WO2023140322A1 - 弱アンカリング液晶配向剤、及び液晶表示素子 - Google Patents

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WO2023140322A1
WO2023140322A1 PCT/JP2023/001515 JP2023001515W WO2023140322A1 WO 2023140322 A1 WO2023140322 A1 WO 2023140322A1 JP 2023001515 W JP2023001515 W JP 2023001515W WO 2023140322 A1 WO2023140322 A1 WO 2023140322A1
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liquid crystal
component
formula
acid
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PCT/JP2023/001515
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一世 三宅
慎躍 大野
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日産化学株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G81/00Macromolecular compounds obtained by interreacting polymers in the absence of monomers, e.g. block polymers
    • C08G81/02Macromolecular compounds obtained by interreacting polymers in the absence of monomers, e.g. block polymers at least one of the polymers being obtained by reactions involving only carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L79/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
    • C08L79/04Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08L79/08Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/13Devices 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  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display element capable of producing an organic film exhibiting weak anchoring properties (weak anchoring film) using a method that is inexpensive and does not involve complicated steps, and that achieves higher luminance and lower voltage driving, as well as a weakly anchoring liquid crystal aligning agent and a polymer that can be used therefor.
  • liquid crystal display elements have been widely used in mobile phones, computer and television displays.
  • Liquid crystal display elements have characteristics such as thinness, light weight, and low power consumption, and are expected to be applied to further contents such as VR (Virtual Reality) and ultra-high-definition displays in the future.
  • Various display methods such as the TN (Twisted Nematic) method, the IPS (In-Plane Switching) method, and the VA (Vertical Alignment) method have been proposed as display methods for liquid crystal displays, but all display methods use a film (liquid crystal alignment film) that guides the liquid crystal to a desired alignment state.
  • the IPS method is preferred because the display is less likely to be disturbed even when touched.
  • liquid crystal display elements using the FFS (Fringe Field Switching) method and liquid crystal alignment technology using the photo-alignment method are used to improve contrast and viewing angle characteristics.
  • the FFS method has the problem of higher substrate manufacturing costs and the occurrence of a unique display defect called Vcom shift.
  • the photo-alignment method has advantages over the rubbing alignment method in that it can be easily adapted to the expansion of the device and can greatly improve the display characteristics, there are problems in principle (display defective light derived from decomposition products when using a photodecomposition type material, image sticking due to insufficient alignment force when using an isomerization type material, etc.).
  • liquid crystal display element manufacturers and liquid crystal alignment film manufacturers are devising various ways to solve these problems.
  • the weak anchoring IPS method is made by using a liquid crystal alignment film with strong anchoring energy on one side of the substrate and a thin film processed to have no anchoring energy on the other side of the substrate (equipped with electrodes that generate a lateral electric field).
  • a weak anchoring IPS method technology has been proposed by using a liquid crystal alignment film that can generate photoradicals and a compound that can be radically polymerized to cause a radical reaction by irradiating UV in the liquid crystal to cause weak anchoring (see Patent Document 3).
  • Patent Document 3 a weak anchoring IPS method technology
  • Patent Document 2 The method of directly providing a thick polymer brush on the substrate (Patent Document 2) requires a surface treatment process to create reaction points on the substrate and a process to grow the polymer from the reaction points on the substrate surface, which complicates the process. In addition, it requires advanced deoxidizing conditions, requiring strict control of the environment.
  • Patent Document 3 In the method of weakly anchoring using a photoradical polymerization reaction and a radically polymerizable compound (Patent Document 3), there are problems such as volatilization of the polymerizable additive in a high vacuum state during liquid crystal injection, and adverse effects on the liquid crystal composition because a process of ultraviolet irradiation is required after the liquid crystal element is manufactured.
  • Patent Document 4 a method using a bottle brush polymer (Patent Document 4) and a method using a block copolymer (Patent Document 5) have been found as materials that exhibit weak anchoring properties only by coating and baking on a substrate.
  • the bottle brush polymer and the block copolymer have poor solvent selectivity, and generally have poor solubility in NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) and GBL ( ⁇ -butyrolactone) used in general liquid crystal alignment agents (agents used to form liquid crystal alignment films).
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • GBL ⁇ -butyrolactone
  • the material is less polar and less viscous due to its structure.
  • the coating uniformity of the liquid crystal alignment film, particularly the coating properties at the edges tends to deteriorate, and the edges of the liquid crystal alignment film are likely to be non-linear or protruded.
  • the above materials have poor adhesion to seals and substrates, and there is a risk of damage during manufacturing, such as transportation and polishing processes of liquid crystal cells, and it may be difficult to use depending on the application where reliability is important, such as in-vehicle applications. It is necessary to think of a method that can solve these problems.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a weakly anchoring liquid crystal aligning agent that can be easily manufactured and has good applicability, and to provide a weakly anchoring liquid crystal aligning film and a liquid crystal display element that have good adhesion to seals, do not generate a pretilt angle, and can simultaneously realize low-voltage driving and high-speed response when the voltage is off.
  • the present inventors conducted intensive studies, found that the above problems can be solved, and completed the present invention having the following gist. That is, the present invention includes the following.
  • a weak anchoring liquid crystal aligning agent containing the following A component and B component A component: a polymer represented by the following formula (1)
  • B component a polymer having a site that reacts with the n-valent organic group A of the A component by heating
  • A represents an n-valent organic group having a molecular weight of 300 or less having a group that reacts with the B component by heating
  • Q is a divalent polymer unit that is compatible with liquid crystal
  • R is a monovalent organic group with a molecular weight of 500 or less that does not react with the B component by heating
  • n is an integer of 1 to 2.
  • a in the formula (1) is a group selected from the following structures.
  • R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a straight or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms
  • R 3 and R 4 each independently represent a single bond or a straight or branched alkylene group having 1 to 12 carbon atoms
  • X represents an oxygen atom or a sulfur atom
  • * represents a bonding site.
  • Q in the formula (1) is a compound represented by the following formula (3), a compound represented by the following formula (4), a compound represented by the following formula (6), and a compound represented by the following formula (8).
  • M represents a polymerizable group having a polymerizable unsaturated hydrocarbon group
  • X represents a single bond, an ether bond, an ester bond, an amide bond, a urethane bond, a urea bond, or a thioether bond
  • R 1 represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may be inserted with a bonding group
  • n is an integer of 1 to 2.
  • M represents a polymerizable group having a polymerizable unsaturated hydrocarbon group
  • S represents a single bond or a saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms which may have a bonding group inserted therein
  • T represents an organic group represented by the following formula (5)
  • n is an integer of 1 to 2.
  • the two Ts may be the same or different.
  • S is a saturated C 1 to 6 group which may have a bonding group inserted. represents a hydrocarbon group.
  • * indicates a binding site.
  • X is a single bond, ether bond, ester bond, amide bond, urethane bond, urea bond, thioether bond, —Si(R 1 )(R 2 )—(R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group bonded to Si.), —Si(R 3 )(R 4 )—O—(R 3 and R 4 each independently represent an alkyl group bonded to Si.), and —N(R 5 )-(R 5 represents a hydrogen atom or an alkyl group bonded to N), and Cy represents a 6- to 20-membered non-aromatic cyclic group.)
  • M represents a polymerizable group having a polymerizable unsaturated hydrocarbon group
  • R 1 represents an aliphatic hydrocarbon group having a linear or branched structure with 1 to 10 carbon atoms
  • each of the three Xs independently represents a hydrogen atom or the following formula (7).
  • At least one of the three Xs represents formula (7).
  • Y represents a single bond, -O-, -S- or -N(R)- (R represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, which is bonded to N), and * represents a binding site.
  • R 2 , R 3 and R 4 each independently represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent.
  • M in the formula (3) is any one of the structures represented below
  • M in the formula (4) is one of the structures represented below
  • M in the formula (6) is one of the structures represented below
  • M in the formula (8) is one of the structures represented below
  • R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a straight or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms
  • X, Y, and Z each independently represent an oxygen atom or a sulfur atom.
  • *, * 1 and * 2 represent bonding sites, and either one of * 1 and * 2 may be replaced by a hydrogen atom or a straight or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
  • n represents an integer of 1 to 5.
  • R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a straight or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms
  • R 3 and R 4 each independently represent a single bond or a straight or branched alkylene group having 1 to 12 carbon atoms.
  • Component B is a polymer containing at least one selected from the group consisting of an amino group, a protected amino group, a hydroxy group, a protected hydroxy group, a thiol group, a protected thiol group, a carboxy group, a protected carboxy group, an isocyanate group, a protected isocyanate group, a maleimide group, a carboxylic anhydride group, a vinyl group, an allyl group, a styryl group, a (meth)acryl group, and a (meth)acrylamide group as a site that reacts with the n-valent organic group A.
  • Anchoring liquid crystal alignment agent is a polymer containing at least one selected from the group consisting of an amino group, a protected amino group, a hydroxy group, a protected hydroxy group, a thiol group, a protected thiol group, a carboxy group, a protected carboxy group, an isocyanate group, a protected isocyanate
  • component B is at least one polymer selected from the group consisting of polyimide, polyamic acid, polyamic acid ester, polyamide, polyurea, and poly(meth)acrylate.
  • component A is obtained by living polymerization or chain transfer polymerization.
  • the liquid crystal display device according to [9] which is a lateral electric field liquid crystal display device.
  • a stable weak anchoring liquid crystal alignment film can be manufactured by an extremely simple method compared to the conventional technology, so in actual industrialization, it is possible to reduce the process load and improve the yield for manufacturing the weak anchoring horizontal electric field liquid crystal display element.
  • the material and method of the present invention it is possible to achieve a faster response when the voltage is off, a reduction in burn-in, and a high backlight transmittance and low-voltage driving in a low-temperature environment compared to the conventional technology.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a lateral electric field liquid crystal display device of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of the horizontal electric field liquid crystal display device of the present invention
  • the term “weak anchoring” means that although the liquid crystal molecules have a force to regulate the orientation of the liquid crystal molecules with respect to the substrate in the azimuthal direction or the polar direction, the anchoring strength (that is, the interfacial elastic energy that maintains the position of the liquid crystal molecules or restores the original state even if the orientation of the liquid crystal molecules changes ) is completely absent or, if present, is weaker than the intermolecular force between the liquid crystals. ] .
  • Patent Document 3 it is known that a polymer capable of forming a completely wetted state with the liquid crystal is provided at the interface of the base material, and when the polymer and the liquid crystal come into contact with each other, a polymer-liquid crystal mixed layer is formed to develop a weak anchoring state.
  • weak anchoring liquid crystal alignment film means a film that forms a weakly anchored state by contact with liquid crystals, and is not limited to solid films, but also includes liquid films covering solid surfaces.
  • strong anchoring means that the alignment of the liquid crystal molecules is regulated to be uniaxially aligned, and the alignment of the liquid crystal can be maintained even when energy is applied from the outside, or the liquid crystal molecules have an anchoring strength capable of returning to the original position even if the alignment of the liquid crystal molecules is changed.
  • strongly anchored liquid crystal alignment film means a film that forms a strongly anchored state upon contact with liquid crystals, and is not limited to solid films, but also includes liquid films covering solid surfaces.
  • weak anchoring liquid crystal display element The weakly anchoring liquid crystal alignment film and the strong anchoring liquid crystal alignment film defined above are each applied to a substrate with an electrode, and the substrates are attached so as to form a pair, whereby a weakly anchoring liquid crystal display element can be produced.
  • a weak electric field or external field energy can induce a change in the alignment of the liquid crystal, and liquid crystal molecules in an area that normally does not move can also be changed in alignment. Transmittance can be increased and driving voltage can be reduced.
  • the azimuth angle anchoring strength is an index representing the strength of interfacial elastic energy between the liquid crystal molecules and the liquid crystal alignment film in the azimuth direction.
  • a torque balance method, a strong electric field method, a Geometry method (external field application method), a Freedericksz transition method, and the like are used as methods for calculating the azimuth anchoring strength.
  • polymer alloy One embodiment of the "polymer alloy” in the present invention is a polymer alloy composed of A component and B component contained in the weak anchoring liquid crystal aligning agent.
  • a weakly anchoring liquid crystal aligning agent is used for forming a film for aligning liquid crystal used in a liquid crystal display element, that is, a liquid crystal alignment film.
  • the polymer alloy of the present invention is characterized by being obtained by mixing a polymer composed of the A component and a polymer composed of the B component.
  • the A component is a polymer obtained by polymerizing one or more monomers that have a group that reacts with the B component when heated and that is compatible with the liquid crystal. When the A component is in contact with the liquid crystal in a thin film state, it dissolves with the liquid crystal and contributes to the formation of a weak anchoring state.
  • the B component reacts with the A component by heating to form a crosslinked structure together with the A component, thereby preventing the A component from eluting into the liquid crystal, and by fixing to the substrate, cross-linking between polymers, and cross-linking with the sealing component, by selecting a polymer having excellent film hardness and seal adhesion strength and good solvent selectivity, a weakly anchoring liquid crystal aligning agent with excellent applicability can be obtained.
  • the pamphlet of International Publication No. 2019/004433 proposes a weak anchoring liquid crystal display element that applies a graft copolymer (called a polymer brush) with a high density of branch polymers using living polymerization.
  • the polymer brush is synthesized using a method of extending branch polymers (grafting from method), and must be synthesized using living polymerization.
  • the A component contained in the weak anchoring liquid crystal aligning agent of the present invention has a group that reacts with the B component when heated in the polymer, and a monomer that is compatible with the liquid crystal can be synthesized by polymerization (for example, living polymerization or chain transfer polymerization).
  • a polymer that reacts with the reactive groups contained in the component A by heating and has excellent coatability, solvent selectivity, and adhesion to films, substrates, and seals is used as a result, it is characterized by being a weak anchoring liquid crystal aligning agent that can exhibit good and stable weak anchoring properties, has good solvent selectivity and applicability, and has excellent adhesion to films, seals, and substrates.
  • the polymerization method is not limited as long as the A component is a polymer that has a polymer unit compatible with the liquid crystal and reacts with the B component.
  • the type of polymer and polymerization method are not particularly limited as long as the B component is a polymer capable of reacting with the A component and suppressing the elution of the A component into the liquid crystal.
  • the A component is a polymer obtained by polymerizing one or more monomers that have a group that reacts with the B component when heated and is compatible with the liquid crystal, and is characterized by contributing to the formation of a weak anchoring state by being compatible with the liquid crystal when in contact with the liquid crystal in a thin film state.
  • Component A is a polymer represented by the following formula (1).
  • A represents an n-valent organic group having a group that reacts with the B component by heating
  • Q is a divalent polymer unit that is compatible with the liquid crystal
  • R is a monovalent organic group that does not react with the B component by heating
  • n is an integer of 1 to 2.
  • the two Q and R may be the same or different.
  • the molecular weight of A is not particularly limited, it is preferably 300 or less.
  • the molecular weight of R is not particularly limited, it is preferably 500 or less.
  • a in formula (1) is preferably a group selected from the following structures. These are, for example, partial structures of a RAFT agent in RAFT polymerization and a chain transfer agent in chain transfer polymerization, which will be described later. These groups are selected according to the groups possessed by the B component so as not to react therewith.
  • R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a straight or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms
  • R 3 and R 4 each independently represent a single bond or a straight or branched alkylene group having 1 to 12 carbon atoms
  • X represents an oxygen atom or a sulfur atom
  • * represents a bonding site.
  • the carbon number of the linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms may be, for example, 1 to 6, or may be 1 to 3.
  • the carbon number of the linear or branched alkylene group having 1 to 12 carbon atoms may be, for example, 1 to 6, or may be 1 to 3.
  • R in formula (1) is preferably a group selected from the following structures. These are, for example, partial structures of RAFT agents in RAFT polymerization, which will be described later. These groups are selected according to the groups possessed by the B component so as to react therewith.
  • R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a straight or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms
  • R 3 and R 4 each independently represent a single bond or a straight or branched alkylene group having 1 to 12 carbon atoms.
  • the preferred range of the straight-chain or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms varies depending on each group, and may be, for example, 1 to 6 or 6 to 12 carbon atoms.
  • the carbon number of the linear or branched alkylene group having 1 to 12 carbon atoms may be, for example, 1 to 6, or may be 1 to 3.
  • Q in formula (1) preferably contains at least one selected from the group consisting of a compound represented by the following formula (3), a compound represented by the following formula (4), a compound represented by the following formula (6), and a compound represented by the following formula (8) as a constituent.
  • M represents a polymerizable group having a polymerizable unsaturated hydrocarbon group
  • X represents a single bond, an ether bond, an ester bond, an amide bond, a urethane bond, a urea bond, or a thioether bond
  • R 1 represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may be inserted with a bonding group
  • n is an integer of 1 to 2.
  • the two X and R 1 may be the same or different.
  • the linking group in the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms into which a linking group may be inserted include an ether bond, an ester bond, an amide bond, a urethane bond, a urea bond, a thioether bond, —Si(R 11 )(R 12 )—(R 11 and R 12 each independently represent an alkyl group bonded to Si), —Si(R 13 )(R 14 )—O—(R 13 and R 14 each independently represent Si represents an alkyl group bonded to N), -N(R 15 )- (R 15 represents a hydrogen atom or an alkyl group bonded to N).
  • alkyl groups for R 11 to R 15 include alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms.
  • M represents a polymerizable group having a polymerizable unsaturated hydrocarbon group
  • S represents a single bond or a saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms which may be inserted with a bonding group
  • T represents an organic group represented by the following formula (5)
  • n is an integer of 1 to 2.
  • the two T may be the same or different.
  • S is a saturated carbon atom having 1 to 6 carbon atoms which may be inserted with a bonding group. represents a hydrocarbon group.
  • X is a single bond, ether bond, ester bond, amide bond, urethane bond, urea bond, thioether bond, —Si(R 1 )(R 2 )—(R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group bonded to Si.), —Si(R 3 )(R 4 )—O—(R 3 and R 4 each independently represent an alkyl group bonded to Si.), and —N(R 5 )-(R 5 represents a hydrogen atom or an alkyl group bonded to N), and Cy represents a 6- to 20-membered non-aromatic cyclic group.)
  • the saturated hydrocarbon group in S in formula (4) refers to an n+1 valent group formed by removing n+1 hydrogen atoms from a saturated hydrocarbon (n is the same integer as n in formula (4)).
  • n is 1, the saturated hydrocarbon group is an alkylene group.
  • the saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms and having a bonding group inserted therein means an n+1-valent group having a bonding group inserted between the carbon-carbon atoms in the saturated hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms, or a divalent group having a bonding group inserted between the saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms and the atom (e.g., carbon atom) bonded thereto.
  • the binding group for S in formula (4) includes, for example, a carbon-carbon unsaturated bond, an ether bond (-O-), an ester bond (-COO- or -OCO-), an amide bond (-CONH- or -NHCO-) and the like.
  • the carbon-carbon unsaturated bond includes, for example, a carbon-carbon double bond, and the saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms in which the carbon-carbon double bond is inserted preferably has a carbon-carbon double bond not at the end but inside.
  • examples of the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms into which a bonding group may be inserted include an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms and an oxyalkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
  • the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms may be a linear alkylene group, a branched alkylene group, or a cyclic alkylene group.
  • R 1 and R 2 of —Si(R 1 )(R 2 )— in X of formula (5) are each independently an alkyl group bonding to Si, for example, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • R 3 and R 4 of —Si(R 3 )(R 4 )—O— in X of formula (5) are each independently an alkyl group bonding to Si, for example, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • R 5 of —N(R 5 )— in X of formula ( 5 ) is a hydrogen atom or an alkyl group bonded to N.
  • An alkyl group is, for example, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • Cy is a 6- to 20-membered non-aromatic cyclic group, preferably an 8- to 18-membered non-aromatic cyclic group. Cy may be a 12- to 20-membered non-aromatic cyclic group.
  • X is bonded to a ring-constituting atom in Cy. Atoms constituting the ring in the non-aromatic cyclic group include, for example, a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a silicon atom and the like. A bond between atoms constituting a ring may be a single bond, a double bond, or a triple bond, but is preferably a single bond.
  • rings in non-aromatic cyclic groups include cyclic alkanes, cyclic ethers, and cyclic siloxanes.
  • Cyclic ethers include, for example, crown ethers.
  • the atoms constituting the ring are a carbon atom and an oxygen atom, and the number of members is 12.
  • the ring may be monocyclic or polycyclic.
  • the number of rings in the polycyclic ring is, for example, 2-4. For example, the following three methods are included in the manner of bonding between rings in a polycyclic ring.
  • ⁇ Sharing one atom for example, a spiro ring compound ⁇ Sharing two atoms: when two rings share two atoms, such as decalin ⁇ Bridging structure: when two rings can be considered to share three or more atoms, such as norbornane
  • the number of ring members is the number of atoms constituting the ring.
  • norbornane is a seven-membered ring.
  • a halogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms may be bonded to the atoms constituting the ring instead of the hydrogen atom.
  • Halogen atoms include, for example, fluorine atoms and chlorine atoms.
  • M represents a polymerizable group having a polymerizable unsaturated hydrocarbon group
  • R 1 represents an aliphatic hydrocarbon group having a linear or branched structure with 1 to 10 carbon atoms
  • each of the three Xs independently represents a hydrogen atom or the following formula (7). However, at least one of the three Xs represents formula (7).
  • Y represents a single bond, -O-, -S- or -N(R)- (R represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms that is bonded to N), and * represents a binding site.
  • R 2 , R 3 , and R 4 each independently represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group that may have a substituent.
  • the aliphatic hydrocarbon group in R 1 in formula (6) has 1 to 10 carbon atoms, may have 1 to 8 carbon atoms, may have 1 to 6 carbon atoms, or may have 1 to 4 carbon atoms.
  • the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms in R 2 , R 3 and R 4 in formula (7) may be, for example, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. These alkyl groups may have a linear structure or a branched structure.
  • the aromatic hydrocarbon group for R 2 , R 3 and R 4 in formula (7) may be unsubstituted, or a hydrogen atom may be substituted with a substituent.
  • substituent of the aromatic hydrocarbon group which may have a substituent include a halogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and a halogenated alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms.
  • Halogenation in the halogenated alkyl group and the halogenated alkoxy group may be total halogenation or partial halogenation.
  • Halogen atoms include, for example, fluorine atoms and chlorine atoms.
  • Examples of the aromatic hydrocarbon group of the aromatic hydrocarbon group optionally having a substituent include a phenyl group and a naphthyl group. The number of substituents in the aromatic hydrocarbon group is not particularly limited.
  • formula (7) is one or more, and may be one, two, or three. In formula (6), each of the three X's is independent. Therefore, in formula (6), when there are two or more formulas (7), the two or more formulas (7) may have the same structure or different structures.
  • R 2 , R 3 and R 4 may be an optionally substituted aromatic hydrocarbon group. Therefore, in formula (7), one of R 2 , R 3 and R 4 may be an optionally substituted aromatic hydrocarbon group, two of R 2 , R 3 and R 4 may be an optionally substituted aromatic hydrocarbon group, or three of R 2 , R 3 and R 4 may be an optionally substituted aromatic hydrocarbon group.
  • M represents a polymerizable group having a polymerizable unsaturated hydrocarbon group
  • R 1 ⁇ R 3 each independently represents a single bond or an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms which may be inserted with a bonding group
  • Ar represents an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent
  • X 1 and X 2 each independently represents a hydrogen atom or an optionally substituted aromatic hydrocarbon group
  • R 1 X 1 and R 2 X 2 and R 1 X 1 and R 2 X 2 may form a ring together with the carbon atoms bonded to .
  • R 1 X 1 , R 2 X 2 and R 3 The total carbon number of is 1 or more.
  • the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms and having a bonding group inserted therein means a divalent group having a bonding group inserted between the carbon atoms in the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, or a divalent group having a bonding group inserted between the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms and the carbon atom bonded thereto.
  • the linking group includes, for example, a carbon-carbon unsaturated bond, an ether bond (-O-), an ester bond (-COO- or -OCO-), an amide bond (-CONH- or -NHCO-) and the like.
  • the unsaturated bond includes, for example, a carbon-carbon double bond, but the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms into which the bonding group is inserted preferably has a carbon-carbon double bond not at the end but inside.
  • the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms into which a bonding group may be inserted include an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms and an oxyalkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
  • the oxygen atom in the oxyalkylene group having 1 to 6 carbon atoms is bonded, for example, to the carbon atom that is bonded to M, R 1 , R 2 and R 3 in formula (8).
  • the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms may be a linear alkylene group, a branched alkylene group, or a cyclic alkylene group.
  • Examples of the optionally substituted aromatic hydrocarbon group for X 1 and X 2 in formula (8) include an optionally substituted phenyl group and naphthyl group.
  • Examples of the substituent include a halogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and a halogenated alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms.
  • Halogenation in the halogenated alkyl group and the halogenated alkoxy group may be total halogenation or partial halogenation.
  • Halogen atoms include, for example, fluorine atoms and chlorine atoms.
  • Examples of R 1 in formula (8) include a single bond and an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
  • the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms more specifically includes a linear alkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
  • Examples of R 2 in formula (8) include a single bond and an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
  • the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms more specifically includes a linear alkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
  • Examples of R 3 in formula (8) include a single bond and an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
  • the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms more specifically includes a linear alkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
  • X 1 in formula (8) includes, for example, a hydrogen atom and a phenyl group.
  • Examples of X 2 in formula (8) include a hydrogen atom and a phenyl group.
  • Ar in formula (8) includes, for example, a phenyl group.
  • the total carbon number of R 1 X 1 , R 2 X 2 and R 3 in formula (8) is not particularly limited as long as it is 1 or more, but may be 2 or more. Also, the total carbon number of R 1 , R 2 and R 3 in formula (8) may be, for example, 18 or less, 15 or less, or 10 or less. Further, when X 1 and X 2 in formula (8) are hydrogen atoms, the total carbon number of R 1 , R 2 and R 3 is not particularly limited as long as it is 1 or more, but may be 2 or more. When at least one of X 1 and X 2 in formula (8) is an optionally substituted aromatic hydrocarbon group, the total number of carbon atoms of R 1 , R 2 and R 3 may be 0.
  • examples of the ring formed by combining R 1 X 1 , R 2 X 2 , and the carbon atoms bonded to R 1 X 1 and R 2 X 2 include a hydrocarbon ring having 3 to 13 carbon atoms into which a bonding group may be inserted.
  • the linking groups are as described above.
  • Examples of the polymerizable group having a polymerizable unsaturated hydrocarbon group in the present specification include any of the structures represented below. (Wherein, R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a straight or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and X, Y, and Z each independently represent an oxygen atom or a sulfur atom. *, * 1 and * 2 represent bonding sites, and either one of * 1 and * 2 may be replaced by a hydrogen atom or a straight or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. n represents an integer of 1 to 5.)
  • the specific monomer used for synthesizing component A may be a single component, or a combination of multiple monomers may be used. Further, other radically polymerizable monomers described below may be used in combination.
  • the A component used in the weakly anchoring liquid crystal aligning agent of the present invention forms a polymer-liquid crystal mixed layer when in contact with the liquid crystal in a thin film state, and exhibits weak anchoring properties. Optimization of the molecular weight is important because the thickness of the polymer-liquid crystal mixed layer formed varies depending on the molecular weight of the A component, and the weak anchoring property changes.
  • the molecular weight of component A (polymer represented by formula (1)), which is preferable from the viewpoint of forming a good weak anchoring film, is 1,000 to 100,000, more preferably 3,000 to 50,000.
  • the structure of Q in the polymer that constitutes the A component may be a single polymer structure using only one type of the monomers represented by the above formulas (3), (4), (6), and (8), or may be a copolymer structure that combines a plurality of monomers. When combining a plurality of monomers, random copolymerization or block copolymerization may be used. When the monomers represented by formulas (3), (4), (6) and (8) are combined, the ratio is not particularly limited regardless of the combination method.
  • the combination ratio of the compound species that is insolubilized in the liquid crystal is preferably 30 mol% or less, more preferably 20 mol% or less from the viewpoint of maintaining properties, but is not limited. It is preferable to use these synthesis methods, monomers to be combined, and combination ratios within a range in which the intended physical properties, display properties, electrical properties, and the like can be obtained.
  • Examples of the compound species that are insoluble in the liquid crystal include compounds represented by the following formula (9), compounds having a polymerizable group having a polymerizable unsaturated hydrocarbon group and a highly polar structure, compounds having a polymerizable group having a polymerizable unsaturated hydrocarbon group and a rigid structure, and compounds having a polymerizable group having a polymerizable unsaturated hydrocarbon group and a thermosetting structure.
  • M represents a polymerizable group having a polymerizable unsaturated hydrocarbon group
  • n is an integer of 1 to 2.
  • Z represents a group represented by the following formula (10). When n is 2, two Z may be the same or different.
  • L is a trialkoxysilyl group, isocyanate group, blocked isocyanate group, epoxy group, oxetane group, vinyl group, allyl group, oxazoline group, amino group, protected amino group, aniline group, protected aniline group, hydroxy group, protected hydroxy group, phenol group, protected phenol group, thiol group, protected thiol group, thiophenol group, protected thiophenol group, aldehyde group, carboxy group, maleimide group, N-hydroxysuccinimide ester group, even if a binding group is inserted.
  • a functional group selected from the group consisting of an aromatic hydrocarbon group having 5 to 18 carbon atoms, an aromatic heterocyclic group having 5 to 18 carbon atoms optionally having a bonding group inserted therein, a cinnamic acid group, a cinnamic acid aromatic ester group, a cinnamic acid alkyl ester group, a cinnamyl group, a phenylbenzoate group, an azobenzene group, an N-benzylideneaniline group, a stilbene group, and a tolan group.
  • J represents a single bond or an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.
  • K represents an aromatic group.
  • a linking group selected from a single bond, an ether bond, an ester bond, an amide bond, a urea bond, a urethane bond, and a thioether bond, otherwise represents a single bond.
  • * represents a bonding site.m is an integer of 1 to 3.When m is 2 or 3, a plurality of K and L may be the same or different.However, when J is a single bond, m is 1.)
  • Examples of the above highly polar structure include the following structures. However, it is not limited to these.
  • X and Y each independently represent an oxygen atom or a sulfur atom
  • R 1 and R 2 each independently represent a single bond or an alkylene group having 1 to 18 carbon atoms
  • R 3 represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms
  • one of A 1 , A 2 and A 3 represents N, and the remaining two represent CH; .
  • the rigid structure described above includes the following structure. However, it is not limited to these.
  • X, Y, and Z each independently represent an oxygen atom or a sulfur atom.
  • R 1 and R 2 represent a single bond or an alkylene group having 1 to 18 carbon atoms.
  • R 3 represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms. * represents a bonding site, and n represents an integer of 1 to 5.
  • thermosetting structure preferably has the following structure. However, it is not limited to these.
  • X, Y and Z each independently represent an oxygen atom or a sulfur atom.
  • R 1 , R 2 and R 3 each independently represent an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms.
  • R 4 and R 5 each independently represent a single bond or an alkylene group having 1 to 18 carbon atoms. * represents a bonding site, and n represents an integer of 0 to 5.
  • the A component is preferably obtained by living polymerization or chain transfer polymerization.
  • Living polymerization is a polymerization reaction that does not involve side reactions such as chain transfer reactions and termination reactions during the polymerization reaction, and it is possible to obtain a polymer with a narrow molecular weight distribution and a highly controlled structure.
  • Living polymerization includes those using radicals as active species, those using cations, and those using anions, and it is important to use them properly according to the structure and properties of the monomers to be used.
  • the polymerization method does not have to be particularly limited, but in cationic polymerization and anionic polymerization, alkali metals, metal complexes, and halogen compounds are often used when generating active species, and in liquid crystal displays, contamination with metal residues and halogen compounds can cause image sticking and display defects, so it is preferable to use radical polymerization that does not use metals or halogen compounds as much as possible.
  • living radical polymerization examples include living radical polymerization (NMP) using nitroxide as a dormant species, atom transfer radical polymerization (ATRP) using a metal complex, reversible irreversible elimination chain transfer polymerization (RAFT polymerization) using a sulfur compound as a dormant, living radical polymerization (TERP) using an organic tellurium compound, etc., and reversible transfer catalytic polymerization (RTCP) using an alkyl iodide compound as a dormant species and a phosphorus compound, alcohol, etc. as a catalyst.
  • Examples include living radical polymerization such as NMP, RTCP, and RAFT polymerization, and NMP or RAFT polymerization is particularly preferred. It is also preferred to use chain transfer polymerization.
  • the polymerization initiator used includes, for example, 2,2'-azobis(isobutyronitrile), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, 1,1'-bis(tert-butylperoxy)cyclohexane, hydrogen peroxide and the like.
  • the proportion of the polymerization initiator to be used is generally 0.000001 to 0.1 mol part, preferably 0.00001 to 0.01 mol part, per 1 mol part of the monomer used.
  • nitroxides include compounds represented by the following formulas (N-1) to (N-12).
  • the proportion of nitroxide used is generally 0.000001 to 0.1 mol part, preferably 0.00001 to 0.01 mol part, per 1 mol part of the monomer used.
  • the reaction temperature in the above polymerization is preferably 20 to 200° C., more preferably 40 to 150° C., and the reaction time is preferably 1 to 168 hours, more preferably 8 to 72 hours.
  • polymerization initiators to be used include, for example, 2,2'-azobis(isobutyronitrile), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, 1,1'-bis(tert-butylperoxy)cyclohexane, and hydrogen peroxide.
  • the proportion of the polymerization initiator to be used is generally 0.000001 to 0.1 mol part, preferably 0.00001 to 0.01 mol part, per 1 mol part of the monomer used.
  • the iodide catalyst include compounds represented by the following formulas (P-1) to (P-7).
  • the proportion of the iodide catalyst used is generally 0.000001 to 0.1 mol part, preferably 0.00001 to 0.01 mol part, per 1 mol part of the monomer used.
  • hydride catalysts include compounds represented by the following formulas (O-1) to (O-6).
  • the proportion of the hydride catalyst used is 0.000001 to 0.1 mol part, preferably 0.00001 to 0.01 mol part, per 1 mol part of the monomer used.
  • the reaction temperature in the above polymerization is preferably 20-200° C., more preferably 40-150° C.
  • the reaction time is preferably 1-168 hours, more preferably 8-72 hours.
  • the polymerization initiator to be used includes, for example, 2,2'-azobis(isobutyronitrile), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, 1,1'-bis(tert-butylperoxy)cyclohexane, hydrogen peroxide and the like.
  • the proportion of the polymerization initiator to be used is generally 0.000001 to 0.1 mol part, preferably 0.00001 to 0.01 mol part, per 1 mol part of the monomer used.
  • chain transfer agent trithiocarbonate, dithiobenzoate, dithiocarbamate and xanthate are preferable, and specific examples thereof include compounds represented by the following formulas (R-1) to (R-23).
  • the proportion of the chain transfer agent used is generally 0.000001 to 0.1 mol part, preferably 0.00001 to 0.01 mol part, per 1 mol part of the monomer used.
  • the reaction temperature in the above polymerization is preferably 20 to 200° C., more preferably 40 to 150° C., and the reaction time is preferably 1 to 168 hours, more preferably 8 to 72 hours.
  • RAFT polymerization By using RAFT polymerization, it is possible to control the ends of polymers, and to control the molecular weight and molecular weight distribution at a high level.
  • the polymer terminal can be controlled by thermally and chemically modifying the RAFT terminal present at the growing terminal.
  • thermal reforming the end can be reformed into an unsaturated hydrocarbon group by heating above the temperature at which the RAFT agent used is thermally decomposed.
  • chemical modification contact with a primary amine, secondary amine, or the like accompanies aminolysis, and the terminal can be modified into a thiol bond.
  • new block segments can be provided at the ends by contacting with new monomers and radical generators.
  • the molecular weight can be controlled by using the following formula (eq1). Specifically, the number average molecular weight (Mn) changes linearly with the ratio of the molar concentration of the monomer and the molar concentration of the chain transfer agent, so that the molecular weight can be controlled.
  • Mn theor
  • [Monomer] 0 the molar concentration of the monomer
  • [CTA] 0 the molar concentration of the chain transfer agent
  • M monomer represents the molecular weight of the monomer
  • conv. represents the polymerization conversion rate
  • M CTA represents the molecular weight of the chain transfer agent.
  • the polymerization initiator used includes, for example, 2,2'-azobis(isobutyronitrile), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, 1,1'-bis(tert-butylperoxy)cyclohexane, hydrogen peroxide and the like.
  • the proportion of the polymerization initiator to be used is generally 0.000001 to 0.1 mol part, preferably 0.00001 to 0.01 mol part, per 1 mol part of the monomer used.
  • Thiols are preferably used as the chain transfer agent, and specific examples thereof include compounds represented by the following formulas (S-1) to (S-15).
  • the proportion of the chain transfer agent used is generally 0.000001 to 0.1 mol part, preferably 0.00001 to 0.01 mol part, per 1 mol part of the monomer used.
  • the reaction temperature in the above polymerization is preferably 20 to 200° C., more preferably 40 to 150° C., and the reaction time is preferably 1 to 168 hours, more preferably 8 to 72 hours.
  • Me represents a methyl group
  • Et represents an ethyl group.
  • chain transfer polymerization polymers are obtained by competing reactions of chain transfer and propagation reactions.
  • the molecular weight and molecular weight distribution of the polymer obtained by chain transfer polymerization are determined by the chain transfer constant ( Cs ), which is the quotient of the chain transfer rate constant ( kc ) and the growth rate constant ( kp ).
  • Cs chain transfer constant
  • kc chain transfer rate constant
  • kp growth rate constant
  • chain transfer polymerization should have a configuration in which C s is in the range of 1 to 60, and it is important to select the monomer species and chain transfer agent species to be used, and the correct combination thereof.
  • the polymer that constitutes component A is preferably composed of one or more compound species that are compatible with the liquid crystal.
  • a preferable combination ratio of monomers that are insoluble in liquid crystal is 30 mol % or less, more preferably 20 mol % or less, but there is no limitation. It is preferable to use these synthesis methods, monomers to be combined, and combination ratios within a range in which the intended physical properties, display properties, electrical properties, and the like can be obtained.
  • the B component is a polymer.
  • the B component reacts with the A component by heating to prevent the A component from eluting into the liquid crystal, and to improve film hardness, seal adhesion strength, and coatability. Therefore, in order for B component to react with A component by heating, it is necessary to contain the site
  • component B In order to react with component A by heating, component B must be a polymer containing at least one selected from the group consisting of an amino group, a protected amino group, a hydroxy group, a protected hydroxy group, a thiol group, a protected thiol group, a carboxy group, a protected carboxy group, an isocyanate group, a protected isocyanate group, a maleimide group, a carboxylic anhydride group, a vinyl group, an allyl group, a styryl group, a (meth)acryl group, and a (meth)acrylamide group as a site that reacts with the n-valent organic group A.
  • the protecting group for the protected amino group, the protecting group for the protected hydroxy group, the protecting group for the protected thiol group, the protecting group for the protected carboxy group, and the protecting group for the protected isocyanate group are groups that are eliminated by heating to form an amino group, a hydroxy group, a thiol group, a carboxy group, and an isocyanate group, respectively.
  • protective groups for protected amino groups include tert-butoxycarbonyl, benzyloxycarbonyl, 9-fluorenylmethyloxycarbonyl, allyloxycarbonyl, phthaloyl, nitrobenzenesulfonyl, (2-trimethylsilyl)-ethanesulfonyl, 2,2,2-trichloroethoxycarbonyl, and azide groups.
  • protective groups for protected hydroxy groups include tetrahydropyranyl, methoxymethyl ether, trityl, tert-butyl, trialkylsilyl, tert-butoxycarbonyl, benzyl and acetyl groups.
  • protecting groups for protected thiol groups include tert-butoxycarbonyl, benzyloxycarbonyl, 9-fluorenylmethyloxycarbonyl, allyloxycarbonyl, phthaloyl, nitrobenzenesulfonyl, (2-trimethylsilyl)-ethanesulfonyl, 2,2,2-trichloroethoxycarbonyl, and azide groups.
  • protecting group for the protected carboxy group include methyl ester group, benzyl ester group, tert-butyl ester group and the like.
  • protective groups for protected isocyanate groups include tert-butyl, dimethylpyrazole, methylethylketoneoxime, and lactam groups.
  • polymers that is the B component examples include polyimide, polyamic acid, polyamic acid ester, polyamide, polyurea, and poly(meth)acrylate, but there are no particular limitations as long as the polymer contains the functional group that reacts with the A component when heated.
  • component B When polyamic acid, polyimide, or polyamic acid ester is used as component B, there are carboxy groups generated from the reaction of tetracarboxylic dianhydride and diamine, and (anhydrous) carboxylic acid or amino groups are present in the polymer chain terminal groups. Therefore, all polyamic acids and polyimides fall under component B unless the imidization rate is 100%.
  • diamines can be mentioned as the diamine component used for synthesizing polyamic acid and polyimide.
  • p-phenylenediamine 2,3,5,6-tetramethyl-p-phenylenediamine, 2,5-dimethyl-p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 2,4-dimethyl-m-phenylenediamine, 2,5-diaminotoluene, 2,6-diaminotoluene, 2,5-diaminophenol, 2,4-diaminophenol, 3,5-diaminophenol, 3,5-diaminobenzyl alcohol, 2,4-diaminobenzyl alcohol, 4, 6-diaminoresorcinol, 4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-di
  • the tetracarboxylic dianhydride to be reacted with the above diamine component is not particularly limited. Specifically, pyromellitic acid, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic acid, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic acid, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid, 2,3,6,7-anthracenetetracarboxylic acid, 1,2,5,6-anthracenetetracarboxylic acid, 3,3′,4,4′-biphenyltetracarboxylic acid, 2,3,3′,4′-biphenyltetracarboxylic acid, bis(3,4- dicarboxyphenyl)ether, 3,3′,4,4′-benzophenonetetracarboxylic acid, bis(3,4-dicarboxyphenyl)sulfone, bis(3,4-dicarboxyphenyl)methane, 2,2-bis(3,4-dicarboxy
  • the structure of the tetracarboxylic acid dialkyl ester to be reacted with the diamine component is not particularly limited, but specific examples are given below.
  • Specific examples of aliphatic tetracarboxylic acid diesters include 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic acid dialkyl ester, 1,2-dimethyl-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic acid dialkyl ester, 1,3-dimethyl-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic acid dialkyl ester, 1,2,3,4-tetramethyl-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic acid dialkyl ester, and 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic acid.
  • aromatic tetracarboxylic acid dialkyl esters include pyromellitic acid dialkyl ester, 3,3′,4,4′-biphenyltetracarboxylic acid dialkyl ester, 2,2′,3,3′-biphenyltetracarboxylic acid dialkyl ester, 2,3,3′,4′-biphenyltetracarboxylic acid dialkyl ester, 3,3′,4,4′-benzophenonetetracarboxylic acid dialkyl ester, 2,3,3′,4′-benzophenonetetracarboxylic acid dialkyl ester, bis(3,4 -dicarboxyphenyl) ether dialkyl ester, bis(3,4-dicarboxyphenyl) sulfone dialkyl ester, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic acid dialkyl ester, and 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic acid dialkyl ester
  • diamines include, for example, diamine components used in synthesizing the aforementioned polyamic acids and polyimides.
  • the diisocyanate to be reacted with the above-mentioned diamine component is not particularly limited, and can be used according to availability and the like. Specific structures of diisocyanates are shown below.
  • R 2 and R 3 represent aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 10 carbon atoms.
  • the aliphatic diisocyanates represented by formulas (K-1) to (K-5) are inferior in reactivity but have the advantage of improving solvent solubility.
  • the aromatic diisocyanates represented by formulas (K-6) to (K-13) are highly reactive and have the effect of improving heat resistance, but have the drawback of reducing solvent solubility.
  • Formulas (K-1), (K-7), (K-8), (K-9), and (K-10) are preferable in terms of versatility and characteristics, formula (K-12) in terms of electrical properties, and formula (K-13) in terms of liquid crystal orientation is preferable.
  • Two or more kinds of diisocyanates can be used in combination, and it is preferable to apply various kinds of diisocyanates according to desired properties.
  • part of the diisocyanate can be replaced with the tetracarboxylic dianhydride described above, and it may be used in the form of a copolymer of polyamic acid and polyurea, or may be used in the form of a copolymer of polyimide and polyurea by chemical imidation.
  • polyamides When the polymer as the B component is a polyamide, all polyamides correspond to the B component because the polymer chain end group has a carboxy group or an amino group.
  • aliphatic dicarboxylic acids include dicarboxylic acids such as malonic acid, oxalic acid, dimethylmalonic acid, succinic acid, fumaric acid, glutaric acid, adipic acid, muconic acid, 2-methyladipic acid, trimethyladipic acid, pimelic acid, 2,2-dimethylglutaric acid, 3,3-diethylsuccinic acid, azelaic acid, sebacic acid and suberic acid.
  • Alicyclic dicarboxylic acids include 1,1-cyclopropanedicarboxylic acid, 1,2-cyclopropanedicarboxylic acid, 1,1-cyclobutanedicarboxylic acid, 1,2-cyclobutanedicarboxylic acid, 1,3-cyclobutanedicarboxylic acid, 3,4-diphenyl-1,2-cyclobutanedicarboxylic acid, 2,4-diphenyl-1,3-cyclobutanedicarboxylic acid, 1-cyclobutene-1,2-dicarboxylic acid, and 1-cyclobutene.
  • Aromatic dicarboxylic acids include o-phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, 5-methylisophthalic acid, 5-tert-butylisophthalic acid, 5-aminoisophthalic acid, 5-hydroxyisophthalic acid, 2,5-dimethylterephthalic acid, tetramethylterephthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 2,5-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid and 1,4-amine.
  • Dicarboxylic acids containing a heterocyclic ring include 1,5-(9-oxofluorene)dicarboxylic acid, 3,4-furandicarboxylic acid, 4,5-thiazoledicarboxylic acid, 2-phenyl-4,5-thiazoledicarboxylic acid, 1,2,5-thiadiazole-3,4-dicarboxylic acid, 1,2,5-oxadiazole-3,4-dicarboxylic acid, 2,3-pyridinedicarboxylic acid, 2,4-pyridinedicarboxylic acid, 2,5 -pyridinedicarboxylic acid, 2,6-pyridinedicarboxylic acid, 3,4-pyridinedicarboxylic acid, 3,5-pyridinedicarboxylic acid and the like.
  • dicarboxylic acids may have an acid dihalide or anhydride structure.
  • dicarboxylic acids are preferably dicarboxylic acids capable of giving a polyamide having a linear structure, in order to maintain the orientation of liquid crystal molecules.
  • a known synthesis method can be used to obtain a polyamic acid, a polyamic acid ester, a polyurea, and a polyamide by reacting a raw material diamine (also referred to as a "diamine component”) with a raw material tetracarboxylic dianhydride (also referred to as a "tetracarboxylic dianhydride component”), a tetracarboxylic acid diester, a diisocyanate, and a component selected from a dicarboxylic acid.
  • a raw material diamine also referred to as a "diamine component
  • a raw material tetracarboxylic dianhydride also referred to as a "tetracarboxylic dianhydride component”
  • tetracarboxylic acid diester also referred to as a "tetracarboxylic dianhydride component”
  • diisocyanate a component selected from a dicarboxylic acid.
  • a diamine component is a method of reacting a diamine component with one or more components selected from a tetracarboxylic dianhydride component, a tetracarboxylic acid diester, a diisocyanate and a dicarboxylic acid in an organic solvent.
  • the polymer as component B is poly(meth)acrylate
  • it is preferably a polymer obtained by polymerizing a monomer containing at least one selected from the group consisting of an amino group, a protected amino group, a hydroxy group, a protected hydroxy group, a thiol group, a protected thiol group, a carboxy group, a protected carboxy group, an isocyanate group, a protected isocyanate group, a maleimide group, a carboxylic anhydride group, a vinyl group, an allyl group, a styryl group, a (meth)acrylic group, and a (meth)acrylamide group.
  • Specific examples of the above monomers are as follows.
  • the monomers shown in BM-2, BM-4, BM-6, BM-8, and BM-13 to 16 are protected at the amino group, hydroxy group, thiol group, carboxylic acid group, or isocyanate group, but the protective group is not limited as long as it is released by heating and reacts with the A component.
  • the monomer does not have a group that reacts with the A component in advance, it is possible to impart a group that reacts with the A component in a polymer reaction after polymerization.
  • the B component may be a polymer composed of the polymerizable groups listed below, but the poly(meth)acrylate is preferably a polymer containing at least one of the monomers represented by the formulas BM-1 to BM-26.
  • R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a straight or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms
  • X, Y, and Z each independently represent an oxygen atom or a sulfur atom.
  • *, * 1 and * 2 represent bonding sites, and either one of * 1 and * 2 may be replaced by a hydrogen atom or a straight or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
  • n represents an integer of 1 to 5.
  • poly(meth)acrylate may be copolymerized with other compounds as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • Such compounds include, for example, industrially available radical polymerizable monomers.
  • industrially available radically polymerizable monomers include unsaturated carboxylic acids, acrylic acid ester compounds, methacrylic acid ester compounds, maleimide compounds, acrylonitrile, maleic anhydride, styrene compounds and vinyl compounds.
  • unsaturated carboxylic acids include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, and fumaric acid.
  • acrylic ester compounds include methyl acrylate, ethyl acrylate, isopropyl acrylate, benzyl acrylate, naphthyl acrylate, anthryl acrylate, anthryl methyl acrylate, phenyl acrylate, 2,2,2-trifluoroethyl acrylate, tert-butyl acrylate, cyclohexyl acrylate, isobornyl acrylate, 2-methoxyethyl acrylate, methoxytriethylene glycol acrylate, 2-ethoxyethyl acrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, 3-methoxybutyl acrylate, 2-methyl-2-adamantyl acrylate, 2-propyl-2-adamane.
  • methacrylate compounds include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, isopropyl methacrylate, benzyl methacrylate, naphthyl methacrylate, anthryl methacrylate, anthryl methyl methacrylate, phenyl methacrylate, 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, tert-butyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, isobornyl methacrylate, 2-methoxyethyl methacrylate, methoxytriethylene glycol methacrylate, 2-ethoxyethyl methacrylate, tetrahydro Furfuryl methacrylate, 3-methoxybutyl methacrylate, 2-methyl-2-adamantyl methacrylate, 2-propyl-2-adamantyl methacrylate, 8-methyl-8-tricyclodecyl methacrylate, and 8-ethyl-8-tricyclo
  • Methacrylate compounds with cyclic ether groups such as glycidyl methacrylate, (3-methyl-3-oxetanyl)methyl methacrylate, and (3-ethyl-3-oxetanyl)methyl methacrylate can also be used.
  • vinyl compounds include vinyl ether, methyl vinyl ether, benzyl vinyl ether, 2-hydroxyethyl vinyl ether, phenyl vinyl ether, and propyl vinyl ether.
  • styrene compounds include styrene, methylstyrene, chlorostyrene, bromostyrene and the like.
  • Maleimide compounds include, for example, maleimide, N-methylmaleimide, N-phenylmaleimide, N-cyclohexylmaleimide, and the like.
  • liquid crystalline side chain monomers monomers having a liquid crystalline side chain structure
  • photosensitive monomers having a photosensitive group hereinafter referred to as photoreactive side chain monomers
  • a liquid crystalline side-chain monomer is a monomer in which a polymer derived from the monomer expresses liquid crystallinity and the polymer can form a mesogenic group at the side chain site. More specific examples of liquid crystalline side chain monomers preferably have side chains having at least one polymerizable group selected from the group consisting of radically polymerizable groups such as hydrocarbon, (meth)acrylate, itaconate, fumarate, maleate, ⁇ -methylene- ⁇ -butyrolactone, styrene, vinyl, maleimide, and norbornene, and at least one mesogenic group possessed by the liquid crystalline side chain.
  • radically polymerizable groups such as hydrocarbon, (meth)acrylate, itaconate, fumarate, maleate, ⁇ -methylene- ⁇ -butyrolactone, styrene, vinyl, maleimide, and norbornene
  • liquid crystalline side chain monomer a monomer in which a liquid crystalline side chain selected from the following formulas (LS-1) to (LS-13) is bonded to a radically polymerizable group is preferable.
  • the polymerizable group capable of radical polymerization includes the polymerizable group having a polymerizable unsaturated hydrocarbon group exemplified in the description of the component A in the present invention.
  • a photoreactive side chain monomer has a photosensitive side chain attached to the main chain
  • a photoreactive side chain monomer is a monomer that has a side chain that can cause a cross-linking reaction, an isomerization reaction, or a photo-fries rearrangement in response to light.
  • the structure of the side chain having photosensitivity is not particularly limited, but a structure that causes a cross-linking reaction or photofries rearrangement in response to light is desirable, and one that causes a cross-linking reaction is more desirable. In this case, even when exposed to external stress such as heat, the realized orientation controllability can be stably maintained for a long period of time.
  • the structure of the photosensitive side-chain type acrylic polymer capable of exhibiting liquid crystallinity is not particularly limited as long as it satisfies such properties, but it is preferable that the side chain structure has a rigid mesogenic component.
  • the structure of the photosensitive side-chain type acrylic polymer has, for example, a main chain and a side chain bonded thereto, and the side chain has a mesogenic component such as a biphenylyl group, a terphenylyl group, a phenylcyclohexyl group, a phenylbenzoate group, and an azobenzene group, and a photosensitive group bonded to the tip of the side chain that undergoes a cross-linking reaction or an isomerization reaction in response to light.
  • It can be a structure having a phenylbenzoate group which is the same and which undergoes a photo-Fries rearrangement reaction.
  • a more specific example of the structure of the photosensitive side-chain type acrylic polymer capable of exhibiting liquid crystallinity in a predetermined temperature range is a structure having a main chain composed of at least one selected from the group consisting of radically polymerizable groups such as hydrocarbon, (meth)acrylate, itaconate, fumarate, maleate, ⁇ -methylene- ⁇ -butyrolactone, styrene, vinyl, maleimide, norbornene, and a side chain composed of at least one of the following formulas (31) to (35).
  • radically polymerizable groups such as hydrocarbon, (meth)acrylate, itaconate, fumarate, maleate, ⁇ -methylene- ⁇ -butyrolactone, styrene, vinyl, maleimide, norbornene
  • a side chain composed of at least one of the following formulas (31) to (35) is a side chain composed of at least one of the following formulas (31) to (35).
  • Ar 1 and Ar 2 each independently represent a divalent organic group obtained by removing two hydrogen atoms from a benzene ring, naphthalene ring, pyrrole ring, furan ring, thiophene ring, or pyridine ring,
  • Y 1 -Y 2 represents CH ⁇ CH, CH ⁇ N, N ⁇ CH or C—C (wherein the carbon-carbon bond is a triple bond)
  • R represents a hydrogen atom, a hydroxy group, a mercapto group, an amino group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, an alkylamino group having 1 to 8 carbon atoms or
  • the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms in the alkoxycarbonyl group having 2 to 11 carbon atoms may be linear, branched, cyclic, or a combination thereof, and the hydrogen atom in the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms may be substituted with a halogen atom.
  • the method for producing poly(meth)acrylate is not particularly limited, and a general-purpose industrially used method can be used. Specifically, it can be produced by radical polymerization, cationic polymerization or anionic polymerization using the above monomers. Among these, radical polymerization is particularly preferred from the viewpoint of ease of reaction control.
  • radical polymerization initiators Radical thermal polymerization initiators, radical photopolymerization initiators
  • RAFT reversible addition-fragmentation chain transfer
  • a radical thermal polymerization initiator is a compound that generates radicals when heated above the decomposition temperature.
  • radical thermal polymerization initiators include ketone peroxides (methyl ethyl ketone peroxide, cyclohexanone peroxide, etc.), diacyl peroxides (acetyl peroxide, benzoyl peroxide, etc.), hydroperoxides (hydrogen peroxide, tert-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, etc.), dialkyl peroxides (di-tert-butyl peroxide, dicumyl peroxide, dilauroyl peroxide, etc.), and peroxyketals.
  • radical thermal polymerization initiator may be used singly or in combination of two or more.
  • the radical photopolymerization initiator is not particularly limited as long as it is a compound that initiates radical polymerization by light irradiation.
  • examples of such radical photopolymerization initiators include benzophenone, Michler's ketone, 4,4'-bis(diethylamino)benzophenone, xanthone, thioxanthone, isopropylxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2-ethylanthraquinone, acetophenone, 2-hydroxy-2-methylpropiophenone, 2-hydroxy-2-methyl-4'-isopropylpropiophenone, 1-hydroxycyclohexylphenylketone, isopropylbenzoin ether, and isobutylbenzoin ether.
  • the radical polymerization method is not particularly limited, and an emulsion polymerization method, a suspension polymerization method, a dispersion polymerization method, a precipitation polymerization method, a bulk polymerization method, a solution polymerization method, or the like can be used.
  • the organic solvent used for the polymerization reaction is not particularly limited as long as it dissolves the polymer produced.
  • Specific examples include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, N-methyl- ⁇ -caprolactam, dimethylsulfoxide, tetramethylurea, pyridine, dimethylsulfone, hexamethylphosphoramide, ⁇ -butyrolactone, isopropyl alcohol, methoxymethylpentanol, dipentene, ethylamylketone, methylnonylketone, methylethylketone, methylisoamylketone, methyliso Propyl ketone, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, butyl carbitol, ethy
  • a solvent that does not dissolve the generated polymer may be mixed with the above-described organic solvent and used as long as the generated polymer does not precipitate.
  • oxygen in an organic solvent inhibits the polymerization reaction, so it is preferable to use an organic solvent that has been degassed to the extent possible.
  • reaction solution When the polymer obtained by the above polymerization is dissolved in the reaction solution, the reaction solution may be directly used for the preparation of the liquid crystal aligning agent, or the polymer contained in the reaction solution may be isolated and then used for the preparation of the liquid crystal aligning agent.
  • the polymerization temperature during radical polymerization can be selected from any temperature in the range of 30 to 150°C, preferably in the range of 50 to 100°C.
  • the reaction can be carried out at any concentration, but if the concentration is too low, it becomes difficult to obtain a high-molecular-weight polymer, and if the concentration is too high, the viscosity of the reaction solution becomes too high, making uniform stirring difficult.
  • the initial stage of the reaction can be carried out at a high concentration, and then the organic solvent can be added.
  • the ratio of the radical polymerization initiator to the monomer is large, the molecular weight of the resulting polymer will be small, and if it is small, the molecular weight of the polymer to be obtained will be large. Further, various monomer components, solvents, initiators, etc. may be added during polymerization.
  • the polymer produced from the reaction solution obtained by the above reaction can be precipitated by putting the reaction solution into a poor solvent and recovered, but this reprecipitation treatment is not essential.
  • Poor solvents used for precipitation include methanol, acetone, hexane, heptane, butyl cellosolve, heptane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethanol, toluene, benzene, diethyl ether, methyl ethyl ether, and water.
  • the polymer precipitated by putting it into the poor solvent can be filtered and recovered, and then dried at room temperature or under heat under normal pressure or reduced pressure.
  • impurities in the polymer can be reduced by repeating the operation of redissolving the recovered polymer in an organic solvent and recovering it by reprecipitation 2 to 10 times.
  • the poor solvent in this case include alcohols, ketones, hydrocarbons, and the like. It is preferable to use three or more poor solvents selected from these, because the purification efficiency is further improved.
  • the B component used in the present invention preferably has a weight average molecular weight of 2,000 to 5,000,000, more preferably 5,000 to 2,000,000, as measured by GPC (Gel Permeation Chromatography), considering the strength of the resulting coating film, the workability during coating film formation, and the uniformity of the coating film.
  • GPC Gel Permeation Chromatography
  • the polymer alloy of the present invention is characterized by containing an A component, which is a polymer obtained by polymerizing one or more monomers that have a group that reacts with the B component when heated and is compatible with the liquid crystal, and a B component that suppresses the elution of the A component into the liquid crystal by reacting with the A component when heated.
  • the temperature at which the group in component A that reacts with component B when heated reacts with the site in component B that reacts with the n-valent organic group A of component A is not particularly limited, but may be, for example, 150° C. or higher, or 200° C. or higher.
  • the A component and the B component In order to achieve both the applicability, seal adhesion, film strength, and good weak anchoring properties of the weakly anchoring liquid crystal alignment film, it is essential to use the A component and the B component together, and the mixing ratio of the A component and the B component is a suitable factor.
  • the A component plays an important role in the weak anchoring property, and if the introduction ratio of them increases, the strength of the film will be impaired and the thermosetting etc. will be hindered, so it is necessary to consider an appropriate introduction amount.
  • the introduced amount and molecular weight of the B component do not affect the weak anchoring properties (small), it is preferable to reduce the mass ratio of the A component polymer to the B component polymer in order to achieve both of the above properties.
  • the introduction ratio (A component/B component) is preferably 0.1/99.9 to 50/50 (mass ratio), more preferably 1.0/99.0 to 30/70 (mass ratio).
  • the component constituting the alignment film may be a composite component other than the A component and the B component, which may be a monomer or a polymer.
  • the composite polymer may contain a polymer component such as polyamic acid, polyimide, polyamic acid ester, polyamide, polyester, polyurea, polyacrylate, polyorganosiloxane, or may contain a silane coupling agent or other additives.
  • the compounding ratio of the polymer to be combined with the polymer alloy is not particularly limited, but from the viewpoint of optical properties and processability, the preferred compounding ratio (the ratio of the composite component to the total of the polymer alloy and the composite component) is 99% by mass or less, more preferably 70% by mass or less.
  • Additives are not particularly limited in amount. Also when a monomer is selected as a composite component, a plurality of monomers can be mixed and used.
  • the monomers to be combined are preferably thermally curable, such as polyfunctional (meth)acrylates, polyfunctional epoxides, and polyfunctional ethylene.
  • the compounding ratio of the monomer compounded with the polymer alloy is not particularly limited, the compounding ratio is preferably 99% by mass or less, more preferably 70% by mass or less, from the viewpoint of optical properties and processability.
  • organic solvents used for liquid crystal aligning agents include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N,N-diethylformamide, N-methylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 3-methoxy-N,N-dimethylpropanamide, N-methylcaprolactam, dimethylsulfoxide, tetramethylurea, and pyridine.
  • dimethylsulfone, hexamethylphosphoramide, ⁇ -butyrolactone, isopropyl alcohol, methoxymethylpentanol, dipentene, ethyl amyl ketone, methyl nonyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl isoamyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, methyl cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, butyl carbitol, ethyl carbitol, ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate, ethylene Glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol, propylene glycol monoacetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, propylene glycol-tert is
  • a solvent that improves the uniformity and smoothness of the coating film by mixing it with a highly soluble organic solvent.
  • the weakly anchoring liquid crystal aligning agent of the present invention may contain components other than those described above. Examples thereof include a compound that improves film thickness uniformity and surface smoothness when the composition contained in the weakly anchoring liquid crystal aligning agent is applied, a compound that improves adhesion between the composition contained in the weakly anchoring liquid crystal aligning agent and the substrate, and a compound that further improves the film strength of the composition contained in the weakly anchoring liquid crystal aligning agent.
  • Compounds that improve film thickness uniformity and surface smoothness include fluorine-based surfactants, silicone-based surfactants, and nonionic surfactants. More specifically, for example, Ftop EF301, EF303, EF352 (manufactured by Mitsubishi Materials Electronic Chemicals), Megaface F171, F173, R-30 (manufactured by DIC), Florard FC430, FC431 (manufactured by 3M), Asahiguard AG710 (manufactured by AGC), Surflon S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106 (manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd.) and the like.
  • the ratio of use is preferably 0.01 to 2 parts by mass, more preferably 0.01 to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the polymer contained in the composition containing the weak anchoring liquid crystal aligning agent.
  • compounds that improve the adhesion between the composition contained in the weakly anchoring liquid crystal aligning agent and the substrate include functional silane-containing compounds and epoxy group-containing compounds.
  • a phenol compound such as 2,2-bis(4-hydroxy-3,5-dihydroxymethylphenyl)propane and tetra(methoxymethyl)bisphenol may be added.
  • the amount is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the polymer contained in the weak anchoring liquid crystal aligning agent.
  • a dielectric or a conductive substance for the purpose of changing the electrical properties such as the dielectric constant and conductivity of the weakly anchoring liquid crystal alignment film may be added as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • strong anchoring horizontal alignment film A strong anchoring horizontal alignment film must be provided on the substrate opposite to the substrate provided with the weakly anchoring liquid crystal alignment film.
  • the strong anchoring horizontal alignment film described here is a liquid crystal alignment film that can evenly align liquid crystals in the horizontal direction and has a sufficiently strong force for maintaining aligned liquid crystals, that is, interfacial anchoring energy.
  • a strong anchoring horizontal alignment film can be obtained by subjecting the above-described polyamic acid, polyimide, polyamic acid ester, polyamide, polyester, polyacrylate, or the like to alignment treatment in a uniaxial direction by rubbing alignment treatment, photo-alignment treatment, or the like.
  • a strong anchoring horizontal alignment film can be obtained by combining the above-mentioned monomers.
  • the weakly anchoring liquid crystal alignment film of the present invention is obtained by using the weakly anchoring liquid crystal alignment agent described above.
  • a cured film obtained by applying the weakly anchoring liquid crystal aligning agent used in the present invention to a substrate, followed by drying and baking can be used as it is as the weakly anchoring liquid crystal aligning film.
  • the cured film can be subjected to alignment treatment by rubbing, irradiation with polarized light or light of a specific wavelength, ion beam treatment, or the like, and it is also possible to irradiate the liquid crystal display element after liquid crystal filling with UV light.
  • the strong anchoring horizontal alignment film can be obtained by applying a strong anchoring liquid crystal aligning agent to the substrate, then drying and baking the cured film, and subjecting the cured film to alignment treatment.
  • the first substrate may be a substrate having comb-teeth electrodes
  • the second substrate may be a counter substrate.
  • the second substrate may be a substrate having comb-teeth electrodes
  • the first substrate may be a counter substrate.
  • the substrate on which each liquid crystal alignment film is applied is not particularly limited as long as it is highly transparent, but a substrate having a transparent electrode for driving liquid crystal formed thereon is preferable.
  • Specific examples include glass plates, polycarbonate, poly(meth)acrylate, polyethersulfone, polyarylate, polyurethane, polysulfone, polyether, polyetherketone, trimethylpentene, polyolefin, polyethylene terephthalate, (meth)acrylonitrile, triacetyl cellulose, diacetyl cellulose, acetate butyrate cellulose, and other plastic plates on which transparent electrodes are formed.
  • electrode patterns such as standard IPS comb-teeth electrodes and PSA (Polymer-Stabilized Alignment) fishbone electrodes, and protrusion patterns such as MVA (Multi-domain Vertical Alignment) can also be used.
  • PSA Polymer-Stabilized Alignment
  • MVA Multi-domain Vertical Alignment
  • high-performance elements such as TFT (Thin-Film-Transistor) type elements are used in which an element such as a transistor is formed between an electrode for driving liquid crystal and a substrate.
  • TFT Thin-Film-Transistor
  • the substrate as described above is generally used, but when a reflective liquid crystal display element is intended, an opaque substrate such as a silicon wafer can also be used for only one substrate. At that time, a material such as aluminum that reflects light can also be used for the electrodes formed on the substrate.
  • Examples of methods for applying the weakly anchoring liquid crystal aligning agent include spin coating, printing, inkjet, spraying, and roll coating, but the transfer printing method is widely used industrially in terms of productivity, and is also suitable for use in the present invention.
  • the drying process after applying the liquid crystal aligning agent is not necessarily required, but if the time from application to baking is not constant for each substrate, or if baking is not done immediately after application, it is preferable to include a drying process.
  • the drying means is not particularly limited as long as the solvent is removed to such an extent that the coating film shape is not deformed by transportation of the substrate or the like.
  • Preferred conditions for the drying step include a method of drying on a hot plate at a temperature of 40 to 150° C., more preferably 60 to 100° C., for 0.5 to 30 minutes, more preferably 1 to 5 minutes.
  • the calcination is preferably carried out at a temperature higher than the temperature at which the A component and the B component react and lower than the thermal decomposition temperature of the polymer.
  • Preferred conditions for the baking step include a hot plate or thermal circulation oven at a temperature of 80 to 250° C., more preferably 100 to 230° C., and baking for 1 to 120 minutes, more preferably 5 to 30 minutes.
  • the thickness of this cured film can be selected according to need, but a thickness of preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more is preferable because the reliability of the liquid crystal display element is improved. Further, when the thickness of the cured film is preferably 300 nm or less, more preferably 150 nm or less, the power consumption of the liquid crystal display device does not become extremely large, which is preferable.
  • the method of uniaxial orientation treatment includes a photo-alignment method, an oblique vapor deposition method, a rubbing orientation method, a uniaxial orientation treatment using a magnetic field, and the like.
  • the alignment treatment is performed by rubbing in one direction, for example, while rotating the rubbing roller around which the rubbing cloth is wound, the substrate is moved so that the rubbing cloth and the film come into contact with each other.
  • the alignment treatment can be performed by irradiating the entire surface of the film with polarized UV of a specific wavelength and heating as necessary.
  • the direction is selected according to the electrical properties of the liquid crystal.
  • the rubbing direction is preferably substantially the same as the direction in which the comb-teeth electrodes extend.
  • the liquid crystal cell of the present invention is obtained by arranging a substrate having a weakly anchoring liquid crystal alignment film obtained by using the liquid crystal aligning agent of the present invention (e.g., the first substrate) and a substrate having a known strong anchoring liquid crystal alignment film (e.g., a second substrate) so that the weakly anchoring liquid crystal alignment film and the strongly anchoring liquid crystal alignment film face each other, sandwiching a spacer, fixing with a sealant, and injecting liquid crystal to seal.
  • the size of the spacer to be used is usually 1 to 30 ⁇ m, preferably 2 to 10 ⁇ m.
  • the rubbing direction of the first substrate and the rubbing direction of the second substrate can be used in the IPS system and the FFS system, and if the rubbing directions are arranged so as to be orthogonal, it can be used in the TN system.
  • the IPS substrate which is a comb-teeth electrode substrate used in the IPS method, has a base material, a plurality of linear electrodes formed on the base material and arranged in a comb-like shape, and a liquid crystal alignment film formed on the base material so as to cover the linear electrodes.
  • the FFS substrate which is a comb-teeth electrode substrate used in the FFS method, has a base material, a plane electrode formed on the base material, an insulating film formed on the plane electrode, a plurality of linear electrodes formed on the insulating film and arranged in a comb shape, and a liquid crystal alignment film formed on the insulating film so as to cover the linear electrodes.
  • the liquid crystal display element has, for example, a first substrate, a second substrate facing the first substrate, and liquid crystal filled between the first substrate and the second substrate. Then, the liquid crystal display element is manufactured using a first substrate or a second substrate provided with a weakly anchoring liquid crystal orientation film formed by applying the weakly anchoring liquid crystal orientation agent of the present invention, and a second substrate or a first substrate provided with a strong anchoring horizontal orientation film.
  • the liquid crystal display element can be made into a reflective liquid crystal display element, for example, by providing a liquid crystal cell with a reflective electrode, a transparent electrode, a ⁇ /4 plate, a polarizing film, a color filter layer, etc. according to a conventional method. Further, a transmissive liquid crystal display element can be obtained by providing a liquid crystal cell with a backlight, a polarizing plate, a ⁇ /4 plate, a transparent electrode, a polarizing film, a color filter layer, etc. according to a conventional method.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the lateral electric field liquid crystal display element of the present invention, which is an example of an IPS mode liquid crystal display element.
  • the liquid crystal 3 is sandwiched between the comb-teeth electrode substrate 2 having the liquid crystal alignment film 2c and the opposing substrate 4 having the liquid crystal alignment film 4a.
  • the comb-shaped electrode substrate 2 includes a base material 2a, a plurality of linear electrodes 2b formed on the base material 2a and arranged in a comb-like shape, and a liquid crystal alignment film 2c formed on the base material 2a so as to cover the linear electrodes 2b.
  • the counter substrate 4 has a substrate 4b and a weakly anchoring liquid crystal alignment film or a strong anchoring horizontal alignment film (liquid crystal alignment film 4a) formed on the substrate 4b.
  • the liquid crystal alignment film 2c is, for example, the weakly anchoring liquid crystal alignment film or the strong anchoring horizontal alignment film of the present invention.
  • the liquid crystal alignment films provided on the opposing substrates are each produced by combining a strong anchoring horizontal alignment film and a weak anchoring liquid crystal alignment film.
  • the lateral electric field liquid crystal display element 1 when a voltage is applied to the linear electrodes 2b, an electric field is generated between the linear electrodes 2b as indicated by the lines of electric force L.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of the horizontal electric field liquid crystal display element of the present invention, which is an example of the FFS mode liquid crystal display element.
  • the liquid crystal 3 is sandwiched between the comb-teeth electrode substrate 2 having the liquid crystal alignment film 2h and the opposing substrate 4 having the liquid crystal alignment film 4a.
  • the comb-shaped electrode substrate 2 includes a base material 2d, a plane electrode 2e formed on the base material 2d, an insulating film 2f formed on the plane electrode 2e, a plurality of linear electrodes 2g formed on the insulating film 2f and arranged in a comb shape, and a liquid crystal alignment film 2h formed on the insulating film 2f so as to cover the linear electrodes 2g.
  • the counter substrate 4 has a base material 4b and a liquid crystal alignment film 4a formed on the base material 4b.
  • the liquid crystal alignment film 4a is the same as the liquid crystal alignment film 4a in FIG. 1 described above.
  • the liquid crystal alignment film 2h is the same as the liquid crystal alignment film 2c in FIG. 1 described above.
  • the horizontal electric field liquid crystal display element 1 when a voltage is applied to the plane electrode 2e and the linear electrode 2g, an electric field is generated between the plane electrode 2e and the linear electrode 2g as indicated by electric lines of force L.
  • Me represents a methyl group.
  • A-7 to A-12 are compound species that become insoluble in the liquid crystal by polymerization.
  • Viscosity measurement The viscosity of the polyamic acid solution was measured using an E-type viscometer TVE-22H (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) with a sample amount of 1.1 mL (milliliter), cone rotor TE-1 (1°34', R24), and a temperature of 25°C.
  • the molecular weights of the polyimide precursor and the polyimide were measured as follows using a room temperature gel permeation chromatography (GPC) device (GPC-101) (manufactured by Showa Denko) and a column (GPC KD-803, GPC KD-805 in series) (manufactured by Showa Denko).
  • GPC room temperature gel permeation chromatography
  • the imidization rate is determined by determining a proton derived from a structure that does not change before and after imidization as a reference proton, and using the proton peak integrated value of this proton peak integrated value and the proton peak integrated value derived from the NH group of the amic acid appearing around 9.5 to 10.0 ppm. It was obtained by the following formula.
  • X is the proton peak integrated value derived from the NH group of the amic acid
  • Y is the peak integrated value of the reference proton
  • A is the number ratio of the reference proton to one proton of the NH group of the amic acid in the case of polyamic acid (imidization rate is 0%).
  • Imidation rate (%) (1- ⁇ X/Y) x 100
  • reaction solution was gently poured into the reaction solution while stirring methanol (50.0 g) to precipitate a solid, and the mixture was stirred for 30 minutes. This precipitate was collected by filtration, and slurry-washed twice with methanol (50.0 g) for 30 minutes.
  • Mn 45,300, Mw: 68,000.
  • a 50 ml eggplant flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube was charged with the macromonomer synthesized by the above method (MA-2: 2.00 g, 0.03 mmol), A-12 (0.43 g, 1.76 mmol), A-13 (3.00 g, 17.62 mmol), ethyl 2-bromoisobutylate (0.012 g, 0.06 mmol), CuBr (0.012 g, 0.06 mmol).
  • PAA-1 polyamic acid
  • Table 4 shows the contents of the polyamic acid and polyimide synthesized above.
  • WAS-1 weight A weak anchoring liquid crystal aligning agent
  • a method for producing a liquid crystal cell for evaluating liquid crystal orientation and electro-optical response is shown below.
  • a substrate with electrodes was prepared.
  • an ITO (Indium-Tin-Oxide) electrode having an electrode width of 3 ⁇ m, an electrode-to-electrode spacing of 6 ⁇ m, and a comb-tooth pattern having an angle of 10° with respect to the long side of the substrate was formed to form a pixel.
  • the size of each pixel was 10 mm long and about 5 mm wide. It will be called an IPS substrate hereinafter.
  • the weak anchoring liquid crystal aligning agents (WAS-1 to WAS-28) obtained by the above method and the liquid crystal aligning agents for horizontal alignment are each filtered through a filter having a pore size of 1.0 mm. (referred to as a substrate) was coated and formed into a film by a spin coating method. Then, after drying on a hot plate at 80° C. for 2 minutes, it was baked at 230° C. for 30 minutes to obtain a coating film with a thickness of 100 nm.
  • the coating film on the IPS substrate was oriented along the direction of the comb teeth, and the coating film on the counter substrate was oriented in the direction perpendicular to the comb electrodes.
  • SE-6414 used the rubbing method
  • NRB-U973 used the photo-alignment method
  • WAS-1 to WAS-30 did not perform the alignment treatment, and the substrates after baking were used as they were.
  • the rubbing method was carried out using a rubbing apparatus manufactured by Iinuma Gauge Co., Ltd., a rubbing cloth (YA-20R) manufactured by Yoshikawa Kako Co., Ltd., a rubbing roller (diameter 10.0 cm), a stage feed speed of 30 mm/s, a roller rotation speed of 700 rpm, and an indentation pressure of 0.3 mm.
  • a UV exposure apparatus manufactured by Ushio Inc. was used to irradiate linearly polarized UV with an extinction ratio of about 26:1 so that the irradiation amount was 300 mJ/cm 2 based on the wavelength of 254 nm, followed by heating at 230 ° C.
  • liquid crystal injection port (sealant: XN-1500T (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.)
  • heat treatment was performed at 150 ° C. for 60 minutes, and the sealant was cured to produce an empty cell with a cell gap of about 3.0 ⁇ m.
  • a liquid crystal (MLC-3019 (manufactured by Merck)) was vacuum-injected into this empty cell at room temperature, and then the injection port was sealed to form an anti-parallel aligned liquid crystal cell.
  • the obtained liquid crystal cell constitutes an IPS liquid crystal display element. Thereafter, the obtained liquid crystal cell was heat-treated at 120° C. for 10 minutes to obtain a liquid crystal display element.
  • a white LED backlight and a luminance meter are set so that the optical axes are aligned, a liquid crystal cell (liquid crystal display element) attached with a polarizing plate is set between them so that the luminance is the lowest, a voltage is applied up to 8 V at intervals of 1 V, and the VT curve is measured by measuring the luminance at the voltage.
  • a voltage was applied from the state where no voltage was applied, and the voltage value (Vth) at 10% of the maximum transmission luminance was estimated.
  • a value of voltage (Vmax) at which the luminance becomes maximum was estimated from the obtained VT curve.
  • the maximum transmittance (Tmax) was estimated by comparing the maximum transmittance in the VT curve with the transmittance in parallel Nicols being 100% through a liquid crystal cell to which no voltage was applied.
  • a 2 and SA of the strongly anchoring horizontal alignment films SE-6414 and NRB-U973 values separately measured by the torque balance method were used.
  • the azimuth anchoring strengths A2 and WA of the weak anchoring liquid crystal alignment film were calculated from the following equations (eq2) and (eq3) using the drive threshold voltage (Vth) obtained from the VT curve measurement of the liquid crystal cell prepared above.
  • a weak anchoring liquid crystal alignment film has an azimuth angle anchoring strength of less than 10 ⁇ 5 [J/m 2 ], and a strong anchoring horizontal alignment film has a strength of greater than 10 ⁇ 4 [J/m 2 ].
  • Vth , SA is the driving threshold voltage of the strong anchoring liquid crystal cell
  • Vth , WA is the driving threshold voltage of the weakly anchoring liquid crystal cell
  • l is the distance between the comb tooth electrodes
  • d is the cell gap
  • K2 is the twist elastic constant of the liquid crystal
  • ⁇ 0 is the dielectric constant of the liquid crystal in vacuum
  • is the dielectric anisotropy of the liquid crystal.
  • good weak anchoring properties can be obtained by using a polymer alloy composed of A component and B component that react by heating. This indicates that the alignment defect is caused by the elution of the A component into the liquid crystal, and that the weak anchoring property can be stably obtained by the reaction of the A component and the B component by heating.
  • the A component having a group that reacts with the B component can be obtained by RAFT polymerization or chain transfer polymerization using trithiocarbonate or dithiocarbamates, or by functional group conversion of the polymer obtained by RAFT polymerization.
  • the A component having a group that reacts with the B component may be a polymer that reacts with the B component when heated, and is not limited to the type of polymerization controller, polymerization method, polymer reaction method, or the like.
  • the A component is a component that greatly affects the quality of weak anchoring properties, and suitable examples of the A component include poly(meth)acrylic acid esters and poly(meth)acrylamide esters, but there is no particular limitation as long as it is a polymer composed of appropriate monomers.
  • the B component functions as a stabilizing component that suppresses the elution of the A component into the liquid crystal, and also greatly contributes to the adhesion to the seal, coating properties, viscosity, and volume resistance value, and should be selected according to the required properties.
  • Suitable B components include poly(meth)acrylates, polyamic acids, and polyimides (Examples 14 to 20) obtained from monomers having a group that reacts with the A component, but as long as the polymer has a group that reacts with the A component, the polymer species and polymerization method are not limited.
  • the B component does not have to consist of one type of polymer, and may be a blend polymer obtained by mixing two or more types of polymers.
  • the mixing ratio of the A component and the B component is not particularly limited, but if too little, the weak anchoring property deteriorates, and if too much, the risk of elution into the liquid crystal increases, so it is necessary to select an appropriate mixing ratio.
  • a preferable mixing ratio of A component and B component (A component/B component (weight ratio)) is 0.1/99.9 to 50/50, more preferably 1/99 to 30/70.
  • the A component does not need to consist of one type of polymer, and may be a blend polymer obtained by mixing two or more types of polymers.
  • the A component does not have to be a homopolymer, and may be a random copolymer or block copolymer composed of two or more kinds of monomers.
  • the monomer to be used is preferably selected from the preferred monomers described above.
  • the liquid crystal or the cell gap is usually designed so that the product of the birefringence difference ( ⁇ n) of the liquid crystal and the cell gap (D) is about 300 nm in order to obtain a high transmittance, but even if the above value is 300 nm or less, a high transmittance can be achieved, so it is possible to achieve a faster response, and it is also effective in improving image sticking and contrast.
  • Table 7 shows the measurement results of the azimuth angle anchoring strength (A 2 ) of the liquid crystal alignment film on the IPS substrate side.
  • the A component having a group that reacts with the B component can be obtained by RAFT polymerization or chain transfer polymerization using trithiocarbonate or dithiocarbamates, or by functional group conversion of the polymer obtained by RAFT polymerization.
  • the A component having a group that reacts with the B component may be a polymer that reacts with the B component when heated, and is not limited to the type of polymerization controller, polymerization method, polymer reaction method, or the like.
  • the A component is a component that greatly affects the quality of weak anchoring properties
  • suitable examples of the A component include poly(meth)acrylic acid esters and poly(meth)acrylamide esters, but there is no particular limitation as long as it is a polymer composed of appropriate monomers.
  • the present applicant has found and applied for a compound represented by formula (2), a compound represented by formula (3), a compound represented by formula (5), and a compound represented by formula (7) as radical polymerizable monomers contained in a liquid crystal composition that can stably produce a weak anchoring horizontal electric field liquid crystal display element without generating a pretilt angle and that contributes to the generation of weak anchoring (Japanese Patent Application No. 2020-134149, Japanese Patent Application No. 2020-1).
  • the B component functions as a stabilizing component that suppresses the elution of the A component into the liquid crystal, and also greatly contributes to the adhesion to the seal, coating properties, viscosity, and volume resistance value, and should be selected according to the required properties.
  • Suitable B components include poly(meth)acrylates, polyamic acids, and polyimides (Examples 40 to 46) obtained from monomers having a group that reacts with the A component, but as long as the polymer has a group that reacts with the A component, the polymer species and polymerization method are not limited.
  • the B component does not have to consist of one type of polymer, and may be a blend polymer obtained by mixing two or more types of polymers.
  • the mixing ratio of the A component and the B component is not particularly limited, but if too little, the weak anchoring properties deteriorate, and if too much, the risk of elution into the liquid crystal increases, so it is necessary to select an appropriate mixing ratio.
  • a preferable mixing ratio of A component and B component (A component/B component (weight ratio)) is 0.1/99.9 to 50/50, more preferably 1/99 to 30/70.
  • the A component does not need to consist of one type of polymer, and may be a blend polymer obtained by mixing two or more types of polymers.
  • the A component does not have to be a homopolymer, and may be a random copolymer or block copolymer composed of two or more kinds of monomers.
  • the monomer to be used is preferably selected from the preferred monomers described above.
  • the liquid crystal or the cell gap is usually designed so that the product of the birefringence difference ( ⁇ n) of the liquid crystal and the cell gap (D) is about 300 nm in order to obtain a high transmittance, but even if the above value is 300 nm or less, a high transmittance can be achieved, so it is possible to achieve a faster response, and it is also effective in improving image sticking and contrast.
  • the resulting two substrates were prepared, and after scattering bead spacers with a diameter of 4 ⁇ m on the liquid crystal alignment film surface of one of the substrates, a sealant (XN-1500T manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was dropped. At that time, the amount of the sealant dropped was adjusted so that the diameter of the sealant after bonding was about 3 mm. Then, the film surfaces of the substrates were made to face each other, and the substrates were laminated together so that the overlap width of the substrates was 1 cm. After the bonded substrates were fixed with a clip, they were thermally cured at 120° C. for 1 hour to prepare a sample for adhesion evaluation.
  • a sealant XN-1500T manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.
  • the resulting liquid crystal aligning agent was subjected to flexographic printing (flexographic printing machine manufactured by Komura Tech, substrate: 100 mm ⁇ 100 mm Cr vapor deposition substrate, printing speed: 20 m / min, printing pressure: 0.12 mm, printing tact: 50 s, anilox roll: # 350-28 ⁇ m, printing size: # 600 mesh, 25%, 52 °, 80 mm ⁇ 80 mm, leveling time: 40 s, drying conditions: 80 ° C./120 s, main firing conditions: 230° C./1200 sec).
  • a case where the film was evenly formed without defects was rated as “good”, a case where the film was formed relatively evenly with minor coating defects was rated as “fairly good”, and a large number of coating defects was rated as “bad”.
  • Table 9 shows the results.
  • a stable weak anchoring film can be manufactured by an extremely simple method compared to the conventional technology, so that it is possible to reduce the process load and improve the yield of weak anchoring IPS manufacturing in actual industrialization.

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Abstract

下記A成分及びB成分を含有する弱アンカリング液晶配向剤。 A成分:下記式(1)で表される重合体 B成分:加熱によって前記A成分が有するn価の有機基Aと反応する部位を有する重合体 (式(1)中、Aは加熱によってB成分と反応する基を有する分子量300以下のn価の有機基を表し、Qは液晶と相溶する2価の重合体ユニットであり、Rは加熱によってB成分と反応しない分子量500以下の1価の有機基であり、nは1~2の整数である。nが2の場合、2つのQ及びRはそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。)

Description

弱アンカリング液晶配向剤、及び液晶表示素子
 本発明は、安価で複雑な工程を含まない手法にて、弱アンカリング特性を発現する有機膜(弱アンカリング膜)を製造することが可能であり、更なる高輝度化、低電圧駆動化を実現するための液晶表示素子、並びにそれらに利用可能な、弱アンカリング液晶配向剤、及び重合体に関するものである。
 近年、携帯電話、コンピュータ及びテレビのディスプレイなどには液晶表示素子が広く用いられている。液晶表示素子は薄型、軽量、低消費電力などの特性を有しており、今後はVR(Virtual Reality)や超高精細のディスプレイ等、更なるコンテンツへの応用が期待されている。液晶ディスプレイの表示方式には、TN(Twisted Nematic)方式、IPS(In-Plane Switching)方式、VA(Vertical Alignment)方式など様々な表示方式が提案されているが、すべての表示方式には液晶を所望の配向状態に誘導する膜(液晶配向膜)が使用されている。
 特にタブレットPCやスマートフォン、スマートTV等のタッチパネルを具備した製品には、タッチしても表示が乱れにくいIPS方式が好まれており、近年ではコントラストや視野角特性を改善するためFFS(Frindge Field Switching)方式を用いた液晶表示素子や光配向法を用いた液晶配向技術が用いられる。
 しかしながら、FFS方式はIPS方式に比べて基板の製造コストが高いこと、Vcomシフトと呼ばれる特有の表示不良が発生することが課題である。また光配向法は、ラビング配向法に比べ、素子の拡大に適応しやすい点や表示特性を大きく向上できる点にメリットがある一方、原理上の課題(光分解型材料を用いると分解物由来の表示不良光、異性化型であれば配向力不足による焼き付きなど)が挙げられる。これらの課題を解決するために液晶表示素子メーカーや液晶配向膜メーカーは種々工夫を行っているのが現状である。
 一方で、近年弱アンカリング技術を利用した弱アンカリングIPS方式が提案されている。これは従来のIPS方式に比べてコントラスト比の向上や大幅な低電圧駆動が実現できる(特許文献1参照)。
 弱アンカリングIPS方式は、片側の基板に強いアンカリングエネルギーを有する液晶配向膜を、もう一方の基板側(横電界を発生する電極を具備)にアンカリングエネルギーを有さない処理を施した薄膜を用いることで作られる。
 近年では、濃厚ポリマーブラシを基板に直接設けることで弱アンカリング状態を作り出した弱アンカリングIPS方式の技術提案がなされている(特許文献2参照)。この技術によりコントラスト比の大幅な向上や駆動電圧の大幅な低下が実現された。
 また、別手法として光ラジカル発生可能な液晶配向膜とラジカル重合可能な化合物を用いて、液晶中でUVを照射しラジカル反応をさせることにより弱アンカリング化させ、弱アンカリングIPS方式の技術提案がなされている(特許文献3参照)。この技術により、量産可能な手法によりコントラスト比の向上や大幅な低電圧駆動に加え、高速応答化や焼き付きの低減が実現された。
特許第4053530号公報 特開2013-231757号公報 国際公開第2019/004433号パンフレット 特開2018-028621号公報 国際公開第2022/260048号
 濃厚ポリマーブラシを基板に直接設ける方法(特許文献2)は、基板に反応点を設ける表面処理工程、基板表面の反応点からポリマー成長させる工程を要するため工程が複雑化する点、高度な脱酸素条件を要するため環境を厳密に制御する必要がある点から技術的な難易度が高く、量産化の観点で現実的でない。
 光ラジカル重合反応とラジカル重合可能な化合物を用いて弱アンカリング化させる手法(特許文献3)においては、液晶注入時の高真空状態で重合性添加剤が揮発してしまうことや、液晶素子作製後に紫外線照射する工程を要するため液晶組成物に悪影響を与えるなどの課題があると考えられる。
 上記の問題を解決すべく、基板上への塗布と焼成のみで弱アンカリング性を発現する材料として、ボトルブラシポリマーを用いる方法(特許文献4)やブロック共重合体を用いる方法(特許文献5)が見出されている。
 しかし、前記ボトルブラシポリマーや前記ブロックコポリマーは溶剤選択性が乏しく、総じて一般的な液晶配向剤(液晶配向膜を形成するために用いる剤)に用いられるNMP(N-メチル-2-ピロリドン)やGBL(γ-ブチロラクトン)への溶解性が乏しく、溶解性は示すが保存時に析出したりゲル化してしまったりすることが課題であり、これらの溶媒を用いて塗布するとピンホールやムラの発生等が起こりやすくなる。
 加えて、上記材料はその構造故、極性が低く、粘度が低い。そのため液晶配向膜の塗膜均一性、特に端部の塗膜性が低下しやすく、液晶配向膜の端部が直線ではない、あるいはその端部が盛り上がっている状態が起こりやすくなる。
 これらの要因から、液晶配向剤塗布工程に使用されるフレキソ印刷法やインクジェット方式での塗布等を用いて高品位な塗膜形成が難しいという課題を有している。そのため、弱アンカリングIPS表示素子で良好な特性が得られたとしても実際の製造工程にてテレビやスマートフォンなどのパネルが作製できないという問題が発生する。
 さらに、上記材料はその構造故、シールや基板との密着性が乏しく、液晶セルの運搬や研磨工程など製造時に破損する恐れや車載用途など信頼性が重要となる用途によっては使用困難となることも考えられ、それらを解決できるような手法を考える必要がある。
 このような技術的課題を解決できれば、パネルメーカーとしてもバッテリーの省電力化や画質の向上等にメリットのある弱アンカリングIPS液晶表示素子を簡便且つ歩留まり良く生産することが可能となる。
 本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡便に製造可能であり、塗布性が良好な弱アンカリング液晶配向剤の提供、シールとの密着性が良好であり、プレチルト角の発生がなく、低電圧駆動と電圧OFF時の高速応答化が同時に実現できる弱アンカリング液晶配向膜と液晶表示素子の提供を目的とする。
 本発明者らは、上記の課題を解決する為、鋭意検討を行った結果、上記の課題を解決出来ることを見出し、以下の要旨を有する本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下を包含する。
 [1] 下記A成分及びB成分を含有する弱アンカリング液晶配向剤。
 A成分:下記式(1)で表される重合体
 B成分:加熱によって前記A成分が有するn価の有機基Aと反応する部位を有する重合体
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
(式(1)中、Aは加熱によってB成分と反応する基を有する分子量300以下のn価の有機基を表し、Qは液晶と相溶する2価の重合体ユニットであり、Rは加熱によってB成分と反応しない分子量500以下の1価の有機基であり、nは1~2の整数である。nが2の場合、2つのQ及びRはそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
 [2] 前記式(1)中のAが以下の構造から選ばれる基である、[1]に記載の弱アンカリング液晶配向剤。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(式中、R及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基を表し、R及びRはそれぞれ独立して単結合又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表し、Xは酸素原子又は硫黄原子を表し、*は結合部位を表す。)
 [3] 前記式(1)中のQが、下記式(3)で表される化合物、下記式(4)で表される化合物、下記式(6)で表される化合物、及び下記式(8)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種を、構成成分として含む、[1]又は[2]に記載の弱アンカリング液晶配向剤。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
(式(3)中、Mは重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基を表し、Xは単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、ウレア結合、又はチオエーテル結合を表し、Rは結合基が挿入されていてもよい炭素数1~20のアルキル基を表し、nは1~2の整数である。nが2の場合、2つのX及びRはそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
(式(4)中、Mは重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基を表し、Sは単結合、又は結合基が挿入されていてもよい炭素数1~6の飽和炭化水素基を表し、Tは下記式(5)で表される有機基を表し、nは1~2の整数である。nが2の場合、2つのTは同一であってもよいし、異なっていてもよい。ただし、nが2の場合、Sは結合基が挿入されていてもよい炭素数1~6の飽和炭化水素基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
(式(5)中、*は結合部位を示す。Xは単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、ウレア結合、チオエーテル結合、-Si(R)(R)-(R及びRはそれぞれ独立してSiに結合するアルキル基を表す。)、-Si(R)(R)-O-(R及びRはそれぞれ独立してSiに結合するアルキル基を表す。)、及び-N(R)-(RはNに結合する、水素原子又はアルキル基を表す。)から選ばれる結合基であり、Cyは6~20員環の非芳香族の環状基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
(式(6)中、Mは重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基を表し、Rは炭素数1~10の直鎖もしくは分岐構造を有する脂肪族炭化水素基を表し、3つのXはそれぞれ独立して水素原子又は下記式(7)を表す。ただし、3つのXの少なくとも一つは式(7)を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
(式(7)中、Yは単結合、-O-、-S-又は-N(R)-(RはNに結合する、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表す。)を表し、*は結合部位を示す。R、R、及びRは、それぞれ独立して、炭素数1~6のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
(式(8)中、Mは重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基を表し、R~Rはそれぞれ独立して単結合、又は結合基が挿入されていてもよい炭素数1~6のアルキレン基を表し、Arは置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表し、X及びXはそれぞれ独立して水素原子、又は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表し、RとRとR及びRに結合する炭素原子とは一緒になって環を形成していてもよい。ただし、R、R及びRの合計炭素数は1以上である。)
 [4] 前記式(3)中のMが、下記で表されるいずれかの構造であり、
 前記式(4)中のMが、下記で表されるいずれかの構造であり、
 前記式(6)中のMが、下記で表されるいずれかの構造であり、
 前記式(8)中のMが、下記で表されるいずれかの構造である、
[3]に記載の弱アンカリング液晶配向剤。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
(式中、R、及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基を表し、X、Y、及びZはそれぞれ独立して酸素原子又は硫黄原子を表す。*、*及び*は結合部位を表し、*及び*のどちらか一方は水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基で置き換えられていてもよい。nは1~5の整数を表す。)
 [5] 前記式(1)中のRが以下の構造から選ばれる基である、[1]~[4]のいずれかに記載の弱アンカリング液晶配向剤。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
(式中、R及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基を表し、R及びRはそれぞれ独立して単結合又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表す。*は結合部位を表す。)
 [6] B成分が、アミノ基、保護アミノ基、ヒドロキシ基、保護ヒドロキシ基、チオール基、保護チオール基、カルボキシ基、保護カルボキシ基、イソシアネート基、保護イソシアネート基、マレイミド基、無水カルボン酸基、ビニル基、アリル基、スチリル基、(メタ)アクリル基、及び(メタ)アクリルアミド基、からなる群から選ばれる少なくとも一つを前記n価の有機基Aと反応する部位として含む重合体である[1]~[5]のいずれかに記載の弱アンカリング液晶配向剤。
 [7] B成分が、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリアミド、ポリウレア、及びポリ(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる少なくとも一種の重合体である[1]~[6]のいずれかに記載の弱アンカリング液晶配向剤。
 [8] A成分がリビング重合若しくは連鎖移動重合によって得られたものである[1]~[7]のいずれかに記載の弱アンカリング液晶配向剤。
 [9] [1]~[8]のいずれかに記載の液晶配向剤を用いて得られた液晶表示素子。
 [10] 横電界液晶表示素子である[9]に記載の液晶表示素子。
 本発明によれば、従来技術に比べて極めて単純な手法で安定した弱アンカリング液晶配向膜を製造できるため、実際の工業化において弱アンカリング横電界液晶表示素子の製造に掛かる工程負荷の低減や歩留まりの改善が可能となる。また、本発明の材料および手法を用いることで、従来技術に比べて電圧OFF時の高速応答化、焼き付きの低減、低温環境における高いバックライト透過率と低電圧駆動が実現できるため、優れた特性を安定して発現できる材料および横電界液晶表示素子を提供することができる。
本発明の横電界液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。 本発明の横電界液晶表示素子の他の例を示す概略断面図である。
(弱アンカリング)
 本発明において「弱アンカリング」とは、液晶分子を基板に対して方位角方向または極角方向へ配向規制する力は有しているが、アンカリング強度(すなわち液晶分子の位置を保持する、あるいは液晶分子の配向が変化しても元の状態に戻す、界面弾性エネルギー)が全く無いか、あったとしても液晶同士の分子間力よりも弱いことを意味し、本発明の弱アンカリングにおいては方位角アンカリング強度(A)が10-5[J/m]よりも小さい場合を指す。特許文献3に記載の通り、基材界面に液晶と完全塗れ状態を形成可能な重合体を設け、これと液晶が接することで高分子-液晶混合層が形成し、弱アンカリング状態が発現することが知られている。
(弱アンカリング液晶配向膜)
 本発明において「弱アンカリング液晶配向膜」とは、液晶と接触することで弱アンカリング状態を形成する膜のことを意味し、固体膜に限定されず固体表面を被覆する液体膜も含まれる。
(強アンカリング、強アンカリング液晶配向膜)
 本発明において「強アンカリング」とは、液晶分子を一軸配向に配向規制し、外部からエネルギーが与えられても液晶の配向を保持することができる、あるいは液晶分子の配向が変化しても元の位置に戻すことができるアンカリング強度を有することを意味し、本発明の強アンカリングにおいては方位角アンカリング強度(A)が10-4[J/m]よりも大きい場合を指す。また、「強アンカリング液晶配向膜」とは、液晶と接触することで強アンカリング状態を形成する膜のことを意味し、固体膜に限定されず固体表面を被覆する液体膜も含まれる。
(弱アンカリング液晶表示素子)
 上記で定義された弱アンカリング液晶配向膜と強アンカリング液晶配向膜をそれぞれ電極付き基板に塗布し、対になるように張り合わせることで弱アンカリング液晶表示素子が作製できる。弱アンカリング液晶表示素子は、一方の液晶配向膜の方位角アンカリング強度が限りなく小さいため、弱い電界や外場エネルギーで液晶の配向変化を誘起でき、通常は動かない領域の液晶分子も配向変化させることが可能になることから、特にIPSやFFSのような櫛歯電極を用いたような表示素子においては、電界強度の弱い電極上の液晶分子も駆動可能となるため、対となる配向膜の両方が強アンカリング液晶配向膜で構成された液晶表示素子と比べて高透過率化及び駆動電圧を低電圧化させることができる。
 方位角アンカリング強度とは、方位角方向に対する液晶分子と液晶配向膜間の界面弾性エネルギーの強度を表す指標である。方位角アンカリング強度を算出する方法としてトルクバランス法や強電場法、Geometry法(外場印加法)やフレデリクス転移法等が用いられる。
(ポリマーアロイ)
 本発明における「ポリマーアロイ」の一実施形態は、弱アンカリング液晶配向剤に含有されるA成分とB成分からなるポリマーアロイである。弱アンカリング液晶配向剤は、液晶表示素子に使用される液晶を配向させる膜、すなわち液晶配向膜の形成に用いられる。
 本発明のポリマーアロイは、A成分から構成される重合体とB成分から構成される重合体を混合して得られることを特徴とする。A成分は加熱によりB成分と反応する基を有し、かつ液晶に相溶するモノマーを1種以上を重合して得られる重合体であり、薄膜状態にて液晶と接すると液晶と相溶することで弱アンカリング状態の形成に寄与する。一方、B成分は加熱によりA成分と反応しA成分とともに架橋構造を形成することでA成分の液晶への溶出を防ぎ、かつ基板への固着やポリマー同士の架橋、シール成分との架橋により、膜硬度やシール密着強度に優れ、溶剤選択性の良好な重合体を選択することで、塗布性に優れた弱アンカリング液晶配向剤を得ることができる。
 国際公開第2019/004433号パンフレットでは、リビング重合を用いて枝ポリマーの密度が高いグラフト共重合体(ポリマーブラシと呼ばれる)を応用した弱アンカリング液晶表示素子を提案している。該ポリマーブラシは、枝ポリマーを延長していく手法(grafting from法)を使用して合成しており、リビング重合を使用して合成する必要がある。また枝ポリマーに基板との密着向上に寄与する基を導入することで基板とポリマーとの密着性を改善する試みを行っているが、導入量が多くなると弱アンカリング性が損なわれる可能性があり、また枝ポリマーの密度が非常に高いため、溶媒との溶媒和が起こりにくくなることが考えられ、特にNMPやγ-ブチロラクトンなどの高沸点かつ極性の比較的高い溶媒への親和性が損なわれることが考えられる。
 出願人の検証において、ポリマーブラシではないリビング重合によるブロック共重合体を用いた弱アンカリング液晶配向剤の検討も実施しているが、いずれもポリマーの溶媒選択性と密着強度が低くなる結果が得られており、ポリマーブラシと同様に、精密に合成されたポリマーに共通した課題と考えられる。本結果は実施例に記載する。
 本発明の弱アンカリング液晶配向剤に含有されるA成分は、重合体中に加熱によってB成分と反応する基を有し、液晶と相溶するモノマーを重合(例えば、リビング重合若しくは連鎖移動重合)によって合成できる。また、B成分は、A成分に含まれる反応性基と加熱により反応するとともに、塗布性や溶剤選択性、膜や基板、シールとの密着性に優れた重合体を用いる。これにより、良好かつ安定的な弱アンカリング特性が発現可能で、溶媒選択性や塗布性が良好で、膜やシール、基板との密着性に優れた弱アンカリング液晶配向剤であることを特徴としている。ただし、A成分は液晶に相溶する重合体ユニットを有しB成分と反応する重合体であれば重合法は限定しない。また、B成分はA成分と反応し、A成分の液晶への溶出を抑制できる重合体であれば重合体の種類や重合法は特に限定しない。
(A成分)
 A成分は加熱によりB成分と反応する基を有し、かつ液晶に相溶するモノマーを1種以上を重合して得られる重合体であり、薄膜状態にて液晶と接すると液晶と相溶することで弱アンカリング状態の形成に寄与することを特徴としている。
 A成分は、下記式(1)で表される重合体である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
(式(1)中、Aは加熱によってB成分と反応する基を有するn価の有機基を表し、Qは液晶と相溶する2価の重合体ユニットであり、Rは加熱によってB成分と反応しない1価の有機基であり、nは1~2の整数である。nが2の場合、2つのQ及びRはそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
 Aの分子量は、特に制限されないが、300以下であることが好ましい。
 Rの分子量は、特に制限されないが、500以下であることが好ましい。
 式(1)中のAは、好ましくは、以下の構造から選ばれる基である。これらは、例えば、後述するRAFT重合におけるRAFT剤や連鎖移動重合における連鎖移動剤の部分構造である。これらの基は、B成分の有する基に応じて、それと反応しないものを選択する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
(式中、R及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基を表し、R及びRはそれぞれ独立して単結合又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表し、Xは酸素原子又は硫黄原子を表し、*は結合部位を表す。)
 例えば、-S-C(=S)-基は、アミノ基、保護アミノ基、ヒドロキシ基、保護ヒドロキシ基、チオール基、保護チオール基、カルボキシ基、保護カルボキシ基、イソシアネート基、保護イソシアネート基、マレイミド基、無水カルボン酸基、ビニル基、アリル基、スチリル基、(メタ)アクリル基、及び(メタ)アクリルアミド基などと反応する。
 炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基の炭素数は、例えば、1~6であってもよいし、1~3であってもよい。
 炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキレン基の炭素数は、例えば、1~6であってもよいし、1~3であってもよい。
 式(1)中のRは、好ましくは、以下の構造から選ばれる基である。これらは、例えば、後述するRAFT重合におけるRAFT剤の部分構造である。これらの基は、B成分の有する基に応じて、それと反応するものを選択する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
(式中、R及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基を表し、R及びRはそれぞれ独立して単結合又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表す。*は結合部位を表す。)
 炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基の炭素数は、例えば、各基によって好適な範囲は異なり、例えば、1~6であってもよいし、6~12であってもよい。
 炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキレン基の炭素数は、例えば、1~6であってもよいし、1~3であってもよい。
 式(1)中のQは、下記式(3)で表される化合物、下記式(4)で表される化合物、下記式(6)で表される化合物、及び下記式(8)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種を、構成成分として含むことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
(式(3)中、Mは重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基を表し、Xは単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、ウレア結合、又はチオエーテル結合を表し、Rは結合基が挿入されていてもよい炭素数1~20のアルキル基を表し、nは1~2の整数である。nが2の場合、2つのX及びRはそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
 結合基が挿入されていてもよい炭素数1~20のアルキル基における結合基としては、例えば、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、ウレア結合、チオエーテル結合、-Si(R11)(R12)-(R11及びR12はそれぞれ独立してSiに結合するアルキル基を表す。)、-Si(R13)(R14)-O-(R13及びR14はそれぞれ独立してSiに結合するアルキル基を表す。)、-N(R15)-(R15はNに結合する、水素原子又はアルキル基を表す。)が挙げられる。R11~R15におけるアルキル基としては、例えば、炭素数1~6のアルキル基が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
(式(4)中、Mは重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基を表し、Sは単結合、又は結合基が挿入されていてもよい炭素数1~6の飽和炭化水素基を表し、Tは下記式(5)で表される有機基を表し、nは1~2の整数である。nが2の場合、2つのTは同一であってもよいし、異なっていてもよい。ただし、nが2の場合、Sは結合基が挿入されていてもよい炭素数1~6の飽和炭化水素基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
(式(5)中、*は結合部位を示す。Xは単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、ウレア結合、チオエーテル結合、-Si(R)(R)-(R及びRはそれぞれ独立してSiに結合するアルキル基を表す。)、-Si(R)(R)-O-(R及びRはそれぞれ独立してSiに結合するアルキル基を表す。)、及び-N(R)-(RはNに結合する、水素原子又はアルキル基を表す。)から選ばれる結合基であり、Cyは6~20員環の非芳香族の環状基を表す。)
 式(4)中のSにおける飽和炭化水素基とは、飽和炭化水素からn+1個の水素原子が取り除かれてできるn+1価の基を指す(nは、式(4)中のnと同じ整数である)。nが1の場合、飽和炭化水素基は、アルキレン基である。
 式(4)中のSにおいて、結合基が挿入されている炭素数1~6の飽和炭化水素基とは、炭素数2~6の飽和炭化水素基内の炭素-炭素間に結合基が挿入されているn+1価の基、又は炭素数1~6の飽和炭化水素基とそれに結合する原子(例えば、炭素原子)との間に結合基が挿入されている2価の基を意味する。
 式(4)中のSにおける結合基としては、例えば、炭素-炭素不飽和結合、エーテル結合(-O-)、エステル結合(-COO-又は-OCO-)、アミド結合(-CONH-又は-NHCO-)などが挙げられる。炭素-炭素不飽和結合としては、例えば、炭素-炭素二重結合などが挙げられるが、炭素-炭素二重結合が挿入されている炭素数1~6の飽和炭化水素基は、その末端にではなく、内部に炭素-炭素二重結合を有する方が好ましい。
 nが1の場合、結合基が挿入されていてもよい炭素数1~6のアルキレン基としては、例えば、炭素数1~6のアルキレン基、炭素数1~6のオキシアルキレン基などが挙げられる。
 炭素数1~6のアルキレン基は、直鎖アルキレン基であってもよいし、分岐アルキレン基であってもよいし、環状アルキレン基であってもよい。
 式(5)のXにおける-Si(R)(R)-のR及びRは、それぞれ独立してSiに結合するアルキル基であり、例えば、炭素数1~6のアルキル基である。
 式(5)のXにおける-Si(R)(R)-O-のR及びRは、それぞれ独立してSiに結合するアルキル基であり、例えば、炭素数1~6のアルキル基である。
 式(5)のXにおける-N(R)-のRは、Nに結合する、水素原子又はアルキル基である。アルキル基は、例えば、炭素数1~6のアルキル基である。
 式(5)中、Cyは、6~20員環の非芳香族の環状基であり、8~18員環の非芳香族の環状基が好ましい。なお、Cyは、12~20員環の非芳香族の環状基であってもよい。式(5)においてXは、Cyにおいて環を構成する原子に結合している。
 非芳香族の環状基における環を構成する原子としては、例えば、炭素原子、酸素原子、窒素原子、ケイ素原子などが挙げられる。
 環を構成する原子-原子間の結合は、単結合であってもよいし、二重結合であってもよいし、三重結合であってもよいが、単結合が好ましい。
 非芳香族の環状基における環としては、例えば、環状アルカン、環状エーテル、環状シロキサンなどが挙げられる。環状エーテルとしては、例えば、クラウンエーテルが挙げられる。例えば、12-クラウン-4において、環を構成する原子は、炭素原子及び酸素原子であり、員数は、12である。
 環は、単環であってもよいし、多環であってもよい。多環における環の数としては、例えば、2~4が挙げられる。
 多環において各環同士の結合の仕方には、例えば、以下の3通りが含まれる。
 ・1原子の共有:例えば、スピロ環化合物
 ・2原子の共有:デカリンのように2つの環が2つの原子を共有している場合
 ・橋かけ構造:ノルボルナンのように、2つの環が3つの原子以上を共有しているとみなせる場合
 なお、多環の場合、環を構成する原子の数をもってその員環数とする。例えば、ノルボルナンは7員環である。
 環を構成する原子には、水素原子の代わりにハロゲン原子、又は炭素数1~6のアルキル基が結合していてもよい。ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子などが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
(式(6)中、Mは重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基を表し、Rは炭素数1~10の直鎖もしくは分岐構造を有する脂肪族炭化水素基を表し、3つのXはそれぞれ独立して水素原子又は下記式(7)を表す。ただし、3つのXの少なくとも一つは式(7)を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
(式(7)中、Yは単結合、-O-、-S-又は-N(R)-(RはNに結合する、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表す。)を表し、*は結合部位を示す。R、R、及びRは、それぞれ独立して、炭素数1~6のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表す。)
 式(6)中のRにおける脂肪族炭化水素基の炭素数は1~10であり、炭素数1~8であってもよいし、炭素数1~6であってもよいし、炭素数1~4であってもよい。
 式(7)中のR、R、及びRにおける炭素数1~6のアルキル基としては、例えば、炭素数1~5のアルキル基であってもよいし、炭素数1~4のアルキル基であってもよい。これらアルキル基は、直鎖構造であってもよいし、分岐構造であってもよい。
 式(7)中のR、R、及びRにおける芳香族炭化水素基は、無置換であってもよいし、水素原子が置換基により置換されていてもよい。
 置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基の置換基としては、例えば、ハロゲン原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基、炭素数1~4のハロゲン化アルキル基、炭素数1~4のハロゲン化アルコキシ基などが挙げられる。ハロゲン化アルキル基、およびハロゲン化アルコキシ基におけるハロゲン化は、全ハロゲン化であってもよいし、一部のハロゲン化であってもよい。ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子などが挙げられる。
 置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基が挙げられる。
 芳香族炭化水素基における置換基の数としては、特に限定されない。
 式(6)において、式(7)は1つ以上であり、1つであってもよいし、2つであってもよいし、3つであってもよい。
 式(6)において、3つのXはそれぞれ独立している。そのため、式(6)において、式(7)が2つ以上の場合、2つ以上の式(7)は、同じ構造であってもよいし、異なる構造であってもよい。
 式(7)において、R、R、およびRの少なくとも一つは、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基であってもよい。そのため、式(7)において、R、R、およびRの一つが置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基であってもよいし、R、R、およびRの二つが置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基であってもよし、R、R、およびRの三つが置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
(式(8)中、Mは重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基を表し、R~Rはそれぞれ独立して単結合、又は結合基が挿入されていてもよい炭素数1~6のアルキレン基を表し、Arは置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表し、X及びXはそれぞれ独立して水素原子、又は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表し、RとRとR及びRに結合する炭素原子とは一緒になって環を形成していてもよい。ただし、R、R及びRの合計炭素数は1以上である。)
 式(8)中のR~Rにおいて、結合基が挿入されている炭素数1~6のアルキレン基とは、炭素数1~6のアルキレン基内の炭素-炭素間に結合基が挿入されている2価の基、又は炭素数1~6のアルキレン基とそれに結合する炭素原子との間に結合基が挿入されている2価の基を意味する。
 結合基としては、例えば、炭素-炭素不飽和結合、エーテル結合(-O-)、エステル結合(-COO-又は-OCO-)、アミド結合(-CONH-又は-NHCO-)などが挙げられる。不飽和結合としては、例えば、炭素-炭素二重結合などが挙げられるが、結合基が挿入されている炭素数1~6のアルキレン基は、その末端にではなく、内部に炭素-炭素二重結合を有する方が好ましい。
 結合基が挿入されていてもよい炭素数1~6のアルキレン基としては、例えば、炭素数1~6のアルキレン基、炭素数1~6のオキシアルキレン基などが挙げられる。炭素数1~6のオキシアルキレン基における酸素原子は、例えば、式(8)中のM、R、R、及びRに結合する炭素原子と結合する。
 炭素数1~6のアルキレン基は、直鎖アルキレン基であってもよいし、分岐アルキレン基であってもよいし、環状アルキレン基であってもよい。
 式(8)のX及びXにおける置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基としては、例えば、置換基を有していてもよいフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。
 置換基としては、例えば、ハロゲン原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基、炭素数1~4のハロゲン化アルキル基、炭素数1~4のハロゲン化アルコキシ基などが挙げられる。ハロゲン化アルキル基、およびハロゲン化アルコキシ基におけるハロゲン化は、全ハロゲン化であってもよいし、一部のハロゲン化であってもよい。ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子などが挙げられる。
 式(8)中のRとしては、例えば、単結合、炭素数1~6のアルキレン基などが挙げられる。炭素数1~6のアルキレン基としては、より具体的には炭素数1~6の直鎖アルキレン基が挙げられる。
 式(8)中のRとしては、例えば、単結合、炭素数1~6のアルキレン基などが挙げられる。炭素数1~6のアルキレン基としては、より具体的には炭素数1~6の直鎖アルキレン基が挙げられる。
 式(8)中のRとしては、例えば、単結合、炭素数1~6のアルキレン基などが挙げられる。炭素数1~6のアルキレン基としては、より具体的には炭素数1~6の直鎖アルキレン基が挙げられる。
 式(8)中のXとしては、例えば、水素原子、フェニル基などが挙げられる。
 式(8)中のXとしては、例えば、水素原子、フェニル基などが挙げられる。
 式(8)中のAは、例えば、フェニル基などが挙げられる。
 式(8)中のR、RおよびRの合計炭素数は1以上であれば、特に限定されないが、2以上であってもよい。
 また、式(8)中のR、R2、およびRの合計炭素数は、例えば、18以下であってもよいし、15以下であってもよいし、10以下であってもよい。
 また、式(8)中のX及びXが水素原子の場合、R、R2、およびRの合計炭素数は1以上であれば、特に限定されないが、2以上であってもよい。
 なお、式(8)中のX及びXの少なくともいずれかが置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基の場合、R、R2、およびRの合計炭素数は0であってもよい。
 式(8)において、RとRとRおよびRに結合する炭素原子とが一緒になって形成する環としては、例えば、結合基が挿入されていてもよい炭素数3~13の炭化水素環が挙げられる。結合基は、前述のとおりである。
 本明細書における重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基としては、例えば、下記で表されるいずれかの構造が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
(式中、R、及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基を表し、X、Y、及びZはそれぞれ独立して酸素原子又は硫黄原子を表す。*、*及び*は結合部位を表し、*及び*のどちらか一方は水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基で置き換えられていてもよい。nは1~5の整数を表す。)
 本出願人は、プレチルト角が発生せず安定的に弱アンカリング横電界液晶表示素子が作製できる液晶組成物に含有されるラジカル重合性モノマーであって、弱アンカリングの発生に寄与するラジカル重合性モノマーとして、式(3)で表される化合物、式(4)で表される化合物、式(6)で表される化合物、及び式(8)で表される化合物(以下、特定のモノマーと称する)を見出し、出願している(特願2020-134149、特願2020-163212、特願2021-041196、WO2019/004433、WO2022/030602、WO2022/071286、WO2022/196565。ここに引用されたことによって、これらの出願及び公開公報の内容は、全てが明示されたと同程度に本明細書に組み込まれるものである。)。これらのモノマーを用いることで電圧OFF時の高速応答化、焼き付きの低減、低温環境における高いバックライト透過率と低電圧駆動が実現しやすい。このことから、これらのモノマーの使用が有用であると言える。
 A成分(式(1)で表される重合体)の合成に使用される前記特定のモノマーは単一成分でも良く、複数のモノマーを組み合わせて使用してもよい。また、以下でも述べる他のラジカル重合モノマーを併用してもよい。
 本発明の弱アンカリング液晶配向剤に使用されるA成分は、薄膜状態にて液晶と接すると高分子-液晶混合層を形成し、弱アンカリング性が発現する。A成分の分子量に応じて形成される高分子-液晶混合層の厚みが変化し、弱アンカリング性が変化するため、分子量の最適化が重要となる。良好な弱アンカリング膜を形成する観点で好ましいA成分(式(1)で表される重合体)の分子量は1,000~100,000であり、より好ましくは3,000~50,000であり、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(PDI)は、好ましくは3.0以下であり、より好ましくは2.0以下である。
 A成分を構成する重合体中のQの構造は上記式(3)、(4)、(6)、(8)で表されるモノマーを1種のみ用いた単独ポリマー構造でも良く、複数のモノマーを組み合わせた共重合体構造でも良い。複数のモノマー同士を組み合わせる場合、ランダム共重合でも良く、ブロック共重合でも良い。上記式(3)、(4)、(6)、(8)で表されるモノマー同士を組み合わせる場合は、組み合わせ方法に依らずその比率は特に限定されない。以下で説明する液晶に不溶化する化合物種と組み合わせる場合は、特性維持の観点で液晶に不溶化する化合物種の好ましい組み合わせ比率は30モル%以下であり、より好ましくは20モル%以下であるが限定はしない。これら合成方法や、組み合わせるモノマー、組み合わせ比率は目的とする物性や表示特性、電気特性等が得られる範囲で使用するのが好ましい。
 液晶に不溶化する化合物種としては、例えば、下記式(9)で表される化合物、重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基と高極性な構造とを有する化合物、重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基と剛直な構造とを有する化合物、重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基と熱硬化性の構造とを有する化合物が挙げられる。
 これらは、例えば、本出願人による特願2021-96448の〔0051〕及びWO2022/260048の〔0051〕に記載の式(7)で表される化合物、特願2021-96448の〔0053〕及びWO2022/260048の〔0053〕に記載の重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基と高極性な構造とを有する化合物、特願2021-96448の〔0054〕及びWO2022/260048の〔0054〕に記載の重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基と剛直な構造とを有する化合物、特願2021-96448の〔0055〕及びWO2022/260048の〔0055〕に記載の重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基と熱硬化性の構造とを有する化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
(式(9)中、Mは重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基を表し、nは1~2の整数である。Zは下記式(10)で表される基を表す。nが2の場合、2つのZは同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
(式(10)中、Lはトリアルコキシシリル基、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、エポキシ基、オキセタン基、ビニル基、アリル基、オキサゾリン基、アミノ基、保護アミノ基、アニリン基、保護アニリン基、ヒドロキシ基、保護ヒドロキシ基、フェノール基、保護フェノール基、チオール基、保護チオール基、チオフェノール基、保護チオフェノール基、アルデヒド基、カルボキシ基、マレイミド基、N-ヒドロキシスクシンイミドエステル基、結合基が挿入されていてもよい炭素数5~18の芳香族炭化水素基、結合基が挿入されていてもよい炭素数5~18の芳香族複素環基、桂皮酸基、桂皮酸芳香族エステル基、桂皮酸アルキルエステル基、シンナミル基、フェニルベンゾエート基、アゾベンゼン基、N-ベンジリデンアニリン基、スチルベン基、及びトラン基からなる群から選択される官能基を表す。Jは単結合又は炭素数1~6の脂肪族炭化水素基を表す。Kは、芳香族炭化水素基と結合する場合、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレア結合、ウレタン結合、及びチオエーテル結合から選ばれる連結基を示し、それ以外の場合は、単結合を示す。*は結合部位を表す。mは1~3の整数である。mが2又は3の場合、複数のK及びLは同一であってもよいし、異なっていてもよい。ただし、Jが単結合の場合、mは1である。)
 上記の高極性な構造としては以下の構造が挙げられる。ただし、これらに限定されるものではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
(X、及びYはそれぞれ独立して酸素原子又は硫黄原子を表す。R及びRはそれぞれ独立に単結合又は炭素数1~18のアルキレン基を表す。Rは炭素数1~18のアルキル基を表す。A、A及びAのうち1つはNを表し、残り2つはCHを表す。A及びAのうち1つはNを表し、残り1つはCHを表す。*は結合部位を表し、nは0~4の整数を表す。)
 上記の剛直な構造としては以下の構造が挙げられる。ただし、これらに限定されるものではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
(X、Y、及びZはそれぞれ独立して酸素原子又は硫黄原子を表す。R及びRは単結合又は炭素数1~18のアルキレン基を表す。Rは炭素数1~18のアルキル基を表す。*は結合部位を表し、nは1~5の整数を表す。)
 上記の熱硬化性の構造は以下の構造が好ましい。ただし、これらに限定されるものではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
(X、Y及びZはそれぞれ独立して酸素原子又は硫黄原子を表す。R、R及びRはそれぞれ独立して、炭素数1~18のアルキル基を表す。R及びRはそれぞれ独立して単結合又は炭素数1~18のアルキレン基を表す。*は結合部位を表し、nは0~5の整数を表す。)
 A成分は、好ましくは、リビング重合若しくは連鎖移動重合によって得られる。
 リビング重合とは重合反応中に連鎖移動反応や停止反応などの副反応が伴わない重合反応であり、分子量分布が狭く、構造が高度に制御されたポリマーを得ることができる。例えば重合活性部位にドーマント種と呼ばれる安定な共有結合種を導入することで活性部位の失活を抑え、連鎖移動反応や停止反応などの副反応を発生させないようにする方法が挙げられる。リビング重合には活性種にラジカルを用いたもの、カチオンを用いたもの、アニオンを用いたものが挙げられ、用いるモノマーの構造や性質によって使い分けることが重要である。
 本発明の弱アンカリング液晶配向剤に使用されるA成分を得る際、重合法は特に限定する必要は無いが、カチオン重合やアニオン重合は活性種を発生させる際にアルカリ金属や金属錯体、ハロゲン化合物を使用することが多く、液晶ディスプレイにおいては金属等の残渣やハロゲン化合物等の混入は焼き付きや表示不良の要因と成りえるため、極力金属やハロゲン化合物を使用しないラジカル重合の使用が好ましい。リビングラジカル重合としてはニトロキシドをドーマント種として使用するリビングラジカル重合(NMP)や、金属錯体を用いる原子移動ラジカル重合(ATRP)、硫黄化合物をドーマントとして使用する可逆的不可・脱離連鎖移動重合(RAFT重合)、有機テルル化合物等を用いるリビングラジカル重合(TERP)、ドーマント種にヨウ化アルキル化合物を使用し、リン化合物やアルコール等を触媒として使用する可逆移動触媒重合(RTCP)等があげられ、好ましい重合法としてはNMPやRTCP、RAFT重合等のリビングラジカル重合が挙げられ、特に好ましくはNMP若しくはRAFT重合である。また、連鎖移動重合を用いるのも好ましい。
 NMPを用いる場合、使用する重合開始剤としては、例えば2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、1,1’-ビス(tert-ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、過酸化水素等が挙げられる。重合開始剤の使用割合は、使用するモノマー1モル部に対して、通常、0.000001~0.1モル部、好ましくは0.00001~0.01モル部である。ニトロキシドとしては、例えば下記式(N-1)~(N-12)で表される化合物が挙げられる。ニトロキシドの使用割合は、使用するモノマー1モル部に対して、通常、0.000001~0.1モル部、好ましくは0.00001~0.01モル部である。上記重合における反応温度は、好ましくは20~200℃、より好ましくは40~150℃であり、反応時間は、好ましくは1~168時間、より好ましくは8~72時間である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
 RTCPを用いる場合、使用する重合開始剤としては、例えば2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、1,1’-ビス(tert-ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、過酸化水素等が挙げられる。重合開始剤の使用割合は、使用するモノマー1モル部に対して、通常、0.000001~0.1モル部、好ましくは0.00001~0.01モル部である。
 ヨウ化物触媒としては、例えば下記式(P-1)~(P-7)で表される化合物が挙げられる。ヨウ化物触媒の使用割合は、使用するモノマー1モル部に対して、通常、0.000001~0.1モル部、好ましくは0.00001~0.01モル部である。また、水素化物触媒としては、例えば下記式(O-1)~(O-6)で表される化合物が挙げられる。水素化物触媒の使用割合は、使用するモノマー1モル部に対して、0.000001~0.1モル部、好ましくは0.00001~0.01モル部である。通常、上記重合における反応温度は、好ましくは20~200℃、より好ましくは40~150℃であり、反応時間は、好ましくは1~168時間、より好ましくは8~72時間である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
 RAFT重合を用いる場合、使用する重合開始剤としては、例えば2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、1,1’-ビス(tert-ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、過酸化水素等が挙げられる。重合開始剤の使用割合は、使用するモノマー1モル部に対して、通常、0.000001~0.1モル部、好ましくは0.00001~0.01モル部である。連鎖移動剤(RAFT剤)としては、トリチオカーボナート、ジチオベンゾアート、ジチオカルバマート、キサンタートが好ましく、具体例としては、下記式(R-1)~(R-23)で表される化合物が挙げられる。連鎖移動剤の使用割合は、使用するモノマー1モル部に対して、通常、0.000001~0.1モル部、好ましくは0.00001~0.01モル部である。上記重合における反応温度は、好ましくは20~200℃、より好ましくは40~150℃であり、反応時間は、好ましくは1~168時間、より好ましくは8~72時間である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
 RAFT重合においてリビングラジカル性が発現するのは、リビング鎖の大部分がドーマント型(休止型)であるように、成長するラジカル種を可逆的に不活性化できる化合物が存在し、活性鎖とドーマント鎖との間に速い平衡が存在するためである。
 RAFT重合を用いることで、高分子末端制御、高度な分子量制御や分子量分布制御が可能となる。
 RAFT重合を用いて、機能性高分子を精密に合成するためには、モノマーの反応性を考慮して適切な連鎖移動剤を選択する必要がある。
 RAFT重合において、成長末端に存在するRAFT末端を熱的、化学的に改質することで高分子末端を制御できる。熱的に改質する場合、使用したRAFT剤が熱分解する温度以上で加熱することで末端を不飽和炭化水素基に改質できる。また、化学的に改質する場合、第一級アミン、第二級アミンなどに接触させることでアミノリシスを伴い、末端をチオール結合に改質できる。さらに、新たなモノマーおよびラジカル発生剤と接触させることで末端に新たなブロックセグメントを設けることが可能である。
 RAFT重合において、下記式(eq1)を用いることで分子量制御が可能である。具体的には、数平均分子量(Mn)はモノマーのモル濃度と連鎖移動剤のモル濃度の比に伴い線形的に変化するため分子量制御が可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000040
(上記式(eq1)中、Mn(theor)は重合体の分子量を表し、[Monomer]はモノマーのモル濃度を表し、[CTA]は連鎖移動剤のモル濃度を表し、Mmonomerはモノマーの分子量を表し、conv.は重合転化率を表し、MCTAは連鎖移動剤の分子量を表す。)
 連鎖移動重合を用いる場合、使用する重合開始剤としては、例えば2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、1,1’-ビス(tert-ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、過酸化水素等が挙げられる。重合開始剤の使用割合は、使用するモノマー1モル部に対して、通常、0.000001~0.1モル部、好ましくは0.00001~0.01モル部である。連鎖移動剤としては、チオール類を用いることが好ましく、具体例としては、下記式(S-1)~(S-15)で表される化合物が挙げられる。連鎖移動剤の使用割合は、使用するモノマー1モル部に対して、通常、0.000001~0.1モル部、好ましくは0.00001~0.01モル部である。上記重合における反応温度は、好ましくは20~200℃、より好ましくは40~150℃であり、反応時間は、好ましくは1~168時間、より好ましくは8~72時間である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
(式(S-1)~(S-15)中、Meは、メチル基を表し、Etは、エチル基を表す。)
 連鎖移動重合を用いることで、高分子末端制御、分子量制御や分子量分布制御が可能となる。
 連鎖移動重合において、重合体は連鎖移動と成長反応の競争反応によって得られる。連鎖移動重合で得られる重合体の分子量や分子量分布は、連鎖移動速度定数(k)と成長速度定数(k)の商で表される連鎖移動定数(C)によって決定される。一般に連鎖移動重合はCが1~60の範囲となる構成が良く、用いるモノマー種や連鎖移動剤種、及び、これらを正しく組み合わせることが重要である。
 連鎖移動定数(C)は用いるモノマーの種類や連鎖移動剤種によって大きく異なるため、正しく選択する必要がある。
 A成分を構成する重合体は、特性維持の観点で液晶に相溶する一種以上の化合物種で構成されることが可能ましいが、液晶に相溶しない又は焼成により液晶に不溶化する化合物種も少量であれば導入することができる。液晶に不溶化するモノマーの好ましい組み合わせ比率は30モル%以下であり、より好ましくは20モル%以下であるが限定はしない。これら合成方法や、組み合わせるモノマー、組み合わせ比率は目的とする物性や表示特性、電気特性等が得られる範囲で使用するのが好ましい。
(B成分)
 B成分は重合体である。
 B成分は加熱によりA成分と反応することでA成分の液晶への溶出を防ぎ、かつ膜硬度やシール密着強度の良化、塗布性の良化する役割を担う。そのため、B成分は加熱によりA成分と反応するために、A成分が有するn価の有機基Aと反応する部位を含む必要がある。
 加熱によりA成分と反応するために、B成分はアミノ基、保護アミノ基、ヒドロキシ基、保護ヒドロキシ基、チオール基、保護チオール基、カルボキシ基、保護カルボキシ基、イソシアネート基、保護イソシアネート基、マレイミド基、無水カルボン酸基、ビニル基、アリル基、スチリル基、(メタ)アクリル基、及び(メタ)アクリルアミド基からなる群から選ばれる少なくとも一つをn価の有機基Aと反応する部位として含む重合体である必要がある。
 ここで、保護アミノ基における保護基、保護ヒドロキシ基における保護基、保護チオール基における保護基、保護カルボキシ基における保護基、保護イソシアネート基における保護基とは、加熱により脱離し、それぞれ、アミノ基、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシ基、イソシアネート基を生成する基を表す。
 保護アミノ基における保護基としては、例えば、tert-ブトキシカルボニル基、ベンジルオキシカルボニル基、9-フルオレニルメチルオキシカルボニル基、アリルオキシカルボニル基、フタロイル基、ニトロベンゼンスルホニル基、(2-トリメチルシリル)-エタンスルホニル基、2,2,2-トリクロロエトキシカルボニル基、アジド基などが挙げられる。
 保護ヒドロキシ基における保護基としては、例えば、テトラヒドロピラニル基、メトキシメチルエーテル基、トリチル基、tert-ブチル基、トリアルキルシリル基、tert-ブトキシカルボニル基、ベンジル基、アセチル基などが挙げられる。
 保護チオール基における保護基としては、例えば、tert-ブトキシカルボニル基、ベンジルオキシカルボニル基、9-フルオレニルメチルオキシカルボニル基、アリルオキシカルボニル基、フタロイル基、ニトロベンゼンスルホニル基、(2-トリメチルシリル)-エタンスルホニル基、2,2,2-トリクロロエトキシカルボニル基、アジド基などが挙げられる。
 保護カルボキシ基における保護基としては、例えば、メチルエステル基、ベンジルエステル基、tert-ブチルエステル基などが挙げられる。
 保護イソシアネート基における保護基としては、例えば、tert-ブチル基、ジメチルピラゾール基、メチルエチルケトンオキシム基、ラクタム基などが挙げられる。
 B成分である重合体には、例としてポリイミド、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリアミド、ポリウレア、及びポリ(メタ)アクリレートが挙げられるが、加熱によりA成分と反応する前記官能基を含む重合体であれば特に限定しない。
 B成分としてポリアミック酸やポリイミド、ポリアミック酸エステルを使用する場合、テトラカルボン酸二無水物とジアミンの反応から生成したカルボキシ基が存在し、かつポリマー鎖末端基に(無水)カルボン酸若しくはアミノ基が存在するため、イミド化率100%でない限り、全てのポリアミック酸やポリイミドがB成分に該当するが、あえて具体例を挙げれば以下のジアミンとテトラカルボン酸二無水物からなる重合体が挙げられる。
 ポリアミック酸やポリイミドの合成に使用されるジアミン成分としては以下のジアミンを挙げることができる。具体的には、p-フェニレンジアミン、2,3,5,6-テトラメチル-p-フェニレンジアミン、2,5-ジメチル-p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、2,4-ジメチル-m-フェニレンジアミン、2,5-ジアミノトルエン、2,6-ジアミノトルエン、2,5-ジアミノフェノール、2,4-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノベンジルアルコール、2,4-ジアミノベンジルアルコール、4,6-ジアミノレゾルシノール、4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジメトキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジヒドロキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジカルボキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジフルオロ-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-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、3,3’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジアミノビフェニル、2,3’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、2,2’-ジアミノジフェニルメタン、2,3’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、2,2’-ジアミノジフェニルエーテル、2,3’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-スルホニルジアニリン、3,3’-スルホニルジアニリン、ビス(4-アミノフェニル)シラン、ビス(3-アミノフェニル)シラン、ジメチル-ビス(4-アミノフェニル)シラン、ジメチル-ビス(3-アミノフェニル)シラン、4,4’-チオジアニリン、3,3’-チオジアニリン、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、3,3’-ジアミノジフェニルアミン、3,4’-ジアミノジフェニルアミン、2,2’-ジアミノジフェニルアミン、2,3’-ジアミノジフェニルアミン、N-メチル(4,4’-ジアミノジフェニル)アミン、N-メチル(3,3’-ジアミノジフェニル)アミン、N-メチル(3,4’-ジアミノジフェニル)アミン、N-メチル(2,2’-ジアミノジフェニル)アミン、N-メチル(2,3’-ジアミノジフェニル)アミン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジアミノベンゾフェノン、3,4’-ジアミノベンゾフェノン、2,2’-ジアミノベンゾフェノン、2,3’-ジアミノベンゾフェノン、1,4-ジアミノナフタレン、1,5-ジアミノナフタレン、1,6-ジアミノナフタレン、1,7-ジアミノナフタレン、1,8-ジアミノナフタレン、2,5-ジアミノナフタレン、2,6-ジアミノナフタレン、2,7-ジアミノナフタレン、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン、1,2-ビス(3-アミノフェニル)エタン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、1,3-ビス(3-アミノフェニル)プロパン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)ブタン、1,4-ビス(3-アミノフェニル)ブタン、ビス(3,5-ジエチル-4-アミノフェニル)メタン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノベンジル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’-[1,4-フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、4,4’-[1,3-フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,4’-[1,4-フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,4’-[1,3-フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,3’-[1,4-フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,3’-[1,3-フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、1,4-フェニレンビス[(4-アミノフェニル)メタノン]、1,4-フェニレンビス[(3-アミノフェニル)メタノン]、1,3-フェニレンビス[(4-アミノフェニル)メタノン]、1,3-フェニレンビス[(3-アミノフェニル)メタノン]、1,4-フェニレンビス(4-アミノベンゾエート)、1,4-フェニレンビス(3-アミノベンゾエート)、1,3-フェニレンビス(4-アミノベンゾエート)、1,3-フェニレンビス(3-アミノベンゾエート)、ビス(4-アミノフェニル)テレフタレート、ビス(3-アミノフェニル)テレフタレート、ビス(4-アミノフェニル)イソフタレート、ビス(3-アミノフェニル)イソフタレート、N,N’-(1,4-フェニレン)ビス(4-アミノベンズアミド)、N,N’-(1,3-フェニレン)ビス(4-アミノベンズアミド)、N,N’-(1,4-フェニレン)ビス(3-アミノベンズアミド)、N,N’-(1,3-フェニレン)ビス(3-アミノベンズアミド)、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)テレフタルアミド、N,N’-ビス(3-アミノフェニル)テレフタルアミド、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)イソフタルアミド、N,N’-ビス(3-アミノフェニル)イソフタルアミド、9,10-ビス(4-アミノフェニル)アントラセン、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)プロパン、トランス-1,4-ビス(4-アミノフェニル)シクロヘキサン、3,5-ジアミノ安息香酸、2,5-ジアミノ安息香酸、ビス(4-アミノフェノキシ)メタン、1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)エタン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)プロパン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)プロパン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ブタン、1,4-ビス(3-アミノフェノキシ)ブタン、1,5-ビス(4-アミノフェノキシ)ペンタン、1,5-ビス(3-アミノフェノキシ)ペンタン、1,6-ビス(4-アミノフェノキシ)へキサン、1,6-ビス(3-アミノフェノキシ)へキサン、1,7-ビス(4-アミノフェノキシ)ヘプタン、1,7-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)ドデカンなどの芳香族ジアミン;ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(4-アミノ-3-メチルシクロヘキシル)メタンなどの脂環式ジアミン;1,3-ジアミノプロパン、1,4-ジアミノブタン、1,5-ジアミノペンタン、1,6-ジアミノへキサン、1,7-ジアミノヘプタン、1,8-ジアミノオクタン、1,9-ジアミノノナン、1,10-ジアミノデカン、1,11-ジアミノウンデカン、1,12-ジアミノドデカンなどの脂肪族ジアミン;1,3-ビス[2-(p-アミノフェニル)エチル]ウレア、1,3-ビス[2-(p-アミノフェニル)エチル]-1-tert-ブトキシカルボニルウレア等のウレア構造を有するジアミン;N-p-アミノフェニル-4-p-アミノフェニル(tert-ブトキシカルボニル)アミノメチルピペリジン等の含窒素不飽和複素環構造を有するジアミン;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)アミン等のN-Boc基(Bocはtert-ブトキシカルボニル基を表す)を有するジアミン等が挙げられる。
 上記のジアミンは、1種類又は2種類以上を混合して使用することもできる。
 上記のジアミン成分と反応させるテトラカルボン酸二無水物は特に限定されない。具体的には、ピロメリット酸、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸、1,2,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7-アントラセンテトラカルボン酸、1,2,5,6-アントラセンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エーテル、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)スルホン、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)メタン、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ジメチルシラン、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ジフェニルシラン、2,3,4,5-ピリジンテトラカルボン酸、2,6-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ピリジン、3,3’,4,4’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸、1,3-ジフェニル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸、オキシジフタルテトラカルボン酸、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸、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、1,2-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸、1,3-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4-シクロヘプタンテトラカルボン酸、2,3,4,5-テトラヒドロフランテトラカルボン酸、3,4-ジカルボキシ-1-シクロへキシルコハク酸、2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸、3,4-ジカルボキシ-1,2,3,4-テトラヒドロ-1-ナフタレンコハク酸、ビシクロ[3.3.0]オクタン-2,4,6,8-テトラカルボン酸、ビシクロ[4.3.0]ノナン-2,4,7,9-テトラカルボン酸、ビシクロ[4.4.0]デカン-2,4,7,9-テトラカルボン酸、ビシクロ[4.4.0]デカン-2,4,8,10-テトラカルボン酸、トリシクロ[6.3.0.0<2,6>]ウンデカン-3,5,9,11-テトラカルボン酸、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸、4-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-1,2-ジカルボン酸、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、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフリル)-3-メチル-3-シクロへキサン-1,2-ジカルボン酸、テトラシクロ[6.2.1.1.0<2,7>]ドデカ-4,5,9,10-テトラカルボン酸、3,5,6-トリカルボキシノルボルナン-2,3,5,6-テトラカルボン酸、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸等のテトラカルボン酸の二無水物が挙げられる。
 勿論、テトラカルボン酸二無水物も、1種類又は2種類以上併用してもよい。
 重合体がポリアミック酸エステルである場合の合成で、上記のジアミン成分と反応させるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの構造は特に限定されないが、その具体例を以下に挙げる。
 脂肪族テトラカルボン酸ジエステルの具体的な例としては1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、1,2-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、1,3-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、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ジアルキルエステル、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、2,3,4,5-テトラヒドロフランテトラカルボン酸ジアルキルエステル、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、3,4-ジカルボキシ-1-シクロヘキシルコハク酸ジアルキルエステル、3,4-ジカルボキシ-1,2,3,4-テトラヒドロ-1-ナフタレンコハク酸ジアルキルエステル、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、ビシクロ[3.3.0]オクタン-2,4,6,8-テトラカルボン酸ジアルキルエステル、3,3’,4,4’-ジシクロヘキシルテトラカルボン酸ジアルキルエステル、2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸ジアルキルエステル、シス-3,7-ジブチルシクロオクタ-1,5-ジエン-1,2,5,6-テトラカルボン酸ジアルキルエステル、トリシクロ[4.2.1.0<2,5>]ノナン-3,4,7,8-テトラカルボン酸-3,4:7,8-ジアルキルエステル、ヘキサシクロ[6.6.0.1<2,7>.0<3,6>.1<9,14>.0<10,13>]ヘキサデカン-4,5,11,12-テトラカルボン酸-4,5:11,12-ジアルキルエステル、4-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンー1,2-ジカルボンジアルキルエステルなどが挙げられる。
 芳香族テトラカルボン酸ジアルキルエステルとしては、ピロメリット酸ジアルキルエステル、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸ジアルキルエステル、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸ジアルキルエステル、2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸ジアルキルエステル、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、2,3,3’,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エーテルジアルキルエステル、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)スルホンジアルキルエステル、1,2,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸ジアルキルエステル、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸ジアルキルエステルなどが挙げられる。
 B成分としての重合体がポリウレアである場合、ポリマー鎖末端基にイソシアナート基若しくはアミノ基が存在するため、全てのポリウレアがB成分に該当するが、あえて具体例を挙げればジアミンとジイソシアネートからなる重合体が挙げられる。
 ジアミンとしては、例えば、前述のポリアミック酸やポリイミドの合成に使用されるジアミン成分が挙げられる。
 ポリウレアの合成で、上記のジアミン成分と反応させるジイソシアネートに関しては、特に限定はせず、入手性等に応じて使用することができる。ジイソシアネートの具体的構造を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
 式中R、およびRは炭素数1~10の脂肪族炭化水素基を表す。
 式(K-1)~(K-5)に示す脂肪族ジイソシアネートは、反応性は劣るが溶媒溶解性を向上させるメリットがあり、式(K-6)~(K-13)に示すような芳香族ジイソシアネートは反応性に富み耐熱性を向上させる効果があるが、溶媒溶解性を低下させる欠点が挙げられる。汎用性や特性面においては式(K-1)、(K-7)、(K-8)、(K-9)、(K-10)が好ましく、電気特性の観点では式(K-12)、液晶配向性の観点では式(K-13)が好ましい。ジイソシアネートは2種以上を併用して使用することもでき、得たい特性に応じて種々適用するのが好ましい。
 また、一部のジイソシアネートを上記で説明したテトラカルボン酸二無水物に置き換えることもでき、ポリアミック酸とポリウレアの共重合体のような形で使用しても良く、化学イミド化によってポリイミドとポリウレアの共重合体のような形で使用しても良い。
 B成分としての重合体がポリアミドである場合、ポリマー鎖末端基にカルボキシ基若しくはアミノ基が存在するため、全てのポリアミドがB成分に該当するが、あえて具体例を挙げれば以下のとおりである。
 脂肪族ジカルボン酸としては、マロン酸、蓚酸、ジメチルマロン酸、コハク酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、ムコン酸、2-メチルアジピン酸、トリメチルアジピン酸、ピメリン酸、2,2-ジメチルグルタル酸、3,3-ジエチルコハク酸、アゼライイン酸、セバシン酸およびスベリン酸等のジカルボン酸を挙げることができる。
 脂環式系のジカルボン酸としては、1,1-シクロプロパンジカルボン酸、1,2-シクロプロパンジカルボン酸、1,1-シクロブタンジカルボン酸、1,2-シクロブタンジカルボン酸、1,3-シクロブタンジカルボン酸、3,4-ジフェニル-1,2-シクロブタンジカルボン酸、2,4-ジフェニル-1,3-シクロブタンジカルボン酸、1-シクロブテン-1,2-ジカルボン酸、1-シクロブテン-3,4-ジカルボン酸、1,1-シクロペンタンジカルボン酸、1,2-シクロペンタンジカルボン酸、1,3-シクロペンタンジカルボン酸、1,1-シクロヘキサンジカルボン酸、1,2-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,4-(2-ノルボルネン)ジカルボン酸、ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸、ビシクロ[2.2.2]オクタン-1,4-ジカルボン酸、ビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3-ジカルボン酸、2,5-ジオキソ-1,4-ビシクロ[2.2.2]オクタンジカルボン酸、1,3-アダマンタンジカルボン酸、4,8-ジオキソ-1,3-アダマンタンジカルボン酸、2,6-スピロ[3.3]ヘプタンジカルボン酸、1,3-アダマンタン二酢酸、カンファー酸等を挙げることができる。
 芳香族ジカルボン酸としては、o-フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、5-メチルイソフタル酸、5-tert-ブチルイソフタル酸、5-アミノイソフタル酸、5-ヒドロキシイソフタル酸、2,5-ジメチルテレフタル酸、テトラメチルテレフタル酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、2,5-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、2,7-ナフタレンジカルボン酸、1,4-アントラセンジカルボン酸、1,4-アントラキノンジカルボン酸、2,5-ビフェニルジカルボン酸、4,4’-ビフェニルジカルボン酸、1,5-ビフェニレンジカルボン酸、4,4”-ターフェニルジカルボン酸、4,4’-ジフェニルメタンジカルボン酸、4,4’-ジフェニルエタンジカルボン酸、4,4’-ジフェニルプロパンジカルボン酸、4,4’-ジフェニルヘキサフルオロプロパンジカルボン酸、4,4’-ジフェニルエーテルジカルボン酸、4,4’-ビベンジルジカルボン酸、4,4’-スチルベンジカルボン酸、4,4’-トランジカルボン酸、4,4’-カルボニル二安息香酸、4,4’-スルホニル二安息香酸、4,4’-ジチオ二安息香酸、p-フェニレン二酢酸、3,3’-p-フェニレンジプロピオン酸、4-カルボキシ桂皮酸、p-フェニレンジアクリル酸、3,3’-[4,4’-(メチレンジ-p-フェニレン)]ジプロピオン酸、4,4’-[4,4’-(オキシジ-p-フェニレン)]ジプロピオン酸、4,4’-[4,4’-(オキシジ-p-フェニレン)]二酪酸、(イソプロピリデンジ-p-フェニレンジオキシ)二酪酸、ビス(p-カルボキシフェニル)ジメチルシラン等のジカルボン酸を挙げることができる。
 複素環を含むジカルボン酸としては、1,5-(9-オキソフルオレン)ジカルボン酸、3,4-フランジカルボン酸、4,5-チアゾールジカルボン酸、2-フェニル-4,5-チアゾールジカルボン酸、1,2,5-チアジアゾール-3,4-ジカルボン酸、1,2,5-オキサジアゾール-3,4-ジカルボン酸、2,3-ピリジンジカルボン酸、2,4-ピリジンジカルボン酸、2,5-ピリジンジカルボン酸、2,6-ピリジンジカルボン酸、3,4-ピリジンジカルボン酸、3,5-ピリジンジカルボン酸等を挙げることができる。
 上記の各種ジカルボン酸は酸ジハライドあるいは無水物の構造のものであってもよい。これらのジカルボン酸類は、特に直線的な構造のポリアミドを与えることが可能なジカルボン酸類であることが液晶分子の配向性を保つ上から好ましい。これらの中でも、テレフタル酸、イソテレフタル酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、4,4’-ビフェニルジカルボン酸、4,4’-ジフェニルメタンジカルボン酸、4,4’-ジフェニルエタンジカルボン酸、4,4’-ジフェニルプロパンジカルボン酸、4,4’-ジフェニルヘキサフルオロプロパンジカルボン酸、2,2-ビス(フェニル)プロパンジカルボン酸、4、4-ターフェニルジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、2,5-ピリジンジカルボン酸またはこれらの酸ジハライド等が好ましく用いられる。これらの化合物には異性体が存在するものもあるが、それらを含む混合物であってもよい。また、2種以上の化合物を併用してもよい。なお、本発明に使用するジカルボン酸類は、上記の例示化合物に限定されるものではない。
 原料であるジアミン(「ジアミン成分」とも記載する)と原料であるテトラカルボン酸二無水物(「テトラカルボン酸二無水物成分」とも記載する)、テトラカルボン酸ジエステル、ジイソシアネート及びジカルボン酸から選ばれる成分との反応により、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリウレア、ポリアミドを得るにあたっては、公知の合成手法を用いることができる。一般的には、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分、テトラカルボン酸ジエステル、ジイソシアネート及びジカルボン酸から選ばれる一種以上の成分とを、有機溶媒中で反応させる方法である。
 B成分としての重合体がポリ(メタ)アクリレートである場合、アミノ基、保護アミノ基、ヒドロキシ基、保護ヒドロキシ基、チオール基、保護チオール基、カルボキシ基、保護カルボキシ基、イソシアネート基、保護イソシアネート基、マレイミド基、無水カルボン酸基、ビニル基、アリル基、スチリル基、(メタ)アクリル基、及び(メタ)アクリルアミド基、からなる群から選ばれる少なくとも一つを含むモノマーを重合して得られる重合体であることが好ましい。上記モノマーの具体例は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
(式(BM-1)~(BM-26)中、Aは、それぞれ独立して、単結合、-O-、-CH-、-C(=O)-O-、-OC(=O)-、-C(=O)NH-、-NHC(=O)-、-CH=CH-C(=O)O-、または-OC(=O)-CH=CH-を表し、R1、及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基を表し、Rは単結合又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表し、Xは酸素原子又は硫黄原子を表す。)
 BM-2、BM-4、BM-6、BM-8、BM-13~16に示すモノマーは、アミノ基、ヒドロキシ基、チオール基、カルボン酸基、またはイソシアネート基が保護されているが、加熱により脱離し、A成分と反応が進行するものであれば保護基は限定されない。
 モノマーは予めA成分と反応する基を備えていなくても、重合後に高分子反応にてA成分と反応する基を付与することも可能である。
 B成分は、以下に挙げる重合性基からなる重合体であっても良いが、ポリ(メタ)アクリレートは、前記式BM-1~BM-26のモノマーの少なくとも一種を含む重合体であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
(式中、R、及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基を表し、X、Y、及びZはそれぞれ独立して酸素原子又は硫黄原子を表す。*、*及び*は結合部位を表し、*及び*のどちらか一方は水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基で置き換えられていてもよい。nは1~5の整数を表す。)
 また、ポリ(メタ)アクリレートは、上記で説明した化合物以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の化合物を共重合させてもよい。
 そのような化合物としては、例えば工業的に入手できるラジカル重合反応可能なモノマーが挙げられる。
 例えば工業的に入手できるラジカル重合反応可能なモノマーの具体例としては、不飽和カルボン酸、アクリル酸エステル化合物、メタクリル酸エステル化合物、マレイミド化合物、アクリロニトリル、マレイン酸無水物、スチレン化合物及びビニル化合物等が挙げられる。
 不飽和カルボン酸の具体例としてはアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸などが挙げられる。
 アクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ベンジルアクリレート、ナフチルアクリレート、アントリルアクリレート、アントリルメチルアクリレート、フェニルアクリレート、2,2,2-トリフルオロエチルアクリレート、tert-ブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、2-メトキシエチルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、2-エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、3-メトキシブチルアクリレート、2-メチル-2-アダマンチルアクリレート、2-プロピル-2-アダマンチルアクリレート、8-メチル-8-トリシクロデシルアクリレート、及び、8-エチル-8-トリシクロデシルアクリレート等が挙げられる。グリシジルアクリレート、(3-メチル-3-オキセタニル)メチルアクリレート、および(3-エチル-3-オキセタニル)メチルアクリレートなどの環状エーテル基を有するアクリレート化合物も用いることができる。
 メタクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ナフチルメタクリレート、アントリルメタクリレート、アントリルメチルメタクリレート、フェニルメタクリレート、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレート、tert-ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、2-メトキシエチルメタクリレート、メトキシトリエチレングリコールメタクリレート、2-エトキシエチルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、3-メトキシブチルメタクリレート、2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート、2-プロピル-2-アダマンチルメタクリレート、8-メチル-8-トリシクロデシルメタクリレート、及び、8-エチル-8-トリシクロデシルメタクリレート等が挙げられる。グリシジルメタクリレート、(3-メチル-3-オキセタニル)メチルメタクリレート、および(3-エチル-3-オキセタニル)メチルメタクリレートなどの環状エーテル基を有するメタクリレート化合物も用いることができる。
 ビニル化合物としては、例えば、ビニルエーテル、メチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、フェニルビニルエーテル、及び、プロピルビニルエーテル等が挙げられる。
 スチレン化合物としては、例えば、スチレン、メチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン等が挙げられる。
 マレイミド化合物としては、例えば、マレイミド、N-メチルマレイミド、N-フェニルマレイミド、及びN-シクロヘキシルマレイミド等が挙げられる。
 上記の工業的に入手できるラジカル重合反応可能なモノマー以外にも、液晶性側鎖構造を有するモノマー(以下液晶性側鎖モノマーと呼ぶ)を用いた側鎖型高分子や、感光性基を有する感光性モノマー(以下光反応性側鎖モノマーと呼ぶ)なども使用することができる。
 液晶性側鎖モノマーとは、該モノマー由来の高分子が液晶性を発現し、該高分子が側鎖部位にメソゲン基を形成することができるモノマーのことである。
 液晶性側鎖モノマーのより具体的な例としては、炭化水素、(メタ)アクリレート、イタコネート、フマレート、マレエート、α-メチレン-γ-ブチロラクトン、スチレン、ビニル、マレイミド、ノルボルネン等のラジカル重合性基からなる群から選択される少なくとも1種から構成された重合性基と、液晶性側鎖の有するメソゲン基の少なくとも1種を有する側鎖を有する構造であることが好ましい。
 液晶性側鎖モノマーとしては、下式(LS-1)~(LS-13)より選ばれる液晶性側鎖が、ラジカル重合可能な重合性基に結合したモノマーが好ましい。ラジカル重合可能な重合性基としては、本発明におけるA成分の説明で例示した重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
(式(LS-1)~(LS-13)中、AおよびAは、それぞれ独立して、単結合、-O-、-CH-、-C(=O)-O-、-OC(=O)-、-C(=O)NH-、-NHC(=O)-、-CH=CH-C(=O)O-、または-OC(=O)-CH=CH-を表し、R11は、-NO、-CN、ハロゲン原子、フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基、フラニル基、1価窒素含有複素環基、炭素数5~8の1価脂環式炭化水素基、炭素数1~12のアルキル基、または炭素数1~12のアルコキシ基を表し、R12は、フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基、フラニル基、1価窒素含有複素環基、炭素数5~8の1価脂環式炭化水素基、およびこれらを組み合わせて得られる基からなる群から選ばれる基を表し、R11及びR12においてはこれらに結合する水素原子が、-NO、-CN、ハロゲン原子、炭素数1~5のアルキル基、または炭素数1~5のアルコキシ基で置換されてもよく、R13は、水素原子、-NO、-CN、-CH=C(CN)、-CH=CH-CN、ハロゲン原子、フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基、フラニル基、1価窒素含有複素環基、炭素数5~8の1価脂環式炭化水素基、炭素数1~12のアルキル基、または炭素数1~12のアルコキシ基を表し、Eは、-C(=O)O-、または-OC(=O)-を表し、dは、1~12の整数を表し、k1~k5は、それぞれ独立して、0~2の整数であるが、各式におけるk1~k5の合計は2以上であり、k6およびk7は、それぞれ独立して、0~2の整数であるが、各式においてk6およびk7の合計は1以上であり、m1、m2およびm3は、それぞれ独立して、1~3の整数であり、nは、0または1であり、ZおよびZは、それぞれ独立して、単結合、-C(=O)-、-CHO-、-CH=N-または-CF-を表す。破線は結合手を表す。)
 光反応性側鎖モノマーでは感光性を有する側鎖が主鎖に結合しており、光反応性側鎖モノマーは光に感応して架橋反応、異性化反応、または光フリース転位を起こすことができる側鎖を有するモノマーである。感光性を有する側鎖の構造は特に限定されないが、光に感応して架橋反応、または光フリース転位を起こす構造が望ましく、架橋反応を起こすものがより望ましい。この場合、熱などの外部ストレスに曝されたとしても、実現された配向制御能を長期間安定に保持することができる。液晶性を発現し得る感光性の側鎖型アクリル重合体の構造は、そうした特性を満足するものであれば特に限定されないが、側鎖構造に剛直なメソゲン成分を有することが好ましい。
 該感光性の側鎖型アクリル重合体の構造は、例えば、主鎖とそれに結合する側鎖を有し、その側鎖が、ビフェニリル基、ターフェニリル基、フェニルシクロヘキシル基、フェニルベンゾエート基、アゾベンゼン基などのメソゲン成分と、側鎖の先端部に結合された、光に感応して架橋反応や異性化反応をする感光性基とを有する構造や、主鎖とそれに結合する側鎖を有し、その側鎖がメソゲン成分ともなり、かつ光フリース転位反応をするフェニルベンゾエート基を有する構造とすることができる。
 所定の温度範囲で液晶性を発現し得る感光性の側鎖型アクリル重合体の構造のより具体的な例としては、炭化水素、(メタ)アクリレート、イタコネート、フマレート、マレエート、α-メチレン-γ-ブチロラクトン、スチレン、ビニル、マレイミド、ノルボルネン等のラジカル重合性基からなる群から選択される少なくとも1種から構成された主鎖と、下記式(31)~(35)の少なくとも1種からなる側鎖を有する構造であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
 式中、Ar及びArはそれぞれ独立して、ベンゼン環、ナフタレン環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、又はピリジン環から2個の水素原子を取り去った2価の有機基を表し、
 q1とq2は一方が1でもう一方が0であり、
 Y-YはCH=CH、CH=N、N=CHまたはC-C(ただし、炭素-炭素間の結合は3重結合)を表し、
 S及びSはそれぞれ独立に単結合、炭素数1~18の直鎖状又は分岐状のアルキレン基、炭素数5~8のシクロアルキレン基、フェニレン基またはビフェニリレン基を表すか、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレア結合、ウレタン結合、-NR-(Rは水素原子又は炭素数1~18のアルキル基を表す。)、及びカルボニル基又はそれらの組み合わせから選ばれる1種又は2種以上の結合を表すか、或いは該1種又は2種以上の結合を介して、炭素数1~18の直鎖状又は分岐状のアルキレン基、炭素数5~8のシクロアルキレン基、フェニレン基、ビフェニリレン基又はそれらの組み合わせから選ばれる2~10の部位が結合してなる構造であって、前記Ar及びArは前記結合を介してそれぞれ複数個が連結してなる構造であってもよく、
 Rは水素原子、ヒドロキシ基、メルカプト基、アミノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~8のアルキルアミノ基または炭素数2~16のジアルキルアミノ基を表し、
 Ar、Ar、S及びSにおけるベンゼン環および/またはナフタレン環はハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、カルボキシ基および炭素数2~11のアルコキシカルボニル基から選ばれる同一または相異なる1以上の置換基によって置換されていてもよい。その際、炭素数2~11のアルコキシカルボニル基における炭素数1~10のアルキル基は直鎖状でも分岐状でも環状でも、それらを組み合わせた構造でもよく、該炭素数1~10のアルキル基中の水素原子はハロゲン原子で置換されていてもよい。
 ポリ(メタ)アクリレートの製造方法は、特に限定されるものではなく、工業的に扱われている汎用な方法が利用できる。具体的には前記のモノマーを用いて、ラジカル重合、カチオン重合またはアニオン重合により製造することができる。これらの中では、反応制御のしやすさ等の観点からラジカル重合が特に好ましい。
 ラジカル重合の重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤(ラジカル熱重合開始剤、ラジカル光重合開始剤)や、可逆的付加-開裂型連鎖移動(RAFT)重合試薬等の公知の化合物を使用することができる。
 ラジカル熱重合開始剤は、分解温度以上に加熱することにより、ラジカルを発生させる化合物である。このようなラジカル熱重合開始剤としては、例えば、ケトンパーオキサイド類(メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド等)、ジアシルパーオキサイド類(アセチルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等)、ハイドロパーオキサイド類(過酸化水素、tert-ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等)、ジアルキルパーオキサイド類(ジ-tert-ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド等)、パーオキシケタール類(ジブチルパーオキシシクロヘキサン等)、アルキルパーエステル類(パーオキシネオデカン酸-tert-ブチルエステル、パーオキシピバリン酸-tert-ブチルエステル、パーオキシ2-エチルシクロヘキサン酸-tert-アミルエステル等)、過硫酸塩類(過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等)、アゾ系化合物(アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-ビス(2-ヒドロキシエチル)アゾビスイソブチロニトリル等)等が挙げられる。ラジカル熱重合開始剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 ラジカル光重合開始剤は、ラジカル重合を光照射によって開始する化合物であれば特に限定されない。このようなラジカル光重合開始剤としては、ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、キサントン、チオキサントン、イソプロピルキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2-エチルアントラキノン、アセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-4’-イソプロピルプロピオフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、イソプロピルベンゾインエーテル、イソブチルベンゾインエーテル、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、カンファーキノン、ベンズアントロン、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン-1、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、4,4’-ビス(tert-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,4,4’-トリス(tert-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、2-(4’-メトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(3’,4’-ジメトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(2’,4’-ジメトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(2’-メトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4’-ペンチルオキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、4-[p-N,N-ジ(エトキシカルボニルメチル)]-2,6-ジ(トリクロロメチル)-s-トリアジン、1,3-ビス(トリクロロメチル)-5-(2’-クロロフェニル)-s-トリアジン、1,3-ビス(トリクロロメチル)-5-(4’-メトキシフェニル)-s-トリアジン、2-(p-ジメチルアミノスチリル)ベンズオキサゾール、2-(p-ジメチルアミノスチリル)ベンズチアゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール、3,3’-カルボニルビス(7-ジエチルアミノクマリン)、2-(o-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラキス(4-エトキシカルボニルフェニル)-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2,4-ジクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’ビス(2,4-ジブロモフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2,4,6-トリクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、3-(2-メチル-2-ジメチルアミノプロピオニル)カルバゾール、3,6-ビス(2-メチル-2-モルホリノプロピオニル)-9-n-ドデシルカルバゾール、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ビス(5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス(2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)-フェニル)チタニウム、3,3’,4,4’-テトラキス(tert-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’-テトラキス(tert-ヘキシルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’-ビス(メトキシカルボニル)-4,4’-ジ(tert-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,4’-ジ(メトキシカルボニル)-4,3’-ジ(t-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、4,4’-ジ(メトキシカルボニル)-3,3’-ビス(tert-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、2-(3-メチル-3H-ベンゾチアゾール-2-イリデン)-1-ナフタレン-2-イル-エタノン、2-(3-メチル-1,3-ベンゾチアゾール-2(3H)-イリデン)-1-(2-ベンゾイル)エタノン等が挙げられる。ラジカル光重合開始剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
 ラジカル重合法としては、特に限定されるものではなく、乳化重合法、懸濁重合法、分散重合法、沈殿重合法、塊状重合法、溶液重合法等を用いることができる。
 重合反応に用いる有機溶媒としては、生成したポリマーが溶解するものであれば特に限定されない。その具体例としては、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N-メチル-ε-カプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルホスホルアミド、γ-ブチロラクトン、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、ジペンテン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール-tert-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3-メチル-3-メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、1,4-ジオキサン、n-へキサン、n-ペンタン、n-オクタン、ジエチルエーテル、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、ジグライム、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-エトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド等が挙げられる。これらの有機溶媒は、1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
 さらに、生成するポリマーを溶解させない溶媒であっても、生成したポリマーが析出しない範囲で、上述した有機溶媒に混合して使用してもよい。
 なお、ラジカル重合において有機溶媒中の酸素は重合反応を阻害する原因となるので、有機溶媒は可能な程度に脱気されたものを用いることが好ましい。
 なお、上記重合により得られる重合体が反応溶液中に溶解されている場合、該反応溶液をそのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、反応溶液中に含まれる重合体を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。
 ラジカル重合の際の重合温度は、30~150℃の任意の温度を選択することができるが、好ましくは50~100℃の範囲である。また、反応は任意の濃度で行うことができるが、濃度が低すぎると高分子量の重合体を得ることが難しくなり、濃度が高すぎると反応液の粘性が高くなり過ぎて均一な撹拌が困難となるので、モノマー濃度は、好ましくは1~50質量%、より好ましくは5~40質量%である。反応初期は高濃度で行い、その後、有機溶媒を追加することができる。
 上述したラジカル重合反応においては、ラジカル重合開始剤の比率がモノマーに対して多いと得られる高分子の分子量が小さくなり、少ないと得られる高分子の分子量が大きくなるので、ラジカル開始剤の比率は重合させるモノマーに対して0.1~10モル%が好ましい。また重合時には各種モノマー成分や溶媒、開始剤等を追加することもできる。
 上記反応により得られた反応溶液から生成したポリマーは、反応溶液を貧溶媒に投入して沈殿させて回収することができるが、この再沈殿処理は必須ではない。沈殿に用いる貧溶媒としては、メタノール、アセトン、ヘキサン、ヘプタン、ブチルセロソルブ、ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、トルエン、ベンゼン、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、水等が挙げられる。貧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、常圧あるいは減圧下で、常温あるいは加熱して乾燥させることができる。また、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。この際の貧溶媒として、例えば、アルコール類、ケトン類、炭化水素等が挙げられ、これらの中から選ばれる3種以上の貧溶媒を用いると、より一層精製の効率が上がるため好ましい。
 本発明で用いるB成分は、得られる塗膜の強度、塗膜形成時の作業性および塗膜の均一性を考慮すると、GPC(Gel Permeation Chromatography)法で測定した重量平均分子量は、2,000~5,000,000が好ましく、5,000~2,000,000がより好ましい。
 本発明のポリマーアロイは、加熱によりB成分と反応する基を有し、かつ液晶に相溶するモノマーを1種以上を重合して得られる重合体からなるA成分と、加熱によりA成分と反応することでA成分の液晶への溶出を抑制するB成分とを含むことを特徴としている。これにより、高いシール密着性や溶剤選択性、塗布性が得られる。
 A成分における加熱によってB成分と反応する基と、B成分における加熱によって前記A成分が有するn価の有機基Aと反応する部位とが反応する温度としては、特に制限されないが、例えば、150℃以上であってもよいし、200℃以上であってもよい。
 弱アンカリング液晶配向膜の塗布性、シール密着性や膜強度、良好な弱アンカリング特性をそれぞれ両立するには、A成分とB成分とを併用することが必須の要素であり、A成分とB成分の混合比率が好適な要素となる。例えば弱アンカリング特性にはA成分が重要な役割を担っており、それらの導入割合が多くなると膜の強度が損なわれたり熱硬化等が阻害されたりするため、適切な導入量を考える必要がある。一方でB成分の導入量や分子量は弱アンカリング特性に影響しない(小さい)ため、前述の特性をそれぞれ両立するには、B成分の重合体に対するA成分の重合体の質量比は小さくすることが好ましい。好ましい導入比率(A成分/B成分)としては、0.1/99.9~50/50(質量比)であり、より好ましくは1.0/99.0~30/70(質量比)である。
(弱アンカリング液晶配向剤)
 本発明にポリマーアロイを含有する液晶配向剤においては、配向膜を構成する成分はA成分とB成分以外の複合成分は単量体でも良く、重合体であっても良い。複合成分として重合体を選択する場合、複数の重合体を混合して使用することができる。また、複合する重合体としてポリアミック酸やポリイミド、ポリアミック酸エステル、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレア、ポリアクリレート、ポリオルガノシロキサンなどのポリマー成分を含有しても良いし、シランカップリング剤やその他添加剤等を含有していても良い。電気特性や信頼性改善の観点で上記ポリマーアロイとは異なる成分との併用が好ましく、特にポリアミック酸やポリイミド等の併用が好ましい。ポリマーアロイと複合する重合体の複合比率は特に限定しないが、光学特性や工程性の観点で好ましい複合比率(ポリマーアロイと複合成分の合計に対して占める複合成分の割合)は99質量%以下であり、より好ましくは70質量%以下である。添加剤に関しても添加量は特に限定しない。複合成分として単量体を選択する場合についても、複数の単量体を混合して使用することができる。また、複合する単量体として多官能(メタ)アクリレート、多官能エポキシド、多官能エチレンなど熱的に硬化性を示すものが好ましく、同時に熱酸発生剤や熱塩基発生剤、熱ラジカル発生剤等を併用しても良い。ポリマーアロイと複合する単量体の複合比率は特に限定しないが、光学特性や工程性の観点で好ましい複合比率は99質量%以下であり、より好ましくは70質量%以下である。
 液晶配向剤に使用される有機溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、N-メチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、2-ピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、N-メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルホスホルアミド、γ-ブチロラクトン、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、ジペンテン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、メチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール-tert-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピ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、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3-メチル-3-メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、n-へキサン、n-ペンタン、n-オクタン、ジエチルエーテル、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸メチルエチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、ジグライム、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、2-エチル-1-ヘキサノール等が挙げられる。これらの有機溶媒は単独で使用しても、混合して使用してもよい。
 また、塗膜の均一性や平滑性を向上させる溶媒を、溶解性が高い有機溶媒に混合して使用すると好ましい。
 塗膜の均一性や平滑性を向上させる溶媒としては、例えば、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール-tert-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3-メチル-3-メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、n-へキサン、n-ペンタン、n-オクタン、ジエチルエーテル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n-プロピル、乳酸n-ブチル、乳酸イソアミル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸メチルエチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、1-ブトキシ-2-プロパノール、1-フェノキシ-2-プロパノール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル-2-アセテート、プロピレングリコール-1-モノエチルエーテル-2-アセテート、ジプロピレングリコール、2-(2-エトキシプロポキシ)プロパノール、2-エチル-1-ヘキサノールなどが挙げられる。これらの溶媒は複数種類を混合してもよい。これらの溶媒を用いる場合は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の5~80質量%であることが好ましく、より好ましくは20~60質量%である。
 本発明の弱アンカリング液晶配向剤には上記以外の成分を含有させてもよい。その例としては、弱アンカリング液晶配向剤に含有する組成物を塗布した際の膜厚均一性や表面平滑性を向上させる化合物、弱アンカリング液晶配向剤に含有する組成物と基板との密着性を向上させる化合物、弱アンカリング液晶配向剤に含有する組成物の膜強度をさらに向上させる化合物などが挙げられる。
 膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる化合物としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、ノ二オン系界面活性剤などが挙げられる。より具体的には、例えば、エフトップEF301、EF303、EF352(三菱マテリアル電子化成社製)、メガファックF171、F173、R-30(DIC社製)、フロラードFC430、FC431(スリーエム社製)、アサヒガードAG710(AGC社製)、サーフロンS-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(AGCセイミケミカル社製)などが挙げられる。これらの界面活性剤を使用する場合、その使用割合は、弱アンカリング液晶配向剤に含有する組成物に含有される重合体の総量100質量部に対して、好ましくは0.01~2質量部、より好ましくは0.01~1質量部である。
 弱アンカリング液晶配向剤に含有する組成物と基板との密着性を向上させる化合物の具体例としては、官能性シラン含有化合物やエポキシ基含有化合物などが挙げられる。例えば、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、2-アミノプロピルトリメトキシシラン、2-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N-エトキシカルボニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-エトキシカルボニル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(3-トリエトキシシリル)プロピルトリエチレンテトラミン、N-(3-トリメトキシシリル)プロピルトリエチレンテトラミン、10-トリメトキシシリル-1,4,7-トリアザデカン、10-トリエトキシシリル-1,4,7-トリアザデカン、9-トリメトキシシリル-3,6-ジアザノニルアセテート、9-トリエトキシシリル-3,6-ジアザノニルアセテート、N-ベンジル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-ベンジル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、2,2-ジブロモネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,3,5,6-テトラグリシジル-2,4-ヘキサンジオール、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-m-キシリレンジアミン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3-(N-アリル-N-グリシジル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3-(N,N-ジグリシジル)アミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
 また、弱アンカリング液晶配向膜の膜強度をさらに上げるためには、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、テトラ(メトキシメチル)ビスフェノール等のフェノール化合物を添加してもよい。これらの化合物を使用する場合は、弱アンカリング液晶配向剤に含有される重合体の総量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。
 さらに、弱アンカリング液晶配向剤に含有する組成物には、上記の他、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、弱アンカリング液晶配向膜の誘電率や導電性などの電気特性を変化させる目的の誘電体や導電物質を添加してもよい。
(強アンカリング水平配向膜)
 弱アンカリング液晶配向膜が具備された基板の対向側の基板には強アンカリング水平配向膜を設ける必要がある。ここで述べる強アンカリング水平配向膜とは、液晶を水平方向に均一に並べることができ、並んだ液晶を維持する力、すなわち界面アンカリングエネルギーが十分強い液晶配向膜である。
 強アンカリング水平配向膜は上記で説明したポリアミック酸やポリイミド、ポリアミック酸エステル、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート等をラビング配向処理や光配向処理等により一軸方向に配向処理を行うことで得られる。
 強アンカリング水平配向膜は前記で述べたモノマーの組み合わせにより得ることができる。
(弱アンカリング液晶配向膜と強アンカリング水平配向膜)
 本発明の弱アンカリング液晶配向膜は、上記の弱アンカリング液晶配向剤を用いることで得られる。例えば、本発明に用いる弱アンカリング液晶配向剤を、基板に塗布した後、乾燥・焼成を行うことで得られる硬化膜を、そのまま弱アンカリング液晶配向膜として用いることもできる。また、この硬化膜をラビングや偏光又は特定の波長の光等を照射、イオンビーム等の処理にて配向処理を行うことができ、液晶充填後の液晶表示素子にUVを照射することも可能である。
 強アンカリング水平配向膜も同様に、強アンカリング液晶配向剤を、基板に塗布した後、乾燥・焼成を行うことで得られる硬化膜を配向処理することで得ることができる。
 本発明においては、第一基板が櫛歯電極を有する基板であり、第二基板が対向基板であってもよい。また、本発明においては、第二基板が櫛歯電極を有する基板であり、第一基板が対向基板であってもよい。
 各液晶配向膜を塗布する基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されないが、基板上に液晶を駆動するための透明電極が形成された基板が好ましい。
 具体例を挙げると、ガラス板、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリレート、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、ポリウレタン、ポリサルホン、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、トリメチルペンテン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、(メタ)アクリロニトリル、トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、アセテートブチレートセルロースなどのプラスチック板などに透明電極が形成された基板を挙げることができる。
 IPS方式の液晶表示素子に使用できる基板には、標準的なIPS櫛歯電極やPSA(Polymer-Stabilized Alignment)フィッシュボーン電極といった電極パターンやMVA(Multi-domain Vertical Alignment)のような突起パターンでも使用できる。
 また、TFT(Thin-Film-Transistor)型の素子のような高機能素子においては、液晶駆動のための電極と基板の間にトランジスタの如き素子が形成されたものが用いられる。
 透過型の液晶表示素子を意図している場合は、上記の如き基板を用いることが一般的であるが、反射型の液晶表示素子を意図している場合では、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基板も用いることが可能である。その際、基板に形成された電極には、光を反射するアルミニウムの如き材料を用いることもできる。
 弱アンカリング液晶配向剤の塗布方法としては、スピンコート法、印刷法、インクジェット法、スプレー法、ロールコート法などが挙げられるが、生産性の面から工業的には転写印刷法が広く用いられており、本発明でも好適に用いられる。
 液晶配向剤を塗布した後の乾燥の工程は、必ずしも必要とされないが、塗布後から焼成までの時間が基板ごとに一定していない場合、又は塗布後ただちに焼成されない場合には、乾燥工程を含める方が好ましい。この乾燥は、基板の搬送等により塗膜形状が変形しない程度に溶媒が除去されていればよく、その乾燥手段については特に限定されない。乾燥工程の好ましい条件は、温度40~150℃、より好ましくは60~100℃のホットプレート上で、0.5~30分、より好ましくは1~5分乾燥させる方法が挙げられる。焼成工程は、A成分とB成分とが反応する温度以上、ポリマーの熱分解温度以下で焼成するのが良い。焼成工程の好ましい条件は、温度80~250℃、より好ましくは100~230℃のホットプレート又は熱循環オーブンで、1~120分、より好ましくは5~30分焼成する方法が挙げられる。
 この硬化膜の厚みは必要に応じて選択することができるが、好ましくは5nm以上、より好ましくは10nm以上の場合、液晶表示素子の信頼性が向上するので好適である。また、硬化膜の厚みが好ましくは300nm以下、より好ましくは150nm以下の場合は、液晶表示素子の消費電力が極端に大きくならないので好適である。
 以上のようにして弱アンカリング液晶配向膜を有する第一基板又は第二基板、および強アンカリング水平配向膜を有する第二基板または第一基板を得ることができる。一軸配向処理を行う方法としては、光配向法、斜方蒸着法、ラビング配向法、磁場による一軸配向処理等が挙げられる。
 一方向にラビング処理することによる配向処理を行う場合には、例えば、ラビング布が巻きつけられたラビングローラーを回転させながら、ラビング布と膜とが接触するように基板を移動させる。光配向法を用いる場合には、特定波長の偏光UVを膜全面に照射し、必要に応じて加熱することにより配向処理ができる。
 櫛歯電極が形成されている基板の場合、液晶の電気的物性によって方向が選択されるが、正の誘電異方性を有する液晶を用いる場合において、ラビング方向は櫛歯電極の延びている方向とほぼ同一の方向とすることが好ましい。
[液晶セル]
 本発明の液晶セルは、上記の方法により、本発明の液晶配向剤を用いて得られた弱アンカリング液晶配向膜を有する基板(例えば第一基板)と、公知の強アンカリング液晶配向膜を有する基板(例えば第二基板)とを、弱アンカリング液晶配向膜と強アンカリング液晶配向膜とが向かい合うように配置し、スペーサーを挟んで、シール剤で固定し、液晶を注入して封止することにより得られる。その際、用いるスペーサーの大きさは通常1~30μmであるが、好ましくは2~10μmである。また、第一基板のラビング方向と、第二基板のラビング方向とを平行にすることにより、IPS方式やFFS方式に使用することができ、ラビング方向が直交するように配置すれば、TN方式に使用することができる。
 なお、IPS方式において使用される櫛歯電極基板であるIPS基板は、基材と、基材上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極と、基材上に線状電極を覆うように形成された液晶配向膜とを有する。
 なお、FFS方式において使用される櫛歯電極基板であるFFS基板は、基材と、基材上に形成された面電極と、面電極上に形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極と、絶縁膜上に線状電極を覆うように形成された液晶配向膜とを有する。
(液晶表示素子)
 液晶表示素子は、例えば、第一基板、第一基板に対向して配置された第二基板、および第一基板と第二基板との間に充填された液晶を有する。そして、液晶表示素子は本発明の弱アンカリング液晶配向剤を塗布成膜し弱アンカリング液晶配向膜を具備した第一基板又は第二基板と、強アンカリング水平配向膜を具備した第二基板又は第一基板を使用して作製される。
 液晶表示素子は、例えば、液晶セルに必要に応じて反射電極、透明電極、λ/4板、偏光膜、カラーフィルター層等を常法に従って設けることにより反射型液晶表示素子とすることができる。また、液晶セルに必要に応じてバックライト、偏光板、λ/4板、透明電極、偏光膜、カラーフィルター層等を常法に従って設けることにより透過型液晶表示素子とすることができる。
 図1は、本発明の横電界液晶表示素子の一例を示す概略断面図であり、IPS方式液晶表示素子の例である。
 図1に例示する横電界液晶表示素子1においては、液晶配向膜2cを具備する櫛歯電極基板2と液晶配向膜4aを具備する対向基板4との間に、液晶3が挟持されている。櫛歯電極基板2は、基材2aと、基材2a上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極2bと、基材2a上に線状電極2bを覆うように形成された液晶配向膜2cとを有している。対向基板4は、基材4bと、基材4b上に形成された弱アンカリング液晶配向膜または強アンカリング水平配向膜(液晶配向膜4a)とを有している。液晶配向膜2cは、例えば、本発明の弱アンカリング液晶配向膜または強アンカリング水平配向膜である。対向する基板に具備した液晶配向膜は互いが強アンカリング水平配向膜と弱アンカリング液晶配向膜の組み合わせで作製される。この横電界液晶表示素子1においては、線状電極2bに電圧が印加されると、電気力線Lで示すように線状電極2b間で電界が発生する。
 図2は、本発明の横電界液晶表示素子の他の例を示す概略断面図であり、FFS方式液晶表示素子の例である。
 図2に例示する横電界液晶表示素子1においては、液晶配向膜2hを具備する櫛歯電極基板2と液晶配向膜4aを具備する対向基板4との間に、液晶3が挟持されている。櫛歯電極基板2は、基材2dと、基材2d上に形成された面電極2eと、面電極2e上に形成された絶縁膜2fと、絶縁膜2f上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極2gと、絶縁膜2f上に線状電極2gを覆うように形成された液晶配向膜2hとを有している。対向基板4は、基材4bと、基材4b上に形成された液晶配向膜4aとを有している。液晶配向膜4aは前記で説明した図1における液晶配向膜4aと同様である。液晶配向膜2hは前記で説明した図1における液晶配向膜2cと同様である。
 この横電界液晶表示素子1においては、面電極2eおよび線状電極2gに電圧が印加されると、電気力線Lで示すように面電極2eおよび線状電極2g間で電界が発生する。
 以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定して解釈されるものではない。化合物の略号、及び各特性の測定方法は以下の通りである。
(ラジカル重合性モノマー)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
 Meは、メチル基を表す。A-1~A-13のうち、A-7~A-12が重合することで液晶に不溶化する化合物種である。
(RAFT剤)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
(脱RAFT剤)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000050
(連載移動剤)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000051
(熱重合開始剤)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
(ジアミン)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000053
(テトラカルボン酸二無水物)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000054
(添加剤)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000055
(溶媒)
 THF:テトラヒドロフラン
 NMP:N-メチル-2-ピロリドン
 BCS:エチレングリコールモノブチルエーテル
 BCA:エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート
 PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
(粘度測定)
 ポリアミック酸溶液などの粘度は、E型粘度計TVE-22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL(ミリリットル)、コーンロータTE-1(1°34’、R24)、温度25℃において測定した。
(分子量の測定)
 ポリイミド前駆体及びポリイミド以外の合成したポリマーの分子量は、常温ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)装置(CBM-20A)(島津製作所製)、カラム(Shodex(登録商標)KF-804L及びKF-803Lの直列)(昭和電工社製)用いて、以下のようにして測定した。
 カラム温度:40℃
 溶離液:テトラヒドロフラン
 流速:1.0mL/分
 検量線作成用標準サンプル:標準ポリスチレン(分子量;197,000、55,100、12,800、3,950、1,260)(東ソー社製)
 ポリイミド前駆体及びポリイミドの分子量は、常温ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)装置(GPC-101)(昭和電工社製)、カラム(GPC KD-803,GPC KD-805の直列)(昭和電工社製)を用いて、以下のようにして測定した。
 カラム温度:50℃
 溶離液:N,N-ジメチルホルムアミド(添加剤として、臭化リチウム一水和物(LiBr・HO)が30mmol/L(リットル)、リン酸・無水結晶(o-リン酸)が30mmol/L、テトラヒドロフラン(THF)が10mL/L)
 流速:1.0mL/分
 検量線作成用標準サンプル:TSK 標準ポリエチレンオキサイド(分子量;約900,000、150,000、100,000及び30,000)(東ソー社製)及びポリエチレングリコール(分子量;約12,000、4,000及び1,000)(ポリマーラボラトリー社製)。
(イミド化率の測定)
 ポリイミド粉末20mgをNMRサンプル管(草野科学社製 NMRサンプリングチューブスタンダード Φ5)に入れ、重水素化ジメチルスルホキシド(DMSO-d、0.05質量%テトラメチルシラン(TMS)混合品)1.0mLを添加し、超音波をかけて完全に溶解させた。この溶液をフーリエ変換型超伝導核磁気共鳴装置(FT-NMR)「AVANCE III」(BRUKER製)にて500MHzのプロトンNMRを測定した。
 イミド化率は、イミド化前後で変化しない構造に由来するプロトンを基準プロトンとして決め、このプロトンのピーク積算値と、9.5~10.0ppm付近に現れるアミック酸のNH基に由来するプロトンピーク積算値とを用い以下の式によって求めた。なお、式中、Xはアミック酸のNH基由来のプロトンピーク積算値であり、Yは基準プロトンのピーク積算値であり、Αはポリアミック酸(イミド化率が0%)の場合におけるアミック酸のNH基のプロトン1個に対する基準プロトンの個数割合である。
   イミド化率(%)=(1-Α・X/Y)×100
<単独重合体の合成>
(合成例1-1)
 撹拌子及び窒素導入管を備え付けた100mlナスフラスコに、A-1(10.00g,70.32mmol)、R-3(348.1mg,0.8623mmol)、及びAIBN(70.80mg,0.4312mmol)を量り取り、THF(10.42g)を加え、室温で撹拌し溶解させた後、系内を窒素置換し、60℃設定のオイルバスで24時間加熱撹拌した。加熱撹拌後、メタノール(63g)を撹拌しながら反応溶液を静かに注ぎ固体を析出させ、30分間撹拌した。この沈殿物を濾過により分取し、再びメタノール(63g)で30分間スラリー洗浄を計2回行い、固体を50℃で真空乾燥させることにより、単独重合体p(A-1)を得た。数平均分子量(Mn):10,800、重量平均分子量(Mw):12,200であった。
(合成例1-2~1-14)
 使用する原料(モノマー)の種類、仕込み量及び重合濃度を下記表1に示したものに置き換えた以外は合成例1-1と同様に実施することで、下記表1に示す単独重合体p(A-2)~p(A-14)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000056
<末端基変換を用いた単独重合体の合成>
(合成例1-15)
 撹拌子及び窒素導入管を備え付けた100mlナスフラスコに、合成例1-1で得られたp(A-1)(5.200g,0.4814mmol)を量り取り、THF(5.200g)を加え、室温で撹拌し溶解させた。系内を窒素置換し、AM-1(144.7mg,2.407mmol)を加え、室温で6時間攪拌した。反応溶液が透明になったことを確認し、メタノール(31g)を撹拌しながら反応溶液を静かに注ぎ固体を析出させ、30分間撹拌した。この沈殿物を濾過により分取し、再びメタノール(31g)で30分間スラリー洗浄を計2回行い、固体を50℃で真空乾燥させることにより、単独重合体p(A-15)を得た。数平均分子量(Mn):10,400、重量平均分子量(Mw):11,400であった。
<共重合体の合成>
(合成例2-1)
 撹拌子及び窒素導入管を備え付けた100mlナスフラスコに、A-1(5.000g,35.16mmol)、A-4(8.662g,35.16mmol)、R-3(475.6mg,1.178mmol)、及びAIBN(96.72mg,0.5890mmol)を量り取り、THF(14.23g)を加え、室温で撹拌し溶解させた後、系内を窒素置換し、60℃設定のオイルバスで24時間加熱撹拌した。加熱撹拌後、メタノール(86g)を撹拌しながら反応溶液を静かに注ぎ固体を析出させ、30分間撹拌した。この沈殿物を濾過により分取し、再びメタノール(86g)で30分間スラリー洗浄を計2回行い、固体を50℃で真空乾燥させることにより、共重合体p(A-1/A-4)を得た。数平均分子量(Mn):10,100、重量平均分子量(Mw):12,200であった。
(合成例2-2~2-3)
 使用する原料(モノマー)の種類、仕込み量及び重合濃度を下記表2に示したものに置き換えた以外は合成例2-1と同様に実施することで、下記表2に示す共重合体p(A-7/A-8)、p(A-7/A-9)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000057
<RAFT重合を用いたブロック共重合体の合成>
(合成例3-1)
 撹拌子及び窒素導入管を備え付けた100mlナスフラスコに、A-1(5.000g,35.16mmol)、R-3(360.6mg,0.8934mmol)、及びAIBN(73.36mg,0.4467mmol)を量り取り、THF(5.423g)を加え、室温で撹拌し溶解させた後、系内を窒素置換し、60℃設定のオイルバスで24時間加熱撹拌した。加熱撹拌後、メタノール(33g)を撹拌しながら反応溶液を静かに注ぎ固体を析出させ、30分間撹拌した。この沈殿物を濾過により分取し、再びメタノール(33g)で30分間スラリー洗浄を計2回行い、固体を50℃で真空乾燥させることにより、プレポリマー(mcta-1)を得た。数平均分子量(Mn):5,800、重量平均分子量(Mw):6,600であった。
 撹拌子及び窒素導入管を備え付けた100mlナスフラスコに、A-3(4.909g,26.78mmol)、mcta-1(5.423g,0.9350mmol)、及びAIBN(76.76mg,0.4675mmol)を量り取り、THF(4.909g)を加え、室温で撹拌し溶解させた後、系内を窒素置換し、60℃設定のオイルバスで24時間加熱撹拌した。加熱撹拌後、メタノール(46g)を撹拌しながら反応溶液を静かに注ぎ固体を析出させ、30分間撹拌した。この沈殿物を濾過により分取し、再びメタノール)(46g)で30分間スラリー洗浄を計2回行い、固体を50℃で真空乾燥させることにより、ブロック共重合体p(A-1/A-3)を得た。数平均分子量(Mn):10,200、重量平均分子量(Mw):12,800であった。
(合成例3-2)
 使用する原料(モノマー)の種類、仕込み量及び重合濃度を下記表3に示したものに置き換えた以外は合成例3-1と同様に実施することで、下記表3に示すブロック共重合体p(A-1/A-8)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000058
<ボトルブラシポリマーの合成>
(合成例4-1)
 撹拌子及び窒素導入管を備え付けた100mlのナスフラスコに、2-((2-bromo-2-methylpropanoyl)oxy)ethyl methacrylate(5.00g、17.91mmol)、A-11(0.078g、0.60mmol)、R-3(0.72g,1.80mmol)及びAIBN(0.09g、0.54mmol)を量り取り、THF(10.2g)を加え、室温で撹拌し溶解させた後、系内を窒素置換し、60℃設定のオイルバスで12時間加熱撹拌した。加熱撹拌後、メタノール(50.0g)を撹拌しながら反応溶液を静かに注ぎ固体を析出させ、30分間撹拌した。この沈殿物を濾過により分取し、再びメタノール(50.0g)で30分間スラリー洗浄を計2回行い、固体を50℃で真空乾燥させることにより、マクロモノマー(MA-2)を得た。Mn:45,300、Mw:68,000であった。
 撹拌子及び窒素導入管を備え付けた50mlのナスフラスコに、前記の方法で合成したマクロモノマー(MA-2:2.00g、0.03mmol)、A-12(0.43g、1.76mmol)、A-13(3.00g、17.62mmol)、ethyl 2-bromoisobutyrate(0.012g、0.06mmol)、CuBr(0.03g、0.19mmol)、N,N,N’,N’’,N’’-Pentamethyldiethylenetriamine(0.043g、0.25mmol)、及びAnisole(7.5g)を加え、室温で撹拌し溶解させた後、凍結脱気を3回行い、90℃設定のオイルバスで6時間加熱撹拌した。加熱撹拌後、メタノール(50.0g)を撹拌しながら反応溶液を静かに注ぎ固体を析出させ、30分間撹拌した。この沈殿物を濾過により分取し、再びメタノール(50.0g)で30分間スラリー洗浄を計2回行い、固体を50℃で真空乾燥させることにより、ボトルブラシポリマー(BBP-1)を得た。Mn:203,000、Mw:384,000であった。
<ポリアミック酸・ポリイミドの合成>
(合成例5-1)
 メカニカルスターラー及び窒素導入管を備え付けた100mLの四つ口フラスコに、DA-1(0.584g,5.400mmol)、DA-2(1.978g,8.100mmol)、DA-3(2.595g,8.100mmol)及びDA-4(1.844g,5.400mmol)を量り取り、NMP(93.73g)を加え、窒素雰囲気下で撹拌し溶解させた後、氷浴にて10℃以下を保ちながらTC-1(5.629g,25.11mmol)を加え、窒素雰囲気下室温で18時間反応させることにより、粘度が約200mPa・s、固形分濃度が12質量%のポリアミック酸(PAA-1)の溶液を得た。このポリアミック酸の分子量は、Mn:12,600、Mw:35,200であった。
(合成例5-2)
 撹拌子と窒素導入管を備え付けた300mLのナスフラスコに、上記で得られたポリアミック酸(PAA-1)の溶液(40.0g)を量り取り、NMP(74.3g)を加え室温でしばらく撹拌した後、無水酢酸(5.61g:55.0mmol)及びピリジン(2.90g、36.7mmol)を加え、窒素雰囲気下室温で30分撹拌した後、窒素雰囲気下50℃で3時間反応させた。反応終了後、10℃以下に冷やしたメタノール(500mL)中に撹拌しながら反応溶液をゆっくり注ぎ固体を析出させ、10分間撹拌した。この沈殿物を濾過により分取し、再びメタノール(200mL)で30分間スラリー洗浄を計2回行い、固体を80℃で真空乾燥させることにより目的とするポリイミド粉末(SPI-1)(7.04g、収率88%)を得た。このポリイミドのイミド化率は66%、分子量はMn:12,200、Mw:36,600であった。
(合成例5-3)
 メカニカルスターラー及び窒素導入管を備え付けた100mLの四つ口フラスコに、DA-5(4.834g,16.20mmol)及びDA-6(1.622g,10.80mmol)を量り取り、NMP(89.07g)を加え、窒素雰囲気下で撹拌し溶解させた後、氷浴にて10℃以下を保ちながらTC-2(5.689g:25.38mmol)を加え、室温で18時間反応させることにより、粘度が約600mPa・s、固形分濃度が12質量%のポリアミック酸(PAA-2)の溶液を得た。このポリアミック酸の分子量は、Mn:17,200、Mw:48,200であった。
(合成例5-4)
 メカニカルスターラー及び窒素導入管を備え付けた100mLの四つ口フラスコに、DA-7(4.304g,21.60mmol)及びDA-8(1.071g,5.400mmol)を量り取り、NMP(81.13g)を加え、窒素雰囲気下で撹拌し溶解させた後、氷浴にて10℃以下を保ちながらTC-2(5.689g,25.38mmol)を加え、室温で18時間反応させることにより、粘度が約720mPa・s、固形分濃度が12質量%のポリアミック酸(PAA-3)の溶液を得た。このポリアミック酸の分子量は、Mn:14,000、Mw:38,600であった。
 上記で合成したポリアミック酸及びポリイミドの内容を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000059
<弱アンカリング液晶配向剤の調製>
(調製例1)
 撹拌子を備えた30mLのバイアル瓶に、合成例1-1で得られたp(A-1)を0.03g、合成例4-1で得られたPAA-1の溶液を4.75g量り取り、NMPを1.22g、BCAを4.0g加え、室温で1時間撹拌することで、p(A-1):PAA-1:NMP:BCA=0.3:5.7:54:40(質量比)となる弱アンカリング液晶配向剤(WAS-1)を得た。
(調製例2~30)
 使用する重合体の種類及び配合量を下記表5に示したものに置き換えたこと以外は調製例1と同様に実施することで、下記表5に示す弱アンカリング液晶配向剤(WAS-2)~(WAS-30)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000060
(液晶表示素子の作成)
 以下に、液晶配向性および電気光学応答を評価するための液晶セルの作製方法を示す。初めに電極付きの基板を準備した。基板は、30mm×35mmの大きさで、厚さが0.7mmの無アルカリガラス基板を用いた。基板上には電極幅が3μm、電極と電極の間隔が6μm、基板の長辺に対して10°の角度となるような櫛歯型パターンを備えたITO(INDIUM-TIN-OXIDE)電極が形成され、画素を形成していた。各画素のサイズは、縦10mmで横約5mmであった。以後IPS基板と呼ぶ。
 次に、上記の方法で得られた弱アンカリング液晶配向剤(WAS-1~WAS-28)、水平配向用の液晶配向剤(SE-6414、NRB-U973(日産化学社製))をそれぞれ孔径1.0mmのフィルターで濾過した後、準備された上記IPS基板と、対向基板として、裏面にITO膜が成膜されており、かつ高さ3.0μmの柱状のスペーサーを有するガラス基板(以後対向基板と呼ぶ)とにスピンコート法にて塗布・成膜を行った。次いで、80℃のホットプレート上で2分乾燥後、230℃で30分焼成し、膜厚100nmの塗膜を得た。IPS基板上の塗膜においては、櫛歯の方向に添う方向で配向処理を行い、対向基板上の塗膜においては櫛歯電極と直交する方向に配向処理を行った。尚、配向処理においては、SE-6414においてはラビング法を用い、NRB-U973においては光配向法を用い、WAS-1~WAS-30においては配向処理を行わず、焼成後の基板をそのまま用いた。ラビング法では、飯沼ゲージ社製ラビング装置、吉川化工社製ラビング布(YA-20R)、ラビングローラー(径10.0cm)、ステージ送り速度30mm/s、ローラー回転数700rpm、押し込み圧0.3mmにて行った。光配向法では、ウシオ電機社製のUV露光装置を用い、消光比が約26:1の直線偏光UVを、254nmの波長を基準として照射量300mJ/cmになるように偏光UVを照射した後、230℃にて30分加熱することで行い配向処理を行った。
 その後、上記2種類の基板を用いて、以下表6及び表7に示す組み合わせにて、それぞれの配向方向が平行になるように組み合わせ、液晶注入口を残して周囲をシールし(シール剤:XN-1500T(三井化学社製))、150℃で60分間の加熱処理を行い、シール剤を硬化させてセルギャップが約3.0μmの空セルを作製した。この空セルに、液晶(MLC-3019(Merck社製))を常温で真空注入した後、注入口を封止して、アンチパラレル配向の液晶セルとした。
 得られた液晶セルは、IPS方式液晶表示素子を構成する。その後、得られた液晶セルを120℃で10分加熱処理することで液晶表示素子を得た。
(初期配向性の評価)
 偏光顕微鏡を用い、偏光板をクロスニコルに設定し、液晶セルの輝度が最も小さくなる状態で固定し、そこから1°液晶セルを回転させ、液晶の配向状態の観察を行った。ムラやドメイン等の配向不良が観察されない場合あるいは非常に軽微な場合は「良好」とし、明確に観察された場合は「不良」と定義して評価を行った。
(V-Tカーブの測定と駆動閾値電圧、最大輝度電圧、透過率評価)
 光軸が合うように白色LEDバックライトと輝度計をセットし、その間に、輝度が最も小さくなるように偏光板を取り付けた液晶セル(液晶表示素子)をセットし、1V間隔で8Vまで電圧を印加し、電圧における輝度を測定することでV-Tカーブの測定を行った。電圧無印加の状態から電圧を印加し、最大透過輝度の10%の時の電圧値(Vth)の値を見積もった。得られたV-Tカーブから輝度が最大になる電圧(Vmax)の値を見積もった。また、電圧無印加の液晶セルを介して、パラレルニコル時の透過輝度を100%とし、V-Tカーブでの最大透過輝度を比較することにより最大透過率(Tmax)として見積もった。
(応答時間(Ton、Toff)の測定)
 上記V-Tカーブの測定で使用した装置を用い、輝度計をオシロスコープに接続し、最大輝度になる電圧を印加した際の応答速度(Ton)及び電圧を0Vに戻した際の応答速度(Toff)を測定した。
(方位角アンカリング強度(A)の測定)
 強アンカリング水平配向膜SE-6414及びNRB-U973の方位角アンカリング強度ASAは、トルクバランス法により別途測定した値を用いた。弱アンカリング液晶配向膜の方位角アンカリング強度A2,WAは上記で作成した液晶セルのV-Tカーブ測定から得られた駆動閾値電圧(Vth)を用いて下記式(eq2)および(eq3)から算出した。なお、方位角アンカリング強度が10-5[J/m]よりも小さい場合を弱アンカリング液晶配向膜とし、10-4[J/m]よりも大きい場合を強アンカリング水平配向膜とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000061
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000062
 ここで、Vth,SAは強アンカリング液晶セルの駆動閾値電圧、Vth,WAは弱アンカリング液晶セルの駆動閾値電圧を表し、lは櫛歯電極間距離、dはセルギャップ、Kは液晶のツイスト弾性定数、εは真空における液晶の誘電率、Δεは液晶の誘電率異方性である。
 上記式eq3は本来両基板に弱アンカリング液晶配向膜を用いた際の算出式であるため、正確な弱アンカリング液晶配向膜の方位角アンカリング強度は算出できないが、弱アンカリング液晶配向膜の方位角アンカリング強度の近似値として使用している。
<光配向を用いたセル特性評価>
(弱アンカリングIPS特性の評価結果)
 実施例内容及び評価結果を表6に示す。表6には、IPS基板側の液晶配向膜の方位角アンカリング強度(A)の測定結果も示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000063
 実施例1~26より、いずれも透過率の向上、駆動電圧の低電圧化が見られた。また、方位角アンカリングエネルギーは2.7×10-6程度であった。これより、本発明のポリマーアロイを用いることで良好な弱アンカリング特性が得られることが分かる。また、特許文献5に記載の方法で作製した液晶セル(比較例4)及び、特許文献4に記載の方法で作製した液晶セル(比較例5)と同等以上の弱アンカリング特性が得られることが分かる。
 実施例1~13より、加熱によって反応するA成分とB成分からなるポリマーアロイを用いると良好な弱アンカリング特性が得られる一方で、B成分と反応する基を有さないA成分(比較例2)、A成分と反応する基を有さないB成分(比較例3)やA成分のみからなる配向剤(比較例1)、を用いると配向不良が生じる。これは、A成分が液晶中に溶出することによって生じる配向不良であり、加熱によってA成分とB成分が反応することによって安定的に弱アンカリング特性が得られることを示す。また、B成分と反応する基を有するA成分はトリチオカルボナートやジチオカルバメート類などを用いたRAFT重合や連鎖移動重合によって得ることが可能で、RAFT重合で得られた重合体の官能基変換によっても得ることが可能である。これより、B成分と反応する基を有するA成分は加熱によってB成分と反応する重合体であれば良く、重合制御剤種や重合法、高分子反応法などに限定されない。さらに、A成分は弱アンカリング特性の良し悪しに大きく影響する成分であり、好適なA成分として、ポリ(メタ)アクリル酸エステルやポリ(メタ)アクリルアミドエステルが挙げられるが、適切なモノマーからなる重合体であれば特に限定されない。なお、本出願人は、プレチルト角が発生せず安定的に弱アンカリング横電界液晶表示素子が作製できる液晶組成物に含有されるラジカル重合性モノマーであって、弱アンカリングの発生に寄与するラジカル重合性モノマーとして、式(2)で表される化合物、式(3)で表される化合物、式(5)で表される化合物、及び式(7)で表される化合物を見出し、出願している(特願2020-134149、特願2020-163212、特願2021-041196、WO2019/004433、WO2022/030602、WO2022/071286、WO2022/196565。ここに引用されたことによって、これらの出願及び公開公報の内容は、全てが明示されたと同程度に本明細書に組み込まれるものである。)。これらのモノマーを用いることで良好な弱アンカリング特性が実現しやすい。このことから、これらのモノマーの使用が適切であると言える。
 B成分はA成分が液晶中へ溶出することを抑制する安定化成分として機能する他、シールとの密着性、塗布性、粘度、体積抵抗値に大きく寄与し、求められる特性に合わせて選択するのが良い。好適なB成分として、A成分と反応する基を有するモノマーから得られるポリ(メタ)アクリレートやポリアミック酸、ポリイミド(実施例14~20)が挙げられるが、A成分と反応する基を有する重合体であれば重合体種や重合法に限定されない。また、B成分は一種類の重合体から構成される必要はなく、二種類以上の重合体を混合して得られるブレンドポリマーであっても良い。
 実施例1、21~25より、A成分とB成分の混合比率は特に限定されないが、過少で弱アンカリング特性が悪化し、過多で液晶への溶出リスクが増大することから適切な混合比率を選択する必要がある。A成分とB成分の好ましい混合比率(A成分/B成分(重量比))は0.1/99.9~50/50であり、より好ましくは1/99~30/70である。また、A成分は一種類の重合体から構成される必要はなく、二種類以上の重合体を混合して得られるブレンドポリマーであっても良い。さらに、A成分は単独重合体である必要はなく、二種類以上のモノマーからなるランダム共重合体、ブロック共重合体であっても良い。なお、用いるモノマーは前記の好ましいモノマーから選択するのが良い。
 実施例1、26より、対向基板側に弱アンカリング液晶配向膜を設けることでより高い透過率が得られた。これは、対向基板側に弱アンカリング液晶配向膜を設けることで液晶の駆動前後でより高い位相差変化が得られることを示唆しており、駆動可能な液晶の実行膜厚が拡大していることに起因する。これより、通常高い透過率を得るために液晶の複屈折率差(Δn)とセルギャップ(D)の積が約300nmとなるように液晶またはセルギャップの設計がされるが、上記の値が300nm以下であっても高い透過率を発現可能なため、さらなる高速応答化が実現可能であり、更に、焼き付きやコントラスト改善にも効果があることがわかる。
<ラビング配向を用いたセル特性評価>
(弱アンカリングIPS特性の評価結果)
 実施例内容及び評価結果を表7に示す。表7には、IPS基板側の液晶配向膜の方位角アンカリング強度(A)の測定結果も示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000064
 実施例27~52より、いずれも透過率の向上、駆動電圧の低電圧化が見られた。また、方位角アンカリングエネルギーは2.7×10-6程度であった。これより、本発明のポリマーアロイを用いることで良好な弱アンカリング特性が得られることが分かる。また、特許文献5に記載の方法で作製した液晶セル(比較例8)及び、特許文献4に記載の方法で作製した液晶セル(比較例9)と同等以上の弱アンカリング特性が得られることが分かる。
 実施例27~39より、加熱によって反応するA成分とB成分からなるポリマーアロイを用いると良好な弱アンカリング特性が得られる一方で、B成分と反応する基を有さないA成分(比較例6)、A成分と反応する基を有さないB成分(比較例7)やA成分のみからなる配向剤(比較例5)を用いると配向不良が生じる。これは、A成分が液晶中に溶出することによって生じる配向不良であり、加熱によってA成分とB成分が反応することによって安定的に弱アンカリング特性が得られることを示す。また、B成分と反応する基を有するA成分はトリチオカルボナートやジチオカルバメート類などを用いたRAFT重合や連鎖移動重合によって得ることが可能で、RAFT重合で得られた重合体の官能基変換によっても得ることが可能である。これより、B成分と反応する基を有するA成分は加熱によってB成分と反応する重合体であれば良く、重合制御剤種や重合法、高分子反応法などに限定されない。さらに、A成分は弱アンカリング特性の良し悪しに大きく影響する成分であり、好適なA成分として、ポリ(メタ)アクリル酸エステルやポリ(メタ)アクリルアミドエステルが挙げられるが、適切なモノマーからなる重合体であれば特に限定されない。なお、本出願人は、プレチルト角が発生せず安定的に弱アンカリング横電界液晶表示素子が作製できる液晶組成物に含有されるラジカル重合性モノマーであって、弱アンカリングの発生に寄与するラジカル重合性モノマーとして、式(2)で表される化合物、式(3)で表される化合物、式(5)で表される化合物、及び式(7)で表される化合物を見出し、出願している(特願2020-134149、特願2020-163212、特願2021-041196、WO2019/004433、WO2022/030602、WO2022/071286、WO2022/196565。ここに引用されたことによって、これらの出願及び公開公報の内容は、全てが明示されたと同程度に本明細書に組み込まれるものである。)。これらのモノマーを用いることで良好な弱アンカリング特性が実現しやすい。このことから、これらのモノマーの使用が適切であると言える。
 B成分はA成分が液晶中へ溶出することを抑制する安定化成分として機能する他、シールとの密着性、塗布性、粘度、体積抵抗値に大きく寄与し、求められる特性に合わせて選択するのが良い。好適なB成分として、A成分と反応する基を有するモノマーから得られるポリ(メタ)アクリレートやポリアミック酸、ポリイミド(実施例40~46)が挙げられるが、A成分と反応する基を有する重合体であれば重合体種や重合法に限定されない。また、B成分は一種類の重合体から構成される必要はなく、二種類以上の重合体を混合して得られるブレンドポリマーであっても良い。
 実施例27、47~51より、A成分とB成分の混合比率は特に限定されないが、過少で弱アンカリング特性が悪化し、過多で液晶への溶出リスクが増大することから適切な混合比率を選択する必要がある。A成分とB成分の好ましい混合比率(A成分/B成分(重量比))は0.1/99.9~50/50であり、より好ましくは1/99~30/70である。また、A成分は一種類の重合体から構成される必要はなく、二種類以上の重合体を混合して得られるブレンドポリマーであっても良い。さらに、A成分は単独重合体である必要はなく、二種類以上のモノマーからなるランダム共重合体、ブロック共重合体であっても良い。なお、用いるモノマーは前記の好ましいモノマーから選択するのが良い。
 実施例27、52より、対向基板側に弱アンカリング液晶配向膜を設けることでより高い透過率が得られた。これは、対向基板側に弱アンカリング液晶配向膜を設けることで液晶の駆動前後でより高い位相差変化が得られることを示唆しており、駆動可能な液晶の実行膜厚が拡大していることに起因する。これより、通常高い透過率を得るために液晶の複屈折率差(Δn)とセルギャップ(D)の積が約300nmとなるように液晶またはセルギャップの設計がされるが、上記の値が300nm以下であっても高い透過率を発現可能なため、さらなる高速応答化が実現可能であり、更に、焼き付きやコントラスト改善にも効果があることがわかる。
(接着性評価サンプルの作製)
 上記調製例1~24、29、30で得られた液晶配向剤をそれぞれ孔径1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、80℃のホットプレート上で2分間乾燥後、230℃で20分間焼成して膜厚100nmの塗膜を得た。また、前記方法と同様に、対向となる基板には全てNRB-U973を形成した。得られた2枚の基板をそれぞれ用意し、一方の基板の液晶配向膜面上に直径4μmのビーズスペーサーを散布した後、シール剤(三井化学社製 XN-1500T)を滴下した。その際、貼り合わせ後のシール剤の直径が約3mmとなるようにシール剤滴下量を調整した。次いで、互いの膜面を向かい合わせ、基板の重なり幅が1cmになるように貼り合わせを行った。貼り合わせた基板同士をクリップにて固定した後、120℃で1時間熱硬化させて、接着性評価用のサンプルを作製した。
(接着力の測定)
 作製したサンプルを島津製作所製の卓上形精密万能試験機AGS-X 500Nにて、上下基板の端の部分を固定した後、基板中央部の上部から押し込みを行い、剥離する際の圧力(N)を測定した。なお、計測したシール剤の直径を3.0mmに規格化したときの圧力(N/3mm)を用いて接着力(シール剥離強度、シール密着性ともいう)を評価した。結果を表8に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000065
 実施例53~76はいずれも従来の弱アンカリング液晶配向膜(比較例11~12)と比べて高いシール剥離強度を示すことが分かった。前記の通り、シール剥離強度はB成分の構成やA成分とB成分の混合比率によって大きく変化するため、求められるシール剥離強度によって最適化をする必要がある。
(スピンコートを用いた塗布性評価)
 上記合成例で得られた重合体を表9に示す組み合わせ及び比率になるように20mLのバイアル瓶に入れ、固形分濃度が6質量%となるようにNMPのみ、またはNMP/BCA=6/4(質量比)の混合溶媒で希釈し、室温で12時間撹拌した。得られた希釈溶液をスピンコートにて無アルカリガラス基板上に塗布し、80℃のホットプレート上で2分間乾燥させた後の有機膜の状態を観察することで塗布性を評価した。評価基準として、ディフェクトが多数発生しているもの、白化しているもの、又はストリエーションが発生しているものを「×」、均一に塗布できるが、わずかにディフェクトが生じるものを「△」、均一に塗布でき、ディフェクトが生じないものを「〇」とした。結果を表9に示す。
(フレキソ印刷を用いた塗布性評価)
 上記合成例で得られた重合体を表9に示す組み合わせ及び比率になるように20mLのバイアル瓶に入れ、固形分濃度が6質量%となるようにNMP/BCA=6/4(質量比)の混合溶媒で希釈し、室温で12時間撹拌し液晶配向剤を得た。得られた液晶配向剤について、フレキソ印刷(コムラテック社製フレキソ印刷機、基板:100mm×100mm Cr蒸着基板、印刷速度:20m/min、印圧:0.12mm、印刷タクト:50s、アニロックスロール:#350-28μm、印刷判:#600メッシュ、25%、52°、80mm×80mm、レベリングタイム:40s、乾燥条件:80℃・120s、本焼成条件:230℃・1200sec)を行った際の塗布性の評価を行った。欠陥等無く均等に成膜できている場合を「良好」、軽微な塗布不良は見られるが比較的均等に成膜できている場合を「やや良好」、塗布不良が多い場合は「不良」とした。結果を表9に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000066
 実施例77~101より、本発明のA成分とB成分とのブレンドポリマーは特許文献5に記載のABブロック共重合体(比較例13)や特許文献4に記載のボトルブラシポリマー(比較例14)と比較すると塗布性が良好であることが分かった。特に、実施例77~78、80、83~92、94~95、98、100~101に示すブレンドポリマーはより良好な塗布性を示した。これは、塗布性が良好なポリアミック酸やポリイミドとブレンドすることによる効果と考えられ、塗布性良好なポリマーとブレンドすること、粘度増加により塗布均一性が良化することに伴うものと推察される。さらに、液晶配向膜はNMPを主溶剤とした塗布溶剤で製造されるため、NMP溶剤系で塗布可能なメリットが大きいと考えられる。
 本発明によれば、従来技術に比べて極めて単純な手法で安定した弱アンカリング膜を製造できるため、実際の工業化において弱アンカリングIPS製造に掛かる工程負荷の低減や歩留まりの改善が可能となる。また、本発明の材料および手法を用いることで、狭セルギャップ化に伴うプレチルト角の発生を抑制しつつ、従来技術に比べて電圧OFF時の高速応答化、焼き付きの低減、低温環境における高いバックライト透過率と低電圧駆動が実現できるため、優れた特性を安定して発現できる材料および横電界液晶表示素子を提供することができる。
 1  横電界液晶表示素子
 2  櫛歯電極基板
 2a 基材
 2b 線状電極
 2c 液晶配向膜
 2d 基材
 2e 面電極
 2f 絶縁膜
 2g 線状電極
 2h 液晶配向膜
 3  液晶
 4  対向基板
 4a 液晶配向膜
 4b 基材
 L  電気力線

Claims (10)

  1.  下記A成分及びB成分を含有する弱アンカリング液晶配向剤。
     A成分:下記式(1)で表される重合体
     B成分:加熱によって前記A成分が有するn価の有機基Aと反応する部位を有する重合体
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(1)中、Aは加熱によってB成分と反応する基を有する分子量300以下のn価の有機基を表し、Qは液晶と相溶する2価の重合体ユニットであり、Rは加熱によってB成分と反応しない分子量500以下の1価の有機基であり、nは1~2の整数である。nが2の場合、2つのQ及びRはそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
  2.  前記式(1)中のAが以下の構造から選ばれる基である、請求項1に記載の弱アンカリング液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式中、R及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基を表し、R及びRはそれぞれ独立して単結合又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表し、Xは酸素原子又は硫黄原子を表し、*は結合部位を表す。)
  3.  前記式(1)中のQが、下記式(3)で表される化合物、下記式(4)で表される化合物、下記式(6)で表される化合物、及び下記式(8)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種を、構成成分として含む、請求項1に記載の弱アンカリング液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (式(3)中、Mは重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基を表し、Xは単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、ウレア結合、又はチオエーテル結合を表し、Rは結合基が挿入されていてもよい炭素数1~20のアルキル基を表し、nは1~2の整数である。nが2の場合、2つのX及びRはそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    (式(4)中、Mは重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基を表し、Sは単結合、又は結合基が挿入されていてもよい炭素数1~6の飽和炭化水素基を表し、Tは下記式(5)で表される有機基を表し、nは1~2の整数である。nが2の場合、2つのTは同一であってもよいし、異なっていてもよい。ただし、nが2の場合、Sは結合基が挿入されていてもよい炭素数1~6の飽和炭化水素基を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    (式(5)中、*は結合部位を示す。Xは単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、ウレア結合、チオエーテル結合、-Si(R)(R)-(R及びRはそれぞれ独立してSiに結合するアルキル基を表す。)、-Si(R)(R)-O-(R及びRはそれぞれ独立してSiに結合するアルキル基を表す。)、及び-N(R)-(RはNに結合する、水素原子又はアルキル基を表す。)から選ばれる結合基であり、Cyは6~20員環の非芳香族の環状基を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    (式(6)中、Mは重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基を表し、Rは炭素数1~10の直鎖もしくは分岐構造を有する脂肪族炭化水素基を表し、3つのXはそれぞれ独立して水素原子又は下記式(7)を表す。ただし、3つのXの少なくとも一つは式(7)を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
    (式(7)中、Yは単結合、-O-、-S-又は-N(R)-(RはNに結合する、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表す。)を表し、*は結合部位を示す。R、R、及びRは、それぞれ独立して、炭素数1~6のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
    (式(8)中、Mは重合可能な不飽和炭化水素基を有する重合性基を表し、R~Rはそれぞれ独立して単結合、又は結合基が挿入されていてもよい炭素数1~6のアルキレン基を表し、Arは置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表し、X及びXはそれぞれ独立して水素原子、又は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表し、RとRとR及びRに結合する炭素原子とは一緒になって環を形成していてもよい。ただし、R、R及びRの合計炭素数は1以上である。)
  4.  前記式(3)中のMが、下記で表されるいずれかの構造であり、
     前記式(4)中のMが、下記で表されるいずれかの構造であり、
     前記式(6)中のMが、下記で表されるいずれかの構造であり、
     前記式(8)中のMが、下記で表されるいずれかの構造である、
    請求項3に記載の弱アンカリング液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
    (式中、R、及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基を表し、X、Y、及びZはそれぞれ独立して酸素原子又は硫黄原子を表す。*、*及び*は結合部位を表し、*及び*のどちらか一方は水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基で置き換えられていてもよい。nは1~5の整数を表す。)
  5.  前記式(1)中のRが以下の構造から選ばれる基である、請求項1に記載の弱アンカリング液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
    (式中、R及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキル基を表し、R及びRはそれぞれ独立して単結合又は炭素数1~12の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表す。*は結合部位を表す。)
  6.  B成分が、アミノ基、保護アミノ基、ヒドロキシ基、保護ヒドロキシ基、チオール基、保護チオール基、カルボキシ基、保護カルボキシ基、イソシアネート基、保護イソシアネート基、マレイミド基、無水カルボン酸基、ビニル基、アリル基、スチリル基、(メタ)アクリル基、及び(メタ)アクリルアミド基、からなる群から選ばれる少なくとも一つを前記n価の有機基Aと反応する部位として含む重合体である請求項1に記載の弱アンカリング液晶配向剤。
  7.  B成分が、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリアミド、ポリウレア、及びポリ(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる少なくとも一種の重合体である請求項1に記載の弱アンカリング液晶配向剤。
  8.  A成分がリビング重合若しくは連鎖移動重合によって得られたものである請求項1に記載の弱アンカリング液晶配向剤。
  9.  請求項1~8のいずれかに記載の液晶配向剤を用いて得られた液晶表示素子。
  10.  横電界液晶表示素子である請求項9に記載の液晶表示素子。

     
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