JP2011043801A - 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】塗膜の形成に用いられるポリイミド系溶液において、この溶液に含有される成膜性ポリイミド系成分の析出がより抑制されるポリイミド系溶液を提供する。
【解決手段】ポリアミック酸等の成膜性ポリイミド系成分と、これを溶解する溶媒とを含有するポリイミド系溶液において、前記溶媒の一部又は全部に例えば2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−メタノールを用いる。
【選択図】図1

Description

本発明は、ポリイミド系溶液に関するものであり、詳しくは、可溶性ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選択された一種以上を有機溶媒に溶解し、該溶解液を支持基板上に塗布し、加熱処理を施して、支持基板上に平滑なポリイミド塗膜を形成することが出来るポリイミド系溶液に関する。
さらに詳しくは、ポリイミド及び/又はポリイミド前駆体を含有する液晶配向剤、該液晶配向剤から形成される液晶配向膜、及びそれを具備した液晶表示素子に関する。
ポリイミドはその特徴である高い機械的強度、耐熱性、耐溶剤性のために、電気・電子分野における保護材料、絶縁材料として広く用いられている。このような用途では、ポリイミドは、例えばポリアミック酸又は可溶性のポリイミドを適当な有機溶媒に溶解させて得た溶液を、スピンコート、オフセット印刷、グラビア印刷等の方法で支持基板上に塗布し、加熱処理を施して成膜することによって一般に用いられている。
具体的には、ポリイミド膜を半導体用の絶縁膜として用いる場合には、配線加工されたシリコン支持基板上に、1〜10μmのポリイミド系溶液の塗膜を形成する。また、ポリイミド膜を液晶配向膜として用いる場合には、透明電極付きの透明支持基板上に0.05〜0.2μmのポリイミド系溶液の塗膜を形成させる。このように、前記の用途において、ポリイミドは、各種支持基板上に薄いポリイミド系溶液の塗膜を形成させて用いるのが一般的である。
ポリイミド系溶液の塗膜を基板上に形成する場合、平滑な膜を形成するためには塗布後の溶液の流動性が重要である。溶液が流動することによって塗膜表面の凹凸が平滑になるからである。この目的のために、ポリイミド系溶液にブチルセロソルブを添加する方法が挙げられている(例えば、特許文献1参照。)。しかし、ブチルセロソルブは、ポリアミック酸や可溶性ポリイミド等の成膜性ポリイミド系成分の溶解力が弱いため、添加によって成膜性ポリイミド系成分が析出することがある。また、このような問題点に加えて人体への安全性の観点からもブチルセロソルブの代替成分の開発が望まれている。
特公平4−81167号公報
本発明は、塗膜の形成に用いられるポリイミド系溶液において、この溶液に含有される成膜性ポリイミド系成分の析出がより抑制されるポリイミド系溶液を提供する。
本発明者らは、塗膜形成用のポリイミド系溶液において、塗膜の表面における溶液の流動性を向上させるための塗布性改善剤として従来より用いられているブチルセロソルブに代えて、下記式(A)で表される化合物を用いたところ、ブチルセロソルブと同様の塗布性改善効果が得られると共に、溶解している成膜性ポリイミドの析出が抑制され、保存安定効果や、この保存安定効果による、塗膜におけるポリイミドの析出による白化の予防効果が得られることを見出し、本発明を完成させた。本発明は、以下の態様からなる。
(1) ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選択された一種以上である成膜性ポリイミド系成分と、これを溶解する溶媒とを含有する液晶配向剤において、前記溶媒が下記式(A)で表される化合物を含むことを特徴とする液晶配向剤。
Figure 2011043801
式(A)中、Q1は−CH3、−CH2−OH、又は−(CH22−OHを表し、Q2は−H、−CH3、又は−CH2−OHを表し、Q3は独立して−H、−CH3、又は−CH(CH32を表し、nは0又は1を表し、Q1及びQ2のいずれか一方が−OHを有する基であり、n=0のときはQ1が−CH3であり、Q2が−CH2−OHであり、n=1のときはQ1が−CH2−OH又は−(CH22−OHであり、Q2が−Hであり、Q3が−CH3及び−CH(CH32の一方又は両方を含む。
(2) 式(A)で表される化合物が下記式(A−1)、(A−2)、及び(A−3)からなる群から選ばれる一以上であることを特徴とする(1)に記載の液晶配向剤。
Figure 2011043801
(3) 前記成膜性ポリイミド系成分が、ジアミン又はその誘導体とテトラカルボン酸又はその誘導体との反応生成物の構造を有するポリアミック酸又はその誘導体であることを特徴とする(1)又は(2)に記載の液晶配向剤。
(4) 前記溶媒が、前記式(A)で表される化合物を含む二種以上の化合物の混合溶媒であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
(5) (1)〜(4)のいずれか一項に記載の液晶配向剤の塗膜を焼成して形成される液晶配向膜。
(6) 対向配置されている一対の基板と、前記一対の基板それぞれの対向している面の一方又は両方に形成されている電極と、前記一対の基板それぞれの対向している面に形成されている液晶配向膜と、前記一対の基板間に形成されている液晶層とを有する液晶表示素子において、前記液晶配向膜は(5)に記載の液晶配向膜である液晶表示素子。
(7) ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選択された一種以上である成膜性ポリイミド系成分と、これを溶解する溶媒とを含有するポリイミド系溶液において、前記溶媒が前記式(A)で表される化合物を含むことを特徴とするポリイミド系溶液。
(8) 前記成膜性ポリイミド系成分が、ジアミン又はその誘導体とテトラカルボン酸又はその誘導体との反応生成物の構造を有するポリアミック酸又はその誘導体であることを特徴とする(7)に記載のポリイミド系溶液。
(9) 前記溶媒が、前記式(A)で表される化合物を含む二種以上の化合物の混合溶媒であることを特徴とする(7)又は(8)に記載のポリイミド系溶液。
(10) 被覆材料である、(7)〜(9)のいずれか一項に記載のポリイミド系溶液。
(11) 絶縁材料である、(7)〜(9)のいずれか一項に記載のポリイミド系溶液。
(12) 接着剤である、(7)〜(9)のいずれか一項に記載のポリイミド系溶液。
(13) 封止材である、(7)〜(9)のいずれか一項に記載のポリイミド系溶液。
(14) プリント配線基板用材料である、(7)〜(9)のいずれか一項に記載のポリイミド系溶液。
(15) 成形材料である、(7)〜(9)のいずれか一項に記載のポリイミド系溶液。
(16) ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選択された一種以上である成膜性ポリイミド系成分が、これを溶解する溶媒に溶解してなる溶液を得ることを含むポリイミド系溶液を製造する方法において、前記溶媒が前記式(A)で表される化合物を含むことを特徴とするポリイミド系溶液の製造方法。
(17) 前記成膜性ポリイミド系成分が、ジアミン又はその誘導体とテトラカルボン酸又はその誘導体との反応生成物の構造を有するポリアミック酸又はその誘導体であることを特徴とする(16)に記載のポリイミド系溶液の製造方法。
(18) 前記溶媒が、前記式(A)で表される化合物を含む二種以上の化合物の混合溶媒であることを特徴とする(16)又は(17)に記載のポリイミド系溶液の製造方法。
(19) 可溶性ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選択された一種以上である成膜性ポリイミド系成分とこれを溶解する溶媒とを含有するポリイミド系溶液の塗膜を形成する工程と、形成された塗膜を焼成して塗膜中の成膜性ポリイミド系成分からなるポリイミド膜を形成する工程とを含むポリイミド膜の製造方法において、前記溶媒が前記式(A)で表される化合物を含むことを特徴とするポリイミド膜の製造方法。
(20) 前記成膜性ポリイミド系成分が、ジアミン又はその誘導体とテトラカルボン酸又はその誘導体との反応生成物の構造を有するポリアミック酸又はその誘導体であることを特徴とする(19)に記載のポリイミド膜の製造方法。
(21) 前記溶媒が、前記式(A)で表される化合物を含む二種以上の化合物の混合溶媒であることを特徴とする(19)又は(20)に記載のポリイミド膜の製造方法。
(22) 前記式(A−2)又は(A−3)で表される化合物。
本発明によれば、ポリイミド系溶液の溶媒に前記式(A)の化合物を用いることから、塗膜の形成に用いられるポリイミド系溶液において、この溶液に含有される成膜性ポリイミド系成分の析出を抑制することができる。
また本発明は、ポリイミド系溶液の溶媒に前記式(A)の化合物を用いることから、ポリイミド系溶液の優れた塗布性が得られ、塗膜の表面における凹凸を抑制することができる。
また本発明では、前記式(A)で表される化合物を含む二種以上の化合物の混合溶媒を用いることが、ポリイミド系溶液からの成膜性ポリイミド系成分の析出を抑制する観点からより一層効果的である。
また本発明では、前記成膜性ポリイミド系成分に、ジアミン又はその誘導体とテトラカルボン酸又はその誘導体との反応生成物であるポリアミック酸又はその誘導体を用いることが、前述の析出抑制効果及び塗布性に優れる効果の両方が求められる技術分野で用いられるポリイミド系溶液を提供する観点からより一層効果的である。
合成例2で得られた化合物(A−2)の1H−NMRチャートを示す図である。 合成例3で得られた化合物(A−3)の1H−NMRチャートを示す図である。
本発明のポリイミド系溶液は、成膜性ポリイミド系成分と、これを溶解する溶媒とを含有する。本発明のポリイミド系溶液は、前記溶媒に、下記式(A)で表される化合物を含む以外は、本技術分野において使用されている種々の成分を通常の用途で用いることができる。式(A)で表される化合物は一種でも二種以上でもよい。
Figure 2011043801
式(A)中、Q1は−CH3、−CH2−OH、又は−(CH22−OHを表し、Q2は−H、−CH3、又は−CH2−OHを表し、Q3は独立して−H、−CH3、又は−CH(CH32を表し、nは0又は1を表す。ただし、Q1及びQ2のいずれか一方が−OHを有する基であり、n=0のときはQ1が−CH3であり、Q2が−CH2−OHであり、n=1のときはQ1が−CH2−OH又は−(CH22−OHであり、Q2が−Hであり、Q3が−CH3及び−CH(CH32の一方又は両方を含む。
このような式(A)で表される化合物としては、例えば下記式(A−1)〜(A−3)の化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
本発明のポリイミド系溶液における式(A)で表される化合物の含有量は、得られるポリイミド系溶液における成膜性ポリイミドの析出を防止する観点、及びポリイミド系溶液による塗膜の表面における十分な平滑性を得る観点から、好ましくは溶媒の1〜80重量%であり、より好ましく2〜70重量%であり、特に好ましくは5〜60重量%である。
式(A)で表される化合物は、市販品として入手することができるものもある。例えば式(A−1)で表される化合物は、関東化学株式会社の製品「SOLKETAL」として入手することができる。
また式(A)で表される化合物は、ポリオールとケトンとの脱水閉環反応によって得ることができる。例えば式(A−2)で表される化合物は、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールとヒドロキシアセトンとを、酸触媒の存在下で、生成する水を除きながら反応させることによって得ることができる。同様に、式(A−3)で表される化合物は、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールと4−ヒドロキシ−2−ブタノンとを、酸触媒の存在下で、生成する水を除きながら反応させることによって得ることができる。
前記の反応において、ジオールに対するケトンのモル比は、ジオールの残存を防止し、蒸留によって反応生成物から目的物を分離する観点から、1以上であることが好ましく、1.0〜2.0であることがより好ましく、1.0〜1.5であることがさらに好ましく、1.0〜1.2であることがより一層好ましい。
前記の反応は、水と相分離し、かつ水と共沸する溶剤(エントレーナ)の還流条件下で行うことができる。エントレーナは一種でも二種以上でもよい。このようなエントレーナとしては、例えばシクロヘキサン、トルエン、キシレン、及びメチルシクロペンタンが挙げられる。エントレーナの使用量は、原料であるジオール及びケトン100重量部に対して3〜300重量部であることが好ましく、5〜100重量部であることがより好ましい。
前記酸触媒は、脱水縮合で通常用いられる酸触媒から選ぶことができる。このような酸触媒としては、例えばp−トルエンスルホン酸もしくはその一水和物、硫酸、及びリン酸が挙げられる。酸触媒は、p−トルエンスルホン酸もしくはその一水和物であることが好ましい。酸触媒の使用量は、原料であるジオール及びケトンの総量に対して0.01〜10重量%であることが好ましく、0.02〜5重量%であることがより好ましい。
前記の反応は、反応中に起こりうる、原料のポリオール、又はケトンの一態様であるヒドロキシケトン自体からの脱水を抑制する観点から、減圧下で行うことが好ましい。例えば式(A−2)で表される化合物の合成反応は、26.66kPa、53℃から9.33kPa、48℃の範囲でエントレーナが還流する条件で行うことができる。また、式(A−3)で表される化合物の合成反応は、10.67kPa、30℃から8.00kPa、38℃の範囲でエントレーナが還流する条件で行うことができる。
前記の反応で得られた式(A−2)又は(A−3)で表される化合物は、反応生成物の減圧蒸留によって取り出すことができる。例えば、式(A−2)で表される化合物の沸点は、1.33kPaで76〜78℃であり、式(A−3)で表される化合物の沸点は、0.67kPaで123〜125℃である。
前記成膜性ポリイミド系成分は、その溶液の塗膜の焼成によってポリイミドの膜を形成することができる成分であり、ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選ばれる。成膜性ポリイミド系成分は一種でも二種以上でもよい。
本発明のポリイミド系溶液における前記成膜性ポリイミド系成分の含有量は、適切な粘性等の作業性の観点から、0.5〜50重量%であることが好ましく、1〜30重量%であることがより好ましく、2〜20重量%であることがさらに好ましい。
前記成膜性ポリイミド系成分の平均分子量は、特に限定されないが、ポリイミド膜の生成における焼成で前記ポリイミド及びポリイミド前駆体が蒸発せず、またポリイミド系溶液の成分として好ましい物性(得られた膜の均一性等)を得る観点から、重量平均分子量で5×103以上であることが好ましく、1×104以上であることがより好ましい。また前記重量平均分子量は、1×106以下であることが、粘性等のポリイミド系溶液としての取り扱いを容易にする観点から好ましい。
前記成膜性ポリイミド系成分の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により測定される。例えば、得られたポリアミック酸又はその誘導体をジメチルホルムアミド(DMF)でポリアミック酸又はその誘導体の濃度が約1重量%になるように希釈し、クロマトパックC−R7A((株)島津製作所製)を用いて、DMFを展開溶媒としてゲル浸透クロマトグラフ分析(GPC)法により測定し、ポリスチレン換算することにより求められる。さらに、GPC測定の精度を高める観点から、リン酸、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸やリチウムブロミド、リチウムクロリド等の無機塩をDMF溶媒に溶解させた展開溶媒を調製して用いてもよい。なお、本発明において分子量を測定する際には、測定機器にAlliance2695、WATERS社製を、展開溶剤に1%リン酸含有N,N−ジメチルホルムアミドを用い、標準試料としてポリスチレンを用いて液体クロマトグラフィー分析を行う。ここで用いるカラムは、HSPgel(登録商標) RTMB−M、WATERS社製が挙げられる。また本発明でいう分子量とは重量平均分子量をいう。
前記成膜性ポリイミド系成分におけるポリイミドとしては、例えば、ポリアミック酸の全てのアミノとカルボキシルとが脱水閉環反応したポリイミド、及び、ポリアミック酸のアミノとカルボキシルとが部分的に脱水閉環反応した部分ポリイミド、が挙げられる。また、前記成膜性ポリイミド系成分におけるポリイミド前駆体としては、例えばポリアミック酸又はその誘導体が挙げられる。
前記ポリイミドは、公知の方法によって得ることができる。例えば前記ポリイミドは、ポリアミック酸の溶液を、脱水剤である無水酢酸、無水プロピオン酸、無水トリフルオロ酢酸等の酸無水物、及び脱水閉環触媒であるトリエチルアミン、ピリジン、コリジン等の三級アミンと共に、温度20〜150℃でイミド化反応させて得ることができる。
又は、前記ポリイミドは、ポリアミック酸の溶液から多量の貧溶媒(メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒やグリコール系溶媒)を用いてポリアミック酸を析出させ、析出させたポリアミック酸を、トルエン、キシレン等の溶媒中で、前記と同様の脱水剤及び脱水閉環触媒と共に、温度20〜150℃でイミド化反応させて得ることもできる。
前記イミド化反応において、脱水剤と脱水閉環触媒の割合は0.1〜10(モル比)であることが好ましい。両者の合計使用量は、ポリアミック酸に用いられているテトラカルボン酸二無水物に含まれる酸二無水物の総モル量に対して1.5〜10倍モルであることが好ましい。この化学的イミド化の脱水剤、触媒量、反応温度及び反応時間を調整することによって、イミド化の程度を制御し、部分ポリイミドを得ることができる。
前記ポリアミック酸又はその誘導体としては、例えばジアミン又はその誘導体とテトラカルボン酸又はその誘導体との反応生成物の構造を有する化合物が挙げられる。このようなポリアミック酸又はその誘導体としては、例えば、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリアミック酸アミド、及びポリアミドイミドが挙げられる。ポリアミック酸エステルとしては、例えばポリアミック酸のカルボキシルがエステルに変換されたポリアミック酸エステルが挙げられ、ポリアミック酸アミドとしては、例えばテトラカルボン酸二無水物化合物に含まれる酸二無水物の一部を有機ジカルボン酸に置き換えて反応させて得られたポリアミック酸−ポリアミド共重合体が挙げられ、ポリアミドイミドとしては、例えば該ポリアミック酸−ポリアミド共重合体の一部又は全部を脱水閉環反応させたポリアミドイミドが挙げられる。
前記ポリイミド前駆体は、本発明のポリイミド系溶液を、液晶表示素子における液晶配向膜を形成するための液晶配向剤に用いる場合では、液晶配向膜としてのポリイミド膜における所期の特性を実現する観点から、ポリアミック酸又はその誘導体であることが好ましい。
前記ポリアミック酸又はその誘導体において、前記テトラカルボン酸又はその誘導体とジアミン又はその誘導体とは、モル比で0.8:1.2〜1.2:0.8であることが好ましく、0.9:1.1〜1.1:0.9であることがより好ましい。
前記ジアミン又はその誘導体は、一種でも二種以上でもよい。前記ジアミン又はその誘導体としては、例えば下記一般式(A)〜(D)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
一般式(A)中、nは、1〜12の整数である。一般式(B1)、(B2)及び(B3)中、−Y1、−Y2、及びY3はそれぞれ−H又は炭素数1〜30のアルキルを表す。一般式(D)中、A1は独立して、−(CH2m−又は−N(CH3)−(CH2m−N(CH3)−を表す。ここでmは1〜12の整数を表す。
前記一般式(A)で表されるジアミンとしては、例えば下記構造式(A1)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
前記一般式(B1)〜(B3)で表されるジアミンとしては、例えば下記構造式(B1−1)〜(B3−1)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
前記一般式(C)で表されるジアミンとしては、例えば下記構造式(C1)〜(C3)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
前記一般式(D)で表されるジアミンとしては、例えば下記構造式(D1)〜(D4)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
また前記ジアミン又はその誘導体としては、下記一般式(II)〜(VIII)で表される直鎖型ジアミンも挙げられる。
Figure 2011043801
一般式(II)中、A1は、−(CH2m−を表す。また一般式(IV)中のA1は、単結合、−O−、−S−、−S−S−、−SO2−、−CO−、−CONH−、−NHCO−、−C(CH32−、−C(CF32−、−(CH2m−、−O−(CH2m−O−、−N(CH3)−(CH2m−N(CH3)−、又は−S−(CH2m−S−を表す。一般式(VI)中のA1’は、単結合、−S−、−S−S−、−SO2−、−CO−、−CONH−、−NHCO−、−C(CH32−、−C(CF32−、−O−(CH2m−O−、又は−S−(CH2m−S−を表す。なお、mは1〜12の整数を表す。
また一般式(VII)中、A2は、独立して−S−、−CO−、−C(CH32−、−C(CF32−又は炭素数1〜3のアルキレンを表す。
また一般式(VIII)中、A1は独立して、−S−、−S−S−、−SO2−、−CO−、−CONH−、−NHCO−、−C(CF32−、−O−(CH2m−O−、−S−(CH2m−S−を表す。ここでmは1〜12の整数を表す。また一般式(VIII)中、A2は単結合、−O−、−S−、−CO−、−C(CH32−、−C(CF32−、又は炭素数1〜3のアルキレンを表す。
さらに一般式(III)〜(VIII)中のシクロヘキサン環又はベンゼン環に結合している水素は、独立して−F、−Cl、−CH3、−OH、−COOH、−SO3H、−PO32、又は4−ヒドロキシベンジルと置き換えられていてもよい。
一般式(II)で表される直鎖型ジアミンとしては、例えば下記構造式(II−1)〜(II−3)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
一般式(III)で表される直鎖型ジアミンとしては、例えば下記構造式(III−1)及び(III−2)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
一般式(VI)で表される直鎖型ジアミンとしては、例えば下記構造式(IV−1)〜(IV−3)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
一般式(V)で表される直鎖型ジアミンとしては、例えば下記構造式(V−1)〜(V−14)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
一般式(VI)で表される直鎖型ジアミンとしては、例えば下記構造式(VI−1)〜(VI−29)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
Figure 2011043801
一般式(VII)で表される直鎖型ジアミンとしては、例えば下記構造式(VII−1)〜(VII−6)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
一般式(VIII)で表される直鎖型ジアミンとしては、例えば下記構造式(VIII−1)〜(VIII−6)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
さらに前記ジアミン又はその誘導体としては、例えば側鎖構造を有するジアミンが挙げられる。このような側鎖構造を有するジアミンとしては、例えば下記一般式(IX)〜(XIII)で表される側鎖型ジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
一般式(IX)中、A3は、単結合、−O−、−COO−、−OCO−、−CO−、−CONH−又は−(CH2m−を表す。ここでmは1〜6の整数を表す。R7は、ステロイド骨格を有する基、下記一般式(XIV)で表される基、又は炭素数1〜30のアルキルを表す。該アルキルにおいては、独立して、任意の−CH2−が−CF2−、−CHF−、−O−、−CH=CH−又は−C≡C−で置き換えられていてもよく、−CH3が−CH2F、−CHF2又は−CF3で置き換えられていてもよい。ただし該アルキルにおいて−O−は隣り合わない。
Figure 2011043801
一般式(XIV)中、A4及びA5はそれぞれ独立して、単結合、−O−、−COO−、−OCO−、−CONH−、−CH=CH−又は炭素数1〜20のアルキレンを表す。R8及びR9はそれぞれ独立して、−F又は−CH3を表す。環Sは独立して、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル又はアントラセン−9,10−ジイルを表す。R10は−F、炭素数1〜30のアルキル、炭素数1〜30のフッ素置換アルキル、炭素数1〜30のアルコキシ、−CN、−OCH2F、−OCHF2又は−OCF3を表す。またa及びbはそれぞれ独立して0〜4の整数を表し、a又はbが2〜4であるとき隣り合うA4又はA5は異なる基であり、c、d及びeはそれぞれ独立して0〜3の整数を表し、f及びgはそれぞれ独立して0〜2の整数を表し、かつc+d+e≧1である。
Figure 2011043801
一般式(X)中、ステロイド骨格を形成する炭素に結合している水素は、独立して−CH3と置き換えられていてもよい。一般式(X)及び(XI)中、R11はそれぞれ独立して、−H又は−CH3を表し、R12はそれぞれ、−H又は炭素数1〜20のアルキル若しくはアルケニルを表す。A6はそれぞれ独立して、単結合、−C(=O)−又は−CH2−を表す。一般式(XI)中、R13及びR14はそれぞれ独立して、−H、炭素数1〜20のアルキル又はフェニルを表す。
Figure 2011043801
一般式(XII)中、R15は−H又は炭素数1〜30のアルキルを表す。該アルキルのうち炭素数2〜30のアルキルの任意の−CH2−は、独立して−O−、−CH=CH−又は−C≡C−で置き換えられてもよい。ただし該アルキルにおいて−O−は隣り合わない。一般式(XII)及び(XIII)中、A7はそれぞれ独立して−O−又は炭素数1〜6のアルキレンを表す。一般式(XII)中、A8は単結合又は炭素数1〜3のアルキレンを表す。環Tは1,4−フェニレン又は1,4−シクロヘキシレンを表す。hは0又は1を表す。一般式(XIII)中、R16は炭素数6〜22のアルキルを表し、R17は−H又は炭素数1〜22のアルキルを表す。
前記一般式(IX)で表される側鎖型ジアミンは、二つのアミノ基はフェニル環の炭素に結合している二つのアミノ基の結合位置関係がメタ又はパラであることが好ましい。さらに二つのアミノ基の結合位置関係が、「R7−A3−」の結合位置を1位としたときに3位と5位、又は2位と5位であることが好ましい。
前記一般式(IX)で表される側鎖型ジアミンとしては、例えば下記一般式(IX−1)〜(IX−9)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
前記一般式(IX−1)、(IX−2)、(IX−5)及び(IX−6)中、R18は炭素数1〜30のアルキル又は炭素数1〜30のアルコキシが好ましく、炭素数3〜30のアルキル又は炭素数3〜30のアルコキシがより好ましく、炭素数5〜25のアルキル又は炭素数5〜25のアルコキシがさらに好ましい。また前記一般式(IX−3)、(IX−4)及び(IX−7)〜(IX−9)中、R19は炭素数1〜30のアルキル又は炭素数1〜30のアルコキシが好ましく、炭素数3〜25のアルキル又は炭素数3〜25のアルコキシがさらに好ましい。前記一般式(IX)で表されるジアミンの中でも、特に前記一般式(B1)〜(B3)で表されるジアミンがより好ましく、前記構造式(B1−1)〜(B3−1)で表されるジアミンが特に好ましい。
また前記一般式(IX)で表される側鎖型ジアミンとしては、例えば下記一般式(IX−10)〜(IX−15)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
前記一般式(IX−10)〜(IX−13)中、R20は炭素数4〜30のアルキルが好ましく、炭素数6〜25のアルキルがさらに好ましい。前記一般式(IX−14)及び(IX−15)中、R21は炭素数6〜30のアルキルが好ましく、炭素数8〜25のアルキルがさらに好ましい。
また前記一般式(IX)で表される側鎖型ジアミンとしては、例えば下記一般式(IX−16)〜(IX−36)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
Figure 2011043801
前記一般式(IX−16)、(IX−17)、(IX−20)、(IX−22)、(IX−23)、(IX−26)、(IX−28)、(IX−29)、(IX−34)及び(IX−35)中、R22は炭素数1〜30のアルキル、炭素数1〜30のアルコキシが好ましく、炭素数3〜25のアルキル又は炭素数3〜25のアルコキシがさらに好ましい。
前記一般式(IX−18)、(IX−19)、(IX−21)、(IX−24)、(IX−25)、(IX−27)、(IX−30)〜(IX−33)及び(IX−36)中、R23は−H、−F、炭素数1〜30のアルキル、炭素数1〜30のアルコキシ、−CN、−OCH2F、−OCHF2又は−OCF3が好ましく、炭素数3〜25のアルキル又は炭素数3〜25のアルコキシがさらに好ましい。前記一般式(IX−31)及び(IX−32)中、A9は炭素数1〜20のアルキレンを表す。
また前記一般式(IX)で表される側鎖型ジアミンとしては、例えば下記構造式(IX−37)〜(IX−46)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
Figure 2011043801
前記一般式(IX)で表される側鎖型ジアミンは、一般式(IX−1)〜(IX−9)で表されるジアミンが好ましく、一般式(IX−2)又は(IX−4)で表されるジアミンがより好ましい。
前記一般式(X)で表される側鎖型ジアミンは、二つの「NH2−Ph−A6−O−」の一方はステロイド核の3位に結合し、もう一方は6位に結合していることが好ましい。また、二つのフェニルにそれぞれ結合している二つのアミノ基は、A6の結合位置に対してメタ位又はパラ位に結合していることが好ましい。
前記一般式(X)で表される側鎖型ジアミンとしては、例えば下記構造式(X−1)〜(X−4)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
前記一般式(XI)で表される側鎖型ジアミンは、二つの「NH2−(R14−)Ph−A6−O−」は、それぞれフェニルの炭素に結合しているが、ステロイド核が結合しているフェニル中の炭素に対してメタ位又はパラ位に結合していることが好ましい。また、二つのフェニルにそれぞれ結合している二つのアミノ基は、A6の結合位置に対してメタ位又はパラ位に結合していることが好ましい。
前記一般式(XI)で表される側鎖型ジアミンとしては、例えば下記構造式(XI−1)〜(XI−8)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
前記一般式(XII)で表される側鎖型ジアミンは、二つのフェニルにそれぞれ結合している二つのアミノ基がA7に対してメタ位又はパラ位に結合していることが好ましい。
前記一般式(XII)で表される側鎖型ジアミンとしては、例えば、下記一般式(XII−A)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
一般式(XII−A)中、Y4は、炭素数1〜30のアルキル、又は下記一般式で表される基のいずれかを表し、X2は独立して−CH2−又は−O−を表す。また下記一般式中、Y5及びY6は、それぞれ炭素数1〜30のアルキルを表す。
Figure 2011043801
また、前記一般式(XII)で表される側鎖型ジアミンとしては、例えば、下記一般式(XII−1)〜(XII−9)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
前記一般式(XII−1)〜(XII−3)中、R24は−H又は炭素数1〜30のアルキル基であることが好ましい。前記一般式(XII−4)及び(XII−5)中、R25は−H又は炭素数1〜30のアルキル基であることが好ましく、前記一般式(XII−6)〜(XII−9)中、R25は−H又は炭素数1〜20のアルキル基であることが好ましい。
前記一般式(XII)で表されるジアミンとして、例えば下記構造式(XII−2−1)、(XII−4−1)及び(XII−7−1)で表されるジアミンが好ましく用いられる。
Figure 2011043801
前記一般式(XIII)で表される側鎖型ジアミンは、二つのフェニルにそれぞれ結合している二つのアミノ基がA7に対してメタ位又はパラ位に結合していることが好ましい。
前記一般式(XIII)で表される側鎖型ジアミンとしては、例えば下記一般式(XIII−1)〜(XIII−3)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
前記一般式中、R26は炭素数6〜20のアルキル基であることが好ましく、R27は−H又は炭素数1〜10のアルキル基であることが好ましい。
さらには、前記ジアミン又はその誘導体としては、ナフタレン構造を有するナフタレン系ジアミン、フルオレン構造を有するフルオレン系ジアミン、シロキサン結合を有するシロキサン系ジアミン、及び前記一般式(IX)〜(XIII)で表された側鎖構造以外の側鎖構造を有するジアミンが挙げられる。
例えば前記シロキサン系ジアミンとしては、例えば下記一般式(XV)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
前記一般式(XV)中、R28及びR29は独立して炭素数1〜3のアルキル又はフェニルを表し、A10は独立してメチレン、フェニレン又はアルキル置換されたフェニレンを表す。iは1〜6の整数を表し、jは1〜10の整数を表す。
前記一般式(XV)で表されるジアミンとしては、例えば下記構造式(XV−1)〜(XV−7)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
さらに前記ジアミン又はその誘導体としては、例えば下記一般式(1')〜(8')で表されるジアミンが挙げられる。
Figure 2011043801
前記一般式中、R30及びR31はそれぞれ独立して炭素数3〜30のアルキル基を表す。
前記ジアミンの誘導体としては、例えばシリル化剤を用いてジアミンをシリル化して得られるシリル化ジアミン化合物が挙げられる。
前記シリル化剤は一種でも二種以上でもよい。前記シリル化剤としては、例えばトリメチルクロロシラン、トリメチルブロモシラン、トリメチルヨードシラン、トリエチルクロロシラン、トリエチルブロモシラン、トリプロピルクロロシラン、トリブチルクロロシラン、トリヘキシルクロロシラン、ジメチルプロピルクロロシラン、ジメチルプロピルクロロシラン、ジメチルオクチルクロロシラン、ジメチルオクタデシルクロロシラン、t−ブチルジメチルクロロシラン等のトリアルキルハロゲン化シラン;ジメチルビニルクロロシラン等のビニル基含有ハロゲン化シラン;ジメチルフェニルクロロシラン、ジフェニルメチルクロロシラン、ジメチルフェニルクロロシラン、ジフェニルメチルクロロシラン、メチルフェニルビニルクロロシラン等のフェニル基含有ハロゲン化シラン;クロロメチルジメチルクロロシラン、3−クロロプロピルジメチルクロロシラン、ジクロロメチルジメチルクロロシラン等のハロゲン化アルキル基含有ハロゲン化シラン;トリメトキシクロロシラン、トリエトキシクロロシラン、ジメトキシメチルクロロシラン等のアルコキシ基含有ハロゲン化シラン;ジメチルジクロロシラン、ジエチルジクロロシラン、ジプロピルジクロロシラン、ジブチルジクロロシラン、ジヘキシルジクロロシラン等のアルキル基含有ジハロゲン化シラン;ヘキサメチルジシラン、ヘキサエチルジシラン、ヘキサフェニルジシラン等のジシラン;ビス(トリメチルシリル)アセトアミド、ビス(トリエチルシリル)アセトアミド、ビス(トリフェニルシリル)アセトアミド等のシリル化アセトアミド;ヘキサメチルジシラザン等のジシラザンが挙げられる。
前記シリル化ジアミン化合物は、公知の方法によって得ることができる。例えば前記シリル化ジアミン化合物は、ジアミンをシリル化してシリル化ジアミン化合物を得る、特開平1−217420号公報に記載された方法によって得ることができる。
なお、前記ジアミン又はその誘導体には、他にも存在する種々の形態のジアミンを、ポ
リイミド膜の用途等の所期の目的が達成される範囲内で用いることができる。
前記テトラカルボン酸又はその誘導体は、一種でも二種以上でもよい。前記テトラカルボン酸又はその誘導体としては、例えばテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。前記テトラカルボン酸二無水物としては、例えば芳香族テトラカルボン酸二無水物、脂肪族テトラカルボン酸二無水物、脂環式テトラカルボン酸二無水物、及びシルセスキオキサン二無水物誘導体が挙げられる。
前記芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、例えば下記構造式(1)〜(13)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
前記脂肪族テトラカルボン酸二無水物及び脂環式テトラカルボン酸二無水物としては、例えば下記構造式(14)〜(62)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
Figure 2011043801
Figure 2011043801
前記シルセスキオキサン二無水物誘導体としては、例えば下記構造式(i)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
さらに前記テトラカルボン酸二無水物としては、例えば側鎖構造を有するテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。側鎖構造を有するテトラカルボン酸二無水物としては、例えば下記構造式(63)及び(64)で表される、ステロイド骨格を有する化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
テトラカルボン酸二無水物をエステル化する1価のアルコール及び1価のアルコール誘導体としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、及びブタノールが挙げられる。テトラカルボン酸二無水物をエステル化してジカルボン酸ジエステル化合物を得る方法は、特開昭61−72022号公報に記載された方法に準じて行われる。
なお、前記テトラカルボン酸二無水物には、他にも存在する種々の形態のテトラカルボン酸二無水物を、ポリイミド膜の用途等の所期の目的が達成される範囲内で用いることができる。
前記ポリアミック酸又はその誘導体は、公知の方法を用いて製造することができる。例えば、原料投入口、窒素導入口、温度計、攪拌機及びコンデンサーを備えた反応容器に、前記ジアミンを仕込み、さらに必要に応じて所望量のモノアミンを仕込む。
次に、溶媒(例えばアミド系極性溶媒であるN−メチル−2−ピロリドンやジメチルホルムアミド等)及び前記テトラカルボン酸二無水物を投入し、さらに必要に応じて所望量のカルボン酸無水物を投入する。このときテトラカルボン酸二無水物の総仕込み量は、ジアミンの総モル数とほぼ等モル(モル比0.9〜1.1程度)とすることが好ましい。
攪拌下に温度0〜70℃で1〜48時間反応させることによりポリアミック酸の溶液を、好適に得ることができる。また、加熱して反応温度を上げる(例えば50〜80℃)ことにより、分子量の小さいポリアミック酸を得ることもできる。生成したポリアミック酸は、多量の貧溶媒で沈殿させ、固形分と溶媒とを濾過等により完全に分離することによって得られる。
得られたポリアミック酸は、所望の粘度に調整するために、後述する溶媒で希釈して使用することができる。
また得られたポリアミック酸は、溶媒と分離して、後述する各種添加剤と共に後述する溶媒に再溶解させてポリイミド系溶液として使用することもできるし、又は溶媒と分離することなく各種添加剤を添加してポリイミド系溶液として使用することもできる。
前記ポリアミック酸又はその誘導体において、前記ジアミンの一部はモノアミンに置き換えられてもよい。ジアミンの一部をモノアミンに置き換えることは、ポリアミック酸又はその誘導体を生成する重合反応のターミネーションを起こし、それ以上の反応の進行を抑えることから、得られるポリアミック酸又はその誘導体の分子量を容易に制御する観点から好ましい。ジアミンに対するモノアミンの比率は、本発明の効果が得られる範囲であればよく、目安として全アミンの10モル%以下であることが好ましい。
同様に、前記ポリアミック酸又はその誘導体において、前記テトラカルボン酸二無水物の一部はカルボン酸無水物に置き換えられてもよい。テトラカルボン酸二無水物の一部をカルボン酸無水物に置き換えることは、前記ポリアミック酸又はその誘導体を生成する重合反応のターミネーションを起こし、それ以上の反応の進行を抑えることから、ポリアミック酸又はその誘導体の分子量を容易に制御する観点から好ましい。前記テトラカルボン酸二無水物に対するカルボン酸無水物の比率は、本発明の効果が得られる範囲であればよく、目安として前記テトラカルボン酸二無水物の10モル%以下であることが好ましい。
前記ポリアミック酸エステルは、ジカルボン酸ジエステル化合物とジアミンからポリイミド前駆体として得ることができる。このようなポリアミック酸エステルの製造方法としては、例えば、縮合剤としてカルボジイミドを用いる方法(特開昭61−72022号公報)、炭酸ジエステルを用いる方法(特開昭62−72724号公報)、リン系化合物を用いる方法(特開2002−356554号公報)、及び、フェノール系溶剤中で加熱する方法(特開昭53−124596号公報)が挙げられる。
また前記ポリアミック酸アミドは、例えば、前記テトラカルボン酸二無水物の一部を有機ジカルボン酸誘導体に置き換えること、又は前記テトラカルボン酸二無水物の一部若しくは全部をトリカルボン酸誘導体に置き換えることによって、ポリアミック酸−ポリアミド共重合体として得ることができる。ここで、テトラカルボン酸二無水物に対する有機ジカルボン酸の比率は、本発明の効果が得られる範囲であればよく、目安としては前記テトラカルボン酸二無水物の10モル%以下であることが好ましい。
さらに、前記ポリアミドイミドは、例えば、該ポリアミック酸−ポリアミド共重合体を化学的にイミド化することによって得ることができる。
前記ポリアミック酸又はその誘導体は、IR、NMRで分析することにより同定され得る。さらには、KOHやNaOH等の強アルカリの水溶液で固形のポリアミック酸又はその誘導体を分解後、有機溶媒で抽出し、GC、HPLC又はGC−MSで分析することにより、使用されているモノマーを同定することができる。
前記成膜性ポリイミド系成分は、溶剤に対する溶解度の観点から選ぶことができる。前記成膜性ポリイミド系成分は、前記ポリイミド系溶液から比較的析出しやすい成分を用いることが、本発明の効果をより顕著に得られる観点からこのましい。例えば、直線性が高い構造を有し、置換基を有さないポリアミック酸は、前記式(A)の化合物を含まない溶媒で溶液としたときに、析出しやすい傾向を有する。ここで、直線性が高い構造とは、直線状の構造であって、構造中に折れ曲がった構造を含まない状態を言う。このような特定の部分構造を有するポリアミック酸としては、例えば、二つのアミノ基の間又は二つのジカルボン酸無水物基の間の構造が、置換基を有さない構造であって、脂肪族環、芳香族環、これらの環の縮合環、又はこれらの環の二以上が単結合、1,2−エチレン、1,4−ブチレン等で結合している構造である前記ジアミン又はその誘導体及び前記テトラカルボン酸又はその誘導体の反応生成物の構造を有する化合物が挙げられる。
例えば、前記の部分構造を有するポリアミック酸において、前記の部分構造がジアミンによる場合、ジアミンの部分構造として以下のものが挙げられる。
Figure 2011043801
また、例えば、前記の部分構造を有するポリアミック酸において、前記の部分構造がテトラカルボン酸二無水物による場合、テトラカルボン酸の部分構造として以下のものが挙げられる。
Figure 2011043801
前記ジアミン又はその誘導体としては、例えば前記構造式(V−1)、(VI−4)、(VI−8)、(VI−16)及び(VI−28)が挙げられ、前記テトラカルボン酸又はその誘導体としては、例えば前記構造式(1)、(2)、(10)、(13)及び(14)が挙げられる。
また、前記成膜性ポリイミド系成分は、ポリイミド系溶液やポリイミド膜の用途の観点からさらに選ぶことができる。例えば、液晶配向膜を形成するためのポリイミド系溶液、すなわち液晶配向剤であれば、液晶配向膜における所期の特性が得られる構造を有する成膜性ポリイミド系成分を選ぶことができる。
例えば液晶配向剤の場合では、前記ポリアミック酸又はその誘導体は、前記側鎖型ジアミンのような側鎖構造を有するジアミン又はテトラカルボン酸二無水物を用いることによって、液晶表示素子におけるプレチルト角を適宜調整することができ、任意の種類の液晶表示素子に適用することができる。プレチルト角としては、VA型液晶表示素子の場合には80〜90°程度の大きなプレチルト角が、OCB型液晶表示素子の場合には7〜20°程度のプレチルト角が、TN型液晶表示素子やSTN型液晶表示素子の場合には3〜10°程度のプレチルト角が、及びIPS型液晶表示素子の場合には0〜3°程度の小さなプレチルト角が要求される場合が多い。
VA型液晶表示素子、OCB型液晶表示素子、TN型液晶表示素子、STN型液晶表示素子等の大きなプレチルト角が要求される用途では、液晶配向膜において所望のプレチルト角を発現させる観点から、前記ジアミン又はその誘導体は、側鎖構造を有するジアミンを含むことが好ましい。
また、液晶表示素子としたときの適切な配向性や適切なプレチルト角を得る観点から、TN、VA、及びIPSにおいては、前記ジアミン又はその誘導体は、前記直鎖型ジアミンを含むことが好ましい。前記ジアミン又はその誘導体中における前記直鎖型ジアミンのモル比は、1〜90%であることが好ましく、5〜80%であることがより好ましい。
また、前記ポリアミック酸又はその誘導体を溶剤に可溶な形態とする観点から、前記テトラカルボン酸又はその誘導体は、前記テトラカルボン酸二無水物から適宜に選択されることが好ましい。
前記テトラカルボン酸二無水物においても、液晶表示素子におけるプレチルト角を大きくする観点から、前記テトラカルボン酸又はその誘導体は、側鎖構造を有するテトラカルボン酸二無水物を含むことが好ましい。
さらに、前記テトラカルボン酸二無水物が前記芳香族テトラカルボン酸二無水物と、脂肪族テトラカルボン酸二無水物及び脂環式テトラカルボン酸二無水物の一方又は両方とを含むことは、液晶表示素子における残留電圧を低減する観点から好ましい。
前記のプレチルト角のように、ポリアミック酸又はその誘導体のモノマーの構造によって発現される特性は、そのような特性をもたらすモノマーを用いてポリアミック酸又はその誘導体を製造することによって得られる。モノマーによる特性は、このような特性をもたらす複数種のモノマーを用いて得られる一種のポリアミック酸又はその誘導体から得ることができ、またこのような特性をもたらす複数種のモノマーを用いて得られる二種以上のポリアミック酸又はその誘導体から得ることができる。
モノマーの一部又は全部が異なる二種以上のポリアミック酸又はその誘導体がポリイミド系溶液に含有されることは、本発明のポリイミド系溶液として好ましい特性を付与する観点から好ましい。二種以上のポリアミック酸又はその誘導体の混合比は、ポリイミド系溶液の用途に応じた所望の特性が得られる程度であればよい。
より具体的には、前記ジアミン又はその誘導体やテトラカルボン酸又はその誘導体の種類及びその組み合わせを適宜選択することにより、液晶配向剤に求められる、さらに良好な残留電圧の低減や好適なプレチルト角等の所望の特性を付与することができ、また向上させることができる。
前述した液晶配向剤の用途や特性の観点から、より好ましい直鎖型ジアミンとしては、前記構造式(V−1)〜(V−5)、(VI−1)〜(VI−10)、(VI−21)、(VI−22)、(VI−26)、(VII−1)、(VII−2)、(VII−6)、及び(VIII−1)で表されるジアミンが挙げられ、さらに好ましい直鎖型ジアミンとしては、前記構造式(V−1)、(V−2)、(VI−1)〜(VI−10)及び(VI−26)で表されるジアミンが挙げられる。
また、前述した液晶配向剤の用途や特性の観点から、より好ましい前記芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、前記構造式(1)、(2)、(5)、(6)及び(7)で表される化合物が挙げられ、さらに好ましい前記芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、構造式(1)で表されるピロメリット酸二無水物が挙げられる。
さらに、前述した液晶配向剤の用途や特性の観点から、より好ましい前記脂肪族テトラカルボン酸二無水物及び脂環式テトラカルボン酸二無水物としては、前記構造式(14)〜(29)、及び(60)で表される化合物が挙げられ、さらに好ましい前記脂肪族テトラカルボン酸二無水物及び脂環式テトラカルボン酸二無水物としては、前記構造式(14)で表される1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。
また、可溶性ポリイミドを生成するためのポリアミック酸を構成する観点から、より好ましい前記脂肪族テトラカルボン酸二無水物及び脂環式テトラカルボン酸二無水物としては、前記構造式(19)、(20)、(27)〜(29)、及び(60)で表される化合物が挙げられる。
前記溶媒は、前記式(A)で表される化合物を含有する。前記溶媒は、前記式(A)の化合物のみからなっていてもよいが、成膜性ポリイミド系成分の溶解性の向上や、ポリイミド膜の用途に基づく所期の特性の向上や付与の観点から、他の溶剤との混合溶媒であることが好ましい。前記溶媒中の式(A)の化合物の含有量は、ポリイミド系溶液の塗膜の平滑化の効果を得る観点では、1重量%以上であることが好ましく、2重量%以上であることがより好ましく、5重量%以上であることが特に好ましい。また、前記溶媒中の式(A)の化合物の含有量は、成膜性ポリイミド系成分の析出を抑制する効果を得る観点では、80重量%以下であることが好ましく、70重量%以下であることがより好ましく、60重量%以下であることが特に好ましい。
前記溶媒のうち、式(A)で表される化合物以外の溶媒は、ポリアミック酸、ポリイミド、及びポリアミドイミド等の高分子成分の製造工程やその用途において通常使用されている溶媒の中から、使用目的に応じて適宜選択され得る。このような他の溶媒は、例えば、ポリイミド系溶液の粘度等の物性の調整、取り扱いの容易さ、工程の簡略化等の観点から用いることができる。前記他の溶媒は一種でも二種以上でもよい。前記他の溶媒としては、例えばポリアミック酸又はその誘導体に対して易溶性である非プロトン性極性有機溶媒、及び表面張力を変えて塗布性改善等を目的とする塗布性改善溶媒が挙げられ、前記他の溶媒はこれらを含む混合溶媒であることが好ましい。
前記非プロトン性極性有機溶媒としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルカプロラクタム、N,N−ジメチルプロピオンアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N,N′,N′−テトラメチル尿素、γ−ブチロラクトン、及びγ−バレロラクトンが挙げられる。前記非プロトン性極性有機溶媒は、N−メチル−2−ピロリドン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、γ−ブチロラクトン、及びγ−バレロラクトンから選ばれる一以上であることが好ましい。
前記塗布性改善溶媒としては、例えば乳酸アルキル、3−メチル−3−メトキシブタノール、テトラリン、イソホロン、エチレングリコールモノブチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のジエチレングリコールモノアルキルエーテル、エチレングリコールモノアルキル又はフェニルアセテート、トリエチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル、マロン酸ジエチル等のマロン酸ジアルキル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル等のジプロピレングリコールモノアルキルエーテル、及びこれらアセテート類等のエステル化合物が挙げられる。前記塗布性改善溶媒は、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、及びジプロピレングリコールモノメチルエーテルから選ばれる一以上であることが好ましい。
非プロトン性極性溶媒と塗布性改善溶媒の種類及び割合は、ポリイミド系溶液の印刷性、塗布性、溶解性及び保存安定性等を考慮して、適宜に設定することができる。非プロトン性極性溶媒は、塗布性改善溶媒よりも相対的に溶解性及び保存安定性に優れ、塗布性改善溶媒は印刷性及び塗布性に優れる傾向がある。
本発明のポリイミド系溶液は、前述した成膜性ポリイミド系成分及び溶媒以外の他の成分をさらに含有していてもよい。このような他の成分としては、例えば添加剤が挙げられる。前記添加剤は、ポリイミド系溶液の特定の性質を向上させる目的で用いられる成分であればよく、一種でも二種以上でもよい。前記添加剤としては、それぞれの目的に応じて用いられる、成膜性ポリイミド系成分以外の高分子化合物及び低分子化合物が挙げられる。
前記高分子化合物は、前記溶媒に可溶性の高分子化合物であることが、ポリイミド系溶液から形成される液晶配向膜の電気特性や配向性を制御する観点から好ましい。このような高分子化合物としては、例えばポリアミド、ポリウレタン、ポリウレア、ポリエステル、ポリエポキサイド、ポリエステルポリオール、シリコーン変性ポリウレタン、シリコーン変性ポリエステルが挙げられる。
前記低分子化合物としては、例えば界面活性剤、帯電防止剤、シランカップリング剤、チタン系のカップリング剤、及びイミド化触媒が挙げられる。界面活性剤はポリイミド系溶液の塗布性を向上させる観点から好ましい。帯電防止剤はポリイミド系溶液及びそれから形成される液晶配向膜の帯電防止性を向上させる観点から好ましい。シランカップリング剤及びチタン系のカップリング剤は、ポリイミド系溶液から形成される液晶配向膜の基板との密着性や耐ラビング性を向上させる観点から好ましい。イミド化触媒は、ポリイミド系溶液からの液晶配向膜の形成において低温でイミド化を進行させる観点から好ましい。
前記シランカップリング剤としては、例えばビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルトリメトキシシラン、パラアミノフェニルトリメトキシシラン、パラアミノフェニルトリエトキシシラン、メタアミノフェニルトリメトキシシラン、メタアミノフェニルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、N−(1,3−ジメチルブチリデン)−3−(トリエトキシシリル)−1−プロピルアミン、及びN,N'−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミンが挙げられる。
前記イミド化触媒としては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン等の脂肪族アミン類;N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジエチルアニリン、メチル置換アニリン、ヒドロキシ置換アニリン等の芳香族アミン類;ピリジン、メチル置換ピリジン、ヒドロキシ置換ピリジン、キノリン、メチル置換キノリン、ヒドロキシ置換キノリン、イソキノリン、メチル置換イソキノリン、ヒドロキシ置換イソキノリン、イミダゾール、メチル置換イミダゾール、ヒドロキシ置換イミダゾール等の環式アミン類が挙げられる。前記イミド化触媒は、N,N−ジメチルアニリン、o−、m−、p−ヒドロキシアニリン、o−、m−、p−ヒドロキシピリジン、及びイソキノリンから選ばれる一以上であることが好ましい。
シランカップリング剤の添加量は、通常、成膜性ポリイミド系成分100重量部に対して0〜30重量部であり、0.05〜20重量部であることが好ましい。
イミド化触媒の添加量は、通常、成膜性ポリイミド系成分のカルボニル基に対して0〜5当量であり、0.05〜3当量であることが好ましい。
その他の添加剤の添加量は、その用途に応じて異なるが、通常、成膜性ポリイミド系成分100重量部に対して0〜30重量部であり、0.1〜20重量部であることが好ましい。
前記添加物には、本発明のポリイミド系溶液が液晶配向膜の形成に用いられる場合、すなわち液晶配向剤である場合では、液晶配向剤に用いられる、液晶配向膜の特性を向上させる成分を用いることができる。例えば、本発明のポリイミド系溶液は、液晶表示素子の電気特性を長期に安定させる観点から、アルケニル置換ナジイミド化合物をさらに含有していてもよい。前記アルケニル置換ナジイミド化合物は一種の化合物であってもよいし、二種以上の化合物であってもよい。前記アルケニル置換ナジイミド化合物の含有量は、上記の観点から、ポリイミド系溶液中の成膜性ポリイミド系成分に対する重量比で0.01〜1.00であることが好ましく、0.01〜0.70であることがより好ましく、0.01〜0.50であることがさらに好ましい。
前記アルケニル置換ナジイミド化合物は、前記溶媒に溶解させることができる化合物であることが好ましい。このようなアルケニル置換ナジイミド化合物の例は、下記一般式(Ina)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
一般式(Ina)中、L1及びL2は、それぞれ独立して水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数3〜6のアルケニル、炭素数5〜8のシクロアルキル、アリール又はベンジルを表し、nは1又は2を表す。
n=1のとき、Wは炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜6のアルケニル、炭素数5〜8のシクロアルキル、炭素数6〜12のアリール、ベンジル、−Z1−(O)q−(Z2O)r−Z3−H(Z1、Z2及びZ3はそれぞれ独立して炭素数2〜6のアルキレンを表し、qは0又は1を表し、そしてrは1〜30の整数を表す。)で表される基、−(Z4s−B−Z5−H(Z4及びZ5はそれぞれ炭素数1〜4のアルキレン又は炭素数5〜8のシクロアルキレンを表し、Bはフェニレンを表し、そしてsは0又は1を表す。)で表される基、−B−T−B−H(Bはフェニレンを表し、そしてTは−CH2−、−C(CH32−、−O−、−CO−、−S−又はSO2−を表す。)で表される基、又はこれらの基の1〜3個の水素が水酸基で置換された基を表す。
このとき、好ましいWは、炭素数1〜8のアルキル、炭素数3〜4のアルケニル、シクロヘキシル、フェニル、ベンジル、炭素数4〜10のポリ(エチレンオキシ)エチル、フェニルオキシフェニル、フェニルメチルフェニル、フェニルイソプロピリデンフェニル、及びこれらの基の1個又は2個の水素が水酸基で置き換えられた基である。
一般式(Ina)においてn=2のとき、Wは炭素数2〜20のアルキレン、炭素数5〜8のシクロアルキレン、炭素数6〜12のアリーレン、−Z1−O−(Z2O)r−Z3−(Z1〜Z3、及びrの意味は前記の通りである。)で表される基、−Z4−B−Z5−(Z4、Z5及びBの意味は前記の通りである。)で表される基、−B−(O−B)s−T−(B−O)s−B−(Bはフェニレンを表し、Tは炭素数1〜3のアルキレン、−O−又は−SO2−を表し、sは0又は1を表す。)で表される基、又はこれらの基の1〜3個の水素が水酸基で置き換えられた基を表す。
このとき、好ましいWは炭素数2〜12のアルキレン、シクロヘキシレン、フェニレン、トリレン、キシリレン、−C36−O−(Z2−O)r−O−C36−(Z2は独立して炭素数2〜6のアルキレンを表し、rは1又は2を表す)で表される基、−B−T−B−(Bはフェニレンを表し、そしてTは−CH2−、−O−又は−SO2−を表す)で表される基、−B−O−B−C36−B−O−B−(Bはフェニレンを表す)で表される基、及びこれらの基の1個又は2個の水素が水酸基で置き換えられた基である。
このようなアルケニル置換ナジイミド化合物は、例えば特許第2729565号公報に記載されているように、アルケニル置換ナジック酸無水物誘導体とジアミンとを80〜220℃の温度で0.5〜20時間保持することにより合成して得られる化合物や市販されている化合物を用いることができる。アルケニル置換ナジイミド化合物の具体例として、以下に示す化合物が挙げられる。
N−メチル−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−メチル−アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−メチル−メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−メチル−メタリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−エチルヘキシル)−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、
N−(2−エチルヘキシル)−アリル(メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−アリル−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−アリル−アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−アリル−メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−イソプロペニル−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−イソプロペニル−アリル(メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−イソプロペニル−メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−シクロヘキシル−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−シクロヘキシル−アリル(メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−シクロヘキシル−メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−フェニル−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、
N−フェニル−アリル(メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−ベンジル−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−ベンジル−アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−ベンジル−メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−ヒドロキシエチル)−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−ヒドロキシエチル)−アリル(メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−ヒドロキシエチル)−メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、
N−(2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピル)−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピル)−アリル(メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2,3−ジヒドロキシプロピル)−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2,3−ジヒドロキシプロピル)−アリル(メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(3−ヒドロキシ−1−プロペニル)−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−ヒドロキシシクロヘキシル)−アリル(メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、
N−(4−ヒドロキシフェニル)−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−ヒドロキシフェニル)−アリル(メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−ヒドロキシフェニル)−メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−ヒドロキシフェニル)−メタリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(3−ヒドロキシフェニル)−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(3−ヒドロキシフェニル)−アリル(メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(p−ヒドロキシベンジル)−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチル}−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、
N−{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチル}−アリル(メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチル}−メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチル}−メタリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−〔2−{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}エチル〕−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−〔2−{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}エチル〕−アリル(メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−〔2−{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}エチル〕−メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−{4−(4−ヒドロキシフェニルイソプロピリデン)フェニル}−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−{4−(4−ヒドロキシフェニルイソプロピリデン)フェニル}−アリル(メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−{4−(4−ヒドロキシフェニルイソプロピリデン)フェニル}−メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、及びこれらのオリゴマー、
N,N’−エチレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−エチレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−エチレン−ビス(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−トリメチレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−ヘキサメチレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−ヘキサメチレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−ドデカメチレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−ドデカメチレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−シクロヘキシレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−シクロヘキシレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、
1,2−ビス{3’−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)プロポキシ}エタン、1,2−ビス{3’−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)プロポキシ}エタン、1,2−ビス{3’−(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)プロポキシ}エタン、ビス〔2’−{3’−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)プロポキシ}エチル〕エーテル、ビス〔2’−{3’−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)プロポキシ}エチル〕エーテル、1,4−ビス{3’−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)プロポキシ}ブタン、1,4−ビス{3’−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)プロポキシ}ブタン、
N,N’−p−フェニレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−p−フェニレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−フェニレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−フェニレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−{(1−メチル)−2,4−フェニレン}−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−p−キシリレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−p−キシリレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−キシリレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−キシリレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、
2,2−ビス〔4−{4−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェノキシ}フェニル〕プロパン、2,2−ビス〔4−{4−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェノキシ}フェニル〕プロパン、2,2−ビス〔4−{4−(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェノキシ}フェニル〕プロパン、ビス{4−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン、ビス{4−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン、
ビス{4−(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン、ビス{4−(メタリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン、ビス{4−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}エーテル、ビス{4−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}エーテル、ビス{4−(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}エーテル、ビス{4−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}スルホン、ビス{4−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}スルホン、
ビス{4−(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}スルホン、1,6−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)−3−ヒドロキシ−ヘキサン、1,12−ビス(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)−3,6−ジヒドロキシ−ドデカン、1,3−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)−5−ヒドロキシ−シクロヘキサン、1,5−ビス{3’−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)プロポキシ}−3−ヒドロキシ−ペンタン、1,4−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)−2−ヒドロキシ−ベンゼン、
1,4−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)−2,5−ジヒドロキシ−ベンゼン、N,N’−p−(2−ヒドロキシ)キシリレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−p−(2−ヒドロキシ)キシリレン−ビス(アリルメチルシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−(2−ヒドロキシ)キシリレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−(2−ヒドロキシ)キシリレン−ビス(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−p−(2,3−ジヒドロキシ)キシリレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、
2,2−ビス〔4−{4−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)−2−ヒドロキシ−フェノキシ}フェニル〕プロパン、ビス{4−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)−2−ヒドロキシ−フェニル}メタン、ビス{3−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)−4−ヒドロキシ−フェニル}エーテル、ビス{3−(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)−5−ヒドロキシ−フェニル}スルホン、1,1,1−トリ{4−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)}フェノキシメチルプロパン、N,N’,N”−トリ(エチレンメタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)イソシアヌレート、及びこれらのオリゴマー等。
さらに、本発明に用いられるアルケニル置換ナジイミド化合物は、非対称なアルキレン・フェニレン基を含む下記構造式で表される化合物でもよい。
Figure 2011043801
前記アルケニル置換ナジイミド化合物のうち、好ましい化合物を次に示す。
N,N’−エチレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−エチレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−エチレン−ビス(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−トリメチレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−ヘキサメチレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−ヘキサメチレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−ドデカメチレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−ドデカメチレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−シクロヘキシレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−シクロヘキシレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、
N,N’−p−フェニレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−p−フェニレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−フェニレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−フェニレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−{(1−メチル)−2,4−フェニレン}−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−p−キシリレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−p−キシリレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−キシリレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−キシリレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、2,2−ビス〔4−{4−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェノキシ}フェニル〕プロパン、2,2−ビス〔4−{4−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェノキシ}フェニル〕プロパン、2,2−ビス〔4−{4−(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェノキシ}フェニル〕プロパン、ビス{4−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン、ビス{4−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン、
ビス{4−(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン、ビス{4−(メタリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン、ビス{4−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}エーテル、ビス{4−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}エーテル、ビス{4−(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}エーテル、ビス{4−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}スルホン、ビス{4−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}スルホン、ビス{4−(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}スルホン。
更に好ましいアルケニル置換ナジイミド化合物を次に示す。
N,N’−エチレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−エチレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−エチレン−ビス(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−トリメチレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−ヘキサメチレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−ヘキサメチレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−ドデカメチレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−ドデカメチレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−シクロヘキシレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−シクロヘキシレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、
N,N’−p−フェニレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−p−フェニレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−フェニレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−フェニレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−{(1−メチル)−2,4−フェニレン}−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−p−キシリレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−p−キシリレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−キシリレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、N,N’−m−キシリレン−ビス(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、
2,2−ビス〔4−{4−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェノキシ}フェニル〕プロパン、2,2−ビス〔4−{4−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェノキシ}フェニル〕プロパン、2,2−ビス〔4−{4−(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェノキシ}フェニル〕プロパン、ビス{4−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン、ビス{4−(アリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン、ビス{4−(メタリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン、ビス{4−(メタリルメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン。
そして、特に好ましいアルケニル置換ナジイミド化合物として、次に示す構造式(Ina−1)で表されるビス{4−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン、構造式(Ina−2)で表されるN,N’−m−キシリレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)、及び構造式(Ina−3)で表されるN,N’−ヘキサメチレン−ビス(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)が挙げられる。
Figure 2011043801
また例えば、本発明の液晶配向剤としてのポリイミド系溶液は、液晶表示素子の電気特性を長期に安定させる観点から、ラジカル重合性不飽和二重結合を有する化合物をさらに含有していてもよい。前記ラジカル重合性不飽和二重結合を有する化合物は一種の化合物であってもよいし、二種以上の化合物であってもよい。なお、前記ラジカル重合性不飽和二重結合を有する化合物には前記アルケニル置換ナジイミド化合物は含まれない。前記ラジカル重合性不飽和二重結合を有する化合物の含有量は、上記の観点から、成膜性ポリイミド系成分に対する重量比で0.01〜1.00であることが好ましく、0.01〜0.70であることがより好ましく、0.01〜0.50であることがさらに好ましい。
なお、アルケニル置換ナジイミド化合物に対するラジカル重合性不飽和二重結合を有する化合物の比率は、液晶表示素子のイオン密度を低減し、イオン密度の経時的な増加を抑制し、さらに残像を抑制する観点から、重量比で0.1〜10であることが好ましく、0.5〜5であることがより好ましい。
前記ラジカル重合性不飽和二重結合を有する化合物としては、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸アミド等の(メタ)アクリル酸誘導体、及びビスマレイミドが挙げられる。前記ラジカル重合性不飽和二重結合を有する化合物は、ラジカル重合性不飽和二重結合を2つ以上有する(メタ)アクリル酸誘導体であることがより好ましい。
(メタ)アクリル酸エステルの具体例としては、例えば(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸−2−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸イソボロニル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、及び(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシプロピルが挙げられる。
2官能(メタ)アクリル酸エステルの具体例としては、例えばエチレンビスアクリレート、東亜合成化学工業(株)の製品であるアロニックスM−210、アロニックスM−240及びアロニックスM−6200、日本化薬(株)の製品であるKAYARAD HDDA、KAYARAD HX−220、KAYARAD R−604及びKAYARAD
R−684、大阪有機化学工業(株)の製品であるV260、V312及びV335HP、並びに共栄社油脂化学工業(株)の製品であるライトアクリレートBA−4EA、ライトアクリレートBP−4PA及びライトアクリレートBP−2PAが挙げられる。
3官能以上の多官能(メタ)アクリル酸エステルの具体例としては、例えば4,4’−メチレンビス(N,N―ジヒドロキシエチレンアクリレートアニリン)、アロニックスM−400、アロニックスM−405、アロニックスM−450、アロニックスM−7100、アロニックスM−8030、アロニックスM−8060、KAYARAD TMPTA、KAYARAD DPCA−20、KAYARAD DPCA−30、KAYARAD DPCA−60、KAYARAD DPCA−120、及び大阪有機化学工業(株)の製品であるVGPTが挙げられる。
(メタ)アクリル酸アミド誘導体の具体例としては、例えばN−イソプロピルアクリルアミド、N−イソプロピルメタクリルアミド、N−n−プロピルアクリルアミド、N−n−プロピルメタクリルアミド、N−シクロプロピルアクリルアミド、N−シクロプロピルメタクリルアミド、N−エトキシエチルアクリルアミド、N−エトキシエチルメタクリルアミド、N−テトラヒドロフルフリルアクリルアミド、N−テトラヒドロフルフリルメタクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N−エチル−N−メチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−メチル−N−n−プロピルアクリルアミド、N−メチル−N−イソプロピルアクリルアミド、N−アクリロイルピペリジン、N−アクリロイルピロリディン、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、N,N’−エチレンビスアクリルアミド、N,N’−ジヒドロキシエチレンビスアクリルアミド、N−(4−ヒドロキシフェニル)メタクリルアミド、N−フェニルメタクリルアミド、N−ブチルメタクリルアミド、N−(iso−ブトキシメチル)メタクリルアミド、N−[2−(N,N−ジメチルアミノ)エチル]メタクリルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、N−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]メタクリルアミド、N−(メトキシメチル)メタクリルアミド、N−(ヒドロキシメチル)―2−メタクリルアミド、N−ベンジル−2−メタクリルアミド、及びN,N’−メチレンビスメタクリルアミドが挙げられる。
上記の(メタ)アクリル酸誘導体のうち、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、N,N’−ジヒドロキシエチレン−ビスアクリルアミド、エチレンビスアクリレート、及び4,4’−メチレンビス(N,N―ジヒドロキシエチレンアクリレートアニリン)が特に好ましい。
ビスマレイミドとしては、例えばケイ・アイ化成(株)製のBMI−70及びBMI−80、並びに大和化成工業(株)製のBMI−1000、BMI−3000、BMI−4000、BMI−5000及びBMI−7000が挙げられる。
また例えば、本発明の液晶配向剤としてのポリイミド系溶液は、液晶表示素子における電気特性の長期安定性の観点から、オキサジン化合物をさらに含有していてもよい。前記オキサジン化合物は一種の化合物であってもよいし、二種以上の化合物であってもよい。前記オキサジン化合物の含有量は、上記の観点から、前記成膜性ポリイミド系成分に対して0.1〜50重量%であることが好ましく、1〜40重量%であることがより好ましく、1〜20重量%であることがさらに好ましい。
前記オキサジン化合物は、前記溶媒に可溶であり、加えて、開環重合性を有するオキサジン化合物が好ましい。
また前記オキサジン化合物におけるオキサジン構造の数は、特に限定されない。
オキサジンの構造には種々の構造が知られている。本発明では、オキサジンの構造は特に限定されないが、前記オキサジン化合物におけるオキサジン構造には、ベンゾオキサジンやナフトオキサジン等の、縮合多環芳香族基を含む芳香族基を有するオキサジンの構造が挙げられる。
前記オキサジン化合物としては、例えば下記一般式(a)〜(f)に示す化合物が挙げられる。なお下記一般式において、環の中心に向けて表示されている結合は、環を構成しかつ置換基の結合が可能ないずれかの炭素に結合していることを示す。
Figure 2011043801
前記一般式(a)〜(c)中、R1及びR2はそれぞれ炭素数1〜30の有機基を表す。また前記一般式(a)〜(f)中、R3〜R6はそれぞれ水素又は炭素数1〜6の炭化水素基を表す。また前記一般式(c)、(d)及び(f)中、Xは、単結合、−O−、−S−、−S−S−、−SO2−、−CO−、−CONH−、−NHCO−、−C(CH32−、−C(CF32−、−(CH2m−、−O−(CH2m−O−、又は−S−(CH2m−S−を表す。ここでmは1〜6の整数である。また前記一般式(e)及び(f)中、Yは独立して、単結合、−O−、−S−、−CO−、−C(CH32−、−C(CF32−又は炭素数1〜3のアルキレンを表す。前記Yにおけるベンゼン環、ナフタレン環に結合している水素は、独立して−F、−CH3、−OH、−COOH、−SO3H、−PO32と置き換えられていてもよい。
また、前記オキサジン化合物には、オキサジン構造を側鎖に有するオリゴマーやポリマー、オキサジン構造を主鎖中に有するオリゴマーやポリマーが含まれる。
一般式(a)で表されるオキサジン化合物としては、例えば以下のオキサジン化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
式中、R1は炭素数1〜30のアルキルが好ましく、炭素数1〜20のアルキルがさらに好ましい。
一般式(b)で表されるオキサジン化合物としては、例えば以下のオキサジン化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
式中、R1は独立して炭素数1〜30のアルキルが好ましく、炭素数1〜20のアルキルがさらに好ましい。
一般式(c)で表されるオキサジン化合物としては、下記一般式(I)で表されるオキサジン化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
前記一般式(I)中、R1及びR2はそれぞれ炭素数1〜30の有機基を表し、R3〜R6はそれぞれ水素又は炭素数1〜6の炭化水素基を表し、Xは単結合、−CH2−、−C(CH32−、−CO−、−O−、−SO2−又は−C(CF32−を表す。前記一般式(I)で表されるオキサジン化合物としては、例えば以下のオキサジン化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
Figure 2011043801
式中、R1は独立して炭素数1〜30のアルキルが好ましく、炭素数1〜20のアルキルがさらに好ましい。
一般式(d)で表されるオキサジン化合物しては、例えば以下のオキサジン化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
一般式(e)で表されるオキサジン化合物としては、例えば以下のオキサジン化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
一般式(f)で表されるオキサジン化合物としては、例えば以下のオキサジン化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
Figure 2011043801
これらのうち、より好ましくは、式(b−1)、式(c−1)、式(c−3)、式(c−5)、式(c−7)、式(c−9)、式(d−1)〜式(d−6)、式(e−3)、式(e−4)、式(f−2)〜式(f−4)で表されるオキサジン化合物が挙げられる。
前記オキサジン化合物は、国際公開2004/009708号パンフレット、特開平11−12258号公報、特開2004−352670号公報に記載の方法と同様の方法で製造することができる。
例えば一般式(a)で表されるオキサジン化合物は、フェノール化合物と1級アミンとアルデヒドとを反応させることによって得られる(国際公開2004/009708号パンフレット参照)。
また一般式(b)で表されるオキサジン化合物は、1級アミンをホルムアルデヒドへ徐々に加える方法により反応させたのち、ナフトール系水酸基を有する化合物を加えて反応させることによって得られる(国際公開2004/009708号パンフレット参照)。
また一般式(c)で表されるオキサジン化合物は、有機溶媒中でフェノール化合物1モル、そのフェノール性水酸基1個に対し少なくとも2モル以上のアルデヒド、及び1モルの一級アミンを、2級脂肪族アミン、3級脂肪族アミン又は塩基性含窒素複素環化合物の存在下で反応させることによって得られる(国際公開2004/009708号パンフレット及び特開平11−12258号公報参照)。
また一般式(d)〜(f)で表されるオキサジン化合物は、4,4’−ジアミノジフェニルメタン等の、複数のベンゼン環とそれらを結合する有機基とを有するジアミン、ホルマリン等のアルデヒド、及びフェノールを、n−ブタノール中、90℃以上の温度で脱水縮合反応させることにより得られる(特開2004−352670号公報参照)。
また例えば、本発明の液晶配向剤としてのポリイミド系溶液は、液晶表示素子における電気特性の長期安定性の観点から、オキサゾリン化合物をさらに含有していてもよい。前記オキサゾリン化合物はオキサゾリン構造を有する化合物である。前記オキサゾリン化合物は一種の化合物であってもよいし、二種以上の化合物であってもよい。前記オキサゾリン化合物の含有量は、上記の観点から、前記成膜性ポリイミド系成分に対して0.1〜50重量%であることが好ましく、1〜40重量%であることがより好ましく、1〜20重量%であることが好ましい。又は、前記オキサゾリン化合物の含有量は、オキサゾリン化合物中のオキサゾリン構造をオキサゾリンに換算したときに、前記成膜性ポリイミド系成分に対して0.1〜40重量%であることが、上記の観点から好ましい。
前記オキサゾリン化合物は、一つの化合物中にオキサゾリン構造を一種だけ有していてもよいし、二種以上有していてもよい。また前記オキサゾリン化合物は、一つの化合物中に前記オキサゾリン構造を一個有していればよいが、二個以上有することが好ましい。また前記オキサゾリン化合物は、オキサゾリン環構造を側鎖に有する重合体であってもよいし、共重合体であってもよい。オキサゾリン構造を側鎖に有する重合体は、オキサゾリン構造を側鎖に有するモノマーの単独重合体であってもよいし、オキサゾリン構造を側鎖に有するモノマーとオキサゾリン構造を有しないモノマーとの共重合体であってもよい。オキサゾリン構造を側鎖に有する共重合体は、オキサゾリン構造を側鎖に有する二種以上のモノマーの共重合体であってもよいし、オキサゾリン構造を側鎖に有する二種以上のモノマーとオキサゾリン構造を有しないモノマーとの共重合体であってもよい。
前記オキサゾリン構造は、オキサゾリン構造中の酸素及び窒素の一方又は両方とポリアミック酸のカルボニル基とが反応し得るようにオキサゾリン化合物中に存在する構造であることが好ましい。
前記オキサゾリン化合物としては、例えば2,2’−ビス(2−オキサゾリン)、1,2,4−トリス−(2−オキサゾリニル−2)−ベンゼン、4−フラン−2−イルメチレン−2−フェニル−4H−オキサゾール−5−オン、1,4−ビス(4,5−ジヒドロ−2−オキサゾリル)ベンゼン、1,3−ビス(4,5−ジヒドロ−2−オキサゾリル)ベンゼン、2,3−ビス(4−イソプロペニル−2−オキサゾリン−2−イル)ブタン、2,2’−ビス−4−ベンジル−2−オキサゾリン、2,6−ビス(イソプロピル−2−オキサゾリン−2−イル)ピリジン、2,2’−イソプロピリデンビス(4−tert−ブチル−2−オキサゾリン)、2,2’−イソプロピリデンビス(4−フェニル−2−オキサゾリン)、2,2’−メチレンビス(4−tert−ブチル−2−オキサゾリン)、及び2,2’−メチレンビス(4−フェニル−2−オキサゾリン)が挙げられる。これらの他、エポクロス(商品名、日本触媒製)のようなオキサゾリルを有するポリマーやオリゴマーも挙げられる。
また例えば、本発明の液晶配向剤としてのポリイミド系溶液は、液晶表示素子における電気特性の長期安定性の観点から、エポキシ化合物をさらに含有していてもよい。前記エポキシ化合物は一種の化合物であってもよいし、二種以上の化合物であってもよい。前記エポキシ化合物の含有量は、上記の観点から、前記成膜性ポリイミド系成分に対して0.1〜50重量%であることが好ましく、1〜40重量%であることがより好ましく、1〜20重量%であることがさらに好ましい。
エポキシ化合物としては、分子内にエポキシ環を一又は二以上有する種々の化合物が挙げられる。分子内にエポキシ環を1つ有する化合物としては、例えばフェニルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、3,3,3−トリフルオロメチルプロピレンオキシド、スチレンオキシド、ヘキサフルオロプロピレンオキシド、シクロヘキセンオキシド、N−グリシジルフタルイミド、(ノナフルオロ−N−ブチル)エポキシド、パーフルオロエチルグリシジルエーテル、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、N,N−ジグリシジルアニリン、及び3−[2−(パーフルオロヘキシル)エトキシ]−1,2−エポキシプロパンが挙げられる。
分子内にエポキシ環を2個以上有する化合物としては、例えばグリシジルエーテル、グリシジルエステル、グリシジルアミン、エポキシ基含有アクリル系樹脂、グリシジルアミド、グリシジルイソシアヌレート、鎖状脂肪族型エポキシ化合物、及び環状脂肪族型エポキシ化合物が挙げられる。
前記グリシジルエーテルとしては、例えばビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビスフェノールS型エポキシ化合物、ビスフェノール型エポキシ化合物、水素化ビスフェノール−A型エポキシ化合物、水素化ビスフェノール−F型エポキシ化合物、水素化ビスフェノール−S型エポキシ化合物、水素化ビスフェノール型エポキシ化合物、臭素化ビスフェノール−A型エポキシ化合物、臭素化ビスフェノール−F型エポキシ化合物、フェノールノボラック型エポキシ化合物、クレゾールノボラック型エポキシ化合物、臭素化フェノールノボラック型エポキシ化合物、臭素化クレゾールノボラック型エポキシ化合物、ビスフェノールAノボラック型エポキシ化合物、ナフタレン骨格含有エポキシ化合物、芳香族ポリグリシジルエーテル化合物、ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ化合物、脂環式ジグリシジルエーテル化合物、脂肪族ポリグリシジルエーテル化合物、ポリサルファイド型ジグリシジルエーテル化合物、及びビフェノール型エポキシ化合物が挙げられる。
前記グリシジルエステルとしては、例えばジグリシジルエステル化合物及びグリシジルエステルエポキシ化合物が挙げられる。
前記グリシジルアミンとしては、例えばポリグリシジルアミン化合物及びグリシジルアミン型エポキシ樹脂が挙げられる。
前記エポキシ基含有アクリル系化合物としては、例えばオキシラニルを有するモノマーの単独重合体及び共重合体が挙げられる。
前記グリシジルアミドとしては、例えばグリシジルアミド型エポキシ化合物が挙げられる。
前記鎖状脂肪族型エポキシ化合物としては、例えばアルケン化合物の炭素−炭素二重結合を酸化して得られる、エポキシ基を含有する化合物が挙げられる。
前記環状脂肪族型エポキシ化合物としては、例えばシクロアルケン化合物の炭素−炭素二重結合を酸化して得られる、エポキシ基を含有する化合物が挙げられる。
前記ビスフェノールA型エポキシ化合物としては、例えば828、1001、1002、1003、1004、1007、1010(いずれも三菱化学(株)製)、エポトートYD−128(新日鐵化学(株)製)、DER−331、DER−332、DER−324(いずれもダウ・ケミカル社製)、エピクロン840、エピクロン850、エピクロン1050(いずれもDIC(株)製)、エポミックR−140、エポミックR−301、及びエポミックR−304(いずれも三井化学(株)製)が挙げられる。
前記ビスフェノールF型エポキシ化合物としては、例えば806、807、4004P(いずれも三菱化学(株)製)、エポトートYDF−170、エポトートYDF−175S、エポトートYDF−2001(いずれも新日鐵化学(株)製)、DER−354(ダウ・ケミカル社製)、エピクロン830、及びエピクロン835(いずれもDIC(株)製)が挙げられる。
前記ビスフェノール型エポキシ化合物としては、例えば2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンのエポキシ化物が挙げられる。
前記水素化ビスフェノール−A型エポキシ化合物としては、例えばサントートST−3000(新日鐵化学(株)製)、リカレジンHBE−100(新日本理化(株)製)、及びデナコールEX−252(ナガセケムテックス(株)製)が挙げられる。
前記水素化ビスフェノール型エポキシ化合物としては、例えば水素化2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンのエポキシ化物が挙げられる。
前記臭素化ビスフェノール−A型エポキシ化合物としては、例えば5050、5051(いずれも三菱化学(株)製)、エポトートYDB−360、エポトートYDB−400(いずれも新日鐵化学(株)製)、DER−530、DER−538(いずれもダウ・ケミカル社製)、エピクロン152、及びエピクロン153(いずれもDIC(株)製)が挙げられる。
前記フェノールノボラック型エポキシ化合物としては、例えば152、154(いずれも三菱化学(株)製)、YDPN−638(新日鐵化学(株)製)、DEN431、DEN438(いずれもダウ・ケミカル社製)、エピクロンN−770(DIC(株)製)、EPPN−201、及びEPPN−202(いずれも日本化薬(株)製)が挙げられる。
前記クレゾールノボラック型エポキシ化合物としては、例えば180S75(三菱化学(株)製)、YDCN−701、YDCN−702(いずれも新日鐵化学(株)製)、エピクロンN−665、エピクロンN−695(いずれもDIC(株)製)、EOCN−102S、EOCN−103S、EOCN−104S、EOCN−1020、EOCN−1025、及びEOCN−1027(いずれも日本化薬(株)製)が挙げられる。
前記ビスフェノールAノボラック型エポキシ化合物としては、例えば157S70(三菱化学(株)製)、及びエピクロンN−880(DIC(株)製)が挙げられる。
前記ナフタレン骨格含有エポキシ化合物としては、例えばエピクロンHP−4032、エピクロンHP−4700、エピクロンHP−4770(いずれもDIC(株)製)、及びNC−7000(日本化薬(株)製)が挙げられる。
前記芳香族ポリグリシジルエーテル化合物としては、例えばハイドロキノンジグリシジルエーテル(下記構造式101)、カテコールジグリシジルエーテル(下記構造式102)レゾルシノールジグリシジルエーテル(下記構造式103)、2−[4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル]−2−[4−[1,1−ビス[4−([2,3−エポキシプロポキシ]フェニル)]エチル]フェニル]プロパン(下記構造式104)、トリス(4−グリシジルオキシフェニル)メタン(下記構造式105)、1031S、1032H60(いずれも三菱化学(株)製)、TACTIX−742(ダウ・ケミカル社製)、デナコールEX−201(ナガセケムテックス(株)製)、DPPN−503、DPPN−502H、DPPN−501H、NC6000(いずれも日本化薬(株)製)、テクモアVG3101L(三井化学(株)製)、下記構造式106で表される化合物、及び下記構造式107で表される化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
前記ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ化合物としては、例えばTACTIX−556(ダウ・ケミカル社製)、及びエピクロンHP−7200(DIC(株)製)が挙げられる。
前記脂環式ジグリシジルエーテル化合物としては、例えばシクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル化合物、及びリカレジンDME−100(新日本理化(株)製)が挙げられる。
前記脂肪族ポリグリシジルエーテル化合物としては、例えばエチレングリコールジグリシジルエーテル(下記構造式108)、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル(下記構造式109)、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(下記構造式110)、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル(下記構造式111)、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(下記構造式112)、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル(下記構造式113)、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル(下記構造式114)、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(下記構造式115)、デナコールEX−810、デナコールEX−851、デナコールEX−8301、デナコールEX−911、デナコールEX−920、デナコールEX−931、デナコールEX−211、デナコールEX−212、デナコールEX−313(いずれもナガセケムテックス(株)製)、DD−503((株)ADEKA製)、リカレジンW−100(新日本理化(株)製)、1,3,5,6−テトラグリシジル−2,4−ヘキサンジオール(下記構造式116)、グリセリンポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、デナコールEX−313、デナコールEX−611、デナコールEX−321、及びデナコールEX−411(いずれもナガセケムテックス(株)製)が挙げられる。
Figure 2011043801
前記ポリサルファイド型ジグリシジルエーテル化合物としては、例えばFLEP−50、及びFLEP−60(いずれも東レ・ファインケミカル(株)製)が挙げられる。
前記ビフェノール型エポキシ化合物としては、例えばYX−4000、YL−6121H(いずれも三菱化学(株)製)、NC−3000P、及びNC−3000S(いずれも日本化薬(株)製)が挙げられる。
前記ジグリシジルエステル化合物としては、例えばジグリシジルテレフタレート(下記構造式117)、ジグリシジルフタレート(下記構造式118)、ビス(2−メチルオキシラニルメチル)フタレート(下記構造式119)、ジグリシジルヘキサヒドロフタレート(下記構造式120)、下記構造式121で表される化合物、下記構造式122で表される化合物、及び下記構造式123で表される化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
前記グリシジルエステルエポキシ化合物としては、例えば871、872(いずれも三菱化学(株)製)、エピクロン200、エピクロン400(いずれもDIC(株)製)、デナコールEX−711、及びデナコールEX−721(いずれもナガセケムテックス(株)製)が挙げられる。
前記ポリグリシジルアミン化合物としては、例えばN,N−ジグリシジルアニリン(下記構造式124)、N,N−ジグリシジル−o−トルイジン(下記構造式125)、N,N−ジグリシジル−m−トルイジン(下記構造式126)、N,N−ジグリシジル−2,4,6−トリブロモアニリン(下記構造式127)、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(下記構造式128)、N,N,O−トリグリシジル−p−アミノフェノール(下記構造式129)、N,N,O−トリグリシジル−m−アミノフェノール(下記構造式130)、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(下記構造式131)、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシリレンジアミン(TETRAD−X(三菱ガス化学(株))、下記構造式132)、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(TETRAD−C(三菱ガス化学(株))、下記構造式133)、1,4−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン(下記構造式134)、1,3−ビス(N,N−ジグリシジルアミノ)シクロヘキサン(下記構造式135)、1,4−ビス(N,N−ジグリシジルアミノ)シクロヘキサン(下記構造式136)、1,3−ビス(N,N−ジグリシジルアミノ)ベンゼン(下記構造式137)、1,4−ビス(N,N−ジグリシジルアミノ)ベンゼン(下記構造式138)、2,6−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン(下記構造式139)、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン(下記構造式140)、2,2’−ジメチル−(N,N,N’,N’−テトラグリシジル)−4,4’−ジアミノビフェニル(下記構造式141)、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(下記構造式142)、1,3,5−トリス(4−(N,N−ジグリシジル)アミノフェノキシ)ベンゼン(下記構造式143)、2,4,4’−トリス(N,N−ジグリシジルアミノ)ジフェニルエーテル(下記構造式144)、トリス(4−(N,N−ジグリシジル)アミノフェニル)メタン(下記構造式145)、3,4,3’,4’−テトラキス(N,N−ジグリシジルアミノ)ビフェニル(下記構造式146)、3,4,3’,4’−テトラキス(N,N−ジグリシジルアミノ)ジフェニルエーテル(下記構造式147)、下記構造式148で表される化合物、及び下記構造式149で表される化合物が挙げられる。
Figure 2011043801
Figure 2011043801
Figure 2011043801
前記オキシラニルを有するモノマーの単独重合体としては、例えばポリグリシジルメタクリレートが挙げられる。前記オキシラニルを有するモノマーの共重合体としては、例えばN−フェニルマレイミド−グリシジルメタクリレート共重合体、N−シクロヘキシルマレイミド−グリシジルメタクリレート共重合体、ベンジルメタクリレート−グリシジルメタクリレート共重合体、ブチルメタクリレート−グリシジルメタクリレート共重合体、2−ヒドロキシエチルメタクリレート−グリシジルメタクリレート共重合体、(3−エチル−3−オキセタニル)メチルメタクリレート−グリシジルメタクリレート共重合体、及びスチレン−グリシジルメタクリレート共重合体が挙げられる。
前記オキシラニルを有するモノマーとしては、例えばグリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート、及びメチルグリシジル(メタ)アクリレートが挙げられる。
前記オキシラニルを有するモノマーの共重合体における前記オキシラニルを有するモノマー以外の他のモノマーとしては、例えば(メタ)アクリル酸、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、iso−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、スチレン、メチルスチレン、クロルメチルスチレン、(3−エチル−3−オキセタニル)メチル(メタ)アクリレート、N−シクロヘキシルマレイミド、及びN−フェニルマレイミドが挙げられる。
前記グリシジルイソシアヌレートとしては、例えば1,3,5−トリグリシジル−1,3,5−トリアジン−2,4,6−(1H,3H,5H)−トリオン(下記構造式150)、1,3−ジグリシジル−5−アリル−1,3,5−トリアジン−2,4,6−(1H,3H,5H)−トリオン(下記構造式151)、及びグリシジルイソシアヌレート型エポキシ樹脂が挙げられる。
Figure 2011043801
前記鎖状脂肪族型エポキシ化合物としては、例えばエポキシ化ポリブタジエン、及びエポリードPB3600(ダイセル化学工業(株)製)が挙げられる。
前記環状脂肪族型エポキシ化合物としては、例えば3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート(セロキサイド2021(ダイセル化学工業(株)製)、下記構造式152)、2−メチル−3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−2’−メチル−3’,4’−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート(下記構造式153)、2,3−エポキシシクロペンタン−2’,3’−エポキシシクロペンタンエーテル(下記構造式154)、ε−カプロラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキレート、1,2:8,9−ジエポキシリモネン(セロキサイド3000(ダイセル化学工業(株)製)、下記構造式155)、下記構造式156で表される化合物、CY−175、CY−177、CY−179(いずれもCIBA−GEIGY社製)、EHPD−3150(ダイセル化学工業(株)製)、及び環状脂肪族型エポキシ樹脂が挙げられる。
Figure 2011043801
前記エポキシ化合物は、ポリグリシジルアミン化合物、ビスフェノールAノボラック型エポキシ化合物、クレゾールノボラック型エポキシ化合物、及び環状脂肪族型エポキシ化合物の一以上であることが好ましく、N,N,N',N'−テトラグリシジル−m−キシレンジアミン、1,3−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N',N'−テトラグリシジル−4,4'−ジアミノジフェニルメタン、商品名「テクモアVG3101L」、3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3',4'−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、N−フェニルマレイミド−グリシジルメタクリレート共重合体、N,N,O−トリグリシジル−p−アミノフェノール、ビスフェノールAノボラック型エポキシ化合物、及びクレゾールノボラック型エポキシ化合物の一以上であることが好ましい。
これら例の中でも、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシレンジアミン、1,3−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、商品名「テクモアVG3101L」、3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート及びN−フェニルマレイミド−グリシジルメタクリレート共重合体が特に好ましい。
また例えば、本発明のポリイミド系溶液は、本発明の効果が得られる範囲(好ましくは前記成膜性ポリイミド系成分の20重量%以内の量)で、アクリル酸ポリマー及びアクリレートポリマー等の他のポリマー成分をさらに含有していてもよい。
さらに、本発明のポリイミド系溶液は、その用途に応じた特性を有するように調製することができる。例えばポリイミド系溶液の用途が液晶配向膜を形成するための液晶配向剤である場合では、本発明のポリイミド系溶液における成膜性ポリイミド系成分の含有率は、ポリイミド系溶液の基板への塗布方法によっても選択され得る。例えば、通常の液晶表示素子の製造工程で用いられる印刷機(オフセット印刷機やインクジェット印刷機を含む。以下、「印刷機」と略すことがある。)で使用されるポリイミド系溶液(液晶配向剤)であれば、成膜性ポリイミド系成分の含有率は0.5〜30重量%であることが好ましく、1〜15重量%であることがより好ましい。成膜性ポリイミド系成分の含有率は、後述するポリイミド系溶液の粘度との関係で適宜調整することができる。
本発明のポリイミド系溶液の粘度は、塗布する方法、成膜性ポリイミド系成分の含有率、使用する成膜性ポリイミド系成分の種類、溶媒の種類と割合によって多種多様である。例えば、印刷機による塗布の場合は、ポリイミド系溶液の粘度は5〜100mPa・sであることが好ましく、10〜80mPa・sであることがより好ましい。ポリイミド系溶液の粘度が5mPa・s以上であることは、液晶配向膜の十分な膜厚を得る観点から好ましく、ポリイミド系溶液の粘度が100mPa・s以下であることは、均一な膜厚の液晶配向剤を得る観点から好ましい。スピンコートによる塗布の場合は、ポリイミド系溶液の粘度は5〜200mPa・sであることが好ましく、10〜100mPa・sであることがより好ましい。
ポリイミド系溶液の粘度は回転粘度測定法により測定され、例えば回転粘度計(東機産業(株)製TVE−20L型)を用いて測定(測定温度:25℃)される。
本発明のポリイミド系溶液は、前記成膜性ポリイミド系成分が、これを溶解する溶媒に溶解してなる溶液を得ることを含むポリイミド系溶液を製造する方法において、前記溶媒に前記式(A)で表される化合物を用いることによって製造することができる。例えば本発明のポリイミド系溶液は、前記成膜性ポリイミド系成分を前記式(A)の化合物に溶解することによって製造することができるし、又は、前記式(A)の化合物以外の溶媒に前記成膜性ポリイミド系成分を溶解し、得られた溶液に前記式(A)の化合物を添加することによって製造することができるし、又は前記式(A)の化合物と他の溶剤との混合溶媒に前記成膜性ポリイミド系成分を溶解することによって製造することができるし、又は前記式(A)の化合物以外の他の溶剤中で前記成膜性ポリイミド系成分を反応によって生成させ、得られた反応生成溶液に前記式(A)の化合物を添加することによって製造することができる。本発明のポリイミド系溶液は、用途に応じて他の成分を添加し、また物性を調整することによって、液晶配向剤等の、成膜性ポリイミド系成分を含有する溶液の通常の用途に用いることができる。
例えば本発明のポリイミド系溶液は、必要に応じて、着色剤、鉱油、充填剤、エラストマー、酸化防止剤、安定剤、消泡剤、伸展剤、可塑剤、触媒、顔料、顔料ペースト、補強材、流動制御剤、レベリング剤、粘稠化剤、燃焼遅延剤、硬化剤、硬化可能な化合物、及び、他の樹脂等の、ポリイミド系溶液の用途に応じた公知の添加剤を添加することによって、被覆材料、絶縁材料、接着剤、封止材、プリント配線基板用材料、又は成形材料とすることができる。他の樹脂としては、例えばポリアミドやポリイミドが挙げられる。被覆材料としては、例えば、塗料、印刷用インキ、表面 及び、保護材料等のコーティング剤が挙げられる。また成型材料としては、例えばFRP(繊維強化プラスチック)用材料が挙げられる。
前記の用途の本発明のポリイミド系溶液における成膜性ポリイミド系成分の含有量は、各用途に応じても異なるが、前記ポリイミド系溶液の全量に対して0.5〜70重量%であることが好ましく、0.5〜50重量%であることが、作業性の観点から好ましい。前記の用途の本発明のポリイミド系溶液は、成膜性ポリイミド系成分と前記溶媒との溶液を原料とし、前記の添加剤を添加した後、攪拌や混練等の適当な混合操作を行うことによって得ることができる。
本発明のポリイミド膜は、塗膜形成用の溶液に本発明のポリイミド系溶液を用いる以外は、このような塗膜からポリイミド膜を形成する通常の方法によって形成することができる。すなわち本発明のポリイミド膜は、前記成膜性ポリイミド系成分とこれを溶解する溶媒とを含有するポリイミド系溶液の塗膜を形成する工程と、形成された塗膜を焼成して塗膜中の成膜性ポリイミド系成分からなるポリイミド膜を形成する工程とを含むポリイミド膜の製造方法において、前記溶媒に前記式(A)で表される化合物を用いる。本発明のポリイミド膜は、用途に応じた適当なポリイミド系溶液を用いることによって、液晶配向膜等の、溶液の塗膜の焼成によって形成されるポリイミド膜の通常の用途に用いることができる。
例えば本発明の液晶配向膜は、前述した本発明のポリイミド系溶液(液晶配向剤)の塗膜を焼成して形成される。ポリイミド系溶液の塗膜の形成及びその焼成は、フォトレジストにおける通常の方法によって行うことができる。
前記液晶配向膜は、例えば液晶表示素子用の基板、又はフッ化カルシウムやシリコン等の測定用の基板に本発明のポリイミド系溶液を塗布し、このポリイミド系溶液の塗膜を例えば150〜400℃、好ましくは180〜280℃に加熱することによって形成することができる。ここで液晶配向膜の膜厚は、10〜300nmであることが好ましく、30〜100nmであることがより好ましい。また、液晶配向膜は、IPS型液晶表示素子のような横電界方式の液晶表示素子の用途である場合は、ラビング処理されていることが好ましい。
前記液晶配向膜の膜厚は、ポリイミド系溶液の粘度やポリイミド系溶液の塗布方法によって調整することができる。また液晶配向膜の膜厚は、段差計やエリプソメータ等の公知の膜厚測定装置によって測定することができる。さらに液晶配向膜中の成分は、必要に応じて加水分解等の処理を行い、IRやMS等の通常の分析手段を利用して分析することができる。例えば、ポリアミック酸をイミド化してなる膜中のオキサジン化合物をIRで分析する方法が「Performance improvement of polybenzoxazine by alloying with polyimide: effect of preparation method on the properties」(Tsutomu Takeichi et al., polymer, 2005, 46, p.4909-4916)には記載されている。
本発明の液晶表示素子は、対向配置されている一対の基板と、前記一対の基板それぞれの対向している面の一方又は両方に形成されている電極と、前記一対の基盤それぞれの対向している面に形成されている本発明の液晶配向膜と、前記一対の基板間に形成されている液晶層を有する。
前記対向配置された一対の電極付き基板は、透明基板(例えばガラス基板)であることが好ましい。
前記一対の基板の少なくとも一方又は両方の基板の表面には、液晶表示素子の形態に応じて電極が設けられる。前記電極は、基板の一面に形成される電極であれば特に限定されない。このような電極には、例えばITOや金属の蒸着膜等が挙げられる。電極は、基板の表面の全体に形成されていてもよいし、例えばパターン化されている所定の形状に形成されていてもよい。また電極は一対の基板の一方のみに設けられていてもよいし、両方に設けられていてもよい。例えば電極が設けられていない基板には基板の表面上に本発明の液晶配向膜が形成され、電極が設けられている基板には電極の上に本発明の液晶配向膜が形成される。本発明の液晶配向膜の形成については前述したとおりである。
前記一対の基板間に挟持された液晶層は液晶組成物を含む。ここで液晶組成物は特に制限はされず、駆動モードに応じて、誘電率異方性が正の液晶組成物及び誘電率異方性が負の液晶組成物のいずれの組成物も用いることができる。
誘電率異方性が正である好ましい液晶組成物の例は、特許第3086228号公報、特許第2635435号公報、特表平5−501735号公報、特開平8−157826号公報、特開平8−231960号公報、特開平9−241644号公報(EP885272A1)、特開平9−302346号公報(EP806466A1)、特開平8−199168号公報(EP722998A1)、特開平9−235552号公報、特開平9−255956号公報、特開平9−241643号公報(EP885271A1)、特開平10−204016号公報(EP844229A1)、特開平10−204436号公報、特開平10−231482号公報、特開2000−087040公報、特開2001−48822公報等に開示されている。
VA型液晶表示素子において用いられる液晶組成物は、誘電率異方性が負の各種の液晶組成物とすることができる。好ましい液晶組成物の例は、特開昭57−114532号公報、特開平2−4725号公報、特開平4−224885号公報、特開平8−40953号公報、特開平8−104869号公報、特開平10−168076号公報、特開平10−168453号公報、特開平10−236989号公報、特開平10−236990号公報、特開平10−236992号公報、特開平10−236993号公報、特開平10−236994号公報、特開平10−237000号公報、特開平10−237004号公報、特開平10−237024号公報、特開平10−237035号公報、特開平10−237075号公報、特開平10−237076号公報、特開平10−237448号公報(EP967261A1)、特開平10−287874号公報、特開平10−287875号公報、特開平10−291945号公報、特開平11−029581号公報、特開平11−080049号公報、特開2000−256307公報、特開2001−019965公報、特開2001−072626公報、特開2001−192657公報等に開示されている。
前記誘電率異方性が正又は負の液晶組成物に、一つ以上の光学活性化合物を添加して使用することも何ら差し支えない。
本発明の液晶表示素子は、もちろんその他の部材を有していてもよい。例えば、薄膜トランジスタを使用したカラー表示のTFT型液晶素子においては、第1の透明基板上に薄膜トランジスタ、絶縁膜、保護膜、信号電極及び画素電極等が形成されており、第2の透明基板上に画素領域以外の光を遮断するブラックマトリクス、カラーフィルター、平坦化膜及び画素電極等を有し得る。
また、VA型液晶表示素子、特にMVA型液晶表示素子においては、第1の透明基板上にドメインと称される微小な突起物が形成されている。また、基板間のセルギャップの調整用にスペーサーが形成されていてもよい。
本発明の液晶表示素子は任意の方法で製作され得るが、例えば、1)前記二枚の透明基板上にポリイミド系溶液を塗布する工程、2)塗布されたポリイミド系溶液を乾燥する工程、3)乾燥されたポリイミド系溶液を脱水・閉環反応させるために必要な加熱処理をする工程、4)得られた液晶配向膜を配向処理する工程、5)二枚の基板を張り合わせた後に、基板の間に液晶組成物を封入する工程、又は一方の基板に液晶組成物を滴下させた後に、もう一方の基板と張り合わせる工程を含む方法で製作される。
前記ポリイミド系溶液を塗布する工程における塗布方法としては、スピンナー法、印刷法、ディッピング法、滴下法、インクジェット法等が一般に知られている。これらの方法が本発明においても適用可能である。
また、前記乾燥工程及び脱水反応に必要な加熱処理を施す工程の方法として、オーブン又は赤外炉の中で加熱処理する方法、ホットプレート上で加熱処理する方法等が一般に知られている。これらの方法が本発明においても適用可能である。乾燥工程は、溶媒の蒸発が可能な範囲内の比較的低温(50〜140℃)で実施することが好ましい。加熱処理の工程は一般に150〜300℃程度の温度で行うことが好ましい。
液晶配向膜への配向処理は、IPS型液晶表示素子、OCB型液晶表示素子、TN型液晶表示素子、STN型液晶表示素子では通常ラビング処理を行う。VA型液晶表示素子ではラビング処理を行わないことが多いが行ってもよい。
次いで、一方の基板上に接着剤を塗布し貼り合わせ真空中で液晶を注入する。滴下注入法の場合には、貼り合わせる前に液晶組成物を基板上に滴下し、その後もう一方の基板で貼りあわせる。貼り合わせに使用した接着剤を熱又は紫外線で硬化させて本発明の液晶表示素子が作製される。
本発明の液晶表示素子には、偏光板(偏光フィルム)、波長板、光散乱フィルム、駆動回路等が実装されてもよい。
本発明のポリイミド系溶液は、各種支持基板上に塗布、加熱処理を施すことによりポリイミド系溶液の塗膜を形成させ、電気・電子素子用の絶縁膜・保護膜或いは液晶配向膜等として使用するために用いることができ、保存中に成膜性ポリイミドが析出しにくく、塗膜の白化を抑制することができ、かつ塗布後の溶液の流動性が良好であるため、凹凸性の改善された平滑な塗膜を形成することができる。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。実施例において用いる化合物は次の通りである。
<テトラカルボン酸二無水物>
化合物(1):ピロメリット酸二無水物
<ジアミン>
化合物(VI−4):1,2−ビス(4−アミノフェニル)エタン
<溶剤>
化合物(A−1):SOLKETAL(関東化学(株)製)
化合物(A−2):前記式(A−2)の化合物
化合物(A−3):前記式(A−3)の化合物
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
BC:ブチルセロソルブ(エチレングリコールモノブチルエーテル)
<酸触媒>
PTS:パラトルエンスルホン酸一水和物
[合成例1]
温度計、攪拌機、原料投入仕込み口及び窒素ガス導入口を備えた100mLの四つ口フラスコに化合物(VI−4)を1.726g(8.130mmol)、及び脱水NMPを50.0g入れ、乾燥窒素気流下攪拌溶解した。次いで化合物(1)を1.774g(8.133mmol)、及び脱水NMPを16.5g加えて、室温環境下で30時間反応させた。反応中に反応温度が上昇する場合は、反応温度を約70℃以下に抑えて反応させた。得られた反応混合物に、脱水NMPを30.0g加えて、濃度が3重量%のポリイミド系溶液を得た。このポリイミド系溶液をPA1とする。
[合成例2]化合物(A−2)の合成
温度計、攪拌機、原料投入仕込み口、Dean−Starkトラップ、還流冷却器を備えた1Lの反応容器に2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールを146g、及びヒドロキシアセトンを81g加えた。さらに前記反応容器に、触媒としてPTSを0.12g、エントレーナー(反応により生じた水を共沸させて除去するための溶剤)としてシクロヘキサンを50g加えた。反応容器を加熱し、還流状態で水を除去しながら3時間反応させた。反応終了後、精留にて精製を行い、純度98%以上の化合物(A−2)を190g取得した。
得られた化合物(A−2)は、1H−NMR分析で得られる核磁気共鳴スペクトルにより同定した。測定装置には、DRX−500(ブルカーバイオスピン(株)社製)を用いた。測定は、前記合成例2で得られたサンプルを、CDCl3等のサンプルが可溶な重水素化溶媒に溶解し、室温で、500MHz、積算回数24回の条件で1H−NMR分析を行った。化学シフトδ値のゼロ点の基準物質としてはテトラメチルシラン(TMS)を用いた。得られた1H−NMRチャートを図1に示す。
得られた化合物(A−2)の純度は、ガスクロマトグラフィーにより測定して求めた。測定装置には、島津製作所製のGC−14A型ガスクロマトグラフを用いた。カラムは、(株)島津ジーエルシー製のキャピラリーカラムG−100−309−170(長さ40m、内径1.2mm、膜厚5μm);固定液相はジメチルポリシロキサン;無極性)を用いた。キャリアーガスとしてはヘリウムを用い、流量は1mL/分に調整した。試料気化室の温度を300℃、検出器(FID)部分の温度を300℃に設定した。
試料はトルエンに溶解して、1重量%の溶液となるように調製し、得られた溶液1μLを試料気化室に注入した。記録計としては島津製作所製のC−R6A型Chromatopac、又はその同等品を用いた。上述したカラムを用いる場合には、試料中の各成分の重量%は、試料中の各ピークの面積%とほぼ対応しており、得られたガスクロマトグラムのピーク面積から試料中の化合物(A−2)の純度を求めた。なお、試料の希釈溶媒としては、例えば、クロロホルム、ヘキサンを用いてもよい。
[合成例3]化合物(A−3)の合成
温度計、攪拌機、原料投入仕込み口、Dean−Starkトラップ、還流冷却器を備えた1Lの反応容器に2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールを146g、及び4−ヒドロキシ−2−ブタノンを132g加えた。さらに前記反応容器に、触媒としてPTSを0.30g、エントレーナーとしてシクロヘキサン50gを加えた。反応容器を加熱し、還流状態で水を除去しながら3時間反応させた。反応終了後、精留にて精製を行い、純度98%以上の化合物(A−3)を200g取得した。化合物(A−3)の構造の確認と純度の測定は化合物(A−2)と同様にして行った。得られた1H−NMRチャートを図2に示す。
[実施例1]
合成例1で得られた3重量%のPA1に、化合物(A−1)を、PA1の100重量部に対して30重量部混合してポリイミド系溶液を得た。得られたポリイミド系溶液を室温で24時間保存して、溶液の保存安定性を観察した結果、何ら変化は認められず、保存安定性は良好であった。
[実施例2]
合成例1で得られた3重量%のPA1に、合成例2で得られた化合物(A−2)を、PA1の100重量部に対して30重量部混合してポリイミド系溶液を得た。得られたポリイミド系溶液を室温で24時間保存して、溶液の保存安定性を観察した結果、何ら変化は認められず、保存安定性は良好であった。
[実施例3]
合成例1で得られた3重量%のPA1に、合成例3で得られた化合物(A−3)を、PA1の100重量部に対して30重量部混合してポリイミド系溶液を得た。得られたポリイミド系溶液を室温で24時間保存して、溶液の保存安定性を観察した結果、何ら変化は認められず、保存安定性は良好であった。
[比較例1]
合成例1で得られた3重量%のPA1に、BCを、PA1の100重量部に対して30重量部混合してポリイミド系溶液を得た。得られたポリイミド系溶液を室温で24時間保存して、溶液の保存安定性を観察した結果、溶液は白濁し、保存安定性は不良であった。
実施例1〜3及び比較例1に示されたように、化合物(A−1)、(A−2)、又は(A−3)を添加した実施例1〜3のポリイミド系溶液では、BCを添加した比較例1のポリイミド系溶液と比較して保存安定性を向上させることができる。
液晶表示素子等の光学素子では、ポリイミド膜が様々な形態で使用されることがある。このようなポリイミド膜を形成するためのポリイミド系溶液の経時的な性状の変化は、ポリイミド膜の物性やそれを用いる光学素子の品質に影響を及ぼすことがある。本発明は、ブチルセロソルブを含有するポリイミド系溶液に比べてポリイミド系溶液の保存安定性を高めることができ、またブチルセロソルブを含有するポリイミド系溶液と同様に、塗布性において優れている。したがって、本発明によれば、ブチルセロソルブを含有する塗膜形成用のポリイミド系溶液を用いる技術において、ポリイミド系溶液の保存安定性の観点でより優れた技術の提供が期待される。

Claims (22)

  1. ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選択された一種以上である成膜性ポリイミド系成分と、これを溶解する溶媒とを含有する液晶配向剤において、
    前記溶媒が下記式(A)で表される化合物を含むことを特徴とする液晶配向剤。
    Figure 2011043801
    (式(A)中、
    1は−CH3、−CH2−OH、又は−(CH22−OHを表し、
    2は−H、−CH3、又は−CH2−OHを表し、
    3は独立して−H、−CH3、又は−CH(CH32を表し、
    nは0又は1を表し、
    1及びQ2のいずれか一方が−OHを有する基であり、
    n=0のときはQ1が−CH3であり、Q2が−CH2−OHであり、
    n=1のときはQ1が−CH2−OH又は−(CH22−OHであり、Q2が−Hであり、Q3が−CH3及び−CH(CH32の一方又は両方を含む。)
  2. 式(A)で表される化合物が下記式(A−1)、(A−2)、及び(A−3)からなる群から選ばれる一以上であることを特徴とする請求項1に記載の液晶配向剤。
    Figure 2011043801
  3. 前記成膜性ポリイミド系成分が、ジアミン又はその誘導体とテトラカルボン酸又はその誘導体との反応生成物の構造を有するポリアミック酸又はその誘導体であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶配向剤。
  4. 前記溶媒が、前記式(A)で表される化合物を含む二種以上の化合物の混合溶媒であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の液晶配向剤の塗膜を焼成して形成される液晶配向膜。
  6. 対向配置されている一対の基板と、前記一対の基板それぞれの対向している面の一方又は両方に形成されている電極と、前記一対の基板それぞれの対向している面に形成されている液晶配向膜と、前記一対の基板間に形成されている液晶層とを有する液晶表示素子において、前記液晶配向膜は請求項5に記載の液晶配向膜である液晶表示素子。
  7. ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選択された一種以上である成膜性ポリイミド系成分と、これを溶解する溶媒とを含有するポリイミド系溶液において、
    前記溶媒が下記式(A)で表される化合物を含むことを特徴とするポリイミド系溶液。
    Figure 2011043801
    (式(A)中、
    1は−CH3、−CH2−OH、又は−(CH22−OHを表し、
    2は−H、−CH3、又は−CH2−OHを表し、
    3は独立して−H、−CH3、又は−CH(CH32を表し、
    nは0又は1を表し、
    1及びQ2のいずれか一方が−OHを有する基であり、
    n=0のときはQ1が−CH3であり、Q2が−CH2−OHであり、
    n=1のときはQ1が−CH2−OH又は−(CH22−OHであり、Q2が−Hであり、Q3が−CH3及び−CH(CH32の一方又は両方を含む。)
  8. 前記成膜性ポリイミド系成分が、ジアミン又はその誘導体とテトラカルボン酸又はその誘導体との反応生成物の構造を有するポリアミック酸又はその誘導体であることを特徴とする請求項7に記載のポリイミド系溶液。
  9. 前記溶媒が、前記式(A)で表される化合物を含む二種以上の化合物の混合溶媒であることを特徴とする請求項7又は8に記載のポリイミド系溶液。
  10. 被覆材料である、請求項7〜9のいずれか一項に記載のポリイミド系溶液。
  11. 絶縁材料である、請求項7〜9のいずれか一項に記載のポリイミド系溶液。
  12. 接着剤である、請求項7〜9のいずれか一項に記載のポリイミド系溶液。
  13. 封止材である、請求項7〜9のいずれか一項に記載のポリイミド系溶液。
  14. プリント配線基板用材料である、請求項7〜9のいずれか一項に記載のポリイミド系溶液。
  15. 成形材料である、請求項7〜9のいずれか一項に記載のポリイミド系溶液。
  16. ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選択された一種以上である成膜性ポリイミド系成分が、これを溶解する溶媒に溶解してなる溶液を得ることを含む、ポリイミド系溶液を製造する方法において、
    前記溶媒が下記式(A)で表される化合物を含むことを特徴とするポリイミド系溶液の製造方法。
    Figure 2011043801
    (式(A)中、
    1は−CH3、−CH2−OH、又は−(CH22−OHを表し、
    2は−H、−CH3、又は−CH2−OHを表し、
    3は独立して−H、−CH3、又は−CH(CH32を表し、
    nは0又は1を表し、
    1及びQ2のいずれか一方が−OHを有する基であり、
    n=0のときはQ1が−CH3であり、Q2が−CH2−OHであり、
    n=1のときはQ1が−CH2−OH又は−(CH22−OHであり、Q2が−Hであり、Q3が−CH3及び−CH(CH32の一方又は両方を含む。)
  17. 前記成膜性ポリイミド系成分が、ジアミン又はその誘導体とテトラカルボン酸又はその誘導体との反応生成物の構造を有するポリアミック酸又はその誘導体であることを特徴とする請求項16に記載のポリイミド系溶液の製造方法。
  18. 前記溶媒が、前記式(A)で表される化合物を含む二種以上の化合物の混合溶媒であることを特徴とする請求項16又は17に記載のポリイミド系溶液の製造方法。
  19. ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選択された一種以上である成膜性ポリイミド系成分とこれを溶解する溶媒とを含有するポリイミド系溶液の塗膜を形成する工程と、形成された塗膜を焼成して塗膜中の成膜性ポリイミド系成分からなるポリイミド膜を形成する工程とを含むポリイミド膜の製造方法において、
    前記溶媒が下記式(A)で表される化合物を含むことを特徴とするポリイミド膜の製造方法。
    Figure 2011043801
    (式(A)中、
    1は−CH3、−CH2−OH、又は−(CH22−OHを表し、
    2は−H、−CH3、又は−CH2−OHを表し、
    3は独立して−H、−CH3、又は−CH(CH32を表し、
    nは0又は1を表し、
    1及びQ2のいずれか一方が−OHを有する基であり、
    n=0のときはQ1が−CH3であり、Q2が−CH2−OHであり、
    n=1のときはQ1が−CH2−OH又は−(CH22−OHであり、Q2が−Hであり、Q3が−CH3及び−CH(CH32の一方又は両方を含む。)
  20. 前記成膜性ポリイミド系成分が、ジアミン又はその誘導体とテトラカルボン酸又はその誘導体との反応生成物の構造を有するポリアミック酸又はその誘導体であることを特徴とする請求項19に記載のポリイミド膜の製造方法。
  21. 前記溶媒が、前記式(A)で表される化合物を含む二種以上の化合物の混合溶媒であることを特徴とする請求項19又は20に記載のポリイミド膜の製造方法。
  22. 下記式(A−2)又は(A−3)で表される化合物。
    Figure 2011043801
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