JP2010002880A - 液晶配向剤および液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
Description
また、これらとは別の種類の液晶表示素子として、負の誘電異方性を有する液晶分子を基板に垂直に配向させるVA(Vertical Alignment)型液晶表示素子も知られている。VA型液晶表示素子においては、基板間に電圧を印加して液晶分子が基板に平行な方向に向かって傾く際に、液晶分子が基板法線方向から基板面内の一方向に向かって傾くようにする必要がある。このための手段として、例えば、ITO上に突起を形成して液晶の配向方向を制御するMVA方式(特許文献1および非特許文献1)、電極構造を工夫して配向方向を制御するEVA方式(非特許文献2)、光照射によって配向膜を変性して配向方向を制御する光配向方式(非特許文献3)などが提案されている。
ポリイミドからなる液晶配向膜は、通常、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸や、それを脱水閉環させてなる可溶性のイミド化重合体の有機溶媒溶液である液晶配向剤を、基板上に塗布し、加熱によりイミド化することにより得られる。特許文献2によると、下記式(III)または(IV)
で表される構造のジアミンから合成されるポリアミック酸またはそのイミド化重合体を含有する液晶配向剤を用いることにより、安定なプレチルト角を与える液晶配向膜が形成されるという。この技術は、液晶配向膜に上記式(III)または(IV)で表されるジアミンに由来する液晶類似骨格を導入することによってプレチルト角の安定化を図ったものである。かかる構造を有する重合体を適用することで、垂直配向性の優れた、VA型液晶表示素子用液晶配向膜(以下、「垂直配向型の液晶配向膜」ともいう。)を形成することができるという。しかし、特許文献2においては、電圧保持率および残像特性は改善されていない。
一方、特許文献3では、テトラカルボン酸二無水物として3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物を用いて合成される重合体を含有する液晶配向剤を用いることにより、高温領域での高い電圧保持率を達成すると報告されている。しかし、この技術においても、残像特性を改善するには至っていない。
ここで、液晶表示素子の製造工程に眼を向けると、近年の発展には見るべき進展がある。例えば、一対の基板の間隙内に液晶材料を充填する方法として、従来、間隙を介して一対の基板を対向配置した後、その間隙に液晶を収入する方法が採られてきた。しかし近年、これに代わる新たな方法として、液晶滴下(One Dorp Fill=ODF)方式が提案されている(特許文献4)。ODF方式は、液晶材料の液滴を基板の液晶配向膜上に滴下し、該液晶滴を対向基板で押し広げつつ、真空中で基板を貼り合わせる方法である。この方法によると、液晶充填工程に要する時間を大幅に短縮できる利点があるが、液晶滴下部分に滴下痕が生じ、これを液晶表示素子としたときに該滴下痕が液晶配向ムラとなって視認されてしまうとの問題が指摘されている。この液晶配向ムラは、液晶配向膜上に液晶材料を滴下したときの衝撃により、液晶配向膜の配向性が局所的に乱れることに起因すると考えられている。この問題を解決するために、液晶配向膜材料からの解決が試みられている(特許文献5)が、未だ不十分であり、特にODF方式によりVA型液晶表示素子を製造する場合の上記液晶配向ムラの抑制が求められている。
本発明のさらに他の目的は、表示品位に優れる液晶表示素子を提供することである。
本発明のさらに他の目的および利点は、以下の説明から明らかになろう。
すなわち、本発明の上記目的および利点は、第一に、
テトラカルボン酸二無水物と、下記式(I)および(II)
のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種を含むジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸およびそのイミド化重合体よりなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体を含有する液晶配向剤によって達成される。
本発明の上記目的および利点は、第二に、
上記液晶配向剤から形成された液晶配向膜を具備する液晶表示素子によって達成される。
本発明の上記目的および利点は、第三に、
上記式(I)または(II)で表される化合物によって達成される。
本発明の液晶表示素子は、種々の装置に有効に使用でき、例えば卓上計算機、腕時計、置時計、計数表示板、ワードプロセッサ、パーソナルコンピューター、液晶テレビなどの表示装置に好適に用いられる。
本発明の液晶配向剤は、テトラカルボン酸二無水物と、上記式(I)および(II)のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種を含むジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸およびそのイミド化重合体よりなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体を含有する。
<テトラカルボン酸二無水物>
本発明で用いられるポリアミック酸を合成するために使用できるテトラカルボン酸二無水物としては、例えばブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジクロロ−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−メチル−5(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−7−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−7−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5,8−ジメチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、ビシクロ[2.2.2]−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物、4,9−ジオキサトリシクロ[5.3.1.02,6]ウンデカン−3,5,8,10−テトラオン、下記式(T−I)および(T−II)
のそれぞれで表される化合物などの脂肪族テトラカルボン酸二無水物および脂環式テトラカルボン酸二無水物;
ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジメチルジフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−テトラフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−フランテトラカルボン酸二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルフィド二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルホン二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルプロパン二無水物、3,3’,4,4’−パーフルオロイソプロピリデンジフタル酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(フタル酸)フェニルホスフィンオキサイド二無水物、p−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、m−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルエーテル二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルメタン二無水物、エチレングリコール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、プロピレングリコール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,4−ブタンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,6−ヘキサンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,8−オクタンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン−ビス(アンヒドロトリメリテート)、下記式(T−1)〜(T−4)
本発明で用いられるポリアミック酸を合成するために使用されるテトラカルボン酸二無水物は、上記のうち、ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5,8−ジメチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、ビシクロ[2.2.2]−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物、4,9−ジオキサトリシクロ[5.3.1.02,6]ウンデカン−3,5,8,10−テトラオン、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、上記式(T−I)で表される化合物のうちの下記式(T−5)〜(T−7)
特定テトラカルボン酸二無水物としては、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物、4,9−ジオキサトリシクロ[5.3.1.02,6]ウンデカン−3,5,8,10−テトラオン、ピロメリット酸二無水物および上記式(T−1)で表される化合物よりなる群から選択される少なくとも1種が好ましく、特に3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物が好ましい。
本発明で用いられるポリアミック酸を合成するために使用されるテトラカルボン酸二無水物は、上記の如き特定テトラカルボン酸二無水物を、全テトラカルボン酸二無水物に対して、80モル%以上含むものであることが好ましく、90モル%以上含むものであることがより好ましく、特に95モル%以上含むものであることが好ましい。
本発明で用いられるポリアミック酸を合成するために使用されるジアミンは、上記式(I)および(II)のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種を含む。
上記式(I)および(II)において、n1は、それぞれ、3〜6の整数であることが好ましい。ベンゼン環に結合する2個のアミノ基は、他の置換基に対して2,4位または3,5位に位置することが好ましい。
上記式(I)で表される化合物は、例えば対応する4−(4−(4−n−アルキルシクロヘキシル)シクロヘキシル)フェノールとハロゲン化ジニトロベンゼンとを脱ハロゲン化水素縮合した後、得られるジニトロ化合物を還元することにより合成することができる。上記式(II)で表される化合物は、例えば対応する4−(4−(4−n−アルキルシクロヘキシル)シクロヘキシル)フェノールとジニトロ安息香酸クロリドとのエステル化反応を行った後、得られるジニトロ化合物を還元することにより合成することができる。
上記式(I)および(II)のそれぞれで表される化合物は、その有するベンゼン環が一つまたは二つ以上の炭素数1〜4のアルキル基(好ましくはメチル基)で置換されていてもよい。
ここで併用することのできる他のジアミンとしては、例えば下記式(D−I)
で表される化合物、下記式(D−II)
で表される化合物などのステロイド骨格を有するジアミン;
p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、1,5−ジアミノナフタレン、2,2’−ジメチル−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、2,2’−ジトリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジトリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、5−アミノ−1−(4’−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、6−アミノ−1−(4’−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、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、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、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、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、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、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)−10−ヒドロアントラセン、2,7−ジアミノフルオレン、9,9−ジメチル-2,7−ジアミノフルオレン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)、2,2’,5,5’−テトラクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジクロロ−4,4’−ジアミノ−5,5’−ジメトキシビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、2,2’−ビス[4−(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、4,4’−ビス[(4−アミノ−2−トリフルオロメチル)フェノキシ]−オクタフルオロビフェニル、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニルなどの芳香族ジアミン;
2,3−ジアミノピリジン、2,6−ジアミノピリジン、3,4−ジアミノピリジン、2,4−ジアミノピリミジン、5,6−ジアミノ−2,3−ジシアノピラジン、5,6−ジアミノ−2,4−ジヒドロキシピリミジン、2,4−ジアミノ−6−ジメチルアミノ−1,3,5−トリアジン、1,4−ビス(3−アミノプロピル)ピペラジン、2,4−ジアミノ−6−イソプロポキシ−1,3,5−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−メトキシ−1,3,5−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−フェニル−1,3,5−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−メチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリアジン、4,6−ジアミノ−2−ビニル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−5−フェニルチアゾール、2,6−ジアミノプリン、5,6−ジアミノ−1,3−ジメチルウラシル、3,5−ジアミノ−1,2,4−トリアゾール、6,9−ジアミノ−2−エトキシアクリジンラクテート、3,8−ジアミノ−6−フェニルフェナントリジン、1,4−ジアミノピペラジン、3,6−ジアミノアクリジン、ビス(4−アミノフェニル)フェニルアミン、3,6−ジアミノカルバゾール、N−メチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−エチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−フェニル−3,6−ジアミノカルバゾール、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)−ベンジジン、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)−N,N’−ジメチルベンジジン、下記式(D−III)
で表される化合物、下記式(D−IV)
で表される化合物などの、分子内に2つの1級アミノ基および該1級アミノ基以外の窒素原子を有するジアミン;
下記式(D−V)
で表される化合物などのモノ置換フェニレンジアミン;
下記式(D−VI)
で表される化合物などのジアミノオルガノシロキサン;
下記式(D−1)〜(D−2)
のそれぞれで表される化合物などを挙げることができる。上記芳香族ジアミンならびに上記式(D−1)および(D−2)のそれぞれで表される化合物のベンゼン環は、一つまたは二つ以上の炭素数1〜4のアルキル基(好ましくはメチル基)で置換されていてもよい。
これらのジアミンは、単独でまたは2種以上組み合わせて用いることができる。
上記式(D−I)、(D−II)、(D−III)、(D−IV)および(D−V)におけるR6、R8、R10、R12およびR14は、それぞれ、メチル基であることが好ましく、a1、a2、a3、a4およびa5は、それぞれ、0または1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
上記式(D−I)および(D−II)のR5およびR6におけるステロイド骨格とは、シクロペンタノ−ペルヒドロフェナントレン核からなる骨格またはその炭素−炭素結合の一つもしくは二つ以上が二重結合となった骨格をいう。かかるステロイド骨格を有するR5の1価の有機基およびR6の2価の有機基としては、それぞれ、炭素数17〜40のものが好ましく、炭素数17〜30のものがより好ましい。
R5の具体例としては、例えばコレスタン−3−イル基、コレスタ−5−エン−3−イル基、コレスタ−24−エン−3−イル基、コレスタ−5,24−ジエン−3−イル基、ラノスタン−3−イル基、ラノスタ−5−エン−3−イル基、ラノスタ−24−エン−3−イル基、ラノスタ−5,24−ジエン−3−イル基等を;R6の具体例としては、例えばコレスタン−3,6−ジイル基、コレスタ−5−エン−3,6−ジイル基、コレスタ−24−エン−3,6−ジイル基、コレスタン−3,3−ジイル基、ラノスタン−3,6−ジイル基、ラノスタン−3,3−ジイル基等を、それぞれ挙げることができる。
上記式(D−I)で表される化合物の具体例としては、例えば下記式(D−3)〜(D−7)
上記他のジアミンのうち、好ましいものとして、上記式(D−I)で表される化合物および上記式(D−II)で表される化合物よりなる群から選択される少なくとも1種(以下、「他の特定ジアミン(1)」という。)ならびにp−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、1,5−ジアミノナフタレン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジトリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,7−ジアミノフルオレン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、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、4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、1,4−ジアミノシクロヘキサン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、2,6−ジアミノピリジン、3,4−ジアミノピリジン、2,4−ジアミノピリミジン、3,6−ジアミノアクリジン、3,6−ジアミノカルバゾール、N−メチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−エチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−フェニル−3,6−ジアミノカルバゾール、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)−ベンジジン、上記式(D−III)で表される化合物のうちの下記式(D−11)
本発明で用いられるポリアミック酸を合成するために使用されるジアミンは、上記式(I)および(II)のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種を、全ジアミンに対して、5モル%以上含むものであることが好ましく、10〜90モル%含むものであることがより好ましく、さらに20〜80モル%含むものであることが好ましく、特に30〜50モル%含むものであることが好ましい。
本発明で用いられるポリアミック酸を合成するために使用されるジアミンは、上記式(I)および(II)のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種のほかに、上記の如き他の特定ジアミン(1)および特定ジアミン(2)よりなる群から選択される少なくとも1種を含むものであることが好ましく、これらを、全ジアミンに対して、10〜90モル%含むものであることが好ましく、20〜80モル%含むものであることがより好ましく、さらに50〜70モル%含むものであることが好ましい。
本発明で用いられるポリアミック酸を合成するために使用されるジアミンは、特に好ましくは以下(1)または(2)のいずれかである。
(1)上記式(I)および(II)のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種を上記の割合で含み、さらに他の特定ジアミン(2)を、全ジアミンに対して、好ましくは10〜90モル%、より好ましくは20〜80モル%、さらに好ましくは50〜70モル%含むジアミン。
(2)上記式(I)および(II)のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種を上記の割合で含み、さらに他の特定ジアミン(1)を、全ジアミンに対して、好ましくは1〜20モル%、より好ましくは5〜10モル%含むジアミン。
上記(2)の場合、就中好ましくは、上記式(I)および(II)のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種、他の特定ジアミン(1)ならびに他の特定ジアミン(2)を含むジアミンである。これらの含有割合としては、上記式(I)および(II)のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種ならびに特定ジアミン(1)につき、それぞれ上記の割合であり、特定ジアミン(2)につき、全ジアミンに対して、好ましくは10〜80モル%、より好ましくは20〜70モル%である。
本発明で用いられるポリアミック酸は、上記の如きテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを反応させることにより合成することができる。
ポリアミック酸の合成反応に供されるテトラカルボン酸二無水物とジアミンとの使用割合は、ジアミンに含まれるアミノ基1当量に対して、テトラカルボン酸二無水物の酸無水物基が0.5〜2当量となる割合が好ましく、さらに好ましくは0.7〜1.2当量となる割合である。
ポリアミック酸の合成反応は、好ましくは有機溶媒中において、好ましくは−20〜150℃、より好ましくは0〜100℃の温度条件下、好ましくは0.5〜120時間、より好ましくは2〜10時間の反応時間で行われる。
ここで、有機溶媒としては、合成されるポリアミック酸を溶解できるものであれば特に制限はなく、例えばN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルトリアミドなどの非プロトン系極性溶媒;m−クレゾール、キシレノール、フェノール、ハロゲン化フェノールなどのフェノール系溶媒を挙げることができる。有機溶媒の使用量(a)は、テトラカルボン酸二無水物およびジアミン化合物の総量(b)が、反応溶液の全量(a+b)に対して0.1〜30重量%になるような量であることが好ましい。なお、有機溶媒と後述する貧溶媒とを併用する場合には、この有機溶媒の使用量は有機溶媒と貧溶媒との合計の使用量を意味するものと理解されるべきである。
ポリアミック酸の合成に際して有機溶媒と貧溶媒とを併用する場合、貧溶媒の使用割合としては、有機溶媒と貧溶媒との合計に対して好ましくは20重量%以下であり、より好ましくは10重量%以下である。
本発明に用いられるイミド化重合体は、上記の如きポリアミック酸のアミック酸構造を脱水閉環してイミド化することにより得ることができる。ここで、ポリアミック酸の有するアミック酸構造のすべてが脱水閉環された完全イミド化体としてもよく、アミック酸構造とイミド環とが併存するイミド化重合体としてもよい。本発明に用いられるイミド化重合体のイミド化率は、好ましくは50%以上であり、より好ましくは55〜95%であり、特に60〜90%であることが好ましい。ここで、「イミド化率」とは、イミド化重合体におけるアミック酸構造の数とイミド環の数との合計に対するイミド環の数の割合を百分率で表したものである。このとき、イミド環の一部がイソイミド環であってもよい。
ポリアミック酸の脱水閉環は、(i)ポリアミック酸を加熱する方法により、または(ii)ポリアミック酸を有機溶媒に溶解し、この溶液中に脱水剤および脱水閉環触媒を添加し必要に応じて加熱する方法により行うことができる。
上記(i)のポリアミック酸を加熱する方法における反応温度は、好ましくは50〜200℃であり、より好ましくは60〜170℃である。反応温度が50℃未満では脱水閉環反応が十分に進行せず、反応温度が200℃を超えると得られるイミド化重合体の分子量が低下することがある。反応時間は好ましくは1〜120時間であり、より好ましくは2〜30時間である。
上記(ii)のポリアミック酸の溶液中に脱水剤および脱水閉環触媒を添加する方法において、脱水剤としては、例えば無水酢酸、無水プロピオン酸、無水トリフルオロ酢酸などの酸無水物を用いることができる。脱水剤の使用量は、ポリアミック酸の繰り返し単位1モルに対して0.01〜20モルとするのが好ましい。また、脱水閉環触媒としては、例えばピリジン、コリジン、ルチジン、トリエチルアミンなどの3級アミンを用いることができる。しかし、これらに限定されるものではない。脱水閉環触媒の使用量は、使用する脱水剤1モルに対して0.01〜10モルとするのが好ましい。なお、脱水閉環反応に用いられる有機溶媒としては、ポリアミック酸の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒を挙げることができる。脱水閉環反応の反応温度は、好ましくは0〜180℃、より好ましくは10〜150℃である。反応時間は好ましくは0.5〜30時間であり、より好ましくは2〜10時間である。
上記ポリアミック酸およびイミド化重合体は、それぞれ、分子量が調節された末端修飾型のものであってもよい。このような末端修飾型の重合体は、ポリアミック酸を合成する際に、酸一無水物、モノアミン化合物、モノイソシアネート化合物などの適宜の分子量調節剤を反応系に添加することにより合成することができる。ここで、酸一無水物としては、例えば無水マレイン酸、無水フタル酸、無水イタコン酸、n−デシルサクシニック酸無水物、n−ドデシルサクシニック酸無水物、n−テトラデシルサクシニック酸無水物、n−ヘキサデシルサクシニック酸無水物などを挙げることができる。モノアミン化合物としては、例えば、アニリン、シクロヘキシルアミン、n−ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、n−ウンデシルアミン、n−ドデシルアミン、n−トリデシルアミン、n−テトラデシルアミン、n−ペンタデシルアミン、n−ヘキサデシルアミン、n−ヘプタデシルアミン、n−オクタデシルアミン、n−エイコシルアミンなどを挙げることができる。モノイソシアネート化合物としては、例えばフェニルイソシアネート、ナフチルイソシアネートなどを挙げることができる。
分子量調節剤の使用割合としては、ポリアミック酸を合成する際に使用するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンの合計100重量部に対して、好ましくは20重量部以下であり、より好ましくは10重量部以下である。
以上のようにして得られるポリアミック酸およびイミド化重合体は、それぞれ、濃度10重量%の溶液としたときに、20〜800mPa・sの溶液粘度を持つものであることが好ましく、30〜500mPa・sの溶液粘度を持つものであることがより好ましい。
上記重合体の溶液粘度(mPa・s)は、当該重合体の良溶媒(例えばN−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトンなど)を用いて調製した濃度10重量%の重合体溶液につき、E型回転粘度計を用いて25℃において測定した値である。
本発明の液晶配向剤は、上記の如きポリアミック酸およびそのイミド化重合体よりなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体を必須の成分として含有するが、それ以外に本発明の効果および利点を損なわない限りにおいて、さらにその他の成分を含有してもよい。かかるその他の成分としては、例えば他の重合体、分子内に少なくとも一つのエポキシ基を有する化合物(以下「エポキシ化合物」という。)、官能性シラン化合物を挙げることができる。
上記他の重合体としては、例えばポリオルガノシロキサン、テトラカルボン酸二無水物と上記式(I)および(II)のそれぞれで表される化合物のいずれをも含まないジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸(以下、「他のポリアミック酸」という。)およびそのイミド化重合体(以下、「他のイミド化重合体」という。)、ポリアミック酸エステル、ポリエステル、ポリアミド、セルロース誘導体、ポリアセタール、ポリスチレン誘導体、ポリ(スチレン−フェニルマレイミド)誘導体、ポリ(メタ)アクリレートなどを挙げることができる。これらのうち、他のポリアミック酸または他のイミド化重合体が、ワニス性状および電気特性に優れる点から好ましい。
他のポリアミック酸および他のイミド化重合体を合成するために用いられるテトラカルボン酸二無水物は、上記ポリアミック酸を合成するために用いられるテトラカルボン酸二無水物として例示したところと同様である。他のポリアミック酸および他のイミド化重合体を合成するために用いられるジアミンは、上記ポリアミック酸を合成するために用いることのできる他のジアミンとして例示したところと同様である。この場合、他の特定ジアミン(1)および(2)から選択される少なくとも1種を、全ジアミンに対して、70モル%以上含むジアミンが好ましく、90モル%以上含むジアミンがより好ましい。他のポリアミック酸および他のイミド化重合体は、それぞれ、ジアミンとして上記式(I)および(II)のそれぞれで表される化合物のいずれをも含まないジアミンを用いるほかは、ポリアミック酸およびイミド化重合体の合成方法として上記した方法と同様にして合成することができる。他のポリアミック酸および他のイミド化重合体のうちでは、他のポリアミック酸が好ましい。
本発明の液晶配向剤における他の重合体の使用割合は、重合体の合計(テトラカルボン酸二無水物と上記式(I)または(II)で表される化合物を含むジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸およびそのイミド化重合体ならびに任意的に使用される他の重合体の合計をいう。以下同じ。)に対して、好ましくは80重量%以下であり、より好ましくは60重量%以下であり、さらに40重量%以下であることが好ましい。
上記官能性シラン化合物としては、例えば3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N−トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10−トリメトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、10−トリエトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、9−トリメトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、9−トリエトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、9−トリメトキシシリル−3,6−ジアザノナン酸メチル、9−トリエトキシシリル−3,6−ジアザノナン酸メチル、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、グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシラン、2―グリシドキシエチルトリメトキシシラン、2―グリシドキシエチルトリエトキシシラン、3―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3―グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどを挙げることができる。
これら官能性シラン化合物の配合割合は、重合体の合計100重量部に対して、好ましくは2重量部以下、より好ましくは0.2重量部以下である。
本発明の液晶配向剤は、上記の如きポリアミック酸およびそのイミド化重合体よりなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体および任意的に添加されるその他の成分が、好ましくは有機溶媒中に溶解含有されて構成される。
上記重合体としては、ポリアミック酸のみを用いてもよく、イミド化重合体のみを用いてもよく、あるいはポリアミック酸およびイミド化重合体の双方を用いてもよい。本発明の液晶配向剤に含有される重合体は、好ましくはイミド化重合体、またはポリアミック酸およびイミド化重合体の組み合わせである。ここで、液晶配向剤中に含有されるポリアミック酸の有するアミック酸構造の数ならびにイミド化重合体の有するアミック酸構造の数およびイミド環の数の合計に対するイミド化重合体の有するイミド環の数の割合(以下、「平均イミド化率」という。本発明の液晶配向剤が他のポリアミック酸および他のイミド化重合体を含有する場合には、平均イミド化率はこれらも含めて計算される数値として理解されるべきである。)が40%以上であることが好ましく、45〜90%であることが好ましく、特に50〜80%であることが好ましい。
本発明の液晶配向剤に使用することのできる有機溶媒としては、ポリアミック酸の合成反応に用いられるものとして上記に例示した溶媒を挙げることができる。また、ポリアミック酸の合成反応の際に併用することができるものとして例示した貧溶媒も適宜選択して併用することができる。
特に好ましい固形分濃度の範囲は、基板に液晶配向剤を塗布する際に用いる方法によって異なる。例えば、スピンナー法による場合には1.5〜4.5重量%の範囲が特に好ましい。印刷法による場合には、固形分濃度を3〜9重量%の範囲とし、それにより、溶液粘度を12〜50mPa・sの範囲とするのが特に好ましい。インクジェット法による場合には、固形分濃度を1〜5重量%の範囲とし、それにより、溶液粘度を3〜15mPa・sの範囲とするのが特に好ましい。
本発明の液晶配向剤を調製する際の温度は、好ましくは0℃〜200℃、より好ましくは20℃〜60℃である。
本発明の液晶表示素子は、上記の如き本発明の液晶配向剤から形成された液晶配向膜を具備するものである。本発明の液晶配向剤から形成された液晶配向膜は、特に垂直配向型の液晶配向膜として使用するときに、高い電圧保持率および良好な残像特性を最大限に発現する。
本発明の液晶表示素子は、例えば以下の方法によって製造することができる。
(1)パターニングされた透明導電膜が設けられている基板の一面に、本発明の液晶配向剤を、例えばロールコーター法、スピンコート法、印刷法、インクジェット法などの適宜の塗布方法により塗布し、次いで、塗布面を加熱することにより塗膜を形成する。ここに、基板としては、例えばフロートガラス、ソーダガラスなどのガラス;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、脂環式ポリオレフィンなどのプラスチックからなる透明基板などを用いることができる。基板の一面に設けられる透明導電膜としては、例えば酸化スズ(SnO2)からなるNESA膜(米国PPG社登録商標)、酸化インジウム−酸化スズ(In2O3−SnO2)からなるITO膜などを用いることができる。これらの透明導電膜のパターニングには、フォト・エッチング法や、透明導電膜を形成する際に予めマスクを用いる方法が用いられる。液晶配向剤の塗布に際しては、基板表面および透明導電膜と塗膜との接着性をさらに良好にするために、基板の該表面に、官能性シラン化合物、官能性チタン化合物などを予め塗布しておいてもよい。液晶配向剤塗布後、塗布した配向剤の液垂れ防止等の目的で、好ましくは先ず予備加熱(プレベーク)が実施される。プレベーク温度は、好ましくは30〜200℃であり、より好ましくは40〜150℃であり、特に好ましくは40〜100℃であるプレベーク時間は好ましくは0.25〜10分であり、より好ましくは0.5〜5分である。そして溶剤を完全に除去した後、さらに加熱(ポストベーク)工程が実施されることが好ましい。このポストベーク温度は好ましくは80〜300℃であり、より好ましくは120〜250℃である。ポストベーク時間は好ましくは5〜200分であり、より好ましくは10〜100分である。本発明の液晶配向剤は上記の如くして塗布後に有機溶媒を除去することによって配向膜となる塗膜を形成するが、本発明の液晶配向剤に含有される重合体がポリアミック酸であるかあるいはイミド環構造とアミック酸構造とを併有するイミド化重合体である場合には、塗膜形成後にさらに加熱することによって脱水閉環反応を進行させ、よりイミド化された塗膜としてもよい。
形成される塗膜の膜厚は、好ましくは0.001〜1μmであり、より好ましくは0.005〜0.5μmである。
第一の方法は、従来から知られている方法である。先ず、それぞれの液晶配向膜が対向するように間隙(セルギャップ)を介して2枚の基板を対向配置し、2枚の基板の周辺部をシール剤を用いて貼り合わせ、基板表面およびシール剤により区画されたセルギャップ内に液晶を注入充填した後、注入孔を封止することにより、液晶セルを製造することができる。
第二の方法は、ODF(One Drop Fill)方式と呼ばれる手法である。液晶配向膜を形成した2枚の基板のうちの一方の基板上の所定の場所に例えば紫外光硬化性のシール材を塗布し、さらに液晶配向膜面上に液晶を滴下した後、液晶配向膜が対向するように他方の基板を貼り合わせ、次いで基板の全面に紫外光を照射してシール剤を硬化することにより、液晶セルを製造することができる。本発明の液晶配向剤は、ODF法によりVA型液晶表示素子を製造したときでも液晶滴下痕に起因する液晶配向ムラが発生しない液晶表示素子を得ることができる利点を有する。この利点は、本発明の液晶配向剤が、上記式(I)および(II)のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種のほかに特定ジアミン(1)を含むジアミンを用いて合成された重合体を含有する場合に特に顕著である。
上記第一および第二のいずれの方法による場合でも、次いで、液晶セルを、用いた液晶が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷することにより、液晶充填時の流動配向を除去することが望ましい。
そして、液晶セルの外側表面に偏光板を貼り合わせることにより、本発明の液晶表示素子を得ることができる。
ここに、シール剤としては、例えば硬化剤およびスペーサーとしての酸化アルミニウム球を含有するエポキシ樹脂などを用いることができる。液晶としては、ネマティック型液晶およびスメクティック型液晶を挙げることができ、その中でもネマティック型液晶が好ましく、例えばシッフベース系液晶、アゾキシ系液晶、ビフェニル系液晶、フェニルシクロヘキサン系液晶、エステル系液晶、ターフェニル系液晶、ビフェニルシクロヘキサン系液晶、ピリミジン系液晶、ジオキサン系液晶、ビシクロオクタン系液晶、キュバン系液晶などを用いることができる。また、これらの液晶に、例えばコレスチルクロライド、コレステリルノナエート、コレステリルカーボネートなどのコレステリック型液晶;商品名「C−15」、「CB−15」(メルク社製)として販売されているようなカイラル剤を添加して使用してもよい。
液晶セルの外表面に貼り合わされる偏光板としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させながら、ヨウ素を吸収させた「H膜」と称される偏光膜を酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板またはH膜そのものからなる偏光板を挙げることができる。
[重合体の溶液粘度]
重合体の溶液粘度は、各合成例で指摘した重合体溶液につき、E型粘度計を用いて25℃において測定した値である。
[イミド化重合体のイミド化率]
イミド化重合体を室温で減圧乾燥した後、重水素化ジメチルスルホキシドに溶解し、テトラメチルシランを基準物質として室温で1H−NMRを測定し、下記数式(i)で示される式により求めた。
イミド化率(%)=(1−A1/A2×α)×100 (i)
A1:10ppm付近に現れるNH基のプロトン由来のピーク面積
A2:その他のプロトン由来のピーク面積
α:重合体の前駆体(ポリアミック酸)における、NH基のプロトン1個に対するその他のプロトンの個数割合
以下の各合成例は、必要に応じて下記の合成スケールにて繰り返すことにより、以降の合成例における必要量の生成物を確保した。
合成例1(1(2,4−ジアミノフェノキシ)−4(4(4−n−ペンチルシクロヘキシル)シクロヘキシル)ベンゼンの合成)
下記スキーム1
窒素雰囲気下、1−クロロ−2,4−ジニトロベンゼン20.3g(0.1モル)、4(4(4−n−ペンチルシクロヘキシル)シクロヘキシル)フェノール32.9g(0.1モル)および炭酸カリウム41.4g(0.3モル)を、ジメチルホルムアミド500mLに溶解し、室温で6時間反応を行った。反応溶液に蒸留水500mLを加え十分に攪拌した後、クロロホルム500mLで抽出し、得られた有機層を蒸留水で抽出洗浄した。洗浄後の有機層を硫酸マグネシウムで脱水後、ロータリーエバポレーターで溶媒を除去して1(2,4−ジニトロフェノキシ)−4(4(4−n−ペンチルシクロヘキシル)シクロヘキシル)ベンゼン47.0gを得た。
次いで、窒素雰囲気下、上記の1(2,4−ジニトロフェノキシ)−4(4(4−n−ペンチルシクロヘキシル)シクロヘキシル)ベンゼン24.8g(0.05モル)に、パラジウム/カーボン(Pd/C)18.2gおよびテトラヒドロフラン300mLを加えて70℃で1時間攪拌した。この混合物に、ヒドラジン一水和物30mLを加え、窒素下、80℃で3時間攪拌して反応を行った。反応終了後、触媒をろ別し、ろ液を濃縮し、さらにクロロホルム300mLを加えて全量溶解した後、有機溶剤層を蒸留水で抽出洗浄した。有機溶剤層を硫酸マグネシウムで脱水後、ロータリーエバポレーターで濃縮して、ジアミンAの粗製物を得た。この粗製物をカラムクロマトグラフィーにより精製し、さらに溶媒を除去することにより、ジアミンA 18.1gを得た。
合成例2(3,5−ジアミノ安息香酸 4(4(4−n−ペンチルシクロヘキシル)シクロヘキシル)フェニルの合成)
下記スキーム2
窒素雰囲気下、4(4(4−n−ペンチルシクロヘキシル)シクロヘキシル)フェノール32.9g(0.1モル)、トリエチルアミン10.6g(0.105モル)およびテトラヒドロフラン300mLを混合して0℃で攪拌し、溶解した。この溶液に、3,5−ジニトロベンゾイルクロリド21.8g(0.105モル)とテトラヒドロフラン100mLとの混合液を30分かけて滴下し、さらに室温で3時間攪拌して反応を行った。析出した塩をろ別した後、ろ液を濃縮し、さらにクロロホルム300mLを加えて全量溶解し、蒸留水で抽出洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで脱水後、ロータリーエバポレーターで濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーにより精製し、さらに溶媒を除去することにより、3,5−ジニトロ安息香酸 4(4(4−n−ペンチルシクロヘキシル)シクロヘキシル)フェニル51.2gを得た。
次いで、窒素雰囲気下、上記の3,5−ジニトロ安息香酸 4(4(4−n−ペンチルシクロヘキシル)シクロヘキシル)フェニル26.1g(0.05モル)に、塩化スズ二水和物112.8g(0.5モル)および酢酸エチル400mLを加え、3時間、加熱還流して反応を行った。反応終了後、反応溶液を飽和フッ化カリウム水溶液400mLと混合し、十分攪拌した後に分液し、得られた有機層を蒸留水で抽出洗浄した。次いで有機層を硫酸マグネシウムで脱水後、ロータリーエバポレーターで濃縮し、さらにカラムクロマトグラフにより精製し、次いで溶媒を除去することにより、ジアミンB 17.4gを得た。
合成例3
特許文献2(特開平09−278724号公報)に記載の方法に従って、下記式
合成例4
特許文献9(特開平4−281427号公報)に記載の方法に従って、上記式(D−5)で表される化合物(以下、「化合物(D−5)」という。)を合成した。
<イミド化重合体の合成>
合成例5
テトラカルボン酸二無水物として3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシノルボルナン−2:3,5:6−ジ無水物12.5g(0.05モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン3.2g(0.03モル)および上記合成例1で合成したジアミンA 8.7g(0.02モル)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)98gに溶解し、60℃で6時間反応を行った。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は51mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMP120gを追加し、ピリジン20gおよび無水酢酸20gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶剤を新たなγ―ブチロラクトンで溶剤置換(この溶剤置換操作により、脱水閉環反応に使用したピリジンおよび無水酢酸を系外に除去した。以下同じ。)することにより、イミド化率約90%のイミド化重合体(A−1)を含有する溶液約170gを得た。この溶液につき、重合体濃度10重量%のγ−ブチロラクトン溶液として測定した溶液粘度は62mPa・sであった。
合成例6
テトラカルボン酸二無水物として3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシノルボルナン−2:3,5:6−ジ無水物12.5g(0.05モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン3.2g(0.03モル)およびジアミンB 9.2g(0.02モル)をNMP98gに溶解し、60℃で6時間反応を行った。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は61mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMP120gを追加し、ピリジン20gおよび無水酢酸20gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶剤を新たなγ―ブチロラクトンで溶剤置換することにより、イミド化率約90%のイミド化重合体(A−2)を含有する溶液約160gを得た。この溶液につき、重合体濃度10重量%のγ−ブチロラクトン溶液として測定した溶液粘度は71mPa・sであった。
テトラカルボン酸二無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物11g(0.05モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン3.2g(0.03モル)およびジアミンA 8.7g(0.02モル)をNMP93gに溶解し、60℃で6時間反応を行った。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は48mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液にN−メチル−2−ピロリドン120gを追加し、ピリジン20gおよび無水酢酸20gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶剤を新たなγ―ブチロラクトンで溶剤置換することにより、イミド化率約90%のイミド化重合体(A−3)を含有する溶液約160gを得た。この溶液につき、重合体濃度10重量%のγ−ブチロラクトン溶液として測定した溶液粘度は58mPa・sであった。
合成例8
テトラカルボン酸二無水物として3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物12.5g(0.05モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン3.2g(0.03モル)、ジアミンA 6.5g(0.015モル)および化合物(D−5)2.6g(0.005モル)をNMP100gに溶解し、60℃で6時間反応を行った。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は47mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMP124gを追加し、ピリジン20gおよび無水酢酸20gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶剤を新たなγ―ブチロラクトンで溶剤置換することにより、イミド化率約90%のイミド化重合体(A−4)を含有する溶液約180gを得た。この溶液につき、重合体濃度10重量%のγ−ブチロラクトン溶液として測定した溶液粘度は57mPa・sであった。
テトラカルボン酸二無水物として3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物12.5g(0.05モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン3.2g(0.03モル)、ジアミンB 6.9g(0.015モル)および化合物(D−5)2.6g(0.005モル)をNMP101gに溶解し、60℃で6時間反応を行った。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は46mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMP126gを追加し、ピリジン20gおよび無水酢酸20gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶剤を新たなγ―ブチロラクトンで溶剤置換することにより、イミド化率約90%のイミド化重合体(A−5)を含有する溶液約185gを得た。この溶液につき、重合体濃度10重量%のγ−ブチロラクトン溶液として測定した溶液粘度は56mPa・sであった。
合成例10
テトラカルボン酸二無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物11.2g(0.05モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン3.2g(0.03モル)、ジアミンA 6.5g(0.015モル)および化合物(D−5)2.6g(0.005モル)をNMP94gに溶解し、60℃で6時間反応を行った。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は45mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMP118gを追加し、ピリジン20gおよび無水酢酸20gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶剤を新たなγ―ブチロラクトンで溶剤置換することにより、イミド化率約90%のイミド化重合体(A−6)を含有する溶液約180gを得た。この溶液につき、重合体濃度10重量%のγ−ブチロラクトン溶液として測定した溶液粘度は58mPa・sであった。
テトラカルボン酸二無水物として3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物12.5g(0.05モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン3.2g(0.03モル)、ジアミンA 6.5g(0.015モル)および化合物(D−5)2.6g(0.005モル)をNMP100gに溶解し、60℃で6時間反応を行った。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は47mPa・sであった
次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMP1243gを追加し、ピリジン4gおよび無水酢酸5.1gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶剤を新たなγ―ブチロラクトンで溶剤置換することにより、イミド化率約45%のイミド化重合体(A−7)を含有する溶液約170gを得た。この溶液につき、重合体濃度10重量%のγ−ブチロラクトン溶液として測定した溶液粘度は63mPa・sであった。
(他のイミド化重合体の合成)
合成例12
テトラカルボン酸二無水物として3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシノルボルナン−2:3,5:6−ジ無水物125g(0.5モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン32g(0.3モル)およびジアミンC 70g(0.2モル)をNMP910gに溶解し、60℃で6時間反応を行った。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は55mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMP1,100gを追加し、ピリジン200gおよび無水酢酸200gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶剤を新たなγ―ブチロラクトンで溶剤置換することにより、イミド化率約90%のイミド化重合体(A−8)を含有する溶液約1,600gを得た。この溶液につき、重合体濃度10重量%のγ−ブチロラクトン溶液として測定した溶液粘度は65mPa・sであった。
テトラカルボン酸二無水物として3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物12.5g(0.05モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン4.3g(0.04モル)および化合物(D−5)5.2g(0.01モル)をNMP88gに溶解し、60℃で6時間反応を行った。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は45mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMP110gを追加し、ピリジン20gおよび無水酢酸20gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶剤を新たなγ―ブチロラクトンで溶剤置換することにより、イミド化率約90%のイミド化重合体(A−9)を含有する溶液約170gを得た。この溶液につき、重合体濃度10重量%のγ−ブチロラクトン溶液として測定した溶液粘度は55mPa・sであった。
(他のポリアミック酸の合成)
合成例14
テトラカルボン酸二無水物としてピロメリット酸二無水物55g(0.25モル)および1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物49g(0.25モル)ならびにジアミンとしてp−フェニレンジアミン54g(0.5モル)をNMP630gに溶解し、60℃で6時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(B−1)を20重量%含有する溶液約1,200gを得た。このポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は70mPa・sであった。
<液晶配向剤の調製>
上記合成例5で得られたイミド化重合体(A−1)を含有する溶液および上記合成例14で得られたポリアミック酸(B−1)を含有する溶液を、それぞれの溶液に含有される重合体の重量比が(A−1):(B−1)=80:20となるように混合し、これにγ−ブチロラクトン、NMPおよびブチルセロソルブを加え、溶媒組成がγ−ブチロラクトン:NMP:ブチルセロソルブ=71:17:12(重量比)、固形分濃度2.5%重量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターを用いて濾過することにより、液晶配向剤(S−1)を調製した。この液晶配向剤に含有される重合体の平均イミド化率を表1に示した。
<垂直配向型液晶セルの製造>
上記液晶配向剤(S−1)を、ITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面に、スピンコート法により塗布し、80℃のホットプレート上で1分間プレベーク後、200℃のホットプレート上で10分間ポストベークして、平均膜厚60nmの塗膜(液晶配向膜)を形成した。この操作を繰り返し、透明電極面に液晶配向膜を有する基板を一対(2枚)製造した。
上記液晶配向膜付き基板一対の液晶配向膜を有するそれぞれの外縁に、直径5.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤を塗布した後、液晶配向膜面が相対するように重ね合わせて圧着し、接着剤を硬化した。次いで、液晶注入口より一対の基板間に、ネガ型液晶(メルク社製、MLC−6608)を充填した後、アクリル系光硬化接着剤で液晶注入口を封止することにより、垂直配向型液晶セルを製造した。この液晶セルにつき、以下のように電圧保持率および残像特性の評価を行った。評価結果を表1に示した。
上記垂直配向型液晶セルに対し、65℃において1Vの電圧を60マイクロ秒の印加時間、167ミリ秒のスパンで印加した後、印加解除から167ミリ秒後の電圧保持率を測定した。測定装置は(株)東陽テクニカ製、VHR−1を使用した。
<残像特性の評価>
基板として、図1に示したようなパターンの2つのITO製透明電極を有するガラス基板を用いたほかは上記<垂直配向型液晶セルの製造>と同様にして垂直配向型液晶セルを製造した。
この液晶セルに対し、40〜50℃の環境下で、バックライト光を照射しつつ、電極Aに6.0V、電極Bに0.5Vの直流電圧を、同時に168時間印加した。ストレス解放後、電極A、Bに直流電圧0.1〜5.0Vを0.1V刻みに印加し、それぞれの電圧での電極A,Bの輝度差により残像特性を判断した。輝度差が認められない場合を残像特性「優」、輝度差が小さい場合を残像特性「良」、輝度差が大きい場合を残像特性「不良」と判断した。
実施例2〜12および比較例1〜3
表1に記載の重合体組成に従った以外は、実施例1と同様にして液晶配向剤(S−2)〜(S−12)および(R−1)〜(R−3)をそれぞれ調製し、液晶セルを製造して評価した。評価結果を表1に示した。
なお、表1における重合体種類名の後のカッコ内の数値は、使用した重合体溶液に含有される重合体の量(重量部)であり、実施例9〜11および比較例3においてはポリアミック酸溶液を使用しなかった。
<液晶配向ムラ特性の評価>
上記実施例6で調製した液晶配向剤(S−6)を、ITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面に、スピンコート法により塗布し、80℃のホットプレート上で1分間プレベーク後、200℃のホットプレート上で10分間ポストベークして、平均膜厚60nmの塗膜(液晶配向膜)を形成した。この操作を繰り返し、透明電極面に液晶配向膜を有する基板を一対(2枚)製造した。
上記で製造した液晶配向膜を有する基板のうちの一枚の液晶配向膜面上に、マイクロピペットを用いて高さ5mmの位置から超純水の水滴5μLを滴下し、そのまま室温で自然乾燥した。
上記のように、液晶配向膜面上に液滴落下による衝撃を与えた基板を含む一対の基板を用いたほかは上記実施例1と同様にして、垂直配向型液晶セルを製造した。
この液晶セルにつき、室温にて交流6.0V(ピーク−ピーク)、30Hzの矩形波を印加しながらクロスニコル下で観察したときに、超純水の滴下痕が液晶配向ムラとして視認されなかった場合を液晶配向ムラ特性「優」とし、これがわずかに視認された場合を液晶配向ムラ特性「良」とし、これがはっきりと視認された場合を液晶配向ムラ特性「不良」として評価した。結果を表2に示した。
なお、上記における超純水の水滴滴下は、ODF工程における液晶滴下による衝撃の影響を調べるための代替評価である。
実施例14〜19ならびに比較例4および5
液晶配向剤として、表2に記載のものをそれぞれ用いたほかは、上記実施例13と同様にして液晶配向膜面上に超純水の水滴落下による衝撃を与えた基板を含む一対の基板を用いて垂直配向型液晶セルを製造し、液晶配向ムラ特性を評価した。結果を表2に示した。
Claims (9)
- 上記ジアミンが、下記式(D−I)および(D−II)
式(D−II)中、X2は、それぞれ、−O−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−および−CO−から選ばれる2価の有機基を示し、R7はステロイド骨格を有する2価の有機基を示し、R8は、それぞれ、炭素数1〜4のアルキル基を示し、a2は、それぞれ、0〜3の整数を示す。)
のそれぞれで表される化合物から選択される少なくとも1種をさらに含むものである、請求項1に記載の液晶配向剤。 - テトラカルボン酸二無水物が、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物を含むものである、請求項1または2に記載の液晶配向剤。
- テトラカルボン酸二無水物と、上記式(I)および(II)のそれぞれで表される化合物のいずれをも含まないジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸およびそのイミド化重合体よりなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体をさらに含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
- 上記液晶配向剤中に含有されるポリアミック酸の有するアミック酸構造の数ならびにイミド化重合体の有するアミック酸構造の数およびイミド環の数の合計に対するイミド化重合体の有するイミド環の数の割合が40%以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
- 垂直配向型の液晶配向膜の形成に用いられることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の液晶配向剤から形成された液晶配向膜を具備することを特徴とする、液晶表示素子。
- 上記式(I)で表される化合物。
- 上記式(II)で表される化合物。
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