JP7102541B2 - 液晶配向剤組成物、それを用いた液晶配向膜の製造方法、それを用いた液晶配向膜および液晶表示素子 - Google Patents
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Description
本出願は、2018年11月20日付韓国特許出願第10-2018-0143869号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
[化学式1]
X1~X9はそれぞれ独立して下記化学式10で表される4価の有機基からなる群より選ばれたいずれか一つであり、
[化学式10]
Y1~Y3はそれぞれ独立して下記化学式11で表される2価の有機基であり、
[化学式11]
Y4~Y6はそれぞれ独立して下記化学式12で表される2価の有機基であり、
[化学式12]
Y7~Y9はそれぞれ独立して下記化学式13で表される2価の有機基であり、
[化学式13]
[化学式16]
発明の一実施形態によれば、前記化学式1で表される繰り返し単位、前記化学式2で表される繰り返し単位および前記化学式3で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位を含む第1液晶配向剤用重合体;前記化学式4で表される繰り返し単位、前記化学式5で表される繰り返し単位および前記化学式6で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位を含む第2液晶配向剤用重合体;前記化学式7で表される繰り返し単位、前記化学式8で表される繰り返し単位および前記化学式9で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位を含む第3液晶配向剤用重合体;および前記化学式16で表される架橋剤化合物を含む液晶配向剤組成物を提供することができる。
[化学式10]
[化学式10-1]
[化学式12-4]
L3は単結合、-O-、-SO2-、-O(CH2)yO-または-CR17R18-であり、ここで、yは1~10の整数であり、R17およびR18はそれぞれ独立して水素、または炭素数1~10のアルキルである。
前記一実施形態の液晶配向剤組成物は、上述した重合体以外に、架橋剤化合物を含み得、前記架橋剤化合物は、前記化学式16で表される特定の化学構造を有することができる。前記架橋剤化合物の物理/化学的性質は上述した化学式16の特定構造に起因したと見られる。
[化学式16-1]
[化学式16-2]
[化学式16-3]
発明の他の実施形態によれば、前記液晶配向剤組成物を基板に塗布して塗膜を形成する段階(段階1);前記塗膜を乾燥する段階(段階2);前記塗膜に光を照射したりラビング処理して配向処理する段階(段階3);および前記配向処理された塗膜を熱処理して硬化する段階(段階4)を含む、液晶配向膜の製造方法を提供する。
また、本発明は上述した液晶配向膜の製造方法により製造された液晶配向膜を提供する。具体的には、前記液晶配向膜は前記一実施形態の液晶配向剤組成物の配向硬化物を含み得る。前記配向硬化物とは、前記一実施形態の液晶配向剤組成物の配向工程および硬化工程を経て得られる物質を意味する。
[数式1]
膜強度=ラビング処理後の液晶配向膜のヘイズ-ラビング処理前の液晶配向膜のヘイズ。
また、本発明は上述した液晶配向膜を含む液晶表示素子を提供する。
前記製造例4の反応物であるN,N,N',N'-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)アジパミド(N、N,N',N'-Tetrakis(2-hydroxyethyl)adipamide)を比較製造例1の架橋剤として使用した。
合成例1:液晶配向剤用重合体P-1の製造
前記製造例1で製造したDA1-1 5.0g(13.3mmol)を無水N-メチルピロリドン(NMP) 71.27gに完全に溶かした。そして、ice bath下で1,3-ジメチル-シクロブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸二無水物(DMCBDA) 2.92g(13.03mmol)を前記溶液に添加して約16時間常温で攪拌して液晶配向剤用重合体P-1を製造した。
前記製造例2で製造したDA1-2 5.376gをNMP 74.66gに先に溶かした後、1,3-ジメチル-シクロブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸二無水物(DMCBDA) 2.92gを添加して約16時間常温で攪拌した。その後、前記合成例1と同様の方法で重合体P-2を製造した。
合成例3:液晶配向剤用重合体Q-1
前記製造例3で製造されたジアミンDA2 21.735g(0.109mmol)を無水N-メチルピロリドン(anhydrous N-methyl pyrrolidone:NMP) 236.501gに完全に溶かした。
前記製造例3で製造されたジアミンDA2 19.211g(0.096mmol)を無水N-メチルピロリドン(anhydrous N-methyl pyrrolidone:NMP) 222.194gに完全に溶かした。
前記製造例3で製造されたジアミンDA2 19.743g(0.099mmol)を無水N-メチルピロリドン(anhydrous N-methyl pyrrolidone:NMP) 225.213gに完全に溶かした。
そして、ice bath下でピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride,PMDA) 20.0g(0.092mmol)を前記溶液に添加して常温で約16時間攪拌して液晶配向剤用重合体Q-3を製造した。GPCにより前記重合体Q-3の分子量を確認した結果、重量平均分子量(Mw)が27,000g/molであった。
合成例6:液晶配向剤用重合体R-1
4,4'-オキシジアニリン(4,4'-oxydianiline,ODA) 14.636g(0.073mol)を無水N-メチルピロリドン(anhydrous N-methyl pyrrolidone:NMP) 196.271gに完全に溶かした。
4,4'-(エタン-1,2-ジイルビス(オキシ))ジアニリン(4,4'-(ethane-1,2-diylbis(oxy))dianiline,EODA) 17.856g(0.073mol)を無水N-メチルピロリドン(anhydrous N-methyl pyrrolidone:NMP) 214.516 gに完全に溶かした。
4,4'-メチレンジアニリン(4,4'-Methylenedianiline,MDA) 14.492g(0.073mol)を無水N-メチルピロリドン(anhydrous N-methyl pyrrolidone:NMP) 195.455gに完全に溶かした。
実施例1:液晶配向剤組成物の製造
NMP、GBL、2-ブトキシエタノールの混合溶媒に下記表2に示すような組成で第1重合体、第2重合体および第3重合体を溶かして得られた溶液を得た。そして、前記溶液に架橋剤として前記製造例4で得られたN1,N1,N6,N6-tetrakis(2-(trimethylsilyloxy)ethyl)adipamideを全体溶液を基準5重量%で添加した後25℃で16時間攪拌した。ポリ(テトラフルオレンエチレン)材質の気孔サイズが0.1μmであるフィルタで加圧濾過して液晶配向剤組成物を製造した。
下記表2に示すような組成で、架橋剤を全体溶液を基準10重量%で添加したことを除いては、前記実施例1と同様の方法で液晶配向剤組成物を製造した。
前記製造例4の架橋剤を添加しなかったことを除いては、前記実施例1と同様の方法で液晶配向剤組成物を製造した。
前記製造例4の架橋剤の代わりに、比較製造例1のN,N,N',N'-Tetrakis(2-hydroxyethyl)adipamideを添加したことを除いては、前記実施例1と同様の方法で液晶配向剤組成物を製造した。
液晶配向セルの製造
前記実施例および比較例で製造した液晶配向剤組成物を用いて液晶配向セルを製造した。
前記製造した液晶配向セルの上板および下板に偏光板を互いに垂直になるように付着した。そして、偏光板が付着した液晶配向セルを明るさ7,000cd/m2のバックライトの上に置いて肉眼で光漏れを観察した。この時、液晶配向膜の配向特性に優れ、液晶をよく配列させれば互いに垂直に付着した上、下の評光板によって光が通過せず不良なしで暗く観察される。このような場合の配向特性を「良好」と、液晶の流れ跡や輝点のような光漏れが観察される場合「不良」と評価し、その結果を下記表3に示した。
前記製造した液晶配向セルの電気的特性である電圧保持率(voltage holding ratio,VHR)をTOYO corporationの6254C装備を用いて測定した。電圧保持率(VHR)は、1Hz、60℃温度で測定した(VHR 60度1Hz p-LC条件)。前記液晶配向セルの電圧保持率(VHR)に対する測定結果は下記表3に示した。
前記製造した液晶配向セルの上板および下板に偏光板を互いに垂直になるように付着した。前記偏光板が付着された液晶セルを7,000cd/m2のバックライトの上に付着してブラック状態の輝度を輝度明るさの測定装備であるPR-788装備を用いて測定した。そして、前記液晶セルを常温で交流電圧7Vで120時間駆動した。その後、液晶セルの電圧をオフ状態で上述した内容と同様にブラック状態の輝度を測定した。液晶セルの駆動前に測定された初期輝度(L0)と駆動後に測定された後の輝度(L1)との間の差を初期輝度(L0)値で除して100を乗じた輝度変動率を計算した。このように計算した輝度変動率は0%に近いほど配向安定性に優れることを意味する。このような輝度変化率の測定結果により次の基準下で残像水準を評価した。AC残像は最小化することが好ましく、測定結果において輝度変動率が5%未満の場合「優秀」、輝度変動率が5%~10%の場合「普通」、輝度変動率が10%を超える場合「不良」と評価し、その結果を下記表3に示した。
前記実施例および比較例で得られた液晶配向膜に対し、前記液晶配向膜の表面をsindo engineering社のrubbing machineを用いて1000rpmで回転させながらラビング処理した後ヘイズメータ(hazemeter)を用いてヘイズ値を測定し、下記数式1のようにラビング処理前のヘイズ値との差を計算して膜強度を評価した。前記ヘイズ変化値が小さいほど膜強度に優れるものである。
[数式1]
膜強度=ラビング処理後の液晶配向膜のヘイズ-ラビング処理前の液晶配向膜のヘイズ。
Claims (13)
- 下記化学式1で表される繰り返し単位、下記化学式2で表される繰り返し単位および下記化学式3で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位を含む第1液晶配向剤用重合体;
下記化学式4で表される繰り返し単位、下記化学式5で表される繰り返し単位および下記化学式6で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位を含む第2液晶配向剤用重合体;
下記化学式7で表される繰り返し単位、下記化学式8で表される繰り返し単位および下記化学式9で表される繰り返し単位からなる群より選ばれた1種以上の繰り返し単位を含む第3液晶配向剤用重合体;および
下記化学式16で表される架橋剤化合物を含む、液晶配向剤組成物:
[化学式1]
R1およびR2のうち少なくとも一つは炭素数1~10のアルキル基であり、残りは水素であり、
R3およびR4のうち少なくとも一つは炭素数1~10のアルキル基であり、残りは水素であり、
R5およびR6のうち少なくとも一つは炭素数1~10のアルキル基であり、残りは水素であり、
X1~X9はそれぞれ独立して下記化学式10で表される4価からなる群より選ばれたいずれか一つの有機基であり、
[化学式10]
R7~R12はそれぞれ独立して水素または炭素数1~6のアルキル基であり、
L1は単結合、-O-、-CO-、-COO-、-S-、-SO-、-SO2-、-CR13R14-、-(CH2)Z-、-O(CH2)ZO-、-COO(CH2)ZOCO-、-CONH-、フェニレンまたはこれらの組み合わせからなる群より選ばれたいずれか一つであり、
前記R13およびR14はそれぞれ独立して水素、炭素数1~10のアルキル基またはフルオロアルキル基であり、
zは1~10の整数であり、
Y1~Y3はそれぞれ独立して下記化学式11で表される2価の有機基であり、
[化学式11]
Tは前記化学式10で表される4価からなる群より選ばれたいずれか一つの有機基であり、
D1およびD2はそれぞれ独立して炭素数1~20のアルキレン基、炭素数1~10のヘテロアルキレン基、炭素数3~20のシクロアルキレン基、炭素数6~20のアリーレン基または炭素数2~20のヘテロアリーレン基であり、
Y4~Y6はそれぞれ独立して下記化学式12で表される2価の有機基であり、
[化学式12]
Aは窒素(N)であり、
R'は水素、または炭素数1~10のアルキルであり、
aは1~3の整数であり、
Z1~Z4のうち少なくとも一つは窒素であり、残りは炭素であり、
Y7~Y9はそれぞれ独立して下記化学式13で表される2価の有機基であり、
[化学式13]
R15およびR16はそれぞれ独立して、ハロゲン、シアノ、ニトリル、炭素数1~10のアルキル、炭素数1~10のアルケニル、炭素数1~10のアルコキシ、炭素数1~10のフルオロアルキル、または炭素数1~10のフルオロアルコキシであり、
pおよびqはそれぞれ独立して0~4の整数であり、
L2は単結合-O-、-CO-、-S-、-SO2-、-C(CH3)2-、-C(CF3)2-、-COO-、-(CH2)y-、-O(CH2)yO-、-O(CH2)y-、-NH-、-NH(CH2)y-NH-、-NH(CH2)yO-、-OCH2-C(CH3)2-CH2O-、-COO-(CH2)y-OCO-、または-OCO-(CH2)y-COO-であり、
yは1~10の整数であり、
kおよびmはそれぞれ独立して0~1の整数であり、
nは0~3の整数であり、
[化学式16]
A1は1価~4価の官能基であり、
jは1~4の整数であり、
L4およびL5は互いに同一または相異し、それぞれ独立して炭素数1~10のアルキレン基または炭素数6~20のアリーレン基のうち一つであり、
R19およびR20はそれぞれ独立してケイ素含有1価官能基であり、
前記ケイ素含有1価官能基は、下記化学式17で表される:
[化学式17]
- 前記化学式12において、Z1~Z4の一つが窒素であり、残りは炭素である、請求項1に記載の液晶配向剤組成物。
- 前記化学式12において、Z1またはZ3の一つが窒素であり、残りは炭素であり、Z2およびZ4は炭素である、請求項1に記載の液晶配向剤組成物。
- 前記化学式12において、Aは窒素であり、R'は水素であり、aは1である、請求項1から3のいずれか一項に記載の液晶配向剤組成物。
- 前記第1液晶配向剤用重合体100重量部に対し、第2液晶配向剤用重合体の含有量が10重量部~1000重量部である、請求項1から6のいずれか一項に記載の液晶配向剤組成物。
- 前記第1液晶配向剤用重合体100重量部に対し、第3液晶配向剤用重合体の含有量が10重量部~1000重量部である、請求項1から7のいずれか一項に記載の液晶配向剤組成物。
- 前記化学式16において、
A1は炭素数1~10のアルキレン基であり、
jは2であり、
L4およびL5はそれぞれ独立して炭素数1~5のアルキレン基である、請求項1から8のいずれか一項に記載の液晶配向剤組成物。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載の液晶配向剤組成物を基板に塗布して塗膜を形成する段階;
前記塗膜を乾燥する段階;
前記塗膜に光を照射したりラビング処理して配向処理する段階;および
前記配向処理された塗膜を熱処理して硬化する段階;を含む、液晶配向膜の製造方法。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載の液晶配向剤組成物の配向硬化物を含む、液晶配向膜。
- 請求項12に記載の液晶配向膜を含む、液晶表示素子。
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