JP5904121B2 - 液晶配向処理剤、液晶配向膜及び液晶表示素子 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶配向膜を作製する際に用いる液晶配向処理剤及びそれを用いた液晶表示素子に関するものである。
現在、液晶表示素子の液晶配向膜としては、ポリアミド酸などのポリイミド前駆体や可溶性ポリイミドの溶液を主成分とする液晶配向処理剤を塗布し焼成した、いわゆるポリイミド系の液晶配向膜が主として用いられている。
液晶配向膜は、液晶の配向状態を制御する目的で使用されるものである。しかしながら、液晶表示素子の高精細化に伴い、液晶表示素子のコントラスト低下の抑制や残像現象の低減といった観点から、使用される液晶配向膜においても電圧保持率が高いことや、直流電圧を印加した際の蓄積電荷が少ない又は直流電圧により蓄積した電荷の緩和が早いといった特性が次第に重要となってきている。
ポリイミド系の液晶配向膜において、直流電圧によって発生した残像が消えるまでの時間が短いものとして、ポリアミド酸やイミド基含有ポリアミド酸に加えて、特定構造の3級アミンを含有する液晶配向処理剤を使用したもの(例えば、特許文献1参照)や、ピリジン骨格などを有する特定ジアミンを原料に使用した可溶性ポリイミドを含有する液晶配向処理剤を使用したもの(例えば、特許文献2参照)などが知られている。また、電圧保持率が高く、かつ直流電圧によって発生した残像が消えるまでの時間が短いものとして、ポリアミド酸やそのイミド化重合体などに加えて、分子内に1個のカルボン酸基を含有する化合物、分子内に1個のカルボン酸無水物基を含有する化合物及び分子内に1個の3級アミノ基を含有する化合物から選ばれる化合物を、極少量含有する液晶配向処理剤を使用したもの(例えば、特許文献3参照)が知られている。
日本特開平9−316200号公報 日本特開平10−104633号公報 日本特開平8−76128号公報
近年では、大画面で高精細の液晶テレビが広く実用化されており、このような用途における液晶表示素子では、それまでの文字や静止画を主として表示するディスプレイ用途と比較して、残像に対する要求はより厳しくなり、かつ過酷な使用環境での長期間の使用に耐えうる特性が要求されている。したがって、使用される液晶配向膜は従来よりも信頼性の高いものが必要となってきている。そのため、液晶配向膜の電気特性、すなわち、電圧保持率及び直流電圧により蓄積する電荷の緩和特性に関しても、初期特性が良好なだけでなく、例えば、バックライトの光に長時間、曝された後であっても、良好な特性を維持することが求められている。この電圧保持率及び直流電圧により蓄積する電荷の緩和特性が大きく低下した場合、液晶表示素子の表示不良である線焼き付きや面焼き付きが発生しやすくなり、信頼性の高い液晶表示素子を得ることができない。
本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであって、初期特性に加えて、長時間、光の照射に曝されても、電圧保持率の低下を抑制し、さらに直流電圧により蓄積する電荷の緩和が速い液晶配向膜を形成できる液晶配向処理剤を提供し、さらに、過酷な使用環境での長期間の使用に耐えうる信頼性の高い液晶表示素子を提供することにある。
本発明者は、鋭意研究を行った結果、特定の構造を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体を脱水閉環させて得られるポリイミドを含む液晶配向処理剤が、上記の目的を達成するために極めて有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の要旨を有するものである。
(1)下記の式[1]で示されるジアミン化合物(特定ジアミン化合物ともいう。)及び下記の式[2]で示されるジアミン化合物(特定側鎖型ジアミン化合物ともいう。)を含むジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分とを反応させて得られるポリイミド前駆体及びポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体を含有する液晶配向処理剤。
Figure 0005904121
(Xは、−O−、−CO−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−OCO−、−CON(CH)−又はN(CH)CO−であり、Xは、炭素数1〜5のアルキル基又は窒素原子を含有する非芳香族複素環であり、Xは、炭素数1〜5のアルキル基で置換されていてもよい窒素原子を2つ含有する5員環又は6員環の芳香族複素環であり、nは1〜4の整数である。)
Figure 0005904121
(Yは、単結合、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−O−、−CHO−、−COO−又はOCO−であり、Yは、単結合又は(CH−(bは1〜15の整数である)であり、Yは、単結合、−(CH−(cは1〜15の整数である)、−O−、−CHO−、−COO−又はOCO−である。Yは、ベンゼン環、シクロへキサン環及び複素環よりなる群から選ばれる環状基(これらの環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよい。)、又はステロイド骨格を有する炭素数12〜25の有機基より選ばれる2価の有機基であり、Yは、ベンゼン環、シクロへキサン環及び複素環よりなる群から選ばれる2価の環状基(これらの環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよい。)であり、nは、0〜4の整数である。Yは、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜18のアルコキシル基又は炭素数1〜18のフッ素含有アルコキシル基であり、mは、1〜4の整数である。)

(2)式[1]中、Xが、−O−、−CO−、−NH−、−CONH−、−NHCO−、−CON(CH)−又はCHO−である上記(1)に記載の液晶配向処理剤。
(3)式[1]中、Xが、ピペラジン環である上記(1)又は(2)に記載の液晶配向処理剤。
(4)式[1]中、Xが、イミダゾール環、ピラジン環又はピリミジン環である上記(1)〜(3)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(5)前記重合体が、下記の式[3]で示されるテトラカルボン酸二無水物を用いた重合体である上記(1)〜(4)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
Figure 0005904121
(Zは、炭素数4〜13の4価の有機基であり、かつ、炭素数4〜10の非芳香族環状炭化水素基を含有する)。
(6)Zが、下記の式[3a]〜[3j]で示される構造の基である上記(5)に記載の液晶配向処理剤。
Figure 0005904121
(Z〜Zは、水素原子、メチル基、塩素原子又はベンゼン環であり、それぞれ、同じであっても異なってもよい。Z及びZは、水素原子又はメチル基であり、それぞれ、同じであっても異なってもよい。)
(7)前記重合体が、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分とを反応させて得られるポリアミド酸及び該ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体である上記(1)〜(6)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(8)前記重合体が、ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドである上記(1)〜(6)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(9)液晶配向処理剤中に、エポキシ基、オキセタン基、シクロカーボネート基又はイソシアネート基を有する架橋性化合物、ヒドロキシル基及びアルコキシル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の置換基を有する架橋性化合物、又は、重合性不飽和結合を有する架橋性化合物を有する上記(1)〜(8)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(10)液晶配向処理剤が有機溶媒を含有し、有機溶媒の全体の5〜80質量%の貧溶媒を含有する上記(1)〜(9)のいずれかに記載の液晶配向処理剤。
(11)上記(1)〜(10)のいずれかに記載の液晶配向処理剤を用いて得られる液晶配向膜。
(12)上記(11)に記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
(13)電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性化合物を含む液晶組成物を配置し、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性化合物を重合させる工程を経て製造される液晶表示素子に用いられる上記(11)に記載の液晶配向膜。
(14)上記(13)に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
(15)上記(11)又は(13)に記載の液晶配向膜と電極とを備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性化合物を含む液晶組成物を配置し、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性化合物を重合させる工程を経て製造される上記(14)に記載の液晶表示素子。
(16)電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性基を含む液晶配向膜を配置し、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性基を重合させる工程を経て製造される液晶表示素子に用いられる上記(11)に記載の液晶配向膜。
(17)上記(16)に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
(18)電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性基を含む上記(11)又は(13)に記載の液晶配向膜を配置し、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性基を重合させる工程を経て製造されることを特徴とする上記(17)に記載の液晶表示素子。
本発明の液晶配向処理剤を用いることによって、初期特性に加えて、長時間、光の照射に曝されても、電圧保持率の低下を抑制し、さらに直流電圧により蓄積する電荷の緩和が速い液晶配向膜を得ることができる。さらには過酷な使用環境での長期間の使用に耐えうる信頼性の高い液晶表示素子を提供することができる。
<特定ジアミン化合物>
本発明の特定ジアミン化合物は、下記の式[1]で示される。
Figure 0005904121
式[1]中、Xは、−O−、−CO−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−OCO−、−CON(CH)−又はN(CH)CO−である。なかでも、−O−、−COO−、−NH−、−CONH−、−NHCO−、−CON(CH)−、−CHO−又はOCO−は、ジアミン化合物を合成し易いので好ましい。特に好ましくは、−O−、−CO−、−NH−、−CONH−、−NHCO−、−CON(CH)−又はCHO−である。
式[1]中、Xは、炭素数1〜5のアルキル基又は窒素原子を含有する非芳香族複素環である。Xが炭素数1〜5のアルキル基である場合は、該アルキル基は直鎖状でもよいし、分岐していてもよい。特に、アルキル基の炭素数は1〜3が好ましい。また、Xが窒素原子を含有する非芳香族複素環である場合の例としては、ピロリジン環、ピペリジン環、ピラゾリジン環、キヌクリジン環又はイミダゾリジン環が挙げられる。特に、非芳香族複素環が5員環又は6員環のものは、液晶配向膜とした場合に良好な配向性が得られるので好ましい。また、非芳香族複素環が窒素原子を2つ含有する場合は、液晶表示素子とした場合に、液晶配向膜界面において液晶中のイオン性不純物を吸着し、液晶表示素子の良好な電気特性を保つので望ましい。
以上の観点より、窒素原子を含有する非芳香族複素環としては、ピペラジン環がとりわけ好ましい。加えて、XがX中の窒素原子又は該窒素原子に隣接する炭素原子と結合している場合は、液晶表示素子を形成したときに、直流電圧により蓄積する残留電荷の緩和を早くする効果に優れているため好ましい。
式[1]中、Xは、炭素数1〜5のアルキル基で置換されていてもよい窒素原子を2つ含有する5員環又は6員環の芳香族複素環である。窒素原子を2つ含有する5員環又は6員環の芳香族複素環の例としては、イミダゾール環、ピラゾール環、ピラジン環、ピリミジン環又はピリダジン環が挙げられる。なかでも、イミダゾール環、ピラジン環又はピリミジン環が好ましい。さらには、Xにおける芳香族複素環がアルキル基で置換されている場合、そのアルキル基の炭素数は1〜3が好ましい。
式[1]中、nは、1〜4の整数である。なかでも、1又は2の整数が好ましい。
式[1]におけるX、X、X及びnの好ましい組み合わせは、表1〜14に示すとおりである。
Figure 0005904121
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Figure 0005904121
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表1〜表14に記載されるX、X、X及びnの組み合わせにおいて、より好ましい組み合わせは、1−1〜1−6、1−19〜1−24、1−43〜1−48、1−61〜1−66、1−85〜1−90、1−103〜1−108、1−127〜1−132、1−145〜1−150、1−169〜1−174、1−187〜1−192、1−211〜1−216、1−229〜1−234、1−253〜1−258又は1−276等である。特に好ましい組み合わせは、1−1、1−3、1−5、1−19、1−21、1−23、1−43、1−45、1−47、1−61、1−63、1−65、1−85、1−87、1−89、1−103、1−105、1−107、1−127、1−129、1−131、1−145、1−147、1−149、1−169、1−171、1−173、1−187、1−189、1−191、1−211、1−213、1−215、1−229、1−231、1−233、1−253、1−255、1−257、1−271、1−273又は1−275などである。
本発明の特定ジアミン化合物を製造する方法は、特に限定されないが、好ましい方法としては以下の方法が挙げられる。
本発明の特定ジアミン化合物は、下記の式[1a]で示されるジニトロ化合物を合成し、さらに、ジニトロ化合物の有するニトロ基を還元してアミノ基に変換することで得られる。ジニトロ化合物を還元する方法には、特に制限はなく、通常、パラジウム−炭素、酸化白金、ラネーニッケル、白金黒、ロジウム−アルミナ、硫化白金炭素などを触媒として用い、酢酸エチル、トルエン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アルコール系などの溶媒中、水素ガス、ヒドラジン、塩化水素などによって行う方法がある。
Figure 0005904121
(X、X、X及びnは、式[1]との定義と同義である。)
式[1a]で示されるジニトロ化合物は、ジニトロベンゼンに対して、Xを介して−X−Xを結合させる方法などで得ることができる。
例えば、Xが−O−又はCHO−結合の場合、対応するジニトロ基含有ハロゲン誘導体と、X及びXを含む水酸基誘導体をアルカリ存在下で反応させる方法、又はジニトロ基含有の水酸基誘導体と、X及びXを含むハロゲン置換誘導体とをアルカリ存在下で反応させる方法が挙げられる。
が−NH−又はN(CH)−結合の場合、対応するジニトロ基含有のハロゲン誘導体と、X及びXを含むアミノ基置換誘導体とをアルカリ存在下で反応させる方法が挙げられる。
が−OCO−結合の場合、対応するジニトロ基含有の水酸基誘導体と、X及びXを含む酸クロリド体とをアルカリ存在下で反応させる方法が挙げられる。
が−CONH−又はCON(CH)−結合の場合、対応するジニトロ基含有の酸クロリド体と、X及びXを含むアミノ基置換体とをアルカリ存在下で反応させる方法が挙げられる。
が−NHCO−又はN(CH)CO−結合の場合、対応するジニトロ基含有のアミノ基置換体と、X及びXを含む酸クロリド体とをアルカリ存在下で反応させる方法が挙げられる。
ジニトロ基含有のハロゲン誘導体及びジニトロ基含有の水酸基誘導体の具体例としては、3,5−ジニトロクロロベンゼン、2,4−ジニトロクロロベンゼン、2,4−ジニトロフルオロベンゼン、3,5−ジニトロ安息香酸クロリド、3,5−ジニトロ安息香酸、2,4−ジニトロ安息香酸クロリド、2,4−ジニトロ安息香酸、3,5−ジニトロベンジルクロリド、2,4−ジニトロベンジルクロリド、3,5−ジニトロベンジルアルコール、2,4−ジニトロベンジルアルコール、2,4−ジニトロアニリン、3,5−ジニトロアニリン、2,6−ジニトロアニリン、2,4−ジニトロフェノール、2,5−ジニトロフェノール、2,6−ジニトロフェノール、2,4−ジニトロフェニル酢酸などが挙げられる。原料の入手性、反応の点を考慮して、一種又は複数種を選択して用いることができる。
<特定側鎖型ジアミン化合物>
本発明の特定側鎖型ジアミン化合物は、下記の式[2]で示されるジアミン化合物である。
Figure 0005904121
式[2]中、Yは、単結合、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−O−、−CHO−、−COO−又はOCO−である。なかでも、単結合、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−O−、−CHO−又はCOO−は、側鎖構造を合成しやすいので好ましい。より好ましくは、単結合、−(CH−(aは1〜10の整数である)、−O−、−CHO−又はCOO−である。
式[2]中、Yは、単結合又は(CH−(bは1〜15の整数である)である。なかでも、単結合又は(CH−(bは1〜10の整数である)が好ましい。
式[2]中、Yは、単結合、−(CH−(cは1〜15の整数である)、−O−、−CHO−、−COO−又はOCO−である。なかでも、単結合、−(CH−(cは1〜15の整数である)、−O−、−CHO−、−COO−又はOCO−が、合成しやすいので好ましい。より好ましくは、単結合、−(CH−(cは1〜10の整数である)、−O−、−CHO−、−COO−又はOCO−である。
式[2]中、Yは、ベンゼン環、シクロへキサン環及び複素環よりなる群から選ばれる2価の環状基であって、これらの環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよい。さらに、Yは、ステロイド骨格を有する炭素数12〜25の2価の有機基である。Yとしては、ベンゼン環、シクロへキシル環又はステロイド骨格を有する炭素数12〜25の有機基が好ましい。
式[2]中、Yは、ベンゼン環、シクロへキシル環及び複素環よりなる群から選ばれる2価の環状基であって、これらの環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよい。
式[2]中、nは、0〜4の整数である。好ましくは、0〜2の整数である。
式[2]中、Yは、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜18のアルコキシル基又は炭素数1〜18のフッ素含有アルコキシル基である。なかでも、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜10のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜18のアルコキシル基又は炭素数1〜10のフッ素含有アルコキシル基が好ましい。より好ましくは、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシル基である。さらに好ましくは、炭素数1〜9のアルキル基又は炭素数1〜9のアルコキシル基である。
式[2]中、mは、1〜4の整数である。好ましくは、1の整数である。
式[2]におけるY、Y、Y、Y、Y、Y、n及びmの好ましい組み合わせは、表15〜44に示すとおりである。
Figure 0005904121
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表15〜表44に記載されY、Y、Y、Y、Y、Y、n及びmの組み合わせにおいて、より好ましい組み合わせは、2−25〜2−96、2−145〜2−168、2−217〜2−240、2−268〜2−315、2−364〜2−387、2−436〜2−483、2−604〜2−628等であり、特に好ましい組み合わせは、2−49〜2−96、2−145〜2−168、2−217〜2−240又は2−604〜2−612などである。
より具体的には、下記の式[2−1]〜[2−31]で示される構造のジアミン化合物である。
Figure 0005904121
(Rは、−O−、−OCH−、−CHO−、−COOCH−又はCHOCO−を示し、Rは、炭素数1〜22のアルキル基、アルコキシル基、フッ素含有アルキル基又はフッ素含有アルコキシル基である。)
Figure 0005904121
(Rは、−COO−、−OCO−、−COOCH−、−CHOCO−、−CHO−、−OCH−又はCH−を示し、Rは、炭素数1〜22のアルキル基、アルコキシル基、フッ素含有アルキル基又はフッ素含有アルコキシル基である。)
Figure 0005904121
(Rは、−COO−、−OCO−、−COOCH−、−CHOCO−、−CHO−、−OCH−、−CH−又はO−を示し、Rは、フッ素基、シアノ基、トリフルオロメタン基、ニトロ基、アゾ基、ホルミル基、アセチル基、アセトキシ基又は水酸基である。)
Figure 0005904121
(Rは、炭素数3〜12のアルキル基であり、1,4-シクロヘキシレンのシス−トランス異性は、それぞれトランス異性体である。)
Figure 0005904121
(Rは、炭素数3以上12以下のアルキル基であり、1,4-シクロヘキシレンのシス−トランス異性は、それぞれトランス異性体である。)
Figure 0005904121
(Aは、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数3〜20のアルキル基であり、Aは、1,4−シクロへキシレン基又は1,4−フェニレン基であり、Aは、酸素原子又はCOO−*(ただし、「*」を付した結合手がAと結合する)であり、Aは、酸素原子又はCOO−*(ただし、「*」を付した結合手が(CH)a)と結合する)である。また、aは、0又は1の整数であり、aは、2〜10の整数であり、aは、0又は1の整数である。)
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
上記の式[2−1]〜[2−31]のうち、特に好ましい構造のジアミン化合物は、式[2−1]〜式[2−6]、式[2−9]〜式[2−13]、式[2−16]、式[2−19]、式[2−23]、式[2−25]又は式[2−29]等である。
<その他ジアミン化合物>
本発明においては、本発明の効果を損なわない限りにおいて、特定ジアミン化合物及び特定側鎖型ジアミン化合物以外のその他のジアミン化合物を、ジアミン成分として併用することができる。その具体例を以下に挙げる。
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’−ビフェニル、3,3’−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、1,4−ジアミノナフタレン、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、1,5−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、2,8−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、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−(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−(4−アミノフェノキシ)デカン、1,10−(3−アミノフェノキシ)デカン、1,11−(4−アミノフェノキシ)ウンデカン、1,11−(3−アミノフェノキシ)ウンデカン、1,12−(4−アミノフェノキシ)ドデカン、1,12−(3−アミノフェノキシ)ドデカン、4−(アミノメチル)アニリン、3−(アミノメチル)アニリン、4−(2−アミノエチル)アニリン、3−(2−アミノエチルアニリン)などの芳香族ジアミン化合物;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化合物;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化合物。
また、本発明の効果を損なわない限りにおいて、ジアミン側鎖にアルキル基又はフッ素含有アルキル基を有するジアミン化合物を用いることができる。
具体的には、下記の式[DA1]〜[DA12]で示されるジアミン化合物を例示することができる。
Figure 0005904121
(Aは、炭素数1〜22のアルキル基又はフッ素含有アルキル基である。)
Figure 0005904121
(Aは、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−CH−、−O−、−CO−又はNH−を示し、Aは、炭素数1〜22のアルキル基又はフッ素含有アルキル基を示す。)
Figure 0005904121
(pは、1〜10の整数である。)
加えて、本発明の効果を損なわない限りにおいて、下記の式[DA13]〜[DA20]で示されるジアミン化合物を用いることもできる。
Figure 0005904121
(mは、0〜3の整数であり、nは、1〜5の整数である。)
さらに、本発明の効果を損なわない限りにおいて、下記の式[DA21]〜[DA25]で示される分子内にカルボキシル基を有するジアミン化合物を用いることもできる。
Figure 0005904121

(mは、1〜4の整数であり、Aは、単結合、−CH−、−C−、−C(CH−、−CF−、−C(CF)−、−O−、−CO−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又はN(CH)CO−であり、m及びmは、それぞれ0〜4の整数であり、かつm+mは1〜4の整数である。m及びmは、それぞれ1〜5の整数であり、Aは、炭素数1〜5の直鎖又は分岐アルキル基であり、mは、1〜5の整数である。A10は、単結合、−CH−、−C−、−C(CH−、−CF−、−C(CF)−、−O−、−CO−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−CON(CH)−又はN(CH)CO−であり、mは、1〜4の整数である。)
上記その他ジアミン化合物は、液晶配向膜とした際の液晶配向性、電圧保持率、蓄積電荷などの特性に応じて、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。
<テトラカルボン酸二無水物成分>
本発明の特定重合体を得るためには、下記の式[3]で示されるテトラカルボン酸二無水物(特定テトラカルボン酸二無水物ともいわれる)を原料の一部に用いることが好ましい。
Figure 0005904121
式[3]中、Zは、炭素数4〜13の4価の有機基であり、かつ炭素数4〜10の非芳香族環状炭化水素基を含有する。
具体的には、下記の式[3a]〜[3j]で示される構造の基である。
Figure 0005904121
式[3a]中、Z〜Zは、水素原子、メチル基、塩素原子又はベンゼン環から選ばれる基であり、それぞれ、同じであっても異なっても良く、式[3g]中、Z、及びZは、水素原子又はメチル基であり、それぞれ、同じであっても異なっても良い。
式[3]中、Zの特に好ましい構造の基は、重合反応性や合成の容易性から、式[3a]、式[3c]、式[3d]、式[3e]、式[3f]又は式[3g]である。
<その他テトラカルボン酸二無水物>
本発明においては、本発明の効果を損なわない限り、特定テトラカルボン酸二無水物以外のその他のテトラカルボン酸二無水物(その他テトラカルボン酸二無水物ともいわれる)を用いることができる。その他テトラカルボン酸二無水物としては、以下に示すテトラカルボン酸のテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。
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又は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が挙げられる。
上記その他テトラカルボン酸二無水物は、液晶配向膜とした際の液晶配向性、電圧保持率、蓄積電荷などの特性に応じて、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。
<特定重合体>
本発明の特定重合体は、ポリイミド前駆体及びポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体であり、ポリイミド前駆体は、下記の式[A]で示される構造である。
Figure 0005904121
(Rは、4価の有機基であり、R10は、2価の有機基であり、A11及びA12は、水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基であり、それぞれ同じであっても異なってもよく、nは正の整数を示す。)
本発明の特定重合体は、下記の式[B]で示されるジアミン成分と下記の式[C]で示されるテトラカルボン酸二無水物成分とを原料とすることで比較的簡便に得られるという理由から、下記の式[D]で示される繰り返し単位の構造式からなるポリアミド酸又は該ポリアミド酸をイミド化させたポリイミドが好ましい。
Figure 0005904121
(R及びR10は、式[A]で定義したものと同義である。)
Figure 0005904121
(R、R10及びnは、式[A]で定義したものと同義である。)
式[A]及び式[D]において、R及びR10は、それぞれ1種類でもあっても、それぞれ異なったR及びR10を繰り返し単位として、異なった複数種を組み合わせたものでもよい。
本発明において、特定重合体を合成する方法は特に限定されない。通常、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分とを反応させて得られる。一般的には、テトラカルボン酸及びその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種のテトラカルボン酸成分と、1種又は複数種のジアミン化合物からなるジアミン成分とを反応させて、ポリアミド酸を得る。ポリアミド酸アルキルエステルを得るには、ポリアミド酸のカルボキシル基をエステルに変換する方法が用いられる。
さらに、ポリイミドを得るには、前記のポリアミド酸又はポリアミド酸アルキルエステルをイミド化してポリイミドとする方法が用いられる。
本発明の特定重合体を用いて得られる液晶配向膜は、上記ジアミン成分における特定ジアミン化合物の含有割合が多くなるほど、初期特性に加えて、バックライト光に長時間曝された後であっても、電圧保持率及び直流電圧により蓄積する電荷の緩和が速い。また、ジアミン成分における特定側鎖型ジアミン化合物の含有割合が多くなるほど、液晶のプレチルト角を大きくすることができる。その際、上記した特性を高める目的では、ジアミン成分において、特定側鎖型ジアミン化合物の含有量は、特定ジアミン化合物の1モルに対して、0.01〜99モルであることが好ましい。より好ましくは、0.1〜50モルであり、更に好ましくは、0.5〜20モルであり、最も好ましくは0.5〜10モルである。
また、本発明の特定重合体を得るためには、テトラカルボン酸二無水物成分に特定テトラカルボン酸二無水物を用いることが好ましい。その際、テトラカルボン酸二無水物成分の1モル%以上が特定テトラカルボン酸二無水物であることが好ましく、より好ましくは、5モル%以上、さらに好ましくは、10モル%以上である。また、テトラカルボン酸二無水物成分の100モル%が特定テトラカルボン酸二無水物であってもよい。
ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分との反応は、通常、有機溶媒中で行う。その際に用いる有機溶媒としては、生成したポリイミド前駆体が溶解するものであれば特に限定されない。その具体例を以下に挙げる。
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−メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、ジペンテン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール−tert−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3−メチル−3−メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、n−へキサン、n−ペンタン、n−オクタン、ジエチルエーテル、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸メチルエチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸、3−メトキシプロピオン酸、3−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、ジグライム又は4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノンなどである。これらは単独で使用しても、混合して使用してもよい。さらに、ポリイミド前駆体を溶解させない溶媒であっても、生成したポリイミド前駆体が析出しない範囲で、上記溶媒に混合して使用してもよい。また、有機溶媒中の水分は重合反応を阻害し、さらには生成したポリイミド前駆体を加水分解させる原因となるので、有機溶媒は脱水乾燥させたものを用いることが好ましい。
ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分とを有機溶媒中で反応させる際には、ジアミン成分を有機溶媒に分散あるいは溶解させた溶液を攪拌させ、テトラカルボン酸二無水物成分をそのまま、又は有機溶媒に分散、あるいは溶解させて添加する方法、逆にテトラカルボン酸二無水物を有機溶媒に分散、あるいは溶解させた溶液にジアミン成分を添加する方法、テトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを交互に添加する方法などが挙げられ、これらのいずれの方法を用いてもよい。また、ジアミン成分又はテトラカルボン酸二無水物成分を、それぞれ複数種用いて反応させる場合は、あらかじめ混合した状態で反応させてもよく、個別に順次反応させてもよく、さらに個別に反応させた低分子量体を混合反応させ特定重合体としてもよい。その際の重合温度は−20〜150℃の任意の温度を選択することができるが、好ましくは−5〜100℃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特定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攪拌が困難となる。そのため、好ましくは1〜50質量%、より好ましくは5〜30質量%である。反応初期は高濃度で行い、その後、有機溶媒を追加することができる。
ポリイミド前駆体を得る重合反応においては、ジアミン成分の合計モル数とテトラカルボン酸二無水物成分の合計モル数の比は0.8〜1.2であることが好ましい。通常の重縮合反応同様、このモル比が1.0に近いほど生成するポリイミド前駆体の分子量は大きくなる。
本発明のポリイミドは前記のポリイミド前駆体を脱水閉環させて得られるポリイミドであり、液晶配向膜を得るための重合体として有用である。
本発明のポリイミドにおいて、アミド酸基の脱水閉環率(イミド化率)は、必ずしも100%である必要はなく、用途や目的に応じて任意に調整することができる。
ポリイミド前駆体をイミド化させる方法としては、ポリイミド前駆体の溶液をそのまま加熱する熱イミド化又はポリイミド前駆体の溶液に触媒を添加する触媒イミド化が挙げられる。
ポリイミド前駆体を溶液中で熱イミド化させる場合の温度は、100〜400℃、好ましくは120〜250℃であり、イミド化反応により生成する水を系外に除きながら行う方が好ましい。
ポリイミド前駆体の触媒イミド化は、ポリイミド前駆体の溶液に、塩基性触媒と酸無水物とを添加し、−20〜250℃、好ましくは0〜180℃で攪拌することにより行うことができる。塩基性触媒の量はアミド酸基の0.5〜30モル倍、好ましくは2〜20モル倍であり、酸無水物の量はアミド酸基の1〜50モル倍、好ましくは3〜30モル倍である。塩基性触媒としてはピリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミンなどを挙げることができ、中でもピリジンは反応を進行させるのに適度な塩基性を持つので好ましい。 酸無水物としては、無水酢酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸などを挙げることができ、中でも無水酢酸を用いると反応終了後の精製が容易となるので好ましい。触媒イミド化によるイミド化率は、触媒量、反応温度、反応時間を調節することにより制御することができる。
ポリイミド前駆体又はポリイミドの反応溶液から、生成したポリイミド前駆体又はポリイミドを回収する場合には、反応溶液を溶媒に投入して沈殿させればよい。沈殿に用いる溶媒としてはメタノール、アセトン、ヘキサン、ブチルセルソルブ、ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、トルエン、ベンゼン、水などを挙げることができる。溶媒に投入して沈殿させたポリマー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することができる。また、沈殿回収した重合体を、有機溶媒に再溶解させ、再沈殿回収する操作を2〜10回繰り返すと、重合体中の不純物を少なくすることができる。この際の溶媒として、例えば、アルコール類、ケトン類、炭化水素などが挙げられ、これらの内から選ばれる3種類以上の溶媒を用いると、より一層精製の効率が上がるので好ましい。
本発明の特定重合体の分子量は、そこから得られる重合体被膜の強度、重合体被膜形成時の作業性、重合体被膜の均一性を考慮した場合、GPC(Gel Permeation Chromatography)法で測定した重量平均分子量で5,000〜1,000,000とするのが好ましく、より好ましくは、10,000〜150,000である。
<液晶配向処理剤>
本発明の液晶配向処理剤は、液晶配向膜を形成するための塗布液であり、特定重合体及び有機溶媒を含有する塗布液である。
本発明の液晶配向処理剤における、重合体成分は、全てが本発明に用いる特定重合体であってもよく、本発明の特定重合体にそれ以外の他の重合体が混合されていてもよい。その際、特定重合体に対するそれ以外の他の重合体の含有量は0.5〜15質量%、好ましくは1〜10質量%である。
それ以外の他の重合体としては、特定ジアミン化合物及び特定側鎖型ジアミン化合物を含まないジアミン成分と特定テトラカルボン酸二無水物を含まないテトラカルボン酸二無水物成分とから得られるポリイミド前駆体、又は該ポリイミド前駆体から得られるポリイミドが挙げられる。さらには、ポリイミド前駆体及びポリイミド以外の重合体、具体的には、アクリルポリマー、メタクリルポリマー、ポリスチレン又はポリアミドなども挙げられる。
本発明の液晶配向処理剤中の有機溶媒は、塗布により均一な重合体被膜を形成するという観点から、有機溶媒の含有量が70〜99質量%であることが好ましい。この含有量は、目的とする液晶配向膜の膜厚によって適宜変更することができる。その際の有機溶媒としては、上述した特定重合体を溶解させる有機溶媒であれば特に限定されない。より具体的には、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−メチルカプロラクタム、2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、N−ビニルピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、1,3−ジメチル−イミダゾリジノン、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、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、ジグライム及び4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノンなどが挙げられる。これらは単独で使用しても、混合して使用してもよい。
本発明の液晶配向処理剤は、本発明の効果を損なわない限り、エポキシ基、イソシアネート基、オキセタン基又はシクロカーボネート基を有する架橋性化合物、ヒドロキシル基又はアルコキシル基からなら群より選ばれる少なくとも1種の置換基を有する架橋性化合物、重合性不飽和結合を有する架橋性化合物等を含有することもできる。
エポキシ基又はイソシアネート基を有する架橋性化合物としては、例えば、ビスフェノールアセトングリシジルエーテル、フェノールノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート、テトラグリシジルアミノジフェニレン、テトラグリシジル−m−キシレンジアミン、テトラグリシジル−1,3−ビス(アミノエチル)シクロヘキサン、テトラフェニルグリシジルエーテルエタン、トリフェニルグリシジルエーテルエタン、ビスフェノールヘキサフルオロアセトジグリシジルエーテル、1,3−ビス(1−(2,3−エポキシプロポキシ)−1−トリフルオロメチル−2,2,2−トリフルオロメチル)ベンゼン、4,4−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)オクタフルオロビフェニル、トリグリシジル−p−アミノフェノール、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、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、1,3−ビス(4−(1−(4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル)−1−(4−(1−(4−(2,3−エポキシプロポキシフェニル)−1−メチルエチル)フェニル)エチル)フェノキシ)−2−プロパノール等が挙げられる。
オキセタン基を有する架橋性化合物としては、下記の式[4]で示すオキセタン基を少なくとも2個有する架橋性化合物である。
Figure 0005904121
具体的には、下記の式[4a]〜[4k]で示される架橋性化合物である。
Figure 0005904121
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Figure 0005904121
シクロカーボネート基を有する架橋性化合物としては、下記の式[5]で示されるシクロカーボネート基を少なくとも2個有する架橋性化合物が挙げられる。
Figure 0005904121
具体的には、下記の式[5−1]〜式[5−37]で示される架橋性化合物である。
Figure 0005904121
Figure 0005904121
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Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
(式[5−24]中、nは1〜5の整数であり、式[5−25]中、nは1〜5の整数であり、式[5−36]中、nは1〜100の整数であり、式[5−37]中、nは1〜10の整数である)。
さらに、下記の式[5−38]〜式[5−40]に示される少なくとも1種の構造を有するポリシロキサンを挙げることもできる。
Figure 0005904121
(式[5−38]〜式[5−40]中、R、R、R、RおよびRは、それぞれ独立して、式[5]で示される構造、水素原子、水酸基、炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシル基、脂肪族環または芳香族環であり、少なくとも1つは式[5]で示される構造である)。
より具体的には、下記の式[5−41]又は式[5−42]の化合物が挙げられる。
Figure 0005904121
(式[5−42]中、nは1〜10の整数である)。
ヒドロキシル基又はアルコキシル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の置換基を有する架橋性化合物としては、例えば、ヒドロキシル基又はアルコキシル基を有するアミノ樹脂、例えば、メラミン樹脂、尿素樹脂、グアナミン樹脂、グリコールウリル−ホルムアルデヒド樹脂、スクシニルアミド−ホルムアルデヒド樹脂、エチレン尿素−ホルムアルデヒド樹脂などが挙げられる。具体的には、アミノ基の水素原子がメチロール基又はアルコキシメチル基又はその両方で置換されたメラミン誘導体、ベンゾグアナミン誘導体、又はグリコールウリルを用いることができる。メラミン誘導体又はベンゾグアナミン誘導体は、2量体又は3量体として存在することも可能である。これらはトリアジン環1個当たり、メチロール基又はアルコキシメチル基を平均3〜6個有するものが好ましい。
このようなメラミン誘導体又はベンゾグアナミン誘導体の例としては、市販品のトリアジン環1個当たりメトキシメチル基が平均3.7個置換されているMX−750、トリアジン環1個当たりメトキシメチル基が平均5.8個置換されているMW−30(以上、三和ケミカル社製)、サイメル300、301、303、350、370、771、325、327、703、712などのメトキシメチル化メラミン、サイメル235、236、238、212、253、254などのメトキシメチル化ブトキシメチル化メラミン、サイメル506、508などのブトキシメチル化メラミン、サイメル1141などのカルボキシル基含有メトキシメチル化イソブトキシメチル化メラミン、サイメル1123などのメトキシメチル化エトキシメチル化ベンゾグアナミン、サイメル1123−10などのメトキシメチル化ブトキシメチル化ベンゾグアナミン、サイメル1128などのブトキシメチル化ベンゾグアナミン、サイメル1125−80などのカルボキシル基含有メトキシメチル化エトキシメチル化ベンゾグアナミン(以上、三井サイアナミド社製)等が挙げられる。また、グリコールウリルの例としては、サイメル1170などのブトキシメチル化グリコールウリル、サイメル1172などのメチロール化グリコールウリル、パウダーリンク1174などのメトキシメチロール化グリコールウリル等が挙げられる。
ヒドロキシル基又はアルコキシル基を有するベンゼン、又はフェノール性化合物も架橋性化合物として例示できる。例えば、1,3,5−トリス(メトキシメチル)ベンゼン、1,2,4−トリス(イソプロポキシメチル)ベンゼン、1,4−ビス(sec−ブトキシメチル)ベンゼン又は2,6−ジヒドロキシメチル−p−tert−ブチルフェノール等が挙げられる。
より具体的には、下記の式[6−1]〜式[6−48]で示される架橋性化合物である。
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
重合性不飽和結合を有する架橋性化合物としては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、トリ(メタ)アクリロイルオキシエトキシトリメチロールプロパン又はグリセリンポリグリシジルエーテルポリ(メタ)アクリレート等の重合性不飽和基を分子内に3個有する架橋性化合物;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイドビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイドビスフェノール型ジ(メタ)アクリレート、1,6−へキサンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、フタル酸ジグリシジルエステルジ(メタ)アクリレート又はヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート等の重合性不飽和基を分子内に2個有する架橋性化合物;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、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−フェノキシ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピルフタレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルリン酸エステル又はN−メチロール(メタ)アクリルアミド等の重合性不飽和基を分子内に1個有する架橋性化合物が挙げられる。
加えて、下記の式[7]で示される化合物も架橋性化合物として例示できる。
Figure 0005904121
(Eは、シクロヘキサン環、ビシクロヘキサン環、ベンゼン環、ビフェニル環、ターフェニル環、ナフタレン環、フルオレン環、アントラセン環又はフェナントレン環からなる1価の基であり、Eは、下記の式[7a]又は式[7b]からなる1価の基であり、nは、1〜4の整数である。)
Figure 0005904121
上記化合物は架橋性化合物の一例であり、これらに限定されるものではない。また、本発明の液晶配向処理剤に含有される架橋性化合物は、1種類であってもよく、2種類以上組み合わせてもよい。
本発明の液晶配向処理剤における、架橋性化合物の含有量は、重合体成分100質量部に対して、0.1〜150質量部であることが好ましく、架橋反応が進行し目的の効果を発現し、かつ液晶の配向性を低下させないために、より好ましくは0.1〜100質量部であり、特には、1〜50質量部である。
液晶配向膜中の電荷移動を促進し、該液晶配向膜を用いた液晶セルの電荷抜けを促進させる化合物として、下記の式[M1]〜[M156]で示される窒素含有複素環アミン化合物を添加することが好ましい。このアミン化合物は、特定重合体の溶液に直接添加しても構わないが、適当な溶媒で濃度0.1〜10質量%、好ましくは1〜7質量%の溶液にしてから添加することが好ましい。この溶媒としては、上述した特定重合体を溶解させる有機溶媒であれば特に限定されない。
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
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Figure 0005904121
本発明の液晶配向処理剤は、本発明の効果を損なわない限り、液晶配向処理剤を塗布した際の重合体被膜の膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる有機溶媒(貧溶媒ともいわれる)又は化合物を含有することができる。さらに、液晶配向膜と基板との密着性を向上させる化合物などを含有することもできる。
膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる貧溶媒の具体例としては次のものが挙げられる。
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、ブチルセロソルブ、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、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、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、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、乳酸メチルエステル、乳酸エチルエステル、乳酸n−プロピルエステル、乳酸n−ブチルエステル、乳酸イソアミルエステルなどの低表面張力を有する有機溶媒が挙げられる。
これらの貧溶媒は1種類でも複数種類を混合して用いてもよい。上記のような貧溶媒を用いる場合は、液晶配向処理剤に含まれる有機溶媒全体の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。
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(トーケムプロダクツ社製)、メガファックF171、F173、R−30(大日本インキ製)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム社製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子社製)などが挙げられる。これらの界面活性剤の使用割合は、液晶配向処理剤に含有される重合体成分の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。
液晶配向膜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、以下に示す官能性シラン含有化合物やエポキシ基含有化合物が挙げられる。
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−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、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、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−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などが挙げられる。
基板との密着性を向上させる化合物を使用する場合は、液晶配向処理剤に含有される重合体成分の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。0.1質量部未満であると密着性向上の効果は期待できず、30質量部よりも多くなると液晶の配向性が悪くなる場合がある。
本発明の液晶配向処理剤には、上記の架橋性化合物、貧溶媒及び密着性を向上させる化合物の他に、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、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。
<液晶配向膜・液晶表示素子>
本発明の液晶配向処理剤は、基板上に塗布、焼成した後、ラビング処理や光照射などで配向処理をして、液晶配向膜として用いることができる。また、垂直配向用途などの場合では配向処理なしでも液晶配向膜として用いることができる。この際に用いる基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板の他、アクリル基板やポリカーボネート基板などのプラスチック基板なども用いることができる。プロセスの簡素化の観点からは、液晶駆動のためのITO電極などが形成された基板を用いることが好ましい。また、反射型の液晶表示素子では、片側の基板のみにならばシリコンウェハなどの不透明な基板も使用でき、この場合の電極としてはアルミなどの光を反射する材料も使用できる。
液晶配向処理剤の塗布方法は、特に限定されないが、工業的には、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェットなどで行う方法が一般的である。その他の塗布方法としては、ディップ、ロールコータ、スリットコータ、スピンナーなどがあり、目的に応じてこれらを用いてもよい。
液晶配向処理剤を基板上に塗布した後は、ホットプレートなどの加熱手段により50〜300℃、好ましくは80〜250℃で溶媒を蒸発させて重合体被膜とすることができる。焼成後の重合体被膜の厚みは、厚すぎると液晶表示素子の消費電力の面で不利となり、薄すぎると液晶表示素子の信頼性が低下する場合があるので、好ましくは5〜300nm、より好ましくは10〜100nmである。液晶を水平配向や傾斜配向させる場合は、焼成後の重合体被膜をラビング又は偏光紫外線照射などで処理する。
本発明の液晶表示素子は、上記した手法により、本発明の液晶配向処理剤から液晶配向膜付き基板を得た後、公知の方法で液晶セルを作製して液晶表示素子としたものである。
液晶セル作製方法としては、液晶配向膜の形成された一対の基板を用意し、片方の基板の液晶配向膜上にスペーサを散布し、液晶配向膜面が内側になるようにして、もう片方の基板を貼り合わせ、液晶を減圧注入して封止する方法、又は、スペーサを散布した液晶配向膜面に液晶を滴下した後に基板を貼り合わせて封止を行う方法などが例示できる。
さらに、本発明の液晶配向処理剤は、電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性化合物を含む液晶組成物を配置し、電極間に電圧を印加しつつ、活性エネルギー線の照射及び加熱の少なくとも一方により重合性化合物を重合させる工程を経て製造される液晶表示素子にも好ましく用いられる。ここで、活性エネルギー線としては、紫外線が好適である。
上記の液晶表示素子は、PSA(Polymer Sustained Alignment)方式により、液晶分子のプレチルト角を制御するものである。PSA方式では、液晶材料中に少量の光重合性化合物、例えば光重合性モノマーを混入しておき、液晶セルを組み立てた後、液晶層に所定の電圧を印加した状態で光重合性化合物に紫外線などを照射し、生成した重合体によって液晶分子のプレチルト角を制御する。重合体が生成するときの液晶分子の配向状態が電圧を取り去った後においても記憶されるので、液晶層に形成される電界などを制御することにより、液晶分子のプレチルト角を調整することができる。また、PSA方式では、ラビング処理を必要としないので、ラビング処理によってプレチルト角を制御することが難しい垂直配向型の液晶層の形成に適している。
すなわち、本発明の液晶表示素子は、上記した手法により本発明の液晶配向処理剤から液晶配向膜付き基板を得た後、液晶セルを作製し、紫外線の照射及び加熱の少なくとも一方により重合性化合物を重合することで液晶分子の配向を制御することができる。
液晶セル作製の一例を挙げるならば、液晶配向膜の形成された一対の基板を用意し、片方の基板の液晶配向膜上にスペーサを散布し、液晶配向膜面が内側になるようにして、もう片方の基板を貼り合わせ、液晶を減圧注入して封止する方法、又はスペーサを散布した液晶配向膜面に液晶を滴下した後に、基板を貼り合わせて封止を行う方法などが挙げられる。
液晶には、熱や紫外線照射により重合する重合性化合物が混合される。重合性化合物としては、アクリレート基やメタクリレート基等の重合性不飽和基を分子内に1個以上有する化合物が挙げられる。その際、重合性化合物は、液晶成分の100質量部に対して0.01〜10質量部であることが好ましく、より好ましくは0.1〜5質量部である。重合性化合物が0.01質量部未満であると、重合性化合物が重合せずに液晶の配向制御できなくなり、10質量部よりも多くなると、未反応の重合性化合物が多くなって液晶表示素子の焼き付き特性が低下する。
液晶セルを作製した後は、液晶セルに交流又は直流の電圧を印加しながら、熱や紫外線を照射して重合性化合物を重合する。これにより、液晶分子の配向を制御することができる。
加えて、本発明の液晶配向処理剤は、電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性基を含む液晶配向膜を配置し、電極間に電圧を印加する工程を経て製造される液晶表示素子にも好ましく用いられる。ここで、活性エネルギー線としては、紫外線が好適である。
活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方より重合する重合性基を含む液晶配向膜を得るためには、該重合性基を含む化合物を液晶配向処理剤中に添加する方法や、重合性基を含む重合体成分を用いる方法が挙げられる。重合性基としては、アクリル基、メタクリル基、ビニル基、マレイミド基等の重合性不飽和基が挙げられる。
本発明の液晶配向処理剤は、熱や紫外線の照射により、反応する2重結合部位を持つ特定アミン化合物を含んでいるため、紫外線の照射及び加熱の少なくとも一方により液晶分子の配向を制御することができる。
液晶セル作製の一例を挙げるならば、液晶配向膜の形成された一対の基板を用意し、片方の基板の液晶配向膜上にスペーサを散布し、液晶配向膜面が内側になるようにして、もう片方の基板を貼り合わせ、液晶を減圧注入して封止する方法、又はスペーサを散布した液晶配向膜面に液晶を滴下した後に、基板を貼り合わせて封止を行う方法などが挙げられる。
液晶セルを作製した後は、液晶セルに交流又は直流の電圧を印加しながら、熱や紫外線を照射することで、液晶分子の配向を制御することができる。
以上のようにして、本発明の液晶配向処理剤を用いて作製された液晶表示素子は、信頼性に優れたものとなり、大画面で高精細の液晶テレビなどに好適に利用できる。
以下に実施例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、これらに限定されるものではない。
「特定ジアミン化合物の合成」
<合成例1>
特定ジアミン化合物(4)の合成
Figure 0005904121
化合物(2)(57.00g,455mmol)及びトリエチルアミン(46.08g,455mmol)のテトラヒドロフラン(1000g)溶液を10℃以下に冷却し、化合物(1)(100.00g,434mmol)のテトラヒドロフラン(500g)溶液を発熱に注意しながら滴下した。滴下終了後、反応温度を23℃に上げ、さらに反応を行った。HPLC(高速液体クロマトグラフ)にて反応の終了を確認後、蒸留水(9L(リットル))中に反応液を注いだ後、析出した固体をろ過し、水洗後、2−プロパノール(200g)で分散洗浄して、化合物(3)を得た(得量:120.6g,得率:89%)。
H−NMR(H核磁気共鳴分光)(400MHz,DMSO−d,σ(ppm)):9.21(1H,t),9.05(2H,d),8.97(1H,t),7.66(1H,s),7.22(1H,s),6.90(1H,s),4.05(2H,t),3.31(2H,q),2.01(2H,tt).
次いで、化合物(3)(100.00g,313mmol)、5%パラジウムカーボン(含水型,10.00g,10wt%)及びN,N−ジメチルホルムアミド(2000g)の混合物を、水素存在下にて、23℃で攪拌した。反応終了後、窒素置換した後、活性炭(10.00g)を加え、23℃で1時間撹拌した。その後、触媒及び活性炭をろ過により除き、溶媒を留去し、粗結晶を得た。この粗結晶に2−プロパノール(300g)を加え、23℃で30分撹拌し、分散洗浄した。分散洗浄した固体をろ過し、乾燥を行い、特定ジアミン化合物(4)を得た(得量:76.3g,得率:94%)。
H−NMR(400MHz,DMSO−d,σ(ppm)):8.05(1H,t),7.62(1H,t),7.16(1H,t),6.85(1H,t),6.16(2H,d),5.89(1H,t),4.82(4H,broad),3.94(2H,t),3.43(2H,q),1.85(2H,tt).
<合成例2>
特定ジアミン化合物(7)の合成
Figure 0005904121
化合物(5)(24.00g,195mmol)及びトリエチルアミン(19.72g,195mmol)のテトラヒドロフラン(500g)溶液を10℃以下に冷却し、化合物(1)(42.80g、186mmol)のテトラヒドロフラン(142g)溶液を発熱に注意しながら滴下した。滴下終了後、反応温度を23℃に上げ、さらに反応を行った。HPLCにて反応の終了を確認後、蒸留水(3.9L)中に反応液を注いだ後、析出した固体をろ過し、水洗後、2−プロパノール(240g)で分散洗浄して、化合物(6)を得た(得量:51.3g,得率:87%)。
H−NMR(400MHz,DMSO−d,σ(ppm)):9.87(1H,broad),9.10(2H,d),8.97(1H,t),8.57(1H,d),8.50(1H,t),4.65(2H,s),2.84(3H,s).
次いで、化合物(6)(45.00g,142mmol)、5%パラジウムカーボン(含水品,4.5g,10wt%)及び1,4−ジオキサン(675g)/DMF(200g)の混合物を、水素存在下にて、70℃で攪拌した。反応終了後、窒素置換した後、活性炭(4.5g)を加え、70℃で1時間撹拌した。その後、触媒及び活性炭をろ過により除き、溶媒を留去し、粗結晶を得た。得られた粗結晶を2−プロパノール(100g)で分散洗浄することにより、特定ジアミン化合物(7)を得た(得量:33.7g,得率:92%)。
H−NMR(400MHz,DMSO−d,σ(ppm)):8.60(1H,t),8.42(1H,m),8.38(1H,d),6.22(2H,d),5.92(1H,t),4.84(4H,s),4.43(2H,d),2.43(3H,s).
<合成例3>
特定ジアミン化合物(10)の合成
Figure 0005904121
化合物(8)(24.00g,146mmol)及びトリエチルアミン(14.79g,146mmol)のテトラヒドロフラン(332g)溶液を10℃以下に冷却し、化合物(1)(32.10g、139mmol)のテトラヒドロフラン(100g)溶液を発熱に注意しながら滴下した。滴下終了後、反応温度を23℃に上げ、さらに反応を行った。HPLCにて反応の終了を確認後、蒸留水(3.9L)中に反応液を注いだ後、析出した固体をろ過し、水洗後、2−プロパノール(200g)で分散洗浄して、化合物(9)を得た(得量:47.6g,得率:95%)。
H−NMR(400MHz,DMSO−d,σ(ppm)):8.88(1H,t),8.70(2H,d),8.40(2H,t),6.68(1H,t),3.90(2H,broad),3.75(4H,broad),3.42(2H,broad).
次いで、化合物(9)(40.00g,112mmol)、5%パラジウムカーボン(含水品、4.0g,10wt%)及びDMF(800g)の混合物を、水素存在下にて、70℃で攪拌した。反応終了後、触媒をセライトにてろ過した後、エバポレーターにて溶媒を留去し、粗物を得た。得られた粗物を2−プロパノール(12g)で分散洗浄して、特定ジアミン化合物(10)を得た(得量:1.7g,得率:68%)。
H−NMR(400MHz,DMSO−d,σ(ppm)):8.35(2H,d),6.63(1H,t),5.82(1H,t),5.75(2H,d),4.86(4H,s),3.70(4H,broad),3.49(4H,broad).
<合成例4>
ジアミン化合物(13)の合成
Figure 0005904121
化合物(11)(15.22g,142mmol)及びトリエチルアミン(15.09g,149mmol)のテトラヒドロフラン(150g)溶液を10℃以下に冷却し、化合物(1)(31.1g,135mmol)のテトラヒドロフラン(50g)溶液を発熱に注意しながら滴下した。滴下終了後、反応温度を23℃に上げ、さらに反応を行った。HPLCにて反応の終了を確認後、蒸留水(1L)中に反応液を注いだ後、析出した固体をろ過し、水洗した。その後、固体をエタノール(300g)で分散洗浄して、化合物(12)を得た(得量:36.92g,得率:90%)。
H−NMR(400MHz,DMSO−d,σ(ppm)):9.75(1H,broad),9.10(2H,s),8.97−8.92(1H,m),7.40−7.22(5H,m),4.59−4.52(2H,m).
次いで、化合物(12)(36.00g,119mmol)、5%パラジウムカーボン(含水型,3.6g,10wt%)及び1,4−ジオキサン(300g)の混合物を、水素存在下にて、60℃で攪拌した。反応終了後、触媒をセライトにてろ過した後、エバポレーターにて溶媒を留去し、粗物を得た。得られた粗物をメタノール(200g)で再結晶して、ジアミン化合物(13)を得た(得量:21.5g,得率:72%)。
H−NMR(400MHz,DMSO−d,σ(ppm)):8.55(1H,broad),7.37−7.17(5H,m),6.28(2H,s),6.98−6.94(1H,m),4.85−4.74(4H,broad),4.42−4.35(2H,m).
<合成例5>
ジアミン化合物(16)の合成
Figure 0005904121
化合物(14)(23.45g,190mmol)及びトリエチルアミン(19.23g,277mmol)のテトラヒドロフラン(230g)溶液を10℃以下に冷却し、化合物(1)(41.68g,180mmol)のテトラヒドロフラン(110g)溶液を発熱に注意しながら滴下した。滴下終了後、反応温度を23℃に上げ、さらに反応を行った。HPLCにて反応の終了を確認後、蒸留水(1.5L)中に反応液を注いだ後、析出した固体をろ過し、水洗した。その後、固体をエタノール(380g)で分散洗浄して、化合物(15)を得た(得量:50.82g,得率:89%)。
H−NMR(400MHz,DMSO−d,σ(ppm)):9.76(1H,t),9.09−9.02(2H,m),8.99−8.93(1H,m),8.50(1H,broad),7.64−7.60(1H,m),7.36−7.32(1H,m),7.20−7.14(1H,m),4.57(2H,s),3.35(2H,s).
次いで、化合物(15)(48.00g,151mmol)、5%パラジウムカーボン(含水型,4.8g,10wt%)及び1,4−ジオキサン(490g)の混合物を、水素存在下にて、60℃で攪拌した。反応終了後、触媒をセライトにてろ過した後、エバポレーターにて溶媒を留去し、粗物を得た。得られた粗物をエタノール(300g)で分散洗浄して、ジアミン化合物(16)を得た(得量:27.20g,得率:70%)。
H−NMR(400MHz,DMSO−d,σ(ppm)):8.64(1H,t),8.50(1H,d),8.44(1H,d),7.67(1H,d),7.34(1H,q),6.23(2H,d),5.94(1H,s),4.87(4H,s),4.39(2H,d).
「ポリイミド前駆体及びポリイミドの合成」
実施例において用いた化合物の略号は、以下のとおりである。
(テトラカルボン酸二無水物)
CBDA:1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
BODA:ビシクロ[3,3,0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸二無水物
TCA:下記の式で示されるテトラカルボン酸二無水物
TDA:下記の式で示されるテトラカルボン酸二無水物
Figure 0005904121
(特定ジアミン化合物)
特定ジアミン化合物(4):合成例1の合成経路で得られた特定ジアミン化合物
特定ジアミン化合物(7):合成例2の合成経路で得られた特定ジアミン化合物
特定ジアミン化合物(10):合成例3の合成経路で得られた特定ジアミン化合物
(特定側鎖型ジアミン化合物)
PCH7DAB:1,3−ジアミノ−4−〔4−(トランス−4−n−ヘプチルシクロへキシル)フェノキシ〕ベンゼン
PBCH5DAB:1,3−ジアミノ−4−{4−〔トランス−4−(トランス−4−n−ペンチルシクロへキシル)シクロへキシル〕フェノキシ}ベンゼン
m−PBCH5DABz:1,3−ジアミノ−5−{4−〔4−(トランス−4−n−ペンチルシクロヘキシル)フェニル〕フェノキシメチル}ベンゼン
ColDAB−1:下記の式で示される特定側鎖型ジアミン化合物
Figure 0005904121
(その他ジアミン化合物)
p−PDA:p−フェニレンジアミン
m−PDA:m−フェニレンジアミン
DBA:3,5−ジアミノ安息香酸
AP18:1,3−ジアミノ−4−オクタデシルオキシベンゼン
ジアミン化合物(13):合成例4の合成経路で得られたジアミン化合物
ジアミン化合物(16):合成例5の合成経路で得られたジアミン化合物
Figure 0005904121
(架橋性化合物)
架橋性化合物(1):YH−434L(東都化成社製)(エポキシ系架橋性化合物)
架橋性化合物(2):OXT−221(東亜合成社製)(オキセタン系架橋性化合物)
架橋性化合物(3):下記の式で示される架橋性化合物(ヒドロキシル化フェノール系架橋性化合物)
Figure 0005904121
(有機溶媒)
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
BCS:ブチルセロソルブ
(ポリイミド前駆体及びポリイミドの分子量測定)
合成例における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(KD−803、KD−805)(Shodex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−水和物(LiBr・HO)が30mmol/L、リン酸・無水結晶(o−リン酸)が30mmol/L、テトラヒドロフラン(THF)が10ml(ミリリットル)/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、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、1,000)(ポリマーラボラトリー社製)。
(イミド化率の測定)
合成例におけるポリイミドのイミド化率は次のようにして測定した。ポリイミド粉末20mgをNMRサンプル管(NMRサンプリングチューブスタンダード、φ5(草野科学社製))に入れ、重水素化ジメチルスルホキシド(DMSO−d6中に0.05質量%TMS(テトラメチルシラン))(0.53ml)を添加し、超音波をかけて完全に溶解させた。この溶液をNMR測定機(JNW−ECA500)(日本電子データム社製)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付近に現れるアミド酸の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。
イミド化率(%)=(1−α・x/y)×100
上記式において、xはアミド酸のNH基由来のプロトンピーク積算値、yは基準プロトンのピーク積算値、αはポリアミド酸(イミド化率が0%)の場合におけるアミド酸のNH基プロトン1個に対する基準プロトンの個数割合である。
<合成例1>
BODA(5.87g,23.5mmol)、特定ジアミン化合物(4)(0.76g,2.93mmol)、PCH7DAB(5.58g,14.7mmol)、及びp−PDA(1.27g,11.7mmol)をNMP(24.1g)中で混合し、80℃で4.5時間反応させた。その後、CBDA(1.15g,5.86mmol)とNMP(19.7g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が、25.0質量%のポリアミド酸溶液(A)を得た。このポリアミド酸の数平均分子量は27,400、重量平均分子量は77,300であった。
<合成例2>
合成例1で得られた樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液(A)(20.0g)に、NMPを加えて6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.45g)、及びピリジン(1.80g)を加え、80℃で3.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(350ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(B)を得た。このポリイミドのイミド化率は55%であり、数平均分子量は23,200、重量平均分子量は57,100であった。
<合成例3>
BODA(5.87g,23.5mmol)、特定ジアミン化合物(4)(1.52g,5.86mmol)、PBCH5DAB(3.81g,8.80mmol)、及びp−PDA(1.59g,14.7mmol)をNMP(23.0g)中で混合し、80℃で4.5時間反応させた。その後、CBDA(1.15g,5.86mmol)とNMP(18.8g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が、25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.5g)に、NMPを加えて6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.42g)、及びピリジン(1.81g)を加え、80℃で3.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(350ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(C)を得た。このポリイミドのイミド化率は52%であり、数平均分子量は21,600、重量平均分子量は51,700であった。
<合成例4>
BODA(3.42g,13.7mmol)、特定ジアミン化合物(4)(1.01g,3.91mmol)、m−PBCH5DABz(2.62g,5.86mmol)、DBA(1.49g,9.77mmol)をNMP(16.0g)中で混合し、80℃で4.5時間反応させた後、CBDA(1.15g,5.86mmol)とNMP(13.1g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)に、NMPを加えて6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.55g)、ピリジン(3.30g)を加え、90℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(400ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(D)を得た。このポリイミドのイミド化率は81%であり、数平均分子量は22,100、重量平均分子量は53,200であった。
<合成例5>
BODA(5.72g,22.8mmol)、特定ジアミン化合物(7)(0.73g,2.86mmol)、ColDAB−1(2.11g,4.28mmol)、及びm−PDA(2.32g,21.4mmol)をNMP(19.8g)中で混合し、80℃で4.5時間反応させた。その後、CBDA(1.12g,5.71mmol)とNMP(16.2g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.5g)に、NMPを加えて6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.55g)、及びピリジン(1.95g)を加え、80℃で4時間反応させた。この反応溶液をメタノール(350ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(E)を得た。このポリイミドのイミド化率は52%であり、数平均分子量は20,800、重量平均分子量は53,100であった。
<合成例6>
TCA(3.51g,15.7mmol)、特定ジアミン化合物(4)(0.41g,1.57mmol)、PCH7DAB(2.38g,6.26mmol)、及びp−PDA(0.85g,7.83mmol)をNMP(28.6g)中で混合し、40℃で8時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液(F)を得た。このアミド酸の数平均分子量は28,900、重量平均分子量は75,300であった。
<合成例7>
TCA(3.52g,15.7mmol)、特定ジアミン化合物(10)(0.47g,1.57mmol)、PBCH5DAB(1.80g,4.16mmol)、及びm−PDA(0.90g,8.32mmol)をNMP(21.1g)中で混合し、40℃で8時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)に、NMPを加えて6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.55g)、及びピリジン(1.95g)を加え、80℃で4.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(350ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(G)を得た。このポリイミドのイミド化率は52%であり、数平均分子量は21,200、重量平均分子量は51,300であった。
<合成例8>
BODA(1.15g,4.60mmol)、特定ジアミン化合物(4)(0.40g,1.53mmol)、PBCH5DAB(1.99g,4.70mmol)、及びDBA(1.40g,9.19mmol)をNMP(12.1g)中で混合し、80℃で3時間反応させた。その後、TCA(2.40g,10.7mmol)とNMP(9.91g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.1g)に、NMPを加えて6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.50g)、及びピリジン(3.35g)を加え、90℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(350ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(H)を得た。このポリイミドのイミド化率は82%であり、数平均分子量は21,900、重量平均分子量は51,900であった。
<合成例9>
BODA(1.15g,4.60mmol)、特定ジアミン化合物(7)(0.79g,3.06mmol)、ColDAB−1(1.51g,3.06mmol)、及びDBA(1.40g,9.19mmol)をNMP(12.0g)中で混合し、80℃で3時間反応させた。その後、TCA(2.40g,10.7mmol)とNMP(9.79g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)に、NMPを加えて6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.50g)、及びピリジン(1.90g)を加え、80℃で3.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(350ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(I)を得た。このポリイミドのイミド化率は56%であり、数平均分子量は19,800、重量平均分子量は53,500であった。
<合成例10>
TDA(1.39g,4.63mmol)、特定ジアミン化合物(10)(0.46g,1.54mmol)、PCH7DAB(2.35g,6.18mmol)、及びDBA(1.17g,7.72mmol)をNMP(12.4g)中で混合し、80℃で3時間反応させた。その後、CBDA(2.12g,10.8mmol)とNMP(10.1g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)に、NMPを加えて6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.50g)、及びピリジン(3.35g)を加え、90℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(400ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(J)を得た。このポリイミドのイミド化率は72%であり、数平均分子量は20,200、重量平均分子量は49,800であった。
<合成例11>
BODA(5.87g,23.5mmol)、AP18(5.52g,14.7mmol)、及びp−PDA(1.59g,14.7mmol)をNMP(23.3g)中で混合し、80℃で4時間反応させた。その後、CBDA(1.15g,5.86mmol)とNMP(19.1g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が、25.0質量%のポリアミド酸溶液(K)を得た。このポリアミド酸の数平均分子量は25,400、重量平均分子量は70,900であった。
<合成例12>
合成例11で得られた樹脂固形分濃度が25.0質量%のポリアミド酸溶液(K)(20.1g)に、NMPを加えて6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.40g)、及びピリジン(1.85g)を加え、80℃で4時間反応させた。この反応溶液をメタノール(350ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(L)を得た。このポリイミドのイミド化率は56%であり、数平均分子量は20,100、重量平均分子量は54,200であった。
<合成例13>
BODA(5.87g,23.5mmol)、PCH7DA(5.58g,14.7mmol)、及びp−PDA(1.59g,14.7mmol)をNMP(23.4g)中で混合し、80℃で4時間反応させた後、CBDA(1.15g,5.86mmol)とNMP(19.1g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が、25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)に、NMPを加えて6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.50g)、及びピリジン(1.90g)を加え、80℃で4時間反応させた。この反応溶液をメタノール(350ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(M)を得た。このポリイミドのイミド化率は55%であり、数平均分子量は20,300、重量平均分子量は49,800であった。
<合成例14>
BODA(5.87g,23.5mmol)、PCH7DAB(5.58g,14.7mmol)、ジアミン化合物(13)(0.71g,2.93mmol)、及びp−PDA(1.27g,11.7mmol)をNMP(22.2g)中で混合し、80℃で4時間反応させた。その後、CBDA(1.15g,5.86mmol)とNMP(18.2g)を加え、40℃で6時間反応させ、樹脂固形分濃度が、25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)に、NMPを加えて6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.50g)、及びピリジン(1.92g)を加え、80℃で4時間反応させた。この反応溶液をメタノール(350ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(N)を得た。このポリイミドのイミド化率は55%であり、数平均分子量は20,100、重量平均分子量は54,100であった。
<合成例15>
BODA(5.87g,23.5mmol)、PCH7DAB(5.58g,14.7mmol)、ジアミン化合物(16)(0.75g,2.93mmol)、及びp−PDA(1.27g,11.7mmol)をNMP(24.1g)中で混合し、80℃で4時間反応させた。その後、CBDA(1.15g,5.86mmol)とNMP(19.7g)を加え、40℃で8時間反応させ、樹脂固形分濃度が、25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.0g)に、NMPを加えて6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.45g)、及びピリジン(1.85g)を加え、80℃で3.5時間反応させた。この反応溶液をメタノール(350ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(O)を得た。このポリイミドのイミド化率は55%であり、数平均分子量は21,200、重量平均分子量は52,100であった。
<合成例16>
BODA(5.77g,23.0mmol)、特定ジアミン化合物(4)(0.75g,2.88mmol)、AP18(5.43g,14.4mmol)、及びp−PDA(1.27g,11.5mmol)をNMP(23.6g)中で混合し、80℃で4時間反応させた。その後、CBDA(1.13g,5.76mmol)とNMP(19.3g)を加え、40℃で8時間反応させ、樹脂固形分濃度が、25.0質量%のポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液(20.5g)に、NMPを加えて6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.50g)、及びピリジン(1.90g)を加え、80℃で4時間反応させた。この反応溶液をメタノール(350ml)中に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥し、ポリイミド粉末(P)を得た。このポリイミドのイミド化率は54%であり、数平均分子量は21,900、重量平均分子量は51,400であった。
本発明のポリアミド酸及びポリイミドを表45に示す。
Figure 0005904121
*1:ポリアミド酸。
「液晶配向処理剤の製造」
実施例1〜13及び比較例1〜6は、液晶配向処理剤の製造例を記載する。製造した液晶配向処理剤の組成を表46及び表47に示す。
「液晶セルの作製」及び「電気特性の評価」は、下記のとおりである。
実施例1〜13及び比較例1〜6で得られた各液晶配向処理剤を用いて、液晶セルを作製し、得られた液晶セルの電気特性の評価を行った。
「液晶セルの作製」
液晶配向処理剤を、30×40mmのITO電極付き基板のITO面にスピンコートし、ホットプレート上にて80℃で5分間、熱循環型クリーンオーブン中にて230℃で30分間の加熱処理をして、膜厚100nmのポリイミド液晶配向膜付きの基板を得た。
得られた液晶配向膜付きの基板を2枚用意し、液晶配向膜面を内側にして6μmのスペーサーを挟んで組み合わせ、シール剤で周囲を接着して空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、MLC−6608(メルク・ジャパン社製)を注入し、注入口を封止して、ネマティック液晶セルを得た。
この液晶セルを偏光顕微鏡で観察したところ、液晶は均一に配向しており、配向欠陥は見られなかった。
「電気特性の評価」
上記の「液晶セルの作製」で得られた液晶セルに、80℃の温度下で1Vの電圧を60μm印加し、16.67ms後、及び50ms後の電圧を測定し、電圧がどのくらい保持できているかを電圧保持率として計算した。なお、測定は、VHR−1電圧保持率測定装置(東陽テクニカ社製)を使用し、Voltage:±1V、Pulse Width:60μs、Flame Period:16.67ms又は50msの設定で行った。
電圧保持率測定後の液晶セルに、直流電圧10Vを30分印加し、1秒間短絡させた後、液晶セル内に発生している電位を1800秒間測定した。そして、50秒後及び1000秒後の残留電荷を測定した。なお、測定には東陽テクニカ社製の液晶物性評価装置(6254型)を用いた。
電圧保持率及び残留電荷の測定が終了した液晶セルに、365nm換算で50J/cmの紫外線を照射した後、上記と同様の条件にて、電圧保持率及び残留電荷の測定を行った。なお、紫外線照射は、卓上型UV硬化装置(HCT3B28HEX−1)(センライト社製(SEN LIGHT CORPORATION))を用いて行った。
<実施例1>
合成例1で得られた樹脂固形分濃度24.9質量%のポリアミド酸溶液(A)(10.5g)、NMP(8.50g)及びBCS(24.6g)を、25℃にて6時間混合して、液晶配向処理剤(1)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
得られた液晶配向処理剤(1)を用いて、上述した条件にて、液晶セルの作製及び電気特性の評価を行った。
実施例2〜13、及び比較例1〜6についても、実施例1と同様に、製造した各液晶配向処理剤を用いて、液晶セルの作製及び電気特性の評価を行った。その結果を表48〜51に示す。
<実施例2>
合成例2で得られたポリイミド粉末(B)(2.52g)、NMP(22.3g)及びBCS(19.7g)を、25℃にて8時間混合して、液晶配向処理剤(2)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例3>
合成例3で得られたポリイミド粉末(C)(2.50g)、NMP(24.0g)及びBCS(17.6g)を、25℃にて8時間混合して、液晶配向処理剤(3)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例4>
合成例4で得られたポリイミド粉末(D)(2.51g)、NMP(26.1g)及びBCS(15.7g)を、25℃にて8時間混合して、液晶配向処理剤(4)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例5>
合成例5で得られたポリイミド粉末(E)(2.50g)、NMP(29.9g)及びBCS(11.8g)を、25℃にて8時間混合して、液晶配向処理剤(5)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例6>
合成例6で得られた樹脂固形分濃度25.0質量%のポリアミド酸溶液(F)(11.0g)、NMP(11.1g)及びBCS(23.7g)を、25℃にて6時間混合して、液晶配向処理剤(6)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例7>
合成例7で得られたポリイミド粉末(G)(2.51g)、NMP(30.0g)及びBCS(11.8g)を、25℃にて8時間混合して、液晶配向処理剤(7)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例8>
合成例8で得られたポリイミド粉末(H)(2.50g)、NMP(26.0g)及びBCS(15.7g)を、25℃にて8時間混合して、液晶配向処理剤(8)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例9>
合成例9で得られたポリイミド粉末(I)(2.50g)、NMP(31.9g)及びBCS(9.80g)を、25℃にて8時間混合して、液晶配向処理剤(9)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例10>
合成例10で得られたポリイミド粉末(J)(2.53g)、NMP(30.3g)及びBCS(11.9g)を、25℃にて8時間混合して、液晶配向処理剤(10)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例11>
合成例2で得られたポリイミド粉末(B)(2.50g)、NMP(22.1g)、BCS(19.6g)及び架橋性化合物(1)(0.25g)を、25℃にて12時間混合し、液晶配向処理剤(11)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例12>
合成例3で得られたポリイミド粉末(C)(2.50g)、NMP(24.0g)、BCS(17.6g)及び架橋性化合物(2)(0.50g)を、25℃にて12時間混合し、液晶配向処理剤(12)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例13>
合成例3で得られたポリイミド粉末(C)(2.51g)、NMP(24.1g)、BCS(17.7g)及び架橋性化合物(3)(0.25g)を、25℃にて12時間混合し、液晶配向処理剤(13)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<比較例1>
合成例11で得られた樹脂固形分濃度25.4質量%のポリアミド酸溶液(K)(10.0g)、NMP(8.50g)及びBCS(23.9g)を、25℃にて6時間混合して、液晶配向処理剤(14)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<比較例2>
合成例12で得られたポリイミド粉末(L)(2.50g)、NMP(22.1g)及びBCS(19.6g)を、25℃にて8時間混合して、液晶配向処理剤(15)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<比較例3>
合成例13で得られたポリイミド粉末(M)(2.51g)、NMP(24.1g)及びBCS(17.7g)を、25℃にて8時間混合して、液晶配向処理剤(16)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<比較例4>
合成例14で得られたポリイミド粉末(N)(2.50g)、NMP(22.1g)及びBCS(19.6g)を、25℃にて8時間混合して、液晶配向処理剤(17)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<比較例5>
合成例15で得られたポリイミド粉末(O)(2.50g)、NMP(29.9g)及びBCS(11.8g)を、25℃にて8時間混合して、液晶配向処理剤(18)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<比較例6>
合成例16で得られたポリイミド粉末(P)(2.51g)、NMP(28.1g)及びBCS(13.8g)を、25℃にて8時間混合して、液晶配向処理剤(19)を得た。この液晶配向処理剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
Figure 0005904121
上記の結果からわかるように、実施例1〜13の液晶配向処理剤から得られた液晶配向膜は、比較例1〜6の液晶配向剤から得られた液晶配向膜に比べて、紫外線に曝された後であっても、電圧保持率の低下が小さく、さらに直流電圧により蓄積する残留電荷の緩和が速い。
特定ジアミン化合物を含まない比較例1〜5では、紫外線に曝された後での電圧保持率の低下が大きく、さらに直流電圧により蓄積する残留電荷の緩和が遅い。また、特定側鎖型ジアミン化合物を含まない比較例6でも、同様の結果となった。
本発明の液晶配向処理剤からは、長時間、光の照射に曝されても、電圧保持率の低下を抑制し、さらに直流電圧により蓄積する電荷の緩和が速い液晶配向膜を得ることができる。本発明の液晶配向膜を有する液晶表示素子は、信頼性に優れたものとなり、大画面で高精細の液晶テレビなどに好適に用いられ、また、TN素子、STN素子、TFT液晶素子、特に垂直配向型の液晶表示素子に有用である。
さらに、本発明の液晶配向処理剤から得られた液晶配向膜は、電極間に電圧を印加しながら紫外線を照射する工程を有する液晶表示素子の製造に用いることができる。
なお、2010年7月26日に出願された日本特許出願2010−167371号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (16)

  1. 下記の式[1]で示されるジアミン化合物及び下記の式[2]で示されるジアミン化合物を含むジアミン成分と、テトラカルボン酸二無水物成分とを反応させて得られるポリイミド前駆体及びポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体を含有する液晶配向処理剤。
    Figure 0005904121
    (式[1]中、Xは、−O−、−CO−、−NH−、−N(CH)−、−CONH−、−NHCO−、−CHO−、−OCO−、−CON(CH)−又はN(CH)CO−であり、Xは、炭素数1〜5のアルキル基又は窒素原子を含有する非芳香族複素環であり、Xは、炭素数1〜5のアルキル基で置換されていてもよい窒素原子を2つ含有する5員環又は6員環の芳香族複素環であり、nは1〜4の整数である。)
    Figure 0005904121
    (式[2]中、Yは、単結合、−(CH−(aは1〜15の整数である)、−O−、−CHO−、−COO−又はOCO−であり、Yは、単結合又は(CH−(bは1〜15の整数である)であり、Yは、単結合、−(CH−(cは1〜15の整数である)、−O−、−CHO−、−COO−又はOCO−である。Yは、ベンゼン環、シクロへキサン環及び複素環よりなる群から選ばれる環状基(これらの環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよい。)、又はステロイド骨格を有する炭素数12〜25の有機基より選ばれる2価の有機基であり、Yは、ベンゼン環、シクロへキサン環及び複素環よりなる群から選ばれる2価の環状基(これらの環状基上の任意の水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のアルコキシル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜3のフッ素含有アルコキシル基又はフッ素原子で置換されていてもよい。)であり、nは、0〜4の整数である。Yは、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素数1〜18のアルコキシル基又は炭素数1〜18のフッ素含有アルコキシル基であり、mは、1〜4の整数である。)
  2. 式[1]中、Xが、−O−、−CO−、−NH−、−CONH−、−NHCO−、−CON(CH)−又はCHO−である請求項1に記載の液晶配向処理剤。
  3. 式[1]中、Xが、ピペラジン環である請求項1又は2に記載の液晶配向処理剤。
  4. 式[1]中、Xが、イミダゾール環、ピラジン環又はピリミジン環である請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
  5. 前記重合体が、下記の式[3]で示されるテトラカルボン酸二無水物を用いた重合体である請求項1〜4のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
    Figure 0005904121
    (式[3]中、Zは、炭素数4〜13の4価の有機基であり、かつ、炭素数4〜10の非芳香族環状炭化水素基を含有する。)
  6. が、下記の式[3a]〜[3j]で示される構造の基である請求項5に記載の液晶配向処理剤。
    Figure 0005904121
    (式[3a]中、Z〜Zは、水素原子、メチル基、塩素原子又はベンゼン環であり、それぞれ、同じであっても異なってもよい。式[3g]中、Z及びZは、水素原子又はメチル基であり、それぞれ、同じであっても異なってもよい。)
  7. 前記重合体が、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分とを反応させて得られるポリアミド酸及び該ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種の重合体である請求項1〜6のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
  8. 前記重合体が、ポリアミド酸を脱水閉環させて得られるポリイミドである請求項1〜6のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
  9. 液晶配向処理剤中に、エポキシ基、オキセタン基、シクロカーボネート基又はイソシアネート基を有する架橋性化合物、ヒドロキシル基及びアルコキシル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の置換基を有する架橋性化合物、又は重合性不飽和結合を有する架橋性化合物を有する請求項1〜8のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
  10. 液晶配向処理剤が有機溶媒を含有し、有機溶媒の全体の5〜80質量%の貧溶媒を含有する請求項1〜9のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の液晶配向処理剤を用いて得られる液晶配向膜。
  12. 請求項11に記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
  13. 電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性化合物を含む液晶組成物を配置し、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性化合物を重合させる工程を経て製造される液晶表示素子に用いられる請求項11に記載の液晶配向膜。
  14. 請求項11に記載の液晶配向膜と電極とを備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性化合物を含む液晶組成物を配置し、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性化合物を重合させる工程を経て製造する液晶表示素子の製造方法
  15. 電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性基を含む液晶配向膜を配置し、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性基を重合させる工程を経て製造される液晶表示素子に用いられる請求項11に記載の液晶配向膜。
  16. 電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、前記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性基を含む請求項11に記載の液晶配向膜を配置し、前記電極間に電圧を印加しつつ前記重合性基を重合せる工程を経て製造する液晶表示素子の製造方法
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