JP6555257B2 - 液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子 - Google Patents
液晶配向剤、液晶配向膜、及び液晶表示素子Info
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Description
本発明の目的は、優れた液晶配向性や電気特性を有し、長期交流駆動による残像の抑制等が可能な液晶表示素子に用いられる液晶配向膜の形成が可能な液晶配向剤、該液晶配向剤から得られる液晶配向膜、及び該液晶配向膜を具備する液晶表示素子を提供することである。
(A)成分:下記式[1]の構造を有するジアミンを含むジアミン成分と、下記式[2]の構造を有するテトラカルボン酸ジエステル成分とを反応させて得られるポリアミド酸エステル。
(B)成分:下記式[3]で表されるジアミンを含むジアミン成分と、芳香族系テトラカルボン酸二無水物を含有する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。
3.上記式[1]の構造を有するジアミンが、(A)成分で用いられる全ジアミン成分の1〜60モル%である、上記1又は2に記載の液晶配向剤。
4.上記式[3]で表されるジアミンが、(B)成分で用いられる全ジアミン成分の1〜60モル%である、上記1〜3のいずれかに記載の液晶配向剤。
5.(A)成分と(B)成分とを、10:90〜90:10の質量比で含有する、上記1〜4のいずれかに記載の液晶配向剤。
6.上記1〜5のいずれかに記載の液晶配向剤から得られる液晶配向膜。
7.上記6に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
<(A)成分>
(A)成分は、下記式[1]の構造を有するジアミンを含むジアミン成分と、下記式[2]の構造を有するテトラカルボン酸ジエステル成分とを反応させて得られるポリアミド酸エステル(ポリアミック酸エステル)である。
A2及びA4は、それぞれ独立して、炭素数1〜5のアルキレン基であり、好ましくは、メチレン基又はエチレン基である。
A3は炭素数1〜6のアルキレン基、又はシクロアルキレン基であり、シール剤中の官能基との反応性の点から、メチレン基又はエチレン基が好ましい。
D1は、tert−ブトキシカルボニル基、又は9−フルオレニルメトキシカルボニル基であり、脱保護する温度の点から、tert−ブトキシカルボニル基が好ましい。
aは0又は1である。
上記式[1]で表されるジアミンの具体例としては、下記の式(1−1)〜式(1−21)が挙げられる。
中でも、式(1−1)〜(1−4)がより好ましく、式(1−2)が特に好ましい。
上記式[1]の構造を有するジアミンは、(A)成分の重合に用いる全ジアミン成分の1〜60モル%であることが好ましく、5〜40モル%がさらに好ましい。
式[4]の構造を有するジアミンは、(A)成分の重合に用いる全ジアミン成分の1〜90モル%であることが好ましく、20〜90モル%がさらに好ましい。
Cyは、アゼチジン、ピロリジン、ピペリジン、又はヘキサメチレンイミン骨格を有する脂肪族へテロ環である2価の基であり、合成の簡便さから、アゼチジン、ピロリジン又はピペリジンが好ましい。また、これらの環部分には、置換基が結合されていてもよい。
q及びrは、それぞれ独立して、0〜4の整数である。但し、qとrの合計が2以上の場合、複数のR6及びR7は、それぞれ独立して、上記定義を有する。
R6及びR7は、合成の簡便さから、好ましくはメチル基である。
また、上記ジアミンを構成するベンゼン環におけるアミノ基の結合位置は限定されないが、アミノ基がそれぞれ、Cy上の窒素原子に対して、3位又は4位、Q1とR5が結合する窒素原子に対して、3位又は4位の位置にあることが好ましく、Cy上の窒素原子に対して4位、Q1とR5が結合する窒素原子に対して4位の位置にあることがより好ましい。
上記式[3]の構造を有するジアミンは、(B)成分の重合に用いる全ジアミン成分の1〜60モル%であることが好ましく、5〜40モル%がさらに好ましい。
なかでも、直流電圧により液晶表示素子内に蓄積した残留電荷の緩和がより早い液晶配向膜を得るためには、YがY−68、Y−69、Y−70、Y−71、Y−72、Y−73、Y−74、Y−75、Y−76、Y−77、Y−78、Y−79、Y−80、Y−81、Y−82、又は上記式[4]の構造を有するジアミンが好ましい。
上記式[4]、又は[5]式の構造を有するジアミンは、(B)成分の重合に用いる全ジアミン成分の1〜90モル%であることが好ましく、5〜70モル%がさらに好ましい。
テトラカルボン酸二無水物の一般式は、下記式(17)のように表される。
直流電圧により液晶表示素子内に蓄積した残留電荷の緩和がより早い液晶配向膜を得るためには、(B)成分に用いられるテトラカルボン酸二無水物成分中、芳香族系テトラカルボン酸二無水物は20〜100モル%が好ましく、50〜100モル%がより好ましい。
本発明の液晶配向剤中に含まれるポリアミド酸は、テトラカルボン酸二無水物成分と、ジアミン成分とを、有機溶媒の存在下で、−20〜150℃、好ましくは0〜50℃において、30分〜24時間、好ましくは1〜12時間重縮合反応させることによって製造される。
例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド又は1,3−ジメチル−イミダゾリジノンが挙げられる。また、ポリアミド酸の溶媒溶解性が高い場合は、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン又は下記の式[D−1]〜式[D−3]で示される有機溶媒を用いることができる。
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。
反応系中におけるポリアミド酸ポリマーの濃度は、ポリマーの析出が起こりにくく、かつ高分子量体が得やすいという点から、1〜30質量%が好ましく、5〜20質量%がより好ましい。
本発明の液晶配向剤に含まれるポリアミド酸エステルは、以下に示す(A)、(B)又は(C)の製法で製造することができる。
(A)ポリアミド酸から製造する場合
ポリアミド酸エステルは、前記のように製造されたポリアミド酸をエステル化することによって製造できる。具体的には、ポリアミド酸とエステル化剤を、有機溶媒の存在下、−20〜150℃、好ましくは0〜50℃において、30分〜24時間、好ましくは1〜4時間反応させることによって製造することができる。
ポリアミド酸エステルは、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンから製造することができる。
具体的には、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンとを、塩基と有機溶媒の存在下、−20〜150℃、好ましくは0〜50℃において、30分〜24時間、好ましくは1〜4時間反応させることによって製造することができる。
上記の反応に用いる有機溶媒は、モノマー及びポリマー(ポリアミド酸エステル)の溶解性から、N−メチル−2−ピロリドン、又はγ−ブチロラクトンが好ましく、これらは1種又は2種を混合して用いてもよい。製造時のポリマー濃度は、ポリマーの析出が起こりにくく、かつ高分子量体が得やすいという点から、1〜30質量%が好ましく、5〜20質量%がより好ましい。
また、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドの加水分解を防ぐため、用いる有機溶媒は、できるだけ脱水されていることが好ましく、反応は窒素雰囲気中で、外気の混入を防ぐのが好ましい。
ポリアミド酸エステルは、テトラカルボン酸ジエステルとジアミンを重縮合することにより製造することができる。
具体的には、テトラカルボン酸ジエステルとジアミンを、縮合剤、塩基、及び有機溶媒の存在下で、0〜150℃、好ましくは0〜100℃において、30分〜24時間、好ましくは3〜15時間反応させることによって製造することができる。
前記縮合剤には、トリフェニルホスファイト、ジシクロヘキシルカルボジイミド、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩、N,N’−カルボニルジイミダゾール、ジメトキシ−1,3,5−トリアジニルメチルモルホリニウム、O−(ベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−テトラメチルウロニウム テトラフルオロボラート、O−(ベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスファート、(2,3−ジヒドロ−2−チオキソ−3−ベンゾオキサゾリル)ホスホン酸ジフェニルなどが使用できる。縮合剤の添加量は、テトラカルボン酸ジエステルに対して2〜3倍モルが好ましく、2〜2.5倍モルがより好ましい。
また、上記反応において、ルイス酸を添加剤として加えることで反応が効率的に進行する。ルイス酸としては、塩化リチウム、臭化リチウムなどのハロゲン化リチウムが好ましい。ルイス酸の添加量はジアミンに対して0〜1.0倍モルが好ましく、2.0〜3.0倍モルがより好ましい。
上記のようにして得られるポリアミド酸エステルの溶液は、よく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、ポリマー(ポリアミド酸エステル)を析出させることができる。析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥して、精製されたポリアミド酸エステルの粉末を得ることができる。貧溶媒は、特に限定されないが、水、メタノール、エタノール、ヘキサン、ブチルセロソルブ、アセトン、トルエン等が挙げられる。
本発明の液晶配向剤は、(A)成分であるポリアミド酸エステルと、(B)成分であるポリアミド酸とが有機溶媒中に溶解された溶液の形態を有する。
特定構造重合体の分子量は、重量平均分子量で2,000〜500,000が好ましく、より好ましくは5,000〜300,000であり、さらに好ましくは、10,000〜100,000である。また、数平均分子量は、好ましくは、1,000〜250,000であり、より好ましくは、2,500〜150,000であり、さらに好ましくは、5,000〜50,000である。
なお、本発明の特定構造重合体とは、(A)成分であるポリアミド酸エステルと(B)成分であるポリアミド酸等の重合体を意味する。
液晶配向剤における特定重合体(B)の割合は、特定重合体(A)100質量部に対して、10〜900質量部が好ましい。なかでも、25〜700質量部が好ましく、より好ましいのは、50〜500質量部である。最も好ましいのは、100〜400質量部である。
例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、ジ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、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノンなどを挙げることができる。
なかでも、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、又はγ−ブチロラクトンを用いることが好ましい。
さらに、本発明の特定構造重合体の溶媒への溶解性が高い場合は、前記式[D−1]〜式[D−3]で示される溶媒を用いることが好ましい。
本発明の液晶配向剤における良溶媒は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の20〜99質量%であることが好まく、20〜90質量%であることがより好ましく、30〜80質量%であることが特に好ましい。
本発明の液晶配向膜は、液晶配向剤を基板に塗布し、乾燥、焼成する工程、得られた膜に偏光された紫外線を照射する工程、紫外線を照射した膜を、水、又は水と有機溶媒との混合溶媒で接触処理する工程、を含む製造方法によって製造されることが好ましい。
水と有機溶媒との混合溶媒において、水と有機溶媒との混合比は、質量比で、20/80〜80/20、好ましくは40/60〜60/40、特に好ましくは50/50である。
有機溶媒の具体例としては、2−プロパノール、メタノール、エタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、乳酸エチル、ジアセトンアルコール、3−メトキシプロピオン酸メチル、又は3−エトキシプロピオン酸エチルが挙がられる。なかでも、紫外線照射によって生じる分解生成物の溶解性の点から、有機溶媒としては、2−プロパノール、メタノール又はエタノールが好ましく、2−プロパノールが特に好ましい。
液晶配向剤を塗布する基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板、窒化珪素基板、アクリル基板やポリカーボネート基板等のプラスチック基板等を用いることができる。特に、液晶駆動のためのITO(Indium Tin Oxide)電極等が形成された基板を用いることが、プロセスの簡素化の点から好ましい。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、シリコンウエハー等の不透明な物でも使用でき、この場合の電極は、アルミ等の光を反射する材料も使用できる。本発明に用いられる液晶配向剤の塗布方法としては、スピンコート法、印刷法、インクジェット法などが挙げられる。
本発明の液晶配向剤を塗布した後の乾燥、焼成工程は、任意の温度と時間を選択することができる。通常は、含有される有機溶媒を十分に除去するために、50〜120℃で、1〜10分焼成し、その後、150〜300℃で5〜120分間焼成する条件が挙げられる。
焼成後の塗膜の厚みは、特に限定されないが、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、5〜300nm、好ましくは10〜200nmである。
本発明の液晶表示素子は、前記液晶配向膜の製造方法によって得られた液晶配向膜を具備することを特徴とする。本発明の液晶表示素子は、前記液晶配向膜の製造方法によって液晶配向膜付きの基板を得た後、公知の方法で液晶セルを作製し、該液晶セルを使用して液晶表示素子としたものである。
液晶セルの作製方法の一例として、パッシブマトリクス構造の液晶表示素子を例にとり説明する。なお、本作製方法は、画像表示を構成する各画素部分に、TFT(thin Film Transistor)などのスイッチング素子が設けられたアクティブマトリクス構造の液晶表示素子への適用も可能である。
次に、各基板の上に、本発明の液晶配向膜を形成する。次に、一方の基板に他方の基板を互いの配向膜面が対向するようにして重ね合わせ、周辺をシール剤で接着する。シール剤には、基板間隙を制御するために、通常、スペーサーを混入しておく。また、シール剤を設けない面内部分にも、基板間隙制御用のスペーサーを散布しておくことが好ましい。シール剤の一部には、外部から液晶を充填可能な開口部を設けておく。
本発明において、シール剤としては、例えば、エポキシ基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、ヒドロキシル基、アリル基、アセチル基などの反応性基を有する紫外線照射や加熱によって硬化する樹脂が用いられる。特に、エポキシ基と(メタ)アクリロイル基の両方の反応性基を有する硬化樹脂系を用いるのが好ましい。
以下における略号は以下のとおりである。
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
BCS:ブチルセロソルブ
テトラカルボン酸誘導体A〜C:それぞれ、下記式(A)〜(C)で表される化合物
DBOP:ジフェニル(2,3-ジヒドロ-2-チオキソ-3-ベンゾオキサゾリル)ホスホナート
第1ステップ:N−2−(4−ニトロフェニル)エチル−N−(4−ニトロベンジル)アミン(DA−5−1)の合成
なお、1H−NMRは、Varian社製のフーリエ変換型超伝導核磁気共鳴装置(FT−NMR)INOVA−400(400MHz)を用いて測定し、テトラメチルシランを内部標準としたシグナルの化学シフトδ(単位:ppm)(***パターン、積分値)を表す。「s」はシングレット、「d」はダブレット、「t」はトリプレット、「q」はカルテット、「m」はマルチプレット、「br」はブロード、「J」はカップリング定数、「DMSO-d6」は重ジメチルスルホキシドを意味する。
また、13C{1H}−NMRは、Varian社製のフーリエ変換型超伝導核磁気共鳴装置(FT−NMR)INOVA−400(400MHz)を用いて測定し、テトラメチルシランを内部標準としたシグナルの化学シフトδ(単位:ppm)を表す。
13C{1H} NMR (DMSO-d6):δ 149.8, 149.5, 146.6, 146.3, 130.3, 129.2, 123.7, 123.6, 52.4, 50.0, 36.0 (each s).
融点(DSC):123℃
13C{1H} NMR (DMSO-d6):δ 155.2, 154.8, 147.9, 147.5, 147.1, 147.0, 146.5, 130.6, 128.7, 128.4, 124.0, 123.8, 79.7, 50.3, 49.2, 48.4, 34.3, 34.0, 28.2 (each s).
融点(DSC):77℃
13C{1H} NMR (DMSO-d6):δ 155.4, 154.9, 148.2, 147.2, 129.5, 129.3, 129.1, 128.9, 126.6, 125.7, 114.5, 114.3, 78.9, 78.8, 50.2, 49.2, 48.4, 33.9, 33.3, 28.5 (each s).
融点(DSC):103℃
第1ステップ:DA−6−1の合成
窒素雰囲気下、4口フラスコに、テトラヒドロフラン(400g)、DA−6−1(19.99g、0.0561mol)、及びN、N―ジメチル−4−アミノピリジン(77.44mg、0.634mmol)を加え、50℃に加熱した。その溶液へ、二炭酸ジ-tert−ブチル(15.26g、0.0699mol)とテトラヒドロフラン15gの混合液を滴下し、24時間反応させた後、HPLCにて原料が消失したことを確認した。内容物を減圧留去した後、トルエンで再結晶を行い、析出した結晶をろ取し、乾燥させて、黄色固体の化合物DA−6−2を収率87.3%で得た(22.34g、0.0489mol)。
[粘度]
ポリアミド酸溶液又はポリアミド酸エステル溶液の粘度は、E型粘度計TVE−22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL、コーンロータTE−1(1°34’、R24)、温度25℃で測定した。
ポリアミド酸及びポリアミド酸エステルの分子量は、GPC(常温ゲル浸透クロマトグラフィー)装置によって測定し、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド換算値として、数平均分子量(以下、Mnとも言う。)と重量平均分子量(以下、Mwとも言う。)を算出した。
GPC装置:Shodex社製(GPC−101)
カラム:Shodex社製(KD803、KD805の直列)
カラム温度:50℃
溶離液:N,N−ジメチルホルムアミド(添加剤として、臭化リチウム−水和物(LiBr・H2O)が30mmol/L、リン酸・無水結晶(o−リン酸)が30mmol/L、テトラヒドロフラン(THF)が10ml/L)
流速:1.0ml/分
検量線作成用標準サンプル:東ソー社製TSK(標準ポリエチレンオキサイド(重量平均分子量(Mw)が、約900,000、150,000、100,000、及び30,000))、及び、ポリマーラボラトリー社製ポリエチレングリコール(ピークトップ分子量(Mp)が、約12,000、4,000、及び1,000)。測定は、ピークが重なるのを避けるため、900,000、100,000、12,000、及び1,000の4種類を混合したサンプルと、150,000、30,000、及び4,000の3種類を混合したサンプルの2サンプルを別々にして行った。
撹拌子を入れた四つ口フラスコに、(A)を11.22g(43.1mmol)投入した後、NMP265gを加えて撹拌して溶解させた。次いで、トリエチルアミンを13.36g(132mmol)、DA−1を5.57g(24.2mmol)、DA−3を1.97g(6.6mmol)、及びDA−5を9.02g(26.4mmol)加えて、撹拌して溶解させた。
この溶液を撹拌しながら、DBOPを33.9g(88.4mmol)添加し、更にNMPを36.4g加え、室温で12時間撹拌してポリアミド酸エステルの溶液を得た。このポリアミド酸エステル溶液の温度25℃における粘度は42.6mPa・sであった。
得られたポリアミド酸エステルの粉末にNMPを加えて、50℃にて30hr攪拌して溶解させた後、NMP及びBCSを加え、ポリアミド酸エステルが6質量%、NMPが69質量%、BCSが25質量%になるよう、ポリアミド酸エステル溶液(A)を調製した。
撹拌子を入れた四つ口フラスコに、(A)を2.55g(9.80mmol)投入した後、NMP45.0gを加えて撹拌して溶解させた。次いで、トリエチルアミンを2.13g(21.0mmol)、DA−1を1.96g(8.50mmol)、及びDA−3を0.45g(1.50mmol)加えて、撹拌して溶解させた。
この溶液を撹拌しながら、DBOPを8.05g(21.0mmol)添加し、更にNMPを7.94g加え、室温で12時間撹拌してポリアミド酸エステルの溶液を得た。このポリアミド酸エステル溶液の温度25℃における粘度は50.0mPa・sであった。
このポリアミド酸エステル溶液をメタノール408g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た後、温度100℃で減圧乾燥し、ポリアミド酸エステルの粉末を得た。このポリアミド酸エステルの分子量はMn=12,542、Mw=35,098であった。
得られたポリアミド酸エステルの粉末にNMPを加えて、50℃にて30hr攪拌して溶解させた後、NMP及びBCSを加え、ポリアミド酸エステルが6質量%、NMPが69質量%、BCSが25質量%になるよう、ポリアミド酸エステル溶液(B)を調製した。
撹拌子を入れた四つ口フラスコに、DA−2を3.52g(12.0mmol)、DA−4を0.96g(5.00mmol)、及びDA−6を1.90g(4.8mmol)投入した後、NMP67.8gを加えて、撹拌し溶解させた。次いで、(C)を1.13g(5.30mmol)添加し、2時間室温で攪拌した。その後、(B)を3.66g(16.8mmol)添加し、次いで、NMPを22.60g加えて、50℃で15時間反応させ、ポリアミド酸の溶液を得た。このポリアミド酸の溶液の温度25℃における粘度は152mPa・sであった。このポリアミド酸の分子量はMn=13,100、Mw=34,500であった。
得られたポリアミド酸の溶液に、ポリアミド酸が6質量%、NMPが69質量%、BCSが25質量%になるよう、NMP及びBCSを加え、ポリアミド酸溶液(A)を調製した。
撹拌子を入れた四つ口フラスコに、DA−2を2.05g(8.4mmol)、DA−4を0.84g(4.20mmol)、及びDA−6を0.55g(1.4mmol)投入した後、NMP33.87gを加えて、撹拌し溶解させた。次いで、(C)を0.66g(3.40mmol)添加し、2時間室温で攪拌した。その後、(B)を2.13g(9.8mmol)添加し、次いで、NMPを11.29g加えて、50℃で15時間反応させ、ポリアミド酸の溶液を得た。このポリアミド酸の溶液の温度25℃における粘度は172mPa・sであった。このポリアミド酸の分子量はMn=13,800、Mw=35,800であった。
得られたポリアミド酸の溶液に、ポリアミド酸が6質量%、NMPが69質量%、BCSが25質量%になるよう、NMP及びBCSを加え、ポリアミド酸溶液(B)を調製した。
撹拌子を入れた四つ口フラスコに、DA−2を3.66g(15.0mmol)、及びDA−4を1.99g(10.0mmol)投入した後、NMP69.24gを加えて、撹拌し溶解させた。次いで、(C)を1.18g(6.0mmol)添加し、2時間室温で攪拌した。その後、(B)を3.82g(17.5mmol)添加し、次いで、NMPを23.08g加えて、50℃で15時間反応させ、ポリアミド酸の溶液を得た。このポリアミド酸の溶液の温度25℃における粘度は105mPa・sであった。このポリアミド酸の分子量はMn=11,300、Mw=28,600であった。
得られたポリアミド酸の溶液に、ポリアミド酸が6質量%、NMPが69質量%、BCSが25質量%になるよう、NMP及びBCSを加え、ポリアミド酸溶液(C)を調製した。
攪拌子の入った三角フラスコに、合成例1で得られたポリアミド酸エステル溶液(A)8.10gと、合成例3で得られたポリアミド酸溶液(A)12.1gとを入れて、室温で3時間攪拌し、液晶配向剤(A−1)を得た。
攪拌子の入った三角フラスコに、合成例1で得られたポリアミド酸エステル溶液(A)8.00gと、合成例4で得られたポリアミド酸溶液(B)12.1gとを入れて、室温で3時間攪拌し、液晶配向剤(A−2)を得た。
攪拌子の入った三角フラスコに、合成例2で得られたポリアミド酸エステル溶液(B)7.99gと、合成例5で得られたポリアミド酸溶液(C)12.1gとを入れて、室温で3時間攪拌し、液晶配向剤(B−1)を得た。
攪拌子の入った三角フラスコに、合成例1で得られたポリアミド酸エステル溶液(A)8.01gと、合成例5で得られたポリアミド酸溶液(C)12.0gとを入れて、室温で3時間攪拌し、液晶配向剤(B−2)を得た。
FFS方式の液晶表示素子の構成を備えた液晶セルの作製は、以下のように行った。
初めに、電極付きの基板を準備した。基板は、30mm×35mmの大きさで、厚さが0.7mmのガラス基板である。基板上には第1層目として対向電極を構成する、ベタ状のパターンを備えたIZO(Indium Zinc Oxide)電極が形成されている。第1層目の対向電極の上には、第2層目として、CVD(化学気相蒸着)法により成膜されたSiN(窒化珪素)膜が形成されている。第2層目のSiN膜の膜厚は500nmであり、層間絶縁膜として機能する。第2層目のSiN膜の上には、第3層目としてIZO膜をパターニングして形成された、櫛歯状の画素電極が配置され、第1画素及び第2画素の2つの画素を形成している。各画素のサイズは、縦10mmで横約5mmである。このとき、第1層目の対向電極と第3層目の画素電極とは、第2層目のSiN膜の作用により電気的に絶縁されている。
各画素の第1領域と第2領域とを比較すると、それらを構成する画素電極の電極要素の形成方向が異なるものとなっている。すなわち、後述する液晶配向膜のラビング方向を基準とした場合、画素の第1領域では、画素電極の電極要素が+10°の角度(時計回り)をなすように形成され、画素の第2領域では、画素電極の電極要素が−10°の角度(時計回り)をなすように形成されている。すなわち、各画素の第1領域と第2領域とでは、画素電極と対向電極との間の電圧印加によって誘起される、液晶の基板面内での回転動作(インプレーン・スイッチング)の方向が、互いに逆方向となるように構成されている。
以下に、蓄積電荷の緩和特性、交流駆動時の正負電圧の非対称化による蓄積電荷量、電圧保持率(VHR)バックライトエージング耐性、及びラビング耐性の評価法を示す。
上記液晶セルを、偏光軸が直交するように配置された2枚の偏光板の間に設置し、画素電極と対向電極とを短絡して同電位にした状態で、2枚の偏光板の下からLEDバックライトを照射しておき、2枚の偏光板の上で測定するLEDバックライト透過光の輝度が最小となるように、液晶セルの角度を調節した。
次に、この液晶セルに周波数30Hzの矩形波を印加しながら、23℃の温度下でのV−T特性(電圧−透過率特性)を測定し、相対透過率が23%となる交流電圧を算出した。
次に、相対透過率が23%となる交流電圧で、なおかつ周波数30Hzの矩形波を5分間印加した後、+1.0Vの直流電圧を重畳し、30分間駆動させた。その後、直流電圧を切り、再び相対透過率が23%となる交流電圧で、なおかつ周波数30Hzの矩形波のみを20分間印加した。
蓄積した電荷の緩和が速いほど、直流電圧を重畳したときの液晶セルへの電荷蓄積も速いことから、蓄積電荷の緩和特性は、直流電圧を重畳した直後の相対透過率が30%以上の状態から30分が経過するまでに、相対透過率が28%未満に低下した場合は、「良好」と定義して評価した。直流電圧を重畳してから30分が経過しても、相対透過率が28%未満に低下しなかった場合は、「不良」と定義して評価した。
上記液晶セルを、偏光軸が直交するように配置された2枚の偏光板の間に設置し、画素電極と対向電極とを短絡して同電位にした状態で、2枚の偏光板の下からLEDバックライトを照射しておき、2枚の偏光板の上で測定するLEDバックライト透過光の輝度が最小となるように、液晶セルの角度を調節した。
次に、この液晶セルに周波数30Hzの矩形波を印加しながら、60℃の温度下でのV−T特性(電圧−透過率特性)を測定し、相対透過率が23%及び100%となる交流電圧を算出した。その後、画素電極と対向電極とを短絡して同電位にした状態で60分間以上放置し、液晶セルに蓄積した電荷を放出した。
次に、相対透過率が100%となる交流電圧で、なおかつ周波数30Hzの矩形波を30分間印加した。但し、その30分間のうち、3分間おきに20秒間のみ相対透過率が23%となる交流電圧に切り替えた。相対透過率が23%となる交流電圧に切り替えている20秒間の間に、V−F特性(直流電圧−フリッカ特性)を測定し、相対透過率が100%となる交流電圧で駆動した際の、正負電圧の非対称化による蓄積電荷を打ち消す直流電圧値を記録した。この蓄積電荷を打ち消す直流電圧値の絶対値が小さければ小さいほど、交流電圧駆動による電荷が蓄積しづらいことを示すため、残像特性が良好であると考えられる。
VHRのバックライトエージング耐性(電圧保持率1)は以下のようにして評価した。
初めに、電極付きの基板を準備した。基板は、30mm×40mmの大きさで、厚さが1.1mmのガラス基板である。基板上には膜厚35nmのITO電極が形成されており、電極は縦40mm、横10mmのストライプパターンである。次に、液晶配向剤を1.0μmのフィルターで濾過した後、準備された上記電極付き基板に、スピンコート塗布にて塗布した。50℃のホットプレート上で5分間乾燥させた後、230℃のIR式オーブンで20分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させて液晶配向膜付き基板を得た。この液晶配向膜を、レーヨン布でラビング(ローラー直径:120mm、ローラー回転数:1000rpm、移動速度:20mm/sec、押し込み長:0.4mm)した後、純水中にて1分間超音波照射をして洗浄を行い、エアブローにて水滴を除去した。その後、80℃で15分間乾燥して、液晶配向膜付き基板を得た。この液晶配向膜付き基板を2枚用意し、その1枚の液晶配向膜面上に4μmのスペーサーを散布した後、その上からシール剤を印刷し、もう1枚の基板をラビング方向が逆方向、かつ膜面が向き合うようにして張り合わせた後、シール剤を硬化させて空セルを作製した。
72時間のバックライトエージング後、本セルに、60℃の温度下で1Vの電圧を60μsec印加し、100msec後の電圧を測定して、電圧がどのくらい保持できているかをVHRとし、その値の大小で、VHRバックライトエージング耐性を評価した。即ち、このVHRの値が大きければ、VHRバックライトエージング耐性は良好である。
液晶配向剤を、全面にITO電極が付いたガラス基板のITO面にスピンコートし、50℃のホットプレート上で5分間乾燥させた。その後、230℃のIR式オーブンで20分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させて、液晶配向膜付き基板を得た。この液晶配向膜を、レーヨン布でラビング(ローラー直径:120mm、ローラー回転数:1000rpm、移動速度:20mm/sec、押し込み長:0.4mm)した。本基板を顕微鏡にて観察を行ない、膜面にラビングによるスジがみられなかったものを「良好」、スジがみられたものを「不良」として評価した。
なお、2014年5月30日に出願された日本特許出願2014−113191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 (8)
- 下記の(A)成分、及び(B)成分を含有する液晶配向剤。
(A)成分:下記式[1]の構造を有するジアミンを含むジアミン成分と、下記式[2]の構造を有するテトラカルボン酸ジエステル成分とを反応させて得られるポリアミド酸エステル。
(B)成分:下記式[3]で表されるジアミンを含むジアミン成分と、芳香族系テトラカルボン酸二無水物を含有する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。
(A1及びA5は、それぞれ独立して、単結合、又は炭素数1〜5のアルキレン基であり、A2及びA4は、それぞれ独立して、炭素数1〜5のアルキレン基であり、A3は炭素数1〜6のアルキレン基、又はシクロアルキレン基であり、B1及びB2は、それぞれ独立して、単結合、−O−、 −NH−、 −NMe−、 −C(=O)−、−C(=O)O−、 −C(=O)NH−、 −C(=O)NMe−、 −OC(=O)−、 −NHC(=O)−、 又は−N(Me)C(=O)−であり、D1はtert−ブトキシカルボニル基、又は9−フルオレニルメトキシカルボニル基であり、aは0又は1である。)
- 上記式[1]の構造を有するジアミンが、(A)成分を得るために用いられる全ジアミン成分中、1〜60モル%含有される、請求項1又は2に記載の液晶配向剤。
- 上記式[3]で表されるジアミンが、(B)成分を得るための用いられる全ジアミン成分中、1〜60モル%含有される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- (A)成分と(B)成分とを、10:90〜90:10の質量比で含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 上記式[4]の構造を有するジアミンが、(A)成分又は(B)成分を得るために用いられる全ジアミン成分中、1〜90モル%含有される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶配向剤から得られる液晶配向膜。
- 請求項7に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
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