JP6672821B2 - 液晶配向剤及び液晶配向膜の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の液晶配向剤は、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド及びポリオルガノシロキサンよりなる群から選ばれる少なくとも一種である重合体(A)を含有する。
[ポリアミック酸]
本発明におけるポリアミック酸は、例えばテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを反応させることにより得ることができる。
ポリアミック酸の合成に用いるテトラカルボン酸二無水物としては、例えば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、芳香族テトラカルボン酸二無水物などを挙げることができる。これらの具体例としては、脂肪族テトラカルボン酸二無水物として、例えば1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物などを;
脂環式テトラカルボン酸二無水物として、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、1,3−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、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物、2,4,6,8−テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン−2:4,6:8−二無水物、4,9−ジオキサトリシクロ[5.3.1.02,6]ウンデカン−3,5,8,10−テトラオン、シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物などを;
芳香族テトラカルボン酸二無水物として、例えばピロメリット酸二無水物などを;それぞれ挙げることができるほか、特開2010−97188号公報に記載のテトラカルボン酸二無水物を用いることができる。なお、テトラカルボン酸二無水物は、1種を単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
ポリアミック酸の合成に使用するジアミンとしては、例えば脂肪族ジアミン、脂環式ジアミン、芳香族ジアミン、ジアミノオルガノシロキサンなどを挙げることができる。これらジアミンの具体例としては、脂肪族ジアミンとして、例えばメタキシリレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンなどを;
脂環式ジアミンとして、例えば1,4−ジアミノシクロヘキサン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)などを;
で表される化合物などを;
ジアミノオルガノシロキサンとして、例えば、1,3−ビス(3−アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサンなどを、それぞれ挙げることができるほか、特開2010−97188号公報に記載のジアミンを用いることができる。なお、これらのジアミンは、1種を単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
で表される部分構造を基本骨格として含有する構造、等が挙げられる。
光配向性構造を有するポリアミック酸の合成に際し、光配向性構造を有する単量体の使用割合は、光反応性の観点から、ポリアミック酸の合成に使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミンの合計量に対して、20モル%以上とすることが好ましく、30〜80モル%とすることがより好ましい。
ポリアミック酸は、上記のようなテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを、必要に応じて分子量調整剤とともに反応させることによって得ることができる。ポリアミック酸の合成反応に供されるテトラカルボン酸二無水物とジアミンとの使用割合は、ジアミンのアミノ基1当量に対して、テトラカルボン酸二無水物の酸無水物基が0.2〜2当量となる割合が好ましい。分子量調整剤としては、例えば無水マレイン酸、無水フタル酸、無水イタコン酸などの酸一無水物、アニリン、シクロヘキシルアミン、n−ブチルアミンなどのモノアミン化合物、フェニルイソシアネート、ナフチルイソシアネートなどのモノイソシアネート化合物等を挙げることができる。分子量調整剤の使用割合は、使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミンの合計100重量部に対して、20重量部以下とすることが好ましい。
反応に使用する有機溶媒としては、例えば非プロトン性極性溶媒、フェノール系溶媒、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、ハロゲン化炭化水素、炭化水素などを挙げることができる。特に好ましい有機溶媒は、上記式(1)〜式(4)のそれぞれで表される化合物、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルトリアミド、m−クレゾール、キシレノール及びハロゲン化フェノールよりなる群から選択される1種以上を溶媒として使用するか、あるいはこれらの1種以上と他の有機溶媒(例えば、ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールジエチルエーテルなど)との混合物を、上記割合の範囲で使用することが好ましい。有機溶媒の使用量(a)は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンの合計量(b)が、反応溶液の全量(a+b)に対して、0.1〜50重量%になる量とすることが好ましい。
以上のようにして、ポリアミック酸を溶解してなる反応溶液が得られる。この反応溶液はそのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、反応溶液中に含まれるポリアミック酸を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。
本発明におけるポリイミドは、上記の如くして合成されたポリアミック酸を脱水閉環してイミド化することにより得ることができる。ポリイミドは、その前駆体であるポリアミック酸が有していたアミック酸構造のすべてを脱水閉環した完全イミド化物であってもよく、アミック酸構造の一部のみを脱水閉環し、アミック酸構造とイミド環構造が併存する部分イミド化物であってもよい。本発明におけるポリイミドは、そのイミド化率が30%以上であることが好ましく、40〜99%であることがより好ましく、50〜99%であることが更に好ましい。このイミド化率は、ポリイミドのアミック酸構造の数とイミド環構造の数との合計に対するイミド環構造の数の占める割合を百分率で表したものである。ここで、イミド環の一部がイソイミド環であってもよい。
ポリアミック酸の溶液中に脱水剤及び脱水閉環触媒を添加する方法において、脱水剤としては、例えば無水酢酸、無水プロピオン酸、無水トリフルオロ酢酸などの酸無水物を用いることができる。脱水剤の使用量は、ポリアミック酸のアミック酸構造の1モルに対して0.01〜20モルとすることが好ましい。脱水閉環触媒としては、例えばピリジン、コリジン、ルチジン、トリエチルアミン等の3級アミンを用いることができる。脱水閉環触媒の使用量は、使用する脱水剤1モルに対して0.01〜10モルとすることが好ましい。脱水閉環反応に用いられる有機溶媒としては、ポリアミック酸の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒を挙げることができる。脱水閉環反応の反応温度は、好ましくは0〜180℃であり、反応時間は、好ましくは1.0〜120時間である。
本発明におけるポリアミック酸エステルは、例えば、[I]上記合成反応により得られたポリアミック酸とエステル化剤(例えば、メタノールやエタノール、N,N−ジメチルホルムアミドジエチルアセタールなど)とを反応させる方法、[II]テトラカルボン酸ジエステルとジアミンとを、有機溶媒中、適当な脱水触媒(例えば、4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルホリニウムハライド、リン系縮合剤など)の存在下で反応させる方法、[III]テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物とジアミンとを、有機溶媒中、適当な塩基(例えば、ピリジン、トリエチルアミン、水酸化ナトリウムなど)の存在下で反応させる方法、などによって得ることができる。
液晶配向剤に含有させるポリアミック酸エステルは、アミック酸エステル構造のみを有していてもよく、アミック酸構造とアミック酸エステル構造とが併存する部分エステル化物であってもよい。なお、ポリアミック酸エステルを溶解してなる反応溶液は、そのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、反応溶液中に含まれるポリアミック酸エステルを単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。
本発明の液晶配向剤に含有させるポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドについて、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量は、500〜100,000であることが好ましく、1,000〜50,000であることがより好ましい。
本発明におけるポリオルガノシロキサンは、例えば加水分解性のシラン化合物を、好ましくは適当な有機溶媒、水及び触媒の存在下において、加水分解又は加水分解・縮合することにより得ることができる。
上記の加水分解・縮合反応の際に使用する有機溶媒としては、例えば炭化水素、ケトン、エステル、エーテル、アルコールなどを挙げることができる。これらのうち、非水溶性又は難水溶性の有機溶媒を用いることが好ましい。有機溶媒の使用割合は、反応に使用するシラン化合物の合計100重量部に対して、好ましくは10〜10,000重量部であり、より好ましくは50〜1,000重量部である。
[1]液晶配向剤の重合体成分が、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドよりなる群から選ばれる少なくとも一種である態様;
[2]液晶配向剤の重合体成分が、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドよりなる群から選ばれる少なくとも一種と、ポリオルガノシロキサンとである態様;などが挙げられる。
上記[2]の態様において、ポリオルガノシロキサンの含有割合は適宜設定すればよいが、液晶配向剤中の重合体成分の合計量に対して、50重量%以下とすることが好ましく、30重量%以上とすることがより好ましい。
本発明の液晶配向剤は、重合体成分が、溶剤中に分散又は溶解してなる液状の組成物である。当該液晶配向剤は、溶剤として下記の第1溶剤及び第2溶剤を含有する。
第1溶剤は、上記式(1)で表される化合物、上記式(2)で表される化合物、上記式(3)で表される化合物、及び上記式(4)で表される化合物よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。上記式(4)のR1及びR2はメチル基であることが好ましい。上記式(4)で表される化合物としては、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアセトアミド等が挙げられ、中でもN,N−ジメチルアセトアセトアミドが好ましい。上記式(4)で表される化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。第1溶剤は、本発明の効果をより好適に得られる点で、中でも上記式(1)で表される化合物及び上記式(3)で表される化合物が好ましい。なお、第1溶剤は1種を単独で使用してもよく、あるいは2種以上を組み合わせて使用してもよい。
第2溶剤は、表面張力が30dyn/cm未満の溶媒である。なお、本明細書において表面張力(dyn/cm)は、25℃での値である。第2溶剤としては、中でも、上記式(5)で表される化合物、上記式(6)で表される化合物、上記式(7)で表される化合物、及び上記式(8)で表される化合物よりなる群から選ばれる少なくとも一種が好ましい。
上記式(5)のR5及びR7における炭素数1〜3の炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基等の炭素数1〜3のアルキル基;ビニル基、アリル基等の炭素数2又は3の1価の不飽和鎖状炭化水素基、などを挙げることができる。これらの中でも、R5及びR7はメチル基又はエチル基であることが好ましい。なお、R5及びR7は互いに同一でも異なっていてもよい。R6の炭素数2〜5のアルカンジイル基は、例えばエチレン基、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−1,3−ジイル基、ブタン−1,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基等を挙げることができる。
上記式(5)で表される化合物の好ましい具体例としては、例えばエチレングリコールジアセテート、プロピレングリコールジアセテート等のアルキレングリコールジアセテートを挙げることができる。中でもプロピレングリコールジアセテートを好ましく用いることができる。上記式(5)で表される化合物としては、上記のものを1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記式(6)で表される化合物は、2つのR8がそれぞれ1つの酸素原子に結合した構造を有する。このような化合物としては、R8が、炭素数3〜5のアルキル基の炭素−炭素結合間に「−O−」を1つ有する1価の基である化合物の具体例として、例えばジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等を;R8が、炭素数3〜5のアルキル基の水素原子がヒドロキシル基で置換されてなる1価の基である化合物の具体例として、例えばジプロピレングリコール等を;R8が分岐状のアルキル基である化合物の具体例として、例えばジイソプロピルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−sec−ブチルエーテル、ジ−sec−ペンチルエーテル等を;それぞれ挙げることができる。上記式(6)で表される化合物としては、これらの中でも、ジエチレングリコールジエチルエーテル及びジイソペンチルエーテルのうち少なくともいずれか一種であることが好ましい。なお、上記式(6)で表される化合物としては、上記のものを1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記式(7)におけるX1は、基「−C(OH)Ra−」であることが好ましく、基「−C(OH)(CH3)−」であることがより好ましい。また、R9の炭素数1〜4のアルキル基は直鎖状であっても分岐状であってもよく、メチル基又はエチル基であることが好ましい。
上記式(7)で表される化合物の好ましい具体例としては、例えばダイアセトンアルコール、アセチルアセトン、アセト酢酸エチル等を挙げることができ、特にダイアセトンアルコールを好ましく用いることができる。なお、上記式(7)で表される化合物としては、上記のものを1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記式(8)において、R3の炭素数1〜6のアルキル基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基又はi−ブチル基が好ましく、n−ブチル基が特に好ましい。R4の炭素数2〜4のアルカンジイル基は、エチレン基、n−プロピレン基又はi−プロピレン基が好ましく、エチレン基が特に好ましい。
上記式(8)で表される化合物の好ましい具体例としては、例えばエチレングリコール−n−ブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコール−n−プロピルエーテル、エチレングリコール−i−プロピルエーテル等を挙げることができ、特にエチレングリコール−n−ブチルエーテルを好ましく用いることができる。なお、上記式(8)で表される化合物としては、上記のものを1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
また、第2溶剤の含有割合は、重合体の析出を抑えつつ基板への塗布性(印刷性)を良好にする観点から、液晶配向剤に含有される溶剤の全体量に対して、1〜70重量%であることが好ましく、3〜60重量%であることがより好ましい。第2溶剤としては、上記のものを1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
第2溶剤の使用割合の特に好ましい範囲は、上記式(5)で表される化合物、上記式(6)で表される化合物及び上記式(7)で表される化合物については、液晶配向剤に含まれる溶剤の全体量に対して10〜50重量%とすることが特に好ましい。また、上記式(8)で表される化合物については、液晶配向剤に含まれる溶剤の全体量に対して5〜30重量%とすることが特に好ましい。
本発明の液晶配向剤に含有される溶剤としては、上記の第1溶剤及び第2溶剤以外のその他の溶剤(第3溶剤)を使用してもよい。当該第3溶剤としては、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、γ−ブチロラクタム、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、エチレングリコールモノメチルエーテル、乳酸ブチル、酢酸ブチル、メチルメトキシプロピオネ−ト、エチルエトキシプロピオネ−ト、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチ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モノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(DPM)、ジイソブチルケトン、イソアミルプロピオネート、イソアミルイソブチレート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等を挙げることができる。なお、第3溶剤は、上記のものを1種単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
第3溶剤の含有割合は、液晶配向剤に含まれる溶剤の全体量に対して、好ましくは90重量%未満であり、より好ましくは70重量%未満であり、更に好ましくは50重量%未満である。
本発明の液晶配向剤は、上記の如き重合体成分及び溶剤を含有するが、必要に応じてその他の成分を含有していてもよい。かかるその他の成分としては、例えば、重合体(A)以外のその他の重合体(例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレン誘導体、ポリ(メタ)アクリレートなど)、分子内に少なくとも一つのエポキシ基を有する化合物、官能性シラン化合物、光重合性化合物、界面活性剤、充填剤、消泡剤、増感剤、分散剤、酸化防止剤、密着助剤、帯電防止剤、レベリング剤、抗菌剤等が挙げられる。これらの配合割合は、配合する化合物に応じて、本発明の効果を妨げない範囲で適宜設定することができる。
本発明の液晶配向膜は、上記のように調製された液晶配向剤により形成される。また、本発明の液晶素子は、上記の液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜を具備する。液晶素子を適用する駆動モードは特に限定されず、TN型、STN型、IPS型、FFS型、VA型、MVA型、PSA型などの種々の駆動モードに適用することができる。本発明の液晶素子は、例えば以下の工程1〜工程3を含む方法により製造することができる。工程1は、所望の駆動モードによって使用基板が異なる。工程2及び工程3は各駆動モードに共通である。
先ず、基板上に本発明の液晶配向剤を塗布し、次いで塗布面を加熱することにより基板上に塗膜を形成する。
(1−1)TN型、STN型、VA型、MVA型又はPSA型の液晶素子を製造する場合、パターニングされた透明導電膜が設けられている基板二枚を一対として、それぞれの基板における透明性導電膜の形成面上に液晶配向剤を、好ましくはオフセット印刷法、スピンコート法、ロールコーター法又はインクジェット印刷法によりそれぞれ塗布する。ここで、基板としては、例えばフロートガラス、ソーダガラスなどのガラス;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリ(脂環式オレフィン)などのプラスチックからなる透明基板を用いることができる。基板の一面に設けられる透明導電膜としては、酸化スズ(SnO2)からなるNESA膜(米国PPG社登録商標)、酸化インジウム−酸化スズ(In2O3−SnO2)からなるITO膜などを用いることができる。
上記(1−1)及び(1−2)のいずれの場合も、基板上に液晶配向剤を塗布した後、有機溶媒を除去することによって液晶配向膜となる塗膜が形成される。
TN型、STN型、IPS型又はFFS型の液晶表示素子を製造する場合、上記工程1で形成した塗膜に液晶配向能を付与する処理を実施する。これにより、液晶分子の配向能が塗膜に付与されて液晶配向膜となる。配向能付与処理としては、例えばナイロン、レーヨン、コットンなどの繊維からなる布を巻き付けたロールで塗膜を一定方向に擦るラビング処理、塗膜に対して偏光又は非偏光の放射線を照射する光配向処理などが挙げられる。一方、VA型液晶表示素子を製造する場合には、上記工程1で形成した塗膜をそのまま液晶配向膜として使用することができるが、該塗膜に対し配向能付与処理を施してもよい。
上記のようにして液晶配向膜が形成された基板を2枚準備し、対向配置した2枚の基板間に液晶を配置することにより液晶セルを製造する。液晶セルを製造するには、例えば、(1)液晶配向膜が対向するように間隙を介して2枚の基板を対向配置し、2枚の基板の周辺部をシール剤を用いて貼り合わせ、基板表面及びシール剤により区画されたセルギャップ内に液晶を注入充填した後、注入孔を封止する方法、(2)液晶配向膜を形成した一方の基板上の所定の場所にシール剤を塗布し、さらに液晶配向膜面上の所定の数箇所に液晶を滴下した後、液晶配向膜が対向するように他方の基板を貼り合わせるとともに液晶を基板の全面に押し広げる方法(ODF方式)等が挙げられる。製造した液晶セルにつき、さらに、用いた液晶が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷することにより、液晶充填時の流動配向を除去することが望ましい。
[重合体溶液の溶液粘度]
重合体溶液の溶液粘度(mPa・s)は、所定の溶媒を用い、重合体濃度10重量%に調整した溶液について、E型回転粘度計を用いて25℃で測定した。
[ポリイミドのイミド化率]
ポリイミドの溶液を純水に投入し、得られた沈殿を室温で十分に減圧乾燥した後、重水素化ジメチルスルホキシドに溶解し、テトラメチルシランを基準物質として室温で1H−NMRを測定した。得られた1H−NMRスペクトルから、下記数式(1)によりイミド化率[%]を求めた。
イミド化率[%]=(1−A1/A2×α)×100 …(1)
(数式(1)中、A1は化学シフト10ppm付近に現れるNH基のプロトン由来のピーク面積であり、A2はその他のプロトン由来のピーク面積であり、αは重合体の前駆体(ポリアミック酸)におけるNH基のプロトン1個に対するその他のプロトンの個数割合である。)
[重合体の重量平均分子量]
重量平均分子量Mwは、以下の条件におけるゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したポリスチレン換算値である。
カラム:東ソー(株)製、TSKgelGRCXLII
溶剤:テトラヒドロフラン
温度:40℃
圧力:68kgf/cm2
[エポキシ当量]
エポキシ当量は、JIS C 2105に記載の塩酸−メチルエチルケトン法により測定した。
[合成例1:ポリイミド(PI−1)の合成]
テトラカルボン酸二無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)22.4g(0.1モル)、ジアミンとしてp−フェニレンジアミン(PDA)8.6g(0.08モル)及び3,5−ジアミノ安息香酸コレスタニル(HCDA)10.5g(0.02モル)を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)166gに溶解し、60℃で6時間反応を行い、ポリアミック酸を20重量%含有する溶液を得た。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は90mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液に、NMPを追加してポリアミック酸濃度7重量%の溶液とし、ピリジン11.9g及び無水酢酸15.3gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶媒を新たなNMPで溶媒置換(本操作によって脱水閉環反応に使用したピリジン及び無水酢酸を系外に除去した。以下同じ。)することにより、イミド化率約68%のポリイミド(PI−1)を26重量%含有する溶液を得た。得られたポリイミド溶液を少量分取し、NMPを加えてポリイミド濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は45mPa・sであった。次いで、反応溶液を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈殿させた。この沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥させることにより、ポリイミド(PI−1)を得た。
テトラカルボン酸二無水物としてTCA22.5g(0.1モル)、ジアミンとしてPDA7.6g(0.07モル)、HCDA5.2g(0.01モル)及び4,4’−ジアミノジフェニルメタン(DDM)4.0g(0.02モル)、をNMP157gに溶解し、60℃で6時間反応を行い、ポリアミック酸を20重量%含有する溶液を得た。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は110mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液に、NMPを追加してポリアミック酸濃度7重量%の溶液とし、ピリジン16.6g及び無水酢酸21.4gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶媒を新たなNMPで溶媒置換することにより、イミド化率約82%のポリイミド(PI−2)を26重量%含有する溶液を得た。得られたポリイミド溶液を少量分取し、NMPを加えてポリイミド濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は62mPa・sであった。次いで、反応溶液を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈殿させた。この沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥させることにより、ポリイミド(PI−2)を得た。
テトラカルボン酸二無水物として2,4,6,8−テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン−2:4,6:8−二無水物(BODA)24.9g(0.10モル)、ジアミンとしてPDA8.6g(0.08モル)及びHCDA10.4g(0.02モル)を、NMP176gに溶解し、60℃で6時間反応を行い、ポリアミック酸を20重量%含有する溶液を得た。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は103mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液に、NMPを追加してポリアミック酸濃度7重量%の溶液とし、ピリジン11.9g及び無水酢酸15.3gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶媒を新たなNMPで溶媒置換することにより、イミド化率約71%のポリイミド(PI−3)を26重量%含有する溶液を得た。得られたポリイミド溶液を少量分取し、NMPを加えてポリイミド濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は57mPa・sであった。次いで、反応溶液を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈殿させた。この沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥させることにより、ポリイミド(PI−3)を得た。
テトラカルボン酸二無水物として、TCA110g(0.50モル)及び1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン160g(0.50モル)、ジアミンとして、PDA91g(0.85モル)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン25g(0.10モル)及び3,6−ビス(4−アミノベンゾイルオキシ)コレスタン25g(0.040モル)、並びにモノアミンとしてアニリン1.4g(0.015モル)を、NMP960gに溶解し、60℃で6時間反応を行うことにより、ポリアミック酸を含有する溶液を得た。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は60mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMP2,700gを追加し、ピリジン390g及び無水酢酸410gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶媒を新たなγ−ブチロラクトンで溶媒置換することにより、イミド化率約95%のポリイミド(PI−4)を15重量%含有する溶液約2,500gを得た。この溶液を少量分取し、NMPを加え、ポリイミド濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は70mPa・sであった。次いで、反応溶液を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈殿させた。この沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥させることにより、ポリイミド(PI−4)を得た。
テトラカルボン酸二無水物としてTCA22.4g(0.1モル)、ジアミンとしてPDA8.6g(0.08モル)、DDM2.0g(0.01モル)及び4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル3.2g(0.01モル)を、NMP324gに溶解し、60℃で4時間反応を行い、ポリアミック酸を10重量%含有する溶液を得た。
次いで、得られたポリアミック酸溶液に、NMP360gを追加し、ピリジン39.5g及び無水酢酸30.6gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶媒を新たなNMPで溶媒置換し、イミド化率約93%のポリイミド(PI−5)を10重量%含有する溶液を得た。得られたポリイミド溶液を少量分取して測定した溶液粘度は30mPa・sであった。次いで、反応溶液を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈殿させた。この沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥させることにより、ポリイミド(PI−5)を得た。
使用するジアミンを、3,5−ジアミノ安息香酸(3,5DAB)0.08モル及びコレスタニルオキシ−2,4−ジアミノベンゼン(HCODA)0.02モルに変更した以外は、上記合成例1と同様の方法によりポリアミック酸溶液を得た。得られたポリアミック酸溶液を少量分取し、NMPを加えてポリアミック酸濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は80mPa・sであった。
次いで、上記合成例1と同様の方法によりイミド化を行い、イミド化率約65%のポリイミド(PI−6)を26重量%含有する溶液を得た。得られたポリイミド溶液を少量分取し、NMPを加えてポリイミド濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は40mPa・sであった。次いで、反応溶液を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈殿させた。この沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥させることにより、ポリイミド(PI−6)を得た。
テトラカルボン酸二無水物として1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CB)200g(1.0モル)、ジアミンとして2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル210g(1.0モル)を、NMP370g及びγ−ブチロラクトン3,300gの混合溶媒に溶解し、40℃で3時間反応を行い、固形分濃度10重量%、溶液粘度160mPa・sのポリアミック酸溶液を得た。次いで、このポリアミック酸溶液を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈殿させた。この沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥させることにより、ポリアミック酸(PA−1)を得た。
使用するテトラカルボン酸二無水物を、ピロメリット酸二無水物(PMDA)0.9モル及びCB0.1モルとし、ジアミンを、PDA0.2モル及び4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DDE)0.8モルとした以外は上記合成例7と同様の方法により、固形分濃度10重量%、溶液粘度170mPa・sのポリアミック酸溶液を得た。次いで、このポリアミック酸溶液を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈殿させた。この沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥させることにより、ポリアミック酸(PA−2)を得た。
テトラカルボン酸二無水物としてTCA7.0g(0.031モル)、ジアミンとして下記式(R−1)で表される化合物13g(TCA1モルに対して1モルに相当する。)を、NMP80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(PA−3)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は2,000mPa・sであった。なお、下記式(R−1)で表される化合物は、特開2011−100099号公報の記載に従って合成した。次いで、このポリアミック酸溶液を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈殿させた。この沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥させることにより、ポリアミック酸(PA−3)を得た。
撹拌機、温度計、滴下漏斗及び還流冷却管を備えた反応容器に、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(ECETS)100.0g、メチルイソブチルケトン500g及びトリエチルアミン10.0gを仕込み、室温で混合した。次いで、脱イオン水100gを滴下漏斗より30分かけて滴下した後、還流下で撹拌しつつ、80℃で6時間反応を行った。反応終了後、有機層を取り出し、0.2重量%硝酸アンモニウム水溶液により、洗浄後の水が中性になるまで洗浄した後、減圧下で溶媒及び水を留去することにより、反応性ポリオルガノシロキサン(EPS−1)を粘調な透明液体として得た。この反応性ポリオルガノシロキサン(EPS−1)について、1H−NMR分析を行ったところ、化学シフト(δ)=3.2ppm付近にエポキシ基に基づくピークが理論強度どおりに得られ、反応中にエポキシ基の副反応が起こっていないことが確認された。得られた反応性ポリオルガノシロキサンの重量平均分子量Mwは3,500、エポキシ当量は180g/モルであった。
次いで、200mLの三口フラスコに、反応性ポリオルガノシロキサン(EPS−1)を10.0g、溶媒としてメチルイソブチルケトン30.28g、反応性化合物として4−ドデシルオキシ安息香酸3.98g、及び触媒としてUCAT 18X(商品名、サンアプロ(株)製)0.10gを仕込み、100℃で48時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物に酢酸エチルを加えて得た溶液を3回水洗し、有機層を硫酸マグネシウムを用いて乾燥した後、溶剤を留去することにより、液晶配向性ポリオルガノシロキサン(APS−1)を9.0g得た。得られた重合体の重量平均分子量Mwは9,900であった。
テトラカルボン酸二無水物としてTCA220g(1.0モル)、並びにジアミンとして3−(2,4−ジアミノフェノキシ)コレスタン49g(0.1モル)、1−(4−アミノフェニル)−2,3−ジヒドロ−1,3,3−トリメチル−1H−インデン−5−アミン53g(0.2モル)、下記式(d−2)で表される化合物54g(0.2モル)、及びDDM99g(0.5モル)をNMP1,900gに溶解し、60℃で6時間反応を行い、ポリアミック酸を含有する溶液を得た。得られたポリアミック酸溶液を少量分取して測定した溶液粘度は約1,400mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMP2,400gを追加し、ピリジン120g(上記ポリアミック酸の有するアミック酸単位1モルに対して1.5モルに相当する。)及び無水酢酸153g(上記ポリアミック酸の有するアミック酸単位のモル数に対して1.5倍モルに相当する。)を添加して110℃において4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶媒を新たなNMPで溶媒置換することにより、イミド化率約61%のポリイミド(PI−7)を約15重量%含有する溶液を得た。
<液晶配向剤の調製>
重合体(A)としてポリイミド(PI−1)を用い、これに溶剤としてN,N−ジメチルプロピオンアミド(DMP)及びダイアセトンアルコール(DAA)を加え、溶剤組成がDMP:DAA=60:40(重量比)、固形分濃度6.5重量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターを用いて濾過することにより液晶配向剤(S−1)を調製した。なお、液晶配向剤(S−1)は、主に垂直配向型の液晶表示素子の製造用である。
上記液晶配向剤(S−1)を用いて、APR版の膨潤しやすさ(膨潤特性)について評価を行った。APR版は、紫外線照射部分が硬化する液状感光性樹脂によって形成された樹脂版であり、液晶配向膜印刷機の印刷版に一般に使用されている。液晶配向剤とAPR版とを接触させた場合にAPR版が膨潤しにくいということは、印刷時に液晶配向剤がAPR版に浸み込みにくく、印刷性が良好であることを意味する。膨潤特性の評価は、液晶配向剤中にAPR版を1日間浸漬し、浸漬前後でのAPR版の重量変化を測定することにより行った。このとき、APR版の重量の増加率(膨潤率)が4.0%未満の場合に、APR版が膨潤しにくく良好(○)、増加率が4.0%以上の場合に、APR版が膨潤しやすく不良(×)と評価した。その結果、この実施例では、膨潤率が3.5%であり、膨潤特性「良好(○)」であった。膨潤率は下記数式(2)を用いて算出した。
膨潤率[%]=(W2−W1/W1)×100 …(2)
(数式(2)中、W1は浸漬前のAPR版の重量であり、W2は浸漬後のAPR版の重量である。)
上記で調製した液晶配向剤(S−1)につき、基板への印刷を連続して行った場合の印刷性(連続印刷性)について評価した。評価は以下のようにして行った。まず、液晶配向膜印刷機(日本写真印刷機(株)製、オングストローマー形式「S40L−532」)を用いて、アニロックスロールへの液晶配向剤(S−1)の滴下量を往復20滴(約0.2g)の条件にて、ITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面に印刷した。基板への印刷は、1分間隔で新しい基板を用いながら20回実施した。
続いて、液晶配向剤(S−1)を1分間隔でアニロックスロール上にディスペンス(片道)し、その都度、アニロックスロールと印刷版とを接触させる作業(以下、空運転という)を合計10回行った(この間、ガラス基板への印刷は行わない)。なお、この空運転は、液晶配向剤の印刷を意図的に過酷な状況下で実施するようにするために行った操作である。
10回の空運転の後、続いてガラス基板を用いて本印刷を行った。本印刷では、空運転後、基板を30秒間隔で5枚投入し、印刷後のそれぞれの基板を80℃で1分間加熱(プレベーク)して溶媒を除去した後、200℃で10分間加熱(ポストベーク)して、膜厚約80nmの塗膜を形成した。この塗膜を倍率20倍の顕微鏡で観察することにより印刷性(連続印刷性)を評価した。評価は、空運転後の本印刷1回目から重合体の析出が観察されない場合を連続印刷性「良好(○)」、空運転後の本印刷1回目では重合体の析出が観察されるが、本印刷を5回実施する間に重合体の析出が観察されなくなる場合を連続印刷性「可(△)」、本印刷を5回繰り返した後においても重合体の析出が観察される場合を連続印刷性「不良(×)」とした。その結果、この実施例では連続印刷性「良好(○)」であった。なお、印刷性が良好な液晶配向剤では、連続で基板を投入している間に重合体の析出が良化(消失)することが実験により分かっている。また更に、空運転の回数を15回、20回、25回に変更し、それぞれについて上記と同様にして液晶配向剤の印刷性を評価したところ、この実施例では、空運転を15回及び20回としたときには「良好(○)」、25回のときには「可(△)」であった。
使用する重合体、並びに溶剤の種類及び組成を、それぞれ下記表1に記載のとおり変更した以外は、上記実施例1と同様の方法により液晶配向剤(S−2)〜(S−32)、(SR−1)及び(SR−2)をそれぞれ調製した。また、それぞれの液晶配向剤について、上記実施例1と同様にして印刷版の膨潤特性及び印刷性を評価した。それらの結果を下記表1に示した。
表1中、溶剤組成の数値は、液晶配向剤の調製に使用した溶剤の合計量に対する各化合物の配合割合(重量比)を示す。溶剤組成の記号はそれぞれ以下の意味である。
a:N,N−ジメチルプロピオンアミド(上記式(1)で表される化合物)
b:N,N−ジエチルホルムアミド(上記式(2)で表される化合物)
c:テトラメチル尿素(上記式(3)で表される化合物)
d:N,N−ジメチルアセトアセトアミド
e:N−メチル−2−ピロリドン
f:N−エチル−2−ピロリドン
g:γ−ブチロラクトン
h:ブチルセロソルブ
j:プロピレングリコールジアセテート
k:ダイアセトンアルコール
l:ジエチレングリコールジエチルエーテル
m:ジイソペンチルエーテル
<液晶表示素子の製造及び液晶配向性の評価>
櫛歯状にパターニングされたクロムからなる金属電極を片面に有するガラス基板と、電極が設けられていない対向ガラス基板とを一対とし、ガラス基板の電極を有する面と対向ガラス基板の一面とに、上記で調製した液晶配向剤(S−29)を、スピンナーを用いてそれぞれ塗布した。次いで、80℃のホットプレートで1分間プレベークを行い、その後、庫内を窒素置換したオーブン中で、200℃で1時間加熱(ポストベーク)し、膜厚0.1μmの塗膜を形成した。次に、これら塗膜表面に、それぞれHg−Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて、偏光紫外線10,000J/m2で基板面の垂直方向から照射し、液晶配向膜を有する一対の基板を得た。
上記で製造した液晶表示素子につき、5Vの電圧を印加/解除したときの明暗の変化における異常ドメインの有無を光学顕微鏡により観察した。評価は、異常ドメインが観察されなかった場合を液晶配向性「良好」、異常ドメインが観察された場合を液晶配向性「不良」として行った。その結果、この液晶表示素子では異常ドメインが観察されず、液晶配向性は「良好」であった。
Claims (8)
- 前記第2溶剤が、下記式(5)で表される化合物、下記式(6)で表される化合物、下記式(7)で表される化合物、及び下記式(8)で表される化合物よりなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項1に記載の液晶配向剤。
(式(5)中、R5及びR7は、それぞれ独立に炭素数1〜3の1価の炭化水素基であり、R6は、炭素数2〜5のアルカンジイル基である。)
(式(6)中、R8は、炭素数3〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基の炭素−炭素結合間に「−O−」を1つ有する1価の基、炭素数3〜5の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基の少なくとも1つの水素原子がヒドロキシル基で置換されてなる1価の基、又は炭素数3〜5の分岐状のアルキル基である。)
(式(7)中、X1は、−C(OH)Ra−(但し、Raはメチル基又はエチル基である。)、−CO−又は−COO−*(但し、*はR9との結合手を示す。)であり、R9は、炭素数1〜4のアルキル基である。)
(式(8)中、R3は炭素数1〜6のアルキル基であり、R4は炭素数2〜4のアルカンジイル基である。) - 前記第1溶剤及び第2溶剤の合計の含有量が、液晶配向剤に含まれる溶剤全体の10重量%以上である、請求項1又は2に記載の液晶配向剤。
- 前記第2溶剤の含有量が、液晶配向剤に含まれる溶剤全体の1〜70重量%である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
- 前記第1溶剤の含有量が、液晶配向剤に含まれる溶剤全体の5〜95重量%である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
- 前記重合体(A)として、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、2,4,6,8−テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン−2:4,6:8−二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、及び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よりなる群から選ばれる少なくとも一種を含むテトラカルボン酸二無水物と、ジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドよりなる群から選ばれる少なくとも一種を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
- 前記重合体(A)として光配向性構造を有する重合体を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
- 請求項7に記載の液晶配向剤を基板上に塗布して塗膜を形成する工程と、
前記塗膜に光照射して液晶配向膜とする工程と、を含む液晶配向膜の製造方法。
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