JP7633608B2 - Diamine, its production method and polymer - Google Patents
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Description
本発明は、新規の液晶配向剤及び液晶配向膜、並びに液晶表示素子並びに新規のジアミン及びその製造方法並びに重合体に関する。 The present invention relates to a novel liquid crystal alignment agent and liquid crystal alignment film, a liquid crystal display element, and a novel diamine and its manufacturing method and polymer.
現在、液晶表示素子はパーソナルコンピュータや携帯電話、テレビジョン受像機等の表示部として幅広く用いられている。液晶表示素子は、例えば素子基板とカラーフィルタ基板との間に挟持された液晶層、液晶層に電界を印加する画素電極及び共通電極、液晶層の液晶分子の配向性を制御する液晶配向膜、画素電極に供給される電気信号をスイッチングする薄膜トランジスタ(TFT)等を備えている。これらのうち、液晶配向膜は、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸(「ポリアミック酸」ともいう)や、そのイミド化物であるポリイミドの溶液からなるポリイミド系の液晶配向剤を、基板に塗布して成膜することで作製されている。 Currently, liquid crystal display elements are widely used as display units for personal computers, mobile phones, television receivers, etc. Liquid crystal display elements include, for example, a liquid crystal layer sandwiched between an element substrate and a color filter substrate, pixel electrodes and a common electrode that apply an electric field to the liquid crystal layer, a liquid crystal alignment film that controls the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer, and thin film transistors (TFTs) that switch the electrical signals supplied to the pixel electrodes. Of these, the liquid crystal alignment film is produced by applying a polyimide-based liquid crystal alignment agent made of a solution of polyimide, which is a polyimide precursor (also called "polyamic acid"), or its imidized product, to a substrate to form a film.
近年、液晶表示素子の高性能化、大面積化、表示デバイスの省電力化等が進み、それに加えて、様々な環境下で使用されるようになり、液晶配向膜に求められる特性も厳しいものになっている。そこで、ポリアミック酸やポリイミドの構造の変更、特性の異なるポリアミック酸やポリイミドのブレンドや添加剤を加える等の種々の手法により、液晶配向性や電気特性等の改善の他、プレチルト角のコントロール等が行われている。 In recent years, liquid crystal display elements have become more powerful, larger in area, and more energy-efficient. In addition, they are now used in a variety of environments, and the properties required of liquid crystal alignment films are becoming more stringent. Therefore, various methods such as changing the structure of polyamic acid or polyimide, blending polyamic acid or polyimide with different properties, or adding additives are being used to improve liquid crystal alignment and electrical properties, as well as to control the pretilt angle.
液晶配向膜の特性を向上させる手法の一例として、ポリアミック酸の原料である、新規構造を有するジアミンの適用が提案されている。例えば、特許文献1には、新規構造を有するジアミンと脂肪族テトラカルボン酸誘導体とを含有する液晶配向剤が開示されており、この液晶配向剤を用いることで、電圧保持率に優れ、且つ電荷蓄積を低減することが可能な液晶表示素子を提供することができる。 As an example of a method for improving the properties of a liquid crystal alignment film, the application of a diamine with a novel structure, which is a raw material for polyamic acid, has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a liquid crystal alignment agent that contains a diamine with a novel structure and an aliphatic tetracarboxylic acid derivative, and by using this liquid crystal alignment agent, it is possible to provide a liquid crystal display element that has an excellent voltage retention rate and is capable of reducing charge accumulation.
しかしながら、液晶表示素子の高性能化に伴い、液晶配向膜に要求される特性も厳しくなってきており、従来の技術のみでは全ての要求特性を満足することは難しい。 However, as liquid crystal display elements become more sophisticated, the characteristics required of liquid crystal alignment films are becoming more stringent, and it is difficult to satisfy all of the required characteristics using conventional technology alone.
一方、液晶を配向させる一般的な方法としては、ガラス等の基板上にポリイミド等の高分子フィルムを塗布し、その表面をナイロンやポリエステル等の繊維で所定方向に擦るラビング法が使用されている。しかしながら、このラビング法は、繊維と高分子フィルムとの摩擦による微細な塵や静電気放電を発生させ、液晶パネル製造時に深刻な問題を引き起こす虞がある。 On the other hand, a common method for aligning liquid crystals is the rubbing method, in which a polymer film such as polyimide is applied to a substrate such as glass, and the surface is rubbed in a predetermined direction with fibers such as nylon or polyester. However, this rubbing method generates fine dust and static electricity discharges due to friction between the fibers and the polymer film, which can cause serious problems when manufacturing liquid crystal panels.
そこで、ラビング法の問題点を解決するために、高分子膜に摩擦がなく、液晶を配向させるための光照射によって異方性が誘起される光配向法知られている。光配向法は、偏光された紫外線の照射により、液晶配向膜に含有される重合体に光分解反応や光二量化反応などの光反応を起こさせて液晶の配向方向を固定化する。このような光配向法は、液晶表示素子の高精細化、高品位化への要求が高まる中、横電界駆動方式であるIPS方式(In-Plane Switching)やFFS方式(Fringe Field Switching)の液晶表示素子への適用が行われている(例えば、特許文献2参照)。また、IPS方式については、近年、配向能をさらに向上させるため、PSA方式と組み合わせる手法が開発されている。 To solve the problems of the rubbing method, a photo-alignment method is known in which there is no friction in the polymer film and anisotropy is induced by light irradiation to align the liquid crystal. In the photo-alignment method, the polymer contained in the liquid crystal alignment film is irradiated with polarized ultraviolet light to cause a photoreaction such as a photodecomposition reaction or a photodimerization reaction, thereby fixing the alignment direction of the liquid crystal. As the demand for high-definition and high-quality liquid crystal display elements increases, such photo-alignment methods are being applied to liquid crystal display elements of the IPS (In-Plane Switching) and FFS (Fringe Field Switching) types, which are horizontal electric field driving methods (see, for example, Patent Document 2). In addition, a method of combining the IPS type with the PSA type has been developed in recent years to further improve the alignment ability.
しかしながら、光配向法に用いられるポリイミドは、一般に溶媒溶解性が悪いため、ポリイミドの溶液状態で塗布して配向膜を形成する過程でポリイミドを直接塗布することは困難である。このため、溶解性に優れたポリアミド酸やポリアミック酸エステルなどの前駆体を塗布し、熱処理工程を経てポリイミドを形成した後、光照射して配向させるが、ポリイミド膜を光照射して十分な液晶配向を得るためには多くのエネルギーが必要である。従って、実際に生産性を確保することが困難であり、光照射後の配向安定性を得るためには、さらに熱処理工程が必要であるという制約もある。 However, polyimides used in photo-alignment methods generally have poor solubility in solvents, making it difficult to directly apply polyimide in the process of forming an alignment film by applying the polyimide in solution state. For this reason, precursors such as polyamic acid or polyamic acid esters, which have good solubility, are applied, and polyimide is formed through a heat treatment process, after which it is oriented by light irradiation. However, a large amount of energy is required to obtain sufficient liquid crystal alignment by irradiating a polyimide film with light. Therefore, it is difficult to actually ensure productivity, and there is also the constraint that an additional heat treatment process is required to obtain alignment stability after light irradiation.
本発明は、このような事情に鑑み、液晶表示素子の特性の向上を図るための新規のジアミンを用いた液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子並びにジアミン及びその製造方法並びに重合体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, a liquid crystal alignment film, and a liquid crystal display element using a novel diamine to improve the characteristics of a liquid crystal display element, as well as a diamine and a method for producing the same, and a polymer.
前記課題を解決する本発明の態様は、下記式[3-1]で表される構造単位を含むポリイミド前駆体及びそのイミド化合物であるポリイミドから選択される少なくとも一種の重合体を含有する液晶配向剤にある。 An embodiment of the present invention that solves the above problem is a liquid crystal alignment agent that contains at least one polymer selected from a polyimide precursor containing a structural unit represented by the following formula [3-1] and a polyimide that is an imide compound thereof.
本発明によれば、液晶表示素子の特性の向上を図るための新規の液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子、並びに新規のジアミン及びその製造方法並びに重合体を提供することができる。 The present invention provides a novel liquid crystal alignment agent, a liquid crystal alignment film, and a liquid crystal display element for improving the characteristics of a liquid crystal display element, as well as a novel diamine and its manufacturing method and polymer.
以下、本発明をより詳細に説明する。 The present invention will be described in more detail below.
本発明の液晶配向剤は、下記式[3-1]で表される構造単位を含むポリイミド前駆体及びそのイミド化合物であるポリイミドから選択される少なくとも一種の重合体(以下、特定重合体Aともいう)を含有する。さらに、具体的には、かかる特定重合体Aと、有機溶媒とを含むものである。 The liquid crystal alignment agent of the present invention contains at least one polymer (hereinafter also referred to as specific polymer A) selected from a polyimide precursor containing a structural unit represented by the following formula [3-1] and a polyimide which is an imide compound thereof. More specifically, the liquid crystal alignment agent contains the specific polymer A and an organic solvent.
上記で、式[2-1]の構造は下記式[1]で表されるジアミン(以下、本発明のジアミンともいう)に由来する二価の基であるので、まず、本発明のジアミンについて説明する。なお、式[2-1]中のY1、X1、X2、Z1、Z2、R1及びR2における具体例や好ましい構造は、それぞれ式[1]の説明にて示す具体例や好ましい構造と同じである。また、式[3-1]中、W1は式[2-1]で表される二価の有機基である限り同一重合体中に1種類であってもよく、2種類以上が混在していてもよい。 Since the structure of formula [2-1] is a divalent group derived from a diamine represented by the following formula [1] (hereinafter also referred to as the diamine of the present invention), the diamine of the present invention will be described first. Specific examples and preferred structures of Y 1 , X 1 , X 2 , Z 1 , Z 2 , R 1 and R 2 in formula [2-1] are the same as the specific examples and preferred structures shown in the explanation of formula [1]. In addition, in formula [3-1], W 1 may be one type in the same polymer as long as it is a divalent organic group represented by formula [2-1], or two or more types may be mixed.
<ジアミン>
本発明のジアミンは、下記式[1]で表されるものである。
<Diamine>
The diamine of the present invention is represented by the following formula [1].
R1及びR2が表す炭素原子数1~5のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、s-ペンチル基、t-ペンチル基等が挙げられ、炭素原子数2~5のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、1-プロペニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基、1-ペンテニル基、2-ペンテニル基、3-ペンテニル基、4-ペンテニル基等が挙げられ、炭素原子数2~5のアルキニル基としては、例えば、エチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル(プロパルギル)基、3-ブチニル基、ペンチニル基等が挙げられる。これらの中で、液晶配向性の観点から、R1及びR2はメチル基又はエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。 Examples of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms represented by R 1 and R 2 include, for example, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, an n-pentyl group, an isopentyl group, an s-pentyl group, and a t-pentyl group. Examples of the alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms include, for example, a vinyl group, an allyl group, a 1-propenyl group, a 1-butenyl group, a 2-butenyl group, a 3-butenyl group, a 1-pentenyl group, a 2-pentenyl group, a 3-pentenyl group, and a 4-pentenyl group. Examples of the alkynyl group having 2 to 5 carbon atoms include, for example, an ethynyl group, a 1-propynyl group, a 2-propynyl (propargyl) group, a 3-butynyl group, and a pentynyl group. Among these, from the viewpoint of liquid crystal alignment, R 1 and R 2 are preferably a methyl group or an ethyl group, and more preferably a methyl group.
X1、X2は二価の有機基であり、その構造は特に限定されないが、炭素数が30以下の有機基が好ましい。
また、液晶配向性の観点からはフェニレン基を有することが好ましい。
特に好ましい構造としては下記式[2-2]で表される二価の基を挙げることができる。
X 1 and X 2 are divalent organic groups, and the structure thereof is not particularly limited, but is preferably an organic group having 30 or less carbon atoms.
From the viewpoint of liquid crystal alignment, it is preferable that the compound has a phenylene group.
A particularly preferred structure is a divalent group represented by the following formula [2-2].
式中、X3、X5は独立して置換基を有してもよいフェニレン基を表し;X4は炭素数10以下の二価の基を表し;L1、L2は独立して単結合、-O-、又は-S-を表し;n1、n2は独立して0又は1を表し;*1、*2は、結合部位を表す。*1、*2は、一方がZ1又はZ2に、もう一方が窒素原子に結合している。 In the formula, X3 and X5 independently represent a phenylene group which may have a substituent; X4 represents a divalent group having 10 or less carbon atoms; L1 and L2 independently represent a single bond, -O-, or -S-; n1 and n2 independently represent 0 or 1; *1 and *2 represent bonding sites. One of *1 and *2 is bonded to Z1 or Z2 , and the other is bonded to a nitrogen atom.
X3、X5のフェニレン基が有してもよい置換基の具体例としては、例えば、炭素数1~5のアルキル基及びアルコキシ基、炭素数1~5のフルオロアルキル基及びフルオロアルコキシ基、フッ素原子等が挙げられる。 Specific examples of the substituent that the phenylene group of X 3 and X 5 may have include alkyl groups and alkoxy groups having 1 to 5 carbon atoms, fluoroalkyl groups and fluoroalkoxy groups having 1 to 5 carbon atoms, and a fluorine atom.
X4の好ましい具体例としては、下記(a)~(d)から選ばれる二価の基が挙げられる。
(a):炭素数1~10の炭化水素から2個の水素原子を除いた基。
(b):前記(a)が有する一つ以上の炭素-炭素結合間に、-O-、-S-、-SO2-から選ばれる連結基を挟む構造の基。
(c):前記(a)又は(b)が有する一つ以上の炭素原子をケイ素原子又は窒素原子で置き換えた構造の基。
(d):前記(a)~(c)が有する一つ以上のメチレン基(-CH2-)をカルボニル基(-CO-)で置き換えた構造の基。
前記(a)の「炭化水素」は、飽和炭化水素であっても不飽和炭化水素であってもよく、また、直鎖状又は分岐を有する鎖状構造であってもよく、環状構造又は環状構造を含む構造であってもよい。
なお、前記(c)にて、炭素原子を窒素原子で置き換えた構造とする場合、元となる炭素原子は水素原子が結合しているものに限られ、窒素原子で置き換えた後の構造において該水素原子は削除するものとする。
Preferred specific examples of X4 include divalent groups selected from the following (a) to (d).
(a): A group in which two hydrogen atoms have been removed from a hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms.
(b): a group having a structure in which a linking group selected from --O--, --S--, and --SO.sub.2-- is sandwiched between one or more carbon-carbon bonds of the (a).
(c): A group having a structure in which one or more carbon atoms in the above (a) or (b) are replaced with a silicon atom or a nitrogen atom.
(d): A group having a structure in which one or more methylene groups (--CH 2 --) in the above (a) to (c) are replaced with a carbonyl group (--CO--).
The "hydrocarbon" in (a) may be a saturated hydrocarbon or an unsaturated hydrocarbon, and may have a linear or branched chain structure, or a cyclic structure or a structure containing a cyclic structure.
In the case of (c) above, when a structure is created in which a carbon atom is replaced with a nitrogen atom, the original carbon atom is limited to one having a hydrogen atom bonded thereto, and in the structure after replacement with a nitrogen atom, the hydrogen atom is deleted.
X1、X2のさらに好ましい構造としては、(X-1)~(X-11)で表される構造を挙げることができる。 More preferred structures for X 1 and X 2 include structures represented by (X-1) to (X-11).
上記式[1]において、脂環式構造を有する四価の有機基としては、その構造は特に限定されないが、具体例としては、下記式[Y1-1]~式[Y1-20]を挙げることができる。 In the above formula [1], the tetravalent organic group having an alicyclic structure is not particularly limited in structure, but specific examples include the following formulae [Y 1 -1] to [Y 1 -20].
上記の中でも式[Y1-1]は好ましく、式[Y1-1]の具体的な構造としては、下記式[Y1-1-1]~式[Y1-1-6]で表される構造が挙げられる。液晶配向剤の液晶配向性及び光反応の感度の観点から、下記式[Y1-1-1]で表される構造が特に好ましい。 Among the above, formula [Y 1 -1] is preferred, and specific examples of the formula [Y 1 -1] include structures represented by the following formulas [Y 1 -1-1] to [Y 1 -1-6]. From the viewpoint of the liquid crystal alignment property of the liquid crystal aligning agent and the sensitivity of the photoreaction, the structure represented by the following formula [Y 1 -1-1] is particularly preferred.
以下、ジアミンの合成方法を説明する。 The synthesis method for diamine is explained below.
式[1]のジアミンの合成方法は、以下の式(11)で表される脂環式構造を有するテトラカルボン酸ジアルキルエステルを出発原料とし、式(12)のイソシアネート化合物又はイソシアネート化合物を経由して式(13)のアミン誘導体を得る第1工程を有する。 The method for synthesizing the diamine of formula [1] has a first step of obtaining an amine derivative of formula (13) from an isocyanate compound of formula (12) or an isocyanate compound, starting from a tetracarboxylic acid dialkyl ester having an alicyclic structure represented by the following formula (11).
式(11)の脂環式構造を有するテトラカルボン酸ジアルキルエステルから式(12)のイソシアネート化合物を得る方法は、式(11)のカルボン酸(-COOH)からカルボン酸アジド(-COON3)を生成し、クルチウス転位又はシュミット転位等の転移反応を経由してイソシアネート化合物(-NCO)とする方法、又はカルボン酸(-COOH)からヒドロキシアミド誘導体(-CONHOH、-CONHOTs;Tsはトシル基(p-トルエンスルホン酸基)である)を経由してイソシアネート化合物を生成するロッセン転位を利用する方法などを挙げることができる。なお、このように生成したイソシアネート化合物は、水やtert-ブチルアルコールなどを反応させることにより、式(13)のアミン誘導体とすることができ、かかる化合物は式(11)の化合物から直接生成することができる。尚、式(13)の化合物におけるR31及びR32が水素原子の場合、すなわち式(12)のジイソシアネート化合物に水を反応させた場合、例えば二炭酸ジ-tert-ブチルや4-ニトロベンジルクロリド、クロロギ酸ベンジル、クロロギ酸フルオレニルメチルなどのアミノ基保護試薬を反応させ、アミノ保護体とすることで精製がしやすくなり、結果として合成がしやすくなる場合がある。 Examples of a method for obtaining an isocyanate compound of formula (12) from a tetracarboxylic acid dialkyl ester having an alicyclic structure of formula (11) include a method in which a carboxylic acid azide (-COON 3 ) is generated from a carboxylic acid (-COOH) of formula (11), and the generated carboxylic acid azide is converted to an isocyanate compound (-NCO) via a rearrangement reaction such as Curtius rearrangement or Schmidt rearrangement, or a method utilizing Rossen rearrangement in which an isocyanate compound is generated from a carboxylic acid (-COOH) via a hydroxyamide derivative (-CONHOH, -CONHOTs; Ts is a tosyl group (p-toluenesulfonic acid group)). The isocyanate compound thus generated can be converted to an amine derivative of formula (13) by reacting it with water, tert-butyl alcohol, or the like, and such a compound can be generated directly from the compound of formula (11). In addition, when R 31 and R 32 in the compound of formula (13) are hydrogen atoms, that is, when the diisocyanate compound of formula (12) is reacted with water, purification may be facilitated by reacting with an amino group protecting reagent such as di-tert-butyl dicarbonate, 4-nitrobenzyl chloride, benzyl chloroformate, or fluorenylmethyl chloroformate to obtain an amino-protected product, which may result in easier synthesis.
式(11)~(13)中、Y1は、脂環式構造を有する二価の有機基であり、R1及びR2はそれぞれ独立して、炭素原子数1~5のアルキル基を表す。また、式(13)中、R31及びR32は水素原子またはアミノ基の保護基を表す。
ここで、R31及びR32で表されるアミノ基の保護基としては、ベンジル基、ニトロベンジル基、CBz基(ベンジルオキシカルボニル基)、Boc基(tert-ブトキシカルボニル基)、Fmoc基(9-フルオレニルメチルオキシカルボニル基)を挙げることができるが、これに限定はされない。
In formulas (11) to (13), Y1 is a divalent organic group having an alicyclic structure, and R1 and R2 each independently represent an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. In addition, in formula (13), R31 and R32 represent a hydrogen atom or a protecting group for an amino group.
Here, examples of the protecting group for the amino group represented by R 31 and R 32 include, but are not limited to, a benzyl group, a nitrobenzyl group, a CBz group (benzyloxycarbonyl group), a Boc group (tert-butoxycarbonyl group), and an Fmoc group (9-fluorenylmethyloxycarbonyl group).
本発明のジアミン化合物の合成方法は、式(12)のイソシアネート化合物にH-Z2-X2-N0(Z2は-O-又は-NH-を表し、X2は2価の有機基を表し、N0はアミノ基に変換できる基を表す。X2の具体例や好ましい構造は、それぞれ式[1]の説明にて示す具体例や好ましい構造と同じである。)で表されるアミン化合物やアルコール化合物を反応させる方法、又は式(13)のアミン化合物に、必要に応じて脱保護等の工程を経て活性なアミン化合物に変換し、Cl-C(=O)-X2-N0(X2は2価の有機基を表し、N0はアミノ基に変換できる基を表す。)で表される酸クロリド化合物やOCN-X2-N0(X2は2価の有機基を表し、N0はアミノ基に変換できる基を表す。)で表されるイソシアネート化合物、Cl-C(=O)-O-X2-N0(X2は2価の有機基を表し、N0はアミノ基に変換できる基を表す。)で表されるクロロギ酸誘導体などを反応させて下記式(14)のジアミン化合物前駆体を得る第2工程を具備する。N0はアミノ基に変換できる基であり、二トロ基又は保護アミノ基などを挙げることができる。また、保護アミノ基は、容易に脱保護してアミノ基に変換できる基であれば、特に限定されないが、アミノ基の1つの水素を、ベンジル基、ニトロベンジル基、CBz基(ベンジルオキシカルボニル基)、Boc基(tert-ブトキシカルボニル基)、Fmoc基(9-フルオレニルメチルオキシカルボニル基)で置換した基を挙げることができる。 The method for synthesizing the diamine compound of the present invention includes a method of reacting an isocyanate compound of formula (12) with an amine compound or alcohol compound represented by H-Z 2 -X 2 -N 0 (Z 2 represents -O- or -NH-, X 2 represents a divalent organic group, and N 0 represents a group that can be converted into an amino group. Specific examples and preferred structures of X 2 are the same as those shown in the explanation of formula [1]), or a method of converting an amine compound of formula (13) into an active amine compound, if necessary through a step such as deprotection, to obtain an acid chloride compound represented by Cl-C(═O)-X 2 -N 0 (X 2 represents a divalent organic group, and N 0 represents a group that can be converted into an amino group), an isocyanate compound represented by OCN-X 2 -N 0 (X 2 represents a divalent organic group, and N 0 represents a group that can be converted into an amino group), or an isocyanate compound represented by Cl-C(═O)-O-X 2 The method includes a second step of reacting a chloroformic acid derivative represented by -N 0 (X 2 represents a divalent organic group, and N 0 represents a group that can be converted into an amino group) to obtain a diamine compound precursor represented by the following formula (14). N 0 is a group that can be converted into an amino group, and examples of such a group include a nitro group or a protected amino group. The protected amino group is not particularly limited as long as it is a group that can be easily deprotected and converted into an amino group, and examples of such a protected amino group include a group in which one hydrogen atom of an amino group is substituted with a benzyl group, a nitrobenzyl group, a CBz group (benzyloxycarbonyl group), a Boc group (tert-butoxycarbonyl group), or an Fmoc group (9-fluorenylmethyloxycarbonyl group).
式(14)の化合物の具体例として、以下の式(15)~式(17)を挙げることができる。ここで、式(15)の化合物は、式(12)のイソシアネート化合物に、アミノ基と、ニトロ基又は保護アミノ基とを具備する化合物(例えば、H2N-X2-N0で表される化合物)を反応させて生成したものである。また、式(16)の化合物は、式(12)のイソシアネート化合物に、水酸基と、ニトロ基又は保護アミノ基とを具備する化合物(例えば、HO-X2-N0で表される化合物)を反応させて生成したものである。また、式(17)の化合物は、式(13)のジアミド化合物にニトロ基又は保護アミノ基を有する酸クロリド化合物、又は適当な縮合剤の存在下でニトロ基又は保護アミノ基を有するカルボン酸を反応させて生成したものである。 Specific examples of the compound of formula (14) include the following formulas (15) to (17). Here, the compound of formula (15) is produced by reacting the isocyanate compound of formula (12) with a compound having an amino group and a nitro group or a protected amino group (for example, a compound represented by H 2 N-X 2 -N 0 ). The compound of formula (16) is produced by reacting the isocyanate compound of formula (12) with a compound having a hydroxyl group and a nitro group or a protected amino group (for example, a compound represented by HO-X 2 -N 0 ). The compound of formula (17) is produced by reacting the diamide compound of formula (13) with an acid chloride compound having a nitro group or a protected amino group, or a carboxylic acid having a nitro group or a protected amino group in the presence of a suitable condensing agent.
本発明のジアミン化合物の合成方法は、式(14)の化合物のニトロ基又は保護アミノ基をアミノ基に変換する第3工程を有し、これにより、式(1)のジアミン化合物を製造することができる。なお、本発明において、第1工程及び第2工程は、それぞれ行うこともできるが、第1工程及び第2工程を連続して又は一工程として行うことができる。 The method for synthesizing a diamine compound of the present invention includes a third step of converting the nitro group or the protected amino group of the compound of formula (14) to an amino group, thereby producing a diamine compound of formula (1). In the present invention, the first and second steps can be carried out separately, but the first and second steps can also be carried out consecutively or as one step.
<特定重合体A>
本発明の特定重合体Aは、下記式[3-1]で表される構造単位を含むポリイミド前駆体及びそのイミド化合物であるポリイミドから選択される少なくとも一種の重合体であり、上記式[1]で表されるジアミンとテトラカルボン酸誘導体との反応によって得られる。
<Specific Polymer A>
The specific polymer A of the present invention is at least one polymer selected from a polyimide precursor containing a structural unit represented by the following formula [3-1] and a polyimide which is an imide compound thereof, and is obtained by reacting a diamine represented by the above formula [1] with a tetracarboxylic acid derivative.
V0は、テトラカルボン酸誘導体由来の四価の有機基であり、その構造は特に限定されるものではない。また、V0は、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、蓄積電荷等、必要とされる特性の程度に応じて適宜選択され、同一重合体中に1種類であってもよく、2種類以上が混在していてもよい。 V0 is a tetravalent organic group derived from a tetracarboxylic acid derivative, and its structure is not particularly limited. V0 is appropriately selected depending on the degree of required properties such as the solubility of the polymer in a solvent, the coatability of the liquid crystal alignment agent, the alignment of the liquid crystal when formed into a liquid crystal alignment film, the voltage holding rate, the accumulated charge, etc., and may be one type or two or more types mixed in the same polymer.
テトラカルボン酸誘導体としては、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を挙げることができる。例えば、式[3-1]におけるV0の由来となるテトラカルボン酸二無水物としては、下記式[5]で表される化合物が挙げられる。 Examples of the tetracarboxylic acid derivative include tetracarboxylic acid dianhydrides, tetracarboxylic acid dihalide compounds, tetracarboxylic acid dialkyl ester compounds, and tetracarboxylic acid dialkyl ester dihalide compounds. For example, an example of the tetracarboxylic acid dianhydride from which V 0 in the formula [3-1] is derived is a compound represented by the following formula [5].
本発明の特定重合体Aは、前記式[3-1]で表される構造単位以外の構造単位を含んでいてもよい。例えば、式[3-1]以外の構造単位としては下記式[3-2]で表される構造単位を挙げることができる。 The specific polymer A of the present invention may contain a structural unit other than the structural unit represented by the formula [3-1]. For example, an example of a structural unit other than the formula [3-1] is a structural unit represented by the following formula [3-2].
V0、R3、R4の具体例及び好ましい構造は、それぞれ式[3-1]と同じものを挙げることができる。ただし、本発明の実施形態において、式[3-1]で表される構造単位と式[3-2]で表される構造単位とでV0、R3、R4の具体的構造が必ずしも同じである必要は無い。
A1及びA2における炭素原子数1~5のアルキル基の具体例は、R3及びR4で示した具体例を挙げることができる。液晶配向性の観点から、A1及びA2は水素原子又はメチル基が好ましい。
Specific examples and preferred structures of V 0 , R 3 , and R 4 are the same as those in formula [3-1]. However, in the embodiment of the present invention, the specific structures of V 0 , R 3 , and R 4 in the structural unit represented by formula [3-1] and the structural unit represented by formula [3-2] are not necessarily the same.
Specific examples of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms in A 1 and A 2 include the specific examples shown for R 3 and R 4. From the viewpoint of liquid crystal alignment, A 1 and A 2 are preferably a hydrogen atom or a methyl group.
W2は、前記式[1]で表されるジアミン以外のジアミン(以下、その他のジアミンともいう)に由来する二価の有機基であり、前記式[2-1]で表される構造以外の二価の有機基である限りその構造は特に限定されるものではない。その他のジアミンとしては下記式[2-2]で表される化合物が挙げられる。 W2 is a divalent organic group derived from a diamine other than the diamine represented by the formula [1] (hereinafter, also referred to as other diamine), and its structure is not particularly limited as long as it is a divalent organic group other than the structure represented by the formula [2-1]. Examples of other diamines include compounds represented by the following formula [2-2].
以下に、W2の構造の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Specific examples of the structure of W2 are given below, but the present invention is not limited to these.
なお、式中のBoc基は、下記で表されるtert-ブトキシカルボニル基を表している。 The Boc group in the formula represents the tert-butoxycarbonyl group shown below.
特定重合体Aが、式[3-1]の構造単位の他、式[3-2]の構造単位を同時に含む場合、式[3-1]の構造単位は、式[3-1]の構造単位と式[3-2]の構造単位との合計に対して10モル%以上であることが好ましく、より好ましくは20モル%以上であり、特に好ましくは30モル%以上である。 When the specific polymer A contains structural units of the formula [3-2] in addition to the structural units of the formula [3-1], the structural units of the formula [3-1] are preferably 10 mol % or more, more preferably 20 mol % or more, and particularly preferably 30 mol % or more, of the total of the structural units of the formula [3-1] and the structural units of the formula [3-2].
特定重合体Aの分子量は、当該重合体を含有した液晶配向剤から液晶配向膜が得られた場合に、その塗膜(液晶配向膜)の強度、塗膜形成時の作業性、及び塗膜の均一性を考慮して、GPC(Gel Permeation Chromatography)法で測定した重量平均分子量が2,000~500,000であることが好ましく、5,000~300,000であることがより好ましく、10,000~100,000であることが更に好ましい。 When a liquid crystal alignment film is obtained from a liquid crystal alignment agent containing the polymer, the molecular weight of the specific polymer A is preferably a weight average molecular weight of 2,000 to 500,000, more preferably 5,000 to 300,000, and even more preferably 10,000 to 100,000, measured by GPC (Gel Permeation Chromatography) method, taking into consideration the strength of the coating film (liquid crystal alignment film), the workability during coating film formation, and the uniformity of the coating film.
<重合体の製造方法>
次に、本発明の液晶配向剤含まれる重合体の主な製造方法について説明する。なお、以下で説明した方法は製造例であり、これに限定されない。
<Method of Producing Polymer>
Next, a main method for producing the polymer contained in the liquid crystal alignment agent of the present invention will be described. Note that the method described below is a production example, and is not limited thereto.
例えば、特定重合体Aが、ポリアミック酸である場合において、かかる重合体は、テトラカルボン酸誘導体であるテトラカルボン酸二無水物とジアミン成分との反応により得られる。この反応により、ポリアミック酸を得るにあたっては、公知の合成方法を用いることができる。その合成方法は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン成分とを有機溶媒中で反応させる方法である。かかる方法は、有機溶媒中で比較的容易に進行し、且つ副生成物が発生しない点で有利である。 For example, when the specific polymer A is a polyamic acid, the polymer is obtained by reacting a tetracarboxylic acid derivative, tetracarboxylic dianhydride, with a diamine component. A known synthesis method can be used to obtain a polyamic acid by this reaction. The synthesis method is a method in which a tetracarboxylic dianhydride is reacted with a diamine component in an organic solvent. This method is advantageous in that it proceeds relatively easily in an organic solvent and does not produce by-products.
上記反応に用いる有機溶媒としては、生成したポリアミック酸(重合体)が溶解するものであれば特に限定されず、例えば、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-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N-メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、ジペンテン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール-tert-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3-メチル-3-メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、n-へキサン、n-ペンタン、n-オクタン、ジエチルエーテル、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸メチルエチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、ジグライム、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-エトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド等が挙げられる。これらは、単独で使用しても混合して使用してもよい。また、ポリアミック酸(重合体)を溶解させない溶媒であっても、生成したポリアミック酸が析出しない範囲で、上記有機溶媒に混合して使用してもよい。特に、有機溶媒中の水分は、重合反応を阻害し、更には生成したポリアミック酸を加水分解させる原因となるので、有機溶媒はなるべく脱水乾燥させたものを用いることが好ましい。 The organic solvent used in the above reaction is not particularly limited as long as it dissolves the produced polyamic acid (polymer), and examples thereof include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, dimethylsulfoxide, tetramethylurea, pyridine, dimethylsulfone, hexamethylsulfoxide, γ-butyrolactone, isopropyl alcohol, methoxymethylpentanol, dipentene, ethyl amyl ketone, methyl nonyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl isoamyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, and methyl cellosolve acetate. , ethyl cellosolve acetate, butyl carbitol, ethyl carbitol, ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol, propylene glycol monoacetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol-tert-butyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol, diethylene glycol monoacetate, diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol monoacetate monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol Cholesterol monoethyl ether, dipropylene glycol monoacetate monoethyl ether, dipropylene glycol monopropyl ether, dipropylene glycol monoacetate monopropyl ether, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, tripropylene glycol methyl ether, 3-methyl-3-methoxybutanol, diisopropyl ether, ethyl isobutyl ether, diisobutylene, amyl acetate, butyl butyrate, butyl ether, diisobutyl ketone, methylcyclohexene, propyl ether, dihexyl ether, dioxane, n-hexane, n-pentane, n-octane, diethyl ether, cyclohexanone, ethylene carbonate ester, propylene carbonate, methyl lactate, ethyl lactate, methyl acetate, ethyl acetate, n-butyl acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methyl 3-methoxypropionate, methyl ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, 3-ethoxypropionic acid, 3-methoxypropionic acid, propyl 3-methoxypropionate, butyl 3-methoxypropionate, diglyme, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, 3-methoxy-N,N-dimethylpropanamide, 3-ethoxy-N,N-dimethylpropanamide, 3-butoxy-N,N-dimethylpropanamide, etc. These may be used alone or in combination. In addition, even if the solvent does not dissolve the polyamic acid (polymer), it may be mixed with the organic solvent and used as long as the generated polyamic acid does not precipitate. In particular, moisture in the organic solvent inhibits the polymerization reaction and can even cause the generated polyamic acid to hydrolyze, so it is preferable to use an organic solvent that has been dehydrated and dried as much as possible.
テトラカルボン酸二無水物とジアミン成分とを有機溶媒中で反応させる際には、ジアミン成分を有機溶媒に分散又は溶解させた溶液を撹拌させ、テトラカルボン酸二無水物をそのまま、又は有機溶媒に分散若しくは溶解させて添加する方法、テトラカルボン酸二無水物を有機溶媒に分散又は溶解させた溶液にジアミン成分を添加する方法、テトラカルボン酸二無水物とジアミン成分とを交互に添加する方法等が挙げられ、これらの何れかの方法を用いてもよい。また、テトラカルボン酸二無水物又はジアミン成分が複数種の化合物からなる場合は、予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高分子量体としてもよい。 When reacting the tetracarboxylic dianhydride with the diamine component in an organic solvent, a method of stirring a solution in which the diamine component is dispersed or dissolved in an organic solvent and adding the tetracarboxylic dianhydride as is or after being dispersed or dissolved in an organic solvent, a method of adding the diamine component to a solution in which the tetracarboxylic dianhydride is dispersed or dissolved in an organic solvent, a method of adding the tetracarboxylic dianhydride and the diamine component alternately, etc., may be used, and any of these methods may be used. In addition, when the tetracarboxylic dianhydride or the diamine component is composed of multiple types of compounds, they may be reacted in a pre-mixed state, or may be reacted individually in sequence, and further low molecular weight compounds that have been reacted individually may be mixed and reacted to form a high molecular weight compound.
その際の重縮合の温度は-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。また、重縮合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ので、テトラカルボン酸二無水物とジアミン成分の反応溶液中での合計濃度は、好ましくは1~50質量%、より好ましくは5~30質量%とする。反応初期は高濃度で行い、その後、有機溶媒を追加してもよい。 The polycondensation temperature can be selected from the range of -20°C to 150°C, but is preferably in the range of -5°C to 100°C. The polycondensation reaction can be carried out at any concentration, but if the concentration is too low it becomes difficult to obtain a polymer with a high molecular weight, and if the concentration is too high the viscosity of the reaction solution becomes too high, making uniform stirring difficult. Therefore, the total concentration of the tetracarboxylic dianhydride and diamine components in the reaction solution is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 5 to 30% by mass. The reaction may be carried out at a high concentration in the early stages, and then an organic solvent may be added.
ポリアミック酸の重合反応においては、テトラカルボン酸二無水物の合計モル数と、ジアミン成分の合計モル数の比(テトラカルボン酸二無水物の合計モル数/ジアミン成分の合計モル数)は、0.8~1.2であることが好ましい。通常の重縮合反応同様、このモル比が1.0に近いほど生成するポリアミック酸の分子量は大きくなる。 In the polymerization reaction of polyamic acid, the ratio of the total number of moles of tetracarboxylic dianhydride to the total number of moles of diamine components (total number of moles of tetracarboxylic dianhydride/total number of moles of diamine components) is preferably 0.8 to 1.2. As with normal polycondensation reactions, the closer this molar ratio is to 1.0, the larger the molecular weight of the polyamic acid produced.
特定重合体Aが、ポリアミック酸エステルである場合においては、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミン成分との反応や、テトラカルボン酸ジエステルとジアミン成分を適当な縮合剤や塩基の存在下にて反応させることにより得ることができる。或いは、上記の方法で予めポリアミック酸を合成し、高分子反応を利用してアミック酸中のカルボン酸をエステル化することでも得ることができる。 When the specific polymer A is a polyamic acid ester, it can be obtained by reacting a tetracarboxylic acid diester dichloride with a diamine component, or by reacting a tetracarboxylic acid diester with a diamine component in the presence of a suitable condensing agent or base. Alternatively, it can be obtained by synthesizing a polyamic acid in advance by the above method and esterifying the carboxylic acid in the amic acid using a polymer reaction.
具体的には、例えば、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンとを、塩基と有機溶剤の存在下で-20℃~150℃、好ましくは0℃~50℃において、30分~24時間、好ましくは1時間~4時間反応させることによって、ポリアミック酸エステルを合成することができる。 Specifically, for example, a polyamic acid ester can be synthesized by reacting a tetracarboxylic acid diester dichloride with a diamine in the presence of a base and an organic solvent at -20°C to 150°C, preferably 0°C to 50°C, for 30 minutes to 24 hours, preferably 1 hour to 4 hours.
塩基としては、ピリジン、トリエチルアミン、4-ジメチルアミノピリジン等が使用できるが、反応が穏和に進行するためピリジンが好ましい。塩基の添加量は、除去が容易な量で、且つ高分子量体が得やすいという観点から、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドに対して、2倍モル~4倍モルであることが好ましい。 As the base, pyridine, triethylamine, 4-dimethylaminopyridine, etc. can be used, but pyridine is preferred because the reaction proceeds mildly. The amount of base added is preferably 2 to 4 times the molar amount of tetracarboxylic acid diester dichloride, from the viewpoints that it is an amount that can be easily removed and that it is easy to obtain a high molecular weight product.
また、テトラカルボン酸ジエステルとジアミン成分を、縮合剤存在下にて重縮合する場合、塩基として、トリフェニルホスファイト、ジシクロヘキシルカルボジイミド、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩、N,N’-カルボニルジイミダゾール、ジメトキシ-1,3,5-トリアジニルメチルモルホリニウム、O-(ベンゾトリアゾール-1-イル)-N,N,N’,N’-テトラメチルウロニウムテトラフルオロボラート、O-(ベンゾトリアゾール-1-イル)-N,N,N’,N’-テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスファート、(2,3-ジヒドロ-2-チオキソ-3-ベンゾオキサゾリル)ホスホン酸ジフェニル、4-(4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンー2-イル)4-メトキシモルホリウムクロリドn-水和物等を使用することができる。 When the tetracarboxylic acid diester and the diamine component are polycondensed in the presence of a condensing agent, the base that can be used may be triphenyl phosphite, dicyclohexylcarbodiimide, 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride, N,N'-carbonyldiimidazole, dimethoxy-1,3,5-triazinylmethylmorpholinium, O-(benzotriazol-1-yl)-N,N,N',N'-tetramethyluronium tetrafluoroborate, O-(benzotriazol-1-yl)-N,N,N',N'-tetramethyluronium hexafluorophosphate, (2,3-dihydro-2-thioxo-3-benzoxazolyl)diphenylphosphonate, 4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)4-methoxymorpholinium chloride n-hydrate, or the like.
また、上記縮合剤を用いる方法において、ルイス酸を添加剤として加えることで反応が効率的に進行する。ルイス酸としては、塩化リチウム、臭化リチウム等のハロゲン化リチウムが好ましい。ルイス酸の添加量は、反応させるジアミン又はテトラカルボン酸ジエステルに対して0.1倍モル量~1.0倍モル量であることが好ましい。 In the method using the above condensing agent, the reaction proceeds efficiently by adding a Lewis acid as an additive. As the Lewis acid, lithium halides such as lithium chloride and lithium bromide are preferred. The amount of Lewis acid added is preferably 0.1 to 1.0 times the molar amount of the diamine or tetracarboxylic acid diester to be reacted.
上記の反応に用いる溶媒は、上記にて示したポリアミック酸を合成する際に用いられる溶媒と同様の溶媒で行なうことができるが、モノマー及びポリマーの溶解性からN-メチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトンが好ましく、これらは1種又は2種以上を混合して用いてもよい。合成時の濃度は、重合体の析出が起こりにくく、且つ高分子量体が得やすいという観点から、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドやテトラカルボン酸ジエステル等のテトラカルボン酸誘導体とジアミン成分の反応溶液中での合計濃度が1質量%~30質量%が好ましく、5質量%~20質量%がより好ましい。また、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドの加水分解を防ぐため、ポリアミック酸エステルの合成に用いる溶媒はできるだけ脱水されていることがよく、窒素雰囲気中で、外気の混入を防ぐのが好ましい。 The solvent used in the above reaction can be the same as that used in synthesizing the polyamic acid shown above, but N-methyl-2-pyrrolidone and γ-butyrolactone are preferred in terms of the solubility of the monomer and polymer, and these may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of preventing precipitation of the polymer and facilitating the production of a high molecular weight product, the total concentration of the tetracarboxylic acid derivative such as tetracarboxylic acid diester dichloride or tetracarboxylic acid diester and the diamine component in the reaction solution is preferably 1% by mass to 30% by mass, more preferably 5% by mass to 20% by mass. In addition, in order to prevent hydrolysis of the tetracarboxylic acid diester dichloride, it is preferable that the solvent used in the synthesis of the polyamic acid ester is as dehydrated as possible, and it is preferable to use a nitrogen atmosphere to prevent the inclusion of outside air.
特定重合体Aが、ポリイミドである場合においては、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸やポリアミック酸エステルを閉環イミド化させることにより得られる。このポリイミドにおいて、閉環率(イミド化率)は、必ずしも100%である必要はなく、用途や目的に応じて任意に調整することができる。 When the specific polymer A is a polyimide, it is obtained by ring-closing imidization of a polyimide precursor, such as a polyamic acid or a polyamic acid ester. In this polyimide, the ring-closing rate (imidization rate) does not necessarily have to be 100%, and can be adjusted as desired depending on the application or purpose.
ポリアミック酸をイミド化させる方法としては、ポリアミック酸の溶液をそのまま加熱する熱イミド化や、ポリアミック酸の溶液に触媒を添加する触媒イミド化等が挙げられる。 Methods for imidizing polyamic acid include thermal imidization, in which a solution of polyamic acid is heated as is, and catalytic imidization, in which a catalyst is added to a solution of polyamic acid.
ポリアミック酸を溶液中で熱イミド化させる場合の温度は、100℃~400℃、好ましくは120℃~250℃であり、イミド化反応により生成する水を系外に除きながら行うことが好ましい。 When thermally imidizing polyamic acid in a solution, the temperature is 100°C to 400°C, preferably 120°C to 250°C, and it is preferable to carry out the imidization while removing the water produced by the imidization reaction from the system.
ポリアミック酸の触媒イミド化は、ポリアミック酸の溶液に、塩基性触媒と酸無水物とを添加し、-20℃~250℃、好ましくは0℃~180℃で攪拌することにより行うことができる。塩基性触媒の量はアミド酸基の0.5モル倍~30モル倍、好ましくは2モル倍~20モル倍であり、酸無水物の量はアミド酸基の1モル倍~50モル倍、好ましくは3モル倍~30モル倍である。塩基性触媒としてはピリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン等を挙げることができ、中でもピリジンは反応を進行させるのに適度な塩基性を持つので好ましい。酸無水物としては、無水酢酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等を挙げることができ、中でも無水酢酸を用いると反応終了後の精製が容易となるので好ましい。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 catalytic imidization of polyamic acid can be carried out by adding a basic catalyst and an acid anhydride to a solution of polyamic acid and stirring at -20°C to 250°C, preferably 0°C to 180°C. 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., and among them, pyridine is preferred because it has a suitable basicity for promoting the reaction. Examples of the acid anhydride include acetic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, etc., and among them, acetic anhydride is preferred because it makes purification after the reaction easy. The imidization rate by catalytic imidization can be controlled by adjusting the amount of the catalyst, the reaction temperature, and the reaction time.
また、上述のように、ポリアミック酸エステルを高温で加熱し、脱アルコールを促し閉環させることによっても、ポリイミドを得ることができる。 As mentioned above, polyimide can also be obtained by heating polyamic acid ester at high temperatures to promote de-alcoholization and ring closure.
なお、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル等のポリイミド前駆体や、ポリイミドの反応溶液から、生成したポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミドを回収する場合には、反応溶液を貧溶媒に投入して沈殿させればよい。沈殿に用いる貧溶媒としてはメタノール、アセトン、ヘキサン、ブチルセルソルブ、ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、トルエン、ベンゼン、水等を挙げることができる。貧溶媒に投入して沈殿させたポリイミド前駆体やポリイミドは濾過して回収した後、常圧或いは減圧下で、常温或いは加熱して乾燥することができる。また、沈殿回収したポリイミド前駆体やポリイミドを、有機溶媒に再溶解させ、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。この際の貧溶媒として、例えば、アルコール類、ケトン類、炭化水素等が挙げられ、これらの内から選ばれる3種類以上の貧溶媒を用いると、より一層精製の効率が上がるので好ましい。 When recovering the polyamic acid, polyamic acid ester, or polyimide produced from a polyimide precursor such as polyamic acid or polyamic acid ester, or a reaction solution of polyimide, the reaction solution may be poured into a poor solvent to cause precipitation. Examples of poor solvents used for precipitation include methanol, acetone, hexane, butyl cellosolve, heptane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethanol, toluene, benzene, and water. The polyimide precursor or polyimide precipitated by pouring into a poor solvent can be recovered by filtration, and then dried at room temperature or by heating under normal or reduced pressure. The polyimide precursor or polyimide precipitated and recovered can be redissolved in an organic solvent and the reprecipitation and recovery operation repeated 2 to 10 times to reduce impurities in the polymer. Examples of poor solvents in this case include alcohols, ketones, and hydrocarbons. It is preferable to use three or more poor solvents selected from these because the efficiency of purification is further improved.
このようにして得られた本発明の重合体は、所定の有機溶媒に溶解して液晶配向剤として用いることができる。この液晶配向剤は、液晶表示素子において、液晶層の液晶分子の配向性を制御する液晶配向膜に用いるものである。以下、本発明の重合体を含有する液晶配向剤について説明する。 The polymer of the present invention thus obtained can be dissolved in a specific organic solvent and used as a liquid crystal alignment agent. This liquid crystal alignment agent is used in a liquid crystal alignment film that controls the alignment of liquid crystal molecules in a liquid crystal layer in a liquid crystal display element. The liquid crystal alignment agent containing the polymer of the present invention will be described below.
<液晶配向剤>
本発明の液晶配向剤は、上記特定重合体Aから選択される少なくとも一種の重合体を含有する。
<Liquid crystal alignment agent>
The liquid crystal aligning agent of the present invention contains at least one polymer selected from the specific polymer A.
ただし、本発明の液晶配向剤において含有する重合体は、全てが本発明の特定重合体Aであってもよく、また、本発明の特定重合体Aのうち、異なる構造の2種以上を含有してもよい。或いは、本発明の特定重合体Aに加えて、その他の重合体を含有してもよい。その他の重合体の種類としては、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)アクリレート等を挙げることができる。
中でも、ポリアミック酸は好ましい。その他の重合体としてのポリアミック酸は、例えば前記式[3-2]においてR3、R4が共に水素原子である構造単位からなるポリアミック酸が挙げられる。特に式[3-2]のW2中に含窒素芳香族複素環や芳香族基に結合する窒素原子を有するポリアミック酸を本発明の液晶配向剤に混合すると、本発明の液晶配向剤を用いて作製した液晶表示素子の蓄積電荷の緩和速度の向上という観点から好ましい。
However, the polymers contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention may all be the specific polymer A of the present invention, or may contain two or more different structures of the specific polymer A of the present invention. Alternatively, in addition to the specific polymer A of the present invention, other polymers may be contained. Examples of the other polymers include polyamic acid, polyimide, polyamic acid ester, polyester, polyamide, polyurea, polyorganosiloxane, cellulose derivatives, polyacetal, polystyrene or derivatives thereof, poly(styrene-phenylmaleimide) derivatives, poly(meth)acrylates, etc.
Among them, polyamic acid is preferable. An example of the polyamic acid as the other polymer is a polyamic acid consisting of a structural unit in which R 3 and R 4 are both hydrogen atoms in the formula [3-2]. In particular, it is preferable to mix a polyamic acid having a nitrogen atom bonded to a nitrogen-containing aromatic heterocycle or aromatic group in W 2 of the formula [3-2] with the liquid crystal aligning agent of the present invention from the viewpoint of improving the relaxation speed of the accumulated charge of a liquid crystal display element produced using the liquid crystal aligning agent of the present invention.
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本発明の重合体の割合は、5質量%以上であることが好ましく、その一例として5~95質量%が挙げられる。本発明の重合体の割合は、液晶配向剤や液晶配向膜の特性に応じて、適宜選択することができる。 When the liquid crystal aligning agent of the present invention contains other polymers, the ratio of the polymer of the present invention to the total polymer components is preferably 5% by mass or more, and an example of this is 5 to 95% by mass. The ratio of the polymer of the present invention can be appropriately selected depending on the properties of the liquid crystal aligning agent and the liquid crystal alignment film.
本発明の液晶配向剤は、液晶配向膜を作製するために用いられるものであり、均一な薄膜を形成させるという観点から、一般的には塗布液の形態をとる。本発明の液晶配向剤においても前記した重合体成分と、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することができる。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%以上であることが好ましく、溶液の保存安定性の点からは、10質量%以下とすることが好ましい。特に好ましい重合体の濃度は、2~8質量%である。 The liquid crystal aligning agent of the present invention is used to prepare a liquid crystal alignment film, and generally takes the form of a coating liquid from the viewpoint of forming a uniform thin film. The liquid crystal aligning agent of the present invention is also preferably a coating liquid containing the above-mentioned polymer component and an organic solvent that dissolves this polymer component. In this case, the concentration of the polymer in the liquid crystal aligning agent can be appropriately changed depending on the thickness of the coating film to be formed. From the viewpoint of forming a uniform and defect-free coating film, it is preferable that the concentration is 1% by mass or more, and from the viewpoint of storage stability of the solution, it is preferable that the concentration is 10% by mass or less. A particularly preferable polymer concentration is 2 to 8% by mass.
本発明の液晶配向剤に含有される有機溶媒は、重合体を溶解させる有機溶媒であれば特に限定されない。その具体例として、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、1,3-ジメチル-イミダゾリジノン、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-ペンタノン等を挙げることができる。中でも、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトンを用いることが好ましい。なお、ここで例示された有機溶媒は、単独で使用しても、混合して使用してもよい。更に、重合体を溶解させない溶媒であっても、生成した重合体が析出しない範囲で、有機溶媒に混合して使用してもよい。 The organic solvent contained in the liquid crystal alignment agent of the present invention is not particularly limited as long as it is an organic solvent that dissolves the polymer. Specific examples thereof include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, dimethylsulfoxide, γ-butyrolactone, 1,3-dimethyl-imidazolidinone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, and 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone. Among them, it is preferable to use N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, and γ-butyrolactone. The organic solvents exemplified here may be used alone or in combination. Furthermore, even if the solvent does not dissolve the polymer, it may be mixed with an organic solvent to the extent that the resulting polymer does not precipitate.
また、液晶配向剤に含有される有機溶媒は、上記のような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併用した混合溶媒を使用することが一般的であり、本発明の液晶配向剤においてもこのような混合溶媒は好適に用いられる。併用する有機溶媒の具体例を下記に挙げるが、これら限定されるものではない。 In addition, the organic solvent contained in the liquid crystal alignment agent is generally a mixed solvent containing the above-mentioned solvent and a solvent that improves the coatability and surface smoothness of the coating film when applying the liquid crystal alignment agent, and such a mixed solvent is preferably used in the liquid crystal alignment agent of the present invention. Specific examples of the organic solvent to be used in combination are listed below, but are not limited to these.
例えば、エタノール、イソプロピルアルコール、1-ブタノール、2-ブタノール、イソブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、2-メチル-1-ブタノール、イソペンチルアルコール、tert-ペンチルアルコール、3-メチル-2-ブタノール、ネオペンチルアルコール、1-ヘキサノール、2-メチル-1-ペンタノール、2-メチル-2-ペンタノール、2-エチル-1-ブタノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、3-ヘプタノール、1-オクタノール、2-オクタノール、2-エチル-1-ヘキサノール、シクロヘキサノール、1-メチルシクロヘキサノール、2-メチルシクロヘキサノール、3-メチルシクロヘキサノール、1,2-エタンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、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、2-ペンタノン、3-ペンタノン、2-ヘキサノン、2-ヘプタノン、4-ヘプタノン、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、2-(メトキシメトキシ)エタノール、エチレングリコールモノブチルエーテル、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、2-(ヘキシルオキシ)エタノール、フルフリルアルコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノブチルエーテル、1-(ブトキシエトキシ)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、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、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、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、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸メチルエチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、乳酸メチルエステル、乳酸エチルエステル、乳酸n-プロピルエステル、乳酸n-ブチルエステル、乳酸イソアミルエステル等の溶媒を挙げることができる。 For example, ethanol, isopropyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, isopentyl alcohol, tert-pentyl alcohol, 3-methyl-2-butanol, neopentyl alcohol, 1-hexanol, 2-methyl-1-pentanol, 2-methyl-2-pentanol, 2-ethyl 1-butanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 3-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 2-ethyl-1-hexanol, cyclohexanol, 1-methylcyclohexanol, 2-methylcyclohexanol, 3-methylcyclohexanol, 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2, 3-butanediol, 1,5-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, dipropyl ether, dibutyl ether, dihexyl ether, dioxane, 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, 2-pentanone, 3-pentanone, 2-hexanone, 2-heptanone, 4-heptanone, 3-ethoxybutyl acetate, 1-methylpentyl acetate, 2-ethylbutyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol diacetate, propylene carbonate ester, ethylene carbonate, 2-(methoxymethoxy)ethanol, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monoisoamyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, 2-(hexyloxy)ethanol, furfuryl alcohol, diethylene glycol, propylene glycol, propylene glycol monobutyl ether, 1-(butoxyethoxy)propanol, propylene glycol monomethyl ether acetate, dipropylene glycol, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol di Examples of solvents include acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, 2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acetate, diethylene glycol acetate, triethylene glycol, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, methyl lactate, ethyl lactate, methyl acetate, ethyl acetate, n-butyl acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methyl 3-methoxypropionate, methyl ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, 3-ethoxypropionic acid, 3-methoxypropionic acid, propyl 3-methoxypropionate, butyl 3-methoxypropionate, methyl lactate ester, ethyl lactate ester, n-propyl lactate ester, n-butyl lactate ester, and isoamyl lactate ester.
また、上述の溶媒の他に、例えば、下記式[S-1]~式[S-3]で示される溶媒を用いることができる。 In addition to the above-mentioned solvents, the solvents represented by the following formulas [S-1] to [S-3] can be used.
併用する有機溶媒の中でも、1-ヘキサノール、シクロヘキサノール、1,2-エタンジオール、1,2-プロパンジオール、プロピレングリコールモノブチルエーテル、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、エチレングリコールモノブチルエーテル又はジプロピレングリコールジメチルエーテルを用いることが好ましい。このような溶媒の種類及び含有量は、液晶配向剤の塗布装置、塗布条件、塗布環境等に応じて適宜選択される。 Among the organic solvents used in combination, it is preferable to use 1-hexanol, cyclohexanol, 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, propylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol diethyl ether, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, ethylene glycol monobutyl ether or dipropylene glycol dimethyl ether. The type and content of such solvents are appropriately selected depending on the coating device, coating conditions, coating environment, etc. of the liquid crystal alignment agent.
また、これらの溶媒は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の20質量%~99質量%であることが好ましい。中でも、20質量%~90質量%が好ましい。より好ましいのは、20質量%~70質量%である。 These solvents preferably account for 20% to 99% by mass of the total solvent contained in the liquid crystal alignment agent. Of these, 20% to 90% by mass is more preferable. More preferably, it is 20% to 70% by mass.
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剤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、液晶配向剤に関する公知の文献に種々開示されているとおりであるが、あえてその一例を示すなら、国際公開第2015/060357号の段落[0105]~[0116]に開示されている成分等が挙げられる。 The liquid crystal aligning 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 are as disclosed in various known documents related to liquid crystal aligning agents, but examples include the components disclosed in paragraphs [0105] to [0116] of WO 2015/060357.
<液晶配向膜>
本発明の液晶配向膜は、上述した液晶配向剤から得られるものである。液晶配向剤から液晶配向膜を得る方法の一例を挙げるなら、塗布液形態の液晶配向剤を基板に塗布し、乾燥し、焼成して得られた膜に対してラビング処理法又は光配向処理法で配向処理を施す方法が挙げられる。
<Liquid crystal alignment film>
The liquid crystal alignment film of the present invention is obtained from the liquid crystal alignment agent described above. One example of a method for obtaining a liquid crystal alignment film from a liquid crystal alignment agent is to apply a liquid crystal alignment agent in the form of a coating liquid to a substrate, dry, and bake the resulting film, and then perform an alignment treatment by a rubbing treatment method or a photo-alignment treatment method.
本発明の液晶配向剤を塗布する基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板、窒化珪素基板と共に、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電極等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することができる。 The substrate on which the liquid crystal alignment agent of the present invention is applied is not particularly limited as long as it is a highly transparent substrate, and 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 also 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。 The method for applying the liquid crystal alignment agent is not particularly limited, but in industry, screen printing, offset printing, flexographic printing, inkjet printing, etc. are commonly used. Other application methods include the dip method, roll coater method, slit coater method, spinner method, spray method, etc., and these may be used depending on the purpose.
液晶配向剤を基板上に塗布した後の焼成は、ホットプレート、熱風循環炉、赤外線炉等の加熱手段により50~300℃、好ましくは80~250℃で行い、溶媒を蒸発させて、塗膜(液晶配向膜)を形成させることができる。焼成後に形成される塗膜の厚みは、厚すぎると液晶表示素子の消費電力の面で不利となり、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、好ましくは5nm~300nm、より好ましくは10nm~100nmである。液晶を水平配向や傾斜配向させる場合は、焼成後の塗膜をラビング又は偏光紫外線照射等で処理する。 After the liquid crystal alignment agent is applied to the substrate, it is baked at 50 to 300°C, preferably 80 to 250°C, using a heating means such as a hot plate, hot air circulation oven, or infrared oven to evaporate the solvent and form a coating film (liquid crystal alignment film). The thickness of the coating film formed after baking is preferably 5 nm to 300 nm, more preferably 10 nm to 100 nm, since if it is too thick, it is disadvantageous in terms of power consumption of the liquid crystal display element, and if it is too thin, the reliability of the liquid crystal display element may decrease. When aligning the liquid crystal horizontally or tilted, the coating film after baking is treated by rubbing or exposure to polarized ultraviolet light, etc.
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することができる。通常は、含有される溶媒を十分に除去するために、50℃~120℃で1分~10分焼成し、その後、150℃~300℃で、5分~120分焼成する条件が挙げられる。 After the liquid crystal alignment agent is applied to the substrate, the solvent is evaporated and the substrate is baked using a heating means such as a hot plate, a heat circulation oven, or an IR (infrared) oven. The temperature and time for the drying and baking process after the liquid crystal alignment agent is applied can be selected as desired. Typically, the substrate is baked at 50°C to 120°C for 1 to 10 minutes to sufficiently remove the contained solvent, and then baked at 150°C to 300°C for 5 to 120 minutes.
本発明の液晶配向膜は、IPS方式やFFS方式等の横電界方式の液晶表示素子の液晶配向膜として好適であり、特に、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 liquid crystal alignment film of the present invention is suitable as a liquid crystal alignment film for in-plane switching type liquid crystal display elements such as IPS type and FFS type, and is particularly useful as a liquid crystal alignment film for FFS type liquid crystal display elements.
<液晶表示素子>
本発明の液晶表示素子は、上述した液晶配向膜を具備するものであり、上述の液晶配向剤から得られる液晶配向膜付きの基板を得た後、既知の方法で液晶セルを作製し、該液晶セルを使用して素子としたものである。一例を挙げるならば、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本発明の液晶配向剤により形成された液晶配向膜とを有する液晶セルを具備する液晶表示素子である。
<Liquid crystal display element>
The liquid crystal display element of the present invention is provided with the above-mentioned liquid crystal alignment film, and is obtained by preparing a substrate with a liquid crystal alignment film obtained from the above-mentioned liquid crystal alignment agent, and then preparing a liquid crystal cell by a known method, and using the liquid crystal cell to form an element. For example, the liquid crystal display element is provided with a liquid crystal cell having two substrates arranged to face each other, a liquid crystal layer provided between the substrates, and a liquid crystal alignment film formed by the liquid crystal alignment agent of the present invention provided between the substrates and the liquid crystal layer.
本発明の液晶表示素子に用いる基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されないが、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、上述の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。 The substrate used in the liquid crystal display element of the present invention 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 the liquid crystal is formed. Specific examples include the same substrates as those described above for the liquid crystal alignment film.
また、液晶配向膜は、この基板上に本発明の液晶配向剤を塗布した後焼成することにより形成されるものであり、詳しくは上述した通りである。 The liquid crystal alignment film is formed by applying the liquid crystal alignment agent of the present invention onto the substrate and then baking it, as described above in detail.
本発明の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、ネマチック液晶及びスメクチック液晶を挙げることができ、その中でもネマチック液晶が好ましく、ポジ型液晶材料やネガ型液晶材料の何れを用いてもよい。具体的には、例えばメルク社製のMLC-2003、MLC-6608、MLC-6609、MLC-3019、MLC-2041、MLC-7026‐100等を用いることができる。 The liquid crystal material constituting the liquid crystal layer of the liquid crystal display element of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include nematic liquid crystal and smectic liquid crystal, among which nematic liquid crystal is preferred, and either positive type liquid crystal material or negative type liquid crystal material may be used. Specifically, for example, MLC-2003, MLC-6608, MLC-6609, MLC-3019, MLC-2041, MLC-7026-100, etc. manufactured by Merck can be used.
具体的には、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からなる膜とすることができる。次に、前記のような条件で、各基板の上に液晶配向膜を形成する。 Specifically, transparent glass substrates are prepared, and a common electrode is provided on one substrate, and a segment electrode is provided on the other substrate. These electrodes may 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 may be, for example, a film made of SiO 2 -TiO 2 formed by the sol-gel method. Next, a liquid crystal alignment film is formed on each substrate under the above-mentioned conditions.
次いで、液晶配向膜を形成した2枚の基板のうちの一方の基板上の所定の場所に例えば紫外線硬化性のシール剤を配置し、更に液晶配向膜面上の所定の数カ所に液晶を配置した後、液晶配向膜が対向するように他方の基板を貼り合わせて圧着することにより液晶を液晶配向膜前面に押し広げた後、基板の全面に紫外線を照射してシール剤を硬化することで液晶セルを得る。 Next, a UV-curable sealant, for example, is placed at a predetermined location on one of the two substrates on which the liquid crystal alignment film is formed, and liquid crystal is placed at several predetermined locations on the liquid crystal alignment film surface. The other substrate is then attached and pressed so that the liquid crystal alignment film faces the other substrate, spreading the liquid crystal over the front surface of the liquid crystal alignment film. The entire surface of the substrate is then irradiated with UV light to cure the sealant, thereby obtaining a liquid crystal cell.
或いは、基板の上に液晶配向膜を形成した後の工程として、一方の基板上の所定の場所にシール剤を配置する際に、外部から液晶を充填可能な開口部を設けておき、液晶を配置しないで基板を貼り合わせた後、シール剤に設けた開口部を通じて液晶セル内に液晶材料を注入し、次いで、この開口部を接着剤で封止して液晶セルを得る。液晶材料の注入には、真空注入法でもよいし、大気中で毛細管現象を利用した方法でもよい。 Alternatively, as a process after forming a liquid crystal alignment film on the substrates, when placing a sealant at a specified location on one of the substrates, an opening is provided that can be filled with liquid crystal from the outside, and after bonding the substrates together without placing liquid crystal, liquid crystal material is injected into the liquid crystal cell through the opening provided in the sealant, and this opening is then sealed with an adhesive to obtain a liquid crystal cell. The liquid crystal material can be injected by a vacuum injection method or a method utilizing capillary action in the atmosphere.
上記の何れの方法においても、液晶セル内に液晶材料が充填される空間を確保する為に、一方の基板上に柱状の突起を設けるか、一方の基板上にスペーサーを散布するか、シール剤にスペーサーを混入するか、又はこれらを組み合わせる等の手段を取ることが好ましい。 In any of the above methods, in order to secure a space in the liquid crystal cell for filling with the liquid crystal material, it is preferable to take measures such as providing columnar protrusions on one of the substrates, dispersing spacers on one of the substrates, mixing spacers into the sealing agent, or a combination of these.
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記載に限定されるものでは無く、その他の公知の手法で作成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号公報の段落[0074]~段落[0081]等の他、数多くの文献でも開示されている。 The liquid crystal alignment film and liquid crystal display element of the present invention are not limited to the above description as long as they use the liquid crystal alignment agent of the present invention, and may be produced by other known methods. The process of obtaining a liquid crystal display element from a liquid crystal alignment agent is disclosed in, for example, paragraphs [0074] to [0081] of JP 2015-135393 A, as well as in many other documents.
以上のようにして、本発明の液晶配向剤を用いて作製された液晶表示素子は、信頼性に優れたものとなり、大画面で高精細の液晶テレビ等に好適に利用することができる。 As described above, the liquid crystal display element produced using the liquid crystal alignment agent of the present invention has excellent reliability and can be suitably used in large-screen, high-definition liquid crystal televisions, etc.
以下に実施例を挙げて、さらに、本発明を具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定して解釈されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below with reference to the following examples. However, the present invention should not be construed as being limited to these examples.
実施例で使用した各材料を溶解するために用いた汎用溶剤および実施例で使用した各材料の原料となる単量体の化学構造式は以下に示す通りである。
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
GBL:ガンマブチロラクトン
BCS:ブチルセロソルブ
DC-1:1,3-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
DC-2:ビシクロ[3,3,0]オクタン-2,4,6,8-テトラカルボン酸二無水物
DC-3:1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
DC-4:ピロメリト酸無水物
DC-5:テトラヒドロ-1H-5,9-メタノピラノ[3,4-d]オクセピン-1,3,6,8(4H)-テトラノン
DA-1:ジメチル 2,4-ビス((4-アミノベンズアミド)シクロブタンー1,3-ジカルボキシレート
DA-2:ジメチル 2,4-ビス((4-アミノフェニル)カルバモイル)シクロブタンー1,3-ジカルボキシレート
DA-3:1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)エタン
DA-4:1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)ヘキサン
DA-5:1-tertブトキシカルボニルー1,3-ビス(4-アミノフェネチル)ウレア
DA-6:ジメチル 2,4-ビス((4-アミノフェニル)ウレイド)シクロブタンー1,3-ジカルボキシレート
The general-purpose solvents used to dissolve the materials used in the examples and the chemical structural formulas of the monomers that are the raw materials for the materials used in the examples are as follows:
NMP: N-methyl-2-pyrrolidone GBL: gamma butyrolactone BCS: butyl cellosolve DC-1: 1,3-dimethyl-1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride DC-2: bicyclo[3,3,0]octane-2,4,6,8-tetracarboxylic dianhydride DC-3: 1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride DC-4: pyromellitic anhydride DC-5: tetrahydro-1H-5,9-methanopyrano[3,4-d]oxepin-1,3,6,8(4H)-tetranon DA-1: dimethyl 2,4-bis((4-aminobenzamido)cyclobutane-1,3-dicarboxylate DA-2: dimethyl 2,4-bis((4-aminophenyl)carbamoyl)cyclobutane-1,3-dicarboxylate DA-3: 1,2-bis(4-aminophenoxy)ethane DA-4: 1,2-bis(4-aminophenoxy)hexane DA-5: 1-tertbutoxycarbonyl-1,3-bis(4-aminophenethyl)urea DA-6: Dimethyl 2,4-bis((4-aminophenyl)ureido)cyclobutane-1,3-dicarboxylate
実施例で使用した各材料の合成方法、各特性の測定方法は、以下に示す通りである。 The synthesis methods for each material used in the examples and the methods for measuring each property are as follows:
[粘度]
合成例において、ポリアミック酸溶液の粘度は、E型粘度計TVE-22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL、コーンロータTE-1(1°34’、R24)、温度25℃で測定した。
[viscosity]
In the synthesis examples, the viscosity of the polyamic acid solution was measured using an E-type viscometer TVE-22H (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) with a sample amount of 1.1 mL, a cone rotor TE-1 (1°34′, R24), and a temperature of 25°C.
[分子量]
分子量はGPC(常温ゲル浸透クロマトグラフィー)装置によって測定し、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド換算値として数平均分子量(Mnと重量平均分子量(Mw)を算出した。
[Molecular weight]
The molecular weight was measured by a GPC (gel permeation chromatography) device, and the number average molecular weight (Mn) and weight average molecular weight (Mw) were calculated as values converted into polyethylene glycol and polyethylene oxide.
GPC装置:Shodex社製(GPC-101)、カラム:Shodex社製(KD803、KD805の直列)、カラム温度:50℃、溶離液:N,N-ジメチルホルムアミド(添加剤として、臭化リチウム-水和物(LiBr・H2O)が30mmol/L、リン酸・無水結晶(o-リン酸)が30mmol/L、テトラヒドロフラン(THF)が10ml/L)、流速:1.0ml/分
検量線作成用標準サンプル:東ソー社製 TSK 標準ポリエチレンオキサイド(重量平均分子量(Mw) 約900,000、150,000、100,000、30,000)、及び、ポリマーラボラトリー社製 ポリエチレングリコール(ピークトップ分子量(Mp)約12,000、4,000、1,000)。測定は、ピークが重なるのを避けるため、900,000、100,000、12,000、1,000の4種類を混合したサンプル、及び150,000、30,000、4,000の3種類を混合したサンプルの2サンプルを別々に測定した。
GPC apparatus: Shodex (GPC-101), column: Shodex (KD803, KD805 in series), column temperature: 50°C, eluent: N,N-dimethylformamide (additives: lithium bromide hydrate (LiBr.H 2 O) 30 mmol/L, phosphoric acid anhydrous crystal (o-phosphoric acid) 30 mmol/L, tetrahydrofuran (THF) 10 ml/L), flow rate: 1.0 ml/min. Standard samples for creating calibration curves: TSK standard polyethylene oxide (weight average molecular weight (Mw) about 900,000, 150,000, 100,000, 30,000) manufactured by Tosoh Corporation, and polyethylene glycol (peak top molecular weight (Mp) about 12,000, 4,000, 1,000) manufactured by Polymer Laboratory. In order to avoid overlapping peaks, two samples, a mixture of four types of 900,000, 100,000, 12,000, and 1,000, and a mixture of three types of 150,000, 30,000, and 4,000, were measured separately.
[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、9.5ppm~11.0ppm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。ただし、下記式で算出するイミド化率は、重合反応に関与しない単量体中に含まれるNH基由来のプロトンピークを除外したときの数値とする。
[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 completely dissolved by applying ultrasonic waves. 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 integrated value of the peak of this proton and the integrated value of the proton peak derived from the NH group of the amic acid that appears around 9.5 ppm to 11.0 ppm. However, the imidization rate calculated by the following formula is a value when the proton peak derived from the NH group contained in the monomer that is not involved in the polymerization reaction is excluded.
イミド化率(%)=(1-α・x/y)×100 Imidation rate (%) = (1-α x/y) x 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。 In the above formula, x is the integrated value of the proton peak derived from the NH group of the amide 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 amide acid in the case of polyamide acid (imidization rate 0%).
[FFSモード用液晶セルの作製]
フリンジフィールドスィッチング(Fringe Field Switching:FFS)モード液晶表示素子の構成を備えた液晶セルを作製する。
[Preparation of FFS mode liquid crystal cell]
A liquid crystal cell having a fringe field switching (FFS) mode liquid crystal display element configuration is fabricated.
始めに、電極付きの基板を準備した。基板は、30mm×35mmの大きさで、厚さが0.7mmのガラス基板である。基板上には第1層目として対向電極を構成する、ベタ状のパターンを備えたITO電極が形成されている。第1層目の対向電極の上には第2層目として、CVD法により成膜されたSiN(窒化珪素)膜が形成されている。第2層目のSiN膜の膜厚は500nmであり、層間絶縁膜として機能する。第2層目のSiN膜の上には、第3層目としてITO膜をパターニングして形成された櫛歯状の画素電極が配置され、第1画素及び第2画素の2つの画素を形成している。各画素のサイズは、縦約10mmで横約5mmである。このとき、第1層目の対向電極と第3層目の画素電極とは、第2層目のSiN膜の作用により電気的に絶縁されている。 First, a substrate with electrodes was prepared. The substrate was a glass substrate with a size of 30 mm x 35 mm and a thickness of 0.7 mm. An ITO electrode with a solid pattern was formed on the substrate as the first layer, which constituted the counter electrode. A SiN (silicon nitride) film formed by CVD was formed as the second layer on the first layer of the counter electrode. The thickness of the second layer of the SiN film was 500 nm, and it functions as an interlayer insulating film. A comb-shaped pixel electrode formed by patterning the ITO film as the third layer was arranged on the second layer of the SiN film, forming two pixels, a first pixel and a second pixel. The size of each pixel was about 10 mm in length and about 5 mm in width. At this time, the first layer of the counter electrode and the third layer of the pixel electrode were electrically insulated by the action of the second layer of the SiN film.
第3層目の画素電極は、中央部分が屈曲したくの字形状の電極要素を複数配列して構成された櫛歯状の形状を有する。各電極要素の短手方向の幅は3μmであり、電極要素間の間隔は6μmである。各画素を形成する画素電極が、中央部分の屈曲したくの字形状の電極要素を複数配列して構成されているため、各画素の形状は長方形状ではなく、電極要素と同様に中央部分で屈曲する、太字のくの字に似た形状を備える。そして、各画素は、その中央の屈曲部分を境にして上下に分割され、屈曲部分の上側の第1領域と下側の第2領域を有する。 The pixel electrode in the third layer has a comb-like shape consisting of multiple electrode elements arranged in a L-shape with a bent central portion. The width of each electrode element in the short direction is 3 μm, and the distance between the electrode elements is 6 μm. Because the pixel electrodes forming each pixel are arranged in multiple L-shaped electrode elements arranged in a L-shape with a bent central portion, the shape of each pixel is not rectangular, but has a bold L-shape that is bent in the center like the electrode elements. Each pixel is divided into upper and lower parts by the central bend, and has a first region above the bent part and a second region below the bent part.
各画素の第1領域と第2領域とを比較すると、それらを構成する画素電極の電極要素の形成方向が異なるものとなっている。すなわち、後述する液晶配向膜の直線偏光紫外(LPUV)光の偏光方向を基準とした場合、画素の第1領域では画素電極の電極要素が+80°の角度(時計回り)をなすように形成され、画素の第2領域では画素電極の電極要素が-80°の角度(反時計回り)をなすように形成されている。すなわち、各画素の第1領域と第2領域とでは、画素電極と対向電極との間の電圧印加によって誘起される液晶の、基板面内での回転動作(インプレーン・スイッチング)の方向が互いに逆方向となるように構成されている。 Comparing the first and second regions of each pixel, the electrode elements of the pixel electrodes that compose them are formed in different directions. That is, based on the polarization direction of linearly polarized ultraviolet (LPUV) light of the liquid crystal alignment film described below, the electrode elements of the pixel electrodes in the first region of the pixel are formed to form an angle of +80° (clockwise), and the electrode elements of the pixel electrodes in the second region of the pixel are formed to form an angle of -80° (counterclockwise). That is, the first and second regions of each pixel are configured so that the directions of rotational movement (in-plane switching) of the liquid crystal within the substrate surface induced by application of a voltage between the pixel electrode and the opposing electrode are opposite to each other.
次に、液晶配向剤を1.0μmのフィルターで濾過した後、準備された上記電極付き基板と裏面にITO膜が成膜されている高さ4μmの柱状スペーサーを有するガラス基板に、スピンコートにて塗布した。80℃のホットプレート上で2分間乾燥させ、塗膜面に偏光板を介して消光比26:1以上の直線偏光した波長254nmの紫外線を照射した後、230℃の熱風循環式オーブンで30分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。上記、2枚の基板を一組とし、基板上にシール剤を印刷し、もう1枚の基板を、液晶配向膜面が向き合い配向方向が0°になるようにして張り合わせた後、シール剤を硬化させて空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、液晶MLC-3019(メルク社製)を注入し、注入口を封止して、FFS駆動液晶セルを得た。 Next, the liquid crystal alignment agent was filtered through a 1.0 μm filter, and then spin-coated onto the above-prepared electrode-attached substrate and a glass substrate having a columnar spacer with a height of 4 μm and an ITO film formed on the back side. The substrate was dried on a hot plate at 80°C for 2 minutes, and the coating surface was irradiated with linearly polarized ultraviolet light with a wavelength of 254 nm and an extinction ratio of 26:1 or more through a polarizing plate, and then baked in a hot air circulating oven at 230°C for 30 minutes to form a coating film with a thickness of 100 nm. The above two substrates were combined into a set, a sealant was printed on the substrate, and the other substrate was attached so that the liquid crystal alignment film surfaces faced each other and the alignment direction was 0°, and then the sealant was cured to prepare an empty cell. Liquid crystal MLC-3019 (manufactured by Merck) was injected into this empty cell by a reduced pressure injection method, and the injection port was sealed to obtain an FFS-driven liquid crystal cell.
[残像評価]
二枚の偏光子のなす角が90°となるように偏光子を配置し、この状態をクロスニコルとした。これら二枚の偏光子の間に、上記した残像評価用の液晶セルを配置し、注入した液晶の配向状態を観察した。具体的な評価法は、注入した液晶が液晶セル中で均一に配向しているかどうかを観察することで判断した。液晶セル中の液晶が均一に配向していない場合は輝線が見られ、二枚の偏光子と液晶の配向方向のなす角度により、明瞭な明/暗視野が観察できない。一方で液晶セル中の液晶が均一に配向している場合は輝線が見られず、二枚の偏光子と液晶の配向方向のなす角度により、明瞭な明/暗視野が観察できる。評価基準として、上記の輝線が全く見られず、明瞭な明/暗視野が観察できれば「良好」、明瞭な明/暗視野が観察できるものの、わずかに輝線がみられるものは「可」、明瞭な明/暗視野が観察できず、明瞭な輝線がみられるものは「不良」とした。
[Afterimage evaluation]
The polarizers were arranged so that the angle between the two polarizers was 90°, and this state was called crossed Nicol. The liquid crystal cell for evaluating the afterimage described above was arranged between these two polarizers, and the orientation state of the injected liquid crystal was observed. The specific evaluation method was determined by observing whether the injected liquid crystal was uniformly oriented in the liquid crystal cell. If the liquid crystal in the liquid crystal cell was not uniformly oriented, bright lines were observed, and a clear bright/dark field could not be observed depending on the angle between the two polarizers and the orientation direction of the liquid crystal. On the other hand, if the liquid crystal in the liquid crystal cell was uniformly oriented, bright lines were not observed, and a clear bright/dark field could be observed depending on the angle between the two polarizers and the orientation direction of the liquid crystal. As the evaluation criteria, if the above-mentioned bright lines were not observed at all and a clear bright/dark field was observed, it was rated as "good", if a clear bright/dark field was observed but only a slight bright line was observed, it was rated as "fair", and if a clear bright/dark field was not observed and a clear bright line was observed, it was rated as "poor".
[表示不良評価]
上記で作製した液晶セルの表示不良評価を行った。評価は、上記で作製した液晶セルを60℃の加熱オーブンで2週間以上加熱した後に、偏光顕微鏡(ECLIPSE E600WPOL)(ニコン社製)で観察することで行った。具体的には、液晶セルを偏光子に対してクロスニコルで設置し、レンズ倍率を5倍にした偏光顕微鏡で観察し、確認した輝点の数を数え、輝点の数が5個未満を「良好」、それ以上を「不良」とした。
[Display failure evaluation]
The liquid crystal cell prepared above was evaluated for display defects. The evaluation was performed by heating the liquid crystal cell prepared above in a heating oven at 60° C. for 2 weeks or more, and then observing it with a polarizing microscope (ECLIPSE E600WPOL) (manufactured by Nikon Corporation). Specifically, the liquid crystal cell was placed in a crossed Nicol position with respect to the polarizer, and observed with a polarizing microscope with a lens magnification of 5 times, and the number of confirmed bright spots was counted, and the number of bright spots less than 5 was evaluated as "good", and the number of bright spots more than 5 was evaluated as "bad".
[液晶配向性評価]
上記で作製した液晶セルの配向性評価を行った。評価法として、液晶セルを偏光板クロスニコル下で最も輝度が小さくなる状態に配置し、作成直後及び再配向処理(110℃で1時間加熱し、室温に戻す)を行った後の配向状態の比較を行った。液晶セル作成直後に流動配向やドメイン等が観察されなかった場合は〇、再配向処理で流動配向やドメイン等が消失した場合は△、再配向後も前記の配向欠陥が観察された場合は×とした。
[Liquid crystal alignment evaluation]
The alignment of the liquid crystal cell prepared above was evaluated. As an evaluation method, the liquid crystal cell was placed under a polarizing plate crossed Nicol in a state where the luminance was the smallest, and the alignment state was compared immediately after preparation and after realignment treatment (heating at 110°C for 1 hour and returning to room temperature). If no flow alignment or domains were observed immediately after preparation of the liquid crystal cell, it was marked as ◯, if flow alignment or domains disappeared by the realignment treatment, it was marked as △, and if the alignment defects were observed even after realignment, it was marked as ×.
「モノマー合成例」
合成例1 Dimethyl 2,4-bis(3-(4-aminophenyl)ureido)cyclobutane-1,3-dicarboxylateの合成
"Monomer synthesis example"
Synthesis Example 1 Synthesis of Dimethyl 2,4-bis(3-(4-aminophenyl)ureido)cyclobutane-1,3-dicarboxylate
<第1工程>
Dimethyl 2,4-bis(3-(4-nitrophenyl)ureido)cyclobutane-1,3-dicarboxylateの合成
窒素導入管をとりつけた1Lの4口フラスコに、bis(methoxycarbonyl)cyclobutane-1,3-dicarboxylic acid(100.0g:384.23mmol)をはかり取り、トルエン(500.0g)を加え、トリエチルアミン(97.2g:960.58mmol)、Diphenylphosphoryl Azide[DPPA](232.6g:845.31mmol)を加え、窒素雰囲気下室温で30分攪拌した後、60℃に昇温し、更に3時間反応させた。反応が進行するに従いガスが発生し、ガスの発生が止まるのを確認した。反応溶液を室温に戻し、1,4diaza-bicyclo[2.2.2]octane[DABCO](2.15g:19.21mmol)、4-Nitroaniline(116.76g:845.31mmol)、テトラヒドロフラン(200.0g)を加え、再び60℃に昇温し、窒素雰囲気下で24時間反応させた。TLCにて原料の消失を確認した後、反応溶液を分液ロートに移した。この時有機層は2層に分かれるため、下の層を分取し、メタノール中に投入し攪拌すると固体が析出した。この固体を濾過により回収した。一方の上層を100mlの純水にて3回洗浄し、有機層をロータリーエバポレータにより溶媒留去を行ったところ固体が析出してきた。この祖物を回収し、前記で得られた固体と混合し、メタノール(300.0g)にて加熱洗浄(還流:1時間)を2回行い、真空乾燥させることで薄黄色の固体(136.56g:収率67%)を得た。構造確認は核磁気共鳴スペクトル[1H-NMR(400MHz)]にて行い目的物であることを確認した。以下に測定データを示す。
<First step>
Synthesis of Dimethyl 2,4-bis(3-(4-nitrophenyl)ureido)cyclobutane-1,3-dicarboxylate Bis(methoxycarbonyl)cyclobutane-1,3-dicarboxylate (100.0 g: 384.23 mmol) was weighed into a 1 L four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, toluene (500.0 g) was added, triethylamine (97.2 g: 960.58 mmol) and diphenylphosphoryl azide [DPPA] (232.6 g: 845.31 mmol) were added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes under a nitrogen atmosphere, and then heated to 60° C. and reacted for another 3 hours. As the reaction proceeded, gas was generated, and it was confirmed that the generation of gas had ceased. The reaction solution was returned to room temperature, 1,4-diaza-bicyclo[2.2.2]octane[DABCO] (2.15 g: 19.21 mmol), 4-nitroaniline (116.76 g: 845.31 mmol), and tetrahydrofuran (200.0 g) were added, and the temperature was raised to 60°C again, and the reaction was carried out for 24 hours under a nitrogen atmosphere. After confirming the disappearance of the raw materials by TLC, the reaction solution was transferred to a separatory funnel. At this time, the organic layer was separated into two layers, so the lower layer was separated and poured into methanol and stirred, and a solid precipitated. This solid was collected by filtration. One of the upper layers was washed three times with 100 ml of pure water, and the organic layer was subjected to solvent distillation using a rotary evaporator, and a solid precipitated. This crude product was collected, mixed with the solid obtained above, heated and washed twice with methanol (300.0 g) (reflux: 1 hour), and vacuum dried to obtain a pale yellow solid (136.56 g: yield 67%). The structure was confirmed by nuclear magnetic resonance spectroscopy [ 1 H-NMR (400 MHz)], and it was confirmed that it was the target product. The measurement data are shown below.
1H-NMR(400MHz:D6-DMSO)δ:9.34(s:2H)、8.11(q:4H)、7.60(q:4H)、7.04(d:2H)、4.78(q:2H)、4.07(m:2H)、3.60(s:6H) 1 H-NMR (400MHz: D6-DMSO) δ: 9.34 (s: 2H), 8.11 (q: 4H), 7.60 (q: 4H), 7.04 (d: 2H), 4.78 (q: 2H), 4.07 (m: 2H), 3.60 (s: 6H)
<第2工程>
Dimethyl 2,4-bis(3-(4-amonophenyl)ureido)cyclobutane-1,3-dicarboxylateの合成
1Lの4口フラスコに前記の操作にて得られたDimethyl 2,4-bis(3-(4-nitro-phenyl)ureido)-cyclobutane-1,3-dicarboxylate(100.0g:188.52mmol)、10%パラジウムカーボン(10.0g)、十分に脱気したN,N-ジメチルホルムアミド(500.0g)を加え、水素ガスを置換し、60℃で強めに攪拌しながら24時間反応させた。原料の消失を確認し、熱い状態で濾過によりパラジウムカーボンを除去し、更に活性炭(30g)を加え、60℃で3時間攪拌し、熱時濾過を行った。ろ液を1Lのメタノール中に投入し、10℃でしばらく攪拌すると固体が析出してきた。得られた固体を濾過により回収し、300.0gのメタノールにて加熱洗浄を2回行い、真空乾燥させることで、目的物の乳白色固体74.5gを得た。構造確認は核磁気共鳴スペクトル[1H-NMR(400MHz)]にて行い目的物であることを確認した。以下に測定データを示す。
<Second step>
Synthesis of Dimethyl 2,4-bis(3-(4-amonophenyl)ureido)cyclobutane-1,3-dicarboxylate Dimethyl 2,4-bis(3-(4-nitro-phenyl)ureido)-cyclobutane-1,3-dicarboxylate (100.0 g: 188.52 mmol) obtained by the above operation, 10% palladium carbon (10.0 g), and sufficiently degassed N,N-dimethylformamide (500.0 g) were added to a 1 L four-neck flask, hydrogen gas was replaced, and the mixture was reacted at 60° C. for 24 hours with vigorous stirring. After confirming the disappearance of the raw materials, palladium carbon was removed by filtration in a hot state, activated carbon (30 g) was added, and the mixture was stirred at 60° C. for 3 hours, followed by hot filtration. The filtrate was poured into 1 L of methanol and stirred for a while at 10° C., whereupon a solid precipitated. The resulting solid was collected by filtration, washed twice with 300.0 g of methanol under heating, and dried in vacuum to obtain 74.5 g of the target milky white solid. The structure was confirmed by nuclear magnetic resonance spectroscopy [ 1 H-NMR (400 MHz)], and it was confirmed that the product was the target. The measurement data are shown below.
1H-NMR(400MHz:D6-DMSO)δ:8.01(s:4H)、6.95(q:4H)、6.49(d:2H)、6.45(q:4H)、4.75(q:2H)、4.73(br:4H)、3.64(s:6H),3.35(m:2H) 1 H-NMR (400MHz: D6-DMSO) δ: 8.01 (s: 4H), 6.95 (q: 4H), 6.49 (d: 2H) , 6.45 (q: 4H), 4.75 (q: 2H), 4.73 (br: 4H), 3.64 (s: 6H), 3.35 (m: 2H)
合成例2
Dimethyl 2,4-bis(4-aminobenzamido)cyclobutane-1,3-dicarboxylateの合成
Synthesis Example 2
Synthesis of Dimethyl 2,4-bis(4-aminobenzoamide)cyclobutane-1,3-dicarboxylate
<第1工程>
Dimethyl 2,4-bis((tert-butoxycarbonyl)amino)cyclobutane-1,3-dicarboxylateの合成
窒素導入管をとりつけた2Lの4口フラスコに、bis(methoxycarbonyl)cyclobutane-1,3-dicarboxylic acid(100g:418mmol)をはかり取り、トルエン(1000g)を加え、トリエチルアミン(92.0g:916mmol)、Diphenylphosphoryl Azide[DPPA](252g:916mmol)を加え、窒素雰囲気下室温で30分攪拌した後、60℃に昇温し、更に3時間反応させた。反応が進行するに従いガスが発生し、ガスの発生が止まるのを確認した。反応溶液を室温まで冷却し、1,4diaza-bicyclo[2.2.2]octane[DABCO](2.35:20.9mmol)、tert-butyl alcohol(155g:2.09×103mmol)を加え、80℃に昇温し、窒素雰囲気下で24時間加熱撹拌した。反応終了後、反応溶液を-20℃で冷却し、生成物を再結晶した。その固体を良溶媒として酢酸エチル、貧溶媒としてヘキサンを用いて再結晶し、これを真空乾燥することで目的の白色固体(60.0g:145mmol、収率:35%)を得た。生成物の構造確認は核磁気共鳴スペクトル[1H-NMR(400MHz)]にて行い目的物であることを確認した。以下に測定データを示す。
<First step>
Synthesis of Dimethyl 2,4-bis((tert-butoxycarbonyl)amino)cyclobutane-1,3-dicarboxylate Bis(methoxycarbonyl)cyclobutane-1,3-dicarboxylate (100 g, 418 mmol) was weighed into a 2 L four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, and toluene (1000 g) was added. Triethylamine (92.0 g, 916 mmol) and diphenylphosphoryl azide [DPPA] (252 g, 916 mmol) were added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes under a nitrogen atmosphere, and then heated to 60° C. and reacted for an additional 3 hours. As the reaction proceeded, gas was generated, and it was confirmed that the gas generation had ceased. The reaction solution was cooled to room temperature, and 1,4-diaza-bicyclo[2.2.2]octane[DABCO] (2.35:20.9 mmol) and tert-butyl alcohol (155 g:2.09×10 3 mmol) were added, and the temperature was raised to 80° C., and the mixture was heated and stirred for 24 hours under a nitrogen atmosphere. After the reaction was completed, the reaction solution was cooled to −20° C., and the product was recrystallized. The solid was recrystallized using ethyl acetate as a good solvent and hexane as a poor solvent, and the solid was vacuum dried to obtain the desired white solid (60.0 g:145 mmol, yield: 35%). The structure of the product was confirmed by nuclear magnetic resonance spectroscopy [ 1 H-NMR (400 MHz)], and it was confirmed that it was the desired product. The measurement data are shown below.
1H-NMR(400MHz:D6-DMSO)δ:7.40-7.38(s-s:2H)、4.51-4.49(q:2H)、3.56(s:6H)、3.42-3.38(q:2H)、1.36(s:18H) 1 H-NMR (400MHz: D6-DMSO) δ: 7.40-7.38 (ss: 2H), 4.51-4.49 (q: 2H), 3.56 (s: 6H), 3.42-3.38 (q: 2H), 1.36 (s: 18H)
<第2工程>
Dimethyl 2,4-bis(4-nitrobenzamido)cyclobutane-1,3-dicarboxylateの合成
窒素導入管をとりつけた2Lの4口フラスコに前記操作で得られたDimethyl 2,4-bis((tert-butoxycarbonyl)amino)cyclobutane-1,3-dicarboxylate(60.0g:145mmol)をはかり取り、クロロホルム(600.0g)を加え、氷浴中でトリフルオロ酢酸[TFA](164g:1.45×103mmol)を加え、40℃で12時間加熱撹拌した。その反応溶液を0℃程度に冷却し、トリエチルアミン(32.1g:318mmol)を加え、室温で0.5時間撹拌した。その後、クロロホルム670gに溶解した4-ニトロ安息香酸クロリド(67.0g:602mmol)を静かに滴下し、室温で6時間撹拌した。反応終了後、反応溶液を濃縮し、純水200mlで3回洗浄し、飽和食塩水200mlで1回洗浄した。その後、良溶媒としてクロロホルム、貧溶媒としてヘキサンを用いて再結晶し、得られた固体を真空乾燥することで目的の薄黄色固体56.0g(112mmol)を得た。生成物の構造確認は核磁気共鳴スペクトル[1H-NMR(400MHz)]にて行い目的物であることを確認した。以下に測定データを示す。
<Second step>
Synthesis of Dimethyl 2,4-bis(4-nitrobenzomido)cyclobutane-1,3-dicarboxylate Dimethyl 2,4-bis((tert-butoxycarbonyl)amino)cyclobutane-1,3-dicarboxylate (60.0 g: 145 mmol) obtained in the above procedure was weighed into a 2 L four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, chloroform (600.0 g) was added, trifluoroacetic acid [TFA] (164 g: 1.45×10 3 mmol) was added in an ice bath, and the mixture was heated and stirred at 40° C. for 12 hours. The reaction solution was cooled to about 0° C., triethylamine (32.1 g: 318 mmol) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 0.5 hours. Then, 4-nitrobenzoic acid chloride (67.0 g: 602 mmol) dissolved in 670 g of chloroform was gently added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature for 6 hours. After the reaction was completed, the reaction solution was concentrated, washed three times with 200 ml of pure water, and washed once with 200 ml of saturated saline. Then, the mixture was recrystallized using chloroform as a good solvent and hexane as a poor solvent, and the obtained solid was vacuum-dried to obtain 56.0 g (112 mmol) of the target light yellow solid. The structure of the product was confirmed by nuclear magnetic resonance spectroscopy [ 1 H-NMR (400 MHz)], and it was confirmed that it was the target product. The measurement data are shown below.
1H-NMR(400MHz:D6-DMSO)δ:9.29-9.27(d:2H)、8.37(d-d:4H)、8.06(d-d:4H)、5.23-5.17(m:2H)、3.86-3.82(m:2H)、3.55(s:6H) 1 H-NMR (400MHz: D6-DMSO) δ: 9.29-9.27 (d: 2H), 8.37 (dd: 4H), 8.06 (dd: 4H), 5.23-5.17 (m: 2H), 3.86-3.82 (m: 2H), 3.55 (s: 6H)
<第3工程>
Dimethyl 2,4-bis(4-aminobenzamido)cyclobutane-1,3-dicarboxylateの合成
1Lの4口フラスコに前記操作で得られたDimethyl 2,4-bis(4-nitrobenzamido)cyclobutane-1,3-dicarboxylate(20.0g:112mmol)、10%パラジウムを担持させた活性カーボン(11.2g)、十分に脱気したN,N-ジメチルホルムアミド(500g)を加え、系中に水素ガスを充填置換し、室温で48時間強攪拌した。反応終了後、パラジウムカーボンを除去し、N,N-ジメチルホルムアミドを減圧濃縮した。析出した固体を最少量のDMFに溶解し、貧溶媒としてヘキサンを用いることで再結晶した。得られた固体をメタノールに分散し、80℃で6時間加熱撹拌した。その後、濾過にて固体を回収し、減圧乾燥することで目的の白色固体(35.0g:79.5mmol、収率:71%)を得た。構造確認は核磁気共鳴スペクトル[1H-NMR(400MHz)]にて行い目的物であることを確認した。以下に測定データを示す。
<Third step>
Synthesis of Dimethyl 2,4-bis(4-aminobenzomido)cyclobutane-1,3-dicarboxylate Dimethyl 2,4-bis(4-nitrobenzomido)cyclobutane-1,3-dicarboxylate (20.0 g: 112 mmol) obtained by the above operation, activated carbon (11.2 g) supporting 10% palladium, and fully degassed N,N-dimethylformamide (500 g) were added to a 1 L four-neck flask, hydrogen gas was filled into the system, and the mixture was stirred vigorously at room temperature for 48 hours. After the reaction was completed, the palladium carbon was removed, and N,N-dimethylformamide was concentrated under reduced pressure. The precipitated solid was dissolved in a minimum amount of DMF and recrystallized using hexane as a poor solvent. The obtained solid was dispersed in methanol and heated and stirred at 80° C. for 6 hours. The solid was then collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain the target white solid (35.0 g: 79.5 mmol, yield: 71%). The structure was confirmed by nuclear magnetic resonance spectroscopy [ 1 H-NMR (400 MHz)], and it was confirmed that it was the target product. The measurement data are shown below.
1H-NMR(400MHz:D6-DMSO)δ:8.36-8.34(d-d:2H)、7.56-7.53(q:4H)、6.55-6.52(q:4H)、5.65(br:4H)、5.14-5.08(q:2H)、3.76-3.72(q:2H)、3.49(s:6H) 1 H-NMR (400MHz: D6-DMSO) δ: 8.36-8.34 (dd: 2H), 7.56-7.53 (q: 4H), 6.55-6 .52 (q: 4H), 5.65 (br: 4H), 5.14-5.08 (q: 2H), 3.76-3.72 (q: 2H), 3.49 (s: 6H)
[合成例1]
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-1を5.06g(11.5mmol)取り、NMPを20.3g加えて、窒素を送りながら70℃で30分間加熱撹拌し、溶解した。このジアミン溶液を水冷により室温まで冷却した後、撹拌しながらDC-1を2.37g(11.3mmol)添加し、さらにNMPを9.50g加え、40℃で24時間加熱撹拌してポリアミック酸の溶液(PAA-1)を得た。このポリアミック酸の溶液の温度25℃における粘度は300mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量および分子量分布はMn=1.27×104、Mw=3.07×104、Mw/Mn=2.41であった。
[Synthesis Example 1]
5.06 g (11.5 mmol) of DA-1 was taken in a 50 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, and 20.3 g of NMP was added. The mixture was heated and stirred at 70° C. for 30 minutes while feeding nitrogen, and dissolved. After cooling this diamine solution to room temperature by water cooling, 2.37 g (11.3 mmol) of DC-1 was added while stirring, and 9.50 g of NMP was further added, and the mixture was heated and stirred at 40° C. for 24 hours to obtain a polyamic acid solution (PAA-1). The viscosity of this polyamic acid solution at a temperature of 25° C. was 300 mPa·s. The molecular weight and molecular weight distribution of this polyamic acid were Mn=1.27×10 4 , Mw=3.07×10 4 , and Mw/Mn=2.41.
[合成例2、3、4、5、6]
下記表1に示す、ジアミン成分、テトラカルボン酸成分、及びNMPを使用し、それぞれ、反応温度、固形分濃度、合成例1と同様に実施することにより、下記表1に示すポリアミック酸溶液PAA-2、PAA-3、PAA-4、PAA-5、PAA-6を得た。また、得られたポリアミック酸の粘度、及び分子量は、下記表2に示す。
[Synthesis Examples 2, 3, 4, 5, and 6]
The diamine components, tetracarboxylic acid components, and NMP shown in Table 1 below were used, and the reaction temperature, solid content, and procedure were carried out in the same manner as in Synthesis Example 1, to obtain polyamic acid solutions PAA-2, PAA-3, PAA-4, PAA-5, and PAA-6 shown in Table 1 below. The viscosities and molecular weights of the obtained polyamic acids are shown in Table 2 below.
[合成例7]
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ポリアミック酸溶液(PAA-1)を55.0g取り、NMPを18.3g加え、室温で30分撹拌した。得られたポリアミック酸溶液に、無水酢酸を5.12g(50.7mmol)、ピリジンを1.59g(20.1mmol)加えて、55℃で6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218mlのメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物を回収し、続いて、218mlのメタノールで3回洗浄した。得られた樹脂粉末を60℃で12時間乾燥することで、ポリイミド樹脂粉末(PIP-1)を得た。このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は95%以上であった。
[Synthesis Example 7]
55.0 g of the obtained polyamic acid solution (PAA-1) was taken in a 100 ml four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 18.3 g of NMP was added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. 5.12 g (50.7 mmol) of acetic anhydride and 1.59 g (20.1 mmol) of pyridine were added to the obtained polyamic acid solution, and the mixture was heated and stirred at 55 ° C. for 6 hours to perform chemical imidization. The obtained reaction solution was poured into 218 ml of methanol while stirring, and the precipitate was collected, and then washed three times with 218 ml of methanol. The obtained resin powder was dried at 60 ° C. for 12 hours to obtain a polyimide resin powder (PIP-1). The imidization rate of this polyimide resin powder was 95% or more.
[合成例8]
ポリアミック酸溶液(PAA-2)を使用し、それぞれ、無水酢酸およびピリジンの導入量また、反応温度は合成例7と同様の手順において化学イミド化を実施した。しかし、加熱撹拌中にゲル状の固形物が析出し、正確に化学イミド化できなかった。
[Synthesis Example 8]
Chemical imidization was carried out using a polyamic acid solution (PAA-2) in the same manner as in Synthesis Example 7 with respect to the amounts of acetic anhydride and pyridine introduced and the reaction temperature. However, a gel-like solid matter precipitated during heating and stirring, and accurate chemical imidization was not possible.
[合成例9]
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50ml四つ口フラスコに得られたポリアミック酸溶液(PAA-3)を24.0g取り、NMPを8.00g加え、室温で30分撹拌した。得られたポリアミック酸溶液に、無水酢酸を2.56g(25.0mmol)、ピリジンを1.19g(15.1mmol)加えて、55℃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107mlのメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物を回収し、続いて、107mlのメタノールで3回洗浄した。得られた樹脂粉末を60℃で12時間乾燥することで、ポリイミド樹脂粉末(PIP-3)を得た。このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は95%以上であった。
[Synthesis Example 9]
24.0 g of the obtained polyamic acid solution (PAA-3) was taken in a 50 ml four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 8.00 g of NMP was added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. 2.56 g (25.0 mmol) of acetic anhydride and 1.19 g (15.1 mmol) of pyridine were added to the obtained polyamic acid solution, and the mixture was heated and stirred at 55 ° C. for 4 hours to perform chemical imidization. The obtained reaction solution was poured into 107 ml of methanol while stirring, and the precipitate was collected, and then washed three times with 107 ml of methanol. The obtained resin powder was dried at 60 ° C. for 12 hours to obtain a polyimide resin powder (PIP-3). The imidization rate of this polyimide resin powder was 95% or more.
[合成例10]
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50ml四つ口フラスコに得られたポリアミック酸溶液(PAA-3)を18.0g取り、NMPを6.00g加え、室温で30分撹拌した。得られたポリアミック酸溶液に、無水酢酸を0.77g(7.53mmol)、ピリジンを0.30g(3.80mmol)加えて、55℃で2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75.2mlのメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物を回収し、続いて、75.2mlのメタノールで3回洗浄した。得られた樹脂粉末を60℃で12時間乾燥することで、ポリイミド樹脂粉末(PIP-4)を得た。このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は73%であった。
[Synthesis Example 10]
18.0 g of the obtained polyamic acid solution (PAA-3) was taken in a 50 ml four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 6.00 g of NMP was added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. 0.77 g (7.53 mmol) of acetic anhydride and 0.30 g (3.80 mmol) of pyridine were added to the obtained polyamic acid solution, and the mixture was heated and stirred at 55 ° C. for 2 hours to perform chemical imidization. The obtained reaction solution was poured into 75.2 ml of methanol while stirring, and the precipitate was collected, and then washed three times with 75.2 ml of methanol. The obtained resin powder was dried at 60 ° C. for 12 hours to obtain a polyimide resin powder (PIP-4). The imidization rate of this polyimide resin powder was 73%.
[合成例11]
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50ml四つ口フラスコに得られたポリアミック酸溶液(PAA-4)を44.0g取り、NMPを14.7g加え、室温で30分撹拌した。得られたポリアミック酸溶液に、無水酢酸を4.50g(44.1mmol)、ピリジンを2.09g(26.5mmol)加えて、55℃で2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196mlのメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物を回収し、続いて、196mlのメタノールで3回洗浄した。得られた樹脂粉末を60℃で12時間乾燥することで、ポリイミド樹脂粉末(PIP-5)を得た。このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は95%以上であった。
[Synthesis Example 11]
44.0 g of the obtained polyamic acid solution (PAA-4) was taken in a 50 ml four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 14.7 g of NMP was added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. 4.50 g (44.1 mmol) of acetic anhydride and 2.09 g (26.5 mmol) of pyridine were added to the obtained polyamic acid solution, and the mixture was heated and stirred at 55 ° C. for 2 hours to perform chemical imidization. The obtained reaction solution was poured into 196 ml of methanol while stirring, and the precipitate was collected, and then washed three times with 196 ml of methanol. The obtained resin powder was dried at 60 ° C. for 12 hours to obtain a polyimide resin powder (PIP-5). The imidization rate of this polyimide resin powder was 95% or more.
[合成例12]
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ポリアミック酸溶液(PAA-5)を96.5g取り、NMPを32.2g加え、室温で30分撹拌した。得られたポリアミック酸溶液に、無水酢酸を7.03g(68.9mmol)、ピリジンを3.64g(46.0mmol)加えて、55℃で2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433mlのメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物を回収し、続いて、433mlのメタノールで3回洗浄した。得られた樹脂粉末を60℃で12時間乾燥することで、ポリイミド樹脂粉末(PIP-6)を得た。このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は62%であった。
[Synthesis Example 12]
96.5 g of the obtained polyamic acid solution (PAA-5) was taken in a 100 ml four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 32.2 g of NMP was added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. 7.03 g (68.9 mmol) of acetic anhydride and 3.64 g (46.0 mmol) of pyridine were added to the obtained polyamic acid solution, and the mixture was heated and stirred at 55 ° C. for 2 hours to perform chemical imidization. The obtained reaction solution was poured into 433 ml of methanol while stirring, and the precipitate was collected, and then washed three times with 433 ml of methanol. The obtained resin powder was dried at 60 ° C. for 12 hours to obtain a polyimide resin powder (PIP-6). The imidization rate of this polyimide resin powder was 62%.
[合成例13]
ポリアミック酸溶液(PAA-6)を使用し、それぞれ、無水酢酸およびピリジンの導入量また、反応温度は合成例12と同様の手順において化学イミド化を実施し、ポリイミド樹脂粉末(PIP-7)を得た。このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は68%であった。
[Synthesis Example 13]
Polyimide resin powder (PIP-7) was obtained by chemical imidization using the polyamic acid solution (PAA-6) in the same manner as in Synthesis Example 12, with respect to the amounts of acetic anhydride and pyridine introduced and the reaction temperature. The imidization rate of this polyimide resin powder was 68%.
合成例7、8、9、10、11、12、13で得られたポリイミド樹脂粉末のイミド化率を下記表3に示す。 The imidization rates of the polyimide resin powders obtained in Synthesis Examples 7, 8, 9, 10, 11, 12, and 13 are shown in Table 3 below.
[合成例14]
ポリイミド樹脂粉末(PIP-1)5.56gを50mlナスフラスコに取り、固形分濃度が12%になるようにNMPを40.7g加え、70℃で24時間撹拌し、溶解させてポリイミド溶液(PIS-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。このポリイミド溶液の分子量および分子量分布はMn=1.30×104、Mw=3.35×104、Mw/Mn=2.56であった。
[Synthesis Example 14]
5.56 g of polyimide resin powder (PIP-1) was placed in a 50 ml eggplant flask, 40.7 g of NMP was added so that the solid content concentration was 12%, and the mixture was stirred at 70°C for 24 hours to dissolve the powder, obtaining a polyimide solution (PIS-1). No abnormalities such as turbidity or precipitation were observed in this liquid crystal alignment agent, and it was confirmed that the solution was homogeneous. The molecular weight and molecular weight distribution of this polyimide solution were Mn = 1.30 x 10 4 , Mw = 3.35 x 10 4 , and Mw/Mn = 2.56.
[合成例15]
ポリイミド樹脂固体(PIP-2)を用いて合成例14と同様の方法でポリイミド溶液(PIS-2)を得た。しかし、不要物が生じており、均一なポリイミド溶液を得ることができなかった。
[Synthesis Example 15]
A polyimide solution (PIS-2) was obtained using the polyimide resin solid (PIP-2) in the same manner as in Synthesis Example 14. However, unnecessary substances were generated, and a uniform polyimide solution could not be obtained.
[合成例16、17、18、19、20]
ポリイミド樹脂粉末(PIP-3、PIP-4、PIP-5、PIP-6、PIP-7)を用いて合成例14と同様の方法でポリイミド溶液(PIS-3、PIS-4、PIS-5、PIS-6、PIS-7)を得た。また、得られたポリイミド溶液の分子量は、下記表4に示す。
[Synthesis Examples 16, 17, 18, 19, and 20]
Polyimide resin powders (PIP-3, PIP-4, PIP-5, PIP-6, PIP-7) were used to obtain polyimide solutions (PIS-3, PIS-4, PIS-5, PIS-6, PIS-7) in the same manner as in Synthesis Example 14. The molecular weights of the obtained polyimide solutions are shown in Table 4 below.
DA-1またはDA-2とDC-1を逐次重合することによって得られるポリアミック酸溶液を化学イミド化した時に、DA-1からなるポリアミック酸は正常に化学閉環できたのに対し、DA-2からなるポリアミック酸は化学閉環中にゲル状の固形物が析出し、評価に至ることができなかった。 When the polyamic acid solution obtained by sequential polymerization of DA-1 or DA-2 and DC-1 was chemically imidized, the polyamic acid made from DA-1 successfully underwent chemical ring closure, whereas the polyamic acid made from DA-2 precipitated a gel-like solid during chemical ring closure and could not be evaluated.
本請求項に含まれるDA-1類縁体を用いることで、DA-2類縁体に比べて、ポリアミック酸およびこれを化学閉環したポリイミドとしたときに溶剤に対する溶解性が特異的に良化する。また、本請求項に含まれる材料であるPIS-1、PIS-3、PIS-4、PIS-5は、液晶配向膜として実用に耐え得る特性を示し、さらに表示不良のリスクの低減を図ることが可能であるため、以下に示す。 By using the DA-1 analogues included in this claim, the solubility in solvents is specifically improved when the polyamic acid and the polyimide formed by chemically closing the ring from the polyamic acid are used, compared to the DA-2 analogues. In addition, the materials PIS-1, PIS-3, PIS-4, and PIS-5 included in this claim exhibit properties that are practical for use as liquid crystal alignment films, and can also reduce the risk of display defects, as described below.
[合成例21]
撹拌子の入った20mlサンプル管に、合成例1で得られたポリイミド溶液(PIS-1)を6.50g取り、NMPを1.00g、GBL溶液を3.53g、およびBCSを3.00g加え、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-1)を得た。この液晶配向剤(A-1)を用いて下記に示すような手順で液晶配向性評価および輝点評価用液晶セルの作製を行った。
[Synthesis Example 21]
In a 20 ml sample tube containing a stirrer, 6.50 g of the polyimide solution (PIS-1) obtained in Synthesis Example 1 was taken, 1.00 g of NMP, 3.53 g of GBL solution, and 3.00 g of BCS were added, and the mixture was stirred with a magnetic stirrer for 2 hours to obtain a liquid crystal alignment agent (A-1). Using this liquid crystal alignment agent (A-1), a liquid crystal cell for liquid crystal alignment evaluation and bright spot evaluation was prepared according to the procedure shown below.
[合成例22]
ポリイミド溶液(PIS-3、PIS-4、PIS-5、PIS-6、PIS-7)を用いて合成例21と同様の方法で液晶配向剤(A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7)を得た。
[Synthesis Example 22]
Using the polyimide solutions (PIS-3, PIS-4, PIS-5, PIS-6, PIS-7), liquid crystal alignment agents (A-2, A-3, A-4, A-5, A-6, A-7) were obtained in the same manner as in Synthesis Example 21.
この液晶配向剤(A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7)を用いて下記に示すような手順で液晶配向性評価および輝点評価用液晶セルの作製を行った。 Using these liquid crystal alignment agents (A-2, A-3, A-4, A-5, A-6, A-7), liquid crystal cells for evaluating liquid crystal alignment and bright spots were prepared according to the procedure described below.
[実施例1]
合成例21で得られた液晶配向剤(A-1)を1.0μmのフィルターで濾過した後、30mm×40mmのITO基板に、液晶配向剤をスピンコート塗布し、80℃のホットプレート上で2分間乾燥させ、塗膜面に偏光板を介して消光比26:1の直線偏光した波長254nmの紫外線を0.15J/cm2から0.40J/cm2の間の種々の露光量で照射した後、230℃の熱風循環式オーブンで17分間焼成を行い、液晶配向膜付きの基板を得た。得られた上記2枚の基板を一組とし、基板上にシール剤を印刷し、もう1枚の基板を、液晶配向膜面が向き合い配向方向が0°になるようにして張り合わせた後、シール剤を硬化させて空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、液晶MLC-3019(メルク社製)を注入し、注入口を封止して、液晶配向性液晶セルを得た。それぞれにおける残像評価結果を下記表5に示す。なお、液晶配向性は前述の評価基準に基づいて、評価を行った。
[Example 1]
After filtering the liquid crystal alignment agent (A-1) obtained in Synthesis Example 21 with a 1.0 μm filter, the liquid crystal alignment agent was spin-coated on a 30 mm × 40 mm ITO substrate, dried on a hot plate at 80 ° C. for 2 minutes, and the coating surface was irradiated with linearly polarized ultraviolet light having a wavelength of 254 nm and an extinction ratio of 26: 1 through a polarizing plate at various exposure amounts between 0.15 J / cm 2 and 0.40 J / cm 2 , and then baked for 17 minutes in a hot air circulation oven at 230 ° C. to obtain a substrate with a liquid crystal alignment film. The above two substrates obtained were combined into a set, a sealant was printed on the substrate, and the other substrate was laminated so that the liquid crystal alignment film surfaces faced each other and the alignment direction was 0 °, and then the sealant was cured to prepare an empty cell. Liquid crystal MLC-3019 (manufactured by Merck) was injected into this empty cell by a reduced pressure injection method, and the injection port was sealed to obtain a liquid crystal alignment liquid crystal cell. The afterimage evaluation results for each are shown in Table 5 below. The liquid crystal alignment was evaluated based on the above-mentioned evaluation criteria.
[実施例2、3、4]
液晶配向剤(A-1)の代わりに、それぞれの液晶配向剤(A-2、A-3、A-4)を用い、また、紫外線の照射量、および焼成温度を実施例1と同様の方法で残像評価用液晶セルを作製した。それぞれにおける残像評価結果を下記表5に示す。
[Examples 2, 3, and 4]
Instead of the liquid crystal alignment agent (A-1), each liquid crystal alignment agent (A-2, A-3, A-4) was used, and the UV irradiation amount and baking temperature were the same as in Example 1 to prepare liquid crystal cells for afterimage evaluation. The afterimage evaluation results for each are shown in Table 5 below.
[比較例1、2]
液晶配向剤(A-1)の代わりに、それぞれの液晶配向剤(A-5、A-6)を用い、また、紫外線の照射量、および焼成温度を実施例1と同様の方法で残像評価用液晶セルを作製した。それぞれにおける残像評価結果を下記表5に示す。
[Comparative Examples 1 and 2]
Instead of the liquid crystal alignment agent (A-1), each liquid crystal alignment agent (A-5, A-6) was used, and the amount of ultraviolet light irradiation and the baking temperature were the same as in Example 1 to prepare liquid crystal cells for afterimage evaluation. The afterimage evaluation results for each are shown in Table 5 below.
本請求項に記載のDA-1とDC-1からなる液晶配向剤(A-1、A-2、A-3、A-4)は露光量が0.10J/cm2から0.40J/cm2の間で非常に良好な残像特性を示す。また、DA-1かつ他種のジアミン成分とDC-1を用いた共重合型ポリイミドにおいても良好な残像特性を示し、組み合わせるジアミン成分によって残像特性の良し悪しや露光量が変動する。例として、DA-1とDA-3を共重合することで得られる液晶配向剤(A-2)において、露光量が0.10J/cm2から0.40J/cm2の間でより広露光量範囲でより良好な残像特性を示す。さらに、DA-1とDA-3からなるポリアミドを化学イミド化する工程でイミド化率を制御したポリイミド溶液(PIS-3)を用いて作製した液晶配向剤(A-3)は、0.10J/cm2前後で良好な残像特性を示すため、非常に低露光量で良好な残像特性を得ることができる材料である。さらに、DA-1とDA-4からなる液晶配向剤(A-4)も前述の液晶配向剤(A-3)と同様に、非常に低露光量で非常に良好な残像特性を得ることが可能である。 The liquid crystal alignment agent (A-1, A-2, A-3, A-4) consisting of DA-1 and DC-1 described in this claim exhibits very good afterimage characteristics at an exposure dose between 0.10 J/cm 2 and 0.40 J/cm 2. Also, copolymerized polyimides using DA-1, other diamine components, and DC-1 exhibit good afterimage characteristics, and the quality of the afterimage characteristics and the exposure dose vary depending on the diamine components to be combined. As an example, in the liquid crystal alignment agent (A-2) obtained by copolymerizing DA-1 and DA-3, the exposure dose is between 0.10 J/cm 2 and 0.40 J/cm 2 , and the afterimage characteristics are better in a wider range of exposure doses. Furthermore, the liquid crystal alignment agent (A-3) prepared using a polyimide solution (PIS-3) in which the imidization rate was controlled in the process of chemically imidizing the polyamide consisting of DA-1 and DA-3 exhibits good afterimage characteristics at around 0.10 J/cm 2 , and is therefore a material that can obtain good afterimage characteristics at a very low exposure dose. Furthermore, the liquid crystal alignment agent (A-4) consisting of DA-1 and DA-4 can also obtain very good afterimage characteristics at a very low exposure dose, similar to the above-mentioned liquid crystal alignment agent (A-3).
一方で、比較例1で示すDA-3かつDA-5およびDC-1かつDC-2からなる液晶配向剤(A-5)は、良好な残像特性を示すが、0.20J/cm2以上の露光量を必要とする。必要露光量の観点で、上記液晶配向剤(A-2、A-3、A-4)は良好な残像特性を示す時の必要露光量が0.10J/cm2程度で良いため、本請求項に含まれるDA-1の優位性が示唆される。さらに、高分子ユニットの組み合わせにより必要露光量を調節できるため、実際の製造現場を考慮した際にユーザーの希望するタクトタイムを実現することも可能である。 On the other hand, the liquid crystal alignment agent (A-5) consisting of DA-3 and DA-5 and DC-1 and DC-2 shown in Comparative Example 1 exhibits good afterimage characteristics, but requires an exposure dose of 0.20 J/ cm2 or more. In terms of the required exposure dose, the above liquid crystal alignment agents (A-2, A-3, A-4) require only about 0.10 J/ cm2 of exposure dose when exhibiting good afterimage characteristics, suggesting the superiority of DA-1 included in this claim. Furthermore, since the required exposure dose can be adjusted by the combination of polymer units, it is also possible to realize the takt time desired by the user when considering the actual manufacturing site.
また、DA-3かつDA-5とDC-1から得られる液晶配向剤(A-6)は、上記液晶配向剤(A-1、A-2、A-3、A-4)と類似の母骨格を有するものの良好な残像特性は得られないため、本請求項に含まれるDA-1を用いることの優位性が示唆される。 In addition, the liquid crystal alignment agent (A-6) obtained from DA-3, DA-5, and DC-1 has a similar backbone to the above liquid crystal alignment agents (A-1, A-2, A-3, A-4), but does not provide good image retention properties, suggesting the superiority of using DA-1, which is included in this claim.
[実施例5]
実施例1で液晶配向剤(A-1)を用いて作製した残像評価用の液晶セルを60℃の加熱オーブンで2週間以上加熱した後に、偏光顕微鏡(ECLIPSE E600WPOL)(ニコン社製)で観察することで行った。なお、判断基準は前述の通り、偏光顕微鏡観察で確認した輝点の数に応じ、輝点の数が5個未満を「良好」、それ以上を「不良」とした。それぞれにおける長期交流駆動後におけるこの液晶セルの輝点評価結果を表6に示す。
[Example 5]
The liquid crystal cell for evaluating afterimages, which was prepared using the liquid crystal alignment agent (A-1) in Example 1, was heated in a heating oven at 60°C for 2 weeks or more, and then observed with a polarizing microscope (ECLIPSE E600WPOL) (manufactured by Nikon Corporation). As described above, the criteria for evaluation were based on the number of bright spots confirmed by polarizing microscope observation, with less than 5 bright spots being rated as "good" and more than 5 being rated as "bad." The bright spot evaluation results of this liquid crystal cell after long-term AC driving in each case are shown in Table 6.
[実施例6、7、8]
液晶配向剤(A-1)の代わりに、それぞれの液晶配向剤(A-2、A-3、A-4)を用い、また、紫外線の照射量、および焼成温度を実施例5と同様の方法で表示不良評価用液晶セルを作製した。それぞれにおける表示不良評価結果を下記表6に示す。
[Examples 6, 7, and 8]
Instead of the liquid crystal alignment agent (A-1), each liquid crystal alignment agent (A-2, A-3, A-4) was used, and the ultraviolet ray irradiation amount and baking temperature were the same as in Example 5 to prepare liquid crystal cells for evaluating display defects. The display defect evaluation results for each are shown in Table 6 below.
[比較例3、4]
液晶配向剤(A-1)の代わりに、それぞれの液晶配向剤(A-5、A-6)を用い、また、紫外線の照射量、および焼成温度を実施例5と同様の方法で表示不良評価用液晶セルを作製した。それぞれにおける表示不良評価結果を下記表6に示す。
[Comparative Examples 3 and 4]
Instead of the liquid crystal alignment agent (A-1), each liquid crystal alignment agent (A-5, A-6) was used, and the ultraviolet ray irradiation amount and baking temperature were the same as in Example 5 to prepare liquid crystal cells for evaluating display defects. The display defect evaluation results for each are shown in Table 6 below.
本請求項に記載のDA-1とDC-1からなる液晶配向剤(A-1、A-2、A-3、A-4)は評価不良評価において非常に良好な結果を示す。一方で、比較例1に示すDA-3かつDA-5およびDC-1かつDC-2を共重合することで得られる可溶性ポリイミドやDA-3かつDA-5およびDC-1を共重合することで得られる可溶性ポリイミドからなる液晶配向剤は不良が見られた。本請求項に含まれるDA-1を用いた可溶性ポリイミドからなる液晶配向剤は、表示不良の抑制にも効果がある。 The liquid crystal alignment agents (A-1, A-2, A-3, A-4) made of DA-1 and DC-1 described in this claim show very good results in the evaluation of defectiveness. On the other hand, the liquid crystal alignment agents made of soluble polyimides obtained by copolymerizing DA-3 and DA-5, and DC-1 and DC-2 shown in Comparative Example 1, and the liquid crystal alignment agents made of soluble polyimides obtained by copolymerizing DA-3, DA-5, and DC-1, showed defects. The liquid crystal alignment agent made of soluble polyimide using DA-1 included in this claim is also effective in suppressing display defects.
[合成例23]
DC-3/DA-6 ポリアミック酸の重合
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-6を4.00g(8.50mmol)取り、NMPを40.58g加えて、窒素を送りながら室温℃で10分間撹拌し、溶解させた。このジアミン溶液に撹拌しながらDC-3を1.54g(7.64mmol)添加し、室温℃で24時間加撹拌して濃度12質量%のポリアミック酸の溶液(PAA-8)を得た。このポリアミック酸の溶液の温度25℃における粘度は420mPa・sであった。また、このポリアミック酸の分子量および分子量分布はMn=9.82×103、Mw=2.16×104、Mw/Mn=2.20であった。
[Synthesis Example 23]
Polymerization of DC-3/DA-6 polyamic acid 4.00 g (8.50 mmol) of DA-6 was taken in a 50 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, and 40.58 g of NMP was added. The mixture was stirred at room temperature for 10 minutes while feeding nitrogen, and dissolved. 1.54 g (7.64 mmol) of DC-3 was added to this diamine solution while stirring, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours to obtain a polyamic acid solution (PAA-8) having a concentration of 12% by mass. The viscosity of this polyamic acid solution at a temperature of 25° C. was 420 mPa·s. The molecular weight and molecular weight distribution of this polyamic acid were Mn=9.82×10 3 , Mw=2.16×10 4 , and Mw/Mn=2.20.
[合成例24、25、26、27、28、29]
下記表7に示す、ジアミン成分、テトラカルボン酸成分、及びNMPを使用し、それぞれ、反応温度、固形分濃度、合成例1と同様に実施することにより、下記表7に示すポリアミック酸溶液PAA-9、PAA-10、PAA-11、PAA-12、PAA―13、PAA-14を得た。また、得られたポリアミック酸の粘度、及び分子量は、下記表8に示す。
[Synthesis Examples 24, 25, 26, 27, 28, and 29]
The diamine components, tetracarboxylic acid components, and NMP shown in Table 7 below were used, and the reaction temperature, solid content, and procedure were carried out in the same manner as in Synthesis Example 1, to obtain polyamic acid solutions PAA-9, PAA-10, PAA-11, PAA-12, PAA-13, and PAA-14 shown in Table 7 below. The viscosities and molecular weights of the obtained polyamic acids are shown in Table 8 below.
[合成例30]
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ポリアミック酸溶液(PAA-8、PAA-9、PAA-10、PAA-11、PAA-12、PAA-13、PAA-14)をそれぞれ30.0g取り、NMPを30.0g加え、室温で30分撹拌した。得られたポリアミック酸溶液に、無水酢酸をポリアミック酸のカルボン酸に対し5mol倍量、およびピリジンを5mol倍量加えて、70℃で3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500mlのメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物を回収し、続いて、300mlのメタノールで3回洗浄した。得られた樹脂粉末を80℃で12時間乾燥することで、ポリイミド樹脂粉末(PIP-8、PIP-9、PIP-10、PIP-11、PIP-12、PIP-13)を得た。PIP-14に関しては化学イミド化中にゲル化したため、ポリイミドとして得ることができなかった。このポリイミド樹脂粉末の分子量及びイミド化率を以下の表9に示す。
[Synthesis Example 30]
30.0 g of each of the obtained polyamic acid solutions (PAA-8, PAA-9, PAA-10, PAA-11, PAA-12, PAA-13, PAA-14) was taken in a 100 ml four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 30.0 g of NMP was added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. To the obtained polyamic acid solution, 5 mol of acetic anhydride and 5 mol of pyridine were added relative to the carboxylic acid of the polyamic acid, and the mixture was heated and stirred at 70 ° C. for 3 hours to perform chemical imidization. The obtained reaction solution was poured into 500 ml of methanol while stirring, and the precipitate was collected, followed by washing three times with 300 ml of methanol. The obtained resin powder was dried at 80 ° C. for 12 hours to obtain polyimide resin powders (PIP-8, PIP-9, PIP-10, PIP-11, PIP-12, PIP-13). As for PIP-14, it gelled during chemical imidization, and therefore it was not possible to obtain it as a polyimide. The molecular weight and imidization rate of this polyimide resin powder are shown in Table 9 below.
[実施例7~12]
50mlナスフラスコに、上記で得られたポリアミック酸溶液(PAA-8~PAA―14)を10.0gはかり取り、NMPを4.00g、BCSを6.0g加え、室温で24時間撹拌し、液晶配向剤(A-8~A-14)を得た。尚A-14は比較対象として用いた。
[Examples 7 to 12]
In a 50 ml eggplant flask, 10.0 g of the polyamic acid solution (PAA-8 to PAA-14) obtained above was weighed out, 4.00 g of NMP and 6.0 g of BCS were added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours to obtain liquid crystal alignment agents (A-8 to A-14). A-14 was used as a comparison.
[実施例13~18]
50mlナスフラスコに上記で得られたポリイミド樹脂粉末(PIP-8~PIP―13)を2.0gはかり取り、NMPを18.0g加え、室温で24時間撹拌し、更にNMP6.67g、BCSを6.67g加え、1時間攪拌し、液晶配向剤(A-15~A-20)を得た。
[Examples 13 to 18]
2.0 g of the polyimide resin powder (PIP-8 to PIP-13) obtained above was weighed out in a 50 ml eggplant flask, 18.0 g of NMP was added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. Further, 6.67 g of NMP and 6.67 g of BCS were added, and the mixture was stirred for 1 hour to obtain liquid crystal alignment agents (A-15 to A-20).
[試験例1]
実施例7~18で得られた配向剤A-8~A-20において、下記手法に基づき、液晶配向膜の評価を実施した。また比較対象として、A-14(比較例3)及び日産化学(株)製のSE-6414(比較例4)を用いた。
[Test Example 1]
The alignment agents A-8 to A-20 obtained in Examples 7 to 18 were evaluated for the liquid crystal alignment film based on the following method. A-14 (Comparative Example 3) and SE-6414 (Comparative Example 4) manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. were used as comparison objects.
<液晶配向性および電圧保持率、プレチルト角の評価>
液晶配向性および電圧保持率、プレチルト角は以下のようにして評価した。
<Evaluation of Liquid Crystal Alignment, Voltage Holding Ratio, and Pretilt Angle>
The liquid crystal alignment, voltage holding ratio and pretilt angle were evaluated as follows.
[液晶配向性観察および電圧保持率・プレチルト角測定用液晶セルの作製]
液晶配向剤を1.0μmのフィルターで濾過した後、電極付き基板(横30mm×縦40mmの大きさで、厚さが0.7mmのガラス基板。電極は幅10mm×長さ40mmの矩形で、厚さ35nmのITO電極)に、スピンコート塗布にて塗布した。80℃のホットプレート上で1分間乾燥させた後、IR式オーブンを用いて120℃で20分間焼成を行った基板と、230℃で焼成を行った基板を準備した。膜厚は焼成後100nmになるようにした。この液晶配向膜をレーヨン布(吉川化工製YA-20R)でラビング(ローラー直径:120mm、ローラー回転数:1000rpm、移動速度:20mm/sec、押し込み長:0.4mm)した後、純水中にて1分間超音波照射をして洗浄を行い、エアブローにて水滴を除去した後、80℃で15分間乾燥して液晶配向膜付き基板を得た。
[Preparation of liquid crystal cells for observing liquid crystal alignment and measuring voltage holding ratio and pretilt angle]
After filtering the liquid crystal alignment agent with a 1.0 μm filter, the liquid crystal alignment agent was applied by spin coating to a substrate with electrodes (a glass substrate with a size of 30 mm wide x 40 mm long and a thickness of 0.7 mm. The electrode was a rectangular shape with a width of 10 mm and a length of 40 mm, and an ITO electrode with a thickness of 35 nm). After drying for 1 minute on a hot plate at 80 ° C., a substrate was baked for 20 minutes at 120 ° C. using an IR oven, and a substrate was baked at 230 ° C. The film thickness was set to 100 nm after baking. This liquid crystal alignment film was rubbed with a rayon cloth (YA-20R manufactured by Yoshikawa Kako) (roller diameter: 120 mm, roller rotation speed: 1000 rpm, moving speed: 20 mm / sec, indentation length: 0.4 mm), and then ultrasonically irradiated in pure water for 1 minute to perform cleaning, and water droplets were removed by air blowing, and then dried at 80 ° C. for 15 minutes to obtain a substrate with a liquid crystal alignment film.
上記の液晶配向膜付き基板を2枚用意し、その1枚の液晶配向膜面上に4μmのスペーサーを散布した後、その上からシール剤を印刷し、もう1枚の基板をラビング方向が逆方向、かつ膜面が向き合うようにして張り合わせた後、シール剤を硬化させて空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、MLC-3019(メルク株式会社製)を注入し、注入口を封止して液晶セルを得た。その後、液晶の配向性を観察した後、液晶セルを110℃で1時間加熱し、23℃で一晩放置し、電圧保持率測定用液晶セルを得た。 Two substrates with the above liquid crystal alignment film were prepared, 4 μm spacers were sprayed onto the liquid crystal alignment film surface of one of them, and then a sealant was printed on top of them. The other substrate was attached with the rubbing direction in the opposite direction and the film surfaces facing each other, and the sealant was cured to create an empty cell. MLC-3019 (Merck Ltd.) was injected into this empty cell by the reduced pressure injection method, and the injection port was sealed to obtain a liquid crystal cell. After that, the alignment of the liquid crystal was observed, and the liquid crystal cell was heated at 110°C for 1 hour and left at 23°C overnight to obtain a liquid crystal cell for measuring the voltage holding ratio.
上記の手順で得られた電圧保持率測定用液晶セルを用いて、60℃の温度下で1Vの電圧を60μs間印加し、166.7ms後の電圧を測定し、電圧がどのくらい保持できているかを電圧保持率として計算した。なお、電圧保持率の測定には東陽テクニカ社製のVHR-1電圧保持率測定装置を使用した。 Using the liquid crystal cell for measuring voltage retention obtained by the above procedure, a voltage of 1 V was applied for 60 μs at a temperature of 60°C, the voltage after 166.7 ms was measured, and the extent to which the voltage was retained was calculated as the voltage retention rate. Note that a VHR-1 voltage retention rate measuring device manufactured by Toyo Corporation was used to measure the voltage retention rate.
[プレチルト角の評価]
プレチルト角の測定にはオプトメトリクス社製 Axo Scan ミュラーマトリクスポーラリメーターを用いた。
[Evaluation of pretilt angle]
The pretilt angle was measured using an Axo Scan Mueller matrix polarimeter manufactured by Optometrics.
[ラビング耐性の評価]
液晶配向剤を1.0μmのフィルターで濾過した後、電極付き基板(横30mm×縦40mmの大きさで、厚さが1.1mmのガラス基板。電極は幅10mm×長さ40mmの矩形で、厚さ35nmのITO電極)に、スピンコート塗布にて塗布した。80℃のホットプレート上で1分間乾燥させた後、IR式オーブンを用いて120℃で20分間焼成を行った基板と、230℃で焼成を行った基板を準備した。膜厚は焼成後100nmになるようにした。この液晶配向膜をレーヨン布(吉川化工製YA-20R)でラビング(ローラー直径:120mm、ローラー回転数:1000rpm、移動速度:20mm/sec、押し込み長:0.5mm)した後、共焦点レーザー顕微鏡を用いてラビング耐性の評価を行った。剥離している場合は剥離、削れカスや傷が多く見られた場合は不良、良好な場合は良好とする。
[Evaluation of rubbing resistance]
After filtering the liquid crystal alignment agent with a 1.0 μm filter, the liquid crystal alignment agent was applied by spin coating to a substrate with electrodes (a glass substrate with a size of 30 mm wide x 40 mm long and a thickness of 1.1 mm. The electrode was a rectangle with a width of 10 mm and a length of 40 mm, and an ITO electrode with a thickness of 35 nm). After drying for 1 minute on a hot plate at 80 ° C., a substrate was baked for 20 minutes at 120 ° C. using an IR oven, and a substrate was baked at 230 ° C. to prepare a substrate. The film thickness was adjusted to 100 nm after baking. This liquid crystal alignment film was rubbed (roller diameter: 120 mm, roller rotation speed: 1000 rpm, moving speed: 20 mm / sec, indentation length: 0.5 mm) with a rayon cloth (YA-20R manufactured by Yoshikawa Kako Co., Ltd.), and then the rubbing resistance was evaluated using a confocal laser microscope. If peeling occurred, peeling was judged to be peeled, if many scrapes or scratches were observed, it was judged to be poor, and if good, it was judged to be good.
[液晶配向性の評価]
実施例1と同様の評価基準に基づいて液晶配向性の評価を行った。尚、前記評価基準の「〇」を「良好」とし、前記評価基準の「×」を「不良」とした。
上記した各種評価の結果を表10~表13に示す。
[Evaluation of liquid crystal alignment]
The liquid crystal alignment property was evaluated based on the same evaluation criteria as in Example 1. In the evaluation criteria, "◯" was defined as "good" and "×" was defined as "bad."
The results of the above-mentioned various evaluations are shown in Tables 10 to 13.
<配向剤印刷性、ラビング耐性、セル表示特性評価結果> <Evaluation results of alignment agent printability, rubbing resistance, and cell display characteristics>
120℃焼成で成膜を行った場合、特にポリアミック酸はこの条件ではイミド化することができないため、物理的強度が非常に弱くなり、ラビング処理により膜が削れてしまい液晶の配向も悪化する傾向にあるが、本発明のジアミンを用いたポリアミック酸及びポリイミドは低温焼成でも非常にラビング耐性に優れ、液晶配向性も良好になる。更にプレチルト角も非常に小さく、VHRも高い特徴がある。 When a film is formed by baking at 120°C, polyamic acid in particular cannot be imidized under these conditions, so the physical strength becomes very weak, and the film tends to be scraped off by rubbing treatment, causing the alignment of the liquid crystal to deteriorate. However, polyamic acid and polyimide using the diamine of the present invention have excellent rubbing resistance even when baked at a low temperature, and also have good liquid crystal alignment. In addition, they are characterized by a very small pretilt angle and high VHR.
更に、本発明のジアミンは溶解性を非常に高くすることが可能であり、未導入のPAA-14は化学イミド化できなかったが、ジアミン成分として50mol%導入したPIP-13に関してはイミド化率を95%以上にしても問題なく調整でき、良好な配向膜特性が得られている。一般的にDC-1やDC-4のような溶解性が非常に乏しい成分を組み込んだ場合、化学イミド化は困難な場合が多いが、本発明のジアミンを用いることで高イミド化率の可溶性ポリイミドが調整できるようになる。可溶性ポリイミドにすることで更に信頼性も向上させることができる。 Furthermore, the diamine of the present invention can achieve extremely high solubility; while unincorporated PAA-14 could not be chemically imidized, PIP-13, which contains 50 mol% of the diamine component, can be adjusted to an imidization rate of 95% or more without any problems, and good alignment film properties are obtained. Generally, when a component with very poor solubility such as DC-1 or DC-4 is incorporated, chemical imidization is often difficult, but by using the diamine of the present invention, it is possible to adjust a soluble polyimide with a high imidization rate. Making it a soluble polyimide can also further improve reliability.
230℃焼成の場合、比較例の材料もイミド化が進行するためラビング耐性と液晶配向性、信頼性が向上するが、本発明の配向剤は良好な特性を示し、若干プレチルト角が向上する傾向にあるが、比較対象に比べて非常に小さいメリットがある。更に信頼性も非常に高くなる。 When baked at 230°C, the material in the comparative example also undergoes imidization, improving rubbing resistance, liquid crystal alignment, and reliability. However, the alignment agent of the present invention exhibits good characteristics, and although there is a tendency for the pretilt angle to improve slightly, this advantage is very small compared to the comparative example. Furthermore, reliability is also very high.
よって、本発明のジアミンを用いることで低温焼成から高温焼成に対応した液晶配向剤が作れ、更には非常にプレチルトの低い配向膜を得ることができる。 Therefore, by using the diamine of the present invention, it is possible to create a liquid crystal alignment agent that can be baked at low to high temperatures, and furthermore, to obtain an alignment film with a very low pretilt.
[試験例2]
実施例14、実施例15、実施例18で得られた液晶配向剤(A-16,A-17、A-20)及び比較例の液晶配向剤A-5を1.0μmのフィルターで濾過した後、30mm×40mmのITO基板に、液晶配向剤をスピンコート塗布し、80℃のホットプレート上で2分間乾燥させ、塗膜面に偏光板を介して消光比26:1の直線偏光した波長254nmの紫外線を0.1~1.0J/cm2の範囲でそれぞれ照射した後、150℃の熱風循環式オーブンで20分間焼成を行い、液晶配向膜付きの基板を得た。得られた上記2枚の基板を一組とし、基板上にシール剤を印刷し、もう1枚の基板を、液晶配向膜面が向き合い配向方向が0°になるようにして張り合わせた後、シール剤を硬化させて空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、液晶MLC-3019(メルク社製)を注入し、注入口を封止して、液晶配向性液晶セルを得た。それぞれにおける液晶配向性の結果を以下表14に示す。なお、実施例1と同様の評価基準に基づいて評価を行った。
[Test Example 2]
The liquid crystal alignment agents (A-16, A-17, A-20) obtained in Examples 14, 15, and 18, and the liquid crystal alignment agent A-5 of the comparative example were filtered through a 1.0 μm filter, and then the liquid crystal alignment agent was spin-coated on a 30 mm x 40 mm ITO substrate, dried on a hot plate at 80 ° C. for 2 minutes, and the coating surface was irradiated with linearly polarized ultraviolet light having a wavelength of 254 nm and an extinction ratio of 26: 1 in the range of 0.1 to 1.0 J / cm 2 through a polarizing plate, and then baked for 20 minutes in a hot air circulation oven at 150 ° C. to obtain a substrate with a liquid crystal alignment film. The above two substrates obtained were combined into a set, a sealant was printed on the substrate, and the other substrate was attached so that the liquid crystal alignment film surfaces faced each other and the alignment direction was 0 °, and then the sealant was cured to produce an empty cell. The liquid crystal MLC-3019 (Merck) was injected into this empty cell by a reduced pressure injection method, and the injection port was sealed to obtain a liquid crystal cell with liquid crystal alignment. The results of the liquid crystal alignment in each case are shown in Table 14 below. The evaluation was performed based on the same evaluation criteria as in Example 1.
本発明のジアミンとDC-1を用いた可溶性ポリイミドにおいて、仮乾燥後UVを照射し150℃で焼成したもので配向性を示すことが分かった。比較例1の材料は高温時では配向性を示すが、低温ではUVの照射強度によらず配向性を示さない。よって本発明のジアミンを用いることで低温での光配向が可能になることが分かった。 It was found that the soluble polyimide made using the diamine of the present invention and DC-1 exhibited orientation when pre-dried, irradiated with UV light, and baked at 150°C. The material of Comparative Example 1 exhibited orientation at high temperatures, but did not exhibit orientation at low temperatures, regardless of the UV irradiation intensity. It was therefore found that photo-alignment at low temperatures is possible by using the diamine of the present invention.
本発明のジアミンから得られるポリアミック酸、ポリイミドは溶媒への溶解性に優れるため、これまで溶解性の観点で実現できなかった液晶配向剤及び膜の製造が可能となる。また、ラビング用配向膜から光配向膜に至るまで幅広く応用が可能である。特に今後横電界方式のトレンドとなる低温焼成や低プレチルト角材料、光配向の工程簡略化等に対応可能になると考えられる。 The polyamic acid and polyimide obtained from the diamine of the present invention have excellent solubility in solvents, making it possible to manufacture liquid crystal alignment agents and films that were previously not possible from the standpoint of solubility. In addition, a wide range of applications are possible, from alignment films for rubbing to photo-alignment films. In particular, it is expected to be possible to accommodate low-temperature baking, low pretilt angle materials, and simplified photo-alignment processes, which will become trends in the in-plane switching method in the future.
本発明の材料から製造された液晶配向膜を具備する液晶表示素子は、残像特性や長期表示の安定化に優れたものとなり、大画面で高精細の液晶テレビや中小型のカーナビゲーションシステムやスマートフォンなどに好適に利用することができる。さらに、製造工程においてより簡便に作製することが可能となるため、歩留まりや生産効率の向上が期待できる。
A liquid crystal display element having a liquid crystal alignment film manufactured from the material of the present invention has excellent afterimage characteristics and long-term display stability, and can be suitably used in large-screen, high-definition liquid crystal televisions, small and medium-sized car navigation systems, smartphones, etc. Furthermore, since it can be manufactured more simply in the manufacturing process, it is expected to improve yield and production efficiency.
Claims (3)
A method for producing a diamine compound, comprising starting from a compound of the following formula (11) and producing the diamine according to claim 1 via a compound of the following formula (12) or a compound of the following formula (13).
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