WO2023013622A1 - 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子 - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
- C08G73/06—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
- C08G73/10—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
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- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
Definitions
- the present invention relates to a liquid crystal aligning agent, a liquid crystal aligning film obtained from the liquid crystal aligning agent, and a liquid crystal display element comprising the liquid crystal aligning film.
- Liquid crystal display elements are used in a wide range of applications, from small applications such as mobile phones and smartphones to relatively large applications such as televisions and monitors.
- a liquid crystal display element is generally constructed by arranging a pair of electrode substrates so as to face each other with a predetermined gap (several ⁇ m) and sealing liquid crystal between the electrode substrates. By applying a voltage between the transparent conductive films forming the respective electrodes of the electrode substrate, the display on the liquid crystal display element is performed.
- These liquid crystal display elements have liquid crystal alignment films that are indispensable for controlling the alignment state of liquid crystal molecules.
- Various drive systems have been developed for liquid crystal display devices, which differ in electrode structure, physical properties of liquid crystal molecules used, and the like.
- TN Transmission Nematic
- STN Super Twisted Nematic
- VA Very Alignment
- IPS In-Plane Switching
- FFS Frringe Field Switching
- VA (vertical alignment) liquid crystal display elements have a wide viewing angle, fast response speed, high contrast, and can eliminate the need for rubbing in the production process. It is widely used mainly for monitors and monitors (Patent Documents 1 and 2). Polyimide-based polymers are generally used as the polymer material for forming the liquid crystal alignment film. Patent Document 3 discloses a polyimide-based liquid crystal alignment film obtained using a monomer component containing an aromatic tetracarboxylic dianhydride and an aromatic diamine from the viewpoint of enhancing the stability of liquid crystal alignment.
- a so-called wholly aromatic polyimide obtained using a monomer component containing an aromatic tetracarboxylic dianhydride and an aromatic diamine as in Patent Document 3 has intramolecular or intermolecular charge transfer transition (hereinafter referred to as charge transfer transition is also called CT transition), absorption occurs in the visible light region, and the polyimide film is colored.
- CT transition intramolecular or intermolecular charge transfer transition
- an object of the present invention is to obtain a high light transmittance even when a crosslinkable compound is added, and a liquid crystal aligning agent that forms a liquid crystal aligning film having a high voltage holding ratio, and from the liquid crystal aligning agent It is to provide a liquid crystal alignment film obtained and a liquid crystal display element having the liquid crystal alignment film.
- liquid crystal aligning agent containing a polymer component obtained using a specific raw material component and a specific crosslinkable compound achieves the above object.
- the present inventors have found that it is effective for doing so, and have completed the present invention.
- the present invention comprises a liquid crystal aligning agent, a liquid crystal aligning film obtained from the liquid crystal aligning agent, and a liquid crystal display element having the liquid crystal aligning film, characterized by containing the following components (A) and (B): It is in.
- component a polyimide precursor obtained by a polymerization reaction of a diamine component containing a diamine represented by the following formula (1) and a tetracarboxylic acid component containing an aromatic tetracarboxylic dianhydride or a derivative thereof;
- each R 1 independently represents a hydrogen atom or a monovalent organic group having 1 to 3 carbon atoms, and at least two of R 1 are monovalent organic groups having 1 to 3 carbon atoms. Some or all of the hydrogen atoms in R 1 may be substituted.In addition, some or all of the hydrogen atoms on the benzene ring may be substituted with substituents.
- L is a single represents a bond or a divalent linking group.
- halogen atoms include fluorine, chlorine, bromine, and iodine atoms, and * represents a bond.
- a liquid crystal alignment agent that forms a liquid crystal alignment film having high light transmittance and high voltage holding ratio even when a crosslinkable compound is added, a liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment agent, and the liquid crystal alignment A liquid crystal display element having a film can be obtained.
- the mechanism by which the above effects of the present invention are obtained is not necessarily clear, it is estimated as follows.
- the polyimide obtained has a skeleton derived from an aromatic acid dianhydride in which the ⁇ conjugation is cut. .
- the liquid crystal aligning agent of the present invention comprises a diamine component containing a diamine represented by the above formula (1) (hereinafter also referred to as a specific diamine) and an aromatic tetracarboxylic dianhydride or a derivative thereof. It is characterized by containing at least one polymer (P) selected from the group consisting of a polyimide precursor obtained by a polymerization reaction with a tetracarboxylic acid component contained and a polyimide that is an imidized product of the polyimide precursor.
- P polymer
- the monovalent organic group having 1 to 3 carbon atoms for R 1 in formula (1) is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms (preferably a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group or an isopropyl group. ), an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, and an alkoxyalkyl group having 2 to 3 carbon atoms. From the viewpoint of increasing the voltage holding ratio, it is preferable that 2 to 4 R 1 are monovalent organic groups having 1 to 3 carbon atoms. At least two of R 1 are more preferably a methyl group or a methoxy group from the viewpoint of increasing the reactivity with the crosslinkable compound and increasing the voltage holding ratio.
- Some or all of the hydrogen atoms of R 1 may be substituted, and examples of the substituent include halogen atoms, hydroxy groups, and cyano groups. Further, some or all of the hydrogen atoms on the benzene ring are monovalent organic groups having 1 to 3 carbon atoms (specific examples include the above monovalent organic groups for R 1 ), halogen atoms , a hydroxy group, a cyano group, or the like.
- R 3 and R 4 each independently represent an alkyl or alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms.
- R 5 each independently represents an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
- Q represents -O- or -S-, r is an integer of 0 to 20, s, s', t, and t' are integers of 0 or 1, and s, s', t, and t' is 1.
- a plurality of R 3 , R 4 , R 5 and Q may be the same or different.).
- the divalent linking group for L in the above formula (1) —CH 2 —, a linear or branched alkylene group having 2 to 12 carbon atoms, from the viewpoint of suitably obtaining the effects of the present invention is more preferred.
- Some or all of the hydrogen atoms of the divalent linking group may be substituted, and examples of such substituents include halogen atoms, hydroxy groups, and cyano groups.
- diamine represented by the above formula (1) include diamines represented by the following formulas (d1-1) to (d1-6). Therefore, the diamines represented by (d1-1) to (d1-3) are more preferred.
- A, B, C, and D each independently represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, an isopropyl group, a methoxy group, or a methoxymethyl group, and at least two of A to D are hydrogen More preferably, A and B each independently represent a methyl group, ethyl group, isopropyl group, methoxy group, or methoxymethyl group, and C and D each independently represents a hydrogen atom, or the groups defined in the above A and B.
- Preferred combinations (A, B, C, D, E) of A, B, C, D, and E in the above formulas (d1-1) to (d1-3) include the following embodiments; (methyl group, methyl group, hydrogen atom, hydrogen atom, —CH 2 —), (methyl group, ethyl group, hydrogen atom, hydrogen atom, —CH 2 —), (ethyl group, ethyl group, hydrogen atom, hydrogen atom , —CH 2 —), (isopropyl group, isopropyl group, hydrogen atom, hydrogen atom, —CH 2 —), (methoxymethyl group, methoxymethyl group, hydrogen atom, hydrogen atom, —CH 2 —), (methyl group , methyl group, methyl group, hydrogen atom, —CH 2 —), (ethyl group, ethyl group, ethyl group, hydrogen atom, —CH 2 —), (isopropyl group, isopropyl group,
- the polymer (P) contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention is a polyimide precursor obtained using a diamine component containing a specific diamine, or a polyimide that is an imidized product of the polyimide precursor.
- the polyimide precursor is a polymer from which a polyimide can be obtained by imidating polyamic acid, polyamic acid ester, or the like.
- a polyamic acid (P'), which is a polyimide precursor of the polymer (P), can be obtained by a polymerization reaction between a diamine component containing the specific diamine and a tetracarboxylic acid component.
- the specific diamines may be used singly or in combination of two or more.
- the amount of the specific diamine used is preferably 5 mol% or more, more preferably 10 mol% or more, and even more preferably 20 mol% or more, relative to the total diamine component.
- the diamine component used for producing the polyamic acid (P′) may contain a diamine other than the specific diamine (hereinafter also referred to as other diamine).
- a diamine other than the specific diamine hereinafter also referred to as other diamine.
- the amount of the specific diamine used is preferably 90 mol % or less, more preferably 80 mol % or less, relative to the diamine component. Examples of other diamines are listed below, but the present invention is not limited to these.
- the other diamines may be used singly or in combination of two or more.
- diamines having an amide bond such as 4,4′-diaminobenzanilide, 1,3-bis(4-aminophenyl)urea, 1,3-bis(4-aminobenzyl)urea, 1,3-bis( diamines having a urea bond such as 4-aminophenethyl)urea; 4,4′-sulfonyldianiline, 3,3′-sulfonyldianiline, bis(4-aminophenyl)silane, bis(3-aminophenyl)silane, dimethyl-bis(4-aminophenyl)silane, dimethyl-bis(3-aminophenyl)silane, 4,4'-thiodianiline, 3,3'-thiodianiline, 3,3'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diamino diphenyl ether, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 2,
- A represents a monovalent group in which two primary amino groups are bonded to an aromatic group.
- aromatic groups include benzene rings, naphthalene rings, and biphenyl structures.
- J represents a monovalent organic group having at least one group selected from the group consisting of an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 40 carbon atoms and an aromatic hydrocarbon group having 6 to 40 carbon atoms.
- at least one of the hydrogen atoms of the alicyclic hydrocarbon group and the aromatic hydrocarbon group is a halogen atom, a halogen atom-containing alkyl group, a halogen atom-containing alkoxy group, an alkyl group having 3 to 10 carbon atoms, a carbon It is substituted with an alkoxy group having 3 to 10 carbon atoms or an alkenyl group having 3 to 10 carbon atoms, and the carbon-carbon bond of any methylene group in these groups may be interrupted by -O-.
- J is an alicyclic hydrocarbon group and aromatic hydrocarbon group that is unsubstituted or substituted with a substituent other than the substituents described above. It may further have at least one group selected from the group consisting of
- halogen atom-containing alkyl groups include halogen atom-containing alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms.
- halogen atom-containing alkoxy groups examples include halogen atom-containing alkoxy groups having 1 to 10 carbon atoms.
- Examples of the alicyclic hydrocarbon group for J include cyclobutane ring, cyclopentane ring, cyclohexane ring, cyclodecane ring, steroid skeleton (e.g., cholestanyl group, cholesteryl group, lanostanyl group, etc.), and the like.
- a benzene ring, a naphthalene ring, etc. can be mentioned as a hydrogen group.
- examples of the group "-XJ" include the following structure (S1), and more preferred structures are the following formulas (S1-1) to (S1-5) can be mentioned.
- G 1 represents a divalent cyclic group selected from a phenylene group and a cyclohexylene group.
- Any hydrogen atom on the cyclic group is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, a fluorine-containing alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a fluorine-containing alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms. Alternatively, it may be substituted with a fluorine atom.
- n is an integer of 1-4.
- X 1 and G 1 each independently have the above definition.
- R 1 is a fluorine atom, a fluorine atom-containing alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a fluorine atom-containing alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, an alkyl group having 3 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 3 to 10 carbon atoms, or carbon represents an alkoxyalkyl group of numbers 3 to 10;
- aromatic diamine (d) include diamines represented by the following formulas (d-1) and (d-2). More preferred specific examples are the groups of formulas (d-1) to (d-1) to ( diamines represented by d-2), and cholestanyloxy-3,5-diaminobenzene, cholestanyloxy-3,5-diaminobenzene, cholestanyloxy-2,4-diaminobenzene, and 3,5-diaminobenzo diamines having a steroid skeleton such as cholestanyl acid, cholestenyl 3,5-diaminobenzoate, lanostanyl 3,5-diaminobenzoate and 3,6-bis(4-aminobenzoyloxy)cholestane.
- X and J have the same definitions as X and J of the aromatic diamine (d), including preferred embodiments. In the formula (d-2), two X and J may be the same may be different.
- Preferred specific examples of the nitrogen-containing heterocycle in the diamine having the above-mentioned specific nitrogen-containing structure include pyrrole, oxazole, isoxazole, pyrrolidine, imidazolidine, piperidine, piperazine, quinuclidine, morpholine, imidazole, pyrazole, pyridine, pyrimidine, pyridazine, Pyrazine, azaindolizine, triazole, indole, benzimidazole, carbazole and the like.
- diamines include the above aromatic diamine (d), p-phenylenediamine, 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane, 2, 2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluoropropane, 2,2-bis(4-aminophenyl)hexafluoropropane, 2,2-bis(3-aminophenyl)hexafluoropropane, 2, 2-bis(3-amino-4-methylphenyl)hexafluoropropane, 2,2-bis(4-aminophenyl)propane, 2,2-bis(3-aminophenyl)propane, 2,2-bis(3 -amino-4-methylphenyl)propane, the diamine having a carboxy group, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminobenzophenone, 2,2'-dimethyl-4,4'-
- the amount of the other diamines used is preferably 10 to 90 mol%, more preferably 20 to 80 mol, based on the total diamine components used. %.
- the amount of the other diamine used is preferably 10 to 90 mol %, more preferably 20 to 80 mol %, based on the total diamine components used in the production of the polymer (P).
- Tetracarboxylic acid component When producing the polyamic acid (P'), the tetracarboxylic acid component to be reacted with the diamine component is not only tetracarboxylic dianhydride, but also tetracarboxylic acid, tetracarboxylic acid dihalide, tetracarboxylic acid dialkyl ester, or tetracarboxylic acid. Derivatives of tetracarboxylic dianhydrides such as carboxylic acid dialkyl ester dihalides can also be used.
- the polymer (P) and polyamic acid (P′) of the present invention are tetracarboxylic acids containing aromatic tetracarboxylic dianhydrides or derivatives thereof (hereinafter collectively referred to as aromatic tetracarboxylic acid derivatives). It is obtained by a polymerization reaction between an acid component and a diamine component.
- aromatic tetracarboxylic dianhydride is an acid dianhydride obtained by intramolecular dehydration of four carboxy groups including at least one carboxy group bonded to an aromatic ring.
- the aromatic tetracarboxylic dianhydride or derivative thereof is, among others, a tetracarboxylic acid dianhydride having at least one partial structure selected from the group consisting of a benzene ring and a naphthalene ring. More preferably, it contains anhydrides or derivatives thereof.
- the tetracarboxylic acid component that can be used for synthesizing the polyamic acid (P') the following aromatic tetracarboxylic dianhydrides or derivatives thereof (hereinafter collectively referred to as specific aromatic tetracarboxylic acid Also referred to as acid derivative (b)).
- aromatic tetracarboxylic dianhydrides or derivatives thereof may be used singly or in combination of two or more.
- Preferred examples of the above specific aromatic tetracarboxylic acid derivative (b) include pyromellitic dianhydride, 3,3′,4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 3,3′,4, 4'-biphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 3,3',4 ,4′-biphenyl ether tetracarboxylic dianhydride, 3,3′,4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,2′,3,3′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, or derivatives of these.
- the use ratio of the aromatic tetracarboxylic acid derivative (more preferably, the specific aromatic tetracarboxylic acid derivative (b)) is preferably 10 mol% or more with respect to 1 mol of the total tetracarboxylic acid component used, 20 mol % or more is more preferable, and 50 mol % or more is even more preferable.
- the tetracarboxylic acid component used for producing the polyamic acid (P′) may contain a tetracarboxylic acid derivative other than the aromatic tetracarboxylic acid derivative (hereinafter also referred to as other tetracarboxylic acid derivative).
- the amount of the aromatic tetracarboxylic acid derivative used relative to the tetracarboxylic acid component is preferably 90 mol% or less, and 80 mol% or less. is more preferred. Examples of other tetracarboxylic acid derivatives are listed below, but the present invention is not limited to these.
- the other tetracarboxylic acid derivatives may be used singly or in combination of two or more.
- tetracarboxylic acid derivatives examples include acyclic aliphatic tetracarboxylic dianhydrides, alicyclic tetracarboxylic dianhydrides, and derivatives thereof.
- the acyclic aliphatic tetracarboxylic dianhydride is an acid dianhydride obtained by intramolecular dehydration of four carboxy groups bonded to a chain hydrocarbon structure.
- it does not need to be composed only of a chain hydrocarbon structure, and may have an alicyclic structure or an aromatic ring structure in part thereof.
- An alicyclic tetracarboxylic dianhydride is an acid dianhydride obtained by intramolecular dehydration of four carboxy groups including at least one carboxy group bonded to an alicyclic structure. However, none of these four carboxy groups are bonded to the aromatic ring. Moreover, it is not necessary to consist only of an alicyclic structure, and a part thereof may have a chain hydrocarbon structure or an aromatic ring structure.
- the acyclic aliphatic tetracarboxylic dianhydride and the alicyclic tetracarboxylic dianhydride may be used alone or in combination of two or more.
- the alicyclic tetracarboxylic dianhydride or derivative thereof is, among others, at least one selected from the group consisting of a cyclobutane ring structure, a cyclopentane ring structure and a cyclohexane ring structure. It is more preferable to contain a tetracarboxylic dianhydride having a partial structure or a derivative thereof.
- tetracarboxylic acid components that can be used in the synthesis of the polyamic acid (P′) are preferably the following tetracarboxylic dianhydrides or derivatives thereof (hereinafter collectively referred to as specific aliphatic tetracarboxylic acid Also referred to as carboxylic acid derivative (c)).
- Acyclic aliphatic tetracarboxylic dianhydrides such as 1,2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride; 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2-dimethyl -1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,3-dimethyl-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,3-dichloro-1,2,3 ,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-tetramethyl-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,3-difluoro-1,2,3, 4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,3-bis(trifluoromethyl)-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclopentanetetracar
- Preferred examples of the above specific aliphatic tetracarboxylic acid derivative (c) include 1,2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2-dimethyl-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,3-dimethyl-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3, 4-tetramethyl-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,3-difluoro-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,3-bis(tri fluoromethyl)-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride
- Synthesis of polyamic acid is carried out by reacting a diamine component containing the specific diamine and a tetracarboxylic acid component containing the aromatic tetracarboxylic dianhydride or derivative thereof in an organic solvent.
- the ratio of the tetracarboxylic dianhydride and the diamine used in the synthetic reaction of the polyamic acid is such that the acid anhydride group of the tetracarboxylic dianhydride is 0.5 to 2 per equivalent of the amino group of the diamine.
- a ratio that provides equivalents is preferred, and a ratio that provides 0.8 to 1.2 equivalents is more preferred.
- the closer the equivalent of the acid anhydride group in this tetracarboxylic dianhydride to one equivalent the greater the molecular weight of the resulting polyamic acid.
- the reaction temperature in the polyamic acid synthesis reaction is preferably -20 to 150°C, more preferably 0 to 100°C. Also, the reaction time is preferably 0.1 to 24 hours, more preferably 0.5 to 12 hours.
- the polyamic acid synthesis reaction can be carried out at any concentration, preferably 1 to 50% by mass, more preferably 5 to 30% by mass.
- the initial stage of the reaction can be carried out at a high concentration, and then the solvent can be added.
- organic solvent examples include cyclohexanone, cyclopentanone, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, ⁇ -butyrolactone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone.
- methyl ethyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene Glycol monopropyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, or diethylene glycol monoethyl ether can be used.
- Polyamic acid esters are produced by, for example, [I] a method of reacting the polyamic acid obtained by the above method with an esterifying agent, [II] a method of reacting a tetracarboxylic acid diester with a diamine, [III] a tetracarboxylic acid It can be obtained by a known method such as a method of reacting a diester dihalide and a diamine.
- a polyimide can be obtained by ring-closing (imidating) a polyimide precursor such as the above polyamic acid or polyamic acid ester.
- the imidization ratio as used herein means the ratio of imide groups to the total amount of imide groups derived from tetracarboxylic dianhydride or derivatives thereof and carboxy groups (or derivatives thereof).
- the imidization rate does not necessarily have to be 100%, and can be arbitrarily adjusted according to the application and purpose.
- Examples of methods for imidizing the polyimide precursor include thermal imidization in which the solution of the polyimide precursor is heated as it is, and catalytic imidization in which a catalyst is added to the solution of the polyimide precursor.
- the temperature is preferably 100 to 400° C., more preferably 120 to 250° C., and water produced by the imidization reaction is removed from the system. is preferred.
- Catalytic imidization of the polyimide precursor is carried out by adding a basic catalyst and an acid anhydride to the solution of the polyimide precursor, preferably -20 to 250°C, more preferably stirring at 0 to 180°C. can be done.
- the amount of the basic catalyst is preferably 0.5 to 30 times the molar amount of the amic acid group, more preferably 2 to 20 times the molar amount, and the amount of the acid anhydride is preferably 1 to 50 times the molar amount of the amic acid group. It is preferably 3 to 30 molar times.
- the basic catalyst include pyridine, triethylamine, trimethylamine, tributylamine, trioctylamine, etc.
- pyridine is preferable because it has appropriate basicity for advancing the reaction.
- the acid anhydride include acetic anhydride, trimellitic anhydride, and pyromellitic anhydride.
- acetic anhydride is preferably used because it facilitates purification after the reaction is completed.
- the imidization rate by catalytic imidization can be controlled by adjusting the catalyst amount, reaction temperature, and reaction time.
- the reaction solution may be put into a solvent to precipitate.
- Solvents used for precipitation include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, acetone, hexane, butyl cellosolve, heptane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, benzene, and water.
- the polymer precipitated by adding it to the solvent can be filtered and recovered, and then dried at room temperature or under heat under normal pressure or reduced pressure.
- the impurities in the polymer can be reduced by redissolving the precipitated and recovered polymer in an organic solvent and repeating the operation of reprecipitating and recovering 2 to 10 times.
- Solvents in this case include, for example, alcohols, ketones, hydrocarbons, and the like, and it is preferable to use three or more kinds of solvents selected from these, because the purification efficiency is further improved.
- a tetracarboxylic acid component containing a tetracarboxylic acid dianhydride or a derivative thereof, and a diamine component containing the specific diamine, together with an appropriate terminal blocking agent end-blocking A stop-type polymer may be synthesized.
- the end-blocking polymer has effects of improving the film hardness of the alignment film obtained by the coating film and improving the adhesion properties between the sealant and the alignment film.
- Examples of the ends of the polyimide precursors and polyimides in the present invention include amino groups, carboxy groups, acid anhydride groups, and groups derived from end blocking agents described later.
- An amino group, a carboxyl group, and an acid anhydride group can be obtained by a normal condensation reaction, or can be obtained by terminal blocking using the following terminal blocking agents.
- Terminal blockers include, for example, acetic anhydride, maleic anhydride, nadic anhydride, phthalic anhydride, itaconic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, 3-hydroxyphthalic anhydride, trimellitic anhydride, 3-( 3-trimethoxysilyl)propyl)-3,4-dihydrofuran-2,5-dione, 4,5,6,7-tetrafluoroisobenzofuran-1,3-dione, 4-ethynylphthalic anhydride, etc.
- Acid anhydrides dicarbonic acid diester compounds such as di-tert-butyl dicarbonate and diallyl dicarbonate; chlorocarbonyl compounds such as acryloyl chloride, methacryloyl chloride and nicotinic acid chloride; aniline, 2-aminophenol, 3-aminophenol, 4 -aminosalicylic acid, 5-aminosalicylic acid, 6-aminosalicylic acid, 2-aminobenzoic acid, 3-aminobenzoic acid, 4-aminobenzoic acid, cyclohexylamine, n-butylamine, n-pentylamine, n-hexylamine, n - monoamine compounds such as heptylamine and n-octylamine; ethyl isocyanate, phenyl isocyanate, naphthyl isocyanate, or having unsaturated bonds such as 2-acryloyloxyethyl isocyanate and 2-methacryloy
- the proportion of the end blocking agent used is preferably 0.01 to 20 mol parts, more preferably 0.01 to 10 mol parts, per 100 mol parts in total of the diamine components used.
- the polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) measured by gel permeation chromatography (GPC) of the polyimide precursor and polyimide is preferably 1,000 to 500,000, more preferably 2,000 to 300,000. is.
- the molecular weight distribution (Mw/Mn) represented by the ratio of Mw to the polystyrene equivalent number average molecular weight (Mn) measured by GPC is preferably 15 or less, more preferably 10 or less.
- the liquid crystal aligning agent of the present invention contains a compound having two or more of the above crosslinkable groups (hereinafter also referred to as a specific crosslinkable group-containing compound).
- the crosslinkable group is a group capable of forming a covalent bond between the same or different molecules by light or heat, and is not particularly limited as long as it is a compound capable of reacting with the polymer (P).
- crosslinkable group examples include a polymerizable unsaturated bond group, an oxiranyl group, an oxetanyl group, an oxazoline group, a protected isocyanate group, a cyclocarbonate group, a ⁇ -hydroxyalkylamide group, a Meldrum acid group, a methylol group, or a methoxy group.
- a methyl group etc. are mentioned.
- a crosslinkable group having a hydroxy group is preferable from the viewpoint of suitably obtaining the effect of the present invention, and a ⁇ -hydroxyalkylamide group or a methylol group is preferable.
- the above-mentioned specific cross-linkable compound preferably has a molecular weight of 2,000 or less, more preferably 200 to 1,800, and even more preferably 200 to 1,500.
- the number of crosslinkable groups possessed by the specific crosslinkable group-containing compound is preferably 2 to 6, more preferably 4 to 6, from the viewpoint of suitably obtaining the effects of the present invention.
- the number of crosslinkable groups is one when one ⁇ -hydroxyalkyl group is contained in a specific crosslinkable group-containing compound, and ⁇
- the number of crosslinkable groups is defined as 2 to 6.
- the polymerizable unsaturated bond group include a (meth)acryloyl group, a vinylphenyl group, a vinyloxy group (CH 2 ⁇ CH—O—), an allyl group, and a maleimide group.
- (meth)acrylo includes acrylo and methacrylo.
- Preferred specific examples of the specific crosslinkable group-containing compound include the following compounds.
- the specific crosslinkable group-containing compound may be used alone or in combination of two or more.
- a compound having a polymerizable unsaturated bond group glycerin di(meth)acrylate (1,2-,1,3-body mixture), glycerin tris(meth)acrylate, glycerol 1,3-diglycerolate di(meth) Acrylates, pentaerythritol tri(meth)acrylate, diethylene glycol di(meth)acrylate, triethylene glycol di(meth)acrylate, tetraethylene glycol di(meth)acrylate, pentaethylene glycol di(meth)acrylate, hexaethylene glycol di( meth)acrylate;
- compounds having an oxiranyl group N,N,N',N'-tetraglycidyl-1,4-phenylenediamine, N,N,N',N'-tetrag
- Q is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or *—C(R) 2 —C(R′) 2 —OH
- R is each independently a hydrogen atom, 1 to 3 carbon atoms, or *—CH 2 —OH.R′ each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
- Q represents -C(R) 2 -C(R') 2 -OH
- multiple Q's may be the same or different
- m is an integer of 1 to 8
- L 31 and L 33 each independently represent a single bond, —NR— (R represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms), —(CH 2 ) n — (n is 1 to 6 ), or *1-(CH 2 ) j —NR 31 — (j is an integer of 1 to 6.
- L 41 , L 42 , L 43 and L 5 each independently represent a single bond or -(CH 2 ) m - (m is an integer of 1 to 6). Two L5 's may be the same or different.
- R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a monovalent organic group having 1 to 5 carbon atoms (preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms, a carbon 2 to 5 alkynyl group), G represents a divalent organic group, and a specific example is a divalent organic Among them, a divalent organic group obtained by removing two amino groups from an aromatic diamine in which two amino groups are bonded to an aromatic ring such as a benzene ring is preferable.); 2,2-bis(4-hydroxy-3,5-dihydroxymethylphenyl)propane and 2,2-bis(4-hydroxy-3,5-dimethoxymethylphenyl)propane as compounds having a methylol group or a methoxymethyl group , phenolic compounds such as 2,2-bis(4-hydroxy-3,5-dihydroxymethylphenyl)-1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, or the following
- the content of the specific crosslinkable group-containing compound contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 0.1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of component (A) in total. 1 to 20 parts by mass, more preferably 1 to 10 parts by mass.
- the liquid crystal aligning agent of the present invention is a liquid composition in which the (A) component, (B) component, and optionally other components are preferably dispersed or dissolved in a suitable solvent.
- the total content of the polymer contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention can be appropriately changed depending on the setting of the thickness of the coating film to be formed. % or more is preferable, and 10% by mass or less is preferable from the viewpoint of storage stability of the solution. A particularly preferred total polymer content is 2 to 8% by weight.
- the liquid crystal aligning agent of the present invention may contain a polymer other than the (A) component (excluding the (B) component).
- a polymer other than the (A) component excluding the (B) component.
- Specific examples of other polymers include (1) not using a diamine component containing the above specific diamine, or (2) not using a tetracarboxylic acid component containing an aromatic tetracarboxylic dianhydride or a derivative thereof.
- At least one polymer (U) selected from the group consisting of a polyimide that is an imidized product of a polyimide precursor and the polyimide precursor obtained using a monomer component that satisfies either or both of the conditions, polysiloxane, Polyester, polyamide, polyurea, polyorganosiloxane, cellulose derivative, polyacetal, polystyrene derivative, poly(styrene-maleic anhydride) copolymer, poly(isobutylene-maleic anhydride) copolymer, poly(vinyl ether-maleic acid) anhydride) copolymers, poly(styrene-phenylmaleimide) derivatives, and polymers selected from the group consisting of poly(meth)acrylates.
- a polyimide that is an imidized product of a polyimide precursor and the polyimide precursor obtained using a monomer component that satisfies either or both of the conditions
- polysiloxane Polyester, polyamide
- the polymer (U) is selected from the group consisting of a polyimide precursor obtained using a diamine component containing the aromatic diamine (d) and an imidized product of the polyimide precursor, from the viewpoint of improving vertical alignment properties. At least one polymer is included.
- Specific examples of poly(styrene-maleic anhydride) copolymers include SMA1000, SMA2000, SMA3000 (manufactured by Cray Valley), GSM301 (manufactured by Gifu Shellac Manufacturing Co., Ltd.) and the like.
- Anhydride copolymers include Isoban-600 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.), and specific examples of poly(vinyl ether-maleic anhydride) copolymers include Gantrez AN-139 (methyl vinyl ether anhydride). maleic acid resin, manufactured by Ashland).
- the content of the other polymer is preferably 90 parts by mass or less, more preferably 10 to 90 parts by mass, and further 20 to 80 parts by mass with respect to the total 100 parts by mass of the polymer contained in the liquid crystal aligning agent. preferable.
- liquid crystal aligning agent of the present invention may contain components other than those mentioned above, if necessary.
- examples of such components include functional silane compounds, metal chelate compounds, curing accelerators, surfactants, antioxidants, sensitizers, preservatives, and compounds for adjusting the dielectric constant and electrical resistance of liquid crystal alignment films. etc.
- Compounds for adjusting the dielectric constant and electrical resistance include monoamines having nitrogen-containing aromatic heterocycles such as 3-picolylamine.
- a monoamine having a nitrogen-containing aromatic heterocycle it is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 0.1 to 100 parts by mass relative to 100 parts by mass of the polymer component contained in the liquid crystal aligning agent. 20 parts by mass.
- Preferred specific examples of functional silane compounds include 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyldiethoxymethylsilane, 2-aminopropyltrimethoxysilane, 2-aminopropyltriethoxysilane.
- Silane N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-(2-aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-ureidopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxy silane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxysilane sidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane,
- organic solvent used in the liquid crystal aligning agent of the present invention examples include lactone solvents such as ⁇ -valerolactone and ⁇ -butyrolactone; (n-propyl)-2-pyrrolidone, N-isopropyl-2-pyrrolidone, N-(n-butyl)-2-pyrrolidone, N-(tert-butyl)-2-pyrrolidone, N-(n-pentyl)- lactam solvents such as 2-pyrrolidone, N-methoxypropyl-2-pyrrolidone, N-ethoxyethyl-2-pyrrolidone, N-methoxybutyl-2-pyrrolidone, N-cyclohexyl-2-pyrrolidone; N,N-dimethylformamide, N,N-diethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N,N-dimethylpropionamide, N,N-diethylpropionamide, N,N,
- Preferred solvent combinations include N-methyl-2-pyrrolidone and ethylene glycol monobutyl ether, N-methyl-2-pyrrolidone, ⁇ -butyrolactone and ethylene glycol monobutyl ether, N-methyl-2-pyrrolidone, ⁇ -butyrolactone and propylene.
- Glycol monobutyl ether N-ethyl-2-pyrrolidone and propylene glycol monobutyl ether, N-methyl-2-pyrrolidone, ⁇ -butyrolactone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone and diethylene glycol diethyl ether, N-ethyl-2 -pyrrolidone and N-methyl-2-pyrrolidone and 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, N-ethyl-2-pyrrolidone and N-methyl-2-pyrrolidone and ethylene glycol monobutyl ether, N-methyl-2- pyrrolidone and 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone and 2,6-dimethyl-4-heptanone, N-methyl-2-pyrrolidone and 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone and dipropylene glycol monomethyl ether, N-ethyl-2-pyrrolidone and dipropylene glycol monomethyl ether and ethylene glycol monobut
- the solid content concentration in the liquid crystal aligning agent (ratio of the total mass of components other than the solvent of the liquid crystal aligning agent to the total mass of the liquid crystal aligning agent) is appropriately selected in consideration of viscosity, volatility, etc., but preferably It is in the range of 1 to 10% by mass. From the viewpoint of forming a uniform and defect-free coating film, it is preferably 1% by mass or more, and from the viewpoint of storage stability of the solution, it is preferably 10% by mass or less. A particularly preferred polymer concentration is 2 to 8% by weight.
- the liquid crystal alignment film of the present invention is obtained from the above liquid crystal alignment agent.
- the liquid crystal alignment film of the present invention can be used as a horizontal alignment type or vertical alignment type liquid crystal alignment film.
- the liquid crystal display element of the present invention comprises the liquid crystal alignment film.
- the liquid crystal aligning agent of the present invention has a liquid crystal layer between a pair of substrates provided with electrodes, and a liquid crystal composition containing a polymerizable compound polymerized by at least one of active energy rays and heat between the pair of substrates. It is also preferably used for a liquid crystal display element manufactured through a process of polymerizing a polymerizable compound by at least one of irradiation with an active energy ray and heating while placing a substance and applying a voltage between electrodes.
- the liquid crystal display device of the present invention can be manufactured, for example, by performing the following steps (1) to (3) or steps (1) to (4) in this order.
- the liquid crystal aligning agent of the present invention is coated on one surface of the substrate by an appropriate coating method such as a roll coater method, a spin coat method, a printing method, an ink jet method, or the like to prepare a coating film.
- the substrate is not particularly limited as long as it is highly transparent, and in addition to a glass substrate and a silicon nitride substrate, a plastic substrate such as an acrylic substrate or a polycarbonate substrate can also be used. In addition, in a reflective liquid crystal display element, if only one substrate is used, an opaque material such as a silicon wafer can be used, and in this case, a light-reflecting material such as aluminum can be used for the electrodes.
- Step of Baking Coating Film After coating the liquid crystal aligning agent, the coating film is baked for the purpose of preventing dripping of the applied liquid crystal aligning agent. Preferably, preheating (prebaking) is performed first.
- the prebaking temperature is preferably 30 to 200°C, more preferably 40 to 150°C, and particularly preferably 40 to 100°C.
- the pre-baking time is preferably 0.25-10 minutes, more preferably 0.5-5 minutes.
- a heating (post-baking) step is preferably performed.
- the post-bake temperature is preferably 80-300°C, more preferably 120-250°C.
- the post-bake time is preferably 5-200 minutes, more preferably 10-100 minutes.
- the thickness of the film thus formed is preferably 5 to 300 nm, more preferably 10 to 200 nm.
- the coating film formed in the above steps (1) and (2) can be used as it is as a liquid crystal alignment film, but the coating film may be subjected to an alignment ability imparting treatment.
- Alignment imparting treatment includes rubbing treatment in which the coating film is rubbed in a fixed direction with a roll wrapped with a cloth made of fibers such as nylon, rayon, cotton, etc., and photo-alignment treatment in which the coating film is irradiated with polarized or non-polarized radiation. processing and the like.
- ultraviolet rays and visible rays including light with a wavelength of 150 to 800 nm can be used as the radiation to irradiate the coating film.
- the radiation When the radiation is polarized, it may be linearly polarized or partially polarized. Further, when the radiation used is linearly polarized or partially polarized, the irradiation may be performed from a direction perpendicular to the substrate surface, from an oblique direction, or a combination thereof. When non-polarized radiation is applied, the direction of irradiation is oblique.
- Step of forming a liquid crystal layer between the pair of substrates to produce a liquid crystal cell (3-1) When manufacturing a VA liquid crystal display element Two substrates having the liquid crystal alignment film of the present invention formed on at least one of them are prepared, and a liquid crystal is arranged between the two substrates facing each other. Specifically, the following two methods are mentioned.
- the first method is a conventionally known method. First, two substrates are arranged to face each other with a gap (cell gap) interposed therebetween so that the respective liquid crystal alignment films face each other.
- liquid crystal composition is not particularly limited, and various liquid crystal compositions containing at least one liquid crystal compound (liquid crystal molecule) and having positive or negative dielectric anisotropy can be used.
- a liquid crystal composition with a positive dielectric anisotropy is also referred to as a positive liquid crystal
- a liquid crystal composition with a negative dielectric anisotropy is also referred to as a negative liquid crystal.
- the above liquid crystal composition contains a fluorine atom, a hydroxy group, an amino group, a fluorine atom-containing group (e.g., trifluoromethyl group), a cyano group, an alkyl group, an alkoxy group, an alkenyl group, an isothiocyanate group, a heterocyclic ring, a cycloalkane,
- a liquid crystal compound having a cycloalkene, a steroid skeleton, a benzene ring, or a naphthalene ring may be included, and a compound having two or more rigid sites (mesogenic skeleton) exhibiting liquid crystallinity in the molecule (for example, two rigid biphenyl structure, or a bimesogenic compound in which a terphenyl structure is linked by an alkyl group).
- the liquid crystal composition may be a liquid crystal composition exhibiting a nematic phase, a liquid crystal composition exhibiting a smectic phase, or a liquid crystal composition exhibiting a cholesteric phase.
- the liquid crystal composition may further contain an additive from the viewpoint of improving liquid crystal orientation.
- additives include photopolymerizable monomers such as compounds having a polymerizable group described below; optically active compounds (eg, S-811 manufactured by Merck Co., Ltd.); antioxidants; UV absorbers; dyes; antifoaming agents; polymerization initiators; or polymerization inhibitors.
- Positive liquid crystals include ZLI-2293, ZLI-4792, MLC-2003, MLC-2041, MLC-3019 and MLC-7081 manufactured by Merck.
- MLC-3023 manufactured by Merck Co., Ltd. can be used as a liquid crystal containing a compound having a polymerizable group.
- the second method is a method called the ODF (One Drop Fill) method.
- a predetermined place on one of the two substrates on which the liquid crystal alignment film is formed is coated with, for example, an ultraviolet light-curing sealant, and a liquid crystal composition is applied to several predetermined places on the surface of the liquid crystal alignment film. drip.
- the other substrate is attached so that the liquid crystal alignment films face each other, and the liquid crystal composition is spread over the entire surface of the substrate and brought into contact with the film surface.
- the entire surface of the substrate is irradiated with ultraviolet light to cure the sealant.
- the mesogenic structure includes a structure in which two or more aromatic groups or aliphatic groups are linked, such as a biphenyl structure, a terphenyl structure, a naphthalene ring, a group obtained by removing two hydroxy groups from bisphenol A, or any of these A fluorine atom-containing structure in which some or all of the hydrogen atoms in the structure are replaced with fluorine atoms is included.
- Specific compounds include 4,4'-dimethacryloxybiphenyl or 3-fluoro-1,1'-biphenyl-4,4'-diyl dimethacrylate.
- the compound having a polymerizable group may be a compound having the polymerizable group described above, and the content thereof is preferably 0.1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of all polymer components. , more preferably 1 to 20 parts by mass.
- the polymerizable group may be present in the polymer used for the liquid crystal alignment agent, and such a polymer includes, for example, a diamine component containing a diamine having a photopolymerizable group at the end thereof, which is used in the reaction.
- the polymer obtained is mentioned.
- Step of irradiating the liquid crystal cell with light The liquid crystal cell is irradiated with light while a voltage is applied between the conductive films of the pair of substrates obtained in (3-2) or (3-3) above.
- the voltage applied here can be, for example, 5 to 50 V direct current or alternating current.
- ultraviolet light containing light with a wavelength of 150 to 800 nm and visible light can be used, but ultraviolet light containing light with a wavelength of 300 to 400 nm is preferable.
- a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, a deuterium lamp, a metal halide lamp, an argon resonance lamp, a xenon lamp, an excimer laser, or the like can be used as the light source for the irradiation light.
- the irradiation amount of light is preferably 1,000 to 200,000 J/m 2 , more preferably 1,000 to 100,000 J/m 2 .
- a liquid crystal display element can be obtained by bonding a polarizing plate to the outer surface of the liquid crystal cell.
- a polarizing plate As the polarizing plate to be attached to the outer surface of the liquid crystal cell, a polarizing film called "H film” in which polyvinyl alcohol is stretched and oriented while absorbing iodine is sandwiched between cellulose acetate protective films, or the H film itself.
- a polarizing plate consisting of
- the liquid crystal display device of the present invention can be effectively applied to various devices such as watches, portable games, word processors, notebook computers, car navigation systems, camcorders, PDAs, digital cameras, mobile phones, smart phones, It can be used for various display devices such as various monitors, liquid crystal televisions, and information displays.
- the liquid crystal aligning agent is used for a liquid crystal aligning film for a retardation film, a liquid crystal aligning film for a scanning antenna or a liquid crystal array antenna, a liquid crystal aligning film for a transmission/scattering type liquid crystal light control element, or other uses such as It can also be used as a protective film for color filters, a gate insulating film for flexible displays, and as a substrate material.
- GPC apparatus GPC-101 (manufactured by Showa Denko), column: GPC KD-803, GPC KD-805 (manufactured by Showa Denko) in series, column temperature: 50 ° C., eluent: N,N-dimethylformamide (addition As agents, lithium bromide monohydrate (LiBr.H2O) is 30 mmol/L, phosphoric acid/anhydrous crystals (o-phosphoric acid) is 30 mmol/L, and tetrahydrofuran (THF) is 10 mL/L).
- LiBr.H2O lithium bromide monohydrate
- o-phosphoric acid o-phosphoric acid
- THF tetrahydrofuran
- Table 1 shows the types and amounts of the tetracarboxylic acid components and diamine components used in Synthesis Examples 1 to 3 above.
- the numerical value of each component represents the molar part of each component with respect to the total amount of 100 molar parts of the diamine component.
- Example 1 [Preparation of Liquid Crystal Aligning Agent] ⁇ Example 1> Add NMP (4.80 g) and BCS (8.00 g) to the polymer solution (6.00 g) obtained in Synthesis Example 1, and add AD-1 (10% by mass NMP solution, 1.20 g), By stirring at room temperature for 2 hours, a liquid crystal aligning agent AL-1 was obtained. It was confirmed that the liquid crystal aligning agent AL-1 did not show any abnormality such as turbidity or precipitation, and that the resin component was uniformly dissolved.
- Example 2 Comparative Example 1>
- the liquid crystal aligning agent AL-2 of Example 2 and the liquid crystal aligning agent AL- of Comparative Example 1 C1 was obtained. No abnormality such as turbidity or precipitation was observed in the liquid crystal aligning agents AL-2 and AL-C1, and it was confirmed that the resin component was uniformly dissolved.
- the liquid crystal aligning agents AL-1 to AL-2 and AL-C1 obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are spin-coated on a quartz substrate, respectively, and baked on a hot plate at 70 ° C. for 90 seconds. , and a 230° C. infrared heating furnace for 20 minutes to prepare a quartz substrate with a liquid crystal aligning agent having a film thickness of 100 nm.
- a contact liquid manufactured by Shimadzu Device Manufacturing Co., Ltd.
- two uncoated quartz substrates sandwiching the contact liquid were used as a reference.
- the transmittance at a wavelength of 380 nm was used for evaluation. Table 3 shows the results.
- the liquid crystal alignment films of Examples 1 and 2 obtained from liquid crystal alignment agents using diamine components containing specific diamines DA-1 and DA-2 used diamine components that did not contain specific diamines. Compared with the liquid crystal aligning film of Comparative Example 1 obtained from the liquid crystal aligning agent used, the transmittance was high. Note that a 1% difference in transmittance is a significant difference in the art.
- Preparation of liquid crystal cell for voltage holding rate evaluation Using the liquid crystal aligning agents AL-1 to AL-2 and AL-C1 obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, liquid crystal cells were produced in the following procedure. Each liquid crystal aligning agent is spin-coated on a glass substrate with an ITO electrode, dried on a hot plate at 70 ° C.
- thermosetting sealant (XN-1500T manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was printed around the periphery.
- Liquid crystal MLC-3023 manufactured by Merck
- a DC voltage of 15 V was applied to the liquid crystal cell
- ultraviolet rays having a wavelength of 325 nm or less and passed through a cut filter were irradiated from the outside of the liquid crystal cell at 10 J/cm 2 .
- the ultraviolet illuminance was measured using UV-MO3A manufactured by ORC.
- UV lamp: FLR40SUV32/ A-1 UV lamp: FLR40SUV32/ A-1
- a voltage holding ratio was measured using a liquid crystal cell for voltage holding ratio evaluation after UV irradiation.
- a voltage of 1 V was applied for 60 ⁇ sec in a hot air circulating oven at 60° C., the voltage was measured after 1667 msec, and how much voltage was retained was calculated as a voltage retention rate.
- VHR-1 manufactured by Toyo Technica Co., Ltd. was used to measure the voltage holding rate. The higher the value, the better. Table 4 shows the results.
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Abstract
高い光透過率と高い電圧保持率を有する液晶配向膜を形成する液晶配向剤などの提供。 下記の(A)成分及び(B)成分を含有する液晶配向剤。 (A)成分:下記式(1)で表されるジアミンを含むジアミン成分と、芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を含むテトラカルボン酸成分との重合反応により得られるポリイミド前駆体及びポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(P)。 (B)成分:架橋性基を2つ以上有する化合物。 (式中、R1は、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素数1~3の1価の有機基を表し、R1の少なくとも2つは、炭素数1~3の1価の有機基を表す。R1が有する水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。また、ベンゼン環上の水素原子の一部又は全部は、置換基で置き換えられてもよい。Lは、単結合、又は2価の連結基を表す。)
Description
本発明は、液晶配向剤、該液晶配向剤から得られた液晶配向膜、及び該液晶配向膜を具備する液晶表示素子に関する。
液晶表示素子は、携帯電話、スマートフォンなどの小型用途から、テレビ用、モニター用などの比較的大型の用途まで幅広く使用されている。液晶表示素子は、一般的に、一対の電極基板を所定間隙(数μm)にて互いに対向するように配置するとともに電極基板の間に液晶を封入して構成されている。そして、電極基板の各電極を構成する透明導電膜間に電圧を印加することによって、液晶表示素子における表示を行うようにされている。これら液晶表示素子は、液晶分子の配列状態を制御するために不可欠な液晶配向膜を有する。液晶表示素子としては、電極構造や、使用する液晶分子の物性等が異なる種々の駆動方式が開発されている。例えば、TN(Twisted Nematic)方式、STN(Super TwistedNematic)方式、VA(Vertical Alignment)方式、IPS(In-Plane Switching)方式、FFS(Fringe Field Switching)方式等の各種のモードが知られている。
VA(垂直配向)方式の液晶表示素子は、視野角が広く、応答速度が速く、コントラストが大きく、また、生産プロセス上もラビング処理が不要にできることから、特に、大型化のニーズが高いテレビ用やモニター用を中心に広く使用されている(特許文献1~2)。液晶配向膜を形成する高分子材料としては、一般的にはポリイミド系重合体が多く用いられている。特許文献3には、液晶配向の安定性を高める観点で、芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンを含むモノマー成分を用いて得られる、ポリイミド系液晶配向膜が開示されている。
近年では4Kや8Kといった超高精細なパネルが開発されているが、これらのパネルではブラックマトリクス(BM)やTFTなどの占有率が大きくなり、パネルの開口率が低下してしまうため、表示部の透過率向上が重要視されている。
また、液晶表示素子では、その電圧保持率(VHR:Voltage Holding Ratio)が低いと、電圧を印加しても液晶分子に十分な電圧がかかり難くなる。そのため、高温・高湿下での使用や長期使用等により、表示コントラストが低下したり、表示にフリッカー(ちらつき)が生じたりして表示が見難くなる。特に、カーナビゲーションシステムやメーターパネルなどの車載用途では、長時間高温環境下で使用あるいは放置される場合があり、その場合には電圧保持率の低下がより顕著であるため、高い電圧保持率を有する液晶配向膜が求められている。
一方、特許文献3のような芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンを含むモノマー成分を用いて得られる、所謂全芳香族ポリイミドは、分子内或いは分子間電荷移動遷移(以下、電荷移動遷移をCT遷移ともいう。)が生じるため、可視光領域に吸収が生じ、ポリイミド膜が着色してしまう。上記ポリイミド膜の着色は、架橋性化合物を添加した場合に、さらに激しくなることが発明者の検討で明らかとなった。
本発明の目的は、上記事情に鑑み、架橋性化合物を添加した場合でも高い光透過率が得られ、且つ、高い電圧保持率を有する液晶配向膜を形成する液晶配向剤、該液晶配向剤から得られる液晶配向膜、及び該液晶配向膜を有する液晶表示素子を提供することにある。
本発明者は、上記課題を達成するために鋭意研究を行った結果、特定の原料成分を用いて得られる重合体成分と特定の架橋性化合物を含有する液晶配向剤が、上記の目的を達成するために有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、下記の(A)成分及び(B)成分を含有することを特徴とする、液晶配向剤、該液晶配向剤から得られた液晶配向膜、及び該液晶配向膜を有する液晶表示素子にある。
(A)成分:下記式(1)で表されるジアミンを含むジアミン成分と、芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を含むテトラカルボン酸成分との重合反応により得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(P)。
(A)成分:下記式(1)で表されるジアミンを含むジアミン成分と、芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を含むテトラカルボン酸成分との重合反応により得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(P)。
(式中、R1は、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素数1~3の1価の有機基を表し、R1の少なくとも2つは、炭素数1~3の1価の有機基を表す。R1が有する水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。また、ベンゼン環上の水素原子の一部又は全部は、置換基で置き換えられてもよい。Lは、単結合、又は2価の連結基を表す。)
(B)成分:架橋性基を2つ以上有する化合物。
(B)成分:架橋性基を2つ以上有する化合物。
なお、本明細書全体を通して、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、*は結合手を表す。
本発明によれば、架橋性化合物を添加した場合でも高い光透過率と高い電圧保持率を有する液晶配向膜を形成する液晶配向剤、該液晶配向剤から得られる液晶配向膜、及び該液晶配向膜を有する液晶表示素子を得ることができる。
本発明の上記効果が得られるメカニズムは必ずしも明らかではないが、ほぼ次のように推定される。重合に関与するアミノ基のオルト位が置換された特定の芳香族ジアミンをポリイミドの原料モノマーとして用いることで、得られるポリイミドは、π共役が切断された芳香族酸二無水物由来の骨格を有する。これにより、CT遷移が抑制され、ポリイミド膜の透明性が向上する効果が得られる。
また、上記特定の芳香族ジアミンを用いることで、分子間パッキングが阻害され膜中に空隙ができ、膜中での電子移動が抑制される結果、ポリイミド膜が高抵抗化する。そうすると、電圧保持率を決める因子の一つであるC(電気容量)とR(抵抗)の積で表されるCR時定数を高くすることが可能となり、得られる液晶配向膜は高い電圧保持率を有する。さらに、本発明の液晶配向剤に含有される架橋性化合物は、複数の架橋性基を有するため、重合体(P)との架橋反応が容易に起こりやすくなる。そのため、重合体(P)が有するカルボキシ基などの極性基が少なくなり、得られる液晶配向膜は更に高い電圧保持率を有する。
本発明の上記効果が得られるメカニズムは必ずしも明らかではないが、ほぼ次のように推定される。重合に関与するアミノ基のオルト位が置換された特定の芳香族ジアミンをポリイミドの原料モノマーとして用いることで、得られるポリイミドは、π共役が切断された芳香族酸二無水物由来の骨格を有する。これにより、CT遷移が抑制され、ポリイミド膜の透明性が向上する効果が得られる。
また、上記特定の芳香族ジアミンを用いることで、分子間パッキングが阻害され膜中に空隙ができ、膜中での電子移動が抑制される結果、ポリイミド膜が高抵抗化する。そうすると、電圧保持率を決める因子の一つであるC(電気容量)とR(抵抗)の積で表されるCR時定数を高くすることが可能となり、得られる液晶配向膜は高い電圧保持率を有する。さらに、本発明の液晶配向剤に含有される架橋性化合物は、複数の架橋性基を有するため、重合体(P)との架橋反応が容易に起こりやすくなる。そのため、重合体(P)が有するカルボキシ基などの極性基が少なくなり、得られる液晶配向膜は更に高い電圧保持率を有する。
本発明の液晶配向剤は、上記のように、上記式(1)で表されるジアミン(以下、特定ジアミンともいう。)を含むジアミン成分と、芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を含むテトラカルボン酸成分との重合反応により得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(P)を含有することを特徴とする。
式(1)中におけるR1の炭素数1~3の1価の有機基としては、炭素数1~3のアルキル基(好ましくは、メチル基、エチル基、n-プロピル基またはイソプロピル基である。)、炭素数1~3のアルコキシ基、炭素数2~3のアルコキシアルキル基が挙げられる。電圧保持率を挙げる観点から、2~4つのR1が、炭素数1~3の1価の有機基であることが好ましい。また、架橋性化合物との反応性を高め、電圧保持率を高める観点から、R1の少なくとも2つは、メチル基、又はメトキシ基であることが、より好ましい。
R1が有する水素原子の一部又は全部は置換されていてもよく、該置換基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、シアノ基などが挙げられる。また、ベンゼン環上の水素原子の一部又は全部は、炭素数1~3の1価の有機基(具体例として、上記R1の1価の有機基の例が挙げられる。)、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、シアノ基などの置換基で置き換えられてもよい。
式(1)中におけるR1の炭素数1~3の1価の有機基としては、炭素数1~3のアルキル基(好ましくは、メチル基、エチル基、n-プロピル基またはイソプロピル基である。)、炭素数1~3のアルコキシ基、炭素数2~3のアルコキシアルキル基が挙げられる。電圧保持率を挙げる観点から、2~4つのR1が、炭素数1~3の1価の有機基であることが好ましい。また、架橋性化合物との反応性を高め、電圧保持率を高める観点から、R1の少なくとも2つは、メチル基、又はメトキシ基であることが、より好ましい。
R1が有する水素原子の一部又は全部は置換されていてもよく、該置換基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、シアノ基などが挙げられる。また、ベンゼン環上の水素原子の一部又は全部は、炭素数1~3の1価の有機基(具体例として、上記R1の1価の有機基の例が挙げられる。)、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、シアノ基などの置換基で置き換えられてもよい。
上記式(1)のLにおける2価の連結基としては、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、-CO-、-C(=O)-O-、-NR-(Rは水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す)、-CONR-(Rは水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。)、-CH2-、炭素数2~12の直鎖状または分岐状アルキレン基、前記アルキレン基が有する任意の-CH2-を、-O-、-CO-、-C(=O)-O-、-NR-(Rは水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す)、又は-CONR-(Rは水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す)のいずれかで置き換えた2価の有機基、炭素数5~6のシクロアルキレン基、フェニレン基、フェニレンジオキシ基、-Si(R3)(R4)-(R3およびR4は、それぞれ独立して炭素数1~6のアルキル基又はアルコキシ基を表す。)、および-(Q)s-(R5)t-(-Si(R3)(R4)-O-)r-Si(R3)(R4)-(R5)t’-(Q)s’-(R3およびR4は、それぞれ独立して炭素数1~6のアルキル基又はアルコキシ基を表す。R5は、それぞれ独立して炭素数1~6のアルキレン基を表す。Qは-O-又は-S-を表す。rは0~20の整数である。s、s’、t、t’は、0又は1の整数であり、s、s’、t、t’の少なくとも一つは1である。複数のR3、R4、R5およびQは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。)が挙げられる。
これらの中でも、上記式(1)のLにおける2価の連結基としては、本発明の効果を好適に得る観点から、-CH2-、炭素数2~12の直鎖状または分岐状アルキレン基がより好ましい。
上記2価の連結基が有する水素原子の一部又は全部は置換されていてもよく、該置換基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、シアノ基などが挙げられる。
上記2価の連結基が有する水素原子の一部又は全部は置換されていてもよく、該置換基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、シアノ基などが挙げられる。
上記式(1)で表されるジアミンの好ましい具体例としては、下記式(d1-1)~(d1-6)で表されるジアミンが挙げられ、なかでも本発明の効果を好適に得る観点から、(d1-1)~(d1-3)で表されるジアミンが、より好ましい。
(式中、A、B、C、Dは、それぞれ独立して、水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、メトキシ基、又はメトキシメチル基を表し、A~Dの内少なくとも2つは水素原子以外の基である。より好ましくは、A、Bは、それぞれ独立して、メチル基、エチル基、イソプロピル基、メトキシ基、又はメトキシメチル基を表し、C、Dは、それぞれ独立して、水素原子、又は上記A、Bで定義した基を表す。A、B、C、Dは、更に好ましくは、それぞれ独立して、メチル基、エチル基、イソプロピル基、メトキシ基、又はメトキシメチル基を表し、A~Dの内少なくとも2つがメチル基又はエチル基を表す。Eは、単結合、-CH2-、-(CH2)2-、-O-、-S-、-CO-、-SO-、-SO2-、-C(=O)-O-、-CONH-、-CO-N(CH3)-、-NH-、-N(CH3)-、-Si(CH3)2-、-Si(OCH3)2-、-O-Si(CH3)2-O-、フェニレン基、-C(CH3)2-、又は、-C(CF3)2-を表す。)
上記式(d1-1)~(d1-3)における、A、B、C、D、Eの好ましい組み合わせ(A,B,C,D,E)として、以下の態様が挙げられる;
(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-CH2-)、(メチル基,エチル基,水素原子,水素原子,-CH2-)、(エチル基,エチル基,水素原子,水素原子,-CH2-)、(イソプロピル基,イソプロピル基,水素原子,水素原子,-CH2-)、(メトキシメチル基,メトキシメチル基,水素原子,水素原子,-CH2-)、(メチル基,メチル基,メチル基,水素原子,-CH2-)、(エチル基,エチル基,エチル基,水素原子,-CH2-)、(イソプロピル基,イソプロピル基,メチル基,メチル基,-CH2-)、(メトキシメチル基,メトキシメチル基,メチル基,水素原子,-CH2-)、(メチル基,エチル基,メチル基,水素原子,-CH2-)、(メトキシメチル基,メトキシメチル基,メトキシメチル基,メトキシメチル基,-CH2-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-CH2-)、(エチル基,メチル基,メチル基,エチル基,-CH2-)、(エチル基,エチル基,エチル基,エチル基,-CH2-)、(メチル基,メチル基,エチル基,エチル基,-CH2-)、(エチル基,エチル基,イソプロピル基,イソプロピル基,-CH2-)、(イソプロピル基,イソプロピル基,イソプロピル基,イソプロピル基,-CH2-)、(イソプロピル基,イソプロピル基,メチル基,水素原子,-CH2-)、(メトキシ基,メトキシ基,メチル基,メチル基,-CH2-);(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-O-)、(エチル基,エチル基,水素原子,水素原子,-O-)、(メチル基,メチル基,メチル基,水素原子,-O-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-O-)、(メチル基,メチル基,エチル基,エチル基,-O-);(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-S-)、(エチル基,エチル基,水素原子,水素原子,-S-)、(メチル基,メチル基,メチル基,水素原子,-S-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-S-)、(エチル基,エチル基,エチル基,エチル基,-S-)、(メチル基,メチル基,エチル基,エチル基,-S-);(メチル基,メチル基,メチル基,水素原子,-CO-)、(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-CO-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-CO-);(メチル基,メチル基,エチル基,水素原子,-SO2-)、(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-SO2-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-SO2-)、(エチル基,エチル基,メチル基,メチル基,-SO2-);(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-SO-)、(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-SO-);(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-C(=O)-O-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-C(=O)-O-);
(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-CO-N(CH3)-);(メチル基,メチル基,エチル基,エチル基,-N(CH3)-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-N(CH3)-);(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-CO-NH-);(エチル基,メチル基,エチル基,メチル基,-NH-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-NH-);(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-Si(CH3)2-);(エチル基,エチル基,水素原子,水素原子,-Si(OCH3)2-);(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-O-Si(CH3)2-O-);(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-(CH2)2-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-(CH2)2-)、(エチル基,エチル基,水素原子,水素原子,-(CH2)2-)、(メチル基,メチル基,エチル基,エチル基,-(CH2)2-);(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,フェニレン基)、(エチル基,エチル基,水素原子,水素原子,フェニレン基);(メチル基,エチル基,メチル基,エチル基,-C(CH3)2-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-C(CH3)2-);(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-C(CF3)2-);
(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,単結合)、(メチル基,水素原子,メチル基,水素原子,単結合)、(トリフルオロメチル基,水素原子,トリフルオロメチル基,水素原子,単結合)、(メトキシ基,水素原子,メトキシ基,水素原子,単結合)、(メチル基,エチル基,メチル基,エチル基,単結合)、(メチル基,エチル基,メチル基,水素原子,単結合)、(エチル基,エチル基,エチル基,エチル基,単結合)、(メトキシ基,メトキシ基,メトキシ基,メトキシ基,単結合)、(イソプロピル基,イソプロピル基,水素原子,水素原子,単結合)、(メトキシメチル基,メトキシメチル基,メトキシメチル基,メトキシメチル基,単結合)。
上記式(d1-1)~(d1-3)における、A、B、C、D、Eの好ましい組み合わせ(A,B,C,D,E)として、以下の態様が挙げられる;
(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-CH2-)、(メチル基,エチル基,水素原子,水素原子,-CH2-)、(エチル基,エチル基,水素原子,水素原子,-CH2-)、(イソプロピル基,イソプロピル基,水素原子,水素原子,-CH2-)、(メトキシメチル基,メトキシメチル基,水素原子,水素原子,-CH2-)、(メチル基,メチル基,メチル基,水素原子,-CH2-)、(エチル基,エチル基,エチル基,水素原子,-CH2-)、(イソプロピル基,イソプロピル基,メチル基,メチル基,-CH2-)、(メトキシメチル基,メトキシメチル基,メチル基,水素原子,-CH2-)、(メチル基,エチル基,メチル基,水素原子,-CH2-)、(メトキシメチル基,メトキシメチル基,メトキシメチル基,メトキシメチル基,-CH2-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-CH2-)、(エチル基,メチル基,メチル基,エチル基,-CH2-)、(エチル基,エチル基,エチル基,エチル基,-CH2-)、(メチル基,メチル基,エチル基,エチル基,-CH2-)、(エチル基,エチル基,イソプロピル基,イソプロピル基,-CH2-)、(イソプロピル基,イソプロピル基,イソプロピル基,イソプロピル基,-CH2-)、(イソプロピル基,イソプロピル基,メチル基,水素原子,-CH2-)、(メトキシ基,メトキシ基,メチル基,メチル基,-CH2-);(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-O-)、(エチル基,エチル基,水素原子,水素原子,-O-)、(メチル基,メチル基,メチル基,水素原子,-O-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-O-)、(メチル基,メチル基,エチル基,エチル基,-O-);(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-S-)、(エチル基,エチル基,水素原子,水素原子,-S-)、(メチル基,メチル基,メチル基,水素原子,-S-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-S-)、(エチル基,エチル基,エチル基,エチル基,-S-)、(メチル基,メチル基,エチル基,エチル基,-S-);(メチル基,メチル基,メチル基,水素原子,-CO-)、(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-CO-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-CO-);(メチル基,メチル基,エチル基,水素原子,-SO2-)、(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-SO2-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-SO2-)、(エチル基,エチル基,メチル基,メチル基,-SO2-);(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-SO-)、(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-SO-);(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-C(=O)-O-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-C(=O)-O-);
(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-CO-N(CH3)-);(メチル基,メチル基,エチル基,エチル基,-N(CH3)-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-N(CH3)-);(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-CO-NH-);(エチル基,メチル基,エチル基,メチル基,-NH-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-NH-);(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-Si(CH3)2-);(エチル基,エチル基,水素原子,水素原子,-Si(OCH3)2-);(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-O-Si(CH3)2-O-);(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,-(CH2)2-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-(CH2)2-)、(エチル基,エチル基,水素原子,水素原子,-(CH2)2-)、(メチル基,メチル基,エチル基,エチル基,-(CH2)2-);(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,フェニレン基)、(エチル基,エチル基,水素原子,水素原子,フェニレン基);(メチル基,エチル基,メチル基,エチル基,-C(CH3)2-)、(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-C(CH3)2-);(メチル基,メチル基,メチル基,メチル基,-C(CF3)2-);
(メチル基,メチル基,水素原子,水素原子,単結合)、(メチル基,水素原子,メチル基,水素原子,単結合)、(トリフルオロメチル基,水素原子,トリフルオロメチル基,水素原子,単結合)、(メトキシ基,水素原子,メトキシ基,水素原子,単結合)、(メチル基,エチル基,メチル基,エチル基,単結合)、(メチル基,エチル基,メチル基,水素原子,単結合)、(エチル基,エチル基,エチル基,エチル基,単結合)、(メトキシ基,メトキシ基,メトキシ基,メトキシ基,単結合)、(イソプロピル基,イソプロピル基,水素原子,水素原子,単結合)、(メトキシメチル基,メトキシメチル基,メトキシメチル基,メトキシメチル基,単結合)。
(重合体(P)の製造)
本発明の液晶配向剤に含有される重合体(P)は、特定ジアミンを含有するジアミン成分を用いて得られるポリイミド前駆体、又は該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドである。ここにおいて、ポリイミド前駆体は、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステルなどのイミド化することによりポリイミドを得ることができる重合体である。
本発明の液晶配向剤に含有される重合体(P)は、特定ジアミンを含有するジアミン成分を用いて得られるポリイミド前駆体、又は該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドである。ここにおいて、ポリイミド前駆体は、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステルなどのイミド化することによりポリイミドを得ることができる重合体である。
上記重合体(P)のポリイミド前駆体であるポリアミック酸(P’)は、上記特定ジアミンを含有するジアミン成分とテトラカルボン酸成分との重合反応により得ることができる。特定ジアミンは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
この場合、特定ジアミンの使用量は、全ジアミン成分に対して、5モル%以上が好ましく、10モル%以上がより好ましく、20モル%以上がさらに好ましい。
上記ポリアミック酸(P’)の製造に用いられるジアミン成分は、特定ジアミン以外のジアミン(以下、その他のジアミンともいう。)を含んでいてもよい。上記特定ジアミンに加えて、その他のジアミンを併用する場合は、ジアミン成分に対する特定ジアミンの使用量は、90モル%以下が好ましく、80モル%以下がより好ましい。以下にその他のジアミンの例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。上記その他のジアミンは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
「A-X-J」(A、X、およびJの定義については後述する。)で表される芳香族ジアミン(d)、p-フェニレンジアミン、2,3,5,6-テトラメチル-p-フェニレンジアミン、2,5-ジメチル-p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、2,4-ジメチル-m-フェニレンジアミン、2,5-ジアミノトルエン、2,6-ジアミノトルエン、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジヒドロキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジフルオロ-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジフルオロ-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル、3,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジアミノビフェニル、2,3’-ジアミノビフェニル、1,5-ジアミノナフタレン、1,6-ジアミノナフタレン、1,7-ジアミノナフタレン、2,5-ジアミノナフタレン、2,6-ジアミノナフタレン、2,7-ジアミノナフタレン、ビス(4-アミノフェノキシ)メタン、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン、1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)エタン、1,3-ビス(3-アミノフェニル)プロパン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)ブタン、1,4-ビス(4-アミノ-2-メチルフェニルオキシ)ブタン、1,4-ビス(3-アミノフェニル)ブタン、1,5-ビス(4-アミノフェノキシ)ペンタン、1,5-ビス(3-アミノフェノキシ)ペンタン、1,6-ビス(4-アミノフェノキシ)へキサン、1,6-ビス(3-アミノフェノキシ)へキサン、1,7-ビス(4-アミノフェノキシ)ヘプタン、1,7-ビス(3-アミノフェノキシ)ヘプタン、1,8-ビス(4-アミノフェノキシ)オクタン、1,8-ビス(3-アミノフェノキシ)オクタン、1,9-ビス(4-アミノフェノキシ)ノナン、1,9-ビス(3-アミノフェノキシ)ノナン、1,10-ビス(4-アミノフェノキシ)デカン、1,10-ビス(3-アミノフェノキシ)デカン、1,11-ビス(4-アミノフェノキシ)ウンデカン、1,11-ビス(3-アミノフェノキシ)ウンデカン、1,12-ビス(4-アミノフェノキシ)ドデカン、1,12-ビス(3-アミノフェノキシ)ドデカン、3-[2-[2-(4-アミノフェノキシ)エトキシ]エトキシ]ベンゼンアミン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ジフェニルエーテル、1,4-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ]ベンゼン、1,2-ビス(6-アミノ-2-ナフチルオキシ)エタン、1,2-ビス(6-アミノ-2-ナフチル)エタン、6-[2-(4-アミノフェノキシ)エトキシ]-2-ナフチルアミン、4’-[2-(4-アミノフェノキシ)エトキシ]-[1,1’-ビフェニル]-4-アミン、1,4-ビス[2-(4-アミノフェニル)エチル]ブタンジオアート、1,6-ビス[2-(4-アミノフェニル)エチル]ヘキサンジオアート、1,4-フェニレンビス(4-アミノベンゾエート)、1,4-フェニレンビス(3-アミノベンゾエート)、1,3-フェニレンビス(4-アミノベンゾエート)、1,3-フェニレンビス(3-アミノベンゾエート)、ビス(4-アミノフェニル)テレフタレート、ビス(3-アミノフェニル)テレフタレート、ビス(4-アミノフェニル)イソフタレート、ビス(3-アミノフェニル)イソフタレート、;4,4’-ジアミノアゾベンゼン、ジアミノトラン、4,4-ジアミノカルコン、などの光配向性基を有するジアミン;メタクリル酸2-(2,4-ジアミノフェノキシ)エチル及び2,4-ジアミノ-N,N-ジアリルアニリン等の光重合性基を末端に有するジアミン;1-(4-(2-(2,4-ジアミノフェノキシ)エトキシ)フェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノン、2-(4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノイル)フェノキシ)エチル-3,5-ジアミノベンゾエートに代表される、ベンゾイン若しくはそのアルキルエーテル化物、ベンジルケタール類、アセトフェノン類、アシルホスフィンオキサイド類、ベンゾフェノン類、又はアミノベンゾフェノン類などのラジカル重合開始剤機能を発現する基を分子内に有するジアミン(以下、ラジカル開始機能を有するジアミンともいう。);4,4’-ジアミノベンズアニリドなどのアミド結合を有するジアミン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ウレア、1,3-ビス(4-アミノベンジル)ウレア、1,3-ビス(4-アミノフェネチル)ウレアなどのウレア結合を有するジアミン;4,4’-スルホニルジアニリン、3,3’-スルホニルジアニリン、ビス(4-アミノフェニル)シラン、ビス(3-アミノフェニル)シラン、ジメチル-ビス(4-アミノフェニル)シラン、ジメチル-ビス(3-アミノフェニル)シラン、4,4’-チオジアニリン、3,3’-チオジアニリン、3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)プロパン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノベンジル)ベンゼン;2,6-ジアミノピリジン、3,4-ジアミノピリジン、2,4-ジアミノピリミジン、3,6-ジアミノカルバゾール、N-メチル-3,6-ジアミノカルバゾール、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、3,6-ジアミノアクリジン、N-エチル-3,6-ジアミノカルバゾール、N-フェニル-3,6-ジアミノカルバゾール、N-(3-(1H-イミダゾール-1-イル)プロピル-3,5-ジアミノベンズアミド、4-[4-[(4-アミノフェノキシ)メチル]-4,5-ジヒドロ-4-メチル-2-オキサゾリル]-ベンゼンアミン、1,4-ビス(p-アミノベンジル)ピペラジン、4,4’-[プロパン-1,3-ジイルビス(ピペリジン-1,4-ジイル)]ジアニリン、4-(4-アミノフェノキシカルボニル)-1-(4-アミノフェニル)ピペリジン、下記式(z-1)~式(z-5)で表されるジアミン(式(z-2)におけるmは、それぞれ独立して下記定義を有する。)、2,5-ビス(4-アミノフェニル)ピロール、4,4’-(1-メチル-1H-ピロール-2,5-ジイル)ビス[ベンゼンアミン]、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、2-N-(4-アミノフェニル)ピリジン-2,5-ジアミン、2-N-(5-アミノピリジン-2-イル)ピリジン-2,5-ジアミン、2-(4-アミノフェニル)-5-アミノベンズイミダゾール、2-(4-アミノフェニル)-6-アミノベンズイミダゾール、5-(1H-ベンズイミダゾール-2-イル)ベンゼン-1,3-ジアミンなどの複素環含有ジアミン、又は、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、4,4’-ジアミノジフェニル-N-メチルアミン、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-1,4-ベンゼンジアミン、N,N ’-ビス(4-アミノフェニル)-ベンジジン、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-N,N’-ジメチルベンジジン、若しくは、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-N,N’-ジメチル-1,4-ベンゼンジアミンなどのジフェニルアミン構造を有するジアミンに代表される、窒素含有複素環、第二級アミノ基及び第三級アミノ基よりなる群から選ばれる少なくとも一種の窒素含有構造(以下、特定の窒素含有構造ともいう。)を有するジアミン(但し、加熱によって脱離し、水素原子に置き換わる保護基が結合したアミノ基を分子内に有しない。);2,4-ジアミノ安息香酸、2,5-ジアミノ安息香酸、3,5-ジアミノ安息香酸、4,4’-ジアミノビフェニル-3-カルボン酸、4,4’-ジアミノジフェニルメタン-3-カルボン酸、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン-3-カルボン酸、4,4’-ジアミノビフェニル-3,3’-ジカルボン酸、4,4’-ジアミノビフェニル-2,2’-ジカルボン酸、3,3’-ジアミノビフェニル-4,4’-ジカルボン酸、3,3’-ジアミノビフェニル-2,4’-ジカルボン酸、4,4’-ジアミノジフェニルメタン-3,3’-ジカルボン酸、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン-3,3’-ジカルボン酸、及び4,4’-ジアミノジフェニルエーテル-3,3’-ジカルボン酸などのカルボキシ基を有するジアミン;2,4-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノベンジルアルコール、2,4-ジアミノベンジルアルコール、4,6-ジアミノレゾルシノール、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジヒドロキシビフェニル;4-(2-(メチルアミノ)エチル)アニリン、4-(2-アミノエチル)アニリン、1-(4-アミノフェニル)-1,3,3-トリメチル-1H-インダン-5-アミン、1-(4-アミノフェニル)-2,3-ジヒドロ-1,3,3-トリメチル-1H-インデン-6-アミン;N,N’-ビス(2-tert-ブトキシカルボニルアミノ-4-アミノフェニル)アジパミド、4-アミノ-N-(2-tert-ブトキシカルボニルアミノ-4-アミノフェニル)ベンズアミド、カルバミン酸,N-[(2,5-ジアミノフェニル)メチル]-,1,1-ジメチルエチルエステル、カルバミン酸,N-[3-(2,5-ジアミノフェニル)プロピル]-,1,1-ジメチルエチルエステル、カルバミン酸,N,N-[(2,5-ジアミノ-1,3-フェニレン)ジ-3,1-プロパンジイル]ビス-,C,C-ビス(1,1-ジメチルエチル)エステル、N-tert-ブトキシカルボニル-N-(2-(4-アミノフェニル)エチル)-N-(4-アミノベンジル)アミン、安息香酸,4-アミノ-2-tert-ブトキシカルボニルアミノ-,1,1’-[(1,1,3,3-テトラメチル-1,3-ジシロキサンジイル)ジ-4,1-ブタンジイル]エステル、カルバミン酸,N-[2-(4-アミノフェニル)エチル]-N-[[[2-(4-アミノフェニル)エチル]アミノ]カルボニル]-,1,1-ジメチルエチルエステル、カルバミン酸,N-(4-アミノフェニル)-N-[[1-(4-アミノフェニル)-4-ピぺリジニル]メチル]-,1,1-ジメチルエチルエステルなどの基「-N(D)-」(Dは加熱によって脱離し水素原子に置き換わる保護基を表し、好ましくはtert-ブトキシカルボニル基である。)を有するジアミン;1-ドデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、1-テトラデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、1-ペンタデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、1-ヘキサデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、1-オクタデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、1-ドデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、1-テトラデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、1-ペンタデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、1-ヘキサデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、1-オクタデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼンに代表される炭素数12~20の長鎖アルキル基を有する芳香族ジアミン;1,3
-ビス(3-アミノプロピル)-テトラメチルジシロキサン、1,3-ビス[3-(p-アミノフェニルカルバモイル)プロピル]テトラメチルジシロキサン等のシロキサン結合を有するジアミン;メタキシリレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ジアミノシクロヘキサン、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、国際公開第2018/117239号に記載の式(Y-1)~(Y-167)のいずれかで表される基に2つのアミノ基が結合したジアミン等
「A-X-J」(A、X、およびJの定義については後述する。)で表される芳香族ジアミン(d)、p-フェニレンジアミン、2,3,5,6-テトラメチル-p-フェニレンジアミン、2,5-ジメチル-p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、2,4-ジメチル-m-フェニレンジアミン、2,5-ジアミノトルエン、2,6-ジアミノトルエン、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジヒドロキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジフルオロ-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジフルオロ-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル、3,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジアミノビフェニル、2,3’-ジアミノビフェニル、1,5-ジアミノナフタレン、1,6-ジアミノナフタレン、1,7-ジアミノナフタレン、2,5-ジアミノナフタレン、2,6-ジアミノナフタレン、2,7-ジアミノナフタレン、ビス(4-アミノフェノキシ)メタン、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン、1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)エタン、1,3-ビス(3-アミノフェニル)プロパン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)ブタン、1,4-ビス(4-アミノ-2-メチルフェニルオキシ)ブタン、1,4-ビス(3-アミノフェニル)ブタン、1,5-ビス(4-アミノフェノキシ)ペンタン、1,5-ビス(3-アミノフェノキシ)ペンタン、1,6-ビス(4-アミノフェノキシ)へキサン、1,6-ビス(3-アミノフェノキシ)へキサン、1,7-ビス(4-アミノフェノキシ)ヘプタン、1,7-ビス(3-アミノフェノキシ)ヘプタン、1,8-ビス(4-アミノフェノキシ)オクタン、1,8-ビス(3-アミノフェノキシ)オクタン、1,9-ビス(4-アミノフェノキシ)ノナン、1,9-ビス(3-アミノフェノキシ)ノナン、1,10-ビス(4-アミノフェノキシ)デカン、1,10-ビス(3-アミノフェノキシ)デカン、1,11-ビス(4-アミノフェノキシ)ウンデカン、1,11-ビス(3-アミノフェノキシ)ウンデカン、1,12-ビス(4-アミノフェノキシ)ドデカン、1,12-ビス(3-アミノフェノキシ)ドデカン、3-[2-[2-(4-アミノフェノキシ)エトキシ]エトキシ]ベンゼンアミン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ジフェニルエーテル、1,4-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ]ベンゼン、1,2-ビス(6-アミノ-2-ナフチルオキシ)エタン、1,2-ビス(6-アミノ-2-ナフチル)エタン、6-[2-(4-アミノフェノキシ)エトキシ]-2-ナフチルアミン、4’-[2-(4-アミノフェノキシ)エトキシ]-[1,1’-ビフェニル]-4-アミン、1,4-ビス[2-(4-アミノフェニル)エチル]ブタンジオアート、1,6-ビス[2-(4-アミノフェニル)エチル]ヘキサンジオアート、1,4-フェニレンビス(4-アミノベンゾエート)、1,4-フェニレンビス(3-アミノベンゾエート)、1,3-フェニレンビス(4-アミノベンゾエート)、1,3-フェニレンビス(3-アミノベンゾエート)、ビス(4-アミノフェニル)テレフタレート、ビス(3-アミノフェニル)テレフタレート、ビス(4-アミノフェニル)イソフタレート、ビス(3-アミノフェニル)イソフタレート、;4,4’-ジアミノアゾベンゼン、ジアミノトラン、4,4-ジアミノカルコン、などの光配向性基を有するジアミン;メタクリル酸2-(2,4-ジアミノフェノキシ)エチル及び2,4-ジアミノ-N,N-ジアリルアニリン等の光重合性基を末端に有するジアミン;1-(4-(2-(2,4-ジアミノフェノキシ)エトキシ)フェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノン、2-(4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノイル)フェノキシ)エチル-3,5-ジアミノベンゾエートに代表される、ベンゾイン若しくはそのアルキルエーテル化物、ベンジルケタール類、アセトフェノン類、アシルホスフィンオキサイド類、ベンゾフェノン類、又はアミノベンゾフェノン類などのラジカル重合開始剤機能を発現する基を分子内に有するジアミン(以下、ラジカル開始機能を有するジアミンともいう。);4,4’-ジアミノベンズアニリドなどのアミド結合を有するジアミン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ウレア、1,3-ビス(4-アミノベンジル)ウレア、1,3-ビス(4-アミノフェネチル)ウレアなどのウレア結合を有するジアミン;4,4’-スルホニルジアニリン、3,3’-スルホニルジアニリン、ビス(4-アミノフェニル)シラン、ビス(3-アミノフェニル)シラン、ジメチル-ビス(4-アミノフェニル)シラン、ジメチル-ビス(3-アミノフェニル)シラン、4,4’-チオジアニリン、3,3’-チオジアニリン、3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)プロパン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノベンジル)ベンゼン;2,6-ジアミノピリジン、3,4-ジアミノピリジン、2,4-ジアミノピリミジン、3,6-ジアミノカルバゾール、N-メチル-3,6-ジアミノカルバゾール、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、3,6-ジアミノアクリジン、N-エチル-3,6-ジアミノカルバゾール、N-フェニル-3,6-ジアミノカルバゾール、N-(3-(1H-イミダゾール-1-イル)プロピル-3,5-ジアミノベンズアミド、4-[4-[(4-アミノフェノキシ)メチル]-4,5-ジヒドロ-4-メチル-2-オキサゾリル]-ベンゼンアミン、1,4-ビス(p-アミノベンジル)ピペラジン、4,4’-[プロパン-1,3-ジイルビス(ピペリジン-1,4-ジイル)]ジアニリン、4-(4-アミノフェノキシカルボニル)-1-(4-アミノフェニル)ピペリジン、下記式(z-1)~式(z-5)で表されるジアミン(式(z-2)におけるmは、それぞれ独立して下記定義を有する。)、2,5-ビス(4-アミノフェニル)ピロール、4,4’-(1-メチル-1H-ピロール-2,5-ジイル)ビス[ベンゼンアミン]、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、2-N-(4-アミノフェニル)ピリジン-2,5-ジアミン、2-N-(5-アミノピリジン-2-イル)ピリジン-2,5-ジアミン、2-(4-アミノフェニル)-5-アミノベンズイミダゾール、2-(4-アミノフェニル)-6-アミノベンズイミダゾール、5-(1H-ベンズイミダゾール-2-イル)ベンゼン-1,3-ジアミンなどの複素環含有ジアミン、又は、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、4,4’-ジアミノジフェニル-N-メチルアミン、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-1,4-ベンゼンジアミン、N,N ’-ビス(4-アミノフェニル)-ベンジジン、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-N,N’-ジメチルベンジジン、若しくは、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-N,N’-ジメチル-1,4-ベンゼンジアミンなどのジフェニルアミン構造を有するジアミンに代表される、窒素含有複素環、第二級アミノ基及び第三級アミノ基よりなる群から選ばれる少なくとも一種の窒素含有構造(以下、特定の窒素含有構造ともいう。)を有するジアミン(但し、加熱によって脱離し、水素原子に置き換わる保護基が結合したアミノ基を分子内に有しない。);2,4-ジアミノ安息香酸、2,5-ジアミノ安息香酸、3,5-ジアミノ安息香酸、4,4’-ジアミノビフェニル-3-カルボン酸、4,4’-ジアミノジフェニルメタン-3-カルボン酸、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン-3-カルボン酸、4,4’-ジアミノビフェニル-3,3’-ジカルボン酸、4,4’-ジアミノビフェニル-2,2’-ジカルボン酸、3,3’-ジアミノビフェニル-4,4’-ジカルボン酸、3,3’-ジアミノビフェニル-2,4’-ジカルボン酸、4,4’-ジアミノジフェニルメタン-3,3’-ジカルボン酸、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン-3,3’-ジカルボン酸、及び4,4’-ジアミノジフェニルエーテル-3,3’-ジカルボン酸などのカルボキシ基を有するジアミン;2,4-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノベンジルアルコール、2,4-ジアミノベンジルアルコール、4,6-ジアミノレゾルシノール、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジヒドロキシビフェニル;4-(2-(メチルアミノ)エチル)アニリン、4-(2-アミノエチル)アニリン、1-(4-アミノフェニル)-1,3,3-トリメチル-1H-インダン-5-アミン、1-(4-アミノフェニル)-2,3-ジヒドロ-1,3,3-トリメチル-1H-インデン-6-アミン;N,N’-ビス(2-tert-ブトキシカルボニルアミノ-4-アミノフェニル)アジパミド、4-アミノ-N-(2-tert-ブトキシカルボニルアミノ-4-アミノフェニル)ベンズアミド、カルバミン酸,N-[(2,5-ジアミノフェニル)メチル]-,1,1-ジメチルエチルエステル、カルバミン酸,N-[3-(2,5-ジアミノフェニル)プロピル]-,1,1-ジメチルエチルエステル、カルバミン酸,N,N-[(2,5-ジアミノ-1,3-フェニレン)ジ-3,1-プロパンジイル]ビス-,C,C-ビス(1,1-ジメチルエチル)エステル、N-tert-ブトキシカルボニル-N-(2-(4-アミノフェニル)エチル)-N-(4-アミノベンジル)アミン、安息香酸,4-アミノ-2-tert-ブトキシカルボニルアミノ-,1,1’-[(1,1,3,3-テトラメチル-1,3-ジシロキサンジイル)ジ-4,1-ブタンジイル]エステル、カルバミン酸,N-[2-(4-アミノフェニル)エチル]-N-[[[2-(4-アミノフェニル)エチル]アミノ]カルボニル]-,1,1-ジメチルエチルエステル、カルバミン酸,N-(4-アミノフェニル)-N-[[1-(4-アミノフェニル)-4-ピぺリジニル]メチル]-,1,1-ジメチルエチルエステルなどの基「-N(D)-」(Dは加熱によって脱離し水素原子に置き換わる保護基を表し、好ましくはtert-ブトキシカルボニル基である。)を有するジアミン;1-ドデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、1-テトラデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、1-ペンタデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、1-ヘキサデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、1-オクタデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、1-ドデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、1-テトラデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、1-ペンタデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、1-ヘキサデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、1-オクタデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼンに代表される炭素数12~20の長鎖アルキル基を有する芳香族ジアミン;1,3
-ビス(3-アミノプロピル)-テトラメチルジシロキサン、1,3-ビス[3-(p-アミノフェニルカルバモイル)プロピル]テトラメチルジシロキサン等のシロキサン結合を有するジアミン;メタキシリレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ジアミノシクロヘキサン、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、国際公開第2018/117239号に記載の式(Y-1)~(Y-167)のいずれかで表される基に2つのアミノ基が結合したジアミン等
上記芳香族ジアミン(d)において、Aは2つの第一級アミノ基が芳香族基に結合した1価の基を表す。芳香族基の具体例として、ベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル構造が挙げられる。Xは、単結合、-(CH2)a-(aは1~15の整数である。)、-CONH-、-NHCO-、-CO-N(CH3)-、-NH-、-O-、-COO-、-CH=CH-COO-(CH2)q-(qは1~18の整数である。)、又は-(A1)a0-((CH2)a1-A1)m1-(a0は0又は1の整数であり、a1は1~15の整数であり、A1は-O-又は-COO-を表し、A1が複数ある場合、各A1はそれぞれ独立して上記定義を有する。m1は1~2の整数である。m1が2の場合、複数のa1は、それぞれ独立して上記定義を有する。)を表す。
Jは、炭素数4~40の脂環式炭化水素基及び炭素数6~40の芳香族炭化水素基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する1価の有機基を表す。但し、上記脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基が有する水素原子の少なくとも一つは、ハロゲン原子、ハロゲン原子含有アルキル基、ハロゲン原子含有アルコキシ基、炭素数3~10のアルキル基、炭素数3~10のアルコキシ基、炭素数3~10のアルケニル基で置換されており、これらの基における任意のメチレン基が有する炭素-炭素結合は-O-で中断されていても良い。
尚、Jは、上記の脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基以外に、非置換又は上記した置換基以外の置換基で置換されている脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基をさらに有してもよい。
ハロゲン原子含有アルキル基としては、例えば、炭素数1~10のハロゲン原子含有アルキル基が挙げられる。
ハロゲン原子含有アルコキシ基としては、例えば、炭素数1~10のハロゲン原子含有アルコキシ基が挙げられる。
Jの脂環式炭化水素基としては、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロデカン環、ステロイド骨格(例として、コレスタニル基、コレステリル基、ラノスタニル基など)などを挙げることができ、芳香族炭化水素基としては、ベンゼン環、ナフタレン環などを挙げることができる。Jがシクロヘキサン環及びベンゼン環の少なくともいずれかを有する場合、基「-X-J」として、例えば、下記の構造(S1)を挙げることができ、より好ましい構造として下記式(S1-1)~(S1-5)を挙げることができる。
上記(S1)において、X1は、単結合、-(CH2)a-(aは1~15の整数である。)、-CONH-、-CO-N(CH3)-、-NH-、-O-、-COO-、-CH=CH-COO-(CH2)q-(qは1~18の整数である。)、又は-(A1)a0-((CH2)a1-A1)m1-(a0は0又は1の整数であり、a1は1~15の整数であり、A1は-O-又は-COO-を表し、A1が複数ある場合、各A1はそれぞれ独立して上記定義を有する。m1は1~2の整数である。m1が2の場合、複数のa1は、それぞれ独立して上記定義を有する。)を表す。
G1は、フェニレン基、及びシクロヘキシレン基から選ばれる2価の環状基を表す。前記環状基上の任意の水素原子は、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、炭素数1~3のフッ素含有アルキル基、炭素数1~3のフッ素含有アルコキシ基又はフッ素原子で置換されていてもよい。
mは、1~4の整数である。mが2以上の場合、複数のX1、G1は、それぞれ独立して上記定義を有する。
R1はフッ素原子、炭素数1~10のフッ素原子含有アルキル基、炭素数1~10のフッ素原子含有アルコキシ基、炭素数3~10のアルキル基、炭素数3~10のアルコキシ基、又は炭素数3~10のアルコキシアルキル基を表す。
(X1、R1は、上記式(S1)のX1、R1と同義である。)
上記芳香族ジアミン(d)の具体例としては、下記式(d-1)~(d-2)で表されるジアミンが挙げられる。より好ましい具体例としては、基「-X-J」が、上記の構造(S1)又は上記式(S1-1)~(S1-5)のいずれかである、式(d-1)~(d-2)で表されるジアミン、並びにコレスタニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸コレスタニル、3,5-ジアミノ安息香酸コレステニル、3,5-ジアミノ安息香酸ラノスタニル及び3,6-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)コレスタン等のステロイド骨格を有するジアミンが挙げられる。上記基「-X-J」のXが「-CH=CH-COO-(CH2)q-」を表す場合、芳香族ジアミン(d)のより好ましい具体例としては、[4-[(E)-3-[2-(2,4-ジアミノフェニル)エトキシ]-3-オキソ-プロパ-1-エニル]フェニル]4-(4,4,4-トリフルオロブトキシ)ベンゾエート、若しくは[4-[(E)-3-[[5-アミノ-2-[4-アミノ-2-[[(E)-3-[4-[4-(4,4,4-トリフルオロブトキシ)ベンゾイル]オキシフェニル]プロパ-2-エノイル]オキシメチル]フェニル]フェニル]メトキシ]-3-オキソ-プロパ-1-エニル]フェニル]4-(4,4,4-トリフルオロブトキシ)ベンゾエートが挙げられる。
上記芳香族ジアミン(d)の具体例としては、下記式(d-1)~(d-2)で表されるジアミンが挙げられる。より好ましい具体例としては、基「-X-J」が、上記の構造(S1)又は上記式(S1-1)~(S1-5)のいずれかである、式(d-1)~(d-2)で表されるジアミン、並びにコレスタニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸コレスタニル、3,5-ジアミノ安息香酸コレステニル、3,5-ジアミノ安息香酸ラノスタニル及び3,6-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)コレスタン等のステロイド骨格を有するジアミンが挙げられる。上記基「-X-J」のXが「-CH=CH-COO-(CH2)q-」を表す場合、芳香族ジアミン(d)のより好ましい具体例としては、[4-[(E)-3-[2-(2,4-ジアミノフェニル)エトキシ]-3-オキソ-プロパ-1-エニル]フェニル]4-(4,4,4-トリフルオロブトキシ)ベンゾエート、若しくは[4-[(E)-3-[[5-アミノ-2-[4-アミノ-2-[[(E)-3-[4-[4-(4,4,4-トリフルオロブトキシ)ベンゾイル]オキシフェニル]プロパ-2-エノイル]オキシメチル]フェニル]フェニル]メトキシ]-3-オキソ-プロパ-1-エニル]フェニル]4-(4,4,4-トリフルオロブトキシ)ベンゾエートが挙げられる。
(X、Jは、上記芳香族ジアミン(d)のX、Jと好ましい態様を含めて同義である。前記式(d-2)において、2個のX、Jは、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
上記特定の窒素含有構造を有するジアミンにおける窒素含有複素環の好ましい具体例として、ピロール、オキサゾール、イソオキサゾール、ピロリジン、イミダゾリジン、ピペリジン、ピペラジン、キヌクリジン、モルホリン、イミダゾール、ピラゾール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、アザインドリジン、トリアゾール、インドール、ベンズイミダゾール、カルバゾールなどが挙げられる。
その他のジアミンとしては、本発明の効果を好適に得る観点から,上記芳香族ジアミン(d)、p-フェニレンジアミン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)プロパン、上記カルボキシ基を有するジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、上記光配向性基を有するジアミン、ラジカル開始機能を有するジアミン、光重合性基を末端に有するジアミン、基「-N(D)-」を有するジアミン、上記特定の窒素含有構造を有するジアミンが好ましい。
上記特定の窒素含有構造を有するジアミンにおける窒素含有複素環の好ましい具体例として、ピロール、オキサゾール、イソオキサゾール、ピロリジン、イミダゾリジン、ピペリジン、ピペラジン、キヌクリジン、モルホリン、イミダゾール、ピラゾール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、アザインドリジン、トリアゾール、インドール、ベンズイミダゾール、カルバゾールなどが挙げられる。
その他のジアミンとしては、本発明の効果を好適に得る観点から,上記芳香族ジアミン(d)、p-フェニレンジアミン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)プロパン、上記カルボキシ基を有するジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、上記光配向性基を有するジアミン、ラジカル開始機能を有するジアミン、光重合性基を末端に有するジアミン、基「-N(D)-」を有するジアミン、上記特定の窒素含有構造を有するジアミンが好ましい。
上記特定ジアミンに加えてその他のジアミンを使用する場合、上記その他のジアミンの使用量は、使用される全ジアミン成分に対して、好ましくは10~90モル%であり、より好ましくは20~80モル%である。
上記その他のジアミンの使用量は、重合体(P)の製造に使用される全ジアミン成分に対して、好ましくは10~90モル%であり、より好ましくは20~80モル%である。
(テトラカルボン酸成分)
上記ポリアミック酸(P’)を製造する場合、ジアミン成分と反応させるテトラカルボン酸成分は、テトラカルボン酸二無水物だけでなく、テトラカルボン酸、テトラカルボン酸ジハライド、テトラカルボン酸ジアルキルエステル、又はテトラカルボン酸ジアルキルエステルジハライドなどのテトラカルボン酸二無水物の誘導体を用いることもできる。
(テトラカルボン酸成分)
上記ポリアミック酸(P’)を製造する場合、ジアミン成分と反応させるテトラカルボン酸成分は、テトラカルボン酸二無水物だけでなく、テトラカルボン酸、テトラカルボン酸ジハライド、テトラカルボン酸ジアルキルエステル、又はテトラカルボン酸ジアルキルエステルジハライドなどのテトラカルボン酸二無水物の誘導体を用いることもできる。
本発明の重合体(P)およびポリアミック酸(P’)は、芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体(以下、これらを総称して芳香族テトラカルボン酸誘導体ともいう。)を含むテトラカルボン酸成分とジアミン成分との重合反応により得られる。ここで、芳香族テトラカルボン酸二無水物とは、芳香環に結合する少なくとも1つのカルボキシ基を含めて4つのカルボキシ基が分子内脱水することにより得られる酸二無水物である。上記芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体は、本発明の効果を好適に得る観点から、中でも、ベンゼン環、及びナフタレン環よりなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造を有するテトラカルボン酸二無水物又はこれらの誘導体を含むことがより好ましい。ポリアミック酸(P’)の合成に用いることのできるテトラカルボン酸成分としては、好ましくは、以下の芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体(以下、これらを総称して特定の芳香族テトラカルボン酸誘導体(b)ともいう。)を含む。
尚、上記芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-パーフルオロイソプロピリデンジフタル酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、4,4’-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルプロパン二無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物、4,4’-カルボニルジフタル酸無水物、4,4’-オキシジ(1,4-フェニレン)ビス(フタル酸)二無水物、又は4,4’-メチレンジ(1,4-フェニレン)ビス(フタル酸)二無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物;そのほか、特開2010-97188号公報に記載の芳香族テトラカルボン酸二無水物等。
上記特定の芳香族テトラカルボン酸誘導体(b)の好ましい例としては、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、またはこれらの誘導体である。
上記芳香族テトラカルボン酸誘導体(より好ましくは、特定の芳香族テトラカルボン酸誘導体(b))の使用割合は、使用される全テトラカルボン酸成分1モルに対して、10モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましく、50モル%以上がさらに好ましい。
上記ポリアミック酸(P’)の製造に用いられるテトラカルボン酸成分は、芳香族テトラカルボン酸誘導体以外のテトラカルボン酸誘導体(以下、その他のテトラカルボン酸誘導体ともいう。)を含んでいてもよい。上記芳香族テトラカルボン酸誘導体に加えて、その他のテトラカルボン酸誘導体を併用する場合は、テトラカルボン酸成分に対する芳香族テトラカルボン酸誘導体の使用量は、90モル%以下が好ましく、80モル%以下がより好ましい。以下にその他のテトラカルボン酸誘導体の例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。上記その他のテトラカルボン酸誘導体は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記ポリアミック酸(P’)の製造に用いられるテトラカルボン酸成分は、芳香族テトラカルボン酸誘導体以外のテトラカルボン酸誘導体(以下、その他のテトラカルボン酸誘導体ともいう。)を含んでいてもよい。上記芳香族テトラカルボン酸誘導体に加えて、その他のテトラカルボン酸誘導体を併用する場合は、テトラカルボン酸成分に対する芳香族テトラカルボン酸誘導体の使用量は、90モル%以下が好ましく、80モル%以下がより好ましい。以下にその他のテトラカルボン酸誘導体の例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。上記その他のテトラカルボン酸誘導体は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記その他のテトラカルボン酸誘導体として、非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物、脂環式テトラカルボン酸二無水物又はこれらの誘導体が挙げられる。ここで、非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物は、鎖状炭化水素構造に結合する4つのカルボキシ基が分子内脱水することにより得られる酸二無水物である。但し、鎖状炭化水素構造のみで構成されている必要はなく、その一部に脂環式構造や芳香環構造を有していてもよい。脂環式テトラカルボン酸二無水物は、脂環式構造に結合する少なくとも1つのカルボキシ基を含めて4つのカルボキシ基が分子内脱水することにより得られる酸二無水物である。但し、これら4つのカルボキシ基はいずれも芳香環には結合していない。また、脂環式構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状炭化水素構造や芳香環構造を有していてもよい。上記非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物及び脂環式テトラカルボン酸二無水物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記脂環式テトラカルボン酸二無水物又はこれらの誘導体は、本発明の効果を好適に得る観点から、中でも、シクロブタン環構造、シクロペンタン環構造及びシクロヘキサン環構造よりなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造を有するテトラカルボン酸二無水物又はこれらの誘導体を含むことがより好ましい。
ポリアミック酸(P’)の合成に用いることのできるその他のテトラカルボン酸成分としては、好ましくは、以下のテトラカルボン酸二無水物又はこれらの誘導体(以下、これらを総称して特定の脂肪族テトラカルボン酸誘導体(c)ともいう。)を含む。
1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物等の非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物;1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ジクロロ-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-テトラメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ジフルオロ-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ビス(トリフルオロメチル)-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物、2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、4-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)テトラヒドロナフタレン-1,2-ジカルボン酸二無水物、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-8-メチル-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、ビシクロ[2.2.2]オクタ-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、2,4,6,8-テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン-2:4,6:8-二無水物等の脂環式テトラカルボン酸二無水物;そのほか、特開2010-97188号公報に記載のテトラカルボン酸二無水物等。
1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物等の非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物;1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ジクロロ-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-テトラメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ジフルオロ-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ビス(トリフルオロメチル)-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物、2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、4-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)テトラヒドロナフタレン-1,2-ジカルボン酸二無水物、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-8-メチル-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、ビシクロ[2.2.2]オクタ-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、2,4,6,8-テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン-2:4,6:8-二無水物等の脂環式テトラカルボン酸二無水物;そのほか、特開2010-97188号公報に記載のテトラカルボン酸二無水物等。
上記特定の脂肪族テトラカルボン酸誘導体(c)の好ましい例としては、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-テトラメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ジフルオロ-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ビス(トリフルオロメチル)-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物、2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-8-メチル-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、2,4,6,8-テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン-2:4,6:8-二無水物またはこれらの誘導体である。
(ポリアミック酸の合成)
ポリアミック酸の合成は、上記特定ジアミンを含むジアミン成分と、上記芳香族テトラカルボン酸二無水物またはその誘導体を含むテトラカルボン酸成分とを有機溶媒中で反応させることにより行われる。ポリアミック酸の合成反応に供されるテトラカルボン酸二無水物とジアミンとの使用割合は、ジアミンのアミノ基1当量に対して、テトラカルボン酸二無水物の酸無水物基が0.5~2当量となる割合が好ましく、さらに好ましくは0.8~1.2当量となる割合である。通常の重縮合反応と同様に、このテトラカルボン酸二無水物の酸無水物基の当量が1当量に近いほど、生成するポリアミック酸の分子量は大きくなる。
ポリアミック酸の合成は、上記特定ジアミンを含むジアミン成分と、上記芳香族テトラカルボン酸二無水物またはその誘導体を含むテトラカルボン酸成分とを有機溶媒中で反応させることにより行われる。ポリアミック酸の合成反応に供されるテトラカルボン酸二無水物とジアミンとの使用割合は、ジアミンのアミノ基1当量に対して、テトラカルボン酸二無水物の酸無水物基が0.5~2当量となる割合が好ましく、さらに好ましくは0.8~1.2当量となる割合である。通常の重縮合反応と同様に、このテトラカルボン酸二無水物の酸無水物基の当量が1当量に近いほど、生成するポリアミック酸の分子量は大きくなる。
ポリアミック酸の合成反応における反応温度は-20~150℃が好ましく、0~100℃がより好ましい。また、反応時間は0.1~24時間が好ましく、0.5~12時間がより好ましい。
ポリアミック酸の合成反応は任意の濃度で行うことができるが、好ましくは1~50質量%、より好ましくは5~30質量%である。反応初期は高濃度で行い、その後、溶媒を追加することもできる。
上記有機溶媒の具体例としては、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノンが挙げられる。また、重合体の溶媒溶解性が高い場合は、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、又はジエチレングリコールモノエチルエーテルを用いることができる。
(ポリアミック酸エステルの合成)
ポリアミック酸エステルは、例えば、[I]上記の方法で得られたポリアミック酸とエステル化剤とを反応させる方法、[II]テトラカルボン酸ジエステルとジアミンとを反応させる方法、[III]テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物とジアミンとを反応させる方法、などの既知の方法によって得ることができる。
ポリアミック酸エステルは、例えば、[I]上記の方法で得られたポリアミック酸とエステル化剤とを反応させる方法、[II]テトラカルボン酸ジエステルとジアミンとを反応させる方法、[III]テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物とジアミンとを反応させる方法、などの既知の方法によって得ることができる。
(ポリイミドの合成)
また、上記ポリアミック酸又はポリアミック酸エステルなどのポリイミド前駆体を閉環(イミド化)させることによりポリイミドを得ることができる。なお、本明細書でいうイミド化率とは、テトラカルボン酸二無水物またはその誘導体由来のイミド基とカルボキシ基(またはその誘導体)との合計量に占めるイミド基の割合のことである。イミド化率は、必ずしも100%である必要はなく、用途や目的に応じて任意に調整できる。
また、上記ポリアミック酸又はポリアミック酸エステルなどのポリイミド前駆体を閉環(イミド化)させることによりポリイミドを得ることができる。なお、本明細書でいうイミド化率とは、テトラカルボン酸二無水物またはその誘導体由来のイミド基とカルボキシ基(またはその誘導体)との合計量に占めるイミド基の割合のことである。イミド化率は、必ずしも100%である必要はなく、用途や目的に応じて任意に調整できる。
ポリイミド前駆体をイミド化させる方法としては、ポリイミド前駆体の溶液をそのまま加熱する熱イミド化又はポリイミド前駆体の溶液に触媒を添加する触媒イミド化が挙げられる。
ポリイミド前駆体を溶液中で熱イミド化させる場合の温度は、好ましくは100~400℃であり、より好ましくは120~250℃であり、イミド化反応により生成する水を系外に除きながら行う方が好ましい。
ポリイミド前駆体の触媒イミド化は、ポリイミド前駆体の溶液に、塩基性触媒と酸無水物とを添加し、好ましくは-20~250℃、より好ましくは0~180℃で撹拌することにより行うことができる。塩基性触媒の量はアミック酸基の好ましくは0.5~30モル倍、より好ましくは2~20モル倍であり、酸無水物の量はアミック酸基の好ましくは1~50モル倍、より好ましくは3~30モル倍である。塩基性触媒としてはピリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン又はトリオクチルアミンなどを挙げることができ、中でもピリジンは反応を進行させるのに適度な塩基性を持つので好ましい。酸無水物としては、無水酢酸、無水トリメリット酸又は無水ピロメリット酸などを挙げることができ、中でも無水酢酸を用いると反応終了後の精製が容易となるので好ましい。触媒イミド化によるイミド化率は、触媒量と反応温度、反応時間を調節することにより制御することができる。
ポリイミド前駆体又はポリイミドの反応溶液から、生成したポリイミド前駆体又はポリイミドを回収する場合には、反応溶液を溶媒に投入して沈殿させればよい。沈殿に用いる溶媒としてはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ヘキサン、ブチルセルソルブ、ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、ベンゼン、水などを挙げることができる。溶媒に投入して沈殿させた重合体は濾過して回収した後、常圧又は減圧下で、常温又は加熱して乾燥することができる。また、沈殿回収した重合体を、有機溶媒に再溶解させ、再沈殿回収する操作を2~10回繰り返すと、重合体中の不純物を少なくすることができる。この際の溶媒として、例えば、アルコール類、ケトン類又は炭化水素などが挙げられ、これらのうちから選ばれる3種類以上の溶媒を用いると、より一層精製の効率が上がるので好ましい。
<末端封止剤>
本発明におけるポリイミド前駆体やポリイミドを合成するに際して、テトラカルボン酸二無水物またはその誘導体を含むテトラカルボン酸成分、及び上記特定ジアミンを含むジアミン成分とともに、適当な末端封止剤を用いて末端封止型の重合体を合成することとしてもよい。末端封止型の重合体は、塗膜によって得られる配向膜の膜硬度の向上や、シール剤と配向膜の密着特性の向上という効果を有する。
本発明におけるポリイミド前駆体やポリイミドを合成するに際して、テトラカルボン酸二無水物またはその誘導体を含むテトラカルボン酸成分、及び上記特定ジアミンを含むジアミン成分とともに、適当な末端封止剤を用いて末端封止型の重合体を合成することとしてもよい。末端封止型の重合体は、塗膜によって得られる配向膜の膜硬度の向上や、シール剤と配向膜の密着特性の向上という効果を有する。
本発明におけるポリイミド前駆体やポリイミドの末端の例としては、アミノ基、カルボキシ基、酸無水物基又は後述する末端封止剤に由来する基が挙げられる。アミノ基、カルボキシ基、酸無水物基は通常の縮合反応により得るか、又は以下の末端封止剤を用いて末端を封止することにより得ることができる。
末端封止剤としては、例えば無水酢酸、無水マレイン酸、無水ナジック酸、無水フタル酸、無水イタコン酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、3-ヒドロキシフタル酸無水物、トリメリット酸無水物、3-(3-トリメトキシシリル)プロピル)-3,4-ジヒドロフラン-2,5-ジオン、4,5,6,7-テトラフルオロイソベンゾフラン-1,3-ジオン、4-エチニルフタル酸無水物などの酸無水物;二炭酸ジ-tert-ブチル、二炭酸ジアリルなどの二炭酸ジエステル化合物;アクリロイルクロリド、メタクリロイルクロリド、ニコチン酸クロリドなどのクロロカルボニル化合物;アニリン、2-アミノフェノール、3-アミノフェノール、4-アミノサリチル酸、5-アミノサリチル酸、6-アミノサリチル酸、2-アミノ安息香酸、3-アミノ安息香酸、4-アミノ安息香酸、シクロヘキシルアミン、n-ブチルアミン、n-ペンチルアミン、n-ヘキシルアミン、n-ヘプチルアミン、n-オクチルアミンなどのモノアミン化合物;エチルイソシアネート、フェニルイソシアネート、ナフチルイソシアネート、又は、2-アクリロイルオキシエチルイソシアネ-ト及び2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネ-トなどの不飽和結合を有するイソシアネートなどを挙げることができる。
末端封止剤の使用割合は、使用するジアミン成分の合計100モル部に対して、0.01~20モル部とすることが好ましく、0.01~10モル部とすることがより好ましい。
ポリイミド前駆体及びポリイミドのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000~500,000であり、より好ましくは2,000~300,000である。また、Mwと、GPCにより測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは15以下であり、より好ましくは10以下である。かかる分子量範囲にあることで、液晶表示素子の良好な配向性を確保することができる。
本発明の液晶配向剤は、上記の架橋性基を2つ以上有する化合物(以下、特定の架橋性基含有化合物ともいう。)を含有する。
架橋性基は、光や熱によって同一又は異なる分子間に共有結合を形成可能な基であり、重合体(P)と反応し得る化合物であれば、特に限定されない。架橋性基の具体例としては、例えば重合性不飽和結合基、オキシラニル基、オキセタニル基、オキサゾリン基、保護イソシアネート基、シクロカーボネート基、β-ヒドロキシアルキルアミド基、メルドラム酸基、メチロール基、又はメトキシメチル基等が挙げられる。これらの中でも、ヒドロキシ基を有する架橋性基が本発明の効果を好適に得る観点で好ましく、β-ヒドロキシアルキルアミド基、又はメチロール基が好ましい。
ヒドロキシ基を有する架橋性基を用いることで、架橋性化合物と重合体(P)との架橋のみならず、架橋性化合物同士で自己架橋することが可能となり、得られる液晶配向膜は高い電圧保持率を有する。上記特定の架橋性化合物は、架橋反応を容易にする観点から、その分子量は、2000以下がより好ましく、200~1800が更に好ましく、200~1500がより一層好ましい。
特定の架橋性基含有化合物が有する架橋性基の数は、本発明の効果を好適に得る観点で、2~6個が好ましく、4~6個が更に好ましい。
なお、架橋性基がβ-ヒドロキシアルキルアミド基である場合において、β-ヒドロキシアルキル基が特定の架橋性基含有化合物中に1個含まれる場合を架橋性基の数が一個であるとし、β-ヒドロキシアルキル基が特定の架橋性基含有化合物中に、2~6個含まれる場合を架橋性基の数が2~6個であるものとする。
上記重合性不飽和結合基としては、(メタ)アクリロイル基、ビニルフェニル基、ビニルオキシ基(CH2=CH-O-)、アリル基、マレイミド基等が挙げられる。なお、「(メタ)アクリロ」は、アクリロ及びメタクリロを含む意味である。
特定の架橋性基含有化合物の好ましい具体例として、下記の化合物が挙げられる。特定の架橋性基含有化合物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
重合性不飽和結合基を有する化合物として、グリセリンジ(メタ)アクリレート(1,2-,1,3-体混合物)、グリセリントリス(メタ)アクリレート、グリセロール 1,3-ジグリセロラート ジ(メタ)アクリレート、ペンタエリストール トリ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコールジ(メタ)アクリレート;
オキシラニル基を有する化合物として、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-1,4-フェニレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-2,2’-ジメチル-4.4’-ジアミノビフェニル、2,2-ビス[4-(N,N-ジグリシジル-4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルメタンなどの第三級窒素原子が芳香族炭素原子と結合する化合物;N,N,N’,N’-テトラグリシジル-1,2-ジアミノシクロヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-1,3-ジアミノシクロヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-1,4-ジアミノシクロヘキサン、ビス(N,N-ジグリシジル-4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(N,N-ジグリシジル-2-メチル-4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(N,N-ジグリシジル-3-メチル-4-アミノシクロヘキシル)メタン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)ベンゼン、1,4-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)ベンゼン、1,3,5-トリス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、1,3,5-トリス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)ベンゼンなどの第三級窒素原子が脂肪族炭素原子と結合する化合物、TEPIC(日産化学社製)などのトリグリシジルイソシアヌレートなどのイソシアヌレート化合物;
保護イソシアネート基を有する化合物として、コロネートAPステーブルM、コロネート2503、2515、2507、2513、2555、ミリオネートMS-50(以上、東ソー社製)、タケネートB-830、B-815N、B-820NSU、B-842N、B-846N、B-870N、B-874N、B-882N(以上、三井化学社製)など;
オキセタニル基を有する化合物として、1,4-ビス{[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼン(アロンオキセタンOXT-121(XDO))、ジ[2-(3-オキセタニル)ブチル]エーテル(アロンオキセタンOXT-221(DOX))、1,4-ビス〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕ベンゼン(HQOX)、1,3-ビス〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕ベンゼン(RSOX)、1,2-ビス〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕ベンゼン(CTOX)、4,4’-ビス〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕ビフェニル(4,4’-BPOX)、2,2’-ビス〔(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ〕ビフェニル(2,2’-BPOX)、3,3’,5,5’-テトラメチル〔4,4’-ビス(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕ビフェニル(TM-BPOX)、2,7-ビス〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕ナフタレン(2,7-NpDOX)、1,6-ビス〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕-2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロヘキサン(OFH-DOX)、2,4,6-O-トリス[(3-エチルオキセタン-3-イル)メチル]シアヌル酸、ビスフェノールAと3-エチル-3-クロロメチルオキセタン(OXCと略す)のエーテル化物(BisAOX)、ビスフェノールFとOXCのエーテル化物(BisFOX)、フェノールノボラックとOXCのエーテル化物(PNOX)、クレゾールノボラックとOXCのエーテル化物(CNOX)、オキセタニルシルセスキオキサン(OX-SQ)、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンのシリコンアルコキサイド(OX-SC)(以上カッコ内は商品名又は開発品名、東亞合成(株)製)、ETARNACOLL OXBP(宇部興産(株)製)の他、WO2011/132751号公報の段落[0170]~[0175]に記載の2個以上のオキセタニル基を有する化合物;
オキサゾリン基を有する化合物として、2,2’-ビス(2-オキサゾリン)、2,2’-ビス(4-メチル-2-オキサゾリン)、2,2’-ビス(5-メチル-2-オキサゾリン)、2,2’-ビス(5,5-ジメチル-2-オキサゾリン)、2,2’-ビス(4,4-ジメチル-2-オキサゾリン)、1,2-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)エタン、1,4-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)ブタン、1,6-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)ヘキサン、1,8-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)オクタン、1,4-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)シクロヘキサン、1,2-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、1,3-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、1,4-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、1,2-ビス(5-メチル-2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、1,3-ビス(5-メチル-2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、1,4-ビス(5-メチル-2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、2,2’-p-フェニレンビス(4,4’-ジメチル-2-オキサゾリン)、1,4-ビス(4,5-ジヒドロ-2-オキサゾリル)ベンゼン、1,3-ビス(4,5-ジヒドロ-2-オキサゾリル)ベンゼン、2,3-ビス(4-イソプロペニル-2-オキサゾリン-2-イル)ブタン、2,2’-ビス(4-ベンジル-2-オキサゾリン)、2,6-ビス(4-イソプロピル-2-オキサゾリン-2-イル)ピリジン、2,2’-イソプロピリデンビス(4-tert-ブチル-2-オキサゾリン)、2,2’-イソプロピリデンビス(4-フェニル-2-オキサゾリン)、2,2’-メチレンビス(4-tert-ブチル-2-オキサゾリン)、及び2,2’-メチレンビス(4-フェニル-2-オキサゾリン)、1,2,4-トリス(2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン等の化合物、エポクロス(商品名、株式会社日本触媒製)のようなオキサゾリン基を有するポリマーやオリゴマー等の化合物;
シクロカーボネート基を有する化合物として、N,N,N’,N’-テトラキス[(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチル]-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N’-ビス[(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチル]-1,3-フェニレンジアミン;
β-ヒドロキシアルキルアミド基を有する化合物として、下記式(pL-1)~(pL-7)で表される、鎖状炭化水素基又は環状基を有する化合物、より好ましくは、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)アジポアミド;
架橋性基は、光や熱によって同一又は異なる分子間に共有結合を形成可能な基であり、重合体(P)と反応し得る化合物であれば、特に限定されない。架橋性基の具体例としては、例えば重合性不飽和結合基、オキシラニル基、オキセタニル基、オキサゾリン基、保護イソシアネート基、シクロカーボネート基、β-ヒドロキシアルキルアミド基、メルドラム酸基、メチロール基、又はメトキシメチル基等が挙げられる。これらの中でも、ヒドロキシ基を有する架橋性基が本発明の効果を好適に得る観点で好ましく、β-ヒドロキシアルキルアミド基、又はメチロール基が好ましい。
ヒドロキシ基を有する架橋性基を用いることで、架橋性化合物と重合体(P)との架橋のみならず、架橋性化合物同士で自己架橋することが可能となり、得られる液晶配向膜は高い電圧保持率を有する。上記特定の架橋性化合物は、架橋反応を容易にする観点から、その分子量は、2000以下がより好ましく、200~1800が更に好ましく、200~1500がより一層好ましい。
特定の架橋性基含有化合物が有する架橋性基の数は、本発明の効果を好適に得る観点で、2~6個が好ましく、4~6個が更に好ましい。
なお、架橋性基がβ-ヒドロキシアルキルアミド基である場合において、β-ヒドロキシアルキル基が特定の架橋性基含有化合物中に1個含まれる場合を架橋性基の数が一個であるとし、β-ヒドロキシアルキル基が特定の架橋性基含有化合物中に、2~6個含まれる場合を架橋性基の数が2~6個であるものとする。
上記重合性不飽和結合基としては、(メタ)アクリロイル基、ビニルフェニル基、ビニルオキシ基(CH2=CH-O-)、アリル基、マレイミド基等が挙げられる。なお、「(メタ)アクリロ」は、アクリロ及びメタクリロを含む意味である。
特定の架橋性基含有化合物の好ましい具体例として、下記の化合物が挙げられる。特定の架橋性基含有化合物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
重合性不飽和結合基を有する化合物として、グリセリンジ(メタ)アクリレート(1,2-,1,3-体混合物)、グリセリントリス(メタ)アクリレート、グリセロール 1,3-ジグリセロラート ジ(メタ)アクリレート、ペンタエリストール トリ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコールジ(メタ)アクリレート;
オキシラニル基を有する化合物として、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-1,4-フェニレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-2,2’-ジメチル-4.4’-ジアミノビフェニル、2,2-ビス[4-(N,N-ジグリシジル-4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルメタンなどの第三級窒素原子が芳香族炭素原子と結合する化合物;N,N,N’,N’-テトラグリシジル-1,2-ジアミノシクロヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-1,3-ジアミノシクロヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-1,4-ジアミノシクロヘキサン、ビス(N,N-ジグリシジル-4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(N,N-ジグリシジル-2-メチル-4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(N,N-ジグリシジル-3-メチル-4-アミノシクロヘキシル)メタン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)ベンゼン、1,4-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)ベンゼン、1,3,5-トリス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、1,3,5-トリス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)ベンゼンなどの第三級窒素原子が脂肪族炭素原子と結合する化合物、TEPIC(日産化学社製)などのトリグリシジルイソシアヌレートなどのイソシアヌレート化合物;
保護イソシアネート基を有する化合物として、コロネートAPステーブルM、コロネート2503、2515、2507、2513、2555、ミリオネートMS-50(以上、東ソー社製)、タケネートB-830、B-815N、B-820NSU、B-842N、B-846N、B-870N、B-874N、B-882N(以上、三井化学社製)など;
オキセタニル基を有する化合物として、1,4-ビス{[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼン(アロンオキセタンOXT-121(XDO))、ジ[2-(3-オキセタニル)ブチル]エーテル(アロンオキセタンOXT-221(DOX))、1,4-ビス〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕ベンゼン(HQOX)、1,3-ビス〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕ベンゼン(RSOX)、1,2-ビス〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕ベンゼン(CTOX)、4,4’-ビス〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕ビフェニル(4,4’-BPOX)、2,2’-ビス〔(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ〕ビフェニル(2,2’-BPOX)、3,3’,5,5’-テトラメチル〔4,4’-ビス(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕ビフェニル(TM-BPOX)、2,7-ビス〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕ナフタレン(2,7-NpDOX)、1,6-ビス〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕-2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロヘキサン(OFH-DOX)、2,4,6-O-トリス[(3-エチルオキセタン-3-イル)メチル]シアヌル酸、ビスフェノールAと3-エチル-3-クロロメチルオキセタン(OXCと略す)のエーテル化物(BisAOX)、ビスフェノールFとOXCのエーテル化物(BisFOX)、フェノールノボラックとOXCのエーテル化物(PNOX)、クレゾールノボラックとOXCのエーテル化物(CNOX)、オキセタニルシルセスキオキサン(OX-SQ)、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンのシリコンアルコキサイド(OX-SC)(以上カッコ内は商品名又は開発品名、東亞合成(株)製)、ETARNACOLL OXBP(宇部興産(株)製)の他、WO2011/132751号公報の段落[0170]~[0175]に記載の2個以上のオキセタニル基を有する化合物;
オキサゾリン基を有する化合物として、2,2’-ビス(2-オキサゾリン)、2,2’-ビス(4-メチル-2-オキサゾリン)、2,2’-ビス(5-メチル-2-オキサゾリン)、2,2’-ビス(5,5-ジメチル-2-オキサゾリン)、2,2’-ビス(4,4-ジメチル-2-オキサゾリン)、1,2-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)エタン、1,4-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)ブタン、1,6-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)ヘキサン、1,8-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)オクタン、1,4-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)シクロヘキサン、1,2-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、1,3-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、1,4-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、1,2-ビス(5-メチル-2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、1,3-ビス(5-メチル-2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、1,4-ビス(5-メチル-2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、2,2’-p-フェニレンビス(4,4’-ジメチル-2-オキサゾリン)、1,4-ビス(4,5-ジヒドロ-2-オキサゾリル)ベンゼン、1,3-ビス(4,5-ジヒドロ-2-オキサゾリル)ベンゼン、2,3-ビス(4-イソプロペニル-2-オキサゾリン-2-イル)ブタン、2,2’-ビス(4-ベンジル-2-オキサゾリン)、2,6-ビス(4-イソプロピル-2-オキサゾリン-2-イル)ピリジン、2,2’-イソプロピリデンビス(4-tert-ブチル-2-オキサゾリン)、2,2’-イソプロピリデンビス(4-フェニル-2-オキサゾリン)、2,2’-メチレンビス(4-tert-ブチル-2-オキサゾリン)、及び2,2’-メチレンビス(4-フェニル-2-オキサゾリン)、1,2,4-トリス(2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン等の化合物、エポクロス(商品名、株式会社日本触媒製)のようなオキサゾリン基を有するポリマーやオリゴマー等の化合物;
シクロカーボネート基を有する化合物として、N,N,N’,N’-テトラキス[(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチル]-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N’-ビス[(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチル]-1,3-フェニレンジアミン;
β-ヒドロキシアルキルアミド基を有する化合物として、下記式(pL-1)~(pL-7)で表される、鎖状炭化水素基又は環状基を有する化合物、より好ましくは、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)アジポアミド;
(Qは、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、又は*-C(R)2-C(R’)2-OH(Rは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、又は*-CH2-OHを表す。R’は、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素数1~3のアルキル基を表す。)を表し、Qの少なくとも2つは、*-C(R)2-C(R’)2-OHを表す。複数のQは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。mは1~8の整数である。
L31、L33はそれぞれ独立して、単結合、-NR-(Rは、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。)、-(CH2)n-(nは1~6の整数である。)、又は*1-(CH2)j-NR31-(jは1~6の整数である。R31は水素原子又は炭素数1~3のアルキル基を表す。*1はカルボニル炭素原子との結合手を表す。)を表し、L32は単結合、-NR32-(R32は、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。)、-(CH2)k-(kは1~6の整数である。)、-CH=CH-、-CONH-又は-C(=O)-O-を表す。n3は0~1の整数である。
L41、L42、L43、L5はそれぞれ独立して、単結合、又は-(CH2)m-(mは1~6の整数である。)を表す。2つのL5は、同一であっても、異なっていても良い。)
メルドラム酸基を有する化合物として、下記式(ML-1)で表される化合物;
L31、L33はそれぞれ独立して、単結合、-NR-(Rは、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。)、-(CH2)n-(nは1~6の整数である。)、又は*1-(CH2)j-NR31-(jは1~6の整数である。R31は水素原子又は炭素数1~3のアルキル基を表す。*1はカルボニル炭素原子との結合手を表す。)を表し、L32は単結合、-NR32-(R32は、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。)、-(CH2)k-(kは1~6の整数である。)、-CH=CH-、-CONH-又は-C(=O)-O-を表す。n3は0~1の整数である。
L41、L42、L43、L5はそれぞれ独立して、単結合、又は-(CH2)m-(mは1~6の整数である。)を表す。2つのL5は、同一であっても、異なっていても良い。)
メルドラム酸基を有する化合物として、下記式(ML-1)で表される化合物;
(R1、R2はそれぞれ独立して、水素原子、又は炭素数1~5の1価の有機基(好ましくは、炭素数1~5のアルキル基、炭素数2~5のアルケニル基、炭素数2~5のアルキニル基)を表す。Gは、2価の有機基を表し、具体例としては、重合体(P)の合成に用いられるジアミンから2つのアミノ基を除いた2価の有機基が挙げられる。なかでも、ベンゼン環などの芳香族環に2つのアミノ基が結合した芳香族ジアミンから2つのアミノ基を除いた2価の有機基が好ましい。);
メチロール基又はメトキシメチル基を有する化合物として、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジヒドロキシメチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメトキシメチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジヒドロキシメチルフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパンなどのフェノール性化合物、又は下記式(me-1)~(me-2)で表される化合物;
メチロール基又はメトキシメチル基を有する化合物として、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジヒドロキシメチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメトキシメチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジヒドロキシメチルフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパンなどのフェノール性化合物、又は下記式(me-1)~(me-2)で表される化合物;
本発明の液晶配向剤に含有される特定の架橋性基含有化合物の含有量は、(A)成分の合計100質量部に対して、0.1~30質量部が好ましく、より好ましくは0.1~20質量部、さらに好ましくは1~10質量部である。
(液晶配向剤)
本発明の液晶配向剤は、(A)成分、(B)成分及び必要に応じて使用されるその他の成分が、好ましくは適当な溶媒中に分散又は溶解してなる液状の組成物である。
本発明の液晶配向剤に含まれる重合体の合計含有量は、形成させようとする塗膜の厚みの設定によっても適宜変更できるが、均一で欠陥のない塗膜を形成させるという点から1質量%以上が好ましく、溶液の保存安定性の点からは、10質量%以下が好ましい。特に好ましい重合体の合計含有量は、2~8質量%である。
(液晶配向剤)
本発明の液晶配向剤は、(A)成分、(B)成分及び必要に応じて使用されるその他の成分が、好ましくは適当な溶媒中に分散又は溶解してなる液状の組成物である。
本発明の液晶配向剤に含まれる重合体の合計含有量は、形成させようとする塗膜の厚みの設定によっても適宜変更できるが、均一で欠陥のない塗膜を形成させるという点から1質量%以上が好ましく、溶液の保存安定性の点からは、10質量%以下が好ましい。特に好ましい重合体の合計含有量は、2~8質量%である。
本発明の液晶配向剤は、(A)成分以外のその他の重合体(但し、(B)成分を除く。)を含有してもよい。その他の重合体の具体例を挙げると、(1)上記特定ジアミンを含むジアミン成分を用いない、又は、(2)芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を含むテトラカルボン酸成分を用いない、のいずれか又は両方の条件を満たすモノマー成分を用いて得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(U)、ポリシロキサン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレア、ポリオルガノシロキサン、セルロース誘導体、ポリアセタール、ポリスチレン誘導体、ポリ(スチレン-マレイン酸無水物)共重合体、ポリ(イソブチレン-マレイン酸無水物)共重合体、ポリ(ビニルエーテル-マレイン酸無水物)共重合体、ポリ(スチレン-フェニルマレイミド)誘導体、ポリ(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる重合体などが挙げられる。前記重合体(U)として、垂直配向性を高める観点から、上記芳香族ジアミン(d)を含有するジアミン成分を用いて得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物からなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体が挙げられる。ポリ(スチレン-マレイン酸無水物)共重合体の具体例としては、SMA1000、SMA2000、SMA3000(Cray Valley社製)、GSM301(岐阜セラツク製造所社製)などが挙げられ、ポリ(イソブチレン-マレイン酸無水物)共重合体の具体例としては、イソバン-600(クラレ社製)が挙げられ、ポリ(ビニルエーテル-マレイン酸無水物)共重合体の具体例としては、Gantrez AN-139(メチルビニルエーテル無水マレイン酸樹脂、アシュランド社製)が挙げられる。
その他の重合体は、一種を単独で使用してもよく、また二種以上を組み合わせて使用してもよい。その他の重合体の含有割合は、液晶配向剤中に含まれる重合体の合計100質量部に対して、90質量部以下が好ましく、10~90質量部がより好ましく、20~80質量部が更に好ましい。
本発明の液晶配向剤は、その他、必要に応じて上記以外の成分を含有していてもよい。当該成分としては、例えば、官能性シラン化合物、金属キレート化合物、硬化促進剤、界面活性剤、酸化防止剤、増感剤、防腐剤、液晶配向膜の誘電率や電気抵抗を調整するための化合物などが挙げられる。
誘電率や電気抵抗を調整するための化合物としては、3-ピコリルアミンなどの窒素含有芳香族複素環を有するモノアミンが挙げられる。窒素含有芳香族複素環を有するモノアミンを使用する場合は、液晶配向剤に含まれる重合体成分100質量部に対して0.1~30質量部であることが好ましく、より好ましくは0.1~20質量部である。
官能性シラン化合物の好ましい具体例としては、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルジエトキシメチルシラン、2-アミノプロピルトリメトキシシラン、2-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリス-[3-(トリメトキシシリル)プロピル]イソシアヌレート、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。官能性シラン化合物を使用する場合は、液晶配向剤に含まれる重合体成分100質量部に対して0.1~30質量部であることが好ましく、より好ましくは0.1~20質量部である。
本発明の液晶配向剤で使用する有機溶媒としては、例えばγ-バレロラクトン、γ-ブチロラクトンなどのラクトン溶媒;γ-ブチロラクタム、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N-(n-プロピル)-2-ピロリドン、N-イソプロピル-2-ピロリドン、N-(n-ブチル)-2-ピロリドン、N-(tert-ブチル)-2-ピロリドン、N-(n-ペンチル)-2-ピロリドン、N-メトキシプロピル-2-ピロリドン、N-エトキシエチル-2-ピロリドン、N-メトキシブチル-2-ピロリドン、N-シクロヘキシル-2-ピロリドンなどのラクタム溶媒;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルプロピオンアミド、N,N-ジエチルプロピオンアミド、N,N-ジメチルラクトアミド、3-メトキシ-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、テトラメチル尿素などのアミド溶媒;1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、乳酸ブチル、酢酸ブチル、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エチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、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、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールn-プロピルエーテル、エチレングリコール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(ブチルセロソルブ)、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、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モノブチルエーテル、プロピレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジ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ジメチルエーテル、ジイソブチルカルビノール(2,6-ジメチル-4-ヘプタノール)、ジイソブチルケトン、イソアミルプロピオネート、イソアミルイソブチレート、ジイソペンチルエーテル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどを挙げることができる。これらは、2種以上を混合して使用することができる。
好ましい溶媒の組み合わせとしては、N-メチル-2-ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジエチレングリコールジエチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとN-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、N-エチル-2-ピロリドンとN-メチル-2-ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンと2,6-ジメチル-4-ヘプタノン、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとジプロピレングリコールモノメチルエーテルとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとN-メチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールジアセテート、γ-ブチロラクトンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンと2,6-ジメチル-4-ヘプタノン、γ-ブチロラクトンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールジアセテート、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルと2,6-ジメチル-4-ヘプタノン、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソプロピルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルと2,6-ジメチル-4-ヘプタノール、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジプロピレングリコールジメチルエーテル、γ-ブチロラクトンとエチレングリコールモノブチルエーテルとジプロピレングリコールジメチルエーテル、シクロヘキサノンとエチレングリコールモノブチルエーテル、シクロヘキサノンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、シクロヘキサノンとプロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロペンタノンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、シクロペンタノンとプロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノンとジエチレングリコールモノエチルエーテル、シクロペンタノンとジエチレングリコールモノエチルエーテル、シクロヘキサノンとジイソブチルケトン、シクロペンタノンとジイソブチルケトン、メチルイソブチルケトンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、メチルエチルケトンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、シクロヘキサノンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、シクロペンタノンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、シクロヘキサノンとジエチレングリコールジエチルエーテル、シクロペンタノンとジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラメチル尿素とプロピレングリコールジアセテート、N,N-ジメチルプロピオンアミドとプロピレングリコールモノブチルエーテル、テトラメチル尿素とプロピレングリコールモノブチルエーテル、テトラメチル尿素とシクロヘキサノンとプロピレングリコールモノメチルエーテル、N,N-ジメチルプロピオンアミドとプロピレングリコールモノメチルエーテル、N,N-ジメチルプロピオンアミドとエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、N,N-ジメチルプロピオンアミドとエチレングリコールモノブチルエーテル、N,N-ジエチルプロピオンアミドとプロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラメチル尿素とプロピレングリコールモノメチルエーテル、N,N-ジメチルプロピオンアミドとシクロヘキサノンとジエチレングリコールジエチルエーテル、N,N-ジエチルホルムアミドとプロピレングリコールモノメチルエーテル、N,N-ジエチルホルムアミドと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、シクロヘキサノンと酢酸n-ブチル、シクロペンタノンと酢酸n-ブチル、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとエチレングリコールモノブチルエーテル、シクロヘキサノンとプロピレングリコールジアセテート、及びシクロペンタノンとプロピレングリコールジアセテートなどを挙げることができる。このような溶媒の種類及び含有量は、液晶配向剤の塗布装置、塗布条件、塗布環境などに応じて適宜選択される。
液晶配向剤における固形分濃度(液晶配向剤の溶媒以外の成分の合計質量が液晶配向剤の全質量に占める割合)は、粘性、揮発性などを考慮して適宜に選択されるが、好ましくは1~10質量%の範囲である。均一で欠陥のない塗膜を形成させるという点からは、1質量%以上が好ましく、溶液の保存安定性の点からは、10質量%以下が好ましい。特に好ましい重合体の濃度は、2~8質量%である。
<液晶配向膜>
本発明の液晶配向膜は、上記液晶配向剤から得られる。本発明の液晶配向膜は、水平配向型若しくは垂直配向型の液晶配向膜に用いることができる。垂直配向型の液晶配向膜として、中でも、VA方式又はPSA(Polymer Sustained Alignment)方式等の垂直配向型の液晶表示素子に用いる液晶配向膜が好ましい。
<液晶表示素子>
本発明の液晶表示素子は、上記液晶配向膜を具備するものである。本発明の液晶配向剤は、電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性化合物を含む液晶組成物を配置し、電極間に電圧を印加しつつ、活性エネルギー線の照射及び加熱の少なくとも一方により、重合性化合物を重合させる工程を経て製造される液晶表示素子にも好ましく用いられる。
<液晶配向膜>
本発明の液晶配向膜は、上記液晶配向剤から得られる。本発明の液晶配向膜は、水平配向型若しくは垂直配向型の液晶配向膜に用いることができる。垂直配向型の液晶配向膜として、中でも、VA方式又はPSA(Polymer Sustained Alignment)方式等の垂直配向型の液晶表示素子に用いる液晶配向膜が好ましい。
<液晶表示素子>
本発明の液晶表示素子は、上記液晶配向膜を具備するものである。本発明の液晶配向剤は、電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性化合物を含む液晶組成物を配置し、電極間に電圧を印加しつつ、活性エネルギー線の照射及び加熱の少なくとも一方により、重合性化合物を重合させる工程を経て製造される液晶表示素子にも好ましく用いられる。
本発明の液晶表示素子は、例えば以下の工程(1)~(3)又は工程(1)~(4)をこの順に行う方法により製造することができる。
(1)液晶配向剤を、導電膜を有する一対の基板の少なくとも一方の基板上に塗布して塗膜を形成する工程
パターニングされた透明導電膜が設けられている基板一対の基板の少なくとも一方の基板の一面に、本発明の液晶配向剤を、例えばロールコーター法、スピンコート法、印刷法、インクジェット法などの適宜の塗布方法により塗布して塗膜を作製する。ここで基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板、窒化珪素基板とともに、アクリル基板やポリカーボネート基板等のプラスチック基板等を用いることもできる。また、反射型の液晶表示素子では、片側の基板のみにならば、シリコンウエハー等の不透明な物でも使用でき、この場合の電極にはアルミニウム等の光を反射する材料も使用できる。
(2)塗膜を焼成する工程
液晶配向剤塗布後、塗布した液晶配向剤の液垂れ防止等の目的で、上記塗膜を焼成する。好ましくは先ず予備加熱(プレベーク)が実施される。プレベーク温度は、好ましくは30~200℃であり、より好ましくは40~150℃であり、特に好ましくは40~100℃である。プレベーク時間は好ましくは0.25~10分であり、より好ましくは0.5~5分である。そして、加熱(ポストベーク)工程が実施されることが好ましい。このポストベーク温度は好ましくは80~300℃であり、より好ましくは120~250℃である。ポストベーク時間は好ましくは5~200分であり、より好ましくは10~100分である。このようにして形成される膜の膜厚は、5~300nmが好ましく、10~200nmがより好ましい。
(1)液晶配向剤を、導電膜を有する一対の基板の少なくとも一方の基板上に塗布して塗膜を形成する工程
パターニングされた透明導電膜が設けられている基板一対の基板の少なくとも一方の基板の一面に、本発明の液晶配向剤を、例えばロールコーター法、スピンコート法、印刷法、インクジェット法などの適宜の塗布方法により塗布して塗膜を作製する。ここで基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板、窒化珪素基板とともに、アクリル基板やポリカーボネート基板等のプラスチック基板等を用いることもできる。また、反射型の液晶表示素子では、片側の基板のみにならば、シリコンウエハー等の不透明な物でも使用でき、この場合の電極にはアルミニウム等の光を反射する材料も使用できる。
(2)塗膜を焼成する工程
液晶配向剤塗布後、塗布した液晶配向剤の液垂れ防止等の目的で、上記塗膜を焼成する。好ましくは先ず予備加熱(プレベーク)が実施される。プレベーク温度は、好ましくは30~200℃であり、より好ましくは40~150℃であり、特に好ましくは40~100℃である。プレベーク時間は好ましくは0.25~10分であり、より好ましくは0.5~5分である。そして、加熱(ポストベーク)工程が実施されることが好ましい。このポストベーク温度は好ましくは80~300℃であり、より好ましくは120~250℃である。ポストベーク時間は好ましくは5~200分であり、より好ましくは10~100分である。このようにして形成される膜の膜厚は、5~300nmが好ましく、10~200nmがより好ましい。
上記工程(1)および(2)で形成した塗膜をそのまま液晶配向膜として使用することができるが、該塗膜に対し配向能付与処理を施してもよい。配向能付与処理としては、塗膜を例えばナイロン、レーヨン、コットンなどの繊維からなる布を巻き付けたロールで一定方向に擦るラビング処理、塗膜に対して偏光又は非偏光の放射線を照射する光配向処理などが挙げられる。
光配向処理において、塗膜に照射する放射線としては、例えば150~800nmの波長の光を含む紫外線及び可視光線を用いることができる。放射線が偏光である場合、直線偏光であっても部分偏光であってもよい。また、用いる放射線が直線偏光又は部分偏光である場合には、照射は基板表面に垂直の方向から行ってもよく、斜め方向から行ってもよく、又はこれらを組み合わせて行ってもよい。非偏光の放射線を照射する場合には、照射の方向は斜め方向とする。
(3)上記一対の基板の間に液晶層を形成して液晶セルを作製する工程
(3-1)VA方式の液晶表示素子を製造する場合
上記のようにして、2枚の基板のうちの少なくとも一方に本発明の液晶配向膜が形成された基板を2枚準備し、対向配置した2枚の基板間に液晶を配置する。具体的には以下の2つの方法が挙げられる。第一の方法は、従来から知られている方法である。先ず、それぞれの液晶配向膜が対向するように間隙(セルギャップ)を介して2枚の基板を対向配置する。次いで、2枚の基板の周辺部にシール剤を塗布して貼り合わせ、基板表面及びシール剤により区画されたセルギャップ内に液晶組成物を注入充填して膜面に接触した後、注入孔を封止する。
上記液晶組成物としては、特に制限はなく、少なくとも一種の液晶化合物(液晶分子)を含む組成物であって、誘電率異方性が正または負の各種の液晶組成物を用いることができる。なお、以下では、誘電率異方性が正の液晶組成物を、ポジ型液晶ともいい、誘電率異方性が負の液晶組成物を、ネガ型液晶ともいう。
上記液晶組成物は、フッ素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、フッ素原子含有基(例:トリフルオロメチル基)、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、イソチオシアネート基、複素環、シクロアルカン、シクロアルケン、ステロイド骨格、ベンゼン環、又はナフタレン環を有する液晶化合物を含んでもよく、分子内に液晶性を発現する剛直な部位(メソゲン骨格)を2つ以上有する化合物(例えば、剛直な二つのビフェニル構造、又はターフェニル構造がアルキル基で連結されたバイメソゲン化合物など)を含んでもよい。液晶組成物は、ネマチック相を呈する液晶組成物、スメクチック相を呈する液晶組成物、又はコレステリック相を呈する液晶組成物であってもよい。
また、上記液晶組成物は、液晶配向性を向上させる観点から、添加物をさらに添加してもよい。このような添加物は、下記する重合性基を有する化合物などの光重合性モノマー;光学活性な化合物(例:メルク(株)社製のS-811など);酸化防止剤;紫外線吸収剤;色素;消泡剤;重合開始剤;又は重合禁止剤などが挙げられる。
ポジ型液晶としては、メルク社製のZLI-2293、ZLI-4792、MLC-2003、MLC-2041、MLC-3019又はMLC-7081などが挙げられる。
ネガ型液晶としては、例えばメルク社製のMLC-6608、MLC-6609、MLC-6610、MLC-6882、MLC-6886、MLC-7026、MLC-7026-000、MLC-7026-100、又はMLC-7029などが挙げられる。
また、PSAモードでは、重合性基を有する化合物を含有する液晶として、メルク社製のMLC-3023が挙げられる。
(3-1)VA方式の液晶表示素子を製造する場合
上記のようにして、2枚の基板のうちの少なくとも一方に本発明の液晶配向膜が形成された基板を2枚準備し、対向配置した2枚の基板間に液晶を配置する。具体的には以下の2つの方法が挙げられる。第一の方法は、従来から知られている方法である。先ず、それぞれの液晶配向膜が対向するように間隙(セルギャップ)を介して2枚の基板を対向配置する。次いで、2枚の基板の周辺部にシール剤を塗布して貼り合わせ、基板表面及びシール剤により区画されたセルギャップ内に液晶組成物を注入充填して膜面に接触した後、注入孔を封止する。
上記液晶組成物としては、特に制限はなく、少なくとも一種の液晶化合物(液晶分子)を含む組成物であって、誘電率異方性が正または負の各種の液晶組成物を用いることができる。なお、以下では、誘電率異方性が正の液晶組成物を、ポジ型液晶ともいい、誘電率異方性が負の液晶組成物を、ネガ型液晶ともいう。
上記液晶組成物は、フッ素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、フッ素原子含有基(例:トリフルオロメチル基)、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、イソチオシアネート基、複素環、シクロアルカン、シクロアルケン、ステロイド骨格、ベンゼン環、又はナフタレン環を有する液晶化合物を含んでもよく、分子内に液晶性を発現する剛直な部位(メソゲン骨格)を2つ以上有する化合物(例えば、剛直な二つのビフェニル構造、又はターフェニル構造がアルキル基で連結されたバイメソゲン化合物など)を含んでもよい。液晶組成物は、ネマチック相を呈する液晶組成物、スメクチック相を呈する液晶組成物、又はコレステリック相を呈する液晶組成物であってもよい。
また、上記液晶組成物は、液晶配向性を向上させる観点から、添加物をさらに添加してもよい。このような添加物は、下記する重合性基を有する化合物などの光重合性モノマー;光学活性な化合物(例:メルク(株)社製のS-811など);酸化防止剤;紫外線吸収剤;色素;消泡剤;重合開始剤;又は重合禁止剤などが挙げられる。
ポジ型液晶としては、メルク社製のZLI-2293、ZLI-4792、MLC-2003、MLC-2041、MLC-3019又はMLC-7081などが挙げられる。
ネガ型液晶としては、例えばメルク社製のMLC-6608、MLC-6609、MLC-6610、MLC-6882、MLC-6886、MLC-7026、MLC-7026-000、MLC-7026-100、又はMLC-7029などが挙げられる。
また、PSAモードでは、重合性基を有する化合物を含有する液晶として、メルク社製のMLC-3023が挙げられる。
また、第二の方法は、ODF(One Drop Fill)方式と呼ばれる手法である。液晶配向膜を形成した2枚の基板のうちの一方の基板上の所定の場所に、例えば紫外光硬化性のシール剤を塗布し、更に液晶配向膜面上の所定の数箇所に液晶組成物を滴下する。その後、液晶配向膜が対向するように他方の基板を貼り合わせて液晶組成物を基板の全面に押し広げて膜面に接触させる。次いで、基板の全面に紫外光を照射してシール剤を硬化する。
いずれの方法による場合でも、更に、用いた液晶組成物が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷することにより、液晶充填時の流動配向を除去することが望ましい。(3-2)PSA方式の液晶表示素子を製造する場合
重合性基を有する化合物を含有する液晶組成物を注入又は滴下する点以外は上記(3-1)と同様にする。重合性基を有する化合物としては、例えば、メソゲン構造と2つ以上の光重合性基又は熱重合性基を有する化合物を挙げることができる。メソゲン構造としては、2つ以上の芳香族基または脂肪族基が連結された構造が挙げられ、ビフェニル構造、ターフェニル構造、ナフタレン環、ビスフェノールAから2つのヒドロキシ基を除いた基、或いはこれらの構造が有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置き換えられたフッ素原子含有構造が挙げられる。具体的な化合物として、4,4’-ジメタクリルオキシビフェニル、又は3-フルオロ-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジイルジメタクリレートが挙げられる。
(3-3)重合性基を有する化合物を含む液晶配向剤を用いて基板上に塗膜を形成した場合
上記(3-1)と同様にした後、後述する紫外線を照射する工程を経て液晶表示素子を製造する方法を採用してもよい。この方法によれば、上記PSA方式の液晶表示素子を製造する場合と同様に、少ない光照射量で応答速度に優れた液晶表示素子を得ることができる。重合性基を有する化合物は、上記した重合性基を有する化合物であってもよく、その含有量は、全ての重合体成分100質量部に対して0.1~30質量部であることが好ましく、より好ましくは1~20質量部である。また、上記重合性基は液晶配向剤に用いる重合体が有していてもよく、このような重合体としては、例えば上記光重合性基を末端に有するジアミンを含むジアミン成分を反応に用いて得られる重合体が挙げられる。
(4)液晶セルに光を照射する工程
上記(3-2)又は(3-3)で得られた一対の基板の有する導電膜間に電圧を印加した状態で液晶セルに光照射する。ここで印加する電圧は、例えば5~50Vの直流又は交流とすることができる。また、照射する光としては、例えば150~800nmの波長の光を含む紫外線及び可視光線を用いることができるが、300~400nmの波長の光を含む紫外線が好ましい。照射光の光源としては、例えば低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、重水素ランプ、メタルハライドランプ、アルゴン共鳴ランプ、キセノンランプ、エキシマレーザーなどを使用することができる。光の照射量としては、好ましくは1,000~200,000J/m2であり、より好ましくは1,000~100,000J/m2である。
重合性基を有する化合物を含有する液晶組成物を注入又は滴下する点以外は上記(3-1)と同様にする。重合性基を有する化合物としては、例えば、メソゲン構造と2つ以上の光重合性基又は熱重合性基を有する化合物を挙げることができる。メソゲン構造としては、2つ以上の芳香族基または脂肪族基が連結された構造が挙げられ、ビフェニル構造、ターフェニル構造、ナフタレン環、ビスフェノールAから2つのヒドロキシ基を除いた基、或いはこれらの構造が有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置き換えられたフッ素原子含有構造が挙げられる。具体的な化合物として、4,4’-ジメタクリルオキシビフェニル、又は3-フルオロ-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジイルジメタクリレートが挙げられる。
(3-3)重合性基を有する化合物を含む液晶配向剤を用いて基板上に塗膜を形成した場合
上記(3-1)と同様にした後、後述する紫外線を照射する工程を経て液晶表示素子を製造する方法を採用してもよい。この方法によれば、上記PSA方式の液晶表示素子を製造する場合と同様に、少ない光照射量で応答速度に優れた液晶表示素子を得ることができる。重合性基を有する化合物は、上記した重合性基を有する化合物であってもよく、その含有量は、全ての重合体成分100質量部に対して0.1~30質量部であることが好ましく、より好ましくは1~20質量部である。また、上記重合性基は液晶配向剤に用いる重合体が有していてもよく、このような重合体としては、例えば上記光重合性基を末端に有するジアミンを含むジアミン成分を反応に用いて得られる重合体が挙げられる。
(4)液晶セルに光を照射する工程
上記(3-2)又は(3-3)で得られた一対の基板の有する導電膜間に電圧を印加した状態で液晶セルに光照射する。ここで印加する電圧は、例えば5~50Vの直流又は交流とすることができる。また、照射する光としては、例えば150~800nmの波長の光を含む紫外線及び可視光線を用いることができるが、300~400nmの波長の光を含む紫外線が好ましい。照射光の光源としては、例えば低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、重水素ランプ、メタルハライドランプ、アルゴン共鳴ランプ、キセノンランプ、エキシマレーザーなどを使用することができる。光の照射量としては、好ましくは1,000~200,000J/m2であり、より好ましくは1,000~100,000J/m2である。
そして、液晶セルの外側表面に偏光板を貼り合わせることにより液晶表示素子を得ることができる。液晶セルの外側表面に貼り合わされる偏光板としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させながらヨウ素を吸収させた「H膜」と称される偏光フィルムを酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板又はH膜そのものからなる偏光板を挙げることができる。
本発明の液晶表示素子は、種々の装置に有効に適用することができ、例えば、時計、携帯型ゲーム、ワープロ、ノート型パソコン、カーナビゲーションシステム、カムコーダー、PDA、デジタルカメラ、携帯電話、スマートフォン、各種モニター、液晶テレビ、インフォメーションディスプレイなどの各種表示装置に用いることができる。また、上記液晶配向剤は、位相差フィルム用の液晶配向膜、走査アンテナや液晶アレイアンテナ用の液晶配向膜又は透過散乱型の液晶調光素子用の液晶配向膜、或いはこれら以外の用途、例えばカラーフィルタの保護膜、フレキシブルディスプレイのゲート絶縁膜、基板材料にも用いることができる。
以下に実施例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、これらに限定して解釈されるものではない。使用した化合物の略号及び各物性の測定方法は、以下の通りである。
(有機溶媒)
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
BCS:ブチルセロソルブ(エチレングリコールモノブチルエーテル)
(テトラカルボン酸二無水物)
(有機溶媒)
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
BCS:ブチルセロソルブ(エチレングリコールモノブチルエーテル)
(テトラカルボン酸二無水物)
(ジアミン)
(添加剤)
<粘度の測定>
E型粘度計TVE-22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL、コーンロータTE-1(1°34’、R24)を用いて、温度25℃で測定した。
<分子量の測定>
下記の常温GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)装置によって測定し、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド換算値としてMn及びMwを算出した。
E型粘度計TVE-22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL、コーンロータTE-1(1°34’、R24)を用いて、温度25℃で測定した。
<分子量の測定>
下記の常温GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)装置によって測定し、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド換算値としてMn及びMwを算出した。
GPC装置:GPC-101(昭和電工社製)、カラム:GPC KD-803、GPC KD-805(昭和電工社製)の直列、カラム温度:50℃、溶離液:N,N-ジメチルホルムアミド(添加剤として、臭化リチウム一水和物(LiBr・H2O)が30mmol/L、リン酸・無水結晶(o-リン酸)が30mmol/L、テトラヒドロフラン(THF)が10mL/L)、流速:1.0mL/分
検量線作成用標準サンプル:TSK 標準ポリエチレンオキサイド(分子量;約900,000、150,000、100,000及び30,000)(東ソー社製)及びポリエチレングリコール(分子量;約12,000、4,000及び1,000)(ポリマーラボラトリー社製)。
[ポリアミック酸の合成]
<合成例1>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-1(2.26g、8.00mmol)、DA-4(1.45g、6.00mmol)、DA-5(2.46g、6.00mmol)及びNMP(24.7g)を加えて、窒素を送りながら室温で撹拌して溶解させた。その後、CA-1(2.63g、13.4mmol)及びNMP(10.0g)を加えて、室温で2時間撹拌した。その後、CA-2(1.31g、6.00mmol)及びNMP(5.20g)を加えて、室温で20時間撹拌することで、固形分濃度20質量%のポリアミック酸(PAA-1)の溶液(粘度:714mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは11,329、Mwは27,338であった。
<合成例2>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-2(2.48g、8.00mmol)、DA-4(1.45g、6.00mmol)、DA-5(2.46g、6.00mmol)及びNMP(25.6g)を加えて、窒素を送りながら室温で撹拌して溶解させた。その後、CA-1(2.51g、12.8mmol)及びNMP(10.0g)を加えて、室温で2時間撹拌した。その後、CA-2(1.31g、6.00mmol)及びNMP(5.20g)を加えて、室温で20時間撹拌することで、固形分濃度20質量%のポリアミック酸(PAA-2)の溶液(粘度:839mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは14,348、Mwは37,799であった。
<合成例3>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-3(1.98g、10.0mmol)、DA-4(1.82g、7.50mmol)、DA-5(3.08g、7.50mmol)及びNMP(27.5g)を加えて、窒素を送りながら室温で撹拌して溶解させた。その後、CA-1(3.14g、16.0mmol)及びNMP(12.6g)を加えて、室温で2時間撹拌した。その後、CA-2(1.64g、7.50mmol)及びNMP(6.50g)を加えて、室温で20時間撹拌することで、固形分濃度20質量%のポリアミック酸(PAA-3)の溶液(粘度:750mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは9,793、Mwは22,690であった。
検量線作成用標準サンプル:TSK 標準ポリエチレンオキサイド(分子量;約900,000、150,000、100,000及び30,000)(東ソー社製)及びポリエチレングリコール(分子量;約12,000、4,000及び1,000)(ポリマーラボラトリー社製)。
[ポリアミック酸の合成]
<合成例1>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-1(2.26g、8.00mmol)、DA-4(1.45g、6.00mmol)、DA-5(2.46g、6.00mmol)及びNMP(24.7g)を加えて、窒素を送りながら室温で撹拌して溶解させた。その後、CA-1(2.63g、13.4mmol)及びNMP(10.0g)を加えて、室温で2時間撹拌した。その後、CA-2(1.31g、6.00mmol)及びNMP(5.20g)を加えて、室温で20時間撹拌することで、固形分濃度20質量%のポリアミック酸(PAA-1)の溶液(粘度:714mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは11,329、Mwは27,338であった。
<合成例2>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-2(2.48g、8.00mmol)、DA-4(1.45g、6.00mmol)、DA-5(2.46g、6.00mmol)及びNMP(25.6g)を加えて、窒素を送りながら室温で撹拌して溶解させた。その後、CA-1(2.51g、12.8mmol)及びNMP(10.0g)を加えて、室温で2時間撹拌した。その後、CA-2(1.31g、6.00mmol)及びNMP(5.20g)を加えて、室温で20時間撹拌することで、固形分濃度20質量%のポリアミック酸(PAA-2)の溶液(粘度:839mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは14,348、Mwは37,799であった。
<合成例3>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-3(1.98g、10.0mmol)、DA-4(1.82g、7.50mmol)、DA-5(3.08g、7.50mmol)及びNMP(27.5g)を加えて、窒素を送りながら室温で撹拌して溶解させた。その後、CA-1(3.14g、16.0mmol)及びNMP(12.6g)を加えて、室温で2時間撹拌した。その後、CA-2(1.64g、7.50mmol)及びNMP(6.50g)を加えて、室温で20時間撹拌することで、固形分濃度20質量%のポリアミック酸(PAA-3)の溶液(粘度:750mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは9,793、Mwは22,690であった。
上記合成例1~3において使用したテトラカルボン酸成分及びジアミン成分の種類及び量を表1に示す。表中、各成分の数値は、ジアミン成分の合計量100モル部に対する各成分のモル部を表す。
[液晶配向剤の調製]
<実施例1>
合成例1で得られた重合体の溶液(6.00g)にNMP(4.80g)及びBCS(8.00g)、更にAD-1(10質量%NMP溶液、1.20g)を加えて、室温で2時間撹拌することで、液晶配向剤AL-1を得た。上記液晶配向剤AL-1に濁りや析出などの異常は見られず、樹脂成分は均一に溶解していることが確認された。
<実施例2、比較例1>
使用するポリアミック酸溶液を表2に示すように変更した点以外は上記実施例1と同様に実施することで、実施例2の液晶配向剤AL-2、及び比較例1の液晶配向剤AL-C1を得た。上記液晶配向剤AL-2及びAL-C1に濁りや析出などの異常は見られず、樹脂成分は均一に溶解していることが確認された。
<実施例1>
合成例1で得られた重合体の溶液(6.00g)にNMP(4.80g)及びBCS(8.00g)、更にAD-1(10質量%NMP溶液、1.20g)を加えて、室温で2時間撹拌することで、液晶配向剤AL-1を得た。上記液晶配向剤AL-1に濁りや析出などの異常は見られず、樹脂成分は均一に溶解していることが確認された。
<実施例2、比較例1>
使用するポリアミック酸溶液を表2に示すように変更した点以外は上記実施例1と同様に実施することで、実施例2の液晶配向剤AL-2、及び比較例1の液晶配向剤AL-C1を得た。上記液晶配向剤AL-2及びAL-C1に濁りや析出などの異常は見られず、樹脂成分は均一に溶解していることが確認された。
[透過率の測定]
上記実施例1~2及び比較例1で得られた液晶配向剤AL-1~AL-2及びAL-C1を、それぞれ石英基板にスピンコートし、70℃のホットプレート上で90秒間焼成した後、230℃の赤外線加熱炉で20分間焼成を行い、膜厚100nmの液晶配向剤付き石英基板を作製した。この液晶配向膜付き基板を内側にし、もう一枚石英基板を用いて光の干渉を防ぐ目的で接触液(島津デバイス製造社製)を挟んだ。これを、島津製作所社製UV-3600にて、温度:25℃、スキャン波長:380~800nmで測定した。その際、リファレンスには塗膜していない2枚の石英基板で接触液を挟んだものを用いた。評価には、380nmの波長の透過率を用いた。結果を表3に示す。
上記実施例1~2及び比較例1で得られた液晶配向剤AL-1~AL-2及びAL-C1を、それぞれ石英基板にスピンコートし、70℃のホットプレート上で90秒間焼成した後、230℃の赤外線加熱炉で20分間焼成を行い、膜厚100nmの液晶配向剤付き石英基板を作製した。この液晶配向膜付き基板を内側にし、もう一枚石英基板を用いて光の干渉を防ぐ目的で接触液(島津デバイス製造社製)を挟んだ。これを、島津製作所社製UV-3600にて、温度:25℃、スキャン波長:380~800nmで測定した。その際、リファレンスには塗膜していない2枚の石英基板で接触液を挟んだものを用いた。評価には、380nmの波長の透過率を用いた。結果を表3に示す。
表1に示されるように、特定ジアミンDA-1~DA-2を含むジアミン成分を用いた液晶配向剤から得られる実施例1~2の液晶配向膜は、特定ジアミンを含まないジアミン成分を用いた液晶配向剤から得られる比較例1の液晶配向膜に比べて、高い透過率を示した。なお、透過率における1%の差は当技術分野においては顕著な差である。
[電圧保持率評価用の液晶セルの作製]
上記実施例1~2及び比較例1で得られた液晶配向剤AL-1~AL-2及びAL-C1を用いて下記に示すような手順で液晶セルの作製を行った。液晶配向剤をそれぞれITO電極付きガラス基板にスピンコートし、70℃のホットプレート上で90秒間乾燥した後、230℃の赤外線加熱炉で20分間焼成を行い、膜厚100nmの液晶配向膜を形成した。この液晶配向膜付き基板を2枚用意し、その1枚の液晶配向膜上に直径4μmのビーズスペーサー(日揮触媒化成社製、真絲球、SW-D1)を塗布し、液晶注入口を残して周囲に熱硬化性シール剤(三井化学社製、XN-1500T)を印刷した。次いで、もう一方の基板の液晶配向膜が形成された側の面を内側にして、先の基板と貼り合せた後、シール剤を硬化させて空セルを作製した。この空セルに液晶MLC-3023(メルク社製)を減圧注入法によって注入し、液晶セルを作製した。次に、この液晶セルに15Vの直流電圧を印加した状態で、液晶セルの外側から波長325nm以下のカットフィルターを通した紫外線を10J/cm2照射した。なお、紫外線の照度は、ORC社製UV-MO3Aを用いて測定した。その後、液晶セル中に残存している未反応の重合性化合物を失活させる目的で、電圧を印加していない状態で東芝ライテック社製UV-FL照射装置を用いて紫外線(UVランプ:FLR40SUV32/A-1)を30分間照射した。
[電圧保持率の評価]
紫外線照射後の電圧保持率評価用の液晶セルを用いて電圧保持率を測定した。60℃の熱風循環オーブン中で1Vの電圧を60μsec間印加し、その後1667msec後の電圧を測定し、電圧がどのくらい保持できているかを電圧保持率として計算した。電圧保持率の測定には、東陽テクニカ社製のVHR-1を使用した。値が高いほど良好である。結果を表4に示す。
[電圧保持率評価用の液晶セルの作製]
上記実施例1~2及び比較例1で得られた液晶配向剤AL-1~AL-2及びAL-C1を用いて下記に示すような手順で液晶セルの作製を行った。液晶配向剤をそれぞれITO電極付きガラス基板にスピンコートし、70℃のホットプレート上で90秒間乾燥した後、230℃の赤外線加熱炉で20分間焼成を行い、膜厚100nmの液晶配向膜を形成した。この液晶配向膜付き基板を2枚用意し、その1枚の液晶配向膜上に直径4μmのビーズスペーサー(日揮触媒化成社製、真絲球、SW-D1)を塗布し、液晶注入口を残して周囲に熱硬化性シール剤(三井化学社製、XN-1500T)を印刷した。次いで、もう一方の基板の液晶配向膜が形成された側の面を内側にして、先の基板と貼り合せた後、シール剤を硬化させて空セルを作製した。この空セルに液晶MLC-3023(メルク社製)を減圧注入法によって注入し、液晶セルを作製した。次に、この液晶セルに15Vの直流電圧を印加した状態で、液晶セルの外側から波長325nm以下のカットフィルターを通した紫外線を10J/cm2照射した。なお、紫外線の照度は、ORC社製UV-MO3Aを用いて測定した。その後、液晶セル中に残存している未反応の重合性化合物を失活させる目的で、電圧を印加していない状態で東芝ライテック社製UV-FL照射装置を用いて紫外線(UVランプ:FLR40SUV32/A-1)を30分間照射した。
[電圧保持率の評価]
紫外線照射後の電圧保持率評価用の液晶セルを用いて電圧保持率を測定した。60℃の熱風循環オーブン中で1Vの電圧を60μsec間印加し、その後1667msec後の電圧を測定し、電圧がどのくらい保持できているかを電圧保持率として計算した。電圧保持率の測定には、東陽テクニカ社製のVHR-1を使用した。値が高いほど良好である。結果を表4に示す。
表4に示されるように、実施例1~2の液晶配向剤を使用した液晶配向膜は、良好な電圧保持率を示した。
なお、2021年8月6日に出願された日本特許出願2021-129553号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (17)
- 下記の(A)成分及び(B)成分を含有することを特徴とする、液晶配向剤。
(A)成分:下記式(1)で表されるジアミンを含むジアミン成分と、芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を含むテトラカルボン酸成分との重合反応により得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(P)。
(B)成分:架橋性基を2つ以上有する化合物。
- 前記式(1)のLにおける2価の連結基が、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、-CO-、-C(=O)-O-、-NR-(Rは水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す)、-CONR-(Rは水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。)、-CH2-、炭素数2~12の直鎖状または分岐状アルキレン基、前記アルキレン基が有する任意の-CH2-を、-O-、-CO-、-C(=O)-O-、-NR-(Rは水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。)、又は-CONR-(Rは水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。)のいずれかで置き換えた2価の有機基、炭素数5~6のシクロアルキレン基、フェニレン基、フェニレンジオキシ基、-Si(R3)(R4)-(R3およびR4は、それぞれ独立して炭素数1~6のアルキル基又はアルコキシ基を表す。)、および-(Q)s-(R5)t-(-Si(R3)(R4)-O-)r-Si(R3)(R4)-(R5)t’-(Q)s’-(R3およびR4は、それぞれ独立して炭素数1~6のアルキル基又はアルコキシ基を表す。R5は、それぞれ独立して炭素数1~6のアルキレン基を表す。Qは-O-又は-S-を表す。rは0~20の整数である。s、s’、t、t’は、0又は1の整数であり、s、s’、t、t’の少なくとも一つは1である。複数のR3、R4、R5およびQは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。)から選ばれる、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記式(1)で表されるジアミンが、下記式(d1-1)~(d1-6)で表されるジアミンである、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記式(d1-1)~(d1-3)中、A、Bは、それぞれ独立して、メチル基、エチル基、イソプロピル基、メトキシ基、又はメトキシメチル基を表し、C、Dは、それぞれ独立して、水素原子、又は前記A、Bで定義した基を表す、請求項3に記載の液晶配向剤。
- 前記芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体が、ベンゼン環、及びナフタレン環よりなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造を有する、請求項1~4のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 前記芳香族テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体が、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、またはその誘導体である、請求項1~5のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 前記架橋性基が、重合性不飽和結合基、オキシラニル基、オキセタニル基、オキサゾリン基、保護イソシアネート基、シクロカーボネート基、β-ヒドロキシアルキルアミド基、メルドラム酸基、メチロール基、及びメトキシメチル基から選ばれる、請求項1~6のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 前記架橋性基が、β-ヒドロキシアルキルアミド基、メチロール基、及びメトキシメチル基から選ばれる、請求項1~7のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 前記架橋性基が、ヒドロキシ基を有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 前記テトラカルボン酸成分が、さらに非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物、脂環式テトラカルボン酸二無水物、又はこれらの誘導体を含有する、請求項1~9のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 前記重合体(P)を得る際の、前記式(1)で表されるジアミンの使用量が、全ジアミン成分に対して、5モル%以上である、請求項1~10のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 前記ジアミン成分が、更に、式(1)で表されるジアミン以外のジアミンを含む、請求項1~11のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 前記(B)成分の含有量は、前記(A)成分の合計100質量部に対して、0.1~30質量部である、請求項1~12のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 請求項1~13のいずれか1項に記載の液晶配向剤から得られる液晶配向膜。
- 請求項14に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
- 以下の工程(1)~(3)をこの順に行うことを含む、液晶表示素子の製造方法。
工程(1):請求項1~13のいずれか1項に記載の液晶配向剤を、導電膜を有する一対の基板の少なくとも一方の基板上に塗布して塗膜を形成する工程
工程(2):前記塗膜を焼成する工程
工程(3):前記一対の基板の間に液晶層を形成して液晶セルを作製する工程 - 工程(1)~(3)の後に、以下の工程(4)をさらに行うことを含む、請求項16に記載の液晶表示素子の製造方法。
工程(4):前記液晶セルに光を照射する工程
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