JP7620264B2 - Liquid crystal alignment agent, liquid crystal alignment film, and liquid crystal display element - Google Patents
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Description
本発明は、液晶配向剤、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, a liquid crystal alignment film, and a liquid crystal display element.
液晶配向膜としては、ポリアミック酸(ポリアミド酸とも言われる。)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。 The most widely used liquid crystal alignment films are polyimide-based ones, which are made by applying and baking a liquid crystal alignment agent whose main component is a solution of a polyimide precursor such as polyamic acid (also called polyamide acid) or a soluble polyimide.
近年、液晶表示素子の大画面化、高精細化に伴い、使用される基板や、基板段差の凹凸 が大きくなっている。そのような状況において、大型基板に対しても、大きな凹凸段差があったとしても、均一な液晶配向膜が求められている。In recent years, as liquid crystal display elements have become larger and more precise, the substrates used and the unevenness of the substrate steps have become larger. In such circumstances, there is a demand for uniform liquid crystal alignment films even for large substrates with large unevenness.
液晶配向膜の作製工程において、ポリアミド酸や溶媒可溶性ポリイミド(樹脂ともいう)を含有する液晶配向剤を基板に塗布する場合、工業的にはフレキソ印刷法やインクジェット塗布法などで行うことが一般的である。
その際、液晶配向剤の塗膜性が悪いと、はじきやピンホールが発生し、液晶表示素子にした際にその部分が表示欠陥となる。これに対し、液晶配向剤の溶媒には、樹脂の溶解性に優れる溶媒(良溶媒ともいう)であるN-メチル-2-ピロリドンやγ-ブチロラクトンなどに加えて、液晶配向剤の塗膜性を高めるために、樹脂の溶解性が低い溶媒(貧溶媒ともいう)であるエチレングリコールモノブチルエーテルなどが混合されている(例えば、特許文献1参照)。
In the process of producing a liquid crystal alignment film, when a liquid crystal alignment agent containing polyamic acid or a solvent-soluble polyimide (also called a resin) is applied to a substrate, this is generally done industrially by a flexographic printing method or an inkjet coating method.
In this case, if the coating property of the liquid crystal alignment agent is poor, repellency or pinholes will occur, and when the liquid crystal display element is made, these parts will become display defects. In response to this, in addition to N-methyl-2-pyrrolidone or γ-butyrolactone, which are solvents with excellent resin solubility (also called good solvents), ethylene glycol monobutyl ether, which is a solvent with low resin solubility (also called poor solvent), is mixed into the solvent for the liquid crystal alignment agent in order to improve the coating property of the liquid crystal alignment agent (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、貧溶媒は、ポリアミド酸や溶媒可溶性ポリイミドを溶解させる能力に劣るため、大量に混合すると樹脂の析出が起こる問題がある。加えて、近年用いられている、スマートフォンや携帯電話等、モバイル用途の液晶表示素子では、できるだけ多くの表示面を確保するため、液晶表示素子の基板間を接着させるために用いるシール剤が、液晶配向膜の端部に近接した位置に存在する。そのため、液晶配向膜の端部の塗膜性が低下する場合、すなわち、液晶配向膜の端部が直線ではない場合、あるいはその端部が盛り上がっている状態である場合、液晶配向膜とシール剤との接着効果が低くなり、液晶表示素子の表示特性や信頼性を低下させてしまうという問題点がある。However, poor solvents have poor ability to dissolve polyamic acid and solvent-soluble polyimide, so mixing in large quantities causes the problem of resin precipitation. In addition, in recent years, in mobile liquid crystal display elements such as smartphones and mobile phones, in order to secure as much display surface as possible, the sealant used to bond the substrates of the liquid crystal display element is located close to the edge of the liquid crystal alignment film. Therefore, if the coating properties of the edge of the liquid crystal alignment film are reduced, that is, if the edge of the liquid crystal alignment film is not straight or if the edge is raised, the adhesive effect between the liquid crystal alignment film and the sealant is reduced, which causes a problem of degrading the display characteristics and reliability of the liquid crystal display element.
一方、フレキソ印刷版を用いない液晶配向膜の成膜法として、インクジェット法が注目されている。インクジェット法は、基板に微細な液滴を滴下し、液の濡れ広がりにより成膜する方法である。印刷版を用いないだけでなく、自由に印刷のパターンを設定できるため、液晶表示素子の製造工程が簡素化できる。また、フレキソ印刷で必要であったダミー基板への成膜が不要となることで塗布液の無駄が少ないという利点がある。インクジェット法により、液晶パネルのコストダウン、生産効率の向上が期待される。On the other hand, the inkjet method has attracted attention as a method for forming liquid crystal alignment films without using flexographic printing plates. The inkjet method involves dropping fine droplets onto a substrate and forming a film by the liquid wetting and spreading. Not only does it not require printing plates, but it also allows the printing pattern to be freely set, simplifying the manufacturing process for liquid crystal display elements. Another advantage is that it does not require film formation on a dummy substrate, as is necessary with flexographic printing, so less coating liquid is wasted. It is expected that the inkjet method will reduce the cost of liquid crystal panels and improve production efficiency.
しかしながら、インクジェット法は、液晶パネルのコストダウン、生産効率の向上が期待されるなどのメリットがあるが、一般的にインクジェット法により成膜した液晶配向膜は、塗布面内での膜厚の均一性と、塗布周辺部の成膜精度がトレードオフの関係にある。すなわち、通常、面内均一性の高い材料は、塗布周辺部の寸法安定性が低く、設定した寸法から、膜がはみ出してしまうという問題点があった。 However, while the inkjet method has the advantage of reducing the cost of liquid crystal panels and improving production efficiency, liquid crystal alignment films formed by the inkjet method generally have a trade-off between the uniformity of film thickness within the coating surface and the film formation accuracy around the periphery of the coating. In other words, materials with high in-plane uniformity usually have low dimensional stability around the periphery of the coating, which can lead to the film extending beyond the set dimensions.
そこで、ポリイミド膜を形成するために、塗膜性に優れた組成物として、ジプロピレングリコールジメチルエーテルなどを含む特定の貧溶媒を含有する組成物が提案されている(特許文献2参照)。Therefore, in order to form a polyimide film, a composition containing a specific poor solvent, such as dipropylene glycol dimethyl ether, has been proposed as a composition with excellent coating properties (see Patent Document 2).
また、特許文献3には特定ジアミンを含む溶媒可溶性ポリイミドを含有する液晶配向膜は、コンタミに非常に弱いネガ型液晶などにおいても非常に高い信頼性を得ることができることが記載されており、特許文献4には特定ジアミンを含む高イミド化率の溶媒可溶性ポリイミドを含有する液晶配向剤を用いることにより、1度以下の低いプレチルト角や優れた電圧保持率、液晶配向性を有する液晶配向膜を得ることが出来る旨開示されている。Furthermore, Patent Document 3 describes that a liquid crystal alignment film containing a solvent-soluble polyimide containing a specific diamine can be made extremely reliable even for negative liquid crystals that are very susceptible to contamination, and Patent Document 4 discloses that by using a liquid crystal alignment agent containing a solvent-soluble polyimide with a high imidization rate containing a specific diamine, it is possible to obtain a liquid crystal alignment film with a low pretilt angle of less than 1 degree, excellent voltage retention rate, and liquid crystal alignment properties.
特許文献1に開示されたN-メチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトンに加えて、液晶配向剤の塗膜性を高めるために、貧溶媒であるエチレングリコールモノブチルエーテルを添加した組成物をインクジェット法に用いると、ノズル詰まりを抑制するために定期的に液を噴射するスタンバイショットを長期に亘って実施する際、ポリイミド溶液からなる液がインクジェットヘッドの表面に付着し、特に、高イミド化率のポリイミドを含有する場合、問題が生じ易いという問題がある。When a composition containing ethylene glycol monobutyl ether, a poor solvent, added to the N-methyl-2-pyrrolidone and γ-butyrolactone disclosed in Patent Document 1 in order to improve the coating properties of the liquid crystal alignment agent is used in an inkjet method, there is a problem that when standby shots, in which liquid is sprayed periodically to prevent nozzle clogging, are performed over a long period of time, the liquid consisting of the polyimide solution adheres to the surface of the inkjet head, and problems are likely to occur, particularly when the composition contains polyimide with a high imidization rate.
本発明は、このような事情に鑑み、液同士の結合性に優れ塗膜性が良好で、インクジェット法においても長期に亘って安定して使用できる液晶配向剤、並びにそれにより製造された液晶配向膜及び液晶表示素子を提供することを目的とする。In view of the above circumstances, the present invention aims to provide a liquid crystal alignment agent that has excellent bonding between liquids and good coating properties, and can be used stably over a long period of time even in the inkjet method, as well as a liquid crystal alignment film and a liquid crystal display element manufactured using the same.
本発明者らは、鋭意研究を行った結果、例えば、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、γ-ブチロラクトン(GBL)及びエチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ;BCS)に、さらに貧溶媒としてブチルセロソルブアセテートを導入することにより、塗膜性が良好で、塗布周辺部の寸法安定性が良好であり、インクジェット法においても長期に亘って安定して使用できることを見出し、本発明を完成された。また、かかる溶媒の特性は、特に、所定のポリイミドを溶解する場合に有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。As a result of intensive research, the inventors discovered that, for example, by introducing butyl cellosolve acetate as a poor solvent into N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), γ-butyrolactone (GBL), and ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve; BCS), good coating properties and dimensional stability of the coated area are achieved, and the inkjet method can be used stably for a long period of time, leading to the completion of the present invention. Furthermore, the inventors discovered that the properties of such a solvent are particularly effective when dissolving a specific polyimide, leading to the completion of the present invention.
上記目的を達成する本発明の液晶配向剤は、
下記(A)、(B)を含有する。
(A):下記式[1]及び式[2]から選ばれる少なくとも1種のジアミンを含有するジアミン成分と、テトラカルボン酸成分との反応物であるポリイミド前駆体をイミド化して得られるポリイミド。
(B):ブチルセロソルブ及びブチルセロソルブアセテートを含有する有機溶媒。
The liquid crystal aligning agent of the present invention for achieving the above object is
It contains the following (A) and (B).
(A): A polyimide obtained by imidizing a polyimide precursor which is a reaction product between a diamine component containing at least one diamine selected from the following formulae [1] and [2] and a tetracarboxylic acid component.
(B): An organic solvent containing butyl cellosolve and butyl cellosolve acetate.
本発明によれば、塗膜性が良好で、塗布周辺部の寸法安定性が良好であり、インクジェット法においても長期に亘って安定して使用できる液晶配向剤、並びにそれにより製造された液晶配向膜及び液晶表示素子を提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a liquid crystal alignment agent that has good coating properties, good dimensional stability around the application edge, and can be used stably for a long period of time even in the inkjet method, as well as a liquid crystal alignment film and a liquid crystal display element manufactured using the same.
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明の液晶配向剤は、下記(A)、(B)を含有する。
(A):上記式[1]及び式[2]から選ばれる少なくとも1種のジアミンを含有するジアミン成分と、テトラカルボン酸成分との反応物であるポリイミド前駆体をイミド化して得られるポリイミド。
(B):ブチルセロソルブ及びブチルセロソルブアセテートを含有する有機溶媒。
The present invention will now be described in more detail.
The liquid crystal aligning agent of the present invention contains the following (A) and (B).
(A): A polyimide obtained by imidizing a polyimide precursor, which is a reaction product between a diamine component containing at least one diamine selected from the above formulae [1] and [2] and a tetracarboxylic acid component.
(B): An organic solvent containing butyl cellosolve and butyl cellosolve acetate.
本発明で用いられるジアミンは、上記式[1]又は[2]から選択される少なくとも1種を含む。
上記式[1]において、A2は、メチル基が好ましい。aは0~1の整数であることが好ましい。
上記式[2]において、A1は、液晶配向性を高める観点から、単結合、メチレン基、エーテル結合、エステル結合、炭素数2~10のアルキレン基(但し、該アルキレン基の少なくとも1つの-CH2-は、エーテル基又はエステル基で置換されている。)、が好ましい。
上記式[2]において、A2は、メチル基が好ましい。aは0~1の整数であることが好ましい。bは1であることが好ましい。cは1~2の整数であることが好ましい。
上記式[1]で表されるジアミン及び式[2]で表されるジアミンのより好ましい具体的な構造として、下記式[d1-1]~[d1-2]又は[d2-1]~[d2-28]のいずれかの構造を挙げることができる。
The diamine used in the present invention includes at least one selected from the above formula [1] or [2].
In the above formula [1], A2 is preferably a methyl group, and a is preferably an integer of 0 to 1.
In the above formula [2], A 1 is preferably a single bond, a methylene group, an ether bond, an ester bond, or an alkylene group having 2 to 10 carbon atoms (with the proviso that at least one -CH 2 - of the alkylene group is substituted with an ether group or an ester group) from the viewpoint of improving liquid crystal alignment.
In the above formula [2], A2 is preferably a methyl group. a is preferably an integer of 0 to 1. b is preferably 1. c is preferably an integer of 1 to 2.
More preferred specific structures of the diamine represented by the above formula [1] and the diamine represented by the formula [2] include any of the structures of the following formulas [d1-1] to [d1-2] or [d2-1] to [d2-28].
上記式[1]で表されるジアミン及び式[2]で表されるジアミンは、更に好ましい具体的な構造としては以下の構造を挙げることができる。As for the diamine represented by the above formula [1] and the diamine represented by the above formula [2], the following structure can be given as a more preferred specific structure.
上記式[1]及び上記式[2]で表されるジアミンの含有量は、全ジアミン成分1モルに対して、50モル%以上が好ましく、70モル%以上であることがより好ましい。The content of the diamines represented by the above formulas [1] and [2] is preferably 50 mol% or more, and more preferably 70 mol% or more, per mole of the total diamine components.
本発明で(A)のポリイミドを構成するジアミンは、上記式[1]及び[2]から選択されるジアミン以外に、下記で説明するジアミンを含んでもよい。In the present invention, the diamine constituting the polyimide (A) may include, in addition to the diamine selected from the above formulas [1] and [2], the diamine described below.
上記式[1]及び[2]から選択されるジアミンは、2種以上用いてもよく、3種以上用いてもよい。
中でも、上記式[2]から選択されるジアミンを2種以上、又は3種以上用いることが好ましい。
The diamines selected from the above formulae [1] and [2] may be used in combination of two or more, or three or more.
Among them, it is preferable to use two or more kinds of diamines selected from the above formula [2].
<特定側鎖構造を有するジアミン>
特定側鎖構造を有するジアミンは、垂直配向性を発現するものであり、下記式[S1]~[S3]で表される群から選ばれる少なくとも1種の側鎖構造を有する。以下、かかる特定側鎖構造を有する第2ジアミンの例である、式[S1]~[S3]で表される特定側鎖構造を有するジアミンについて順に説明する。
<Diamine having specific side chain structure>
The diamine having a specific side chain structure exhibits vertical alignment properties and has at least one side chain structure selected from the group represented by the following formulas [S1] to [S3]. Hereinafter, examples of the second diamine having such a specific side chain structure, that is, the diamine having the specific side chain structure represented by formulas [S1] to [S3], will be described in order.
[a]:下記式[S1]で表される特定側鎖構造を有するジアミン
なかでも、原料の入手性や合成の容易さの点からは、X1及びX2は、それぞれ独立して、単結合、-(CH2)a-(aは1~15の整数を示す。)、-O-、-CH2O-又は-COO-が好ましく、単結合、-(CH2)a-(aは1~10の整数を示す。)、-O-、-CH2O-又は-COO-がより好ましい。 Among these, from the viewpoints of availability of raw materials and ease of synthesis, X1 and X2 are each preferably independently a single bond, -( CH2 ) a- (a is an integer of 1 to 15), -O-, -CH2O- or -COO-, and more preferably a single bond, -( CH2 ) a- (a is an integer of 1 to 10), -O-, -CH2O- or -COO-.
また、上記式[S1]中、G1及びG2は、それぞれ独立して、炭素数6~12の2価の芳香族基、及び炭素数3~8の2価の脂環式基からなる群から選ばれる2価の環状基を表す。該環状基上の任意の水素原子は、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、炭素数1~3のフッ素含有アルキル基、炭素数1~3のフッ素含有アルコキシ基又はフッ素原子で置換されていてもよい。m及びnは、それぞれ独立して、0~3の整数を示し、m及びnの合計は1~6であり、好ましくは1~4である。 In the above formula [S1], G1 and G2 each independently represent a divalent cyclic group selected from the group consisting of a divalent aromatic group having 6 to 12 carbon atoms and a divalent alicyclic group having 3 to 8 carbon atoms. Any hydrogen atom on the cyclic group may be substituted with an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, a fluorine-containing alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a fluorine-containing alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, or a fluorine atom. m and n each independently represent an integer of 0 to 3, and the sum of m and n is 1 to 6, preferably 1 to 4.
また、上記式[S1]中、R1は、炭素数1~20のアルキル基、炭素数1~20のアルコキシ基又は炭素数2~20のアルコキシアルキル基を表す。R1を形成する任意の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。このうち、炭素数6~12の2価の芳香族基の例としては、フェニレン基、ビフェニル構造、ナフチレン基等が挙げられる。また、炭素数3~8の2価の脂環式基の例としては、シクロプロピレン基、シクロヘキシレン基等が挙げられる。 In the above formula [S1], R 1 represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an alkoxyalkyl group having 2 to 20 carbon atoms. Any hydrogen atom forming R 1 may be substituted with a fluorine atom. Among these, examples of the divalent aromatic group having 6 to 12 carbon atoms include a phenylene group, a biphenyl structure, and a naphthylene group. Examples of the divalent alicyclic group having 3 to 8 carbon atoms include a cyclopropylene group and a cyclohexylene group.
従って、上記式[S1]の好ましい具体例として、下記式[S1-x1]~[S1-x7]があげられる。
上記式[S1-x1]~[S1-x7]中、R1は、上記式[S1]の場合と同様である。Xpは、-(CH2)a-(aは1~15の整数を示す。)、-CONH-、-NHCO-、-CON(CH3)-、-NH-、-O-、-CH2O-、-CH2OCO-、-COO-又は-OCO-を表す。A1は、酸素原子又は-COO-*(「*」を付した結合手が(CH2)a2と結合する)を表す。A2は、酸素原子又は*-COO-(「*」を付した結合手が(CH2)a2と結合する)を表す。a3は0又は1の整数を示し、a1及びa2はそれぞれ独立して2~10の整数を示す。Cyは1,4-シクロへキシレン基又は1,4-フェニレン基を表す。 In the above formulas [S1-x1] to [S1-x7], R 1 is the same as in the above formula [S1]. X p represents -(CH 2 ) a - (a represents an integer of 1 to 15), -CONH-, -NHCO-, -CON(CH 3 )-, -NH-, -O-, -CH 2 O-, -CH 2 OCO-, -COO- or -OCO-. A 1 represents an oxygen atom or -COO-* (the bond marked with "*" is bonded to (CH 2 ) a2 ). A 2 represents an oxygen atom or *-COO- (the bond marked with "*" is bonded to (CH 2 ) a2 ). a 3 represents an integer of 0 or 1, and a 1 and a 2 each independently represent an integer of 2 to 10. Cy represents a 1,4-cyclohexylene group or a 1,4-phenylene group.
[b]:下記式[S2]で表される特定側鎖構造を有するジアミン
また、上記式[S2]中、R2は、炭素数1~20のアルキル基又は炭素数2~20のアルコキシアルキル基を表す。R2を形成する任意の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。なかでも、液晶配向剤の液晶配向性の点から、R2は炭素数3~20のアルキル基又は炭素数2~20のアルコキシアルキル基が好ましい。
式[S2]の好ましい具体例としては、X3が、-O-、-CH2O-、-COO-又は-OCO-のいずれかであり、R2が炭素数3~20のアルキル基又は炭素数2~20のアルコキシアルキル基である場合が好ましく、R2が炭素数3~20のアルキル基である場合が更に好ましく、R2を形成する任意の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。
In the above formula [S2], R2 represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an alkoxyalkyl group having 2 to 20 carbon atoms. Any hydrogen atom forming R2 may be substituted with a fluorine atom. Among them, from the viewpoint of the liquid crystal alignment property of the liquid crystal aligning agent, R2 is preferably an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms or an alkoxyalkyl group having 2 to 20 carbon atoms.
As a preferred specific example of formula [S2], X 3 is any one of -O-, -CH 2 O-, -COO- or -OCO-, and R 2 is preferably an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms or an alkoxyalkyl group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms, and any hydrogen atom forming R 2 may be substituted with a fluorine atom.
[c]:下記式[S3]で表される特定側鎖構造を有するジアミン
上記式[S3]の例として下記式[S3-x]が挙げられる。Meはメチル基を表す。An example of the above formula [S3] is the following formula [S3-x]. Me represents a methyl group.
上記式[S3-x]中、Xは、上記式[X1]、[X2]又は[X3]を表す。また、Colは、上記式[Col1]~[Col3]のいずれかを表し、Gは、上記式[G1]~[G4]のいずれかを表す。*は結合手を表す。In the above formula [S3-x], X represents the above formula [X1], [X2] or [X3]. Col represents any of the above formulas [Col1] to [Col3], and G represents any of the above formulas [G1] to [G4]. * represents a bond.
上記式[S3-x]における、X、Col及びGの好ましい組合せの例としては、例えば、下記の組合せが挙げられる。すなわち、[X1]と[Col1]と[G1]、[X1]と[Col1]と[G2]、[X1]と[Col2]と[G1]、[X1]と[Col2]と[G2]、[X1]と[Col3]と[G2]、[X1]と[Col3]と[G1]、[X2]と[Col1]と[G2]、[X2]と[Col2]と[G2]、[X2]と[Col2]と[G1]、[X2]と[Col3]と[G2]、[X2]と[Col1]と[G1]、[X3]と[Col2]と[G1]、[X3]と[Col2]と[G2]、[X3]と[Col2]と[G3]である。 In the above formula [S3-x], preferred examples of combinations of X, Col, and G include the following combinations: [X1], [Col1], and [G1], [X1], [Col1], and [G2], [X1], [Col2], and [G1], [X1], [Col2], and [G2], [X1], [Col3], and [G2], [X1], [Col3], and [G1], [X2], [Col1], and [G2], [X2], [Col2], and [G2], [X2], [Col2], and [G1], [X2], [Col3], and [G2], [X2], [Col1], and [G1], [X3], [Col2], and [G1], [X3], [Col2], and [G2], [X3], [Col2], and [G3].
また、上記式[S3]の具体的としては、特開平4-281427号公報の段落[0024]に記載のステロイド化合物から水酸基(ヒドロキシ基)を除いた構造、同公報の段落[0030]に記載のステロイド化合物から酸クロライド基を除いた構造、同公報の段落[0038]に記載のステロイド化合物からアミノ基を除いた構造、同公報の段落[0042]にステロイド化合物からハロゲン原子を除いた構造、及び特開平8-146421の段落[0018]~[0022]に記載の構造等が挙げられる。 Specific examples of the above formula [S3] include the structure obtained by removing a hydroxyl group (hydroxy group) from the steroid compound described in paragraph [0024] of JP-A-4-281427, the structure obtained by removing an acid chloride group from the steroid compound described in paragraph [0030] of the same publication, the structure obtained by removing an amino group from the steroid compound described in paragraph [0038] of the same publication, the structure obtained by removing a halogen atom from the steroid compound described in paragraph [0042] of the same publication, and the structure described in paragraphs [0018] to [0022] of JP-A-8-146421.
なお、ステロイド骨格の代表例としては、コレステロール(上記式[S3-x]における[Col1]及び[G2]の組み合わせ)が挙げられるが、該コレステロールを含まないステロイド骨格を利用することもできる。すなわち、ステロイド骨格を有するジアミンとして、例えば3,5-ジアミノ安息香酸コレスタニル等が挙げられるが、かかるコレステロール骨格を有するジアミンを含まないジアミン成分とすることも可能である。また、特定側鎖構造を有するジアミンとして、ジアミンと側鎖との連結位置にアミド結合を含まないものを利用することもできる。本実施形態においては、コレステロール骨格を有するジアミンを含まないジアミン成分を利用しても、長期に渡って高い電圧保持率を確保できる液晶配向膜や液晶表示素子を得ることができる液晶配向剤を提供できる。A typical example of a steroid skeleton is cholesterol (the combination of [Col1] and [G2] in the above formula [S3-x]), but a steroid skeleton that does not contain cholesterol can also be used. That is, an example of a diamine having a steroid skeleton is cholestanyl 3,5-diaminobenzoate, but it is also possible to use a diamine component that does not contain a diamine having a cholesterol skeleton. In addition, as a diamine having a specific side chain structure, one that does not contain an amide bond at the linking position between the diamine and the side chain can also be used. In this embodiment, a liquid crystal alignment agent can be provided that can obtain a liquid crystal alignment film or liquid crystal display element that can maintain a high voltage retention rate for a long period of time even if a diamine component that does not contain a diamine having a cholesterol skeleton is used.
なお、上記式[S1]~[S3]で表される側鎖構造を有するジアミンは、それぞれ、下記式[1-S1]~[1-S3]の構造で表される。The diamines having side chain structures represented by the above formulas [S1] to [S3] are represented by the structures of the following formulas [1-S1] to [1-S3], respectively.
(垂直配向性を発現する二側鎖型の特定側鎖構造を有するジアミン)
垂直配向性を発現する二側鎖型の特定側鎖構造を有するジアミンは、例えば下記式[N1]で表される。
(Diamine having a specific two-side chain structure exhibiting vertical alignment properties)
The diamine having a specific two-side chain structure that exhibits vertical alignment properties is represented, for example, by the following formula [N1].
上記式[N1]中、Xは、単結合、-O-、-C(CH3)2-、-NH-、-CO-、-NHCO-、-COO-、-(CH2)m-、-SO2-又はそれらの任意の組み合わせからなる2価の有機基を表す。なかでも、Xは、単結合、-O-、-NH-、又は-O-(CH2)m-O-が好ましい。「それらの任意の組み合わせ」の例としては、-O-(CH2)m-O-、-O-C(CH3)2-、-CO-(CH2)m-、-NH-(CH2)m-、-SO2-(CH2)m-、-CONH-(CH2)m-、-CONH-(CH2)m-NHCO-、-COO-(CH2)m-OCO-、-NH-(CH2)m-NH-、-SO2-(CH2)m-SO2-等が挙げられる。mは1~8の整数を示す。
また、上記式[N1]中、2つのYは、それぞれ独立して、上記式[S1]~[S3]で表される側鎖構造から選ばれる1価の基を表す。
In the above formula [N1], X represents a single bond, -O-, -C(CH 3 ) 2 -, -NH-, -CO-, -NHCO-, -COO-, -(CH 2 ) m -, -SO 2 -, or a divalent organic group consisting of any combination thereof. Among these, X is preferably a single bond, -O-, -NH-, or -O-(CH 2 ) m -O-. Examples of "any combination thereof" include -O-( CH2 ) m -O-, -O-C( CH3 ) 2- , -CO-( CH2 ) m- , -NH-(CH2)m-, -SO2- ( CH2 ) m- , -CONH-( CH2 ) m- , -CONH-( CH2 ) m- NHCO-, -COO-( CH2 ) m -OCO-, -NH-( CH2 ) m -NH-, -SO2- ( CH2 ) m - SO2- , and the like, where m is an integer of 1 to 8 .
In the above formula [N1], two Y's each independently represent a monovalent group selected from the side chain structures represented by the above formulas [S1] to [S3].
また、上記式[N1]中、Yは、Xの位置からメタ位であってもオルト位であってもよいが、好ましくはオルト位がよい。すなわち、上記式[N1]は、下記式[1’]であるのが好ましい。In addition, in the above formula [N1], Y may be in the meta position or the ortho position relative to the position of X, but is preferably in the ortho position. In other words, the above formula [N1] is preferably the following formula [1'].
また、上記式[N1]中、2つのアミノ基(-NH2)の位置は、ベンゼン環上のいずれの位置であってもよいが、下記式[1]-a1~[1]-a3で表される位置が好ましく、下記式[1]-a1であるのがより好ましい。下記式中、Xは、上記式[N1]における場合と同様である。なお、下記式[1]-a1~[1]-a3は、2つのアミノ基の位置を説明するものであり、上記式[N1]中で表されていたYの表記が省略されている。 In addition, in the above formula [N1], the positions of the two amino groups (-NH 2 ) may be any positions on the benzene ring, but the positions represented by the following formulas [1]-a1 to [1]-a3 are preferred, and the following formula [1]-a1 is more preferred. In the following formulas, X is the same as in the above formula [N1]. Note that the following formulas [1]-a1 to [1]-a3 explain the positions of the two amino groups, and the notation of Y represented in the above formula [N1] is omitted.
従って、上記式[1’]及び[1]-a1~[1]-a3に基づけば、上記式[N1]は、下記式[1]-a1-1~[1]-a3-2からなる群から選ばれるいずれかの構造であるのが好ましく、下記式[1]-a1-1で表される構造がより好ましい。下記式中、X及びYは、それぞれ式[N1]における場合と同様である。Therefore, based on the above formulas [1'] and [1]-a1 to [1]-a3, the above formula [N1] is preferably any structure selected from the group consisting of the following formulas [1]-a1-1 to [1]-a3-2, and more preferably a structure represented by the following formula [1]-a1-1. In the following formulas, X and Y are each the same as in formula [N1].
また、上記式[S1]~[S3]の例として、下記式[S]-1~[S]-20が挙げられる。このうち、上記式[S1]の例としては、下記式[S]-1~[S]-4、[S]-8又は[S]-10が好ましい。なお、下記式中、*は、上記式[1]、[1’]及び[1]-a1~[1]-a3におけるフェニル基との結合位置を表す。また、[S]-1~[S]-20において、nは1~20の整数であり、mは1~6の整数である。 Furthermore, examples of the above formulas [S1] to [S3] include the following formulas [S]-1 to [S]-20. Of these, preferred examples of the above formula [S1] are the following formulas [S]-1 to [S]-4, [S]-8 and [S]-10. In the following formulas, * represents the bonding position with the phenyl group in the above formulas [1], [1'] and [1]-a1 to [1]-a3. In addition, in [S]-1 to [S]-20, n is an integer from 1 to 20, and m is an integer from 1 to 6.
<その他のジアミン:光反応性側鎖を有するジアミン>
本実施形態のジアミン成分は、その他のジアミンとして、光反応性側鎖を有するジアミンを含有してもよい。ジアミン成分が、光反応性側鎖を有するジアミンを含有することで、特定重合体やそれ以外の重合体に、光反応性側鎖を導入できるようになる。
光反応性側鎖を有するジアミンの具体例は、例えば、再公表特許公報2016/140328号公報の段落[0124]~[0132]に記載のものを挙げることができるがこれに限定されない。
<Other diamines: diamines having photoreactive side chains>
The diamine component of the present embodiment may contain a diamine having a photoreactive side chain as the other diamine. When the diamine component contains a diamine having a photoreactive side chain, the photoreactive side chain can be introduced into the specific polymer or other polymers.
Specific examples of diamines having a photoreactive side chain include, but are not limited to, those described in paragraphs [0124] to [0132] of Republished Patent Publication No. 2016/140328.
これらの光反応性側鎖を有するジアミンは、1種単独又は2種以上混合して用いることができる。液晶配向膜とした際の液晶配向性、プレチルト角、電圧保持特性、蓄積電荷等の特性、液晶表示素子とした際の液晶の応答速度等に応じて、1種単独か2種以上混合して用いるか、また、2種以上混合して用いる場合にはその割合等、適宜調整すればよい。These diamines having photoreactive side chains can be used alone or in combination of two or more. Whether to use alone or in combination of two or more, and if to use in combination of two or more, the ratio, etc., can be appropriately adjusted depending on the liquid crystal alignment properties, pretilt angle, voltage retention characteristics, stored charge, and other characteristics when used as a liquid crystal alignment film, and the response speed of the liquid crystal when used as a liquid crystal display element.
本実施形態において、ジアミン成分に光反応性側鎖ジアミンが含まれる場合、該光反応性側鎖ジアミンは、全ジアミン成分の10~70モル%が好ましく、10~60モル%がより好ましい。In this embodiment, when the diamine component contains a photoreactive side chain diamine, the photoreactive side chain diamine preferably accounts for 10 to 70 mol %, and more preferably 10 to 60 mol %, of the total diamine component.
<その他のジアミン:上記以外のジアミン>
特定重合体を得るためのジアミン成分に含まれていてもよいその他のジアミンは、上記光反応性側鎖を有するジアミン等に限定されない。
ポリイミド前駆体及び/又は、ポリイミドを製造する場合、上記したジアミン以外のその他のジアミンをジアミン成分として併用することができる。具体的には、下記ジアミンの他、再公表特許公報WO2016/140328号公報の段落[0135]に記載のものを挙げることができる。
<Other diamines: diamines other than those listed above>
The other diamines that may be contained in the diamine component for obtaining the specific polymer are not limited to the above-mentioned diamines having a photoreactive side chain.
When producing a polyimide precursor and/or a polyimide, diamines other than the above-mentioned diamines can be used in combination as a diamine component. Specifically, in addition to the diamines listed below, those described in paragraph [0135] of the republished patent publication WO2016/140328 can be mentioned.
4,4’-ジアミノアゾベンゼン又はジアミノトランなどの光配向性基を有するジアミン;4,4’-ジアミノジフェニルアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメチルアミン、2,4-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノベンジルアルコール、2,4-ジアミノベンジルアルコール、4,6-ジアミノレゾルシノール;4,4’-ジアミノ-3,3’-ジヒドロキシビフェニル、2,4-ジアミノ安息香酸、2,5-ジアミノ安息香酸、3,5-ジアミノ安息香酸及び下記式(3b-1)~式(3b-4)で表されるジアミンなどのカルボキシル基を有するジアミン;4-(2-(メチルアミノ)エチル)アニリン、1-(4-アミノフェニル)-1,3,3-トリメチル-1H-インダン-5-アミン、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-6-アミン;メタクリル酸2-(2,4-ジアミノフェノキシ)エチル、2,4-ジアミノ-N,N-ジアリルアニリン;1,3-ビス(3-アミノプロピル)-テトラメチルジシロキサン、下記式(Ds-1)で表されるジアミン等のシロキサン結合を有するジアミン;下記式(Ox-1)~(Ox-2)で表されるジアミン、2,6-ジアミノピリジン、3,4-ジアミノピリジン、2,4-ジアミノピリミジン、3,6-ジアミノカルバゾール、N-メチル-3,6-ジアミノカルバゾール、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、3,6-ジアミノアクリジン、N-エチル-3,6-ジアミノカルバゾール、N-フェニル-3,6-ジアミノカルバゾール、下記式(z-1)~式(z-18)で表されるジアミン等の複素環構造を有するジアミン;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、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)等。 Diamines having a photo-alignable group such as 4,4'-diaminoazobenzene or diaminotran; 4,4'-diaminodiphenylamine, 4,4'-diaminodiphenylmethylamine, 2,4-diaminophenol, 3,5-diaminophenol, 3,5-diaminobenzyl alcohol, 2,4-diaminobenzyl alcohol, 4,6-diaminoresorcinol; 4,4'-diamino-3,3'-dihydroxybiphenyl, 2,4-diaminobenzoic acid, 2,5-diaminobenzoic acid , 3,5-diaminobenzoic acid, and diamines having a carboxyl group such as diamines represented by the following formulae (3b-1) to (3b-4); 4-(2-(methylamino)ethyl)aniline, 1-(4-aminophenyl)-1,3,3-trimethyl-1H-indan-5-amine, 1-(4-aminophenyl)-2,3-dihydro-1,3,3-trimethyl-1H-inden-6-amine; 2-(2,4-diaminophenoxy)ethyl methacrylate, 2,4-diamino-N,N-di Allylaniline; 1,3-bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane, diamines having a siloxane bond such as the diamine represented by the following formula (Ds-1); diamines represented by the following formulas (Ox-1) to (Ox-2), 2,6-diaminopyridine, 3,4-diaminopyridine, 2,4-diaminopyrimidine, 3,6-diaminocarbazole, N-methyl-3,6-diaminocarbazole, 1,4-bis-(4-aminophenyl)-piperazine, 3,6-diaminoacrylonitrile, Lysine, N-ethyl-3,6-diaminocarbazole, N-phenyl-3,6-diaminocarbazole, diamines having a heterocyclic structure such as diamines represented by the following formulas (z-1) to (z-18); metaxylylenediamine, 1,3-propanediamine, tetramethylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, 1,3-bis(aminomethyl)cyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, 4,4'-methylenebis(cyclohexylamine), and the like.
上記その他のジアミンは、液晶配向膜とした際の液晶配向性、プレチルト角、電圧保持特性、蓄積電荷などの特性に応じて、1種類又は2種類以上を混合して使用することもできる。The above-mentioned other diamines can also be used alone or in a mixture of two or more types depending on the properties such as liquid crystal alignment, pretilt angle, voltage retention characteristics, and stored charge when formed into a liquid crystal alignment film.
本発明の液晶配向膜をIPS方式やFFS方式の液晶表示素子に用いる場合は、本発明における(A)のポリイミドを構成するジアミンは、炭素数6以上の側鎖基を有するジアミンを用いないことが好ましい。炭素数6以上の側鎖基を有するジアミンとしては、上記特定側鎖構造を有するジアミン、上記垂直配向性を発現する二側鎖型の特定側鎖構造を有するジアミンが挙げられる。When the liquid crystal alignment film of the present invention is used in an IPS or FFS liquid crystal display element, it is preferable that the diamine constituting the polyimide (A) in the present invention does not have a side chain group having 6 or more carbon atoms. Examples of diamines having a side chain group having 6 or more carbon atoms include diamines having the above-mentioned specific side chain structure and diamines having a two-side chain type specific side chain structure that exhibits the above-mentioned vertical alignment property.
<ポリイミド>
本発明のポリイミドは、上記ジアミンと、テトラカルボン酸成分との反応物であるポリイミド前駆体をイミド化して得られるものである。
<Polyimide>
The polyimide of the present invention is obtained by imidizing a polyimide precursor, which is a reaction product between the above diamine and a tetracarboxylic acid component.
<テトラカルボン酸成分>
本発明のポリイミドを得るためのテトラカルボン酸成分としては、下記式[3]で表されるテトラカルボン酸二無水物、又はその誘導体(テトラカルボン酸、テトラカルボン酸ジハライド、テトラカルボン酸ジアルキルエステル、又はテトラカルボン酸ジアルキルエステルジハライド)(これらを総称して、特定テトラカルボン酸という。)を用いることができる。
<Tetracarboxylic acid component>
As the tetracarboxylic acid component for obtaining the polyimide of the present invention, a tetracarboxylic acid dianhydride represented by the following formula [3] or a derivative thereof (tetracarboxylic acid, tetracarboxylic acid dihalide, tetracarboxylic acid dialkyl ester, or tetracarboxylic acid dialkyl ester dihalide) (collectively referred to as specific tetracarboxylic acid) can be used.
特定テトラカルボン酸の具体例としては、以下のものの他、2,3,3’,4-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。
Specific examples of the specific tetracarboxylic acid include, in addition to those listed below, 2,3,3',4-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,2',3,3'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, bis(3,4-dicarboxyphenyl)ether dianhydride, 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, and 3,3',4,4'-diphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride.
特定テトラカルボン酸は、すべてのテトラカルボン酸成分100モル%中、50~100モル%であることが好ましい。なかでも、70~100モル%がより好ましい。更に好ましいのは、80~100モル%である。The specific tetracarboxylic acid is preferably 50 to 100 mol % of the total tetracarboxylic acid components (100 mol %). Of these, 70 to 100 mol % is more preferable. Even more preferable is 80 to 100 mol %.
特定テトラカルボン酸は、特定重合体の溶媒への溶解性や液晶配向剤の塗布性、液晶配向膜とした場合における液晶の配向性、電圧保持率、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。 Specific tetracarboxylic acids can be used alone or in a mixture of two or more types depending on the properties such as the solubility of the specific polymer in the solvent, the coatability of the liquid crystal alignment agent, the alignment of the liquid crystal when made into a liquid crystal alignment film, the voltage retention rate, and the stored charge.
本発明のポリイミドを得るためのテトラカルボン酸成分としては、上記特定テトラカルボン酸以外のテトラカルボン酸(以下、その他のテトラカルボン酸とも言う)を含有しても良い。
その他のテトラカルボン酸としては、以下に示すテトラカルボン酸化合物、テトラカルボン酸二無水物、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又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が挙げられる。
The tetracarboxylic acid component for obtaining the polyimide of the present invention may contain tetracarboxylic acids other than the above-mentioned specific tetracarboxylic acids (hereinafter, also referred to as other tetracarboxylic acids).
Examples of other tetracarboxylic acids include the following tetracarboxylic acid compounds, tetracarboxylic dianhydrides, tetracarboxylic acid dihalide compounds, tetracarboxylic acid dialkyl ester compounds, and tetracarboxylic acid dialkyl ester dihalide compounds.
すなわち、その他のテトラカルボン酸としては、1,2,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6-アントラセンテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ジメチルシラン二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ジフェニルシラン二無水物、2,3,4,5-ピリジンテトラカルボン酸二無水物、2,6-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ピリジン二無水物、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物又は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などが挙げられる。
その他のテトラカルボン酸は、特定重合体の溶媒への溶解性や液晶配向剤の塗布性、液晶配向膜とした場合における液晶配向性、電圧保持率、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。
That is, examples of other tetracarboxylic acids include 1,2,5,6-naphthalene tetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalene tetracarboxylic dianhydride, 1,2,5,6-anthracene tetracarboxylic dianhydride, bis(3,4-dicarboxyphenyl)methane dianhydride, 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)propane dianhydride, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)propane dianhydride, bis(3,4-dicarboxyphenyl)dimethylsilane dianhydride, bis(3,4-dicarboxyphenyl)diphenylsilane dianhydride, 2,3,4,5-pyridine tetracarboxylic dianhydride, 2,6-bis(3,4-dicarboxyphenyl)pyridine dianhydride, 3,4,9,10-perylene tetracarboxylic dianhydride, and 1,3-diphenyl-1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride.
Other tetracarboxylic acids can be used alone or in combination depending on the solubility of the specific polymer in a solvent, the coatability of the liquid crystal alignment agent, and properties such as liquid crystal alignment, voltage holding rate, and stored charge when used as a liquid crystal alignment film.
<ポリイミドの製造方法>
本発明のポリイミドは、上記説明したジアミン成分と、テトラカルボン酸成分と、を反応させる方法により得られる。該方法としては、例えば、1種又は複数種のジアミンからなるジアミン成分と、テトラカルボン酸二無水物及びそのテトラカルボン酸の誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種のテトラカルボン酸成分と、を反応させ、ポリアミド酸を得る方法が挙げられる。具体的には、第一級又は第二級のジアミンと、テトラカルボン酸二無水物と、を重縮合させてポリアミック酸を得る方法が用いられる。
<Method of producing polyimide>
The polyimide of the present invention can be obtained by a method of reacting the diamine component and the tetracarboxylic acid component described above. For example, the method includes a method of reacting a diamine component consisting of one or more diamines with at least one tetracarboxylic acid component selected from the group consisting of tetracarboxylic dianhydrides and derivatives of the tetracarboxylic acid to obtain a polyamic acid. Specifically, a method of polycondensing a primary or secondary diamine with a tetracarboxylic dianhydride to obtain a polyamic acid is used.
ポリアミド酸アルキルエステルを得るためには、カルボン酸基をジアルキルエステル化したテトラカルボン酸と第一級又は第二級のジアミンとを重縮合させる方法、カルボン酸基をハロゲン化したテトラカルボン酸ジハライドと第一級又は第二級のジアミンとを重縮合させる方法、又はポリアミド酸のカルボキシ基をエステルに変換する方法が用いられる。ポリイミドを得るには、上記のポリアミド酸又はポリアミド酸アルキルエステルを閉環させてポリイミドとする方法が用いられる。To obtain a polyamic acid alkyl ester, a method of polycondensing a tetracarboxylic acid in which the carboxylic acid group has been dialkyl esterified with a primary or secondary diamine, a method of polycondensing a tetracarboxylic acid dihalide in which the carboxylic acid group has been halogenated with a primary or secondary diamine, or a method of converting the carboxy group of a polyamic acid into an ester is used. To obtain a polyimide, a method of ring-closing the above polyamic acid or polyamic acid alkyl ester to form a polyimide is used.
ジアミン成分とテトラカルボン酸成分との反応は、通常、溶媒中で行う。その際に用いる溶媒としては、生成したポリイミド前駆体が溶解するものであれば特に限定されない。ここでの溶媒の例としては、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド及び1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン等が挙げられる。また、ポリイミド前駆体の溶媒溶解性が高い場合、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン又は下記式[D-1]~[D-3]で表される溶媒等を用いることができる。The reaction between the diamine component and the tetracarboxylic acid component is usually carried out in a solvent. The solvent used is not particularly limited as long as the generated polyimide precursor dissolves in the solvent. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, and 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone. In addition, when the polyimide precursor has high solvent solubility, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, or solvents represented by the following formulas [D-1] to [D-3] can be used.
式[D-1]中、D1は炭素数1~3のアルキル基を表す。式[D-2]中、D2は炭素数1~3のアルキル基を表す。式[D-3]中、D3は炭素数1~4のアルキル基を表す。 In formula [D-1], D 1 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. In formula [D-2], D 2 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. In formula [D-3], D 3 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
これらの溶媒は、1種単独又は2種以上混合して用いることができる。ポリイミド前駆体を溶解させない溶媒であっても、生成したポリイミド前駆体が析出しない範囲であれば、上記溶媒に混合して使用してもよい。また、溶媒中の水分は、重合反応を阻害し、更には、生成したポリイミド前駆体を加水分解させる原因となるので、溶媒は脱水乾燥させたものを用いることが好ましい。These solvents can be used alone or in combination of two or more. Even if the solvent does not dissolve the polyimide precursor, it may be mixed with the above-mentioned solvent as long as the generated polyimide precursor does not precipitate. Furthermore, moisture in the solvent inhibits the polymerization reaction and may even cause hydrolysis of the generated polyimide precursor, so it is preferable to use a solvent that has been dehydrated and dried.
ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを溶媒中で反応させる際には、ジアミン成分を溶媒に分散、或いは溶解させた溶液を撹拌させ、テトラカルボン酸成分をそのまま、又は溶媒に分散、或いは溶解させて添加する方法、逆にテトラカルボン酸成分を溶媒に分散、或いは溶解させた溶液にジアミン成分を添加する方法、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを交互に添加する方法等が挙げられ、これらのいずれの方法を用いてもよい。また、ジアミン成分又はテトラカルボン酸成分を、それぞれ複数種用いて反応させる場合は、あらかじめ混合した状態で反応させてもよく、個別に順次反応させてもよく、更に個別に反応させた低分子量体を混合反応させ重合体としてもよい。When reacting the diamine component and the tetracarboxylic acid component in a solvent, any of the following methods may be used: a solution in which the diamine component is dispersed or dissolved in a solvent is stirred, and the tetracarboxylic acid component is added as is or dispersed or dissolved in the solvent; conversely, the diamine component is added to a solution in which the tetracarboxylic acid component is dispersed or dissolved in a solvent; or the diamine component and the tetracarboxylic acid component are added alternately. When reacting multiple diamine components or multiple tetracarboxylic acid components, they may be reacted in a premixed state, or may be reacted individually in sequence, or low molecular weight compounds that have been reacted individually may be mixed and reacted to form a polymer.
ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを重縮合せしめる温度は、-20~150℃の任意の温度を選択することができるが、好ましくは-5~100℃の範囲である。反応は任意の濃度で行うことができるが、濃度が低すぎると高分子量の重合体を得ることが難しくなり、濃度が高すぎると反応液の粘性が高くなり過ぎて均一な撹拌が困難となる。そのため、好ましくは1~50質量%、より好ましくは5~30質量%である。反応初期は高濃度で行い、その後、溶媒を追加することもできる。The temperature at which the diamine component and the tetracarboxylic acid component are polycondensed can be selected from -20 to 150°C, but is preferably in the range of -5 to 100°C. The reaction can be carried out at any concentration, but if the concentration is too low it becomes difficult to obtain a high molecular weight polymer, and if the concentration is too high the viscosity of the reaction liquid becomes too high, making uniform stirring difficult. Therefore, the concentration is preferably 1 to 50% by mass, and more preferably 5 to 30% by mass. The reaction can also be carried out at a high concentration at the beginning, with additional solvent added later.
ポリイミド前駆体の重合反応においては、ジアミン成分の合計モル数とテトラカルボン酸成分との合計モル数の比は、0.8~1.2であることが好ましい。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、生成するポリイミド前駆体の分子量は大きくなる。In the polymerization reaction of the polyimide precursor, the ratio of the total number of moles of the diamine component to the total number of moles of the tetracarboxylic acid component is preferably 0.8 to 1.2. As in a normal polycondensation reaction, the closer this molar ratio is to 1.0, the higher the molecular weight of the resulting polyimide precursor will be.
ポリイミドは、上記ポリイミド前駆体を閉環させて得られるポリイミドであり、このポリイミドにおいては、アミド酸基の閉環率(イミド化率ともいう)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できる。本発明で用いられる特定重合体であるポリイミドのイミド化率は、表示不良の発生率を低くする観点から20~100%が好ましく、50~99%がより好ましく、更に好ましくは70~95%である。ポリイミド前駆体をイミド化させる方法としては、ポリイミド前駆体の溶液をそのまま加熱する熱イミド化、又はポリイミド前駆体の溶液に触媒を添加する触媒イミド化が挙げられる。Polyimide is a polyimide obtained by ring-closing the polyimide precursor. In this polyimide, the ring-closing rate of the amic acid group (also called the imidization rate) does not necessarily have to be 100% and can be adjusted as desired depending on the application and purpose. The imidization rate of the polyimide, which is the specific polymer used in the present invention, is preferably 20 to 100% from the viewpoint of reducing the occurrence rate of display defects, more preferably 50 to 99%, and even more preferably 70 to 95%. Methods for imidizing the polyimide precursor include thermal imidization, in which a solution of the polyimide precursor is heated as is, and catalytic imidization, in which a catalyst is added to a solution of the polyimide precursor.
ポリイミド前駆体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方法が好ましい。ポリイミド前駆体の触媒イミド化は、ポリイミド前駆体の溶液に、塩基性触媒と酸無水物とを添加し、-20~250℃、好ましくは0~180℃で撹拌することにより行うことができる。The temperature when thermally imidizing the polyimide precursor in a solution is 100 to 400°C, preferably 120 to 250°C, and it is preferable to carry out the process while removing the water generated by the imidization reaction from the system. Catalytic imidization of the polyimide precursor can be carried out by adding a basic catalyst and an acid anhydride to a solution of the polyimide precursor and stirring at -20 to 250°C, preferably 0 to 180°C.
塩基性触媒の量は、アミド酸基の0.5~30モル倍、好ましくは2~20モル倍であり、酸無水物の量は、アミド酸基の1~50モル倍、好ましくは3~30モル倍である。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が挙げられる。なかでも、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。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が挙げられる。特に、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。触媒イミド化によるイミド化率は、触媒量と反応温度、反応時間を調節することにより制御することができる。The amount of the basic catalyst is 0.5 to 30 molar times, preferably 2 to 20 molar times, the amount of the amide acid group, and the amount of the acid anhydride is 1 to 50 molar times, preferably 3 to 30 molar times, the amount of the amide acid group. Examples of the basic catalyst include pyridine, triethylamine, trimethylamine, tributylamine, trioctylamine, etc. Among them, pyridine is preferred because it has an appropriate basicity for promoting the reaction. Examples of the acid anhydride include acetic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, etc. In particular, the use of acetic anhydride is preferred because it makes purification after the reaction easier. The imidization rate by catalytic imidization can be controlled by adjusting the amount of catalyst, reaction temperature, and reaction time.
ポリイミドの反応溶液から、生成したポリイミドを回収する場合には、反応溶液を溶媒に投入して沈殿させればよい。沈殿に用いる溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ヘキサン、ブチルセロソルブ、ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、ベンゼン、水等が挙げられる。溶媒に投入して沈殿させたポリマーは、濾過して回収した後、常圧或いは減圧下で、又は常温或いは加熱して乾燥することができる。また、沈殿回収した重合体を、溶媒に再溶解させ、再沈殿回収する操作を2~10回繰り返すと、重合体中の不純物を少なくすることができる。この際の溶媒として、例えば、アルコール類、ケトン類、炭化水素等が挙げられる。これらの中から選ばれる3種類以上の溶媒を用いると、より一層精製の効率が上がるので好ましい。When recovering the polyimide produced from the polyimide reaction solution, the reaction solution may be poured into a solvent to cause precipitation. Examples of solvents used for precipitation include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, acetone, hexane, butyl cellosolve, heptane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, benzene, and water. The polymer precipitated by pouring into the solvent can be recovered by filtration and then dried at normal or reduced pressure, or at room temperature or by heating. In addition, the polymer precipitated and recovered can be redissolved in a solvent and the reprecipitation and recovery operation repeated 2 to 10 times to reduce impurities in the polymer. Examples of solvents used in this case include alcohols, ketones, and hydrocarbons. It is preferable to use three or more types of solvents selected from these because this further increases the efficiency of purification.
<末端修飾剤>
本発明におけるポリイミド前駆体やポリイミドを合成するに際して、上記の如きテトラカルボン酸誘導体成分、及びジアミン成分とともに、適当な末端修飾剤を用いて末端修飾型の重合体を合成することとしてもよい。末端修飾型の重合体は、塗膜によって得られる液晶配向膜の膜硬度の向上や、シール剤と液晶配向膜の密着特性の向上という効果を有する。
本発明におけるポリイミド前駆体やポリイミドの末端の例としては、アミノ基、カルボキシル基、酸無水物基、イソシアネート基、チオイソシアネート基又はこれらの誘導体が挙げられる。アミノ基、カルボキシル基、酸無水物基、イソシアネート基、チオイソシアネートは通常の縮合反応により得られ、上記誘導体は、例えば、以下の末端修飾剤を用いて、末端を修飾するにより得ることができる。
<Terminal Modifier>
In synthesizing the polyimide precursor or polyimide of the present invention, a terminal-modified polymer may be synthesized using a suitable terminal modifier together with the above-mentioned tetracarboxylic acid derivative component and diamine component. The terminal-modified polymer has the effect of improving the film hardness of the liquid crystal alignment film obtained by coating and improving the adhesion property between the sealant and the liquid crystal alignment film.
Examples of the terminals of the polyimide precursor or polyimide in the present invention include an amino group, a carboxyl group, an acid anhydride group, an isocyanate group, a thioisocyanate group, or derivatives thereof. The amino group, the carboxyl group, the acid anhydride group, the isocyanate group, and the thioisocyanate group can be obtained by a normal condensation reaction, and the above-mentioned derivatives can be obtained by modifying the terminals, for example, with the following terminal modifiers.
末端修飾剤としては、例えば無水酢酸、無水マレイン酸、無水ナジック酸、無水フタル酸、無水イタコン酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、3-ヒドロキシフタル酸無水物、トリメリット酸無水物、下記式(m-1)~(m-6)で表される化合物、3-(3-トリメトキシシリル)プロピル)-3,4-ジヒドロフラン-2,5-ジオン、4,5,6,7-テトラフルオロイソベンゾフラン-1,3-ジオン、4-エチニルフタル酸無水物などの酸一無水物; Examples of terminal modifiers include acid monoanhydrides such as acetic anhydride, maleic anhydride, nadic anhydride, phthalic anhydride, itaconic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, 3-hydroxyphthalic anhydride, trimellitic anhydride, compounds represented by the following formulas (m-1) to (m-6), 3-(3-trimethoxysilyl)propyl)-3,4-dihydrofuran-2,5-dione, 4,5,6,7-tetrafluoroisobenzofuran-1,3-dione, and 4-ethynylphthalic anhydride;
二炭酸ジ-tert-ブチル、二炭酸ジアリルなどの二炭酸ジエステル化合物;アクリロイルクロリド、メタクリロイルクロリド、ニコチン酸クロリドなどのクロロカルボニル化合物;アニリン、2-アミノフェノール、3-アミノフェノール、4-アミノサリチル酸、5-アミノサリチル酸、6-アミノサリチル酸、2-アミノ安息香酸、3-アミノ安息香酸、4-アミノ安息香酸、シクロヘキシルアミン、n-ブチルアミン、n-ペンチルアミン、n-ヘキシルアミン、n-ヘプチルアミン、n-オクチルアミンなどのモノアミン化合物;エチルイソシアネート、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;エチルイソチオシアネート、アリルイソチオシアネートなどのチオイソシアネート化合物などを挙げることができる。Examples of such compounds include dicarbonate diester compounds such as di-tert-butyl dicarbonate and diallyl dicarbonate; chlorocarbonyl compounds such as acryloyl chloride, methacryloyl chloride and nicotinic acid chloride; monoamine compounds such as aniline, 2-aminophenol, 3-aminophenol, 4-aminosalicylic acid, 5-aminosalicylic acid, 6-aminosalicylic acid, 2-aminobenzoic acid, 3-aminobenzoic acid, 4-aminobenzoic acid, cyclohexylamine, n-butylamine, n-pentylamine, n-hexylamine, n-heptylamine and n-octylamine; monoisocyanate compounds such as ethyl isocyanate, phenyl isocyanate and naphthyl isocyanate; and thioisocyanate compounds such as ethyl isothiocyanate and allyl isothiocyanate.
末端修飾剤の使用割合は、使用するジアミン成分の合計100モル部に対して、0.01~20モル部とすることが好ましく、0.01~10モル部とすることがより好ましい。The proportion of terminal modifier used is preferably 0.01 to 20 molar parts, and more preferably 0.01 to 10 molar parts, per 100 molar parts of the total diamine components used.
<液晶配向剤>
本発明の液晶配向剤は、上記のポリイミド(特定重合体という)を含有するが、異なる構造の重合体を2種以上含有していてもよい。また、重合体に加えて、その他の重合体を含有していてもよい。重合体の形式としては、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリアミック酸エステル、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレア、ポリオルガノシロキサン、セルロース誘導体、ポリアセタール、ポリスチレン又はその誘導体、ポリ(スチレン-フェニルマレイミド)誘導体、ポリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。本発明の液晶配向剤がその他の重合体を含有する場合、全重合体成分に対する特定重合体の割合は5質量%以上が好ましく、例えば5~95質量%が挙げられる。
<Liquid crystal alignment agent>
The liquid crystal alignment agent of the present invention contains the above polyimide (referred to as the specific polymer), but may contain two or more polymers with different structures. In addition to the polymer, it may contain other polymers. Examples of the polymer type include polyamic acid, polyimide, polyamic acid ester, polyester, polyamide, polyurea, polyorganosiloxane, cellulose derivative, polyacetal, polystyrene or its derivative, poly(styrene-phenylmaleimide) derivative, poly(meth)acrylate, etc. When the liquid crystal alignment agent of the present invention contains other polymers, the ratio of the specific polymer to the total polymer components is preferably 5% by mass or more, for example, 5 to 95% by mass.
上記その他の重合体は、中でも液晶配向性を高める観点から、イミド環構造を含有しないポリアミック酸、又はイミド環構造を含有しないポリアミック酸エステル(以下、ポリイミド前駆体(pa)ともいう。)が好ましい。Among the above other polymers, from the viewpoint of enhancing liquid crystal alignment, polyamic acid not containing an imide ring structure or polyamic acid ester not containing an imide ring structure (hereinafter also referred to as polyimide precursor (PA)) is preferred.
ポリイミド前駆体(pa)を得るためのテトラカルボン酸誘導体成分としては、非環式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又はこれらの誘導体が挙げられる。非環式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の具体例としては、上記特定重合体で例示したテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体が挙げられる。中でも好ましいテトラカルボン酸誘導体成分としては、上記式[3]で表される化合物又はこれらの誘導体が好ましい。テトラカルボン酸誘導体成分は、一種のテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。Tetracarboxylic acid derivative components for obtaining the polyimide precursor (pa) include acyclic aliphatic tetracarboxylic acid dianhydrides, alicyclic tetracarboxylic acid dianhydrides, aromatic tetracarboxylic acid dianhydrides, or derivatives thereof. Specific examples of acyclic aliphatic tetracarboxylic acid dianhydrides, alicyclic tetracarboxylic acid dianhydrides, and aromatic tetracarboxylic acid dianhydrides include the tetracarboxylic acid dianhydrides or derivatives thereof exemplified in the above specific polymer. Among them, the preferred tetracarboxylic acid derivative components are the compounds represented by the above formula [3] or derivatives thereof. As the tetracarboxylic acid derivative component, one type of tetracarboxylic acid dianhydride or its derivative may be used alone, or two or more types may be used in combination.
ポリイミド前駆体(pa)を得るためのテトラカルボン酸誘導体成分としては、好ましくは、式[3]におけるX1が、上記式(B-1)~(B-8)、(B-13)~(B-20)から選ばれる式[3]で表されるテトラカルボン酸二無水物又はこれらの誘導体が挙げられる。 The tetracarboxylic acid derivative component for obtaining the polyimide precursor (pa) is preferably a tetracarboxylic acid dianhydride represented by formula [3] in which X 1 in formula [3] is selected from the above formulas (B-1) to (B-8) and (B-13) to (B-20), or a derivative thereof.
上記式[3]で表されるテトラカルボン酸二無水物又はこれらの誘導体の使用割合は、ポリイミド前駆体(pa)の合成に使用される全テトラカルボン酸誘導体成分1モルに対して、1~100モル%が好ましく、5~100モル%がより好ましく、10~100モル%がさらに好ましい。The proportion of the tetracarboxylic dianhydride represented by the above formula [3] or a derivative thereof used is preferably 1 to 100 mol%, more preferably 5 to 100 mol%, and even more preferably 10 to 100 mol%, relative to 1 mole of the total tetracarboxylic acid derivative components used in the synthesis of the polyimide precursor (pa).
ポリイミド前駆体(pa)を得るためのジアミン成分としては、上記特定重合体で例示したジアミン成分が挙げられる。中でも、分子内にウレア結合、アミド結合、カルボキシ基及びヒドロキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有するジアミン(以下、ジアミン(b1)ともいう。)並びに、第二級アミノ基、第三級アミノ基及び複素環からなる群から選ばれる窒素含有構造(但し、ウレア結合、アミド結合、イミド結合は除く。)を有するジアミン(以下、ジアミン(b2)ともいう。)からなる群から選ばれる少なくとも1種のジアミンを含むことが好ましい。前記ジアミン成分は、一種のジアミンを単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。上記において、ジアミン(b1)及び(b2)の合計の好ましい使用量は、ポリイミド前駆体(pa)を製造するためのジアミン成分の全量に対して、10~100モル%であり、より好ましくは10~90モル%であり、さらに好ましくは20~80モル%である。Examples of the diamine component for obtaining the polyimide precursor (pa) include the diamine components exemplified in the specific polymer above. Among them, it is preferable to include at least one diamine selected from the group consisting of a diamine having at least one group selected from the group consisting of a urea bond, an amide bond, a carboxy group, and a hydroxy group in the molecule (hereinafter also referred to as diamine (b1)), and a diamine having a nitrogen-containing structure (excluding urea bonds, amide bonds, and imide bonds) selected from the group consisting of a secondary amino group, a tertiary amino group, and a heterocycle (hereinafter also referred to as diamine (b2)). The diamine component may be a single diamine, or two or more diamines may be used in combination. In the above, the total amount of diamines (b1) and (b2) used is preferably 10 to 100 mol%, more preferably 10 to 90 mol%, and even more preferably 20 to 80 mol% based on the total amount of the diamine components for producing the polyimide precursor (pa).
ポリイミド前駆体(pa)は1成分又は2成分以上のポリイミド前駆体で構成されてもよい。ポリイミド前駆体(pa)のより好ましい具体的な態様としては、上記ジアミン(b1)と上記ジアミン(b2)とを含むジアミン成分と、テトラカルボン酸誘導体成分との反応物である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(以下、共重合体ともいう)、上記ジアミン(b1)を含むジアミン成分と、テトラカルボン酸誘導体成分との反応物である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種のポリイミド前駆体(pa-p1)と、上記ジアミン(b2)を含むジアミン成分と、テトラカルボン酸誘導体成分との反応物である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種のポリイミド前駆体(pa-p2)との混合物(以下、重合体ブレンドともいう。)を挙げることができる。上記共重合体又は重合体ブレンドは単独で使用してもよく、組み合わせて使用してもよい。The polyimide precursor (pa) may be composed of one or more polyimide precursor components. More preferred specific aspects of the polyimide precursor (pa) include at least one polymer (hereinafter also referred to as copolymer) selected from the group consisting of a polyimide precursor which is a reaction product of a diamine component containing the above diamine (b1) and the above diamine (b2) and a tetracarboxylic acid derivative component, at least one polyimide precursor (pa-p1) selected from the group consisting of a diamine component containing the above diamine (b1) and a polyimide precursor which is a reaction product of a tetracarboxylic acid derivative component, and at least one polyimide precursor (pa-p2) selected from the group consisting of a diamine component containing the above diamine (b2) and a polyimide precursor which is a reaction product of a tetracarboxylic acid derivative component (hereinafter also referred to as polymer blend). The above copolymers or polymer blends may be used alone or in combination.
上記共重合体において、ジアミン(b1)の好ましい使用量は、ポリイミド前駆体(pa)を製造するためのジアミン成分の全量に対して、30~100モル%であり、より好ましくは40~100モル%、さらに好ましくは50~100モル%である。
上記共重合体において、ジアミン(b2)の好ましい使用量は、ポリイミド前駆体(pa)を製造するためのジアミン成分の全量に対して、30~100モル%であり、より好ましくは40~100モル%、さらに好ましくは50~100モル%である。
上記重合体ブレンドにおいて、ジアミン(b1)及びジアミン(b2)の好ましい使用量は、それぞれ、ポリイミド前駆体(pa-p1)及びポリイミド前駆体(pa-p2)を製造するためのジアミン成分の全量に対して、20~100モル%である。ジアミン(b1)のより好ましい使用量は、ポリイミド前駆体(pa-p1)を製造するためのジアミン成分の全量に対して、20~90モル%であり、さらに好ましくは20~80モル%である。ジアミン(b2)のより好ましい使用量は、ポリイミド前駆体(pa-p2)を製造するためのジアミン成分の全量に対して、20~80モル%であり、さらに好ましくは30~80モル%である。
In the above copolymer, the amount of diamine (b1) used is preferably 30 to 100 mol %, more preferably 40 to 100 mol %, and even more preferably 50 to 100 mol %, based on the total amount of diamine components used to produce the polyimide precursor (pa).
In the above copolymer, the amount of diamine (b2) used is preferably 30 to 100 mol %, more preferably 40 to 100 mol %, and even more preferably 50 to 100 mol %, based on the total amount of diamine components used to produce the polyimide precursor (pa).
In the above polymer blend, the diamine (b1) and the diamine (b2) are preferably used in an amount of 20 to 100 mol % based on the total amount of the diamine components for producing the polyimide precursor (pa-p1) and the polyimide precursor (pa-p2), respectively. The diamine (b1) is more preferably used in an amount of 20 to 90 mol %, and even more preferably 20 to 80 mol %, based on the total amount of the diamine components for producing the polyimide precursor (pa-p1). The diamine (b2) is more preferably used in an amount of 20 to 80 mol %, and even more preferably 30 to 80 mol %, based on the total amount of the diamine components for producing the polyimide precursor (pa-p2).
上記ジアミン(b1)の具体例としては、上記式[d2-10]~[d2-16]で表されるジアミン、2,4-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノベンジルアルコール、2,4-ジアミノベンジルアルコール、4,6-ジアミノレゾルシノール、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジヒドロキシビフェニル、2,4-ジアミノ安息香酸、2,5-ジアミノ安息香酸、又は3,5-ジアミノ安息香酸又は上記式(3b-1)~式(3b-4)で示されるジアミンが挙げられる。 Specific examples of the diamine (b1) include the diamines represented by the above formulas [d2-10] to [d2-16], 2,4-diaminophenol, 3,5-diaminophenol, 3,5-diaminobenzyl alcohol, 2,4-diaminobenzyl alcohol, 4,6-diaminoresorcinol, 4,4'-diamino-3,3'-dihydroxybiphenyl, 2,4-diaminobenzoic acid, 2,5-diaminobenzoic acid, or 3,5-diaminobenzoic acid, or the diamines represented by the above formulas (3b-1) to (3b-4).
上記ジアミン(b2)の具体例としては、上記式[d2-23]~[d2-28]で表されるジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメチルアミン、上記式(z-1)~式(z-18)で表されるジアミンが好ましい。 Specific examples of the diamine (b2) include the diamines represented by the above formulas [d2-23] to [d2-28], 4,4'-diaminodiphenylamine, 4,4'-diaminodiphenylmethylamine, and the diamines represented by the above formulas (z-1) to (z-18).
上記ポリイミド前駆体(pa-p1)の含有量と上記ポリイミド前駆体(pa-p2)の含有量の質量比率は、5/95~95/5であることが好ましく、より好ましくは10/90~90/10である。The mass ratio of the content of the polyimide precursor (pa-p1) to the content of the polyimide precursor (pa-p2) is preferably 5/95 to 95/5, and more preferably 10/90 to 90/10.
残留DC由来の残像が少ない観点において、特定重合体であるポリイミドとポリイミド前駆体(pa)の含有割合が、[特定重合体であるポリイミド]/[ポリイミド前駆体(pa)]の質量比で5/95~95/5であってもよく、20/80~90/10であってもよく、20/80~80/20であってもよい。From the viewpoint of minimizing afterimages resulting from residual DC, the content ratio of the specific polymer polyimide and the polyimide precursor (pa) may be 5/95 to 95/5 in terms of the mass ratio of [specific polymer polyimide]/[polyimide precursor (pa)], or may be 20/80 to 90/10, or may be 20/80 to 80/20.
液晶配向剤は、均一な薄膜を形成させるという点から、一般的には塗布液の形態をとる。本発明の液晶配向剤も、上記重合体成分と、この重合体成分を溶解させる有機溶媒とを含有する塗布液であることが好ましい。その際、液晶配向剤中の重合体の濃度は、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できる。均一で欠陥のない塗膜を形成させるという点からは、1質量%以上が好ましく、溶液の保存安定性の点からは、10質量%以下が好ましい。特に好ましい重合体の濃度は、2~8質量%である。 Liquid crystal alignment agents are generally in the form of a coating solution in order to form a uniform thin film. The liquid crystal alignment agent of the present invention is also preferably a coating solution containing the above-mentioned polymer component and an organic solvent in which the polymer component is dissolved. In this case, the concentration of the polymer in the liquid crystal alignment agent can be appropriately changed depending on the thickness of the coating film to be formed. In order to form a uniform and defect-free coating film, a concentration of 1% by mass or more is preferable, and in order to ensure the storage stability of the solution, a concentration of 10% by mass or less is preferable. A particularly preferable polymer concentration is 2 to 8% by mass.
液晶配向剤に含有される有機溶媒は、(B)のブチルセロソルブ及びブチルセロソルブアセテートを含有するが、その他、重合体成分が均一に溶解する他の有機溶媒を含有する。
本発明の液晶配向剤は、貧溶媒として、ブチルセロソルブ及びブチルセロソルブアセテートを含有することにより、液同士の結合性に優れ塗膜性が良好で、インクジェット法においても長期に亘って安定して使用できるものとなる。
The organic solvent contained in the liquid crystal alignment agent contains butyl cellosolve and butyl cellosolve acetate (B), and also contains other organic solvents in which the polymer components are uniformly dissolved.
The liquid crystal aligning agent of the present invention contains butyl cellosolve and butyl cellosolve acetate as poor solvents, and therefore has excellent bonding between liquids and good coating properties, and can be stably used for a long period of time even in the inkjet method.
ブチルセロソルブの含有量は好ましくは、液晶配向剤に含まれる全有機溶剤に対して、5~20質量%であり、ブチルセロソルブアセテートの含有量は好ましくは、液晶配向剤に含まれる全有機溶剤に対して、5~20質量%である。ブチルセロソルブとブチルセロソルブアセテートの合計量は、液晶配向剤に含まれる全有機溶剤に対して、10質量%以上である事が好ましく、12質量%以上であることがより好ましく、15質量%以上であることが更に好ましい。The content of butyl cellosolve is preferably 5 to 20% by mass, based on the total organic solvents contained in the liquid crystal alignment agent, and the content of butyl cellosolve acetate is preferably 5 to 20% by mass, based on the total organic solvents contained in the liquid crystal alignment agent. The total amount of butyl cellosolve and butyl cellosolve acetate is preferably 10% by mass or more, more preferably 12% by mass or more, and even more preferably 15% by mass or more, based on the total organic solvents contained in the liquid crystal alignment agent.
他の有機溶媒は、重合体成分を溶解するものであれば特に限定されない。具体例を挙げるならば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルラクトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N-(n-プロピル)-2-ピロリドン、N-イソプロピル-2-ピロリドン、N-(n-ブチル)-2-ピロリドン、N-(tert-ブチル)-2-ピロリドン、N-(n-ペンチル)-2-ピロリドン、N-メトキシプロピル-2-ピロリドン、N-エトキシエチル-2-ピロリドン、N-メトキシブチル-2-ピロリドン、N-シクロヘキシル-2-ピロリドン、3-メトキシ-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、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン(これらを総称して、「溶媒(C1)」ともいう。);ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジイソブチルカルビノール(2,6-ジメチル-4-ヘプタノール)、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ジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、1,2-ブトキシエタン、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、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、3-エトキシブチルアセタート、1-メチルペンチルアセタート、2-エチルブチルアセタート、2-エチルヘキシルアセタート、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールジアセタート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチレングリコールモノイソアミルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、1-(2-ブトキシエトキシ)-2-プロパノール、2-(2-ブトキシエトキシ)-1-プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート、プロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、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ジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、2-(2-エトキシエトキシ)エチルアセタート、ジエチレングリコールアセタート、プロピレングリコールジアセテート、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、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エチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、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、乳酸n-ブチル、乳酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジイソブチルケトン(2,6-ジメチル-4-ヘプタノン)(これらを総称して、「溶媒(C2)」ともいう。)等である。溶媒(C1)は、なかでも、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、又はγ-ブチロラクトン、3-メトキシ-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、N,N-ジメチルラクトアミド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノンを用いることが好ましい。溶媒(C1)の含有量は、液晶配向剤に含まれる全有機溶剤に対して、60~90質量%であることが好ましく、60~88質量%がより好ましく、特に好ましいのは、60~85質量%である。
また、溶媒(C2)は、なかでも、ジイソブチルカルビノール、プロピ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ジアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル、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ジメチルエーテル、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン又はジイソブチルケトンが好ましい。溶媒(C2)の含有量は、液晶配向剤に含まれる全有機溶剤に対して、1~20質量%であることが好ましく、5~20質量%であることが好ましい。
溶媒(C1)と溶媒(C2)を含む場合、溶媒(C1)と溶媒(C2)との含有量の合計は、液晶配向剤に含まれる全有機溶剤に対して、60~90質量%であることが好ましく、60~88質量%がより好ましく、特に好ましいのは、60~85質量%である。
The other organic solvent is not particularly limited as long as it dissolves the polymer component. Specific examples include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N,N-dimethyllactamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, dimethylsulfoxide, γ-butyrolactone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-(n-propyl)-2-pyrrolidone, N-isopropyl-2-pyrrolidone, N-(n-butyl)-2-pyrrolidone, N-(tert-butyl)-2-pyrrolidone, N-(n-pentyl)-2-pyrrolidone, N-methoxypropyl-2-pyrrolidone, N-ethoxyethyl-2-pyrrolidone, N-methoxybutyl-2-pyrrolidone, N-cyclohexyl-2-pyrrolidone, 3-methoxy-N,N-dimethylpropane, amide, 3-butoxy-N,N-dimethylpropanamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone (these are also collectively referred to as "solvent (C1)"); diisopropyl ether, diisobutyl ether, diisobutyl carbinol (2,6-dimethyl-4-heptanol), ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, 1,2-butoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, 3-ethoxybutyl ether acetate, 1-methylpentyl acetate, 2-ethylbutyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol diacetate, propylene carbonate, ethylene carbonate, ethylene glycol monoisoamyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, propylene glycol monobutyl ether, 1-(2-butoxyethoxy)-2-propanol, 2-(2-butoxyethoxy)-1-propanol, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol diacetate, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol di Methyl ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, 2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acetate, diethylene glycol acetate, propylene glycol diacetate, n-butyl acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, propyl 3-methoxypropionate, butyl 3-methoxypropionate, n-butyl lactate, isoamyl lactate, diethylene glycol monoethyl ether, diisobutyl ketone (2,6-dimethyl-4-heptanone) (collectively referred to as "solvent (C2)"). As the solvent (C1), it is preferable to use N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, or γ-butyrolactone, 3-methoxy-N,N-dimethylpropanamide, 3-butoxy-N,N-dimethylpropanamide, N,N-dimethyllactamide, or 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone. The content of the solvent (C1) is preferably 60 to 90 mass%, more preferably 60 to 88 mass%, and particularly preferably 60 to 85 mass%, based on the total organic solvent contained in the liquid crystal alignment agent.
Among them, the solvent (C2) is preferably diisobutyl carbinol, propylene glycol monobutyl ether, propylene glycol diacetate, diethylene glycol diethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone or diisobutyl ketone. The content of the solvent (C2) is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 5 to 20% by mass, based on the total organic solvent contained in the liquid crystal alignment agent.
When the solvent (C1) and the solvent (C2) are contained, the total content of the solvent (C1) and the solvent (C2) is preferably 60 to 90 mass%, more preferably 60 to 88 mass%, and particularly preferably 60 to 85 mass%, based on the total organic solvent contained in the liquid crystal alignment agent.
また、本発明の液晶配向剤に含有される有機溶媒は、上記溶媒に加えて、液晶配向剤を塗布する際の塗布性や塗膜の表面平滑性を向上させる溶媒を用いることもできる。かかる有機溶媒の具体例は、例えば、再公表特許公報WO2016/140328号公報の段落[0177]に記載のものを挙げることができる。In addition to the above-mentioned solvents, the organic solvent contained in the liquid crystal alignment agent of the present invention may also be a solvent that improves the coatability of the liquid crystal alignment agent when applied and the surface smoothness of the coating film. Specific examples of such organic solvents include those described in paragraph [0177] of the republished patent publication WO2016/140328.
本発明の液晶配向剤は、重合体成分及び有機溶媒以外の成分を追加的に含有してもよい。このような追加成分としては、液晶配向膜と基板との密着性や、液晶配向膜とシール材との密着性を高めるための密着助剤、液晶配向膜の強度を高めるための架橋剤、液晶配向膜の誘電率や電気抵抗を調整するための誘電体や導電物質等が挙げられる。これら追加成分の具体例としては、国際公開第2015/060357号の53頁段落[0104]~60頁段落[0116]に開示される貧溶媒や架橋性化合物が挙げられる。The liquid crystal alignment agent of the present invention may additionally contain components other than the polymer component and the organic solvent. Examples of such additional components include adhesion aids for improving the adhesion between the liquid crystal alignment film and the substrate, or between the liquid crystal alignment film and the sealant, crosslinking agents for increasing the strength of the liquid crystal alignment film, and dielectrics and conductive substances for adjusting the dielectric constant and electrical resistance of the liquid crystal alignment film. Specific examples of these additional components include poor solvents and crosslinkable compounds disclosed in paragraphs [0104] on page 53 to [0116] on page 60 of WO 2015/060357.
本発明の液晶配向剤には、上記の他、本発明に記載の特定重合体以外の重合体、液晶配向膜の誘電率や導電性等の電気特性を変化させる目的の誘電体、液晶配向膜と基板との密着性を向上させる目的のシランカップリング剤、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、更には塗膜を焼成する際にポリイミド前駆体の加熱によるイミド化を効率よく進行させる目的のイミド化促進剤等を含有せしめてもよい。In addition to the above, the liquid crystal alignment agent of the present invention may contain polymers other than the specific polymers described in the present invention, dielectrics for changing the electrical properties such as the dielectric constant and conductivity of the liquid crystal alignment film, silane coupling agents for improving adhesion between the liquid crystal alignment film and the substrate, crosslinking compounds for increasing the hardness and density of the film when made into a liquid crystal alignment film, and imidization accelerators for efficiently promoting imidization by heating the polyimide precursor when baking the coating film.
液晶配向膜と基板との密着性を向上させる化合物としては、官能性シラン含有化合物が挙げられる。具体例としては、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、3-アミノプロピルジエトキシメチルシラン、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、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、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、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリス-(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、又は再公表特許公報WO2016/140328号公報の段落[0180]に記載のものを挙げることができる。その含有量は、液晶配向剤に含まれる重合体成分100質量部に対して0.1~30質量部であることが好ましく、より好ましくは0.1~20質量部である。Compounds that improve the adhesion between the liquid crystal alignment film and the substrate include functional silane-containing compounds. Specific examples include 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyldiethoxymethylsilane, 2-aminopropyltrimethoxysilane, 2-aminopropyltriethoxysilane, N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-(2-aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-ureidopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxysilane, N-ethoxycarbonyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, and N-ethoxycarbonyl-3-aminopropyltrimethoxysilane. Propyltriethoxysilane, N-triethoxysilylpropyltriethylenetriamine, N-trimethoxysilylpropyltriethylenetriamine, 10-trimethoxysilyl-1,4,7-triazadecane, 10-triethoxysilyl-1,4,7-triazadecane, 9-trimethoxysilyl-3,6-diazanonyl acetate, 9-triethoxysilyl-3,6-diazanonyl acetate, N-benzyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-benzyl-3-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, Phenyl-3-aminopropyltriethoxysilane, N-bis(oxyethylene)-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-bis(oxyethylene)-3-aminopropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloyltrimethoxysilane, Examples of the compound include acryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, tris-(trimethoxysilylpropyl)isocyanurate, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, and those described in paragraph [0180] of republished patent publication WO2016/140328. The content is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 0.1 to 20 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the polymer component contained in the liquid crystal alignment agent.
また液晶配向膜の膜強度をさらに上げるために、オキシラニル基、オキセタニル基、保護イソシアネート基、保護イソチオシアネート基、オキサゾリン環構造を含む基、メルドラム酸構造を含む基、シクロカーボネート基及びヒドロキシアルキルアミド基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の基を2つ以上有する化合物(以下、特定の架橋性基を2つ以上有する化合物ともいう。)、又は2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジヒドロキシメチルフェニル)プロパン、テトラ(メトキシメチル)ビスフェノール等のフェノール化合物などの架橋性化合物を添加してもよい。これらの架橋性化合物は、液晶配向剤に含有される重合体の総量100質量部に対して0.1~30質量部が好ましく、1~20質量部がより好ましい。上記特定の架橋性基を2つ以上有する化合物としては、下記の化合物が挙げられる。In order to further increase the film strength of the liquid crystal alignment film, a crosslinking compound such as a compound having two or more of at least one group selected from the group consisting of an oxiranyl group, an oxetanyl group, a protected isocyanate group, a protected isothiocyanate group, a group containing an oxazoline ring structure, a group containing a Meldrum's acid structure, a cyclocarbonate group, and a hydroxyalkylamide group (hereinafter also referred to as a compound having two or more specific crosslinking groups), or a phenolic compound such as 2,2-bis(4-hydroxy-3,5-dihydroxymethylphenyl)propane or tetra(methoxymethyl)bisphenol may be added. The amount of these crosslinking compounds is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 1 to 20 parts by mass, per 100 parts by mass of the total amount of the polymer contained in the liquid crystal alignment agent. Examples of the compound having two or more of the specific crosslinking groups include the following compounds.
<液晶配向膜>
本発明の液晶配向膜は、上記液晶配向剤から得られる。本発明の液晶配向剤の使用により、基板に対して水平に配向している液晶分子を電界によって応答させるIPS方式やFFS方式に特に好適であり、電圧保持率に優れ、蓄積電荷の緩和が早く、残像特性に優れる液晶配向膜や液晶表示素子を提供できる。液晶配向膜を得る方法の一例を挙げるなら、本発明の液晶配向剤を、基板に塗布した後、必要に応じて乾燥し、焼成を行うことで得られる硬化膜を、そのまま液晶配向膜として用いることもできる。また、この硬化膜をラビングしたり、偏光又は特定の波長の光等を照射したり、イオンビーム等の処理をしたり、PSA用配向膜として液晶充填後の液晶表示素子に電圧を印加した状態でUVを照射することも可能である。
<Liquid crystal alignment film>
The liquid crystal alignment film of the present invention is obtained from the liquid crystal alignment agent. The use of the liquid crystal alignment agent of the present invention is particularly suitable for the IPS system or FFS system in which liquid crystal molecules aligned horizontally to the substrate are made to respond to an electric field, and a liquid crystal alignment film and a liquid crystal display element having excellent voltage retention, rapid relaxation of accumulated charges, and excellent afterimage characteristics can be provided. As an example of a method for obtaining a liquid crystal alignment film, the liquid crystal alignment agent of the present invention can be applied to a substrate, and then dried and baked as necessary to obtain a cured film, which can be used as a liquid crystal alignment film as it is. In addition, the cured film can be rubbed, irradiated with polarized light or light of a specific wavelength, or treated with an ion beam, or irradiated with UV light while a voltage is applied to the liquid crystal display element after filling with liquid crystal as an alignment film for PSA.
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、窒化珪素基板とともに、アクリル基板やポリカーボネート基板等のプラスチック基板等を用いることもできる。その際、液晶を駆動させるためのITO電極などが形成された基板を用いると、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、この場合の電極にはアルミニウム等の光を反射する材料も使用できる。The substrate on which the liquid crystal alignment agent is applied is not particularly limited as long as it is a highly transparent substrate, and in addition to glass substrates and silicon nitride substrates, plastic substrates such as acrylic substrates and polycarbonate substrates can also be used. In this case, it is preferable to use a substrate on which an ITO electrode for driving the liquid crystal is formed in terms of simplifying the process. In addition, in a reflective liquid crystal display element, an opaque material such as a silicon wafer can be used for only one substrate, and in this case, a light-reflecting material such as aluminum can be used for the electrode.
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、インクジェット法等が一般的である。その他の塗布方法としては、ディップ法、ロールコータ法、スリットコータ法、スピンナー法、スプレー法等があり、目的に応じてこれらを用いてもよい。液晶配向剤を基板上に塗布した後は、ホットプレート、熱循環型オーブン、IR(赤外線)型オーブン等の加熱手段により、溶媒を蒸発させ、焼成する。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できる。乾燥の工程は、必ずしも必要とされないが、塗布後から焼成までの時間が基板ごとに一定していない場合、又は塗布後ただちに焼成されない場合には、乾燥工程を行うことが好ましい。この乾燥は、基板の搬送等により塗膜形状が変形しない程度に溶媒が除去されていればよく、その乾燥手段については特に限定されない。例えば、温度40~150℃、好ましくは60~100℃のホットプレート上で、0.5~30分、好ましくは1~5分乾燥させる方法が挙げられる。The method of applying the liquid crystal alignment agent is not particularly limited, but industrially, screen printing, offset printing, flexographic printing, inkjet printing, etc. are generally used. Other application methods include dip method, roll coater method, slit coater method, spinner method, spray method, etc., and these may be used depending on the purpose. After the liquid crystal alignment agent is applied to the substrate, the solvent is evaporated and baked by heating means such as a hot plate, a heat circulation type oven, or an IR (infrared) type oven. The temperature and time can be selected for the drying and baking process after the liquid crystal alignment agent is applied. Although the drying process is not necessarily required, it is preferable to perform a drying process when the time from application to baking is not constant for each substrate, or when baking is not performed immediately after application. This drying is sufficient as long as the solvent is removed to an extent that the coating film shape is not deformed by transportation of the substrate, etc., and the drying means are not particularly limited. For example, a method of drying for 0.5 to 30 minutes, preferably 1 to 5 minutes, on a hot plate at a temperature of 40 to 150 ° C., preferably 60 to 100 ° C., can be mentioned.
本発明の液晶配向剤を用いた場合、特にインクジェット法において塗布する場合、貧溶媒として、ブチルセロソルブ及びブチルセロソルブアセテートを含有することにより、スタンバイショットを長期に亘って実施しても、ポリイミド溶液からなる液がインクジェットヘッドの表面に付着することが抑制されるため、ヘッド上で析出することなく安定した吐出が可能になる。When the liquid crystal alignment agent of the present invention is used, particularly when applied by the inkjet method, the inclusion of butyl cellosolve and butyl cellosolve acetate as poor solvents prevents the liquid consisting of the polyimide solution from adhering to the surface of the inkjet head, even when standby shots are performed over a long period of time, enabling stable ejection without precipitation on the head.
液晶配向剤を塗布することにより形成された塗膜の焼成温度は限定されず、例えば100~350℃、好ましくは120~300℃であり、さらに好ましくは150~250℃である。焼成時間は5~240分、好ましくは10~90分であり、より好ましくは20~90分である。加熱は、通常公知の方法、例えば、ホットプレート、熱風循環炉、赤外線炉などで行うことができる。The baking temperature of the coating film formed by applying the liquid crystal alignment agent is not limited, and is, for example, 100 to 350°C, preferably 120 to 300°C, and more preferably 150 to 250°C. The baking time is 5 to 240 minutes, preferably 10 to 90 minutes, and more preferably 20 to 90 minutes. Heating can be performed by a commonly known method, such as a hot plate, a hot air circulation oven, or an infrared oven.
焼成後の液晶配向膜の厚みは、薄すぎると液晶表示素子の信頼性が低下する場合があるので、5~300nmが好ましく、10~200nmがより好ましい。本発明の液晶配向膜はとりわけIPS方式やFFS方式の液晶表示素子の液晶配向膜として有用である。The thickness of the liquid crystal alignment film after baking is preferably 5 to 300 nm, more preferably 10 to 200 nm, since if it is too thin, the reliability of the liquid crystal display element may decrease. The liquid crystal alignment film of the present invention is particularly useful as a liquid crystal alignment film for IPS-type and FFS-type liquid crystal display elements.
<液晶表示素子及びその製造方法>
液晶表示素子は、上記の方法により、基板に液晶配向膜を形成した後、公知の方法で液晶セルを作製できる。液晶表示素子の具体例としては、対向するように配置された2枚の基板と、基板間に設けられた液晶層と、基板と液晶層との間に設けられ液晶配向剤により形成された上記液晶配向膜とを有する液晶セルを具備する水平配向方式の液晶表示素子である。具体的には、液晶配向剤を2枚の基板上に塗布して焼成した後、ラビング処理や、光配向処理などで配向処理し、また、垂直配向用途などでは配向処理無しで、液晶配向膜として使用できる。これらの液晶配向膜が対向するように2枚の基板を配置し、この2枚の基板の間に液晶で構成された液晶層を挟持し、すなわち、液晶配向膜に接触させて液晶層を設けることで作製される液晶セルを具備する水平配向方式の液晶表示素子である。
<Liquid crystal display element and its manufacturing method>
The liquid crystal display element can be produced by forming a liquid crystal alignment film on the substrate by the above method, and then producing a liquid crystal cell by a known method. A specific example of the liquid crystal display element is a horizontal alignment type liquid crystal display element having a liquid crystal cell having two substrates arranged to face each other, a liquid crystal layer provided between the substrates, and the above liquid crystal alignment film formed by a liquid crystal alignment agent provided between the substrates and the liquid crystal layer. Specifically, the liquid crystal alignment agent is applied to the two substrates and baked, and then subjected to an alignment treatment such as rubbing treatment or photoalignment treatment, and can be used as a liquid crystal alignment film without alignment treatment for vertical alignment applications. The two substrates are arranged so that the liquid crystal alignment films face each other, and a liquid crystal layer made of liquid crystal is sandwiched between the two substrates, i.e., the liquid crystal layer is provided in contact with the liquid crystal alignment film, producing a liquid crystal cell.
液晶表示素子の基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されないが、通常は、基板上に液晶を駆動するための透明電極が形成された基板である。具体例としては、上記液晶配向膜で記載した基板と同様のものを挙げることができる。透明なガラス製の基板を準備し、一方の基板の上にコモン電極を、他方の基板の上にセグメント電極を設ける。これらの電極は、例えばITO電極とすることができ、所望の画像表示ができるようパターニングされている。次いで、各基板の上に、コモン電極とセグメント電極を被覆するようにして絶縁膜を設ける。絶縁膜は、例えば、ゾル-ゲル法によって形成されたSiO2-TiO2の膜とすることができる。 The substrate of the liquid crystal display element is not particularly limited as long as it is a highly transparent substrate, but is usually a substrate on which a transparent electrode for driving liquid crystal is formed. Specific examples include the same substrates as those described for the liquid crystal alignment film above. A transparent glass substrate is prepared, and a common electrode is provided on one substrate, and a segment electrode is provided on the other substrate. These electrodes can be, for example, ITO electrodes, and are patterned so as to display a desired image. Next, an insulating film is provided on each substrate so as to cover the common electrode and the segment electrode. The insulating film can be, for example, a SiO 2 -TiO 2 film formed by a sol-gel method.
また、TFT型の素子のような高機能素子においては、液晶駆動のための電極と基板の間にトランジスタの如き素子が形成されたものが用いられる。In addition, in high-performance elements such as TFT-type elements, transistor-like elements are formed between the electrodes for driving the liquid crystal and the substrate.
透過型の液晶表示素子の場合は、上記の如き基板を用いることが一般的であるが、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基板も用いることが可能である。その際、基板に形成された電極には、光を反射するアルミニウムの如き材料を用いることもできる。 In the case of transmissive liquid crystal display elements, the above-mentioned substrates are generally used, but in the case of reflective liquid crystal display elements, an opaque substrate such as a silicon wafer can be used for only one of the substrates. In such cases, a light-reflecting material such as aluminum can be used for the electrodes formed on the substrate.
液晶表示素子の液晶層を構成する液晶材料は特に限定されず、従来の水平配向方式で使用される液晶材料、例えば、メルク社製のMLC-3019などのポジ型の液晶や同社製のMLC-7026-100などのネガ型の液晶を用いることができる。また、PSAモードでは、例えば下記式で表されるような重合性化合物含有の液晶を使用することができる。There are no particular limitations on the liquid crystal material that constitutes the liquid crystal layer of the liquid crystal display element, and liquid crystal materials used in conventional horizontal alignment methods, such as positive-type liquid crystals such as MLC-3019 manufactured by Merck, and negative-type liquid crystals such as MLC-7026-100 manufactured by the same company, can be used. In addition, in the PSA mode, liquid crystals containing a polymerizable compound, such as that represented by the following formula, can be used.
液晶層を2枚の基板の間に挟持させる方法としては、公知の方法を挙げることができる。例えば、液晶配向膜が形成された1対の基板を用意し、一方の基板の液晶配向膜上にビーズ等のスペーサーを散布し、液晶配向膜が形成された側の面が内側になるようにしてもう一方の基板を貼り合わせ、液晶を減圧注入して封止する方法が挙げられる。また、液晶配向膜が形成された1対の基板を用意し、一方の基板の液晶配向膜上にビーズ等のスペーサーを散布した後に液晶を滴下し、その後液晶配向膜が形成された側の面が内側になるようにしてもう一方の基板を貼り合わせて封止を行う方法でも液晶セルを作製できる。上記スペーサーの厚みは、好ましくは1~30μm、より好ましくは2~10μmである。A known method can be used to sandwich a liquid crystal layer between two substrates. For example, a method can be used in which a pair of substrates on which a liquid crystal alignment film is formed is prepared, spacers such as beads are dispersed on the liquid crystal alignment film of one substrate, the other substrate is bonded to the substrate so that the surface on which the liquid crystal alignment film is formed faces inward, and liquid crystal is injected under reduced pressure and sealed. A liquid crystal cell can also be produced by a method in which a pair of substrates on which a liquid crystal alignment film is formed is prepared, spacers such as beads are dispersed on the liquid crystal alignment film of one substrate, liquid crystal is then dripped onto the substrate, and the other substrate is bonded to the substrate so that the surface on which the liquid crystal alignment film is formed faces inward, and sealed. The thickness of the spacer is preferably 1 to 30 μm, more preferably 2 to 10 μm.
液晶配向膜及び液晶層に電圧を印加しながら紫外線を照射することにより液晶セルを作製する工程は、例えば基板上に設置されている電極間に電圧をかけることで液晶配向膜及び液晶層に電界を印加し、この電界を保持したまま紫外線を照射する方法が挙げられる。ここで、電極間にかける電圧としては、例えば5~30Vp-p、好ましくは5~20Vp-pである。紫外線の照射量は、例えば、1~60J/cm2、好ましくは40J/cm2以下であり、紫外線照射量が少ないほうが、液晶表示素子を構成する部材の破壊により生じる信頼性低下を抑制でき、かつ紫外線照射時間を減らせることで製造効率が上がるので好適である。 The process of producing a liquid crystal cell by irradiating ultraviolet light while applying a voltage to the liquid crystal alignment film and the liquid crystal layer can be, for example, a method of applying an electric field to the liquid crystal alignment film and the liquid crystal layer by applying a voltage between electrodes disposed on a substrate, and irradiating ultraviolet light while maintaining this electric field. Here, the voltage applied between the electrodes is, for example, 5 to 30 Vpp, preferably 5 to 20 Vpp. The amount of ultraviolet light irradiation is, for example, 1 to 60 J/ cm2 , preferably 40 J/cm2 or less. A smaller amount of ultraviolet light irradiation is preferable because it can suppress a decrease in reliability caused by destruction of the members constituting the liquid crystal display element, and because it can increase manufacturing efficiency by reducing the ultraviolet light irradiation time.
上記のように、液晶配向膜及び液晶層に電圧を印加しながら紫外線を照射すると、重合性化合物が反応して重合体を形成し、この重合体により液晶分子が傾く方向が記憶されることで、得られる液晶表示素子の応答速度を速くすることができる。また、液晶配向膜及び液晶層に電圧を印加しながら紫外線を照射すると、液晶を垂直に配向させる側鎖と、光反応性の側鎖とを有するポリイミド前駆体、及び、このポリイミド前駆体をイミド化して得られるポリイミドから選択される少なくとも一種の重合体が有する光反応性の側鎖同士や、重合体が有する光反応性の側鎖と重合性化合物が反応するため、得られる液晶表示素子の応答速度を速くすることができる。As described above, when the liquid crystal alignment film and the liquid crystal layer are irradiated with ultraviolet light while applying a voltage, the polymerizable compound reacts to form a polymer, and this polymer memorizes the direction in which the liquid crystal molecules tilt, thereby increasing the response speed of the resulting liquid crystal display element. In addition, when the liquid crystal alignment film and the liquid crystal layer are irradiated with ultraviolet light while applying a voltage, the photoreactive side chains of at least one polymer selected from a polyimide precursor having a side chain that vertically aligns the liquid crystal and a photoreactive side chain, and a polyimide obtained by imidizing this polyimide precursor, react with each other, or the photoreactive side chain of the polymer reacts with the polymerizable compound, thereby increasing the response speed of the resulting liquid crystal display element.
次に、偏光板の設置を行う。具体的には、2枚の基板の液晶層とは反対側の面に一対の偏光板を貼り付けることが好ましい。Next, polarizing plates are installed. Specifically, it is preferable to attach a pair of polarizing plates to the surfaces of the two substrates opposite the liquid crystal layer.
なお、本発明の液晶配向膜及び液晶表示素子は、本発明の液晶配向剤を用いている限り上記の構成や製造方法に限定されるものではなく、その他の公知の手法で作製されたものであってもよい。液晶配向剤から液晶表示素子を得るまでの工程は、例えば、特開2015-135393号公報の17頁の段落[0074]~19頁の段落[0082]等に開示されている。 The liquid crystal alignment film and liquid crystal display element of the present invention are not limited to the above configuration and manufacturing method as long as the liquid crystal alignment agent of the present invention is used, and may be manufactured by other known methods. The process of obtaining a liquid crystal display element from a liquid crystal alignment agent is disclosed, for example, in paragraphs [0074] on page 17 to [0082] on page 19 of JP 2015-135393 A.
重合体光反応性の側鎖を有する場合には、重合性化合物を重合させると共に、光反応性側鎖同士や、重合体が有する光反応性側鎖と重合性化合物を反応させることにより、より効率的に液晶の配向が固定化され、応答速度に優れた液晶表示素子となる。 When the polymer has photoreactive side chains, the polymerizable compound is polymerized and the photoreactive side chains are reacted with each other or with the polymerizable compound, thereby more efficiently fixing the alignment of the liquid crystal and producing a liquid crystal display element with excellent response speed.
以下に実施例を挙げ、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下における化合物の略号及び各特性の測定方法は、次のとおりである。The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these. The abbreviations of the compounds and the methods for measuring the respective properties are as follows:
(ジアミン)
(テトラカルボン酸二無水物)
(末端修飾剤)
Boc2O:二炭酸ジ-tert-ブチル
(Terminal Modifier)
Boc 2 O: di-tert-butyl dicarbonate
(添加剤)
s-1:3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン
(有機溶媒)
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
GBL:γ-ブチロラクトン
BCS:エチレングリコールモノブチルエーテル
BCA:エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート
DME:ジプロピレングリコールジメチルエーテル
PB:プロピレングリコールモノブチルエーテル
s-1: 3-glycidoxypropyltriethoxysilane (organic solvent)
NMP: N-methyl-2-pyrrolidone GBL: γ-butyrolactone BCS: Ethylene glycol monobutyl ether BCA: Ethylene glycol monobutyl ether acetate DME: Dipropylene glycol dimethyl ether PB: Propylene glycol monobutyl ether
<イミド化率の測定>
ポリイミド粉末20mgをNMRサンプル管(NMRサンプリングチューブスタンダード,φ5(草野科学社製))に入れ、重水素化ジメチルスルホキシド(DMSO-d6,0.05%TMS(テトラメチルシラン)混合品)(0.53ml)を添加し、超音波をかけて完全に溶解させた。この溶液をNMR測定機(JNW-ECA500)(日本電子データム社製)にて500MHzのプロトンNMRを測定した。イミド化率は、イミド化前後で変化しない構造に由来するプロトンを基準プロトンとして決め、このプロトンのピーク積算値と、9.5~10.0ppm付近に現れるアミド酸のNH基に由来するプロトンピーク積算値とを用い以下の式によって求めた。
イミド化率(%)=(1-α・x/y)×100
上記式において、xはアミド酸のNH基由来のプロトンピーク積算値、yは基準プロトンのピーク積算値、αはポリアミド酸(イミド化率が0%)の場合におけるアミド酸のNH基プロトン1個に対する基準プロトンの個数割合である。
<Measurement of imidization rate>
20 mg of polyimide powder was placed in an NMR sample tube (NMR sampling tube standard, φ5 (Kusano Scientific Co., Ltd.)), deuterated dimethyl sulfoxide (DMSO-d6, 0.05% TMS (tetramethylsilane) mixture) (0.53 ml) was added, and the mixture was sonicated to completely dissolve. This solution was measured for proton NMR at 500 MHz using an NMR measurement device (JNW-ECA500) (JEOL Datum Co., Ltd.). The imidization rate was calculated by the following formula, using a proton derived from a structure that does not change before and after imidization as a reference proton, and the peak integrated value of this proton and the proton peak integrated value derived from the NH group of the amic acid that appears around 9.5 to 10.0 ppm.
Imidization rate (%)=(1−α·x/y)×100
In the above formula, x is the integrated value of the proton peak derived from the NH group of the amic acid, y is the integrated value of the peak of the reference proton, and α is the ratio of the number of reference protons to one NH group proton of the amic acid in the case of polyamic acid (imidization rate 0%).
[重合体の合成]
<合成例1>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの四つ口フラスコに、DA-1を10.3g(42.5mmol)、DA-3を7.8g(14.0mmol)、及びDA-4を4.78g(14.0mmol)秤取し、NMPを固形分濃度が15質量%になるように加えて、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CA-1を10.2g(45.5mmol)添加し、更に固形分濃度が18質量%になるようにNMPを加えた。40℃で1時間撹拌した後、室温にてCA-2を3.57g(18.2mmol)添加し、更に固形分濃度が18質量%になるようにNMPを加えた。この重合溶液を3時間撹拌してポリアミド酸溶液(PA-I)を得た。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに得られた上記ポリアミド酸溶液(PA-I)を100.0g取り、末端修飾剤であるBoc2Oを4.06g(18.6mmol)添加し、40℃で15時間撹拌した後に、末端修飾されたポリアミド酸溶液(PAboc-I)を得た。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに得られた上記末端修飾されたポリアミド酸溶液(PAboc-I)を100.0g取り、NMPを固形分濃度が12質量%となるように加え、30分撹拌した。得られたポリアミド酸溶液に、無水酢酸を10.54g、及びピリジンを2.72g加えて、室温で30分撹拌した後、55℃で2時間15分加熱撹拌し、化学イミド化を行った。得られた反応液を反応液質量の3.5倍量のメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ過し、続いて、メタノールで3回洗浄した。得られた樹脂粉末を80℃で12時間真空乾燥することで、ポリイミド(SPI1-1)の粉末を得た。このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は75%であった。得られたポリイミド(SPI1-1)にNMPを固形分濃度が15質量%となるように加え、70℃で15時間撹拌し、固形分濃度が15質量%のポリイミド(SPI1-1)の溶液を得た。
[Synthesis of polymer]
<Synthesis Example 1>
In a four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 10.3 g (42.5 mmol) of DA-1, 7.8 g (14.0 mmol) of DA-3, and 4.78 g (14.0 mmol) of DA-4 were weighed out, and NMP was added so that the solid content concentration was 15% by mass, and stirred and dissolved while feeding nitrogen. While stirring this diamine solution, 10.2 g (45.5 mmol) of CA-1 was added, and further NMP was added so that the solid content concentration was 18% by mass. After stirring at 40 ° C. for 1 hour, 3.57 g (18.2 mmol) of CA-2 was added at room temperature, and further NMP was added so that the solid content concentration was 18% by mass. This polymerization solution was stirred for 3 hours to obtain a polyamic acid solution (PA-I).
100.0 g of the above-obtained polyamic acid solution (PA-I) was placed in a 100 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, and 4.06 g (18.6 mmol) of a terminal modifier, Boc 2 O, was added. After stirring at 40° C. for 15 hours, a terminal-modified polyamic acid solution (PAboc-I) was obtained.
100.0 g of the above-obtained terminal-modified polyamic acid solution (PAboc-I) was taken in a 100 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, and NMP was added so that the solid content concentration was 12 mass%, and the mixture was stirred for 30 minutes. 10.54 g of acetic anhydride and 2.72 g of pyridine were added to the obtained polyamic acid solution, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes, and then heated and stirred at 55 ° C for 2 hours and 15 minutes to perform chemical imidization. The obtained reaction solution was poured into methanol in an amount 3.5 times the reaction solution mass while stirring, and the precipitate was filtered and then washed three times with methanol. The obtained resin powder was vacuum dried at 80 ° C for 12 hours to obtain a powder of polyimide (SPI1-1). The imidization rate of this polyimide resin powder was 75%. NMP was added to the obtained polyimide (SPI1-1) so that the solid content concentration was 15% by mass, and the mixture was stirred at 70° C. for 15 hours to obtain a solution of polyimide (SPI1-1) having a solid content concentration of 15% by mass.
<合成例2>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの四つ口フラスコに、DA-2を4.18g(10.5mmol)、DA-3を2.92g(5.2mmol)、及びDA-5を5.63g(19.3mmol)秤取し、NMPを固形分濃度が19質量%になるように加えて、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CA-5を4.51g(22.7mmol)添加し、更に固形分濃度が20質量%になるようにNMPを加えた。50℃で1時間撹拌した後、室温にてCA-2を2.31g(11.8mmol)添加し、更に固形分濃度が20質量%になるようにNMPを加えた。この重合溶液を3時間撹拌してポリアミド酸溶液(PA-II)を得た。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに得られた上記ポリアミド酸溶液(PA-II)を50.0g取り、末端修飾剤であるBoc2Oを0.30g(1.37mmol)添加し、40℃で15時間撹拌した後に、末端修飾されたポリアミド酸溶液(PAboc-II)を得た。
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに得られた上記末端修飾されたポリアミド酸溶液(PAboc-II)を50.0g取り、NMPを固形分濃度が12質量%となるように加え、30分撹拌した。得られたポリアミド酸溶液に、無水酢酸を6.40g、及びピリジンを2.12g加えて、室温で30分撹拌した後、60℃で4時間加熱撹拌し、化学イミド化を行った。得られた反応液を反応液質量の3.5倍量のメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ過し、続いて、メタノールで3回洗浄した。得られた樹脂粉末を80℃で12時間真空乾燥することで、ポリイミド(SPI1-2)の粉末を得た。このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は95%であった。得られたポリイミド(SPI1-2)にNMPを固形分濃度が15質量%となるように加え、70℃で15時間撹拌し、固形分濃度が15質量%のポリイミド(SPI1-2)の溶液を得た。
<Synthesis Example 2>
In a four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 4.18 g (10.5 mmol) of DA-2, 2.92 g (5.2 mmol) of DA-3, and 5.63 g (19.3 mmol) of DA-5 were weighed out, and NMP was added so that the solid content concentration was 19% by mass, and stirred and dissolved while feeding nitrogen. While stirring this diamine solution, 4.51 g (22.7 mmol) of CA-5 was added, and NMP was further added so that the solid content concentration was 20% by mass. After stirring at 50 ° C. for 1 hour, 2.31 g (11.8 mmol) of CA-2 was added at room temperature, and NMP was further added so that the solid content concentration was 20% by mass. This polymerization solution was stirred for 3 hours to obtain a polyamic acid solution (PA-II).
50.0 g of the above-obtained polyamic acid solution (PA-II) was placed in a 100 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, and 0.30 g (1.37 mmol) of a terminal modifier, Boc 2 O, was added. After stirring at 40° C. for 15 hours, a terminal-modified polyamic acid solution (PAboc-II) was obtained.
50.0 g of the above-obtained terminal-modified polyamic acid solution (PAboc-II) was taken in a 100 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, and NMP was added so that the solid content concentration was 12 mass%, and the mixture was stirred for 30 minutes. 6.40 g of acetic anhydride and 2.12 g of pyridine were added to the obtained polyamic acid solution, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes, and then heated and stirred at 60 ° C. for 4 hours to perform chemical imidization. The obtained reaction solution was poured into methanol in an amount 3.5 times the mass of the reaction solution while stirring, and the precipitate was filtered and then washed three times with methanol. The obtained resin powder was vacuum dried at 80 ° C. for 12 hours to obtain a powder of polyimide (SPI1-2). The imidization rate of this polyimide resin powder was 95%. NMP was added to the obtained polyimide (SPI1-2) so that the solid content concentration was 15% by mass, and the mixture was stirred at 70° C. for 15 hours to obtain a solution of polyimide (SPI1-2) having a solid content concentration of 15% by mass.
<合成例3>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの四つ口フラスコに、DA-9を20.2g(47.9mmol)及びDA-7を6.35g(32.0mmol)秤取し、NMPを固形分濃度が9質量%になるように加えて、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CA-2を15.3g(78.0mmol)添加し、更に固形分濃度が12質量%になるようにNMPを加えた。この重合溶液を5時間撹拌してポリアミド酸溶液(PAA2-1)を得た。
<Synthesis Example 3>
20.2 g (47.9 mmol) of DA-9 and 6.35 g (32.0 mmol) of DA-7 were weighed into a four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, and NMP was added so that the solid content concentration was 9% by mass, and the mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. While stirring this diamine solution, 15.3 g (78.0 mmol) of CA-2 was added, and NMP was further added so that the solid content concentration was 12% by mass. This polymerization solution was stirred for 5 hours to obtain a polyamic acid solution (PAA2-1).
<合成例4>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの四つ口フラスコに、DA-10を14.3g(47.9mmol)及びDA-11を4.81g(32.0mmol)秤取し、NMPを固形分濃度が15質量%になるように加えて、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CA-2を6.67g(34.0mmol)添加し、更に固形分濃度が15質量%になるようにNMPを加えた。室温で2時間撹拌した後、CA-4を10.0g(40.0mmol)添加し、更に固形分濃度が15質量%になるようにNMPを加えた。この重合溶液を50℃で12時間撹拌しポリアミド酸溶液(PAA2-2)を得た。
<Synthesis Example 4>
In a four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 14.3 g (47.9 mmol) of DA-10 and 4.81 g (32.0 mmol) of DA-11 were weighed out, and NMP was added so that the solid content concentration was 15% by mass, and stirred and dissolved while feeding nitrogen. While stirring this diamine solution, 6.67 g (34.0 mmol) of CA-2 was added, and NMP was further added so that the solid content concentration was 15% by mass. After stirring at room temperature for 2 hours, 10.0 g (40.0 mmol) of CA-4 was added, and NMP was further added so that the solid content concentration was 15% by mass. This polymerization solution was stirred at 50 ° C. for 12 hours to obtain a polyamic acid solution (PAA2-2).
<合成例5>
撹拌装置及び窒素導入管付きの四つ口フラスコに、DA-7を29.3g(148mmol)、DA-9を46.8g(111mmol)、及びDA-12を12.0g(111mmol)秤取し、NMPを451g、GBLを194g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水冷下で撹拌しながら、CA-2を55.1g(281mmol)とGBLを固形分濃度が14.5質量%となるように加え、窒素雰囲気下水冷下で2時間撹拌した。さらに、CA-3を16.1g(74.0mmol)添加し、さらにGBLを固形分濃度が15%となるように加え、窒素雰囲気下50℃で15時間撹拌し、固形分濃度15%でNMP/GBL=50/50(質量比)となるポリアミド酸溶液(PAA2-3)を得た。
<Synthesis Example 5>
In a four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 29.3 g (148 mmol) of DA-7, 46.8 g (111 mmol) of DA-9, and 12.0 g (111 mmol) of DA-12 were weighed out, 451 g of NMP and 194 g of GBL were added, and the mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. While stirring this diamine solution under water cooling, 55.1 g (281 mmol) of CA-2 and GBL were added so that the solid content concentration was 14.5% by mass, and the mixture was stirred for 2 hours under water cooling in a nitrogen atmosphere. Further, 16.1 g (74.0 mmol) of CA-3 was added, and GBL was further added so that the solid content concentration was 15%, and the mixture was stirred for 15 hours at 50 ° C. under a nitrogen atmosphere to obtain a polyamic acid solution (PAA2-3) having a solid content concentration of 15% and NMP / GBL = 50 / 50 (mass ratio).
<合成例6>
撹拌装置及び窒素導入管付きの四つ口フラスコに、DA-8を7.45g(26.0mmol)秤取し、固形分濃度が11質量%となるように、NMPを60.2g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水冷下で撹拌しながら、CA-3を5.16g(23.6mmol)とNMPを固形分濃度が12%となるように加え、この重合溶液を50℃で15時間撹拌しポリアミド酸溶液(PAA2-4)を得た。
<Synthesis Example 6>
7.45 g (26.0 mmol) of DA-8 was weighed out into a four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, and 60.2 g of NMP was added so that the solid content concentration was 11% by mass, and the mixture was dissolved by stirring while feeding nitrogen. While stirring this diamine solution under water cooling, 5.16 g (23.6 mmol) of CA-3 and NMP were added so that the solid content concentration was 12%, and the polymerization solution was stirred at 50° C. for 15 hours to obtain a polyamic acid solution (PAA2-4).
<合成例7>
撹拌装置及び窒素導入管付きの四つ口フラスコに、DA-6を7.97g(40.0mmol)秤取し、NMPを55.6g、及びGBLを59.1g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水冷下で撹拌しながら、CA-2を6.37g(32.5mmol)添加し、さらにNMPを31.3g加えて、窒素を送りながら水冷下で3時間撹拌した。次に、DA-7を1.98g(10.0mmol)、及びGBLを13.9g加えて撹拌し溶解させた後、CA-6を3.00g(10.0mmol)、及びGBLを13.9g加えて、窒素を送りながら水冷下で3時間撹拌し、固形分濃度10%でNMP/GBL=50/50(質量比)となるポリアミド酸溶液(PAA2-5)を得た。
<Synthesis Example 7>
7.97g (40.0mmol) of DA-6 was weighed out into a four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 55.6g of NMP and 59.1g of GBL were added, and the mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. While stirring this diamine solution under water cooling, 6.37g (32.5mmol) of CA-2 was added, and 31.3g of NMP was further added, and the mixture was stirred for 3 hours under water cooling while feeding nitrogen. Next, 1.98g (10.0mmol) of DA-7 and 13.9g of GBL were added and stirred to dissolve, and then 3.00g (10.0mmol) of CA-6 and 13.9g of GBL were added, and the mixture was stirred for 3 hours under water cooling while feeding nitrogen, to obtain a polyamic acid solution (PAA2-5) having a solid content concentration of 10% and NMP/GBL=50/50 (mass ratio).
<合成例8>
撹拌装置及び窒素導入管付きの四つ口フラスコに、DA-7を16.4g(82.5mmol)、DA-6を16.4g(82.5mmol)秤取し、NMPを240.5g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水冷下で撹拌しながら、CA-4を20.6g(82.5mmol)とNMPを固形分濃度が15.0質量%となるように加え、窒素雰囲気下50℃で5時間撹拌した。さらに、CA-7を22.4g(76.2mmol)添加し、さらにNMPを固形分濃度が15%となるように加え、窒素雰囲気下50℃で15時間撹拌し、固形分15%となるポリアミド酸溶液(PAA2-6)の溶液を得た。
<Synthesis Example 8>
In a four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 16.4 g (82.5 mmol) of DA-7 and 16.4 g (82.5 mmol) of DA-6 were weighed out, and 240.5 g of NMP was added and stirred while feeding nitrogen to dissolve. While stirring this diamine solution under water cooling, 20.6 g (82.5 mmol) of CA-4 and NMP were added so that the solid content concentration was 15.0 mass%, and stirred at 50 ° C. under a nitrogen atmosphere for 5 hours. Further, 22.4 g (76.2 mmol) of CA-7 was added, and further NMP was added so that the solid content concentration was 15%, and stirred at 50 ° C. under a nitrogen atmosphere for 15 hours to obtain a polyamic acid solution (PAA2-6) having a solid content of 15%.
[液晶配向剤の調製]
<実施例1>
合成例1で得られたポリイミド(SPI1-1)の溶液、合成例3で得られたポリアミド酸溶液(PAA2-1)、及び合成例4で得られたポリアミド酸溶液(PAA2-2)を用いて、NMP、GBL、BCS及びBCAにより希釈し、化合物c-1を全ての重合体100質量部に対して3質量部となるように添加し、更に化合物s-1を全ての重合体100質量部に対して1質量部となるように添加し室温で撹拌した。次いで、この得られた溶液を孔径0.5μmのフィルターでろ過することにより、重合体の成分比率が(SPI1-1):(PAA2-1):(PAA2-2)=30:40:30(固形分換算質量比)、溶媒組成比がNMP:GBL:BCS:BCA=30:45.9:5:15(質量比)、重合体固形分濃度が4.1質量%となる液晶配向剤(1)を得た。この液晶配向剤に、濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
[Preparation of liquid crystal alignment agent]
Example 1
The solution of polyimide (SPI1-1) obtained in Synthesis Example 1, the polyamic acid solution (PAA2-1) obtained in Synthesis Example 3, and the polyamic acid solution (PAA2-2) obtained in Synthesis Example 4 were diluted with NMP, GBL, BCS, and BCA, and compound c-1 was added so that it was 3 parts by mass relative to 100 parts by mass of all polymers, and further compound s-1 was added so that it was 1 part by mass relative to 100 parts by mass of all polymers and stirred at room temperature. Next, the resulting solution was filtered through a filter having a pore size of 0.5 μm, and the polymer component ratio was (SPI1-1): (PAA2-1): (PAA2-2) = 30: 40: 30 (solid content equivalent mass ratio), the solvent composition ratio was NMP: GBL: BCS: BCA = 30: 45.9: 5: 15 (mass ratio), and the polymer solid content concentration was 4.1 mass%. A liquid crystal alignment agent (1) was obtained. The liquid crystal alignment agent was found to have no abnormalities such as turbidity or precipitation, and was confirmed to be a homogeneous solution.
<実施例2~8、比較例1~7>
下記表1に示す重合体及び溶媒の比率に従い、合成例1~8で得られた溶液を用いて実施例1と同様に液晶配向剤(2)~(15)を得た。
<Examples 2 to 8, Comparative Examples 1 to 7>
According to the ratio of polymer and solvent shown in Table 1 below, liquid crystal alignment agents (2) to (15) were obtained in the same manner as in Example 1 using the solutions obtained in Synthesis Examples 1 to 8.
[印刷性の評価]
上記で得られた液晶配向剤(1)~(15)を孔径1.0μmのフィルターで濾過した後、インクジェット印刷機(石井表記製、IP-1212NC1180L)に充填し各種評価を実施した。
[Evaluation of Printing Properties]
The liquid crystal alignment agents (1) to (15) obtained above were filtered through a filter having a pore size of 1.0 μm, and then filled into an inkjet printer (IP-1212NC1180L, manufactured by Ishii Hyoku) and various evaluations were carried out.
1.初期塗布性の評価
クロムが蒸着されたガラス基板にスキャンスピード:500mm/秒、メニスカス値:-4500Pa、塗布エリア:65mm(スキャン垂直方向)×75mm(スキャン平行方向)にて塗布を行い、23℃で35秒間放置した。その後90℃のホットプレート上で2分間乾燥させた後、230℃の熱風循環式オーブンで20分間焼成を行い膜厚600Åのポリイミド膜付き基板を得た。なお、塗布の際スキャンピッチは同一膜厚になるように夫々の液晶配向剤に固有の値を用いた。
続いて得られた膜付き基板を目視および光学顕微鏡(Nikon製、ECLIPSE L300ND)にて観察を行った。均一な膜が形成されていれば「良好」、ムラやスジが見られた場合は「不良」と定義し評価した。
1. Evaluation of initial coating properties Coating was performed on a glass substrate on which chromium had been vapor-deposited at a scan speed of 500 mm/sec, a meniscus value of -4500 Pa, and a coating area of 65 mm (perpendicular to the scan direction) x 75 mm (parallel to the scan direction), and the substrate was left at 23°C for 35 seconds. The substrate was then dried on a hot plate at 90°C for 2 minutes, and then baked in a hot air circulating oven at 230°C for 20 minutes to obtain a substrate with a polyimide film having a thickness of 600 Å. Note that the scan pitch during coating was set to a value specific to each liquid crystal alignment agent so that the film thickness was the same.
The obtained film-coated substrate was then visually observed and observed under an optical microscope (Nikon Corporation, ECLIPSE L300ND). If a uniform film was formed, it was evaluated as "good", and if unevenness or streaks were observed, it was evaluated as "poor".
2.吐出安定性の評価
長期でスタンバイショットを実施し、ヘッド表面の液漏れ、析出および塗布性を評価した。スタンバイショットはノズルの詰まりを抑制するために定期的に液を噴射する工程である。
2. Evaluation of ejection stability Standby shots were performed over a long period of time to evaluate leakage, precipitation, and coating properties on the head surface. The standby shot is a process in which the liquid is periodically ejected to prevent nozzle clogging.
(1)ヘッド表面の液漏れ
間隔:1分、吐出時間:3秒にて15時間スタンバイショットを行い、その後ヘッド表面の目視観察を実施し、ヘッドのノズルから液が漏れていない場合を「良好」、ヘッド表面に液が付着している場合を「不良」と定義し評価した。
(2)塗布性
その後上記初期塗布性の評価と同様にして膜厚600Åのポリイミド膜付き基板を得、目視および光学顕微鏡にて観察を行った。均一な膜が形成されていれば「良好」、スジが見られた場合は「不良」と定義し評価した。
(3)ヘッド表面の析出物
さらにヘッド表面を布(アズワン製、アズピュアワイパーAS-909)で拭き取った後、布表面の目視観察および光学顕微鏡観察を実施し、析出物が見られない場合を「良好」、析出物が見られた場合を「不良」と定義し評価した。
(1) Leakage of liquid from the head surface Standby shots were performed for 15 hours with an interval of 1 minute and a discharge time of 3 seconds, and then the head surface was visually observed. The case where there was no leakage of liquid from the nozzles of the head was defined as "good", and the case where liquid was attached to the head surface was defined as "poor".
(2) Coatability Thereafter, a substrate with a polyimide film having a thickness of 600 Å was obtained in the same manner as in the evaluation of the initial coatability described above, and was observed visually and under an optical microscope. The evaluation was defined as "good" if a uniform film was formed, and "poor" if streaks were observed.
(3) Precipitates on the Head Surface Furthermore, the head surface was wiped with a cloth (ASPURE Wiper AS-909, manufactured by AS ONE), and then the cloth surface was observed visually and under an optical microscope. The case where no precipitates were observed was defined as "good", and the case where precipitates were observed was defined as "poor".
上記実施例1~8及び比較例1~7の各液晶配向剤について、上記の通り実施した評価結果を下記表2に示す。
比較例2、5の液晶配向剤は初期塗布性の評価において、液同士の結合性不足に起因する鱗状のムラが発生し「不良」であった。また、比較例1、3、4、6の液晶配向剤は吐出安定性の評価において、長時間のスタンバイショット後ヘッド上に液漏れおよび析出物が見られ、スキャン方向に沿ったスジが観察され「不良」であった。なお、比較例7の液晶配向剤は液漏れが観察されたが、析出物は観察されずスジやムラも確認されなかった。
一方、実施例の液晶配向剤は初期、長期スタンバイショット後いずれもスジやムラは見られず、ヘッド表面に液漏れや析出物が観察されなかった。
In the evaluation of the initial coatability of the liquid crystal alignment agents of Comparative Examples 2 and 5, scale-like unevenness occurred due to insufficient bonding between the liquids, and the result was "poor." In addition, in the evaluation of the ejection stability of the liquid crystal alignment agents of Comparative Examples 1, 3, 4, and 6, liquid leakage and precipitation were observed on the head after a long standby shot, and streaks along the scanning direction were observed, and the result was "poor." In addition, liquid leakage was observed for the liquid crystal alignment agent of Comparative Example 7, but no precipitation was observed, and no streaks or unevenness were confirmed.
On the other hand, the liquid crystal alignment agents of the Examples did not show any streaks or unevenness either in the initial state or after the long-term standby shot, and no liquid leakage or precipitate was observed on the head surface.
実施例3および比較例4、5、6の液晶配向剤に関して、上記初期塗布性の評価において得られた基板上のポリイミド膜のスキャン垂直方向および水平方向の測長を行った。さらに、測長値からスキャン垂直方向は65mm、水平方向は75mmそれぞれ差し引き、それらを平均した値を塗布エリアからの液の濡れ広がりとして算出した。すなわち本値が小さいほど寸法安定性が良好であることを意味する。評価結果を下記表3に示す。 For the liquid crystal alignment agents of Example 3 and Comparative Examples 4, 5, and 6, the polyimide film on the substrate obtained in the above-mentioned evaluation of initial coatability was measured in the vertical and horizontal scan directions. In addition, 65 mm was subtracted from the measured values in the vertical scan direction and 75 mm in the horizontal direction, and the average value was calculated as the wetting spread of the liquid from the coating area. In other words, the smaller this value, the better the dimensional stability. The evaluation results are shown in Table 3 below.
実施例3は比較例4~6同様拡がりが小さく寸法安定性が良好だった。 Example 3, like Comparative Examples 4 to 6, had little spreading and good dimensional stability.
なお、実施例1~8の液晶配向剤は公知の方法により、配向欠陥がない液晶表示素子を作成することが可能であった。 In addition, the liquid crystal alignment agents of Examples 1 to 8 made it possible to create liquid crystal display elements without alignment defects using known methods.
Claims (12)
(A):式[2]から選ばれる少なくとも1種のジアミンを含有するジアミン成分と、テトラカルボン酸成分との反応物であるポリイミド前駆体をイミド化して得られるポリイミド。
(B):ブチルセロソルブ及びブチルセロソルブアセテートを含有する有機溶媒。 A liquid crystal aligning agent comprising the following (A) and (B):
(A): A polyimide obtained by imidizing a polyimide precursor, which is a reaction product between a diamine component containing at least one diamine selected from the formula [2] and a tetracarboxylic acid component.
(B): An organic solvent containing butyl cellosolve and butyl cellosolve acetate.
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