JPWO2018043326A1 - 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
Description
本発明の主目的は、液晶配向性や電気特性を低下することなく、液晶配向膜とシール剤や基板との密着性を向上させることができる液晶配向剤を提供することである。
本発明は下記式[1]の構造を有するジアミンと下記式[2]の構造を有するジアミンと下記式[3]の構造を有するジアミンとを含有するジアミン成分と、テトラカルボン酸二無水物成分との反応で得られるポリアミック酸、及び該ポリアミック酸をイミド化し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つの重合体を含有することを特徴とする液晶配向剤を要旨とする。
本発明の液晶配向剤に含有される特定ジアミン1は、下記の式[1]で表される構造を有するジアミンである。
式[1]中、Aは、温度150〜300℃の加熱により水素に置き換わる熱脱離性基である。熱脱離性基は、好ましくは170〜300℃、特に好ましくは180〜250℃で脱離すればさらに好適である。*は結合手を表す。
式[1]におけるベンゼン環の有する水素原子は、炭素数1〜5、好ましくは1〜3のアルキル基若しくはアルコキシ基、又は、塩素原子、臭素原子、フッ素原子などのハロゲン基により、任意に置換されていてもよい。
式[1]で表わされるジアミンの好ましい具体例としては、以下のジアミンが挙げられる。なお、式中のBocはtert−ブトキシカルボニル基を表す。
本発明の液晶配向剤に含有される特定ジアミン2は、下記の式[2]で表される構造を有するジアミンである。
式中、mは、1〜18の整数であり、好ましくは、2〜18の整数である。また、mが3〜18の整数である場合、任意の炭素―炭素結合間に−O−が存在していてもよい。*は他の原子との結合手を表す。
式[2]におけるベンゼン環の有する水素原子は、炭素数1〜5、好ましくは1〜3のアルキル基若しくはアルコキシ基、又は、塩素原子、臭素原子、フッ素原子などのハロゲン基により、任意に置換されていてもよい。
式[2]で表わされる構造を有するジアミンの好ましい具体例としては、以下のジアミンが挙げられるがこれらに限定されない。
本発明の液晶配向剤に含有される特定ジアミン3は、下記の式[3]で表される構造を有するジアミンである。
式中、nは2〜18の整数であり、nが3〜18の整数である場合は、任意の炭素―炭素結合間に−O−が存在していてもよい。Aの定義及びその好ましい範囲は、式[1]のAと同様である。*は結合手を表す。
式[3]におけるベンゼン環の有する水素原子は、炭素数1〜5、好ましくは1〜3のアルキル基若しくはアルコキシ基、又は、塩素原子、臭素原子、フッ素原子などのハロゲン基により、任意に置換されていてもよい。
式[3]で表わされるジアミンの好ましい具体例としては、以下のジアミンが挙げられるがこれらに限定されない。
本発明のポリイミド前駆体を得るためには、下記式[7]で表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う)をテトラカルボン酸二無水物成分の一部として用いることが好ましい。
式[7a]の構造のテトラカルボン酸二無水物を用いる場合、これを、テトラカルボン酸二無水物成分全体のうちの20質量%以上とすることが好ましく、より好ましくは、30質量%以上である。ポリイミド前駆体の製造に用いるで、所望の効果が得られる。より好ましくは、30質量%以上である。ポリイミド合成に用いるテトラカルボン酸成分の全てを式[7a]の構造のテトラカルボン酸二無水物とすることも可能である。
脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。また、脂環式テトラカルボン酸二無水物としては、例えば1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジフェニル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロヘプタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1−シクロへキシルコハク酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、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、ビシクロ[4,3,0]ノナン−2,4,7,9−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[4,4,0]デカン−2,4,7,9−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[4,4,0]デカン−2,4,8,10−テトラカルボン酸二無水物、トリシクロ[6.3.0.0<2,6>]ウンデカン−3,5,9,11−テトラカルボン酸二無水物、4−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−1,2,3,4−テトラヒドリナフタレン−1,2−ジカルボン酸二無水物、ビシクロ[2,2,2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフリル)−3−メチル−3−シクロへキサン−1,2−ジカルボン酸二無水物、テトラシクロ[6,2,1,1,0,2,7]ドデカ−4,5,9,10−テトラカルボン酸二無水物、3,5,6−トリカルボキシノルボルナン−2:3,5:6ジカルボン酸二無水物、などを挙げることができる。
その他のテトラカルボン酸成分としては、テトラカルボン酸、テトラカルボン酸ジハライド、テトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸のカルボン酸基をジアルキルエステル化したエステル化物、テトラカルボン酸ジハライドのカルボン酸基をジアルキルエステル化したエステル化物等が挙げられる。
液晶配向剤には、ポリアミック酸、及び/又は該ポリアミック酸をイミド化して得られるポリイミド(以下、総称して重合体ともいう。)が含有される。
このうち、本発明の重合体とは、特定ジアミン1、2及び3を含有するジアミン成分と、テトラカルボン酸二無水物成分との反応で得られるポリアミック酸、及び/又は該ポリアミック酸をイミド化して得られるポリイミドを意味する。一方、本発明以外の重合体とは、熱脱離性で保護されていないジアミンを含有するジアミン成分と、テトラカルボン酸二無水物成分との反応で得られるポリアミック酸、及び/又は該ポリアミック酸をイミド化して得られるポリイミドを意味する。
ポリアミック酸は、ジアミンを含有する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によって得られる。
テトラカルボン酸二無水物成分との反応により本発明の重合体であるポリアミック酸を得るためのジアミン成分における特定ジアミン1、2及び3の含有割合は、特定ジアミン1が好ましくは5〜95モル%、より好ましくは10〜60モル%である。
また、本発明の重合体であるポリアミック酸を得るためのジアミン成分における特定ジアミン2及び特定ジアミン3の合計含有割合が好ましくは10〜60モル%、より好ましくは20〜40モル%である。特定ジアミン2:特定ジアミン3の含有割合(モル比)は、10:90〜90:10が好ましく、10:40〜40:10がより好ましい。
本発明においてポリアミック酸を得るためのジアミン成分は、液晶配向膜に要求される種々の特性、例えば、液晶のプレチルト角を大きくする特性、液晶の垂直配向性を高めるなどの特性をよりよく満足させるために、その他のジアミンが併用できる。その他のジアミンを使用する場合、その他のジアミンの含有量は、アミン成分中、1〜50mol%が好ましく、5〜30mol%がより好ましい。
芳香族ジアミン類の例としては、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、2,4−ジアミノトルエン、2,5−ジアミノトルエン、3,5−ジアミノトルエン、1,4−ジアミノ−2−メトキシベンゼン、2,5−ジアミノ−p−キシレン、1,3−ジアミノ−4−クロロベンゼン、3,5−ジアミノ安息香酸、1,4−ジアミノ−2,5−ジクロロベンゼン、4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジメチルビベンジル、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、4,4’−ジアミノ−3,3’―ジメチルジフェニルメタン、2,2’−ジアミノスチルベン、4,4’−ジアミノスチルベン、4,4’−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、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、1,3−ビス(3−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−アミノフェノキシ)ベンゼン、3,5−ビス(4−アミノフェノキシ)安息香酸、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビベンジル、2,2−ビス[(4−アミノフェノキシ)メチル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフロロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、1,1−ビス(4−アミノフェニル)シクロヘキサン、α、α’−ビス(4−アミノフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、2,2−ビス(3−アミノフェニル)ヘキサフロロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフロロプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、2,4−ジアミノジフェニルアミン、1,8−ジアミノナフタレン、1,5−ジアミノナフタレン、1,5−ジアミノアントラキノン、1,3−ジアミノピレン、1,6−ジアミノピレン、1,8―ジアミノピレン、2,7−ジアミノフルオレン、1,3−ビス(4−アミノフェニル)テトラメチルジシロキサン、ベンジジン、2,2’−ジメチルベンジジン、1,2−ビス(4−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、1,4−ビス(4−アミノフェニル)ブタン、1,5−ビス(4−アミノフェニル)ペンタン、1,6−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサン、1,7−ビス(4−アミノフェニル)ヘプタン、1,8−ビス(4−アミノフェニル)オクタン、1,9−ビス(4−アミノフェニル)ノナン、1,10−ビス(4−アミノフェニル)デカン、1,3−ビス(4−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、1,5−ビス(4−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)ヘキサン、1,7−ビス(4−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、1,9−ビス(4−アミノフェノキシ)ノナン、1,10−ビス(4−アミノフェノキシ)デカン、ジ(4−アミノフェニル)プロパン−1,3−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)ブタン−1,4−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)ペンタン−1,5−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)ヘキサン−1,6−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)ヘプタン−1,7−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)オクタン−1,8−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)ノナン−1,9−ジオエート、ジ(4−アミノフェニル)デカン−1,10−ジオエート、1,3−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕プロパン、1,4−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕ブタン、1,5−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕ペンタン、1,6−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕ヘキサン、1,7−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕ヘプタン、1,8−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕オクタン、1,9−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕ノナン、1,10−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ〕デカンなどが挙げられる。
脂肪族ジアミンの例としては、1,2−ジアミノエタン、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−ジアミノヘキサン、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、1,3−ジアミノ−2,2−ジメチルプロパン、1,6−ジアミノ−2,5−ジメチルヘキサン、1,7−ジアミノ−2,5−ジメチルヘプタン、1,7−ジアミノ−4,4−ジメチルヘプタン、1,7−ジアミノ−3−メチルヘプタン、1,9−ジアミノ−5−メチルヘプタン、1,12−ジアミノドデカン、1,18−ジアミノオクタデカン、1,2−ビス(3−アミノプロポキシ)エタンなどが挙げられる。
(S6は、−O−、−OCH2−、−CH2O−、−COOCH2−、又は−CH2OCO−を示し、R7は炭素数1〜22を有する、アルキル基、アルコキシ基、フッ素含有アルキル基若しくはフッ素含有アルコキシ基である。)
また、以下のジアミンを併用させてもよい。
式[DA−27]、式[DA−28]等のジアミンを含有させることにより、液晶配向膜とした際の電圧保持特性を向上させることができ、式[DA−29]〜[DA−34]のジアミンは蓄積電化の低減に効果がある。
その他のジアミンは、液晶配向膜とした際の液晶配向性、電圧保持特性、蓄積電荷などの特性に応じて、1種、又は2種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とジアミン成分との反応により、本発明のポリアミック酸を得る方法は、既知の手法を用いることができる。一般的に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中で反応させる方法である。テトラカルボン酸二無水物成分とジアミンとの反応は、有機溶媒中で比較的容易に進行し、かつ副生成物が発生しない点で有利である。
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−エチル−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、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−エトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミドなどが挙げられる。これらは単独で使用しても、混合して使用してもよい。さらに、ポリアミック酸を溶解させない溶媒であっても、生成したポリアミック酸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。
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成分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良い。また、テトラカルボン酸二無水物成分又はジアミン成分が複数種の化合物からなる場合は、あらかじめ混合した状態で反応させても良く、個別に順次反応させても良く、さらに個別に反応させた低分子量体を混合反応させ高分子量体としても良い。
ポリアミック酸の重合反応においては、テトラカルボン酸二無水物成分の合計モル数と、ジアミン成分の合計モル数の比は、0.8〜1.2であることが好ましく、0.9〜1.1がより好ましい。通常の重縮合反応と同様に、このモル比が1.0に近いほど生成するポリアミック酸の分子量は大きくなる。
本発明のポリイミドは、前記のポリアミック酸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。
ポリアミック酸をイミド化させる方法としては、ポリアミック酸の溶液をそのまま加熱する熱イミド化法、及びポリアミック酸の溶液に触媒を添加する触媒イミド化法が挙げられる。
ポリアミック酸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のが好ましい。
本発明の液晶配向剤は、液晶配向膜を形成するための塗布液であり、樹脂被膜を形成するための樹脂成分が有機溶媒に溶解した溶液である。ここで、前記の樹脂成分は、上記した本発明の重合体から選ばれる少なくとも一種の重合体を含む。樹脂成分の液晶配向剤中の含有量は、1〜20質量%が好ましく、より好ましくは3〜15質量%、特に好ましくは3〜10質量%である。
樹脂成分は、全てが本発明の重合体であってもよく、それ以外の他の重合体が混合されていてもよい。その際、樹脂成分中における前記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。
かかる他の重合体は、例えば、テトラカルボン酸ニ無水物成分と反応させるジアミン成分として、特定ジアミン化合物以外のジアミン化合物を使用して得られるポリアミック酸又はポリイミドなどが挙げられる。
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、2−ピロリドン、N−エチルピロリドン、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、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−エトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、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、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。
膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる溶媒(貧溶媒)の具体例としては、次のものが挙げられる。
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。上記溶媒を用いる場合は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の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。
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(大日本インキ社製)、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、液晶配向剤に含有される樹脂成分の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。
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等が挙げられる。
本発明の液晶配向剤には、上記の他、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、導電性などの電気特性を変化させる目的で、誘電体、導電物質、さらには、液晶配向膜にした際の膜の硬度や緻密度を高める目的の架橋性化合物等を添加してもよい。
本発明の液晶配向剤は、基板上に塗布し、焼成した後、ラビング処理や光照射などで配向処理をし、又は垂直配向用途などでは配向処理無しで液晶配向膜として用いることができる。この際、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、アクリル基板、ポリカーボネート基板などのプラスチック基板などを用いることができる。また、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ニウム等の光を反射する材料も使用できる。
液晶配向剤の塗布方法は、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の方法で行うが一般的である。その他の塗布方法としては、ディップ、ロールコーター、スリットコーター、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。
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、液晶表示素子としたものである。
NMP:N−メチル−2−ピロリドン BCS:ブチルセロソルブ
<添加剤>
LS−4668:3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン
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)にて温度25℃にて測定した。
始めに電極付きの基板を準備した。基板は、縦30mm×横35mmの長方形状で、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法により成膜された窒化珪素(SiN)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画素および第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。
上記で作製した液晶セルを用い、60℃の恒温環境下、周波数30Hzで10VPPの交流電圧を168時間印加した。次いで、液晶セルの画素電極と対向電極との間を短絡させた状態にし、そのまま室温に一日放置した。放置の後、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、電圧無印加の状態でバックライトを点灯させておき、透過光の輝度が最も小さくなるように液晶セルの配置角度を調整した。そして、第1画素の第2領域が最も暗くなる角度から第1領域が最も暗くなる角度まで液晶セルを回転させたときの回転角度を角度Δとして算出した。第2画素でも同様に、第2領域と第1領域とを比較し、同様の角度Δを算出した。そして、第1画素と第2画素の角度Δ値の平均値を液晶セルの角度Δとして算出した。液晶セルの角度Δが小さいほど、液晶配向性が高いことを意味する。
上記で作製した液晶セルのプレチルト角を測定した。また、この液晶セルを熱循環オーブン中にて110℃で1時間加熱後、プレチルト角を測定した。プレチルト角を測定は、微小チルト角測定装置(シンテック社製 OPTI-PRO)を用いて行った。
液晶配向剤を孔径1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、80℃のホットプレート上で2分間乾燥後、230℃で20分間焼成して膜厚70nmの塗膜を得た。このようにして得られた2枚の基板を用意し、一方の基板の液晶配向膜面上に直径4μmビーズスペーサー(日揮触媒化成社製、真絲球、SW-D1)を散布した後、UV(紫外線)硬化型接着剤を滴下した。次いで、他方の基板の液晶配向膜面を内側にし、基板の重なり幅が0.5cmになるように、貼り合わせを行った。その際、貼り合わせ後のシール剤の直径が約3mmとなるようにシール剤の滴下量を調整した。貼り合わせた2枚の基板をクリップにて固定した後、波長325nm以下のカットフィルターを用いて波長365nmのUVを3.0J照射した後、120℃で1時間熱硬化させて、接着性評価用のサンプルを作製した。
作製したサンプルを卓上形精密万能試験機にて、上下基板の端の部分を固定した後、基板短辺の両端から上下に引っ張り、剥離する際の圧力(N)を測定した。そして、計測したシール剤の直径より見積もった面積(mm2)で圧力(N)を規格化した値を用いて接着力の評価を実施した。3mm径のシール破断面を観察した。シール断面の密着面積が半分以上だった場合を良好、シールの密着面積が半分以下だった場合を不良と判定した。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を1.56g(5.28mmol)、DA−4を1.91g(7.82mmol)、及びDA−6を0.724g(1.30mmol)量りとり、NMPを46.5g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度は:485.1mPa・s、PAA−1)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を0.773g(2.58mmol)、DA−4を2.22g(9.09mmol)、及びDA−6を0.724g(1.30mmol)量りとり、NMPを46.5g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:505.4mPa・s、PAA−2)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を0.723g(2.41mmol)、DA−4を2.06g(8.40mmol)、及びDA−6を0.724g(1.30mmol)量りとり、NMPを46.9g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:456.1mPa・s、PAA−3)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を1.16g(3.87mmol)、DA−4を1.91g(7.82mmol)、及びDA−6を0.723g(1.30mmol)量りとり、NMPを47.7g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:513.9mPa・s、PAA−4)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を0.778g(2.60mmol)、DA−4を2.06g(8.43mmol)、及びDA−6を1.09g(1.96mmol)量りとり、NMPを48.7g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:80.9mPa・s、PAA−5)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を0.973g(3.25mmol)、DA−4を1.91g(7.82mmol)及びDA−6を1.09g(1.96mmol)量りとり、NMPを48.7g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:471.4mPa・s、PAA−6)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を1.16g(3.86mmol)、DA−4を1.74g(7.12mmol)及びDA−6を1.09g(1.96mmol)量りとり、NMPを49.2g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:462.8mPa・s、PAA−7)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を0.780g(2.61mmol)、DA−4を1.91g(7.82mmol)及びDA−6を1.45g(2.60mmol)量りとり、NMPを50.2g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:475.2mPa・s、PAA−8)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を0.973g(3.23mmol)、DA−4を1.74g(7.12mmol)、及びDA−6を1.45g(2.61mmol)量りとり、NMPを50.4g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:451.6mPa・s、PAA−9)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を1.16g(3.88mmol)、DA−4を1.58g(6.47mmol)、及びDA−6を1.44g(2.60mmol)量りとり、NMPを50.7g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:41.4mPa・s、PAA−10)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を0.778g(2.59mmol)、DA−4を2.60g(9.08mmol)、及びDA−6を0.724g(1.3mmol)量りとり、NMPを50.0g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:498.1mPa・s、PAA−11)を得た。
撹拌装置付きの500mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−2を22.3g(0.112mol)、及びDA−3を5.55g(0.026mol)量りとり、NMPを442g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−3を26.3g(0.105mol)添加し、50℃で2時間撹拌後、酸二無水物(CA−2)を6.18g(0.032mol)添加し、冷水にて冷却しながら、2時間撹拌し、ポリアミック酸溶液(粘度:1442mPa・s、PAA−12)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−4を3.17g(13.0mmol)を量りとり、NMPを43.0g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:550.1mPa・s、PAA−13)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−4を2.86g(11.7mmol)、及びDA−6を0.724g(1.3mmol)量りとり、NMPを46.1g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:523.2mPa・s、PAA−14)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−4を2.54g(10.4mmol)、及びDA−6を1.45g(2.60mmol)量りとり、NMPを49.1g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:502.7mPa・s、PAA−15)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−2を0.518g(2.60mmol)、及びDA−4を2.51g(10.3mmol)量りとり、NMPを42.3g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:531.5mPa・s、PAA−16)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−2を1.04g(5.22mmol)、及びDA−4を1.91g(7.82mmol)量りとり、NMPを41.4g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:542.2mPa・s、PAA−17)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−5を3.72g(13.0mmol)量りとり、NMPを47.2g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:525.2mPa・s、PAA−18)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−2を0.51g(2.61mmol)、及びDA−5を2.97g(10.4mmol)量りとり、NMPを47.2g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:547.1mPa・s、PAA−19)を得た。
撹拌装置付きの50mL(リットル)の四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を0.773g(2.50mmol)、及びDA−4を2.54g(10.4mmol)を量りとり、NMPを46.5g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:510.7mPa・s、PAA−20)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を0.773g(2.58mmol)及びDA−5を2.98g(10.4mmol)を量りとり、NMPを47.4g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:525.3mPa・s、PAA−21)を得た。
撹拌装置付きの50mLの四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、DA−1を1.56g(5.21mmol)、及びDA−4を2.23g(7.79mmol)を量りとり、NMPを47.7g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、CA−1を2.71g(12.4mmol)添加し、2時間室温で攪拌した後、50℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(粘度:510.4mPa・s、PAA−22)を得た。
合成例1〜11で得られたポリアミック酸溶液(PAA−1)〜(PAA−12)をそれぞれ4.36g分取した。それぞれ、そこに合成例12で得られたポリアミック酸溶液(PAA−12)を11.3g加え、攪拌しながらNMPを13.9g、BCSを8.00g、LS−4668を1重量%含むNMP溶液を2.4g加え、更に室温で2時間撹拌することにより、それぞれ、液晶配配向剤(AL−1)〜(AL−11)を得た。
比較合成例1〜7で得られたポリアミック酸溶液(PAA−13)〜(PAA−22)をそれぞれ4.36g分取した。それぞれ、そこに合成例12で得られたポリアミック酸溶液(PAA−12)を11.3g加え、攪拌しながらNMPを13.9g、BCSを8.00g、LS−4668を1重量%含むNMP溶液を2.4g加え、更に室温で2時間撹拌することにより、それぞれ、液晶配配向剤(AL−12)〜(AL−21)を得た。
上記で得られた実施例1〜11及び比較例1〜10のそれぞれの液晶配向剤(AL−1)〜(AL−21)について、液晶配向性、プレチルト角の評価、及びシール密着性の評価を行った。結果を表1に示す。
なお、2016年8月30日に出願された日本特許出願2016−168471号の明細書、特許請求の範囲、図面、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 (12)
- 下記式[1]で表される構造を有するジアミンと下記式[2]で表される構造を有するジアミンと下記式[3]で表される構造を含有するジアミンとを含有するジアミン成分と、テトラカルボン酸二無水物成分との反応で得られるポリアミック酸、及び該ポリアミック酸をイミド化し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つの重合体を含有することを特徴とする液晶配向剤。
(式中、Aは、温度150〜300℃の加熱により水素原子に置き換わる熱脱離性基を表す。ベンゼン環の有する水素原子は、炭素数1〜3のアルキル基若しくはアルコキシ基又はハロゲン基により置換されていてもよい。mは1〜18の整数であり、mが3〜18である場合は、任意の炭素―炭素結合間に−O−が存在していてもよい。nは2〜18の整数であり、nが3〜18である場合は、任意の炭素―炭素結合間に−O−が存在していてもよい。*は結合手を表す。 - 前記熱脱離性基が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る請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記ジアミン成分中の式[1]で表される構造を有するジアミンの含有量が、5〜95mol%である請求項1〜5のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 前記式[2]で表される構造を有するジアミンと式[3]で表される構造を有するジアミンの合計含有割合が10〜60モル%であり、かつ、式[2]で表される構造を有するジアミン:式[3]で表される構造を有するジアミンの含有割合(モル比)が、10:90〜90:10である請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 請求項1〜9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。
- 請求項10に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
- 液晶表示素子の基板間のシール幅が狭い額縁素子である請求項11に記載の液晶表示素子。
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