an alignment film disposed between at least one of the pair of substrates, and the liquid crystal layer.
  • the alignment film may be a liquid crystal panel including a structure derived from a copolymer including a structure represented by the following chemical formula (1).
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention is excellent in thermal stability and solvent solubility.
  • the liquid crystal panel of the present invention can suppress the occurrence of burn-in and stains and the decrease in contrast over a long time even under a high temperature environment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of a liquid crystal panel according to Embodiment 2.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of a liquid crystal panel according to Embodiment 2.
  • X is any one of the structures represented by the following chemical formulas (X-1-1) to (X-1-9), or the following chemical formulas (X-2-1) to (X-2-) It is one of the structures represented by 4).
  • Y 1 is any of the structures represented by the following chemical formulas (Y-1-1) to (Y-1-16), or the following chemical formulas (Y-2-1) to (Y-2-10) It is one of the structures represented.
  • Z 1 and Z 2 are the same or different and each represent an —NH— group, an —O— group, or an —S— group.
  • R 1 represents a horizontal alignment group, a vertical alignment group, or a photoreactive functional group.
  • p 1 represents the number of repetitions and is an integer of 1 or more.
  • the copolymer is obtained by polymerizing the structure represented by the chemical formula (1) and another polymer structure.
  • the other polymer structure is a structure for improving the solubility of the copolymer in the solvent, and examples thereof include polyamide and the like. Among them, an aromatic polyamide containing an aromatic ring is preferable.
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention is excellent in thermal stability and solvent solubility, so that a film excellent in heat resistance and scratch resistance can be uniformly formed. Therefore, the liquid crystal aligning agent of the present invention can be used, for example, as an alignment film material for forming an alignment film of a liquid crystal panel, a base alignment layer such as a coating retardation layer, and the like.
  • liquid crystal molecules having a photoreactive group are suitably used as the polymerizable liquid crystal.
  • liquid crystal molecules having a photoreactive group include substituents (mesogenic groups) such as biphenyl group, terphenyl group, naphthalene group, phenylbenzoate group, azobenzene group, and derivatives thereof, cinnamoyl group, chalcone group, cinnamylidene
  • side chains having a structure having a photoreactive group such as a group, ⁇ - (2-phenyl) acryloyl group, cinnamic acid group, derivatives thereof, etc., such as acrylate, methacrylate, maleimide, N-phenyl maleimide, siloxane, etc.
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention includes a polymer unit (repeating structure) composed of an imidazole compound, an oxazole compound or a thiazole compound in order to improve molecular rigidity.
  • the polymer unit composed of the imidazole compound, the oxazole compound or the thiazole compound corresponds to the structure represented by the chemical formula (1).
  • the structure represented by the above chemical formula (1) is included, a rigid molecular structure is formed, and it is difficult to change the conformation. Therefore, when an alignment film is formed using the liquid crystal aligning agent of the present invention, it becomes difficult to elute a polymer having a relatively low molecular weight in the liquid crystal layer.
  • the liquid crystal panel having an alignment film formed using the liquid crystal aligning agent of the present invention is unlikely to lower the voltage holding ratio even when used for a long time under a high temperature environment. The occurrence of burn-in and stains can be effectively suppressed.
  • the structure represented by the chemical formula (1) is rigid, the film hardness of the obtained alignment film can be improved.
  • a column spacer may be provided to keep the liquid crystal layer at a constant thickness, but the alignment film formed using the liquid crystal alignment agent of the present invention has high film hardness. It is hard to generate film peeling by contact.
  • the structure represented by the chemical formula (1) has higher planarity than the imide ring contained in the polyimide-based alignment film, the alignment film obtained has a high degree of alignment, and the liquid crystal molecules adjacent to the alignment film Since the degree of alignment can be increased, it is possible to suppress the alignment disorder of the liquid crystal molecules caused by the thermal fluctuation. For these reasons, a liquid crystal panel having an alignment film formed using the liquid crystal aligning agent of the present invention can maintain high contrast even when used for a long time under a high temperature environment.
  • the homopolymer having only the structure represented by the chemical formula (1) has low solvent solubility, even when using a liquid crystal aligning agent containing the above-mentioned homopolymer, the coating film can be formed uniformly. It is difficult. If there is a region where the alignment film is not formed on the substrate, the alignment of the liquid crystal molecules can not be controlled in the above region, so that the contrast of the liquid crystal panel is lowered.
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention has excellent solvent solubility while obtaining high thermal stability by including a copolymer including the structure represented by the chemical formula (1).
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention has improved solvent solubility, and can be formed into a film using a printing method such as an inkjet method.
  • the alignment film formed using the liquid crystal alignment agent of the present invention is a substrate on which the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer are formed with an alignment film when no voltage is applied to the liquid crystal layer constituting the liquid crystal panel. It may be oriented substantially horizontally or may be oriented substantially vertically.
  • substantially horizontal means that the pretilt angle is preferably 10 ° or less, more preferably 5 ° or less, and still more preferably 2 ° or less. From the viewpoint of obtaining the effect of maintaining good contrast characteristics over a long period, it is particularly preferable that the angle is 0 °.
  • pretilt angle refers to the angle of inclination of liquid crystal molecules (angle formed by the major axis of liquid crystal molecules) from the direction parallel to the substrate surface on which the alignment film is formed. And the angle of the normal to the substrate surface is 90 °.
  • the alignment film which does not contain a photoreactive site in the polymer is called “horizontal alignment film”.
  • the alignment film including the reaction site is called “horizontal light alignment film”.
  • the alignment film containing no photoreactive site in the polymer is called “vertical alignment film”
  • the alignment including the photoreactive site The film is called “vertical light alignment film”.
  • the above “horizontal alignment film” does not include the above “horizontal light alignment film”.
  • the above “vertical alignment film” does not include the above “vertical light alignment film”.
  • part means the structure which a structure change can produce by irradiating lights (electromagnetic waves), such as an ultraviolet light and visible light.
  • lights electromagnetic waves
  • Examples of the structural change of the photoreactive site include dimerization (dimer formation), isomerization, light fleece transfer, decomposition and the like.
  • the alignment control force of the alignment film is expressed, or the magnitude and / or the direction of the alignment control force of the alignment film is changed.
  • the alignment control force refers to the property of controlling the alignment of liquid crystal molecules present in the vicinity of the alignment film.
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention may be used as an alignment film material for forming a horizontal alignment film or for forming a vertical alignment film.
  • the structure represented by the chemical formula (1) has photoreactive sites at X, Y 1 and R 1 above. It is preferable not to contain
  • the X is represented by the chemical formulas (X-1-1) to (X-1-9) It may be any of the following structures.
  • Y 1 may be any of the structures represented by the chemical formulas (Y-1-1) to (Y-1-16).
  • the R 1 is preferably a horizontal alignment group.
  • the above-mentioned horizontal alignment group is a functional group that causes the film formed using a liquid crystal alignment agent to exert an alignment control force to align liquid crystal molecules substantially horizontally, and does not include a photoreactive site.
  • R 1 may be a photoreactive functional group.
  • the photoreactive functional group refers to a functional group containing a photoreactive site.
  • a functional group that exerts an alignment control force that causes liquid crystal molecules to be aligned approximately horizontally with respect to a film formed using a liquid crystal aligning agent It is called a group.
  • a functional group that exerts an alignment regulating force that causes liquid crystal molecules to be aligned approximately perpendicularly to a film formed using a liquid crystal aligning agent is called a vertical light alignment group.
  • the R 1 is preferably a vertical light alignment group.
  • the vertical light directing group may be any of the structures represented by the following chemical formulas (R-4-1) to (R-4-21).
  • the copolymer may be represented by the following chemical formula (2).
  • the Y 1 and Y 2 are the same or different and each of the above-mentioned chemical formulas (Y-1-1) to It may be any of the structures represented by Y-1-16). At least one of R 1 and R 2 may be the horizontal alignment group or the vertical alignment group. W may be any of the structures represented by the chemical formulas (W-1-1) to (W-1-11).
  • any of the structures represented by the chemical formulas (X-1-1) to (X-1-9), or the structures represented by the chemical formulas (X-2-1) to (X-2-4) As a compound containing any one of the above, for example, -NH 2 is bonded to at least two of the four bonding positions in the chemical formula, and -NH 2 , -OH, or -SH is bonded to the remaining two.
  • Compounds are preferred. Specific examples thereof include tetraamine compounds having four -NH 2 groups, tetrahydroxyl compounds having four -OH groups, and tetrathiol compounds having four -SH groups.
  • the solvent used in the first reaction step and the second reaction step may be used as a solvent for the liquid crystal aligning agent, or may be replaced with a solvent different from the reaction solvent after synthesis of the copolymer to be used as the solvent for the liquid crystal aligning agent .
  • the active matrix substrate those generally used in the field of liquid crystal panels can be used.
  • a configuration of the active matrix substrate in plan view a plurality of parallel gate signal lines formed on a transparent substrate; a plurality of parallel gate signals extending in a direction orthogonal to the gate signal lines Source signal lines; Active elements such as thin film transistors (TFTs) arranged corresponding to intersections between gate signal lines and source signal lines; Matrix for each area (sub-pixel) partitioned by gate signal lines and source signal lines.
  • TFTs thin film transistors
  • Matrix for each area (sub-pixel) partitioned by gate signal lines and source signal lines There is a configuration in which pixel electrodes and the like arranged in a shape are provided.
  • the horizontal alignment mode such as the FFS mode and the IPS mode
  • a common wire; and a counter electrode or the like connected to the common wire are further provided.
  • the color filter substrate those commonly used in the field of liquid crystal panels can be used.
  • the configuration of the color filter substrate include a configuration in which a black matrix formed in a lattice shape, a lattice, that is, a color filter formed inside a pixel, is provided on a transparent substrate.
  • the liquid crystal layer 30 is not particularly limited as long as it is a layer containing at least one liquid crystal material.
  • the liquid crystal material those generally used in the field of liquid crystal panels can be used.
  • the liquid crystal material may have a negative value or a positive value of dielectric anisotropy ( ⁇ ) defined by the following formula.
  • dielectric anisotropy
  • a liquid crystal material (positive liquid crystal material) having positive dielectric anisotropy for example, one having a ⁇ of 1 to 20 can be used.
  • the alignment film 40 controls the alignment of liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer 30 in a state where a voltage is not applied to the liquid crystal layer 30 (including a voltage applied state less than the threshold of liquid crystal molecules).
  • the alignment film 40 may be such that liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 30 are aligned substantially horizontally when no voltage is applied, or even if liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 30 are aligned substantially vertically.
  • the alignment film 40 may be any of a horizontal alignment film, a vertical alignment film, a horizontal light alignment film, and a vertical light alignment film.
  • X represents any one of the structures represented by the above-mentioned chemical formulas (X-1-1) to (X-1-9), or the above-mentioned chemical formulas (X-2-1) to (X-2-) It is one of the structures represented by 4).
  • Y 1 is any of the structures represented by the above chemical formulas (Y-1-1) to (Y-1-16), or the above chemical formulas (Y-2-1) to (Y-2-10) It is one of the structures represented.
  • Z 1 and Z 2 are the same or different and each represent an —NH— group, an —O— group, or an —S— group.
  • R 1 represents a horizontal alignment group, a vertical alignment group, or a photoreactive functional group.
  • p 1 represents the number of repetitions and is an integer of 1 or more.
  • the structure derived from the above-mentioned copolymer means that at least Z 1 and Z 2 of the above-mentioned chemical formula (1) or the following chemical formula (2) are the same or different and represent -NH-, -O- or-
  • the structure which is S-group should just be maintained.
  • the copolymer contained in the liquid crystal aligning agent for forming a vertical alignment film or for forming a horizontal alignment film does not have a photoreactive site, so that decomposition or the like due to the photo alignment treatment does not occur. Therefore, when the alignment film 40 is a vertical alignment film or a horizontal alignment film, a structure derived from a copolymer including a structure represented by the above chemical formula (1) or the following chemical formula (2) contained in the alignment film 40; The copolymer containing the structure represented by said Chemical formula (1) or following Chemical formula (2) contained in the said liquid crystal aligning agent is the same.
  • the copolymer contained in the liquid crystal aligning agent for forming a vertical photo alignment film or for forming a horizontal photo alignment film has a main chain (X, Y 1 , Y 2 , W) and side chains (R 1 , R 1 ) Since at least one of the photoreactive sites is present, depending on the type of the photoreactive site, decomposition or the like may occur due to the light alignment treatment.
  • the alignment film 40 when the alignment film 40 is a vertical light alignment film or a horizontal light alignment film, a structure derived from a copolymer including a structure represented by the above chemical formula (1) or the following chemical formula (2) contained in the alignment film 40
  • the structure of the photoreactive site may be different from that of the copolymer containing the structure represented by the above-mentioned chemical formula (1) or the following chemical formula (2) contained in the liquid crystal aligning agent.
  • Z 1 and Z 2 of the above chemical formula (1) or the following chemical formula (2) are the same or different, and the alignment film 40 is -NH- group, -O- group, or-
  • the effects of the present invention can be obtained by including a structure that is an S-group.
  • the copolymer may be represented by the following chemical formula (2).
  • X represents any one of the structures represented by the above-mentioned chemical formulas (X-1-1) to (X-1-9), or the above-mentioned chemical formulas (X-2-1) to (X-2-) It is one of the structures represented by 4).
  • Y 1 and Y 2 are the same or different, and any of the structures represented by the above chemical formulas (Y-1-1) to (Y-1-16), or the above chemical formula (Y-2-1) to One of the structures represented by (Y-2-10).
  • Z 1 and Z 2 are the same or different and each represent an —NH— group, an —O— group, or an —S— group.
  • R 1 and R 2 are the same or different and each represents a horizontal alignment group, a vertical alignment group, or a photoreactive functional group.
  • W is any one of the structures represented by the chemical formulas (W-1-1) to (W-1-11), or a table represented by the chemical formulas (W-2-1) to (W-2-5) Is one of the structures n is a real number greater than 0 and less than 1.
  • p 2 represents the number of repetitions and is an integer of 1 or more.
  • X may be any one of the structures represented by the chemical formulas (X-1-1) to (X-1-9).
  • B X may be any of the structures represented by the chemical formulas (X-2-1) to (X-2-4).
  • Y 1 may be any of the structures represented by the chemical formulas (Y-1-1) to (Y-1-16).
  • D Y 1 may be any of the structures represented by the chemical formulas (Y-2-1) to (Y-2-10).
  • the photoreactive functional group may be any of a cinnamate group, chalcone group, azobenzene group, coumarin group, tolan group or stilbene group.
  • the horizontal alignment group may be any of the structures represented by the chemical formulas (R-1-1) to (R-1-8).
  • the vertical alignment group may be any of the structures represented by the chemical formulas (R-2-1) to (R-2-7).
  • the horizontal alignment group may be any of the structures represented by the chemical formulas (R-1-1) to (R-1-8).
  • the vertical alignment group may be any of the structures represented by the chemical formulas (R-2-1) to (R-2-7).
  • the horizontal light directing group may be a structure represented by the chemical formula (R-3-1) or (R-3-2).
  • the vertical light directing group may be any of the structures represented by the chemical formulas (R-4-1) to (R-4-21).
  • At least one of R 1 and R 2 may be the photoreactive functional group.
  • At least one of R 1 and R 2 may be the horizontal alignment group or the vertical alignment group.
  • N Y 1 and Y 2 may be the same or different and any of the structures represented by the chemical formulas (Y-1-1) to (Y-1-16).
  • O Y 1 and Y 2 may be the same or different and any of the structures represented by the chemical formulas (Y-2-1) to (Y-2-10).
  • W may be any of the structures represented by the chemical formulas (W-1-1) to (W-1-11).
  • the W may be any of the structures represented by the chemical formulas (W-2-1) to (W-2-5).
  • a polarizing plate (linear polarizer) 70 may be disposed on the opposite side to the liquid crystal layer 30 of the pair of substrates 10 and 20, respectively.
  • an anisotropic material such as iodine is adsorbed to polyvinyl alcohol (PVA) and the sheet is stretched.
  • protective films such as a triacetyl-cellulose film, are laminated on both surfaces of the said PVA sheet, and it is provided for practical use.
  • An optical film such as a retardation layer may be disposed between the polarizing plate 70 and the pair of substrates 10 and 20.
  • the retardation layer may be a coating retardation layer using the liquid crystal aligning agent of the present invention as a base alignment layer.
  • the manufacturing method of the said liquid crystal panel is not specifically limited, For example, the process of applying the liquid crystal aligning agent of this invention on the surface of a pair of board
  • the roll coating method, a spinner method, the printing method, the inkjet method etc. are mentioned as the said coating method.
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention has high solvent solubility, and thus can be coated using an inkjet method. By using the inkjet method, large-area film formation can be performed at normal pressure, so that manufacturing can be easily performed.
  • a rubbing method for the horizontal alignment film and the vertical alignment film as the alignment treatment. It is preferable to use a light alignment method for the horizontal light alignment film and the vertical light alignment film.
  • Examples of the photoalignment method include a method of irradiating light to a coating film formed by a liquid crystal alignment agent.
  • the light used in the photoalignment method may be light (electromagnetic wave) such as ultraviolet light or visible light, but the wavelength is preferably 250 nm to 400 nm. By setting the wavelength to 250 to 400 nm, a structural change can be caused in the material showing the photoalignment property of the photoalignment film, and the alignment control force can be expressed.
  • linearly polarized ultraviolet light can be used as the light used in the photoalignment method.
  • the preferable lower limit of the light irradiation amount is 0.1 mJ / cm 2
  • the preferable upper limit is 5 J / cm 2
  • a more preferred lower limit of the irradiation amount of the light is 1 mJ / cm 2
  • more preferred upper limit is 3J / cm 2
  • still more preferred lower limit is 10 mJ / cm 2
  • still more preferred upper limit is 1 J / cm 2
  • the particularly preferred upper limit is 500 mJ / cm 2 .
  • the heating may be performed in two stages of temporary firing and main firing.
  • preliminary firing and main firing may be performed before and after the orientation treatment step.
  • a step of forming a liquid crystal layer may be provided between the pair of substrates on which the alignment film is formed.
  • the step of forming the liquid crystal layer may be a method in which a sealing material is applied to one of the pair of substrates, a liquid crystal composition is dropped on the inside of the sealing material, and then the other substrate is bonded.
  • the liquid crystal composition may be filled after bonding the pair of substrates with a sealing material.
  • realignment treatment may be performed to make the liquid crystal molecules into an isotropic phase.
  • Embodiment 3 Another aspect of the present invention may be a liquid crystal display device provided with the liquid crystal panel of the present invention.
  • the liquid crystal display device includes, for example, a backlight unit on the back surface of one of the pair of substrates 10 and 20 of the liquid crystal panel.
  • the backlight unit As the above-mentioned backlight unit, those usually used in the field of liquid crystal display devices can be used.
  • the backlight unit is not particularly limited as long as it emits light including visible light, and may be light emitting only visible light, and emits light including both visible light and ultraviolet light. It may be one. In order to enable color display by the liquid crystal display device, the backlight unit preferably emits white light.
  • a light source of the backlight 80 for example, a light emitting diode (LED) is suitably used.
  • LED light emitting diode
  • visible light means light (electromagnetic wave) having a wavelength of 380 nm or more and less than 800 nm.
  • the display mode is not particularly limited, and, for example, IPS (In Plane Switching) mode, FFS (Fringe Field Switching) mode, VA (Vertical Alignment) mode, Electrically Controlled Birefringene (ECB) mode, RTN (Reverse)
  • IPS In Plane Switching
  • FFS Flexible Field Switching
  • VA Very Alignment
  • EOB Electrically Controlled Birefringene
  • RTN Reverse
  • the liquid crystal display device may be a Twisted Nematic mode or a CPA (Continuous Pinwheel Alignment) mode.
  • the IPS mode and the FFS mode have a pixel electrode and a common electrode on at least one of the substrates 10 and 20.
  • the liquid crystal molecules are aligned substantially horizontally to the alignment film.
  • the display is performed by changing the alignment of liquid crystal molecules by a horizontal electric field or a fringe electric field formed between the pixel electrode and the common electrode.
  • the liquid crystal material may be negative or positive.
  • one of the substrates 10 and 20 has a pixel electrode and the other has a common electrode.
  • liquid crystal molecules are aligned substantially perpendicularly to the alignment film in the VA mode, RTN mode and CPA mode.
  • the ECB mode liquid crystal molecules are aligned substantially horizontally to the alignment film.
  • display is performed by changing the alignment of liquid crystal molecules by the longitudinal electric field formed between the pixel electrode and the common electrode.
  • display when voltage is applied, display may be performed by tilting liquid crystal molecules by a longitudinal electric field formed in the liquid crystal layer.
  • An opening may be provided in at least one of the pixel electrode and the counter electrode.
  • the liquid crystal material negative liquid crystal can be used.
  • alignment films may be formed on the substrates 10 and 20 such that alignment orientations of liquid crystal molecules at the time of no voltage application are approximately orthogonal.
  • An opening may be provided in at least one of the pixel electrode and the counter electrode.
  • the liquid crystal material negative liquid crystal can be used.
  • a plurality of pixel electrodes may be provided for each sub-pixel.
  • display may be performed by forming an oblique electric field between the edge of the pixel electrode and the counter electrode, and inclining liquid crystal molecules radially toward the center of the pixel electrode.
  • the liquid crystal material negative liquid crystal can be used.
  • the ECB mode is a display mode using birefringence with a nematic liquid crystal with positive dielectric anisotropy.
  • the display is performed by changing the retardation of the liquid crystal layer by the applied voltage.
  • the liquid crystal panel used for the liquid crystal display device in the alignment mode preferably has a vertical alignment film or a vertical light alignment film as an alignment film.
  • the RTN mode one using a photo alignment film is also referred to as a UV 2A (Ultra Violet Induced Vertical Alignment) mode.
  • UV2A Ultra Violet Induced Vertical Alignment
  • alignment treatment is performed by ultraviolet irradiation. It is preferable that the liquid crystal panel used for the liquid crystal display device of said UV2A mode has a perpendicular
  • the liquid crystal panel used for the liquid crystal display device of the said IPS mode, FFS mode, and ECB mode has a horizontal alignment film or a horizontal light alignment film as an alignment film.
  • the alignment film formed of the liquid crystal alignment agent of the present invention has a high degree of alignment, and can sufficiently control the alignment of liquid crystal molecules adjacent to the alignment film, so it is also suitable as a horizontal alignment film or a horizontal light alignment film. It can be used for By using the horizontal alignment film or the horizontal photo alignment film formed of the liquid crystal alignment agent of the present invention, the long-term reliability of the liquid crystal display device in the IPS mode and the FFS mode can be maintained. Furthermore, in the liquid crystal display device of the IPS mode and the FFS mode, the contrast of the liquid crystal display device can be further improved by using a negative liquid crystal material as the liquid crystal material.
  • the copolymer including the structure represented by the above chemical formula (6) is a structure in which X is represented by the following chemical formula (X-1-8) in the following chemical formula (2), and Y 1 and Y 2 are the following A structure represented by the chemical formula (Y-1-1) or the following chemical formula (Y-1-2), wherein W is a structure represented by the following chemical formula (W-1-1), Z 1 and Z 2 Is a —NH— group, R 1 and R 2 are —H (the above chemical formula (R-1-1)), and n is 0.8.
  • Example 1-1 is the same as Example 1-1 except that the mixing ratio of the tetraamine compound represented by the chemical formula (3) and the diamine compound represented by the chemical formula (4) is changed in the step of preparing the precursor.
  • Example 1-2 in which n in the chemical formula (2) is 0.5, Example 1-3 in which n is 0.2, Comparative Example 1-1 in which n is 0, and n Comparative Example 1-2 with 1 as 1 was synthesized.
  • Comparative Example 1-1 was a homopolymer obtained by adding only the diamine compound represented by the chemical formula (4) without adding the tetraamine compound.
  • Comparative Example 1-2 was a homopolymer obtained by adding only the tetraamine compound represented by the chemical formula (3) without adding the diamine compound.
  • liquid crystal panels in the FFS mode were produced by the following method.
  • a substrate having an ITO (Indium Tin Oxide) electrode provided with an opening (slit) and having an FFS mode electrode structure formed thereon and a substrate not having an electrode are prepared, and each liquid crystal is formed on the pair of substrates
  • An alignment agent was applied, and pre-baking was performed at 90 ° C. for 5 minutes, and then main baking was performed at 230 ° C. for 40 minutes.
  • the application of the liquid crystal aligning agent was performed by spin coating.
  • An alignment process was performed by rubbing the surface of the horizontal alignment film formed on the pair of substrates.
  • a UV curable sealing agent manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., trade name: Photolec S-WB
  • a liquid crystal composition containing a positive liquid crystal material having positive dielectric anisotropy was dropped.
  • the two substrates were attached to each other under vacuum and irradiated with ultraviolet light to cure the sealing agent.
  • the liquid crystal cell was heated at 130 ° C. for 40 minutes to carry out a realignment process to make the liquid crystal molecules into an isotropic phase. Then, it cooled to room temperature and obtained the liquid crystal panel of FFS mode.
  • Examples 1-1 to 1-3 of the FFS mode using a liquid crystal aligning agent for forming a horizontal alignment film containing the copolymer represented by the chemical formula (6) are not effective. Even when it was left for 500 hours in a high temperature environment of 75 ° C. while being irradiated with light, VHR and contrast were hardly reduced. From this, even when used for a long time in a high temperature environment, Examples 1-1 to 1-3 can effectively suppress the occurrence of burn-in and stain due to the decrease in VHR, and maintain the contrast. It turned out that it can be done.
  • the liquid crystal solubility of the copolymer can be significantly reduced by introducing the structure represented by the chemical formula (1). Therefore, it is considered that the elution of a part of the copolymer into the liquid crystal layer can be suppressed, the degree of alignment of the alignment film can be increased, and the decrease in VHR and the contrast can be suppressed. Further, since the structure represented by the chemical formula (1) has high planarity, in Examples 1-1 to 1-3 in which the structure represented by the chemical formula (1) is introduced, the degree of alignment of the alignment film is increased. As a result, the alignment of the liquid crystal molecules is also increased, and thus the contrast is considered to be improved.
  • Comparative Example 1-1 a decrease in VHR and contrast was confirmed after the high temperature test.
  • an alignment film is formed of a homopolymer not including the structure represented by the chemical formula (1). Therefore, since the rigidity of the polymer constituting the alignment film is low and the conformational change is likely to occur, it is considered that a part of the above-mentioned homopolymer is eluted in the liquid crystal layer and the VHR is lowered. In addition, it is considered that the contrast is lowered by the high temperature test because the homopolymer of Comparative Example 1-1 has low planarity and the orientation degree of the alignment film formed of the above-mentioned homopolymer is low.
  • Comparative Example 1-2 the values of VHR and contrast were already low at the stage before the high temperature test, and the values of VHR and contrast further decreased after the high temperature test.
  • the impurity is eluted into the liquid crystal layer from under the alignment film, or the carrier is injected into the liquid crystal layer from the electrode, resulting in a decrease in VHR. Conceivable.
  • the wettability to the substrate surface may be nonuniform, and the film resistance of the alignment film may also be nonuniform.
  • Example 1-1 the above precursor is reacted in the same manner as in Example 1-1, and contains a mixed solution of ⁇ -butyrolactone and NMP as a solvent, and a copolymer containing a structure represented by the following chemical formula (10) A liquid crystal aligning agent was obtained.
  • the copolymer including the structure represented by the above chemical formula (10) is a structure in which X is represented by the following chemical formula (X-1-6) in the above chemical formula (2), and Y 1 and Y 2 are the following And a structure represented by the chemical formula (Y-2-1) or the following chemical formula (Y-2-2), wherein W is a structure represented by the following chemical formula (W-1-8), Z 1 and Z 2 Is a —NH— group, R 1 and R 2 are —H (the above chemical formula (R-1-1)), and n is 0.8.
  • Example 2-2 Example 2-3, Comparative Example 2-1, and Comparative Example 2-2
  • Example 2-1 Example 2-1 and the process of preparing the precursor except that the mixing ratio of the tetraamine compound represented by the chemical formula (7) and the diamine compound represented by the chemical formula (8) is changed
  • Example 2-2 in which n in the chemical formula (2) is 0.5
  • Example 2-3 in which n is 0.2
  • Comparative Example 2-1 in which n is 0, and n Comparative Example 2-2 was synthesized
  • Comparative Example 2-1 was a homopolymer obtained by adding only the diamine compound represented by the chemical formula (8) without adding the tetraamine compound.
  • Comparative Example 2-2 was a homopolymer obtained by adding only the tetraamine compound represented by the chemical formula (7) without adding the diamine compound.
  • liquid crystal panels in the FFS mode were produced by the following method.
  • a substrate on which an FFS mode electrode structure is formed and a substrate not having an electrode are prepared, each liquid crystal aligning agent is applied on the pair of substrates, and temporary baking is performed at 90 ° C. for 5 minutes.
  • the surface of the coating film formed on the pair of substrates was subjected to photoalignment treatment by irradiating 5 J / cm 2 of linearly polarized ultraviolet light having a central wavelength of 360 nm. Thereafter, main baking was performed at 230 ° C. for 40 minutes to form a horizontal light alignment film.
  • an FFS mode liquid crystal panel was obtained in the same manner as in Example 1-1 except that a liquid crystal composition containing a negative liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy was used.
  • Examples 2-1 to 2-3 of the FFS mode using the liquid crystal aligning agent for forming the horizontal light alignment film containing the copolymer represented by the chemical formula (10) are as follows: Even when it was left at 75 ° C. for 500 hours while being irradiated with backlight, there was almost no reduction in VHR and contrast. From this, in Examples 2-1 to 2-3, even when used for a long time in a high temperature environment, it is possible to effectively suppress the occurrence of burn-in and stain due to the decrease in VHR and maintain the contrast. It turned out that it can be done.
  • the liquid crystal solubility of the copolymer can be significantly reduced by introducing the structure represented by the chemical formula (1). Therefore, it is considered that the elution of a part of the copolymer into the liquid crystal layer can be suppressed, the degree of alignment of the alignment film can be increased, and the decrease in VHR and the contrast can be suppressed.
  • the degree of alignment of the alignment film is increased, and as a result, the alignment of the liquid crystal molecules is obtained. It is thought that the contrast is improved because the
  • Comparative Example 2-1 in which n was 0 did not have horizontal alignment because the alignment film did not contain a photoreactive site. Further, in Comparative Example 2-1, a decrease in VHR was confirmed after the high temperature test. In Comparative Example 2-1, since the alignment film is formed of a homopolymer not including the structure represented by the chemical formula (1), the molecular rigidity is low, and a part of the homopolymer is in the liquid crystal layer. It is thought that the VHR was lowered. In addition, it is considered that the contrast is lowered by the high temperature test because the homopolymer of Comparative Example 2-1 has low planarity and the degree of orientation of the alignment film formed of the above-mentioned homopolymer is low.
  • Comparative Example 2-2 the values of VHR and contrast were already low at the stage before the high temperature test, and the values of VHR and contrast further decreased after the high temperature test.
  • the impurity is eluted into the liquid crystal layer from under the alignment film, or the carrier is injected into the liquid crystal layer from the electrode, resulting in a decrease in VHR. Conceivable.
  • Example 1-1 the above precursor is reacted in the same manner as in Example 1-1, and contains a mixed solution of ⁇ -butyrolactone and NMP as a solvent, and a copolymer including a structure represented by the following chemical formula (13) A liquid crystal aligning agent was obtained.
  • the copolymer including the structure represented by the above chemical formula (13) is a structure in which X is represented by the following chemical formula (X-1-9) in the above chemical formula (2), and Y 1 and Y 2 are the following R 1 is a structure represented by the chemical formula (Y-1-1), W is a structure represented by the following chemical formula (W-1-10), Z 1 and Z 2 are -NH- groups, R 1 And R 2 is any one of a structure represented by the following chemical formula (R-2-1) and —CH 3 (the above chemical formula (R-1-2)), and n is 0.8 It was a polymer.
  • Example 3-1 Example 3-1 and the process of preparing the precursor except that the mixing ratio of the tetraamine compound represented by the chemical formula (11) and the diamine compound represented by the chemical formula (12) is changed Similarly, Example 3-2 in which n in the chemical formula (2) is 0.5, Example 3-3 in which n is 0.2, Comparative Example 3-1 in which n is 0, and n Comparative Example 3-2 with 1 as 1 was synthesized. Comparative Example 3-1 was a homopolymer obtained by adding only the diamine compound represented by the chemical formula (12) without adding the tetraamine compound and the vertical alignment component. Comparative Example 3-2 was a homopolymer obtained by adding only the tetraamine compound represented by the chemical formula (11) without adding the diamine compound.
  • VA mode liquid crystal panels were produced by the following method.
  • each liquid crystal aligning agent is applied on the pair of substrates, and temporary baking is performed at 90 ° C. for 5 minutes, and subsequently 40 minutes at 200 ° C.
  • An alignment film was formed by performing the main baking.
  • a liquid crystal in the VA mode in the same manner as in Example 1-1 except that the alignment treatment is not performed and a liquid crystal composition containing a negative liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy is used. I got a panel.
  • Examples 3-1 to 3-3 of the VA mode using a liquid crystal aligning agent for forming a horizontal light alignment film containing the copolymer represented by the chemical formula (13) Even when it was left at 75 ° C. for 500 hours while being irradiated with backlight, there was almost no reduction in VHR and contrast. From this, in Examples 3-1 to 3-3, even when used for a long time in a high temperature environment, it is possible to effectively suppress the occurrence of burn-in and stain due to the decrease in VHR and maintain the contrast. It turned out that it can be done.
  • the liquid crystal solubility of the copolymer can be significantly reduced by introducing the structure represented by the chemical formula (1). Therefore, it is considered that the elution of a part of the copolymer into the liquid crystal layer can be suppressed, the degree of alignment of the alignment film can be increased, and the decrease in VHR and the contrast can be suppressed. Further, in Examples 3-1 to 3-3, since the structure represented by the chemical formula (1) having high planarity is introduced, the degree of alignment of the alignment film is increased, and as a result, the alignment of the liquid crystal molecules is obtained. It is thought that the contrast is improved because the
  • Comparative Example 3-1 in which n was 0, the alignment film did not contain the vertical alignment functional group, and thus the alignment did not become vertical alignment.
  • a decrease in VHR was confirmed after the high temperature test.
  • the alignment film is formed of the homopolymer not including the structure represented by the chemical formula (1), the molecular rigidity is low, and a part of the homopolymer is in the liquid crystal layer. It is thought that the VHR was lowered. Further, since the homopolymer of Comparative Example 3-1 did not have a vertical alignment group, it is considered that the contrast was lowered by the high temperature test.
  • Comparative Example 3-2 the values of VHR and contrast were already low at the stage before the high temperature test, and the values of VHR and contrast further decreased after the high temperature test.
  • the impurity is eluted into the liquid crystal layer from under the alignment film, or the carrier is injected into the liquid crystal layer from the electrode, resulting in a decrease in VHR. Conceivable.
  • Example 1-1 the above precursor is reacted in the same manner as in Example 1-1, and contains a mixed solution of ⁇ -butyrolactone and NMP as a solvent, and a copolymer containing a structure represented by the following chemical formula (14) A liquid crystal aligning agent was obtained.
  • Example 4-1 and Example 4-1 except that in the step of preparing the precursor, the mixing ratio of the tetraamine compound represented by the chemical formula (3) and the diamine compound represented by the chemical formula (8) is changed Similarly, Example 4-2 in which n in the chemical formula (2) is 0.5, Example 4-3 in which n is 0.2, Comparative Example 4-1 in which n is 0, and n Comparative Example 4-2 with 1 as 1 was synthesized. Comparative Example 4-1 was a homopolymer obtained by adding only the diamine compound represented by the chemical formula (8) without adding the tetraamine compound. Comparative Example 4-2 was a homopolymer obtained by adding only the tetraamine compound represented by the chemical formula (3) without adding the diamine compound.
  • liquid crystal panels in the RTN mode were produced by the following method.
  • Example 1-1 Prepare two substrates in which ITO electrodes are formed on the entire surface of the substrate without providing an opening, apply each liquid crystal aligning agent on the pair of substrates, perform temporary baking at 90 ° C. for 5 minutes, and continue at 200 ° C. The main firing was performed for 40 minutes. Then, 50 mJ / cm 2 of linearly polarized ultraviolet light having a center wavelength of 330 nm was applied to the surface of the coating film formed on the pair of substrates to perform a photoalignment treatment. Next, an RTN mode liquid crystal panel was obtained in the same manner as in Example 1-1 except that a liquid crystal composition containing a negative liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy was used.
  • Examples 4-1 to 4-3 of the RTN mode using a liquid crystal aligning agent for forming a vertical photo alignment film containing the copolymer represented by the chemical formula (14) are Even when it was left at 75 ° C. for 500 hours while being irradiated with backlight, there was almost no reduction in VHR and contrast. From this, in Examples 4-1 to 4-3, even when used for a long time in a high temperature environment, it is possible to effectively suppress the occurrence of the burn-in and the stain due to the decrease in VHR, and maintain the contrast. It turned out that it can be done.
  • the liquid crystal solubility of the copolymer can be significantly reduced by introducing the structure represented by the chemical formula (1). Therefore, it is considered that the elution of a part of the copolymer into the liquid crystal layer can be suppressed, the degree of alignment of the alignment film can be increased, and the decrease in VHR and the contrast can be suppressed. Further, in Examples 4-1 to 4-3, since the structure represented by the chemical formula (1) having high planarity is introduced, the degree of alignment of the alignment film is increased, and as a result, the alignment of the liquid crystal molecules is obtained. It is thought that the contrast is improved because the
  • Comparative Example 4-2 the values of VHR and contrast were already low at the stage before the high temperature test, and the values of VHR and contrast further decreased after the high temperature test. In particular, the contrast was quite low at the stage before the high temperature test.
  • Comparative Example 4-2 in which n is 1 contains a homopolymer containing only the structure represented by the chemical formula (1), so that the solvent solubility is low, and the coating film is formed on the entire surface of the substrate It is believed that the film could not be deposited uniformly. Further, in Comparative Example 4-2, the formation of the alignment film is not uniform, so that the impurities are eluted into the liquid crystal layer from below the alignment film, or the carriers are injected into the liquid crystal layer from the electrode.
  • Example 5-1 ⁇ Synthesis of Liquid Crystal Alignment Agent for Forming Horizontal Photoalignment Film> (Example 5-1)
  • 0.08 mol of the tetraamine compound represented by the chemical formula (3) and 0.02 mol of the diamine compound represented by the chemical formula (8) were dissolved in ⁇ -butyrolactone.
  • a horizontal photoalignment component containing a structure represented by the above chemical formula (Y-1-1) and a horizontal photoalignment group represented by the following chemical formula (R-3-1) is added and reacted.
  • Example 1-1 the above precursor is reacted in the same manner as in Example 1-1, and contains a mixed solution of ⁇ -butyrolactone and NMP as a solvent, and a copolymer containing a structure represented by the following chemical formula (15) A liquid crystal aligning agent was obtained.
  • Example 5-1 and Example 5-1 except that the mixing ratio of the tetraamine compound represented by the chemical formula (3) and the diamine compound represented by the chemical formula (8) is changed in the step of preparing the precursor.
  • Example 5-2 in which n in the chemical formula (2) is 0.5, Example 5-3 in which n is 0.2, Comparative Example 5-1 in which n is 0, and n Comparative Example 5-2 in which 1 was made was synthesized.
  • Comparative Example 5-1 was a homopolymer obtained by adding only the diamine compound represented by the chemical formula (8) without adding the tetraamine compound.
  • Comparative Example 5-2 was a homopolymer obtained by adding only the tetraamine compound represented by the chemical formula (3) without adding the diamine compound.
  • liquid crystal panels in the FFS mode were produced by the following method.
  • a substrate on which an FFS mode electrode structure is formed and a substrate not having an electrode are prepared, each liquid crystal aligning agent is applied on the pair of substrates, and temporary baking is performed at 90 ° C. for 5 minutes.
  • the main firing was performed at 40 ° C. for 40 minutes.
  • the surface of the coating film formed on the pair of substrates was subjected to photoalignment treatment by irradiating 30 mJ / cm 2 of linearly polarized ultraviolet light having a center wavelength of 330 nm.
  • an FFS mode liquid crystal panel was obtained in the same manner as in Example 1-1 except that a liquid crystal composition containing a negative liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy was used.
  • Examples 5-1 to 5-3 of the FFS mode using the liquid crystal aligning agent for forming the horizontal light alignment film containing the copolymer represented by the chemical formula (15) are Even if it was left at 75 ° C. for 500 hours while being irradiated with backlight, the drop in VHR and contrast was small. From this, in Examples 5-1 to 5-3, even when used for a long time in a high temperature environment, it is possible to effectively suppress the occurrence of burn-in and stain due to the decrease in VHR and maintain the contrast. It turned out that it can be done.
  • the liquid crystal solubility of the copolymer can be significantly reduced by introducing the structure represented by the chemical formula (1). Therefore, it is considered that the elution of a part of the copolymer into the liquid crystal layer can be suppressed, the degree of alignment of the alignment film can be increased, and the decrease in VHR and the contrast can be suppressed. Further, in Examples 5-1 to 5-3, since the structure represented by the chemical formula (1) having high planarity is introduced, the degree of alignment of the alignment film is increased, and as a result, the alignment of the liquid crystal molecules is obtained. It is thought that the contrast is improved because the
  • Comparative Example 5-1 the drop in VHR and contrast after the high temperature test was remarkable.
  • the orientation film is formed of a homopolymer not including the structure represented by the chemical formula (1), so that the molecular rigidity is low and one of the above-mentioned homopolymers is low. It is considered that the part eluted into the liquid crystal layer and the VHR decreased. Further, it is considered that the contrast is lowered by the high temperature test because the homopolymer of Comparative Example 5-1 has low planarity and the degree of orientation of the alignment film formed of the above-mentioned homopolymer is low.
  • Comparative Example 5-2 the values of VHR and contrast were already low at the stage before the high temperature test, and the values of VHR and contrast further decreased after the high temperature test. In particular, the contrast was quite low at the stage before the high temperature test.
  • One embodiment of the present invention may be a liquid crystal aligning agent containing a copolymer including a structure represented by the following chemical formula (1) and a solvent.
  • X is any one of the structures represented by the following chemical formulas (X-1-1) to (X-1-9), or the following chemical formulas (X-2-1) to (X-2-) It is one of the structures represented by 4).
  • Y 1 is any of the structures represented by the following chemical formulas (Y-1-1) to (Y-1-16), or the following chemical formulas (Y-2-1) to (Y-2-10) It is one of the structures represented.
  • Z 1 and Z 2 are the same or different and each represent an —NH— group, an —O— group, or an —S— group.
  • R 1 represents a horizontal alignment group, a vertical alignment group, or a photoreactive functional group.
  • p 1 represents the number of repetitions and is an integer of 1 or more.
  • Y 1 may be any of the structures represented by the chemical formulas (Y-1-1) to (Y-1-16).
  • Y 1 may be any of the structures represented by the chemical formulas (Y-2-1) to (Y-2-10).
  • the copolymer may be represented by the following chemical formula (2).
  • X represents any one of the structures represented by the above-mentioned chemical formulas (X-1-1) to (X-1-9), or the above-mentioned chemical formulas (X-2-1) to (X-2-) It is one of the structures represented by 4).
  • Y 1 and Y 2 are the same or different, and any of the structures represented by the above chemical formulas (Y-1-1) to (Y-1-16), or the above chemical formula (Y-2-1) to One of the structures represented by (Y-2-10).
  • Z 1 and Z 2 are the same or different and each represent an —NH— group, an —O— group, or an —S— group.
  • R 1 and R 2 are the same or different and each represents a horizontal alignment group, a vertical alignment group, or a photoreactive functional group.
  • W is any one of the structures represented by the following chemical formulas (W-1-1) to (W-1-11), or the following chemical formulas (W-2-1) to (W-2-5) Is one of the structures n is a real number greater than 0 and less than 1.
  • p 2 represents the number of repetitions and is an integer of 1 or more.
  • At least one of the R 1 and R 2 may be the photoreactive functional group.
  • the Y 1 and Y 2 may be the same or different and any of the structures represented by the chemical formulas (Y-1-1) to (Y-1-16).
  • the Y 1 and Y 2 may be the same or different and any of the structures represented by the chemical formulas (Y-2-1) to (Y-2-10).
  • W may be any of the structures represented by the chemical formulas (W-1-1) to (W-1-11).
  • W may be any of the structures represented by the chemical formulas (W-2-1) to (W-2-5).
  • the above X may be any of the structures represented by the above chemical formulas (X-1-1) to (X-1-9).
  • the above X may be any of the structures represented by the above chemical formulas (X-2-1) to (X-2-4).
  • the photoreactive functional group may be any of a cinnamate group, chalcone group, azobenzene group, coumarin group, tolan group or stilbene group.
  • the horizontal alignment group may be any of the structures represented by the following chemical formulas (R-1-1) to (R-1-8).
  • the vertical alignment group may be any of the structures represented by the following chemical formulas (R-2-1) to (R-2-7).
  • Another aspect of the present invention is a pair of substrates, a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, an alignment film disposed between at least one of the pair of substrates, and the liquid crystal layer.
  • the alignment film may be a liquid crystal panel including a structure derived from a copolymer including a structure represented by the following chemical formula (1).
  • X is any one of the structures represented by the following chemical formulas (X-1-1) to (X-1-9), or the following chemical formulas (X-2-1) to (X-2-) It is one of the structures represented by 4).
  • Y 1 is any of the structures represented by the following chemical formulas (Y-1-1) to (Y-1-16), or the following chemical formulas (Y-2-1) to (Y-2-10) It is one of the structures represented.
  • Z 1 and Z 2 are the same or different and each represent an —NH— group, an —O— group, or an —S— group.
  • R 1 represents a horizontal alignment group, a vertical alignment group, or a photoreactive functional group.
  • p 1 represents the number of repetitions and is an integer of 1 or more.
  • the copolymer may be represented by the following chemical formula (2).
  • X represents any one of the structures represented by the above-mentioned chemical formulas (X-1-1) to (X-1-9), or the above-mentioned chemical formulas (X-2-1) to (X-2-) It is one of the structures represented by 4).
  • Y 1 and Y 2 are the same or different, and any of the structures represented by the above chemical formulas (Y-1-1) to (Y-1-16), or the above chemical formula (Y-2-1) to One of the structures represented by (Y-2-10).
  • Z 1 and Z 2 are the same or different and each represent an —NH— group, an —O— group, or an —S— group.
  • R 1 and R 2 are the same or different and each represents a horizontal alignment group, a vertical alignment group, or a photoreactive functional group.
  • W is any one of the structures represented by the following chemical formulas (W-1-1) to (W-1-11), or the following chemical formulas (W-2-1) to (W-2-5) Is one of the structures n is a real number greater than 0 and less than 1.
  • p 2 represents the number of repetitions and is an integer of 1 or more.
  • At least one of the R 1 and R 2 may be the photoreactive functional group.
  • the photoreactive functional group may be any of a cinnamate group, chalcone group, azobenzene group, coumarin group, tolan group or stilbene group.
  • the horizontal alignment group may be any of the structures represented by the following chemical formulas (R-1-1) to (R-1-8).
  • the vertical alignment group may be any of the structures represented by the following chemical formulas (R-2-1) to (R-2-7).
  • Substrate 30 Liquid crystal layer 40: Alignment film 60: Sealing material 70: Polarizing plate 100: Liquid crystal panel

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Abstract

本発明は、熱安定性及び溶媒溶解性に優れる液晶配向剤、及び、高温環境下でも長期にわたって、焼き付き及びシミの発生と、コントラストの低下とを抑制できる液晶パネルを提供する。本発明は、下記化学式(1)で表される構造を含む共重合体と、溶媒とを含む液晶配向剤であり、式中、Xは、環状の炭化水素基を含む特定の構造であり、Yは、環状の炭化水素基を含む特定の構造であり、Rは、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表し、Z及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。

Description

液晶配向剤、及び、液晶パネル
本発明は、液晶配向剤、及び、上記液晶配向剤により形成された配向膜を有する液晶パネルに関する。
液晶表示装置は、表示のために液晶組成物を利用する表示装置であり、その代表的な表示方式は、一対の基板間に液晶組成物を封入した液晶パネルに対してバックライトから光を照射し、液晶組成物に電圧を印加して液晶分子の配向を変化させることにより、液晶パネルを透過する光の量を制御するものである。
液晶表示装置において、電圧が印加されていない状態における液晶分子の配向は、配向処理が施された配向膜によって制御されるのが一般的である。配向膜の材料としては、従来からポリイミド(ポリアミック酸)系化合物、ポリシロキサン系化合物、ポリビニル系化合物等の重合体からなる配向膜が知られている。しかしながら、これらの化合物を用いた配向膜を備えた液晶パネルでは、表示領域に焼き付き、及び、シミが発生することがあった。特に、液晶パネルを高温環境下で放置すると、焼き付き、及び、シミがより発生し易い傾向があった。
高温環境下において液晶パネルの表示品位の低下を防止するために、例えば、特許文献1では、ポリベンゾオキサゾール系化合物、ポリベンゾチアゾール系化合物、ポリベンゾイミダゾール系化合物の中のいずれか一つに光活性基が作用基として結合された高分子からなる配向膜を用いることで、耐熱性を向上させることが検討されている。
特開2008-77050号公報
液晶パネルにおける焼き付き、及び、シミの発生原因を検討すると、一般的に、配向膜を構成する重合体の分子量分布には幅があるため、比較的分子量の低い重合体は、液晶層に溶出することがある。上記液晶層に溶出した重合体は、液晶層にごく微量存在する水分と反応したり、光、熱等に晒されること等によりイオン化することがあった。上記液晶層に溶出した重合体のイオン化が、焼き付き、シミの原因となることがあった。
上記比較的分子量の低い重合体の液晶層への溶出は、例えば、重合体間を架橋することにより抑制することができる。上記重合体間を架橋する方法としては、液晶配向剤にエポキシ系化合物、カルボン酸系化合物、アミン系化合物等の低分子添加剤を添加する方法がある。上記低分子添加剤を添加して重合体を架橋させことにより、重合体の分子量が増加し、配向膜の架橋密度、膜硬度、緻密性等を向上させることができ、更に、液晶層への溶出を抑制することができる。
一方で、上記低分子添加剤を添加する方法では、未反応の低分子添加剤が液晶層に溶出し、液晶層にごく微量存在する水分と反応することでイオン化し、焼き付き、及び、シミの原因となることがあった。更に、上記低分子添加剤が配向膜の内部で均一に分布せず、親和性の高い分子の近傍に偏在することで、配向膜の抵抗値が不均一となり、表示ムラの原因となることがあった。特に、液晶パネルを高温環境下で使用すると、配向膜中の比較的分子量の低い重合体、及び、低分子添加剤が、液晶層中に熱拡散してイオン性不純物となり易いため、焼き付き、及び、シミがより発生し易い傾向があった。
本発明者らは、上記低分子添加剤を用いずに、高環境下で長期間使用しても、配向膜を構成する重合体が液晶層へ溶出することを抑制する方法を検討し、配向膜の耐熱性を向上させることに着目した。しかしながら、本発明者らの検討によると、上記特許文献1に開示されたポリベンゾオキサゾール系化合物、ポリベンゾチアゾール系化合物、ポリベンゾイミダゾール系化合物等の単重合体(ホモポリマー)を用いると、配向膜の耐熱性は向上するものの、溶媒に対する溶解性(以下、溶媒溶解性ともいう)が不十分であり、配向膜を形成した場合に、基板上に配向膜が形成されない領域が発生し、液晶パネルのコントラストが低下することを見出した。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、熱安定性及び溶媒溶解性に優れた液晶配向剤、及び、高温環境下でも長期にわたって、焼き付き及びシミの発生と、コントラストの低下とを抑制できる液晶パネルを提供することを目的とするものである。
本発明者らは、低分子添加剤を用いず、配向膜中の比較的分子量の低い重合体が液晶層中に溶出することを抑制する方法を検討し、配向膜を構成する重合体の剛直性(分子剛直性)に着目した。本発明者らの検討によると、従来のポリイミド系化合物、ポリシロキサン系化合物、ポリビニル系化合物等を用いて形成された配向膜は、主鎖の剛直性が十分でないことが分かった。例えば、ポリイミド系化合物の場合、アミック酸部分の柔軟性が高く、ポリシロキサンやポリビニルも柔軟な構造である。主鎖の構造が柔軟であると、比較的分子量の低い重合体は、コンフォメーション変化し易いため、液晶中に溶出し易いことを見出した。
本発明者らの検討によると、分子剛直性を高めると、コンフォメーション変化が起こらず、並進運動、回転運動等が困難になるため、比較的分子量の低い重合体も液晶層中に溶出し難くなる。そこで、本発明者らは、分子剛直性を向上させる方法を検討し、液晶配向剤として、イミダゾール系化合物、オキサゾール系化合物、又は、チアゾール系化合物を用いることに着目出した。イミダゾール系化合物、オキサゾール系化合物、又は、チアゾール系化合物は、高温環境下で使用しても重合体が溶出し難く、耐熱性を向上させることができることを見出した。
一方で、イミダゾール系化合物、オキサゾール系化合物、又は、チアゾール系化合物により得られた単重合体は、溶解溶媒性が低く、上記単重合体を含む液晶配向剤を用いても、均一に膜形成できないことを見出した。
本発明者らは、鋭意検討した結果、液晶配向剤が下記化学式(1)で表される構造を含むことで耐熱性を向上でき、更に、共重合体とすることで溶媒溶解性を改善し、塗布性能を大幅に向上させることを見出した。以上によって、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達することができた。
すなわち、本発明の一態様は、下記化学式(1)で表される構造を含む共重合体と、溶媒とを含む液晶配向剤であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
(式中、Xは、下記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
は、下記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
は、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
本発明の別の一態様は、一対の基板と、上記一対の基板間に挟持された液晶層と、上記一対の基板の少なくとも一方と、上記液晶層との間に配置された配向膜とを備え、上記配向膜は、下記化学式(1)で表される構造を含む共重合体に由来する構造を含む液晶パネルであってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
(式中、Xは、下記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
は、下記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
は、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
本発明の液晶配向剤は、熱安定性及び溶媒溶解性に優れる。本発明の液晶パネルは、高温環境下でも長期にわたって、焼き付き及びシミの発生と、コントラストの低下とを抑制できる。
実施形態2に係る液晶パネルの一例を模式的に示した断面図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。
<実施形態1>
[液晶配向剤]
本発明の一態様は、下記化学式(1)で表される構造を含む共重合体と、溶媒とを含む液晶配向剤であってもよい。上記液晶配向剤とは、膜状に形成した際に隣接する液晶分子の配向を制御する機能を有する膜を形成できる重合体組成物である。なお、本明細書中、化学式中に示した*は、共重合体との結合位置を表す。また、化学式中に示した**は、Y又はYと側鎖(R又はR)との結合位置を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
(式中、Xは、下記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
は、下記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
は、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
上記共重合体とは、上記化学式(1)で表される構造と、他の高分子構造とが重合したものである。上記他の高分子構造は、上記共重合体の溶媒に対する溶解性を向上させる構造であり、例えば、ポリアミド等が挙げられる。なかでも、芳香族環を含む芳香族ポリアミドであることが好ましい。
本発明の液晶配向剤は、熱安定性及び溶媒溶解性に優れるため、耐熱性及び耐傷性に優れた膜を均一に形成することができる。そのため、本発明の液晶配向剤は、例えば、液晶パネルの配向膜を形成する配向膜材料、コーティング位相差層等の下地配向層等に用いることができる。
上記コーティング位相差層は、例えば、特定方位に配向処理された下地配向層と、重合性液晶の硬化物で構成される層(以下、「リアクティブメソゲン層」ともいう)とを積層したものが挙げられる。硬化された重合性液晶は、配向処理により定められた下地配向層の配向方位に応じて配向し、位相差を発現する。本発明の液晶配向剤を上記コーティング位相差層の下地配向層に用いることで、耐熱性に優れた位相差層を形成することができる。上記下地配向層の製法は特に限定されず、後述する液晶パネルの配向膜と同様の方法により形成することができる。
上記重合性液晶としては、光反応性基を有する液晶分子が好適に用いられる。光反応性基を有する液晶分子としては、例えば、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、フェニルベンゾエート基、アゾベンゼン基、これらの誘導体などの置換基(メソゲン基)と、シンナモイル基、カルコン基、シンナミリデン基、β-(2-フェニル)アクリロイル基、桂皮酸基、これらの誘導体などの光反応性基を併せ有する構造の側鎖を有し、アクリレート、メタクリレート、マレイミド、N-フェニルマレイミド、シロキサンなどの構造を主鎖に有するポリマー又はオリゴマー(以下、単に「ポリマー」ともいう)を挙げることができる。かかるポリマーは、単一の繰り返し単位からなるホモポリマーであってもよく、側鎖の構造の異なる2以上の繰り返し単位からなるコポリマーであってもよい。かかるコポリマーとしては、交互型、ランダム型、クラフト型などのいずれをも含む。また、かかるコポリマーにおいては、少なくとも一の繰り返し単位に係る側鎖が、上記の如きメソゲン基と光反応性基を併せ有する構造の側鎖であり、他の繰り返し単位に係る側鎖が、かかるメソゲン基や光反応性基を有さないものであってよい。
上記コーティング位相差層は、λ/4位相差層であってもよい。上記λ/4位相差層は、少なくとも波長550nmの光に対して1/4波長の面内位相差を付与するものであることが好ましく、具体的には、少なくとも波長550nmの光に対して100nm以上、176nm以下の面内位相差を付与するものであることが好ましい。
本発明の液晶配向剤は、分子剛直性を向上させるために、イミダゾール系化合物、オキサゾール系化合物、又は、チアゾール系化合物から成るポリマーユニット(繰り返し構造)を含む。上記イミダゾール系化合物、オキサゾール系化合物、又は、チアゾール系化合物から成るポリマーユニットは、上記化学式(1)で表される構造に対応する。上記化学式(1)で表される構造が含まれると、剛直な分子構造となり、コンフォメーション変化し難い。そのため、本発明の液晶配向剤を用いて配向膜を形成した場合、液晶層中に比較的分子量の低い重合体が溶出難くなる。液晶層中への不純物の溶出を抑制できることから、本発明の液晶配向剤を用いて形成した配向膜を有する液晶パネルは、高温環境下で長時間使用しても電圧保持率が低下し難いため、焼き付き、及び、シミの発生を効果的に抑制することができる。
上記化学式(1)で表される構造は剛直なため、得られる配向膜の膜硬度を向上させることができる。液晶パネルでは、液晶層を一定の厚さに保つためにカラムスペーサーを設けることがあるが、本発明の液晶配向剤を用いて形成した配向膜は膜硬度が高いため、上記カラムスペーサー等との接触による膜剥がれが発生し難い。また、上記化学式(1)で表される構造は、ポリイミド系配向膜に含まれるイミド環よりも平面性が高いので、得られる配向膜は配向度が高く、上記配向膜に隣接する液晶分子の配向度を高くできるため、熱揺らぎに起因する液晶分子の配向乱れを抑制することができる。これらの理由により、本発明の液晶配向剤を用いて形成した配向膜を有する液晶パネルは、高温環境下で長時間使用しても、高いコントラストを維持することができる。
更に、本発明の液晶配向剤を用いることで、重合体の分子構造が剛直となり、液晶層中に溶出難いことから、従来添加していた低分子添加剤を添加する必要がないため、低分子添加剤の偏在に起因する表示ムラが発生しない。本発明の液晶配向剤を用いることで、低分子添加剤を添加する場合と比較して、液晶パネルの表示面全体で配向膜の抵抗値を均一とすることができるため、表示ムラが発生せず、コントラストを高くすることができる。
一方で、上記化学式(1)で表される構造のみを含む単重合体は、溶媒溶解性が低いため、上記単重合体を含む液晶配向剤を用いても、塗膜を均一に成膜することが困難である。基板上に配向膜が形成されていない領域があると、上記領域において液晶分子の配向を制御できないため、液晶パネルのコントラストが低下する。本発明の液晶配向剤は、上記化学式(1)で表される構造を含む共重合体を含むことで、高い熱安定性を得つつ、優れた溶媒溶解性を有する。本発明の液晶配向剤は溶媒溶解性が改善されており、インクジェット法等の印刷方法を用いて成膜することができる。
本発明の液晶配向剤を用いて形成される配向膜は、液晶パネルを構成する液晶層に電圧を印加しない電圧無印加時において、液晶層中の液晶分子を配向膜を形成した基板に対して略水平に配向させるものであってもよいし、略垂直に配向させるものであってもよい。上記略水平とは、プレチルト角が10°以下であることが好ましく、5°以下であることがより好ましく、2°以下であることが更に好ましい。長期にわたって良好なコントラスト特性を維持する効果を得る観点からは、0°であることが特に好ましい。上記略垂直とは、プレチルト角が83°以上であることが好ましく、85°以上であることがより好ましく、88°以上であることが更に好ましい。なお、本明細書において「プレチルト角」とは、配向膜を形成した基板面と平行な方向からの液晶分子の傾きの角度(液晶分子の長軸が形成する角度)を表し、基板面と平行な角度が0°、基板面の法線の角度が90°である。
本明細書では、電圧無印加時において、液晶層中の液晶分子を略水平に配向させる配向膜のうち、重合体中に光反応部位を含まない配向膜を「水平配向膜」といい、光反応部位を含む配向膜を「水平光配向膜」という。電圧無印加時において、液晶層中の液晶分子を略垂直に配向させる配向膜のうち、重合体中に光反応部位を含まない配向膜を「垂直配向膜」といい、光反応部位を含む配向膜を「垂直光配向膜」という。本明細書中、上記「水平配向膜」には、上記「水平光配向膜」を含めない。また、上記「垂直配向膜」には、上記「垂直光配向膜」を含めない。
上記光反応部位とは、紫外光、可視光等の光(電磁波)が照射されることによって構造変化を生じ得る構造を意味する。上記光反応部位の構造変化としては、例えば、二量化(二量体形成)、異性化、光フリース転移、分解等が挙げられる。上記光反応部位の構造変化に起因して、配向膜の配向規制力が発現したり、配向膜の配向規制力の大きさ及び/又は向きが変化したりする。配向規制力とは、配向膜近傍に存在する液晶分子の配向を規制する性質をいう。
本発明の液晶配向剤は、水平配向膜形成用、又は、垂直配向膜形成用の配向膜材料として用いてもよい。上記液晶配向剤を水平配向膜形成用、又は、垂直配向膜形成用の配向膜材料として用いる場合、上記化学式(1)で表される構造は、上記X、Y及びRに光反応部位を含まないことが好ましい。
上記液晶配向剤を水平配向膜形成用、又は、垂直配向膜形成用の配向膜材料として用いる場合、上記Xは、上記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれかであってもよい。上記Yは、上記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれかであってもよい。
上記液晶配向剤を水平配向膜形成用の配向膜材料として用いる場合、上記Rは、水平配向基であることが好ましい。上記水平配向基とは、液晶配向剤を用いて形成された膜に対して、液晶分子を略水平に配向させる配向規制力を発現させる官能基であり、光反応部位を含まないものをいう。
上記水平配向基は、下記化学式(R-1-1)~(R-1-8)で表される構造のいずれかであってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
上記液晶配向剤を垂直配向膜形成用の配向膜材料として用いる場合、上記Rは、垂直配向基であることが好ましい。上記垂直配向基とは、液晶配向剤を用いて形成された膜に対して、液晶分子を略垂直に配向させる配向規制力を発現させる官能基であり、光反応部位を含まないものをいう。
上記垂直配向基は、下記化学式(R-2-1)~(R-2-7)で表される構造のいずれかであってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
本発明の液晶配向剤は、水平光配向膜形成用、又は、垂直光配向膜形成用の配向膜材料として用いてもよい。光配向膜の場合、バックライトユニットから射出される光等により上記光配向膜に含まれる光反応部位が分解して、重合体の一部が熱拡散等により液晶層中に溶出することが考えられる。上記液晶層中に溶出した分解物も、焼き付き、及び、シミの発生要因になると考えられる。本発明の液晶配向剤は、上記化学式(1)で表される構造を含むため、例え光配向膜中の光反応部位が光分解し、分解物が発生しても、上記分解物も剛直性が高くコンフォメーション変化し難いため、液晶層中に溶出することを抑制することができる。そのため、水平光配向膜又は垂直光配向膜を形成した場合であっても、上記光配向膜を備えた液晶パネルは、高温環境下で長期間使用しても、VHRの低下を抑制することができ、その結果、効果的に焼き付き、及び、シミの発生を抑制することができる。なお、本発明者らの検討によると、上記特許文献1に開示されたポリベンゾオキサゾール系化合物、ポリベンゾチアゾール系化合物、ポリベンゾイミダゾール系化合物等のホモポリマーは、光反応性官能基の導入量等の制御が困難であり、得られる光配向膜の信頼性を高くすることが困難であると考えられる。
上記液晶配向剤を水平光配向膜形成用、又は、垂直光配向膜形成用の配向膜材料として用いる場合、上記化学式(1)で表される構造は、上記X、Y及びRの少なくとも一つに光反応部位を含めばよい。
上記Xは、上記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかであってもよい。上記Yは、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかであってもよい。上記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造、及び、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造は、いずれも光反応部位を含む。
は、光反応性官能基であってもよい。上記光反応性官能基とは、光反応部位を含む官能基をいう。本明細書中、上記光反応性官能基の中で、液晶配向剤を用いて形成された膜に対して、液晶分子を略水平に配向させる配向規制力を発現させる官能基を、水平光配向基という。また、上記光反応性官能基の中で、液晶配向剤を用いて形成された膜に対して、液晶分子を略垂直に配向させる配向規制力を発現させる官能基を、垂直光配向基という。
上記光反応性官能基は、シンナメート基、カルコン基、アゾベンゼン基、クマリン基、トラン基、又は、スチルベン基のいずれかであってもよい。
上記液晶配向剤を水平光配向膜形成用の配向膜材料として用いる場合、上記Rは、水平光配向基であることが好ましい。上記水平光配向基は、下記化学式(R-3-1)又は(R-3-2)であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
上記液晶配向剤を垂直光配向膜形成用の配向膜材料として用いる場合、上記Rは、垂直光配向基であることが好ましい。上記垂直光配向基は、下記化学式(R-4-1)~(R-4-21)で表される構造のいずれかであってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
上記共重合体は、下記化学式(2)で表されてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
(式中、Xは、上記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
及びYは、同一又は異なって、上記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
及びRは、同一又は異なって、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
Wは、下記化学式(W-1-1)~(W-1-11)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(W-2-1)~(W-2-5)で表される構造のいずれかである。
nは、0より大きく1未満の実数である。
は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
上記液晶配向剤を水平配向膜形成用、又は、垂直配向膜形成用の配向膜材料として用いる場合、上記化学式(2)で表される構造は、上記X、Y、Y、W、R及びRに光反応部位を含まないことが好ましい。
上記液晶配向剤を水平配向膜形成用、又は、垂直配向膜形成用の配向膜材料として用いる場合、上記Y及びYは、同一又は異なって、上記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれかであってもよい。上記R及びRの少なくとも一方は、上記水平配向基又は上記垂直配向基であってもよい。上記Wは、上記化学式(W-1-1)~(W-1-11)で表される構造のいずれかであってもよい。
上記液晶配向剤を水平光配向膜形成用、又は、垂直光配向膜形成用の配向膜材料として用いる場合、上記化学式(2)で表される構造は、上記X、Y、Y、W、R及びRの少なくとも一つに光反応部位を含めばよい。
上記液晶配向剤を水平光配向膜形成用、又は、垂直光配向膜形成用の配向膜材料として用いる場合、上記Y及びYは、同一又は異なって、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかであってもよい。上記R及びRの少なくとも一方は、上記光反応性官能基であってもよい。上記Wは、上記化学式(W-2-1)~(W-2-5)で表される構造のいずれかであってもよい。上記化学式(W-2-1)~(W-2-5)で表される構造は、いずれも光反応部位を含む。
上記溶媒は、特に限定されず、液晶配向剤の溶媒として一般的に用いるものを用いることができる。上記溶媒としては、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、N-メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、ジペンテン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノ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、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、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-tert-ブチルエーテル、ジプロピ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、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、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、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3-メチル-3-メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、n-へキサン、n-ペンタン、n-オクタン、ジエチルエーテル、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、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、ジグライム、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-エトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。なかでも、γ-ブチロラクトン、N-メチル-2-ピロリドン、又は、これらの混合液等が好適に用いられる。
上記共重合体の合成としては、例えば、溶媒中で、上記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかを含む化合物と、上記化学式(W-1-1)~(W-1-11)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(W-2-1)~(W-2-5)で表される構造のいずれかを含む化合物とを反応させて反応液を得る第一反応工程と、上記反応液に、更に、上記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造いずれかを含む化合物を添加して反応させる第二反応工程とを含む方法等が挙げられる。
上記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかを含む化合物としては、例えば、化学式中の4つの結合位置の少なくとも2つに―NHが結合し、残りの2つに―NH、-OH、-SHのいずれかが結合した化合物が好ましい。具体的には、―NH基を4つ有するテトラアミン化合物、-OH基を4つ有するテトラヒドロキシル化合物、-SH基を4つ有するテトラチオール化合物等が挙げられる。
上記化学式(W-1-1)~(W-1-11)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(W-2-1)~(W-2-5)で表される構造のいずれかを含む化合物としては、例えば、化学式中の2つの結合位置に―NH等が結合した化合物が好ましい。具体的には、ジアミン化合物等が挙げられる。
上記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造いずれかを含む化合物としては、例えば、化学式中の2つの結合位置に―COOH―COCl等が結合した化合物が好ましい。具体的には、ジカルボン酸化合物、ジカルボン酸クロリド等が挙げられる。
上記溶媒としては、上述のものを用いることができる。上記第一反応工程及び上記第二反応工程で用いた溶媒を液晶配向剤の溶媒としてもよいし、共重合体の合成後に反応溶媒とは異なる溶媒に置換して液晶配向剤の溶媒としてもよい。
上記第一反応工程及び上記第二反応工程は、例えば、加熱することにより行われる。上記第二反応工程の後に、更に、アセチル化を行うことが好ましい。上記アセチル化の方法は特に限定されないが、例えば、アセチル化剤として無水酢酸等を用い、触媒としてピリジン、ピリミジン等を用いる方法が挙げられる。
<実施形態2>
[液晶パネル]
以下に図1を用いて、実施形態2に係る液晶パネルの構成について説明する。図1は、実施形態2に係る液晶パネルの一例を模式的に示した断面図である。図1に示したように、液晶パネル100は、一対の基板10及び20と、一対の基板10、20間に挟持された液晶層30と、一対の基板10、20の少なくとも一方と、液晶層30との間に配置された配向膜40とを備える。一対の基板10、20は、シール材60によって貼り合わされてもよい。
一対の基板10、20としては、例えば、アクティブマトリクス基板(TFT基板)及びカラーフィルタ(CF)基板の組み合わせが挙げられる。また、一対の基板10、20は、カラーフィルタ及びアクティブマトリクスの両方が片側の基板に形成されたものであってもよい。
上記アクティブマトリクス基板としては、液晶パネルの分野において通常使用されるものを用いることができる。アクティブマトリクス基板を平面視したときの構成としては、透明基板上に、複数本の平行なゲート信号線;ゲート信号線に対して直交する方向に伸び、かつ、互いに平行に形成された複数本のソース信号線;ゲート信号線とソース信号線との交点に対応して配置された薄膜トランジスタ(TFT)等のアクティブ素子;ゲート信号線とソース信号線とによって区画された領域(サブピクセル)毎にマトリクス状に配置された画素電極等が設けられた構成が挙げられる。FFSモード、IPSモード等の水平配向モードの場合には、更に、共通配線;共通配線に接続された対向電極等が設けられる。
上記カラーフィルタ基板としては、液晶パネルの分野において通常使用されるものを用いることができる。カラーフィルタ基板の構成としては、透明基板上に、格子状に形成されたブラックマトリクス、格子すなわち画素の内側に形成されたカラーフィルタ等が設けられた構成が挙げられる。
液晶層30は、少なくとも1種の液晶材料を含有する層であれば特に限定されない。上記液晶材料としては、液晶パネルの分野において通常使用されるものを用いることができる。上記液晶材料は、下記式で定義される誘電率異方性(Δε)が負の値を有するものであってもよく、正の値を有するものであってもよい。負の誘電率異方性を有する液晶材料(ネガ型の液晶材料)としては、例えば、Δεが-1~-20のものを用いることができる。正の誘電率異方性を有する液晶材料(ポジ型の液晶材料)としては、例えば、Δεが1~20のものを用いることができる。更に、液晶層30は、極性を有さない、すなわちΔεが実質的に0である液晶材料(ニュートラル液晶分子)を含有していてもよい。
Δε=(液晶分子の長軸方向の誘電率)-(液晶分子の短軸方向の誘電率)
配向膜40は、液晶層30に電圧を印加しない状態(液晶分子の閾値未満の電圧印加状態を含む)において、液晶層30に含まれる液晶分子の配向を制御する。配向膜40は、電圧無印加時において、液晶層30中の液晶分子を略水平に配向させるものであってもよいし、液晶層30中の液晶分子を略垂直に配向させるものであってもよい。配向膜40は、水平配向膜、垂直配向膜、水平光配向膜、垂直光配向膜のいずれであってもよい。
配向膜40は、下記化学式(1)で表される構造を含む共重合体に由来する構造を含む。配向膜40は、下記化学式(1)で表される構造を含む共重合体が架橋されたものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
(式中、Xは、上記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
は、上記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
は、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
上記共重合体に由来する構造とは、少なくとも、上記化学式(1)又は下記化学式(2)のZ及びZが、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基である構造が維持されていればよい。
垂直配向膜形成用又は水平配向膜形成用の液晶配向剤に含まれる共重合体は、光反応部位を有さないため、光配向処理による分解等が起こらない。そのため、配向膜40が垂直配向膜又は水平配向膜である場合、配向膜40に含まれる上記化学式(1)又は下記化学式(2)で表される構造を含む共重合体に由来する構造と、上記液晶配向剤に含まれる上記化学式(1)又は下記化学式(2)で表される構造を含む共重合体とは同一である。
一方、垂直光配向膜形成用又は水平光配向膜形成用の液晶配向剤に含まれる共重合体は、主鎖(X、Y、Y、W)及び側鎖(R、R)の少なくとも一つに光反応部位を有するため、光反応部位の種類によっては、光配向処理により分解等が起こることがある。そのため、配向膜40が垂直光配向膜又は水平光配向膜である場合、配向膜40に含まれる上記化学式(1)又は下記化学式(2)で表される構造を含む共重合体に由来する構造は、上記液晶配向剤に含まれる上記化学式(1)又は下記化学式(2)で表される構造を含む共重合体と、光反応部位おいて構造が異なる場合がある。このような場合であっても、配向膜40が上記化学式(1)又は下記化学式(2)のZ及びZが、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基である構造を含んでいれば、本発明の効果を得ることができる。
上記共重合体は、下記化学式(2)で表されてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
(式中、Xは、上記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
及びYは、同一又は異なって、上記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
及びRは、同一又は異なって、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
Wは、上記化学式(W-1-1)~(W-1-11)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(W-2-1)~(W-2-5)で表される構造のいずれかである。
nは、0より大きく1未満の実数である。
は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
上記化学式(1)及び(2)に関し、本発明の液晶パネルにおいても上述の液晶配向剤と同様に、以下の構成(A)~(Q)を適用することができる。
(A)上記Xは、上記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれかであってもよい。
(B)上記Xは、上記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかであってもよい。
(C)上記Yは、上記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれかであってもよい。
(D)上記Yは、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかであってもよい。 
(E)上記光反応性官能基は、シンナメート基、カルコン基、アゾベンゼン基、クマリン基、トラン基、又は、スチルベン基のいずれであってもよい。
(F)上記水平配向基は、上記化学式(R-1-1)~(R-1-8)で表される構造のいずれかであってもよい。
(G)上記垂直配向基は、上記化学式(R-2-1)~(R-2-7)で表される構造のいずれかであってもよい。
(H)上記水平配向基が上記化学式(R-1-1)~(R-1-8)で表される構造のいずれかであってもよい。
(I)上記垂直配向基が上記化学式(R-2-1)~(R-2-7)で表される構造のいずれかであってもよい。
(J)上記水平光配向基は、上記化学式(R-3-1)又は(R-3-2)で表される構造であってもよい。
(K)上記垂直光配向基は、上記化学式(R-4-1)~(R-4-21)で表される構造のいずれかであってもよい。
(L)上記R及びRの少なくとも一方は、上記光反応性官能基であってもよい。
(M)上記R及びRの少なくとも一方は、上記水平配向基又は上記垂直配向基であってもよい。
(N)上記Y及びYは、同一又は異なって、上記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれかであってもよい。
(O)上記Y及びYは、同一又は異なって、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかであってもよい。
(P)上記Wは、上記化学式(W-1-1)~(W-1-11)で表される構造のいずれかであってもよい。
(Q)上記Wは、上記化学式(W-2-1)~(W-2-5)で表される構造のいずれかであってもよい。
一対の基板10、20の液晶層30とは反対側にはそれぞれ、偏光板(直線偏光子)70が配置されてもよい。偏光板70としては、典型的には、ポリビニルアルコール(PVA)にヨウ素等の異方性材料を吸着させ、シート状に延伸したものが挙げられる。通常は、上記PVAシートの両面にトリアセチルセルロースフィルム等の保護フィルムをラミネートして実用に供される。偏光板70と一対の基板10、20との間には、位相差層等の光学フィルムが配置されていてもよい。上記位相差層は、本発明の液晶配向剤を下地配向層に用いたコーティング位相差層であってもよい。
[液晶パネルの製造方法]
上記液晶パネルの製造方法は、特に限定されないが、例えば、一対の基板の表面に本発明の液晶配向剤を塗工して塗膜を形成する工程と、上記塗膜に配向処理を施し、配向膜を形成する工程を含んでもよい。
上記塗膜を形成する工程において、上記塗工方法は、ロールコーター法、スピンナー法、印刷法、インクジェット法等が挙げられる。本発明の液晶配向剤は、溶媒溶解性が高いため、インクジェット法を用いて塗工することができる。インクジェット法を用いることで、大面積の成膜を常圧で行うことができるため、製造を容易に行うができる。
上記配向処理としては、水平配向膜及び垂直配向膜に対しては、ラビング法を用いることが好ましい。水平光配向膜及び垂直光配向膜に対しては、光配向法を用いることが好ましい。
上記光配向法は、液晶配向剤により形成した塗膜に対して光を照射する方法等が挙げられる。上記光配向法で用いる光は、紫外光、可視光等の光(電磁波)等であってもよいが、波長が250nm~400nmであることが好ましい。波長が250~400nmであることで、光配向膜を構成する光配向性を示す材料に構造変化を生じさせ、配向規制力を発現させることができる。上記光配向法で用いる光は、例えば、直線偏光紫外線を用いることができる。
上記光の照射量の好ましい下限は0.1mJ/cmであり、好ましい上限は5J/cmである。上記光の照射量のより好ましい下限は1mJ/cmであり、より好ましい上限は3J/cmであり、更に好ましい下限は10mJ/cmであり、更に好ましい上限は1J/cmであり、特に好ましい上限は500mJ/cmである。
更に、上記塗膜を形成する工程と配向処理工程との間に、上記塗膜を加熱する工程を有してもよい。上記加熱は、仮焼成、本焼成の二段階で行ってもよい。また、上記配向処理工程の前後で、仮焼成及び本焼成を行ってもよい。
上記配向膜を形成する工程の後に、上記配向膜が形成された一対の基板間に液晶層を形成する工程を有してもよい。上記液晶層を形成する工程は、上記一対の基板のいずれか一方にシール材を塗工し、上記シール材の内側に液晶組成物を滴下した後、他方の基板を貼り合わせる方法であってもよいし、上記一対の基板をシール材により貼り合わせた後に液晶組成物を充填する方法であってもよい。更に、上記液晶層を形成する工程の後に、液晶分子を等方相にするために、再配向処理を行ってもよい。
<実施形態3>
[液晶表示装置]
本発明の更に別の一態様は、本発明の液晶パネルを備えた液晶表示装置であってもよい。上記液晶表示装置は、例えば、上記液晶パネルの上記一対の基板10及び20のいずれか一方の背面にバックライトユニットを備える。
上記バックライトユニットとしては、液晶表示装置の分野において通常使用されるものを用いることができる。上記バックライトユニットとしては、可視光を含む光を発するものであれば特に限定されず、可視光のみを含む光を発するものであってもよく、可視光及び紫外光の両方を含む光を発するものであってもよい。液晶表示装置によるカラー表示が可能とするためには、上記バックライトユニットは、白色光を発することが好ましい。バックライト80の光源としては、例えば、発光ダイオード(LED)が好適に用いられる。なお、本明細書において、「可視光」とは、波長380nm以上、800nm未満の光(電磁波)を意味する。
表示モードは、特に限定されないが、例えば、IPS(In Plane Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、VA(Vertical Alignment)モード、電界制御複屈折(ECB:Electrically Controlled Birefringene)モード、RTN(Reverse Twisted Nematic)モード、又は、CPA(Continuous Pinwheel Alignment)モードである液晶表示装置であってもよい。
上記IPSモード及びFFSモードは、基板10及び20の少なくとも一方に、画素電極と共通電極とを有する。電圧無印加時には、配向膜に対して液晶分子を略水平に配向させる。上記画素電極、共通電極間に形成された横電界又はフリンジ電界により液晶分子の配向を変化させて表示を行う。液晶材料は、ネガ型であってもポジ型であってもよい。
上記VAモード、RTNモード、CPAモード及びECBモードは、基板10及び20のいずれか一方に画素電極を有し、他方に共通電極を有する。電圧無印加時において、上記VAモード、RTNモード及びCPAモードでは、配向膜に対して液晶分子を略垂直に配向させる。一方、電圧無印加時において、上記ECBモードでは、配向膜に対して液晶分子を略水平に配向させる。上記VAモード、RTNモード、CPAモード及びECBモードでは、電圧印加時には、上記画素電極、共通電極間に形成された縦電界により液晶分子の配向を変化させて表示を行う。
具体的には、上記VAモードでは、電圧印加時には、液晶層中に形成された縦電界により液晶分子を傾斜させ表示を行ってもよい。画素電極及び対向電極の少なくとも一方には開口部が設けられてもよい。液晶材料としては、ネガ型液晶を用いることができる。
上記RTNモードでは、例えば、電圧無印加時における液晶分子の配向方位が略直交するように、基板10及び20上にそれぞれ配向膜を形成してもよい。画素電極及び対向電極の少なくとも一方には開口部が設けられてもよい。液晶材料としては、ネガ型液晶を用いることができる。
上記CPAモードでは、例えば、サブピクセル毎に複数の画素電極を設けてもよい。電圧印加時には、上記画素電極のエッジと対向電極との間に斜め電界を形成し、液晶分子を上記画素電極の中心に向かって放射状に傾斜させることで表示を行ってもよい。液晶材料としては、ネガ型液晶を用いることができる。
上記ECBモードは、誘電異方性が正のネマティック液晶を用いて複屈折性を利用する表示モードである。印加電圧によって液晶層のリタデーションを変化させて表示を行う。
上記VAモード、RTNモード及びCPAモードでは、液晶層への電圧無印加時において、配向膜に隣接する液晶分子を上記配向膜に対して略垂直に配向させる。そのため、上記配向モードの液晶表示装置に用いる液晶パネルは、配向膜として、垂直配向膜、又は、垂直光配向膜を有することが好ましい。上記RTNモードに関し、光配向膜を用いたものをUV2A(Ultra Violet Induced Vertical Alignment)モードともいう。上記UV2Aモードでは、紫外線照射により配向処理を行う。上記UV2Aモードの液晶表示装置に用いる液晶パネルは、垂直光配向膜を有することが好ましい。
一方、上記IPSモード、FFSモード及びECBモードでは、液晶層への電圧無印加時において、配向膜に隣接する液晶分子を上記配向膜に対して略水平に配向させる。そのため、上記IPSモード、FFSモード及びECBモードの液晶表示装置に用いる液晶パネルは、配向膜として、水平配向膜、又は、水平光配向膜を有することが好ましい。
電圧無印加時に液晶分子を略水平に配向させる表示モードでは、配向膜の規制力により液晶分子を基板に対して略水平に配向させる必要があるため、優れた配向規制力を発現できる配向膜を用いることが好ましい。本発明の液晶配向剤により形成された配向膜は、配向度が高く、上記配向膜に隣接する液晶分子の配向を充分に規制することができるため、水平配向膜又は水平光配向膜としても好適に用いることができる。本発明の液晶配向剤により形成された水平配向膜又は水平光配向膜を用いることで、上記IPSモード、FFSモードの液晶表示装置の長期信頼性を維持することができる。更に、上記IPSモード、FFSモードの液晶表示装置において、液晶材料としてネガ型の液晶材料を用いることで、液晶表示装置のコントラストを更に向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、説明された個々の事項は、すべて本発明全般に対して適用され得るものである。
以下に実施例及び比較例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
<水平配向膜形成用の液晶配向剤の合成>
(実施例1-1)
下記化学式(3)で表されるテトラアミン化合物0.08モルと、下記化学式(4)で表されるジアミン化合物0.02モルとをγ-ブチロラクトンに溶解した。次に、ジカルボン酸化合物として下記化学式(5)で表されるテレフタル酸0.10モルを加え、80℃で12時間反応させることにより、共重合体の前駆体(n=0.8)を含む溶液を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000050
続いてγ-ブチロラクトンとN-メチル-2-ピロリドン(NMP)との混合液に過剰のピリジン(0.5モル)と無水酢酸(0.3モル)を添加した状態で、150℃で3時間反応させた。以上より、溶媒としてγ-ブチロラクトンとNMPとの混合液を含み、下記化学式(6)で表される構造を含む共重合体とを含む液晶配向剤を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000051
上記化学式(6)で表される構造を含む共重合体は、下記化学式(2)中、Xが下記化学式(X-1-8)で表される構造であり、Y及びYが下記化学式(Y-1-1)又は下記化学式(Y-1-2)で表される構造であり、Wが下記化学式(W-1-1)で表される構造であり、Z及びZが-NH-基であり、R及びRが-H(上記化学式(R-1-1))であり、n=0.8である共重合体であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000053
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000054
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000055
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000056
(実施例1-2、実施例1-3、比較例1-1及び比較例1-2)
上記前駆体を調製する工程において、上記化学式(3)で表されるテトラアミン化合物と、上記化学式(4)で表されるジアミン化合物との混合割合を変えたこと以外は、実施例1-1と同様にして、上記化学式(2)のnを0.5とした実施例1-2、nを0.2とした実施例1-3、nを0とした比較例1-1、及び、nを1とした比較例1-2を合成した。比較例1-1は、テトラアミン化合物を添加せず、上記化学式(4)で表されるジアミン化合物のみを添加して得られた単重合体であった。比較例1-2は、ジアミン化合物を添加せず、上記化学式(3)で表されるテトラアミン化合物のみを添加して得られた単重合体であった。
<液晶パネルの作製>
上記実施例1-1~1-3、比較例1-1及び1-2に係る液晶配向剤を用いて、以下の方法により、それぞれFFSモードの液晶パネルを作製した。
開口部(スリット)を設けたITO(Indium Tin Oxide)電極を有し、FFSモードの電極構造が形成された基板と、電極を有さない基板とを用意し、上記一対の基板上に各液晶配向剤を塗布し、90℃で5分間仮焼成を行い、続いて230℃で40分間本焼成を行った。上記液晶配向剤の塗布は、スピンコート法により行った。上記一対の基板上に形成された水平配向膜の表面をラビングすることで配向処理を施した。
次に、一方の基板に、ディスペンサを使用して紫外線硬化性シール剤(積水化学社製、商品名:フォトレックS-WB)を描画した。他方の基板上の所定の位置に、誘電率異方性が正であるポジ型の液晶材料を含有する液晶組成物を滴下した。続いて、真空下にて両基板を貼り合わせ、紫外光を照射して上記シール剤を硬化させた。その後、液晶分子の流動配向を消すために、上記液晶セルを130℃で40分間加熱し、液晶分子を等方相にする再配向処理を行った。その後室温まで冷却してFFSモードの液晶パネルを得た。 
<バックライト上での高温試験>
上記実施例1-1~1-3、比較例1-1及び1-2に係る液晶配向剤を用いて配向膜を形成した液晶パネルの耐熱性を評価するため、点灯したバックライト上に液晶セルを配置し、液晶セルの温度を75℃に昇温した状態で500時間放置する高温試験を行った。高温試験の前後で電圧保持率(VHR:Voltage Holding Ratio)及びコントラストの測定を行った。結果を下記表1に示した。なお、上記VHRは、東陽テクニカ社製の6254型VHR測定システムを用いて、1V、70℃の条件で測定した。上記コントラストは、トプコンテクノハウス社製の分光放射計「SR-UL1R」を用いて、25℃環境下で測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000057
上記表1に示したように、上記化学式(6)で表される共重合体を含む水平配向膜形成用の液晶配向剤を用いたFFSモードの実施例1-1~1-3は、バックライト光を照射しながら75℃の高温環境下で500時間放置しても、VHR及びコントラストの低下はほぼみられなかった。このことから、実施例1-1~1-3は、高温環境下で長期間使用しても、VHRの低下に伴う焼き付き、及び、シミの発生を効果的に抑制でき、かつ、コントラストを維持できることが分かった。
実施例1-1~1-3では、上記化学式(1)で表される構造を導入することで、共重合体の液晶溶解性を大幅に低下させることができる。そのため、共重合体の一部が液晶層へ溶出することを抑制し、かつ、配向膜の配向度を高くすることができ、VHR及びコントラストの低下を抑制できたと考えられる。また、上記化学式(1)で表される構造は平面性が高いため、上記化学式(1)で表される構造を導入した実施例1-1~1-3では、配向膜の配向度が上がり、その結果、液晶分子の配向性も上がったため、コントラストが向上したと考えられる。
一方、比較例1-1では、高温試験後にVHR及びコントラストの低下が確認された。nが0である比較例1-1は、上記化学式(1)で表される構造を含まない単重合体により配向膜が形成されている。そのため、配向膜を構成する重合体の剛直性が低くコンフォメーション変化しやすいため、上記単重合体の一部が液晶層中に溶出し、VHRが低下したと考えられる。また、比較例1-1の単重合体は平面性が低く、上記単重合体から構成される配向膜の配向度が低いため、高温試験によりコントラストが低下したと考えられる。
比較例1-2は、高温試験前の段階で既にVHR及びコントラストの値が低く、高温試験後に更にVHR及びコントラストの値が低下した。可能性の一つとして、nが1である比較例1-2は、上記化学式(1)で表される構造のみを含む単重合体を含むため、溶媒溶解性が低く、上記塗膜を形成する工程において、基板全面に均一に成膜できなかったと考えられる。基板上に配向膜が形成されていない領域があったため、高温試験前においてもコントラストが低かったと考えられる。また、配向膜の形成が不均一であることで、配向膜の下から不純物が液晶層中に溶出したり、電極からキャリアが液晶層中に注入されたりすることで、VHRの低下が起こったと考えられる。更に、比較例1-2は、基板面への濡れ性が不均一であり、配向膜の膜抵抗も不均一となっている可能性がある。
<水平光配向膜形成用の液晶配向剤の合成>
(実施例2-1)
下記化学式(7)で表されるテトラアミン化合物0.08モルと、下記化学式(8)で表されるジアミン化合物0.02モルとをγ-ブチロラクトンに溶解した。次に、下記化学式(9)で表されるジカルボン酸化合物0.10モルを加え、実施例1-1と同様にして反応させ、共重合体の前駆体(n=0.8)を含む溶液を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000058
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000059
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000060
続いて、上記前駆体を実施例1-1と同様に反応させ、溶媒としてγ-ブチロラクトンとNMPとの混合液を含み、下記化学式(10)で表される構造を含む共重合体とを含む液晶配向剤を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000061
上記化学式(10)で表される構造を含む共重合体は、上記化学式(2)中、Xが下記化学式(X-1-6)で表される構造であり、Y及びYが下記化学式(Y-2-1)又は下記化学式(Y-2-2)で表される構造であり、Wが下記化学式(W-1-8)で表される構造であり、Z及びZが-NH-基であり、R及びRが-H(上記化学式(R-1-1))であり、n=0.8である共重合体であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000062
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000063
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000064
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000065
(実施例2-2、実施例2-3、比較例2-1及び比較例2-2)
上記前駆体を調製する工程において、上記化学式(7)で表されるテトラアミン化合物と、上記化学式(8)で表されるジアミン化合物との混合割合を変えたこと以外は、実施例2-1と同様にして、上記化学式(2)のnを0.5とした実施例2-2、nを0.2とした実施例2-3、nを0とした比較例2-1、及び、nを1とした比較例2-2を合成した。比較例2-1は、テトラアミン化合物を添加せず、上記化学式(8)で表されるジアミン化合物のみを添加して得られた単重合体であった。比較例2-2は、ジアミン化合物を添加せず、上記化学式(7)で表されるテトラアミン化合物のみを添加して得られた単重合体であった。
<液晶パネルの作製>
実施例2-1~2-3、比較例2-1及び2-2に係る液晶配向剤を用いて、以下の方法により、それぞれFFSモードの液晶パネルを作製した。
FFSモードの電極構造が形成された基板と、電極を有さない基板とを用意し、上記一対の基板上に各液晶配向剤を塗布し、90℃で5分間仮焼成を行い、続いて上記一対の基板上に形成された塗膜の表面に、中心波長を360nmとする直線偏光紫外光を5J/cm照射することで光配向処理を施した。その後、230℃で40分間の本焼成を行うことで水平光配向膜を形成させた。次に、誘電率異方性が負であるネガ型の液晶材料を含有する液晶組成物を用いた点以外は、実施例1-1と同様にして、FFSモードの液晶パネルを得た。
<バックライト上での高温試験>
上記で得られた各液晶パネルについて、実施例1-1と同様の方法で高温試験を行い、高温試験の前後で電圧保持率(VHR)及びコントラストの測定を行った。結果を下記表2に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000066
上記表2に示したように、上記化学式(10)で表される共重合体を含む水平光配向膜形成用の液晶配向剤を用いたFFSモードの実施例2-1~2-3は、バックライト光を照射しながら75℃で500時間放置しても、VHR及びコントラストの低下はほぼみられなかった。このことから、実施例2-1~2-3は、高温環境下で長期間使用しても、VHRの低下に伴う焼き付き、及び、シミの発生を効果的に抑制でき、かつ、コントラストを維持できることが分かった。
実施例2-1~2-3では、上記化学式(1)で表される構造を導入することで、共重合体の液晶溶解性を大幅に低下させることができる。そのため、共重合体の一部が液晶層へ溶出することを抑制し、かつ、配向膜の配向度を高くすることができ、VHR及びコントラストの低下を抑制できたと考えられる。また、実施例2-1~2-3では、平面性が高い上記化学式(1)で表される構造が導入されているため、配向膜の配向度が上がり、その結果、液晶分子の配向性も上がったため、コントラストが向上したと考えられる。
一方、nが0である比較例2-1は、配向膜中に光反応部位を含まないため、水平配向とならなかった。また、比較例2-1では、高温試験後にVHRの低下が確認された。比較例2-1は、上記化学式(1)で表される構造を含まない単重合体により配向膜が形成されているため、分子剛直性が低く、上記単重合体の一部が液晶層中に溶出し、VHRが低下したと考えられる。また、比較例2-1の単重合体は平面性が低く、上記単重合体から構成される配向膜の配向度が低いため、高温試験によりコントラストが低下したと考えられる。
比較例2-2は、高温試験前の段階で既にVHR及びコントラストの値が低く、高温試験後に更にVHR及びコントラストの値が低下した。可能性の一つとして、nが1である比較例2-2は、上記化学式(1)で表される構造のみを含む単重合体を含むため、溶媒溶解性が低く、上記塗膜を形成する工程において、基板全面に均一に成膜できなかったと考えられる。基板上に配向膜が形成されていない領域があったため、高温試験前においてもコントラストが低かったと考えられる。また、配向膜の形成が不均一であることで、配向膜の下から不純物が液晶層中に溶出したり、電極からキャリアが液晶層中に注入されたりすることで、VHRの低下が起こったと考えられる。
<垂直配向膜形成用の液晶配向剤の合成>
(実施例3-1)
下記化学式(11)で表されるテトラアミン化合物0.08モルと、下記化学式(12)で表されるジアミン化合物0.02モルとをγ-ブチロラクトンに溶解した。次に、下記化学式(Y-1-1)で表される構造と、下記化学式(R-2-1)で表される垂直配向基とを含む垂直配向成分を添加し、反応させることにより共重合体の前駆体(n=0.8)を含む溶液を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000067
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000068
続いて、上記前駆体を実施例1-1と同様に反応させ、溶媒としてγ-ブチロラクトンとNMPとの混合液を含み、下記化学式(13)で表される構造を含む共重合体とを含む液晶配向剤を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000069
上記化学式(13)で表される構造を含む共重合体は、上記化学式(2)中、Xが下記化学式(X-1-9)で表される構造であり、Y及びYが下記化学式(Y-1-1)で表される構造であり、Wが下記化学式(W-1-10)で表される構造であり、Z及びZが-NH-基であり、R及びRが下記化学式(R-2-1)で表される構造、及び、-CH(上記化学式(R-1-2))のいずれか一方であり、n=0.8である共重合体であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000070
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000071
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000072
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000073
(実施例3-2、実施例3-3、比較例3-1及び比較例3-2)
上記前駆体を調製する工程において、上記化学式(11)で表されるテトラアミン化合物と、上記化学式(12)で表されるジアミン化合物との混合割合を変えたこと以外は、実施例3-1と同様にして、上記化学式(2)のnを0.5とした実施例3-2、nを0.2とした実施例3-3、nを0とした比較例3-1、及び、nを1とした比較例3-2を合成した。比較例3-1は、テトラアミン化合物及び上記垂直配向成分を添加せず、上記化学式(12)で表されるジアミン化合物のみを添加して得られた単重合体であった。比較例3-2は、ジアミン化合物を添加せず、上記化学式(11)で表されるテトラアミン化合物のみを添加して得られた単重合体であった。
<液晶パネルの作製>
実施例3-1~3-3、比較例3-1及び3-2に係る液晶配向剤を用いて、以下の方法により、それぞれVAモードの液晶パネルを作製した。
開口部(スリット)を設けたITO電極を有する基板を二枚用意し、上記一対の基板上に各液晶配向剤を塗布し、90℃で5分間仮焼成を行い、続いて200℃で40分間本焼成を行うことで配向膜を形成した。次に、配向処理を行わず、誘電率異方性が負であるネガ型の液晶材料を含有する液晶組成物を用いた点以外は、実施例1-1と同様にして、VAモードの液晶パネルを得た。
<バックライト上での高温試験>
上記で得られた各液晶パネルについて、実施例1-1と同様の方法で高温試験を行い、高温試験の前後で電圧保持率(VHR)及びコントラストの測定を行った。結果を下記表3に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000074
上記表3に示したように、上記化学式(13)で表される共重合体を含む水平光配向膜形成用の液晶配向剤を用いたVAモードの実施例3-1~3-3は、バックライト光を照射しながら75℃で500時間放置しても、VHR及びコントラストの低下はほぼみられなかった。このことから、実施例3-1~3-3は、高温環境下で長期間使用しても、VHRの低下に伴う焼き付き、及び、シミの発生を効果的に抑制でき、かつ、コントラストを維持できることが分かった。
実施例3-1~3-3では、上記化学式(1)で表される構造を導入することで、共重合体の液晶溶解性を大幅に低下させることができる。そのため、共重合体の一部が液晶層へ溶出することを抑制し、かつ、配向膜の配向度を高くすることができ、VHR及びコントラストの低下を抑制できたと考えられる。また、実施例3-1~3-3では、平面性が高い上記化学式(1)で表される構造が導入されているため、配向膜の配向度が上がり、その結果、液晶分子の配向性も上がったため、コントラストが向上したと考えられる。
一方、nが0である比較例3-1は、配向膜中に垂直配向性官能基を含まないため、垂直配向とならなかった。また、比較例3-1では、高温試験後にVHRの低下が確認された。比較例3-1は、上記化学式(1)で表される構造を含まない単重合体により配向膜が形成されているため、分子剛直性が低く、上記単重合体の一部が液晶層中に溶出し、VHRが低下したと考えられる。また、比較例3-1の単重合体は垂直配向基を有さなかったため、高温試験によりコントラストが低下したと考えられる。
比較例3-2は、高温試験前の段階で既にVHR及びコントラストの値が低く、高温試験後に更にVHR及びコントラストの値が低下した。可能性の一つとして、nが1である比較例3-2は、上記化学式(1)で表される構造のみを含む単重合体を含むため、溶媒溶解性が低く、上記塗膜を形成する工程において、基板全面に均一に成膜できなかったと考えられる。基板上に配向膜が形成されていない領域があったため、高温試験前においてもコントラストが低かったと考えられる。また、配向膜の形成が不均一であることで、配向膜の下から不純物が液晶層中に溶出したり、電極からキャリアが液晶層中に注入されたりすることで、VHRの低下が起こったと考えられる。
<垂直光配向膜形成用の液晶配向剤の合成>
(実施例4-1)
下記化学式(3)で表されるテトラアミン化合物0.08モルと、下記化学式(8)で表されるジアミン化合物0.02モルとをγ-ブチロラクトンに溶解した。次に、下記化学式(Y-1-2)で表される構造と、下記化学式(R-4-19)で表される垂直光配向基とを含む垂直光配向成分を添加し、反応させることにより共重合体の前駆体(n=0.8)を含む溶液を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000075
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000076
続いて、上記前駆体を実施例1-1と同様に反応させ、溶媒としてγ-ブチロラクトンとNMPとの混合液を含み、下記化学式(14)で表される構造を含む共重合体とを含む液晶配向剤を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000077
上記化学式(14)で表される構造を含む共重合体は、上記化学式(2)中、Xが下記化学式(X-1-8)で表される構造であり、Y及びYが下記化学式(Y-1-2)で表される構造であり、Wが下記化学式(W-1-8)で表される構造であり、Z及びZが-NH-基であり、R及びRが下記化学式(R-4-19)で表される構造であり、n=0.8である共重合体であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000078
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000079
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000080
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000081
(実施例4-2、実施例4-3、比較例4-1及び比較例4-2)
上記前駆体を調製する工程において、上記化学式(3)で表されるテトラアミン化合物と、上記化学式(8)で表されるジアミン化合物との混合割合を変えたこと以外は、実施例4-1と同様にして、上記化学式(2)のnを0.5とした実施例4-2、nを0.2とした実施例4-3、nを0とした比較例4-1、及び、nを1とした比較例4-2を合成した。比較例4-1は、テトラアミン化合物を添加せず、上記化学式(8)で表されるジアミン化合物のみを添加して得られた単重合体であった。比較例4-2は、ジアミン化合物を添加せず、上記化学式(3)で表されるテトラアミン化合物のみを添加して得られた単重合体であった。
<液晶パネルの作製>
実施例4-1~4-3、比較例4-1及び4-2に係る液晶配向剤を用いて、以下の方法により、それぞれRTNモードの液晶パネルを作製した。
開口部を設けずITO電極が基板全面に形成された基板を二枚用意し、 上記一対の基板上に各液晶配向剤を塗布し、90℃で5分間仮焼成を行い、続いて200℃で40分間の本焼成を行った。その後、上記一対の基板上に形成された塗膜の表面に、中心波長を330nmとする直線偏光紫外光を50mJ/cm照射することで光配向処理を施した。次に、誘電率異方性が負であるネガ型の液晶材料を含有する液晶組成物を用いた点以外は、実施例1-1と同様にして、RTNモードの液晶パネルを得た。
<バックライト上での高温試験>
上記で得られた各液晶パネルについて、実施例1-1と同様の方法で高温試験を行い、高温試験の前後で電圧保持率(VHR)及びコントラストの測定を行った。結果を下記表4に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000082
上記表4に示したように、上記化学式(14)で表される共重合体を含む垂直光配向膜形成用の液晶配向剤を用いたRTNモードの実施例4-1~4-3は、バックライト光を照射しながら75℃で500時間放置しても、VHR及びコントラストの低下はほぼみられなかった。このことから、実施例4-1~4-3は、高温環境下で長期間使用しても、VHRの低下に伴う焼き付き、及び、シミの発生を効果的に抑制でき、かつ、コントラストを維持できることが分かった。
実施例4-1~4-3では、上記化学式(1)で表される構造を導入することで、共重合体の液晶溶解性を大幅に低下させることができる。そのため、共重合体の一部が液晶層へ溶出することを抑制し、かつ、配向膜の配向度を高くすることができ、VHR及びコントラストの低下を抑制できたと考えられる。また、実施例4-1~4-3では、平面性が高い上記化学式(1)で表される構造が導入されているため、配向膜の配向度が上がり、その結果、液晶分子の配向性も上がったため、コントラストが向上したと考えられる。
一方、比較例4-1では、高温試験後にVHR及びコントラストの低下が確認された。nが0である比較例4-1は、上記化学式(1)で表される構造を含まない単重合体により配向膜が形成されているため、分子剛直性が低く、上記単重合体の一部が液晶層中に溶出し、VHRが低下したと考えられる。また、比較例4-1の単重合体は柔軟性が高く、熱に対するコンフォメーション変化が起こりやすいため、高温試験によりコントラストが低下したと考えられる。
比較例4-2は、高温試験前の段階で既にVHR及びコントラストの値が低く、高温試験後に更にVHR及びコントラストの値が低下した。特に、高温試験前の段階でコントラストはかなり低かった。可能性の一つとして、nが1である比較例4-2は、上記化学式(1)で表される構造のみを含む単重合体を含むため、溶媒溶解性が低く、基板全面に塗膜を均一に成膜できなかったためと考えられる。また、比較例4-2は、配向膜の形成が不均一であることで、配向膜の下から不純物が液晶層中に溶出したり、電極からキャリアが液晶層中に注入されたりすることで、VHRの低下が起こったと考えられる。更に、比較例4は、ポリマー主鎖が剛直なため、垂直光配向基が膜内に入り込み、膜表面の垂直光配向基分布密度が低いため、コントラストが低下したと考えられる。
<水平光配向膜形成用の液晶配向剤の合成>
(実施例5-1)
実施例4-1と同様に、上記化学式(3)で表されるテトラアミン化合物0.08モルと、上記化学式(8)で表されるジアミン化合物0.02モルとをγ-ブチロラクトンに溶解した。次に、上記化学式(Y-1-1)で表される構造と、下記化学式(R-3-1)で表される水平光配向基を含む水平光配向成分を添加し、反応させることにより共重合体の前駆体(n=0.8)を含む溶液を得た。
続いて、上記前駆体を実施例1-1と同様に反応させ、溶媒としてγ-ブチロラクトンとNMPとの混合液を含み、下記化学式(15)で表される構造を含む共重合体とを含む液晶配向剤を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000083
上記化学式(15)で表される構造を含む共重合体は、上記化学式(2)中、Xが上記化学式(X-1-8)で表される構造であり、Y及びYが上記化学式(Y-1-2)で表される構造であり、Wが上記化学式(W-1-8)で表される構造であり、Z及びZが-NH-基であり、R及びRが下記化学式(R-3-1)で表される構造であり、n=0.8である共重合体であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000084
(実施例5-2、実施例5-3、比較例5-1及び比較例5-2)
上記前駆体を調製する工程において、上記化学式(3)で表されるテトラアミン化合物と、上記化学式(8)で表されるジアミン化合物との混合割合を変えたこと以外は、実施例5-1と同様にして、上記化学式(2)のnを0.5とした実施例5-2、nを0.2とした実施例5-3、nを0とした比較例5-1、及び、nを1とした比較例5-2を合成した。比較例5-1は、テトラアミン化合物を添加せず、上記化学式(8)で表されるジアミン化合物のみを添加して得られた単重合体であった。比較例5-2は、ジアミン化合物を添加せず、上記化学式(3)で表されるテトラアミン化合物のみを添加して得られた単重合体であった。
<液晶パネルの作製>
実施例5-1~5-3、比較例5-1及び5-2に係る液晶配向剤を用いて、以下の方法により、それぞれFFSモードの液晶パネルを作製した。
FFSモードの電極構造が形成された基板と、電極を有さない基板とを用意し、上記一対の基板上に各液晶配向剤を塗布し、90℃で5分間仮焼成を行い、続いて200℃で40分間の本焼成を行った。その後、上記一対の基板上に形成された塗膜の表面に、中心波長を330nmとする直線偏光紫外光を30mJ/cm照射することで光配向処理を施した。次に、誘電率異方性が負であるネガ型の液晶材料を含有する液晶組成物を用いた点以外は、実施例1-1と同様にして、FFSモードの液晶パネルを得た。
<バックライト上での高温試験>
上記で得られた各液晶パネルについて、実施例1-1と同様の方法で高温試験を行い、高温試験の前後で電圧保持率(VHR)及びコントラストの測定を行った。結果を下記表5に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000085
上記表5に示したように、上記化学式(15)で表される共重合体を含む水平光配向膜形成用の液晶配向剤を用いたFFSモードの実施例5-1~5-3は、バックライト光を照射しながら75℃で500時間放置しても、VHR及びコントラストの低下は小さかった。このことから、実施例5-1~5-3は、高温環境下で長期間使用しても、VHRの低下に伴う焼き付き、及び、シミの発生を効果的に抑制でき、かつ、コントラストを維持できることが分かった。
実施例5-1~5-3では、上記化学式(1)で表される構造を導入することで、共重合体の液晶溶解性を大幅に低下させることができる。そのため、共重合体の一部が液晶層へ溶出することを抑制し、かつ、配向膜の配向度を高くすることができ、VHR及びコントラストの低下を抑制できたと考えられる。また、実施例5-1~5-3では、平面性が高い上記化学式(1)で表される構造が導入されているため、配向膜の配向度が上がり、その結果、液晶分子の配向性も上がったため、コントラストが向上したと考えられる。
一方、比較例5-1では、高温試験後にVHR及びコントラストの低下が顕著であった。nが0である比較例5-1は、上記化学式(1)で表される構造を含まない単重合体により配向膜が形成されているため、分子剛直性が低く、上記単重合体の一部が液晶層中に溶出し、VHRが低下したと考えられる。また、比較例5-1の単重合体は平面性が低く、上記単重合体から構成される配向膜の配向度が低いため、高温試験によりコントラストが低下したと考えられる。
比較例5-2は、高温試験前の段階で既にVHR及びコントラストの値が低く、高温試験後に更にVHR及びコントラストの値が低下した。特に、高温試験前の段階でコントラストはかなり低かった。可能性の一つとして、nが1である比較例5-2は、上記化学式(1)で表される構造のみを含む単重合体を含むため、溶媒溶解性が低く、基板全面に塗膜を均一に成膜できなかったためと考えられる。
[付記]
本発明の一態様は、下記化学式(1)で表される構造を含む共重合体と、溶媒とを含む液晶配向剤であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000086
(式中、Xは、下記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
は、下記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
は、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000087
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000088
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000089
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000090
上記Yは、上記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれかであってもよい。
上記Yは、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかであってもよい。
上記共重合体は、下記化学式(2)で表されてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000091
(式中、Xは、上記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
及びYは、同一又は異なって、上記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
及びRは、同一又は異なって、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
Wは、下記化学式(W-1-1)~(W-1-11)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(W-2-1)~(W-2-5)で表される構造のいずれかである。
nは、0より大きく1未満の実数である。
は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000092
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000093
上記R及びRの少なくとも一方は、上記光反応性官能基であってもよい。
上記Y及びYは、同一又は異なって、上記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれかであってもよい。
上記Y及びYは、同一又は異なって、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかであってもよい。
上記Wは、上記化学式(W-1-1)~(W-1-11)で表される構造のいずれかであってもよい。
上記Wは、上記化学式(W-2-1)~(W-2-5)で表される構造のいずれかであってもよい。
上記Xは、上記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれかであってもよい。
上記Xは、上記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかであってもよい。
上記光反応性官能基は、シンナメート基、カルコン基、アゾベンゼン基、クマリン基、トラン基、又は、スチルベン基のいずれかであってもよい。
上記水平配向基は、下記化学式(R-1-1)~(R-1-8)で表される構造のいずれかであってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000094
上記垂直配向基は、下記化学式(R-2-1)~(R-2-7)で表される構造のいずれかであってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000095
本発明の別の一態様は、一対の基板と、上記一対の基板間に挟持された液晶層と、上記一対の基板の少なくとも一方と、上記液晶層との間に配置された配向膜とを備え、上記配向膜は、下記化学式(1)で表される構造を含む共重合体に由来する構造を含む液晶パネルであってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000096
(式中、Xは、下記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
は、下記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
は、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000097
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000098
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000099
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000100
上記共重合体は、下記化学式(2)で表されてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000101
(式中、Xは、上記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
及びYは、同一又は異なって、上記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、上記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
及びRは、同一又は異なって、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
Wは、下記化学式(W-1-1)~(W-1-11)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(W-2-1)~(W-2-5)で表される構造のいずれかである。
nは、0より大きく1未満の実数である。
は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000102
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000103
上記R及びRの少なくとも一方は、上記光反応性官能基であってもよい。
上記光反応性官能基は、シンナメート基、カルコン基、アゾベンゼン基、クマリン基、トラン基、又は、スチルベン基のいずれかであってもよい。
上記水平配向基は、下記化学式(R-1-1)~(R-1-8)で表される構造のいずれかであってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000104
上記垂直配向基は、下記化学式(R-2-1)~(R-2-7)で表される構造のいずれかであってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000105
以上に示した本発明の各態様は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
10、20:基板
30:液晶層
40:配向膜
60:シール材
70:偏光板
100:液晶パネル

Claims (20)

  1. 下記化学式(1)で表される構造を含む共重合体と、溶媒とを含むことを特徴とする液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式中、Xは、下記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
    は、下記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
    及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
    は、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
    は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
  2. 前記Yは、前記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の液晶配向剤。
  3. 前記Yは、前記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の液晶配向剤。
  4. 前記共重合体は、下記化学式(2)で表されることを特徴とする請求項1に記載の液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    (式中、Xは、前記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、前記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
    及びYは、同一又は異なって、前記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、前記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
    及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
    及びRは、同一又は異なって、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
    Wは、下記化学式(W-1-1)~(W-1-11)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(W-2-1)~(W-2-5)で表される構造のいずれかである。
    nは、0より大きく1未満の実数である。
    は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
  5. 前記R及びRの少なくとも一方は、前記光反応性官能基であることを特徴とする請求項4に記載の液晶配向剤。
  6. 前記Y及びYは、同一又は異なって、前記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれかであることを特徴とする請求項4又は5に記載の液晶配向剤。
  7. 前記Y及びYは、同一又は異なって、前記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかであることを特徴とする請求項4又は5に記載の液晶配向剤。
  8. 前記Wは、前記化学式(W-1-1)~(W-1-11)で表される構造のいずれかであることを特徴とする請求項4~7のいずれかに記載の液晶配向剤。
  9. 前記Wは、前記化学式(W-2-1)~(W-2-5)で表される構造のいずれかであることを特徴とする請求項4~7のいずれかに記載の液晶配向剤。
  10. 前記Xは、前記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれかであることを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の液晶配向剤。
  11. 前記Xは、前記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかであることを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の液晶配向剤。
  12. 前記光反応性官能基は、シンナメート基、カルコン基、アゾベンゼン基、クマリン基、トラン基、又は、スチルベン基のいずれかであることを特徴とする請求項1~11のいずれかに記載の液晶配向剤。
  13. 前記水平配向基は、下記化学式(R-1-1)~(R-1-8)で表される構造のいずれかであることを特徴とする請求項1~12のいずれかに記載の液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
  14. 前記垂直配向基は、下記化学式(R-2-1)~(R-2-7)で表される構造のいずれかであることを特徴とする請求項1~13のいずれかに記載の液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
  15. 一対の基板と、
    前記一対の基板間に挟持された液晶層と、
    前記一対の基板の少なくとも一方と、前記液晶層との間に配置された配向膜とを備え、
    前記配向膜は、下記化学式(1)で表される構造を含む共重合体に由来する構造を含むことを特徴とする液晶パネル。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
    (式中、Xは、下記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
    は、下記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
    及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
    は、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
    は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
  16. 前記共重合体は、下記化学式(2)で表されることを特徴とする請求項15に記載の液晶パネル。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
    (式中、Xは、前記化学式(X-1-1)~(X-1-9)で表される構造のいずれか、又は、前記化学式(X-2-1)~(X-2-4)で表される構造のいずれかである。
    及びYは、同一又は異なって、前記化学式(Y-1-1)~(Y-1-16)で表される構造のいずれか、又は、前記化学式(Y-2-1)~(Y-2-10)で表される構造のいずれかである。
    及びZは、同一又は異なって、-NH-基、-O-基、又は、-S-基を表す。
    及びRは、同一又は異なって、水平配向基、垂直配向基、又は、光反応性官能基を表す。
    Wは、下記化学式(W-1-1)~(W-1-11)で表される構造のいずれか、又は、下記化学式(W-2-1)~(W-2-5)で表される構造のいずれかである。
    nは、0より大きく1未満の実数である。
    は、繰り返し数を表し、1以上の整数である。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
  17. 前記R及びRの少なくとも一方は、前記光反応性官能基であることを特徴とする請求項15又は16に記載の液晶パネル。
  18. 前記光反応性官能基は、シンナメート基、カルコン基、アゾベンゼン基、クマリン基、トラン基、又は、スチルベン基のいずれかであることを特徴とする請求項15~17のいずれかに記載の液晶パネル。
  19. 前記水平配向基は、下記化学式(R-1-1)~(R-1-8)で表される構造のいずれかであることを特徴とする請求項15~18のいずれかに記載の液晶パネル。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
  20. 前記垂直配向基は、下記化学式(R-2-1)~(R-2-7)で表される構造のいずれかであることを特徴とする請求項15~19のいずれかに記載の液晶パネル。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
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