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JP6974800B2 - Liquid crystal alignment agent, liquid crystal alignment film and liquid crystal display element - Google Patents
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Liquid crystal alignment agent, liquid crystal alignment film and liquid crystal display element Download PDF

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Description

本発明は、インクジェット法による塗布に適する液晶配向剤、該液晶配向剤から得られる液晶配向膜及び液晶表示素子に関する。 The present invention relates to a liquid crystal alignment agent suitable for coating by an inkjet method, a liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment agent, and a liquid crystal display element.

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広く使用されているが、かかる液晶配向膜の成膜法としては、一般に、スピンコート、ディップコート、フレキソ印刷などが知られている。実際にはフレキソ印刷による塗布が多い。また、フレキソ印刷では液晶パネルの品種違いにより様々な樹脂版が必要となること、製造工程ではその版交換が煩雑であるということ、成膜工程を安定させるためにダミー基板への成膜をしなければならないこと、版の製作が液晶表示パネルの製造コスト上昇の一因になることなどの問題があるため、近年ではインクジェット法による塗布(以下、インクジェット塗布という。)が注目を浴びつつある。 As the liquid crystal alignment film, a so-called polyimide-based liquid crystal alignment film, which is obtained by applying and firing a liquid crystal alignment agent containing a polyimide precursor such as polyamic acid or a solution of soluble polyimide as a main component, is widely used. As a film forming method of a film, spin coating, dip coating, flexographic printing and the like are generally known. In reality, it is often applied by flexographic printing. In addition, flexographic printing requires various resin plates depending on the type of liquid crystal panel, the plate replacement is complicated in the manufacturing process, and film formation is performed on a dummy substrate to stabilize the film formation process. In recent years, coating by the inkjet method (hereinafter referred to as inkjet coating) has been attracting attention because there are problems such as the fact that the plate must be manufactured and the production of the plate contributes to the increase in the manufacturing cost of the liquid crystal display panel.

種々の塗布法により形成される液晶配向膜は、表示均一化および、電気特性への影響から塗布面内部の膜厚ムラが小さく、かつ塗布周辺部の成膜精度が高いことが要求される。特に膜厚ムラがあると、ムラにより表示品位に差が生じ、表示不良発生の主要因になり得る。また、膜から発生しうるイオン性不純物の総量も配向膜に影響を与える主要因になりかねない。 The liquid crystal alignment film formed by various coating methods is required to have small film thickness unevenness inside the coated surface and high film forming accuracy in the coating peripheral portion due to display uniformity and influence on electrical characteristics. In particular, if there is uneven film thickness, the unevenness causes a difference in display quality, which can be a main cause of display defects. In addition, the total amount of ionic impurities that can be generated from the membrane may also be a major factor affecting the alignment membrane.

以上の理由より、配向剤に含まれる溶剤には、塗布ムラが発生しづらく、均一に塗布が可能なものが好ましい。 For the above reasons, it is preferable that the solvent contained in the alignment agent is less likely to cause uneven coating and can be uniformly coated.

塗布周辺部の成膜精度を高めるため、構造物によって配向膜を所定の範囲に閉じ込める方法が提案されている(特許文献1、特許文献2、特許文献3)。しかしながら、これらの方法は追加の構造物が必要になるという欠点を有する。 In order to improve the film formation accuracy of the coating peripheral portion, a method of confining the alignment film within a predetermined range by a structure has been proposed (Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3). However, these methods have the disadvantage of requiring additional structures.

特開2004−361623号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-361623 特開2008−145461号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-14541 特開2010−281925号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-281925

そこで本発明は、塗布面内の膜厚の均一性や、塗布周辺部の直線性に優れる塗布膜を形成でき、かつ液晶表示素子の電気特性に優れるポリイミド系の液晶配向剤を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a polyimide-based liquid crystal alignment agent capable of forming a coating film having excellent film thickness in the coating surface and linearity in the coating peripheral portion and having excellent electrical characteristics of the liquid crystal display element. The purpose.

本発明者は、上記の目的を達成すべく研究を重ねたところ、以下を要旨とする本発明に到達した。 As a result of repeated studies to achieve the above object, the present inventor has arrived at the present invention having the following gist.

上記目的を達成する本発明の第1の態様は、ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体と、下記(A)群及び(B)群の溶媒を含む溶媒と、を含有することを特徴とする液晶配向剤にある。
(A)群:N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン及びγ−ブチロラクトンから選ばれる少なくとも1種の溶媒
(B)群:4−メトキシ−4−メチル−2−ペンタノン、4−ヒドロキシ−2−ブタノン及び2−メチル−2−ヘキサノールから選ばれる少なくとも1種の溶媒
A first aspect of the present invention that achieves the above object is a solvent containing at least one polymer selected from the group consisting of polyimide and a polyimide precursor, and a solvent containing the following groups (A) and (B). It is in the liquid crystal alignment agent characterized by containing.
Group (A): At least one solvent selected from N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone and γ-butyrolactone Group (B): 4-methoxy-4-methyl-2-pentanone, 4 -At least one solvent selected from hydroxy-2-butanone and 2-methyl-2-hexanol

上記目的を達成する本発明の第2の態様は、前記(A)群の溶媒が、N−メチルピロリドン及びγ−ブチロラクトンからなる群から選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴とする第1の態様の液晶配向剤にある。 A second aspect of the present invention that achieves the above object is characterized in that the solvent of the group (A) contains at least one selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone and γ-butyrolactone. It is in the liquid crystal alignment agent of the embodiment.

上記目的を達成する本発明の第3の態様は、前記(A)群の溶媒が、全溶媒量に対し50重量%〜95重量%であることを特徴とする、第1の態様または第2の態様の液晶配向剤にある。 A third aspect of the present invention that achieves the above object is the first aspect or the second aspect, wherein the solvent of the group (A) is 50% by weight to 95% by weight with respect to the total amount of the solvent. It is in the liquid crystal alignment agent of the above aspect.

上記目的を達成する本発明の第4の態様は、前記(B)群の溶媒が、全溶媒量に対し5重量%〜50重量%であることを特徴とする、第1の態様から第3の態様のいずれかの液晶配向剤にある。 A fourth aspect of the present invention that achieves the above object is characterized in that the solvent of the group (B) is 5% by weight to 50% by weight with respect to the total amount of the solvent, from the first aspect to the third aspect. The liquid crystal alignment agent according to any one of the above embodiments.

上記目的を達成する本発明の第5の態様は、前記重合体を1質量%〜5質量%含有することを特徴とする、第1の態様から第4の態様のいずれかの液晶配向剤にある。 A fifth aspect of the present invention that achieves the above object is the liquid crystal alignment agent according to any one of the first to fourth aspects, which comprises 1% by mass to 5% by mass of the polymer. be.

上記目的を達成する本発明の第6の態様は、前記溶媒を95質量%〜99質量%含有することを特徴とする、第1の態様から第5の態様のいずれかの液晶配向剤にある。 A sixth aspect of the present invention that achieves the above object is the liquid crystal alignment agent according to any one of the first to fifth aspects, which comprises 95% by mass to 99% by mass of the solvent. ..

上記目的を達成する本発明の第7の態様は、第1の態様から第6の態様のいずれかの液晶配向剤から得られることを特徴とする液晶配向膜にある。 A seventh aspect of the present invention that achieves the above object is a liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment agent according to any one of the first to sixth aspects.

上記目的を達成する本発明の第8の態様は、第7の態様の液晶配向膜を具備することを特徴とする液晶表示素子にある。 An eighth aspect of the present invention that achieves the above object is a liquid crystal display element comprising the liquid crystal alignment film of the seventh aspect.

本発明の液晶配向剤は、特に、インクジェット塗布を適用した場合に塗布周辺部の直線性に優れる塗布膜が得られる。さらに、本発明の液晶配向剤から得られた液晶配向膜は、電圧保持特性に優れる。 The liquid crystal alignment agent of the present invention can obtain a coating film having excellent linearity in the peripheral portion of coating, particularly when inkjet coating is applied. Further, the liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment agent of the present invention is excellent in voltage holding characteristics.

本発明の液晶配向剤は、ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体と、下記(A)群及び(B)群の溶媒を含む有機溶媒と、を含有することを特徴とする。以下、本発明の液晶配向剤につき詳述する。 The liquid crystal alignment agent of the present invention contains at least one polymer selected from the group consisting of polyimide and a polyimide precursor, and an organic solvent containing the following groups (A) and (B). It is a feature. Hereinafter, the liquid crystal alignment agent of the present invention will be described in detail.

<有機溶媒>
本発明の液晶配向剤には、下記(A)群及び下記(B)群の溶媒を含む有機溶媒を含有する。
(A)群:N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン及びγ−ブチロラクトンから選ばれる少なくとも1種の溶媒である。
(B)群:4−メトキシ−4−メチル−2−ペンタノン、4−ヒドロキシ−2−ブタノン及び2−メチル−2−ヘキサノールから選ばれる少なくとも1種の溶媒である。
<Organic solvent>
The liquid crystal alignment agent of the present invention contains an organic solvent containing the following group (A) and the following group (B).
Group (A): At least one solvent selected from N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone and γ-butyrolactone.
Group (B): At least one solvent selected from 4-methoxy-4-methyl-2-pentanone, 4-hydroxy-2-butanone and 2-methyl-2-hexanol.

<(A)群の溶媒>
本発明の有機溶媒に含有される(A)群の溶媒は、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン及びγ−ブチロラクトンから選ばれる少なくとも1種の溶媒である。これらは、主に重合体を溶解させるための溶媒である。その中でも、溶解性の観点から、N−メチルピロリドン及びγ−ブチロラクトンからなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
<Solvents of group (A)>
The solvent of group (A) contained in the organic solvent of the present invention is at least one solvent selected from N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone and γ-butyrolactone. These are mainly solvents for dissolving the polymer. Among them, from the viewpoint of solubility, at least one selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone and γ-butyrolactone is preferable.

前記(A)群の溶媒の含有量は、全溶媒量に対し、50重量%〜95重量%であることが配向剤の溶解性の観点から好ましい。 The content of the solvent in the group (A) is preferably 50% by weight to 95% by weight with respect to the total amount of the solvent from the viewpoint of the solubility of the orienting agent.

<(B)群の溶媒>
本発明の有機溶媒に含有される(B)群の溶媒は、4−メトキシ−4−メチル−2−ペンタノン、4−ヒドロキシ−2−ブタノン及び2−メチル−2−ヘキサノールから選ばれる少なくとも1種の溶媒である。これらは、主に良好な塗布性を具備させるための溶媒である。
<Solvent of group (B)>
The solvent of the group (B) contained in the organic solvent of the present invention is at least one selected from 4-methoxy-4-methyl-2-pentanone, 4-hydroxy-2-butanone and 2-methyl-2-hexanol. Solvent. These are mainly solvents for providing good coatability.

前記(B)群の溶媒の含有量は、全溶媒量に対し、5重量%〜50重量%であることが、溶液の安定性の観点から好ましい。 The content of the solvent in the group (B) is preferably 5% by weight to 50% by weight, based on the total amount of the solvent, from the viewpoint of solution stability.

<その他の溶媒>
本発明の液晶配向剤には、本発明の効果を奏する程度において、上記の溶媒以外の溶媒(以下、その他の溶媒とも言う)を含有させることが出来る。以下にその他の溶媒の例を列挙するが、これらに限定されるものではない。
<Other solvents>
The liquid crystal alignment agent of the present invention may contain a solvent other than the above-mentioned solvent (hereinafter, also referred to as other solvent) to the extent that the effect of the present invention is exhibited. Examples of other solvents are listed below, but are not limited thereto.

例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−エチル−2−ピロリドン、N−メチルカプロラクタム、2−ピロリドン、N−ビニル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、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、2−ブトキシ−1−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、ブチルセロソルブアセテート、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、ダイアセトンアルコール等が挙げられる。 For example, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-ethyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactum, 2-pyrrolidone, N-vinyl-2-pyrrolidone, dimethylsulfoxide. , Dimethylsulfone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 3-methoxy-N, N-dimethylpropanamide, ethylserosolve, butylserosolve, ethylcarbitol, butylcarbitol, ethylcarbitol acetate, ethylene glycol, 1 -Methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, 1-butoxy-2-propanol, 2-butoxy-1-propanol, 1-phenoxy-2-propanol, propylene glycol monoacetate, propylene glycol diacetate, propylene Glycol-1-monomethyl ether-2-acetate, propylene glycol-1-monoethyl ether-2-acetate, butyl cellosolve acetate, dipropylene glycol, 2- (2-ethoxypropoxy) propanol, lactic acid methyl ester, lactic acid ethyl ester, lactic acid Examples thereof include n-propyl ester, lactic acid n-butyl ester, lactic acid isoamyl ester, and diacetone alcohol.

その他の溶媒として好ましい溶媒及び、前記(A)群、前記(B)群との組み合わせが好ましい溶媒の組み合わせを以下に例示する。 The following is an example of a solvent that is preferable as another solvent and a combination of the solvent that is preferable in combination with the group (A) and the group (B).

例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、ジイソブチルカービノール、ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルケトン、エチレングリコール、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、2−ブトキシ−1−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、ブチルセロソルブアセテート、ジプロピレングリコール、ジプロピ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ジメチル−n−プロピルエーテル等が挙げられる。 For example, N, N-dimethylformamide, butyl cellosolve, ethyl carbitol, butyl carbitol, ethyl carbitol acetate, diisobutylcarbinol, diisopropyl ether, diisobutylketone, ethylene glycol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2. -Propanol, 1-butoxy-2-propanol, 2-butoxy-1-propanol, 1-phenoxy-2-propanol, propylene glycol monoacetate, propylene glycol diacetate, propylene glycol-1-monomethyl ether-2-acetate, propylene Glycol-1-monoethyl ether-2-acetate, butyl cellosolve acetate, dipropylene glycol, dipropylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl-n-propyl ether and the like can be mentioned.

<重合体>
本発明の液晶配向剤に含有される重合体は、ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体である。
<Polymer>
The polymer contained in the liquid crystal alignment agent of the present invention is at least one polymer selected from the group consisting of polyimide and a polyimide precursor.

ポリイミド前駆体は、以下の式(1)で表すことが出来る。 The polyimide precursor can be represented by the following formula (1).

Figure 0006974800
Figure 0006974800

上記式(1)中、Xは、テトラカルボン酸誘導体由来の4価の有機基であり、Yはジアミン由来の2価の有機基であり、Rは、水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキレンを表す。加熱時のイミド化反応の進行のしやすさの観点から、Rは水素原子、メチル基、エチル基が好ましく、水素原子又はメチル基がより好ましい。
及びAは、それぞれ独立して、水素原子又は、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数2〜5のアルキニル基である。液晶配向性の観点から、A及びAは水素原子、又はメチル基が好ましい。
In the above formula (1), X 1 is a tetravalent organic group derived from a tetracarboxylic acid derivative, Y 1 is a divalent organic group derived from a diamine, and R 1 is a hydrogen atom or a carbon atom number 1. Represents an alkylene of ~ 5. From the viewpoint of ease of progress of the imidization reaction during heating, R 1 is preferably a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and more preferably a hydrogen atom or a methyl group.
A 1 and A 2 are independently hydrogen atoms or alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, alkenyl groups having 2 to 5 carbon atoms, and alkynyl groups having 2 to 5 carbon atoms. From the viewpoint of liquid crystal orientation, A 1 and A 2 are preferably hydrogen atoms or methyl groups.

以下、重合体をなす原料となる各成分について詳述する。 Hereinafter, each component that is a raw material for forming a polymer will be described in detail.

<ジアミン>
本発明の液晶配向剤に用いられるジアミン成分の構造は特に限定されない。
<Diamine>
The structure of the diamine component used in the liquid crystal alignment agent of the present invention is not particularly limited.

上記式(1)の構造を持つ重合体の重合に用いられるジアミンは以下の式(2)で一般式化することが出来る。 The diamine used for the polymerization of the polymer having the structure of the above formula (1) can be generalized by the following formula (2).

Figure 0006974800
Figure 0006974800

上記式(2)のA及びAは好ましい例も含めて、上記式(1)のA及びAと同様の定義である。Yの構造を例示すると、以下の通りである。 A 1 and A 2 of the above formula (2) have the same definition as A 1 and A 2 of the above formula (1), including preferable examples. An example of the structure of Y 1 is as follows.

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上記式(Y−165)及び上記式(Y−166)中、nは、1〜6の整数である。 In the above formula (Y-165) and the above formula (Y-166), n is an integer of 1 to 6.

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上記式(Y−175)、上記式(Y−176)、上記式(Y−179)及び上記式(Y−180)中のBocは、tert−ブトキシカルボニル基を表す。 Boc in the above formula (Y-175), the above formula (Y-176), the above formula (Y-179) and the above formula (Y-180) represents a tert-butoxycarbonyl group.

<テトラカルボン酸誘導体>
本発明の液晶配向剤に含有される、上記式(1)の構造単位を有する重合体を作製するためのテトラカルボン酸誘導体成分としては、テトラカルボン酸二無水物だけでなく、そのテトラカルボン酸誘導体であるテトラカルボン酸、テトラカルボン酸ジハライド化合物、テトラカルボン酸ジアルキルエステル化合物またはテトラカルボン酸ジアルキルエステルジハライド化合物を用いることもできる。
<Tetracarboxylic acid derivative>
The tetracarboxylic acid derivative component for producing the polymer having the structural unit of the above formula (1) contained in the liquid crystal alignment agent of the present invention includes not only the tetracarboxylic acid dianhydride but also the tetracarboxylic acid thereof. Derivatives such as tetracarboxylic acid, tetracarboxylic acid dihalide compound, tetracarboxylic acid dialkyl ester compound or tetracarboxylic acid dialkyl ester dihalide compound can also be used.

テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体としては、下記式(3)で示されるテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体から選ばれる少なくとも1つを用いることがより好ましい。 As the tetracarboxylic dianhydride or a derivative thereof, it is more preferable to use at least one selected from the tetracarboxylic dianhydride represented by the following formula (3) or a derivative thereof.

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上記式(3)中、Xは、脂環式構造を有する4価の有機基であり、その構造は特に限定されない。具体例としては、下記式(X1−1)〜下記式(X1−44)が挙げられる。 In the above formula (3), X 1 is a tetravalent organic group having an alicyclic structure, and the structure is not particularly limited. Specific examples include the following formulas (X1-1) to the following formulas (X1-44).

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上記式(X1−1)〜上記式(X1−4)において、RからR23は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数2〜6のアルケニル基、炭素数2〜6のアルキニル基、フッ素原子を含有する炭素数1〜6の1価の有機基、又はフェニル基であり、同一でも異なってもよい。液晶配向性の観点から、RからR23は、水素原子、ハロゲン原子、メチル基、又はエチル基が好ましく、水素原子、又はメチル基がより好ましい。上記式(X1−1)の具体的な構造としては、下記式(X1−1−1)〜下記式(X1−1−6)で表される構造が挙げられる。液晶配向性及び光反応の感度の観点から、下記式(X1−1−1)が特に好ましい。 In the above formula (X1-1) to the above formula (X1-4), R 3 to R 23 independently have a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and 2 to 6 carbon atoms. It is an alkenyl group, an alkynyl group having 2 to 6 carbon atoms, a monovalent organic group having 1 to 6 carbon atoms containing a fluorine atom, or a phenyl group, and may be the same or different. From the viewpoint of liquid crystal orientation, R 3 to R 23 are preferably a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and more preferably a hydrogen atom or a methyl group. Specific structures of the above formula (X1-1) include structures represented by the following formulas (X1-1-1) to the following formulas (X1-1-6). The following formula (X1-1-1) is particularly preferable from the viewpoint of liquid crystal orientation and sensitivity of photoreaction.

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<ポリアミック酸エステルの製造方法>
本発明に用いられるポリイミド前駆体の一つであるポリアミック酸エステルは、以下に示す(1)、(2)又は(3)の方法で合成することができる。
<Manufacturing method of polyamic acid ester>
The polyamic acid ester, which is one of the polyimide precursors used in the present invention, can be synthesized by the method (1), (2) or (3) shown below.

(1)ポリアミック酸から合成する場合
ポリアミック酸エステルは、テトラカルボン酸二無水物とジアミンから得られるポリアミック酸をエステル化することによって合成することができる。
(1) When Synthesized from Polyamic Acid The polyamic acid ester can be synthesized by esterifying the polyamic acid obtained from tetracarboxylic dianhydride and diamine.

具体的には、ポリアミック酸とエステル化剤を有機溶剤の存在下で−20℃〜150℃、好ましくは0℃〜50℃において、30分〜24時間、好ましくは1時間〜4時間反応させることによって合成することができる。 Specifically, the polyamic acid and the esterifying agent are reacted in the presence of an organic solvent at −20 ° C. to 150 ° C., preferably 0 ° C. to 50 ° C. for 30 minutes to 24 hours, preferably 1 hour to 4 hours. Can be synthesized by.

エステル化剤としては、精製によって容易に除去できるものが好ましく、N,N−ジメチルホルムアミドジメチルアセタール、N,N−ジメチルホルムアミドジエチルアセタール、N,N−ジメチルホルムアミドジプロピルアセタール、N,N−ジメチルホルムアミドジネオペンチルブチルアセタール、N,N−ジメチルホルムアミドジ−t−ブチルアセタール、1−メチル−3−p−トリルトリアゼン、1−エチル−3−p−トリルトリアゼン、1−プロピル−3−p−トリルトリアゼン、4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジンー2−イル)−4−メチルモルホリニウムクロリドなどが挙げられる。エステル化剤の添加量は、ポリアミック酸の繰り返し単位1モルに対して、2モル当量〜6モル当量が好ましい。 The esterifying agent is preferably one that can be easily removed by purification, and is preferably N, N-dimethylformamide dimethylacetal, N, N-dimethylformamide diethylacetal, N, N-dimethylformamide dipropylacetal, N, N-dimethylformamide. Gineopentylbutylacetal, N, N-dimethylformamide di-t-butylacetal, 1-methyl-3-p-tolyltriasel, 1-ethyl-3-p-tolyltriasel, 1-propyl-3-p -Tolyltriase, 4- (4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine-2-yl) -4-methylmorpholinium chloride and the like can be mentioned. The amount of the esterifying agent added is preferably 2 molar equivalents to 6 molar equivalents with respect to 1 mol of the repeating unit of the polyamic acid.

上記の反応に用いる溶媒は、ポリマーの溶解性からN,N−ジメチルホルムアミド、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種以上を混合して用いてもよい。合成時の濃度は、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観点から、1質量%〜30質量%が好ましく、5質量%〜20質量%がより好ましい。 The solvent used for the above reaction is preferably N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, or γ-butyrolactone because of the solubility of the polymer, and these may be used alone or in combination of two or more. good. The concentration at the time of synthesis is preferably 1% by mass to 30% by mass, more preferably 5% by mass to 20% by mass, from the viewpoint that precipitation of the polymer is unlikely to occur and a high molecular weight substance is easily obtained.

(2)テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンとの反応により合成する場合
ポリアミック酸エステルは、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合成することができる。
(2) When Synthesized by Reaction of Tetracarboxylic Acid Diester Dichloride with Diamine The polyamic acid ester can be synthesized from the tetracarboxylic acid diester dichloride and diamine.

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剤の存在下で−20℃〜150℃、好ましくは0℃〜50℃において、30分〜24時間、好ましくは1時間〜4時間反応させることによって合成することができる。 Specifically, the tetracarboxylic dianester dichloride and diamine are mixed in the presence of a base and an organic solvent at −20 ° C. to 150 ° C., preferably 0 ° C. to 50 ° C. for 30 minutes to 24 hours, preferably 1 hour to 4 hours. It can be synthesized by reacting for a time.

前記塩基には、ピリジン、トリエチルアミン、4−ジメチルアミノピリジンなどが使用できるが、反応が穏和に進行するためにピリジンが好ましい。塩基の添加量は、除去が容易な量で、かつ高分子量体が得やすいという観点から、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドに対して、2倍モル〜4倍モルであることが好ましい。 As the base, pyridine, triethylamine, 4-dimethylaminopyridine and the like can be used, but pyridine is preferable because the reaction proceeds moderately. The amount of the base added is preferably 2 to 4 times the molar amount of the tetracarboxylic dianester dichloride from the viewpoint of easy removal and easy acquisition of a high molecular weight substance.

上記の反応に用いる溶媒は、モノマーおよびポリマーの溶解性から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種以上を混合して用いてもよい。合成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観点から、1質量%〜30質量%が好ましく、5質量%〜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、ポリアミック酸エステルの合成に用いる溶媒はできるだけ脱水されていることが好ましく、窒素雰囲気中で、外気の混入を防ぐのが好ましい。 The solvent used for the above reaction is preferably N-methyl-2-pyrrolidone or γ-butyrolactone because of the solubility of the monomer and the polymer, and these may be used alone or in combination of two or more. The polymer concentration at the time of synthesis is preferably 1% by mass to 30% by mass, more preferably 5% by mass to 20% by mass, from the viewpoint that precipitation of the polymer is unlikely to occur and a high molecular weight substance is easily obtained. Further, in order to prevent hydrolysis of the tetracarboxylic acid diester dichloride, the solvent used for synthesizing the polyamic acid ester is preferably dehydrated as much as possible, and it is preferable to prevent contamination with outside air in a nitrogen atmosphere.

(3)テトラカルボン酸ジエステルとジアミンからポリアミック酸エステルを合成する場合
ポリアミック酸エステルは、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合成することができる。
(3) When synthesizing a polyamic acid ester from a tetracarboxylic acid diester and a diamine The polyamic acid ester can be synthesized by polycondensing a tetracarboxylic acid diester and a diamine.

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、及び有機溶剤の存在下で0℃〜150℃、好ましくは0℃〜100℃において、30分〜24時間、好ましくは3時間〜15時間反応させることによって合成することができる。 Specifically, the tetracarboxylic acid diester and the diamine are mixed in the presence of a condensing agent, a base, and an organic solvent at 0 ° C. to 150 ° C., preferably 0 ° C. to 100 ° C. for 30 minutes to 24 hours, preferably 3 hours. It can be synthesized by reacting for 15 hours.

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倍モル〜3倍モルが好ましい。 The condensing agent includes triphenylphosphite, dicyclohexylcarbodiimide, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, N, N'-carbonyldiimidazole, dimethoxy-1,3,5-triazole. Nylmethylmorpholinium, O- (benzotriazole-1-yl) -N, N, N', N'-tetramethyluronium tetrafluoroborate, O- (benzotriazole-1-yl) -N, N , N', N'-tetramethyluronium hexafluorophosphate, (2,3-dihydro-2-thioxo-3-benzoxazolyl) phosphonate diphenyl and the like can be used. The amount of the condensing agent added is preferably 2 to 3 times the molar amount of the tetracarboxylic diandies.

前記塩基には、ピリジン、トリエチルアミンなどの3級アミンが使用できる。塩基の添加量は、除去が容易な量で、かつ高分子量体が得やすいという観点から、ジアミン成分に対して2倍モル〜4倍モルが好ましい。 A tertiary amine such as pyridine or triethylamine can be used as the base. The amount of the base added is preferably 2 to 4 times the molar amount with respect to the diamine component from the viewpoint that the amount of the base added is easy to remove and a high molecular weight substance can be easily obtained.

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成分に対して0倍モル〜1.0倍モルが好ましい。 Further, in the above reaction, the reaction proceeds efficiently by adding Lewis acid as an additive. As the Lewis acid, lithium halide such as lithium chloride and lithium bromide is preferable. The amount of Lewis acid added is preferably 0 to 1.0 times the molar amount of the diamine component.

上記3つのポリアミック酸エステルの合成方法の中でも、高分子量のポリアミック酸エステルが得られるため、上記(1)又は上記(2)の合成法が特に好ましい。 Among the above three methods for synthesizing polyamic acid esters, the above-mentioned (1) or (2) synthesis method is particularly preferable because a high molecular weight polyamic acid ester can be obtained.

上記のようにして得られるポリアミック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ック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。 The solution of the polyamic acid ester obtained as described above can be injected into a poor solvent with good stirring to precipitate a polymer. Precipitation is carried out several times, and after washing with a poor solvent, the powder of the polyamic acid ester purified at room temperature or by heating and drying can be obtained. The antisolvent is not particularly limited, and examples thereof include water, methanol, ethanol, hexane, butyl cellosolve, acetone, and toluene.

<ポリアミック酸の製造方法>
本発明に用いられるポリイミド前駆体であるポリアミック酸は、以下に示す方法により合成することができる。
<Manufacturing method of polyamic acid>
The polyamic acid, which is a polyimide precursor used in the present invention, can be synthesized by the method shown below.

具体的には、テトラカルボン酸二無水物とジアミン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時間〜12時間反応させることによって合成できる。 Specifically, tetracarboxylic dianhydride and diamine are mixed in the presence of an organic solvent at −20 ° C. to 150 ° C., preferably 0 ° C. to 50 ° C. for 30 minutes to 24 hours, preferably 1 hour to 12 hours. It can be synthesized by reacting.

上記の反応に用いる有機溶媒は、モノマーおよびポリマーの溶解性からN,N−ジメチルホルムアミド、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種以上を混合して用いてもよい。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観点から、1質量%〜30質量%が好ましく、5質量%〜20質量%がより好ましい。 The organic solvent used in the above reaction is preferably N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, or γ-butyrolactone because of the solubility of the monomer and the polymer, and these are one or a mixture of two or more. You may use it. The concentration of the polymer is preferably 1% by mass to 30% by mass, more preferably 5% by mass to 20% by mass, from the viewpoint that precipitation of the polymer is unlikely to occur and a high molecular weight polymer is easily obtained.

上記のようにして得られたポリアミック酸は、反応溶液をよく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、ポリマーを析出させて回収することができる。また、析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥することで精製されたポリアミック酸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。 The polyamic acid obtained as described above can be recovered by precipitating a polymer by injecting the reaction solution into a poor solvent while stirring well. Further, the purified polyamic acid powder can be obtained by performing precipitation several times, washing with a poor solvent, and then drying at room temperature or by heating. The antisolvent is not particularly limited, and examples thereof include water, methanol, ethanol, hexane, butyl cellosolve, acetone, and toluene.

<ポリイミドの製造方法>
本発明に用いられるポリイミドは、前記ポリアミック酸エステル又はポリアミック酸をイミド化することにより製造することができる。ポリアミック酸エステルからポリイミドを製造する場合、前記ポリアミック酸エステル溶液、又はポリアミック酸エステル樹脂粉末を有機溶媒に溶解させて得られるポリアミック酸溶液に塩基性触媒を添加する化学的イミド化が簡便である。化学的イミド化は、比較的低温でイミド化反応が進行し、イミド化の過程で重合体の分子量低下が起こりにくいので好ましい。
<Polyimide manufacturing method>
The polyimide used in the present invention can be produced by imidizing the polyamic acid ester or polyamic acid. When polyimide is produced from a polyamic acid ester, chemical imidization in which a basic catalyst is added to the polyamic acid solution obtained by dissolving the polyamic acid ester solution or the polyamic acid ester resin powder in an organic solvent is convenient. Chemical imidization is preferable because the imidization reaction proceeds at a relatively low temperature and the molecular weight of the polymer is unlikely to decrease during the imidization process.

化学的イミド化は、イミド化させたいポリアミック酸エステルを、有機溶媒中において塩基性触媒存在下で撹拌することにより行うことができる。有機溶媒としては前述した重合反応時に用いる溶媒を使用することができる。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等を挙げることができる。中でもトリエチルアミンは反応を進行させるのに充分な塩基性を持つので好ましい。 Chemical imidization can be performed by stirring the polyamic acid ester to be imidized in an organic solvent in the presence of a basic catalyst. As the organic solvent, the solvent used in the above-mentioned polymerization reaction can be used. Examples of the basic catalyst include pyridine, triethylamine, trimethylamine, tributylamine, trioctylamine and the like. Of these, triethylamine is preferable because it has sufficient basicity to allow the reaction to proceed.

イミド化反応を行うときの温度は、−20℃〜140℃、好ましくは0℃〜100℃であり、反応時間は1時間〜100時間で行うことができる。塩基性触媒の量はアミック酸エステル基の0.5モル倍〜30モル倍、好ましくは2モル倍〜20モル倍である。得られる重合体のイミド化率は、触媒量、温度、反応時間を調節することで制御することができる。イミド化反応後の溶液には、添加した触媒等が残存しているので、以下に述べる手段により、得られたイミド化重合体を回収し、有機溶媒で再溶解して、本発明の液晶配向剤とすることが好ましい。 The temperature at which the imidization reaction is carried out is −20 ° C. to 140 ° C., preferably 0 ° C. to 100 ° C., and the reaction time can be 1 hour to 100 hours. The amount of the basic catalyst is 0.5 mol to 30 mol times, preferably 2 mol times to 20 mol times, that of the amic acid ester group. The imidization rate of the obtained polymer can be controlled by adjusting the amount of catalyst, the temperature, and the reaction time. Since the added catalyst and the like remain in the solution after the imidization reaction, the obtained imidized polymer is recovered by the means described below and redissolved in an organic solvent to orient the liquid crystal of the present invention. It is preferable to use it as an agent.

ポリアミック酸からポリイミドを製造する場合、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物との反応で得られた前記ポリアミック酸の溶液に触媒を添加する化学的イミド化が簡便である。化学的イミド化は、比較的低温でイミド化反応が進行し、イミド化の過程で重合体の分子量低下が起こりにくいので好ましい。 When the polyimide is produced from a polyamic acid, it is convenient to chemically imidize by adding a catalyst to the solution of the polyamic acid obtained by the reaction of the diamine component and the tetracarboxylic acid dianhydride. Chemical imidization is preferable because the imidization reaction proceeds at a relatively low temperature and the molecular weight of the polymer is unlikely to decrease during the imidization process.

化学的イミド化は、イミド化させたい重合体を、有機溶媒中において塩基性触媒と酸無水物の存在下で攪拌することにより行うことができる。有機溶媒としては前述した重合反応時に用いる溶媒を使用することができる。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等を挙げることができる。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。また、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等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。 Chemical imidization can be carried out by stirring the polymer to be imidized in the presence of a basic catalyst and an acid anhydride in an organic solvent. As the organic solvent, the solvent used in the above-mentioned polymerization reaction can be used. Examples of the basic catalyst include pyridine, triethylamine, trimethylamine, tributylamine, trioctylamine and the like. Among them, pyridine is preferable because it has an appropriate basicity for advancing the reaction. Examples of the acid anhydride include acetic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride and the like. Among them, acetic anhydride is preferable because it facilitates purification after the reaction is completed.

イミド化反応を行うときの温度は、−20℃〜140℃、好ましくは0℃〜100℃であり、反応時間は1時間〜100時間で行うことができる。塩基性触媒の量はアミック酸基の0.5モル倍〜30モル倍、好ましくは2モル倍〜20モル倍であり、酸無水物の量はアミック酸基の1モル倍〜50モル倍、好ましくは3モル倍〜30モル倍である。得られる重合体のイミド化率は、触媒量、温度、反応時間を調節することで制御することができる。 The temperature at which the imidization reaction is carried out is −20 ° C. to 140 ° C., preferably 0 ° C. to 100 ° C., and the reaction time can be 1 hour to 100 hours. The amount of the basic catalyst is 0.5 to 30 mol times, preferably 2 mol to 20 mol times the amount of the amic acid group, and the amount of the acid anhydride is 1 mol to 50 mol times the amic acid group. It is preferably 3 to 30 mol times. The imidization rate of the obtained polymer can be controlled by adjusting the amount of catalyst, the temperature, and the reaction time.

ポリアミック酸エステル又はポリアミック酸のイミド化反応後の溶液には、添加した触媒等が残存しているので、以下に述べる手段により、得られたイミド化重合体を回収し、有機溶媒で再溶解して、本発明の液晶配向剤とすることが好ましい。 Since the added catalyst and the like remain in the solution after the imidization reaction of the polyamic acid ester or the polyamic acid, the obtained imidized polymer is recovered by the means described below and redissolved in an organic solvent. Therefore, it is preferable to use the liquid crystal alignment agent of the present invention.

上記のようにして得られるポリイミドの溶液は、よく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、重合体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ック酸エステルの粉末を得ることができる。 The polyimide solution obtained as described above can be injected into a poor solvent with good stirring to precipitate a polymer. Precipitation is carried out several times, and after washing with a poor solvent, the powder of the polyamic acid ester purified at room temperature or by heating and drying can be obtained.

前記貧溶媒は、特に限定されないが、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、ベンゼン等が挙げられる。 The poor solvent is not particularly limited, and examples thereof include methanol, acetone, hexane, butyl cellsolve, heptane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethanol, toluene, and benzene.

<液晶配向剤>
本発明に用いられる液晶配向剤は、特定構造の重合体が有機溶媒中に溶解された溶液の形態を有する。本発明に記載のポリイミド前駆体及びポリイミドの分子量は、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。
<Liquid crystal alignment agent>
The liquid crystal alignment agent used in the present invention has the form of a solution in which a polymer having a specific structure is dissolved in an organic solvent. The molecular weight of the polyimide precursor and the polyimide described in the present invention is preferably 2,000 to 500,000, more preferably 5,000 to 300,000, still more preferably 10,000 to 100, in terms of weight average molecular weight. It is 000. The number average molecular weight is preferably 1,000 to 250,000, more preferably 2,500 to 150,000, and even more preferably 5,000 to 50,000.

本発明に用いられる液晶配向剤の重合体の濃度は、形成させようとする塗膜の厚みの設定によって適宜変更することができるが、均一で欠陥のない塗膜を形成させるという点から1重量%以上であることが好ましく、溶液の保存安定性の点からは10重量%以下とすることが好ましい。 The concentration of the polymer of the liquid crystal alignment agent used in the present invention can be appropriately changed by setting the thickness of the coating film to be formed, but is 1 weight from the viewpoint of forming a uniform and defect-free coating film. % Or more, and preferably 10% by weight or less from the viewpoint of storage stability of the solution.

本発明の液晶配向剤は、シランカップリング剤や架橋剤などの各種添加剤を含有してもよい。シランカップリング剤は、液晶配向剤が塗布される基板と、そこに形成される液晶配向膜との密着性を向上させる目的で添加される。シランカップリング剤は既存のものが添加される。 The liquid crystal alignment agent of the present invention may contain various additives such as a silane coupling agent and a cross-linking agent. The silane coupling agent is added for the purpose of improving the adhesion between the substrate to which the liquid crystal alignment agent is applied and the liquid crystal alignment film formed therein. Existing silane coupling agents are added.

上記シランカップリング剤の添加量は、多すぎると未反応のものが液晶配向性に悪影響を及ぼすことがあり、少なすぎると密着性への効果が現れないため、ポリマーの固形分に対して0.01重量%〜5.0重量%が好ましく、0.1重量%〜1.0重量%がより好ましい。上記シランカップリング剤を添加する場合は、ポリマーの析出を防ぐために、前記した塗膜均一性を向上させるための溶媒を加える前に添加するのが好ましい。 If the amount of the silane coupling agent added is too large, the unreacted one may adversely affect the liquid crystal orientation, and if it is too small, the effect on adhesion does not appear. Therefore, it is 0 with respect to the solid content of the polymer. It is preferably 0.01% by weight to 5.0% by weight, more preferably 0.1% by weight to 1.0% by weight. When the silane coupling agent is added, it is preferable to add it before adding the solvent for improving the uniformity of the coating film in order to prevent the precipitation of the polymer.

また、本発明の液晶配向剤には、塗膜を焼成する際にポリイミド前駆体のイミド化を効率よく進行させるために、イミド化促進剤を添加してもよい。イミド化促進剤としては既存のものが使用される。 Further, an imidization accelerator may be added to the liquid crystal alignment agent of the present invention in order to efficiently promote the imidization of the polyimide precursor when firing the coating film. Existing ones are used as the imidization accelerator.

イミド化促進剤を添加する場合は、加熱することでイミド化が進行する可能性があるため、良溶媒及び貧溶媒で希釈した後に加えるのが好ましい。 When an imidization accelerator is added, it is preferable to add it after diluting it with a good solvent and a poor solvent because imidization may proceed by heating.

<液晶配向膜>
本発明の液晶配向膜は、上記液晶配向剤を基板に塗布し、乾燥、焼成して得られる膜である。本発明の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、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、液晶駆動のためのITO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観点から好ましい。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。
<Liquid crystal alignment film>
The liquid crystal alignment film of the present invention is a film obtained by applying the above liquid crystal alignment agent to a substrate, drying and firing. The substrate to which the liquid crystal alignment agent of the present invention is applied is not particularly limited as long as it is a highly transparent substrate, and a glass substrate, a silicon nitride substrate, an acrylic substrate, a plastic substrate such as a polycarbonate substrate, or the like can be used, and the liquid crystal display can be driven. From the viewpoint of simplifying the process, it is preferable to use a substrate on which an ITO electrode or the like is formed. Further, in the reflective liquid crystal display element, an opaque object such as a silicon wafer can be used if only one side of the substrate is used, and in this case, a material that reflects light such as aluminum can also be used as the electrode.

本発明の液晶配向剤の塗布方法としては、スピンコート法、印刷法なども使用できるが、上記したように、特に、本発明の液晶配向剤は、インクジェット法に特に適する。本発明の液晶配向剤をインクジェット法により塗布して塗布膜を形成する場合(インクジェット塗布)、塗布面内の膜厚の均一性や、塗布周辺部の直線性に優れる塗布膜が得られる。 As a method for applying the liquid crystal alignment agent of the present invention, a spin coating method, a printing method and the like can also be used, but as described above, the liquid crystal alignment agent of the present invention is particularly suitable for the inkjet method. When the liquid crystal alignment agent of the present invention is applied by an inkjet method to form a coating film (inkjet coating), a coating film having excellent film thickness in the coating surface and linearity in the coating peripheral portion can be obtained.

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分〜10分乾燥させ、その後150℃〜300℃で5分〜120分焼成される。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、5nm〜300nm、好ましくは10nm〜200nmである。 Any temperature and time can be selected for the drying and firing steps after applying the liquid crystal alignment agent of the present invention. Usually, it is dried at 50 ° C. to 120 ° C. for 1 minute to 10 minutes and then calcined at 150 ° C. to 300 ° C. for 5 minutes to 120 minutes in order to sufficiently remove the contained organic solvent. The thickness of the coating film after firing is not particularly limited, but is 5 nm to 300 nm, preferably 10 nm to 200 nm because the reliability of the liquid crystal display element may decrease if it is too thin.

本発明の液晶配向処理剤は、基板上に塗布、焼成した後、ラビング処理や光配向処理などで配向処理をして、また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。 The liquid crystal alignment treatment agent of the present invention can be used as a liquid crystal alignment film after being applied and fired on a substrate and then subjected to alignment treatment such as rubbing treatment or photoalignment treatment, or without alignment treatment in vertical alignment applications. can.

<液晶表示素子>
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、配向処理を行った後、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。
<Liquid crystal display element>
The liquid crystal display element of the present invention is a liquid crystal display element obtained by obtaining a substrate with a liquid crystal alignment film from the liquid crystal aligning agent of the present invention by the above method, performing alignment treatment, and then producing a liquid crystal cell by a known method. Is.

液晶セルの製造方法は特に限定されないが、一例を挙げるならば、液晶配向膜が形成された1対の基板を液晶配向膜面を内側にして、好ましくは1μm〜30μm、より好ましくは2μm〜10μmのスペーサーを挟んで設置した後、周囲をシール剤で固定し、液晶を注入して封止する方法が一般的である。液晶封入の方法については特に制限されず、作製した液晶セル内を減圧にした後液晶を注入する真空法、液晶を滴下した後封止を行う滴下法などが例示できる。 The method for manufacturing the liquid crystal cell is not particularly limited, but to give an example, a pair of substrates on which the liquid crystal alignment film is formed is preferably 1 μm to 30 μm, more preferably 2 μm to 10 μm with the liquid crystal alignment film surface inside. After installing the spacer with the spacer in between, the surrounding area is fixed with a sealing agent, and a liquid crystal display is injected to seal the liquid crystal display. The method of enclosing the liquid crystal is not particularly limited, and examples thereof include a vacuum method in which the inside of the produced liquid crystal cell is depressurized and then the liquid crystal is injected, and a dropping method in which the liquid crystal is dropped and then sealed.

以下に実施例を挙げて、さらに、本発明を具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定して解釈されないことはもちろんである。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, it goes without saying that the present invention is not construed as being limited to these examples.

なお、実施例及び比較例で使用する略号、及び各特性の測定方法は以下の通りである。
1,3DMCBDA: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
CBDA:1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
DA−1:下記式DA−1のジアミン
DA−2:下記式DA−2のジアミン
DA−3:下記式DA−3のジアミン
The abbreviations used in Examples and Comparative Examples and the measurement method for each characteristic are as follows.
1,3DMCBDA: 1,3-dimethyl 1,2,3,4 cyclobutanetetracarboxylic dianhydride CBDA: 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride DA-1: of the following formula DA-1 Diamine DA-2: Diamine of the following formula DA-2 DA-3: Diamine of the following formula DA-3

Figure 0006974800
Figure 0006974800

上記式DA−2及び上記式DA−3中のBocは、tert−ブトキシカルボニル基を表す。 Boc in the above formula DA-2 and the above formula DA-3 represents a tert-butoxycarbonyl group.

<溶剤>
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
BCS:ブチルセロソルブ
GBL:γ−ブチロラクトン
BCA:ブチルセロソルブアセテート
PB:プロピレングリコールモノブチルエーテル
DME:ジプロピレングリコールジメチルエーテル
DEDG:ジエチレングリコールジエチルエーテル
DAA:ダイアセトンアルコール
4M4M2P:4−メトキシ−4−メチル−2−ペンタノン
4H2B:4−ヒドロキシ−2−ブタノン
2M2H:2−メチル−2−ヘキサノール
<Solvent>
NMP: N-Methyl-2-pyrrolidone BCS: Butylcellosolve GBL: γ-Butyrolactone BCA: Butylcellosolve acetate PB: Propylene glycol monobutyl ether DME: Dipropylene glycol dimethyl ether DEDG: Diethylene glycol diethyl ether DAA: Diacetone alcohol 4M4M2P: 4-methoxy-4 -Methyl-2-pentanone 4H2B: 4-hydroxy-2-butanone 2M2H: 2-methyl-2-hexanol

<粘度>
合成例において、重合体溶液の粘度は、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。
<Viscosity>
In the synthesis example, the viscosity of the polymer solution was measured by using an E-type viscometer TVE-22H (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.), a sample volume of 1.1 mL, a cone rotor TE-1 (1 ° 34', R24), and a temperature of 25. Measured at ° C.

<分子量>
合成例において、重合体の分子量は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・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/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) 約900,000、150,000、100,000、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)約12,000、4,000、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、1,000の4種類を混合したサンプル、及び150,000、30,000、4,000の3種類を混合したサンプルの2サンプルを別々に測定した。
<Molecular weight>
In the synthesis example, the molecular weight of the polymer was measured by a GPC (normal temperature gel permeation chromatography) apparatus, and the number average molecular weight (hereinafter, also referred to as Mn) and the weight average molecular weight (hereinafter, also referred to as Mw) were measured as polyethylene glycol and polyethylene oxide equivalent values. Say.) Was calculated.
GPC device: manufactured by Shodex (GPC-101)
Column: Made by Shodex (series of KD803 and KD805)
Column temperature: 50 ° C
Eluent: N, N-dimethylformamide (as an additive, lithium bromide-hydrate (LiBr · H 2 O) 30 mmol / L, phosphoric acid / anhydrous crystal (o-phosphate) 30 mmol / L, tetrahydrofuran (THF) is 10 ml / L)
Flow rate: 1.0 ml / Standard sample for preparing a calibration curve: Tosoh TSK standard polyethylene oxide (weight average molecular weight (Mw) about 900,000, 150,000, 100,000, 30,000), and polymer laboratory Polyethylene glycol manufactured by the company (peak top molecular weight (Mp) of about 12,000, 4,000, 1,000). In the measurement, in order to avoid overlapping peaks, a sample in which 4 types of 900,000, 100,000, 12,000, and 1,000 are mixed, and 3 types of 150,000, 30,000, and 4,000 are used. Two samples of the mixed sample were measured separately.

<合成例>
(合成例1)
撹拌装置及び窒素導入管付きの50mLの四つ口フラスコに、DA−1を1.88g(7.70mmol)及びDA−3を1.17g(2.11mmol)、DA−2を1.67g(4.20mmol)取り、NMPを40.00g加えて、窒素を送りながら撹拌し、溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら1,3DMCBDAを2.04g(9.10mmol)加えてさらに撹拌し、粘度の安定したところでCBDAを0.62g(3.16mmol)を添加し、さらに固形分濃度が15質量%になるようにNMPを加え、室温で24時間撹拌してポリアミック酸(PAA−1)の溶液を得た。このポリアミック酸溶液の25℃における粘度は212mPa・Sであった。
<Synthesis example>
(Synthesis Example 1)
1.88 g (7.70 mmol) of DA-1 and 1.17 g (2.11 mmol) of DA-3 and 1.67 g of DA-2 (1.77 g) in a 50 mL four-necked flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube. 4.20 mmol) was taken, 40.00 g of NMP was added, and the mixture was stirred while feeding nitrogen to dissolve it. While stirring this diamine solution, add 2.04 g (9.10 mmol) of 1,3 DMCBDA and further stir, add 0.62 g (3.16 mmol) of CBDA when the viscosity is stable, and further add a solid content concentration of 15. NMP was added so as to be in mass%, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours to obtain a solution of polyamic acid (PAA-1). The viscosity of this polyamic acid solution at 25 ° C. was 212 mPa · S.

(合成例2)
撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに合成例1で得られたPAA−1を30g量り取り、固形分濃度が8質量%になるようにNMPを加えて希釈した。
(Synthesis Example 2)
30 g of PAA-1 obtained in Synthesis Example 1 was weighed in a 100 mL four-necked flask equipped with a stirrer and a nitrogen introduction tube, and NMP was added to dilute the solid content concentration to 8% by mass.

次に無水酢酸2.61g(25.5mmol)、ピリジン0.67g(8.47mmol)を加えて、溶解させた。次に、この溶液を撹拌しながら55℃に加熱し、3時間反応させた。得られたポリアミド酸−可溶性ポリイミド酸溶液を全溶液の3.5倍等量のメタノールに撹拌しながら投入し再沈殿させた。再沈殿後の粉体は自然濾過もしくは吸引濾過によってろ取し、この後さらに、それぞれ0.188l(5.86mmol)のメタノールを2回に分けて洗浄し、乾燥させることにより白色のポリアミド酸−可溶性ポリイミド樹脂粉末(PWD−1)を得た。この樹脂粉末の分子量はMn=13,493であり、Mw=27,207であった。 Next, 2.61 g (25.5 mmol) of acetic anhydride and 0.67 g (8.47 mmol) of pyridine were added and dissolved. Next, the solution was heated to 55 ° C. with stirring and reacted for 3 hours. The obtained polyamic acid-soluble polyimide acid solution was added to methanol in an equal volume of 3.5 times the total solution with stirring and reprecipitated. The powder after reprecipitation is collected by filtration by natural filtration or suction filtration, and then 0.188 liters (5.86 mmol) of methanol are washed in two portions and dried to obtain white polyamic acid-. Soluble polyimide resin powder (PWD-1) was obtained. The molecular weight of this resin powder was Mn = 13,493 and Mw = 27,207.

上記で得られたPWD−1をNMPに溶解させ、固形分濃度12質量%のポリアミド酸−可溶性ポリイミド樹脂粉末溶液(SPI−1)を得た。 The PWD-1 obtained above was dissolved in NMP to obtain a polyamic acid-soluble polyimide resin powder solution (SPI-1) having a solid content concentration of 12% by mass.

(実施例1)
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリアミック酸溶液(PAA−1)を6.75g量り取り、NMPで1.0質量%に希釈した3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン溶液を0.81g、NMPを6.84g加えた。その後、DAAを3.60g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し、液晶配向剤(A−1)を得た。液晶配向剤A−1を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。
(Example 1)
In a 20 ml sample tube containing a stirrer, 6.75 g of the polyamic acid solution (PAA-1) obtained in Synthesis Example 1 was weighed and diluted to 1.0% by mass with NMP, 3-glycidoxypropylmethyldi. 0.81 g of ethoxysilane solution and 6.84 g of NMP were added. Then, 3.60 g of DAA was added and stirred with a magnetic stirrer for 30 minutes to obtain a liquid crystal alignment agent (A-1). When the liquid crystal alignment agent A-1 was stored at −20 ° C. for 1 week, no precipitation of solid matter was observed, and the solution was a uniform solution.

(実施例2〜実施例5、比較例1〜比較例6)
ポリアミック酸(PAA−1)の代わりに、ポリアミド酸−可溶性ポリイミド樹脂粉末溶液(SPI−1)を用いるか、もしくは溶剤としてDAAの代わりに下記表の溶剤を使用した以外は、実施例1と同様の操作を行い、それぞれ液晶配向剤(A−2)〜(A−5)、(B−1)〜(B−6)を得た。上記により得られた全ての液晶配向剤を−20℃で1週間保管したところ、固形物の析出が見られず、均一な溶液であった。各々の結果は下記表1に示す。
(Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 to 6)
Same as Example 1 except that the polyamic acid-soluble polyimide resin powder solution (SPI-1) was used instead of the polyamic acid (PAA-1), or the solvent shown in the table below was used instead of DAA as the solvent. The liquid crystal alignment agents (A-2) to (A-5) and (B-1) to (B-6) were obtained, respectively. When all the liquid crystal alignment agents obtained as described above were stored at −20 ° C. for 1 week, no solid matter was observed and the solution was uniform. The results of each are shown in Table 1 below.

Figure 0006974800
Figure 0006974800

液晶セルの電気特性を評価するため、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。 In order to evaluate the electrical characteristics of the liquid crystal cell, a substrate with electrodes was first prepared. The substrate is a glass substrate having a size of 30 mm × 40 mm and a thickness of 1.1 mm. An ITO electrode having a film thickness of 35 nm is formed on the substrate, and the electrode has a stripe pattern of 40 mm in length and 10 mm in width.

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。この空セルに減圧注入法によって、液晶ML−7026−100(メルク・ジャパン製)を注入し、注入口を封止して液晶セルを得た。その後、得られた液晶セルを120℃で60分間加熱し、その後室温まで除冷してセルの観察を行ったところ配向性は良好であった。 Next, the liquid crystal alignment agent was filtered through a 1.0 μm filter, and then applied to the prepared substrate with electrodes by spin coating. After drying on a hot plate at 50 ° C. for 5 minutes, it was fired in an IR oven at 230 ° C. for 20 minutes to form a coating film having a film thickness of 100 nm to obtain a substrate with a liquid crystal alignment film. After rubbing this liquid crystal alignment film with a rayon cloth (roller diameter: 120 mm, roller rotation speed: 1000 rpm, moving speed: 20 mm / sec, pushing length: 0.4 mm), ultrasonic irradiation is performed in pure water for 1 minute. After washing with air blow to remove water droplets, the substrate was dried at 80 ° C. for 15 minutes to obtain a substrate with a liquid crystal alignment film. Two substrates with this liquid crystal alignment film are prepared, a spacer of 4 μm is sprayed on the surface of one liquid crystal alignment film, a sealant is printed on the substrate, and the other substrate is rubbed in the opposite direction. And, after laminating so that the film surfaces face each other, the sealing agent was cured to prepare an empty cell. A liquid crystal ML-7026-100 (manufactured by Merck Japan) was injected into this empty cell by a vacuum injection method, and the injection port was sealed to obtain a liquid crystal cell. Then, the obtained liquid crystal cell was heated at 120 ° C. for 60 minutes, then cooled to room temperature, and the cell was observed. As a result, the orientation was good.

<電圧保持率の測定>
(実施例6)
上記液晶セルに60℃の温度下で1Vの電圧を60μs間印加し、50ms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電圧保持率として計算した。
<Measurement of voltage retention rate>
(Example 6)
A voltage of 1 V was applied to the liquid crystal cell at a temperature of 60 ° C. for 60 μs, the voltage after 50 ms was measured, and how much the voltage could be maintained was calculated as the voltage retention rate.

この結果、配向剤A−1からなる配向膜の60℃における電圧保持率は96.7%であった。 As a result, the voltage retention rate of the alignment film made of the alignment agent A-1 at 60 ° C. was 96.7%.

(実施例7〜実施例10、比較例7〜比較例12)
実施例2〜実施例5、比較例1〜比較例6で得られた配向剤(A−2)〜配向剤(A−5)及び配向剤(B−1)〜配向剤(B−6)に対しても同様の手法により液晶セルを作成し、実施例6に記載の測定方法により、電圧保持率を測定した。各々の結果は下記表2に示す。
(Examples 7 to 10, Comparative Examples 7 to 12)
Alignment agent (A-2) to alignment agent (A-5) and alignment agent (B-1) to alignment agent (B-6) obtained in Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 A liquid crystal cell was prepared by the same method, and the voltage holding ratio was measured by the measuring method described in Example 6. The results of each are shown in Table 2 below.

Figure 0006974800
Figure 0006974800

TN素子、STN素子、TFT液晶素子、更には、垂直配向型の液晶表示素子などに広く有用である。 It is widely useful for TN elements, STN elements, TFT liquid crystal elements, and vertically oriented liquid crystal display elements.

Claims (8)

ポリイミド及びポリイミド前駆体からなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体と、下記(A)群及び(B)群の溶媒を含む有機溶媒と、を含有することを特徴とする液晶配向剤。
(A)群:N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン及びγ−ブチロラクトンから選ばれる少なくとも1種の溶媒
(B)群:4−メトキシ−4−メチル−2−ペンタノン、4−ヒドロキシ−2−ブタノン及び2−メチル−2−ヘキサノールから選ばれる少なくとも1種の溶媒
A liquid crystal alignment agent comprising at least one polymer selected from the group consisting of polyimide and a polyimide precursor, and an organic solvent containing the following groups (A) and (B).
Group (A): At least one solvent selected from N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone and γ-butyrolactone Group (B): 4-methoxy-4-methyl-2-pentanone, 4 -At least one solvent selected from hydroxy-2-butanone and 2-methyl-2-hexanol
前記(A)群の溶媒が、N−メチルピロリドン及びγ−ブチロラクトンからなる群から選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項1に記載の液晶配向剤。 The liquid crystal alignment agent according to claim 1, wherein the solvent of the group (A) contains at least one selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone and γ-butyrolactone. 前記(A)群の溶媒が、全溶媒量に対し50重量%〜95重量%であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の液晶配向剤。 The liquid crystal alignment agent according to claim 1 or 2, wherein the solvent of the group (A) is 50% by weight to 95% by weight with respect to the total amount of the solvent. 前記(B)群の溶媒が、全溶媒量に対し5重量%〜50重量%であることを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の液晶配向剤。 The liquid crystal alignment agent according to any one of claims 1 to 3, wherein the solvent of the group (B) is 5% by weight to 50% by weight with respect to the total amount of the solvent. 前記重合体を1質量%〜5質量%含有することを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の液晶配向剤。 The liquid crystal alignment agent according to any one of claims 1 to 4, wherein the polymer is contained in an amount of 1% by mass to 5% by mass. 前記溶媒を95質量%〜99質量%含有することを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の液晶配向剤。 The liquid crystal alignment agent according to any one of claims 1 to 5, wherein the solvent is contained in an amount of 95% by mass to 99% by mass. 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の液晶配向剤から得られることを特徴とする液晶配向膜。 A liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment agent according to any one of claims 1 to 6. 請求項7に記載の液晶配向膜を具備することを特徴とする液晶表示素子。 A liquid crystal display element comprising the liquid crystal alignment film according to claim 7.
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