JP7700975B2 - Liquid crystal alignment agent, liquid crystal alignment film, and liquid crystal display element using the same - Google Patents
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Description
本発明は、液晶配向剤、液晶配向膜及びそれを用いた液晶表示素子に関する。 The present invention relates to a liquid crystal alignment agent, a liquid crystal alignment film, and a liquid crystal display element using the same.
従来から液晶装置は、パーソナルコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、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。液晶装置は、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。液晶分子の駆動方式としては、TN方式、VA方式等の縦電界方式や、IPS方式、FFS(フリンジフィールドスイッチング)方式等の横電界方式が知られている。 Conventionally, liquid crystal devices have been widely used as display units for personal computers, mobile phones, smartphones, television receivers, etc. A liquid crystal device includes, 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, an alignment film that controls the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer, and thin film transistors (TFTs) that switch the electric signal supplied to the pixel electrodes. Known methods for driving liquid crystal molecules include vertical electric field methods such as the TN method and the VA method, and horizontal electric field methods such as the IPS method and the FFS (fringe field switching) method.
現在、工業的に最も普及している液晶配向膜は、電極基板上に形成された、ポリアミック酸及び/又はこれをイミド化したポリイミドからなる膜の表面を、綿、ナイロン、ポリエステル等の布で一方向に擦る、いわゆるラビング処理を行うことで作製されている。ラビング処理は、簡便で生産性に優れた工業的に有用な方法である。しかし、液晶表示素子の高性能化、高精細化、大型化に伴い、ラビング処理で発生する配向膜の表面の傷、発塵、機械的な力や静電気による影響、更には、配向処理面内の不均一性等の種々の問題が明らかとなっている。ラビング処理に代わる液晶配向処理方法としては、偏光された放射線を照射することにより、液晶配向能を付与する光配向法が知られている。光配向法による液晶配向処理は、光異性化反応を利用したもの、光架橋反応を利用したもの、光分解反応を利用したもの等が提案されている(非特許文献1、特許文献1参照)。 Currently, the most widely used liquid crystal alignment film in the industry is produced by rubbing the surface of a film made of polyamic acid and/or polyimide formed by imidizing polyamic acid on an electrode substrate in one direction with a cloth such as cotton, nylon, or polyester. Rubbing is a simple and highly productive industrially useful method. However, as liquid crystal display elements become more powerful, more precise, and larger, various problems have become evident, such as scratches on the surface of the alignment film caused by rubbing, dust generation, effects of mechanical force and static electricity, and even non-uniformity within the alignment treatment surface. As an alternative to rubbing, a photoalignment method is known in which liquid crystal alignment ability is imparted by irradiating polarized radiation. As liquid crystal alignment methods using photoalignment, methods using photoisomerization reaction, photocrosslinking reaction, photodecomposition reaction, etc. have been proposed (see Non-Patent Document 1 and Patent Document 1).
液晶表示素子の構成部材である液晶配向膜は、液晶を均一に配列させるための膜であるが、液晶の配向均一性だけでなく種々の特性が必要とされる。例えば、液晶を駆動させる電圧によって液晶配向膜に電荷が蓄積し、残像や焼き付き(以下、残留DC由来の残像と称する。)として表示に影響を与え、液晶表示素子の表示品位を著しく低下させたりする問題点があるため、これらの課題を克服する液晶配向剤が提案されている(特許文献2参照)。 The liquid crystal alignment film, which is a component of a liquid crystal display element, is a film for uniformly aligning liquid crystals, but various other characteristics are required in addition to the uniform alignment of the liquid crystals. For example, there is a problem that electric charges accumulate in the liquid crystal alignment film due to the voltage that drives the liquid crystal, affecting the display as afterimages and burn-in (hereinafter referred to as residual DC-induced afterimages), significantly reducing the display quality of the liquid crystal display element. Therefore, liquid crystal alignment agents that overcome these issues have been proposed (see Patent Document 2).
また、IPS方式やFFS駆動方式においては、液晶配向の安定性も重要となる。液晶配向の安定性が小さいと、液晶を長時間駆動させた際に液晶が初期の状態に戻らなくなり、コントラストの低下や焼き付き(以下、AC残像と称する。)の原因となる。上記の課題を解決する手法として、特許文献3には特定の液晶配向剤が開示されている。 In addition, in the IPS and FFS driving methods, the stability of the liquid crystal alignment is also important. If the liquid crystal alignment stability is low, the liquid crystal will not return to its initial state when driven for a long period of time, which can cause a decrease in contrast and image retention (hereinafter referred to as AC image retention). Patent Document 3 discloses a specific liquid crystal alignment agent as a method for solving the above problem.
更に、タブレットやスマートフォンの普及に伴い、表示領域をできるだけ広く確保した、狭額縁の液晶表示素子の開発が進められている。この狭額縁化により、液晶配向膜上にシール剤を塗布する必要が出てきたため、液晶配向性を維持しつつ、シール剤との密着性が良好な液晶配向剤が特許文献4に開示されている。 Furthermore, with the spread of tablets and smartphones, development of narrow-framed liquid crystal display elements that ensure as wide a display area as possible is underway. This narrowing of the frame has made it necessary to apply a sealant onto the liquid crystal alignment film, and Patent Document 4 discloses a liquid crystal alignment agent that maintains liquid crystal alignment and has good adhesion to the sealant.
また、液晶表示素子に対する高精細化の要求は更に高まりつつあり、良好な表示品位を示すことが、以前にも増して重要になってきている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、液晶の配向性が良好であるとともに、シール剤との密着性が良好な液晶配向膜、及び液晶配向膜とシール剤との密着性が良好なために狭額縁化が可能になり、良好な表示品位を示す液晶表示素子を得ることができる液晶配向剤を提供することを大きな目的とする。
Furthermore, there is an ever-increasing demand for higher definition liquid crystal display elements, and it is becoming more important than ever to exhibit good display quality.
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its main object to provide a liquid crystal alignment film that has good liquid crystal alignment properties and good adhesion to a sealant, and a liquid crystal alignment agent that enables a narrow frame due to the good adhesion between the liquid crystal alignment film and the sealant, thereby enabling the production of a liquid crystal display element that exhibits good display quality.
本発明者は、鋭意研究を進めたところ、特定の繰り返し単位を有する重合体成分を含有する液晶配向剤を使用することにより、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、下記を要旨とするものである。
下記式(1)、下記式(2)、下記式(3)及び下記式(4)で表される繰り返し単位を有する重合体(A)を含有することを特徴とする液晶配向剤。
The present invention relates to the following.
A liquid crystal aligning agent comprising a polymer (A) having repeating units represented by the following formulae (1), (2), (3) and (4).
本発明の液晶配向剤によれば、液晶の配向性が良好であるとともに、シール剤との密着性が良好な液晶配向膜、及び液晶配向膜とシール剤との密着性が良好なために更なる狭額縁化が可能になり、良好な表示品位を示す液晶表示素子を得ることができる。 The liquid crystal alignment agent of the present invention provides a liquid crystal alignment film that has good alignment of the liquid crystal and good adhesion to the sealant, and the good adhesion between the liquid crystal alignment film and the sealant makes it possible to further narrow the frame, resulting in a liquid crystal display element that exhibits good display quality.
以下に、本発明の液晶配向剤に含まれる各成分、及び必要に応じて任意に配合されるその他の成分について説明する。
<重合体(A)>
本発明の液晶配向剤は、上記式(1)、上記式(2)、上記式(3)及び上記式(4)で表される繰り返し単位を有する重合体(A)を含有する。このような構成とすることで、AC残像の発生が少ない液晶配向膜が得られ、またコントラストに優れた液晶表示素子を得ることができる。
Each component contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention and other components that are optionally blended as necessary will be described below.
<Polymer (A)>
The liquid crystal aligning agent of the present invention contains a polymer (A) having repeating units represented by the above formula (1), (2), (3) and (4). By adopting such a constitution, a liquid crystal alignment film with little AC afterimage can be obtained, and a liquid crystal display element with excellent contrast can be obtained.
上記式(1)、(2)において、X2、Y1、Y2、R1、R2、R3、R4は、上記に定義した通りである。 In the above formulas (1) and (2), X2 , Y1 , Y2 , R1 , R2 , R3 and R4 are as defined above.
上記R1~R4における炭素数1~6のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基などが挙げられる。R1~R4における炭素数2~6のアルケニル基の具体例としては、ビニル基、プロペニル基、ブチニル基等が挙げられ、これらは直鎖状でも分岐状でもよい。上記R1~R4における炭素数2~6のアルキニル基の具体例としては、エチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基等が挙げられる。上記R1~R4におけるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基としては、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基等が挙げられる。光反応性が高い観点から、R1~R4は、水素原子又はメチル基であり、R1からR4の少なくとも一つがメチル基であることが好ましく、より好ましくはR1からR4の少なくとも2つがメチル基であることが好ましい。更に好ましいのは、R1及びR4がメチル基であり、R2及びR3が水素原子である場合である。 Specific examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms in R 1 to R 4 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, an i-butyl group, an s-butyl group, a t-butyl group, and an n-pentyl group. Specific examples of the alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms in R 1 to R 4 include a vinyl group, a propenyl group, and a butynyl group, which may be linear or branched. Specific examples of the alkynyl group having 2 to 6 carbon atoms in R 1 to R 4 include an ethynyl group, a 1-propynyl group, and a 2-propynyl group. Examples of the halogen atom in R 1 to R 4 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. Examples of the monovalent organic group having 1 to 6 carbon atoms containing a fluorine atom include a fluoromethyl group and a trifluoromethyl group. From the viewpoint of high photoreactivity, R 1 to R 4 are hydrogen atoms or methyl groups, and it is preferable that at least one of R 1 to R 4 is a methyl group, and more preferable that at least two of R 1 to R 4 are methyl groups. It is even more preferable that R 1 and R 4 are methyl groups, and R 2 and R 3 are hydrogen atoms.
上記式(H)においてベンゼン環上の任意の水素原子を置換する1価の有機基の具体例としては、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数2~6のアルキニル基、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基が挙げられ、上記R1~R4で例示した構造が挙げられる。
上記式(H)で表される部分構造としては、AC残像の発生が少ない観点から下記式(H-1)~(H-7)のいずれかで表される部分構造が挙げられる。
As the partial structure represented by the above formula (H), from the viewpoint of reducing the occurrence of AC afterimages, partial structures represented by any of the following formulas (H-1) to (H-7) can be mentioned.
上記式(1)におけるY1の好ましい具体例としては、AC残像の発生が少ない観点から、下記式(h-1)~(h-8)のいずれかで表される2価の有機基が挙げられる。
重合体(A)は、耐熱性を高めるという観点から、上記式(2)で表される繰り返し単位を有する。
式(2)のX2の4価の有機基としては、5~8員環の脂環構造を有する4価の有機基であることが好ましく、5~7員環の脂環構造を有する4価の有機基であることがより好ましい。なお、5員環以上の脂環構造とは、イミド基が結合する脂環構造が多環式構造の場合には、その多環式構造に含まれるそれぞれの環において、環を構成する原子数がいずれも5以上であることを示す。また、上記脂環構造は2つのイミド基の少なくとも一つに結合していればよく、脂環構造とともに鎖状炭化水素構造や芳香環構造を有していてもよい。
The polymer (A) has a repeating unit represented by the above formula (2) from the viewpoint of increasing heat resistance.
The tetravalent organic group of X2 in formula (2) is preferably a tetravalent organic group having a 5- to 8-membered alicyclic structure, and more preferably a tetravalent organic group having a 5- to 7-membered alicyclic structure. In addition, when the alicyclic structure to which the imide group is bonded is a polycyclic structure, the alicyclic structure having 5 or more members means that the number of atoms constituting the ring in each ring contained in the polycyclic structure is 5 or more. In addition, the alicyclic structure may be bonded to at least one of the two imide groups, and may have a chain hydrocarbon structure or an aromatic ring structure together with the alicyclic structure.
X2の好ましい具体例としては、下記式(X2-1)~(X2-12)のいずれかで表される4価の有機基が挙げられる。
式(2)のX2は、なかでも、AC残像の発生が少なく、液晶表示素子のコントラストを高める観点から、(X2-1)~(X2-4)のいずれかであるのがより好ましい。
上記式(2)におけるY2の好ましい具体例としては、上記式(1)におけるY1の好ましい具体例と同じである。
From the viewpoints of reducing the occurrence of AC afterimages and increasing the contrast of the liquid crystal display element, X2 in formula (2) is more preferably any one of (X2-1) to (X2-4).
Preferred specific examples of Y2 in the above formula (2) are the same as the preferred specific examples of Y1 in the above formula (1).
重合体(A)は、AC残像が少ない観点から、上記式(1)で表される繰り返し単位及び上記式(2)で表される繰り返し単位の合計を、全繰り返し単位に対して、好ましくは1~95モル%、より好ましくは5~90モル%含有する。
また、重合体(A)の有する、上記式(1)で表される繰り返し単位と上記式(2)で表される繰り返し単位との比率((1):(2))は70:30~99:1であるのが好ましく、75:25~98:2がより好ましく、80:20~97:3が更に好ましい。
From the viewpoint of reducing AC image retention, the polymer (A) preferably contains 1 to 95 mol %, more preferably 5 to 90 mol %, of the total of the repeating units represented by the above formula (1) and the repeating units represented by the above formula (2), based on all repeating units.
The ratio ((1):(2)) of the repeating unit represented by the above formula (1) to the repeating unit represented by the above formula (2) in the polymer (A) is preferably from 70:30 to 99:1, more preferably from 75:25 to 98:2, and even more preferably from 80:20 to 97:3.
重合体(A)は、液晶表示素子のコントラスト及びシール密着性を高める観点から、上記式(3)で表される繰り返し単位及び上記式(4)で表される繰り返し単位を有する。
重合体(A)は、AC残像が少ない観点から、上記式(3)で表される繰り返し単位及び上記式(4)で表される繰り返し単位の合計を、全繰り返し単位に対して好ましくは5~99モル%、特には、10~95モル%含有するのがより好ましい。
重合体(A)の有する、上記式(3)で表される繰り返し単位と、上記式(4)で表される繰り返し単位との比率((3):(4))は70:30~99:1であるのが好ましく、75:25~98:2がより好ましく、80:20~97:3が更に好ましい。
The polymer (A) has a repeating unit represented by the above formula (3) and a repeating unit represented by the above formula (4) from the viewpoint of improving the contrast and seal adhesion of a liquid crystal display device.
From the viewpoint of reducing AC afterimages, the polymer (A) preferably contains 5 to 99 mol %, and more preferably 10 to 95 mol %, of the sum of the repeating units represented by the above formula (3) and the repeating units represented by the above formula (4) based on the total repeating units.
The ratio ((3):(4)) of the repeating unit represented by the above formula (3) to the repeating unit represented by the above formula (4) in the polymer (A) is preferably 70:30 to 99:1, more preferably 75:25 to 98:2, and even more preferably 80:20 to 97:3.
重合体(A)の有する、上記式(1)で表される繰り返し単位と上記式(3)で表される繰り返し単位との比率((1):(3))は1:99~99:1であるのが好ましく、5:95~80:20がより好ましく、10:90~70:30が更に好ましい。
重合体(A)の有する、上記式(2)で表される繰り返し単位と上記式(4)で表される繰り返し単位との比率((2):(4))は1:99~99:1であるのが好ましく、5:95~80:20がより好ましく、10:90~70:30が更に好ましい。
The ratio ((1):(3)) of the repeating unit represented by the above formula (1) to the repeating unit represented by the above formula (3) in the polymer (A) is preferably 1:99 to 99:1, more preferably 5:95 to 80:20, and even more preferably 10:90 to 70:30.
The ratio ((2):(4)) of the repeating unit represented by the above formula (2) to the repeating unit represented by the above formula (4) in the polymer (A) is preferably 1:99 to 99:1, more preferably 5:95 to 80:20, and even more preferably 10:90 to 70:30.
重合体(A)は、上記の式(1)、式(2)、式(3)及び式(4)で表される繰り返し単位の合計を、重合体(A)の有する全繰り返し単位に対して好ましくは6~100モル%、特には15~100モル%含有するのがより好ましい。 The polymer (A) preferably contains 6 to 100 mol %, and more preferably 15 to 100 mol %, of the repeating units represented by the above formulas (1), (2), (3) and (4) relative to the total repeating units contained in the polymer (A).
重合体(A)は、シール剤との密着性を更に高める観点から、下記式(5)で表される繰り返し単位及び下記式(6)で表される繰り返し単位からなる群から選ばれる少なくとも1種類の繰り返し単位を有してもよい。
上記式(J-1)、式(J-2)中、Q5は単結合、-(CH2)n-(nは1~20の整数である。)、又は-(CH2)n-の任意の-CH2-がそれぞれ隣り合わない条件で-O-、-COO-、-OCO-、-NQ9-、-NQ9CO-、-CONQ9-、-NQ9CONQ10-、-NQ9COO-、又は-OCOO-に置き換えられる基である。Q9及びQ10は、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基を表す。
また、Q6、Q7は、それぞれ独立して、-H、-NHD、-N(D)2、-NHDを有する基、又は-N(D)2を有する基を表す。Q8は-NHD、-N(D)2、-NHDを有する基、又は-N(D)2を有する基を表す。Dはカルバメート系保護基を表し、カルバメート系保護基としては、tert-ブトキシカルボニル基、又は9-フルオレニルメトキシカルボニル基が挙げられる。但し、Q5、Q6及びQ7の少なくとも一つは基中にカルバメート系保護基を有する。*1は結合手を表す。
In the above formulae (J-1) and (J-2), Q5 is a single bond, -( CH2 ) n- (n is an integer of 1 to 20), or a group which can be replaced by -O-, -COO- , -OCO-, -NQ9-, -NQ9CO- , -CONQ9- , -NQ9CONQ10- , -NQ9COO- , or -OCOO-, provided that any -CH2- in -( CH2 ) n- are not adjacent to each other. Q9 and Q10 each independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group.
Q 6 and Q 7 each independently represent -H, -NHD, -N(D) 2 , a group having -NHD, or a group having -N(D) 2. Q 8 represents -NHD, -N(D) 2 , a group having -NHD, or a group having -N(D) 2. D represents a carbamate protecting group, and examples of the carbamate protecting group include a tert-butoxycarbonyl group and a 9-fluorenylmethoxycarbonyl group. However, at least one of Q 5 , Q 6 , and Q 7 has a carbamate protecting group in the group. *1 represents a bond.
Y5、Y6の好ましい具体例としては、AC残像が少ない観点から、下記式(J-1-a)~(J-1-d)、(J-2-1)のいずれかで表される2価の有機基が挙げられる。Bocは、tert-ブトキシカルボニル基を表す。
重合体(A)は、上記式(1)~(4)で表される繰り返し単位、及び上記式(5)、(6)で表される繰り返し単位以外に、更に、下記式(PI-A-1)で表される繰り返し単位及び(PA-1)で表される繰り返し単位からなる群から選ばれる少なくとも1種の繰り返し単位を有してもよい。
式(PI-A-1)中、XI1は4価の有機基を表し、YI1は2価の有機基を表す。但し、XI1が下記式(g)で表される4価の有機基又は上記式(2)のX2と同義である場合は、YI1は上記式(H)で表される部分構造を有する2価の有機基、上記式(I)で表される2価の有機基、上記式(J-1)で表される部分構造を有する2価の有機基、上記式(J-2)で表される2価の有機基以外の構造を表す。XI1の例としては、下記式(g)で表される4価の有機基、上記式(2)のX2で例示した4価の有機基の他、下記式(XI1-1)~(XI1-13)のいずれかで表される4価の有機基、芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する4価の有機基等が挙げられる。
上記X11の4価の有機基を与える芳香族テトラカルボン酸二無水物とは、ベンゼン環、ナフタレン環などの芳香環に結合するカルボキシル基が分子内脱水することにより得られる酸二無水物である。具体例を挙げると、下記式(X3-1)~(X3-2)のいずれかで表される4価の有機基、下記式(Xr-1)~(Xr-7)のいずれかで表される4価の有機基を挙げることができる。
式(PI-A-1)中、YI1の2価の有機基の具体例としては、上記式(H)で表される部分構造を有する2価の有機基、上記式(I)で表される2価の有機基、上記式(J-1)で表される部分構造を有する2価の有機基、上記式(J-2)で表される2価の有機基の他、下記式(o-1)~(o-23)のいずれかで表される2価の有機基、国際公開公報(以下、WOともいう。)2018/117239号に記載の式(Y-1)~(Y-167)のいずれかで表される基等が挙げられる。
式(PA-1)中、XA1は4価の有機基を表し、YA1は2価の有機基を表す。XA1の具体例としては、上記式(PI-A-1)のXI1で例示した構造が挙げられる。YA1の具体例としては、上記式(PI-A-1)のYI1で例示した構造が挙げられる。 In formula (PA-1), X represents a tetravalent organic group, and Y represents a divalent organic group. Specific examples of X include the structures exemplified for X in formula (PI-A-1). Specific examples of Y include the structures exemplified for Y in formula (PI-A-1).
式(PA-1)中、RA1は水素原子又は炭素数1~5のアルキル基である。ZA11、ZA12は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有してもよい炭素数1~10のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数2~10のアルケニル基、置換基を有してもよい炭素数2~10のアルキニル基、tert-ブトキシカルボニル基、又は9-フルオレニルメトキシカルボニル基である。 In formula (PA-1), R A1 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. Z A11 and Z A12 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms which may have a substituent, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms which may have a substituent, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms which may have a substituent, a tert-butoxycarbonyl group, or a 9-fluorenylmethoxycarbonyl group.
上記RA1の炭素数1~5のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基などが挙げられる。加熱によるイミド化のしやすさの観点から、R1は、水素原子又はメチル基が好ましい。 Specific examples of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms for R A1 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, an i-butyl group, an s-butyl group, a t-butyl group, an n-pentyl group, etc. From the viewpoint of ease of imidization by heating, R 1 is preferably a hydrogen atom or a methyl group.
上記ZA11、ZA12の炭素数1~10のアルキル基の具体例としては、上記R1で例示した炭素数1~5のアルキル基の具体例に加えて、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等が挙げられる。上記ZA11、ZA12の炭素数2~10のアルケニル基の具体例としては、ビニル基、プロペニル基、ブチニル基等が挙げられ、これらは直鎖状でも分岐状でもよい。上記ZA11、ZA12の炭素数2~10のアルキニル基の具体例としては、エチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基等が挙げられる。
ZA11、ZA12は置換基を有していてもよく、当該置換基としては、例えばハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、水酸基、シアノ基、アルコキシ基などが挙げられる。
Specific examples of the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms for Z A11 and Z A12 include, in addition to the specific examples of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms exemplified for R 1 above, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, a decyl group, etc. Specific examples of the alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms for Z A11 and Z A12 above include a vinyl group, a propenyl group, a butynyl group, etc., which may be linear or branched. Specific examples of the alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms for Z A11 and Z A12 above include an ethynyl group, a 1-propynyl group, a 2-propynyl group, etc.
Z A11 and Z A12 may each have a substituent, and examples of the substituent include a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom), a hydroxyl group, a cyano group, and an alkoxy group.
上記重合体Aにおける上記式(5)で表される繰り返し単位と上記式(6)で表される繰り返し単位を含有する場合の比率((5):(6))は、70:30~99:1であるのが好ましく、75:25~98:2がより好ましく、80:20~97:3が更に好ましい。 When the polymer A contains the repeating units represented by the formula (5) and the repeating units represented by the formula (6), the ratio ((5):(6)) is preferably 70:30 to 99:1, more preferably 75:25 to 98:2, and even more preferably 80:20 to 97:3.
上記重合体(A)は、上記式(5)で表される繰り返し単位及び上記式(6)で表される繰り返し単位の合計が、重合体(A)が有する全繰り返し単位に対して1~40モル%であることが好ましく、より好ましくは1~30モル%であり、さらに好ましくは5~30モル%である。
この場合における上記式(1)、式(2)、式(3)及び式(4)で表される繰り返し単位の合計は、重合体(A)の有する全繰り返し単位に対して6~99モル%であることが好ましく、15~99モル%がより好ましく、15~95モル%がより好ましい。
In the polymer (A), the sum of the repeating units represented by the formula (5) and the repeating units represented by the formula (6) is preferably 1 to 40 mol %, more preferably 1 to 30 mol %, and even more preferably 5 to 30 mol %, based on the total repeating units contained in the polymer (A).
In this case, the total of the repeating units represented by the above formulas (1), (2), (3) and (4) is preferably 6 to 99 mol %, more preferably 15 to 99 mol %, and still more preferably 15 to 95 mol %, based on the total repeating units contained in the polymer (A).
<第2の重合体>
本発明の液晶配向剤は、上記重合体(A)と有機溶媒とを含有する組成物であり、異なる構造の重合体(A)は、2種以上含有していてもよい。また、本発明の液晶配向剤は、重合体(A)以外の重合体(以下、第2の重合体とも言う)や各種の添加剤、を含有していてもよい。
本発明の液晶配向剤が第2の重合体を含有する場合、全重合体成分に対する重合体(A)の含有割合は5質量%以上であることが好ましく、好ましくは5~95質量%、より好ましくは 10~90質量%が挙げられる。
<Second Polymer>
The liquid crystal aligning agent of the present invention is a composition containing the above polymer (A) and an organic solvent, and may contain two or more polymers (A) having different structures. The liquid crystal aligning agent of the present invention may also contain a polymer other than the polymer (A) (hereinafter, also referred to as a second polymer) and various additives.
When the liquid crystal aligning agent of the present invention contains a second polymer, the content ratio of the polymer (A) to the total polymer components is preferably 5 mass% or more, more preferably 5 to 95 mass%, and more preferably 10 to 90 mass%.
第2の重合体としては、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)アクリレートなどを挙げることができる。 Examples of the second polymer include polyamic acid, polyimide, polyamic acid ester, polyester, polyamide, polyurea, polyorganosiloxane, cellulose derivative, polyacetal, polystyrene or its derivative, poly(styrene-phenylmaleimide) derivative, poly(meth)acrylate, etc.
特に、テトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とから得られるポリアミック酸(以下、第2のポリアミック酸とも言う)は第2の重合体として好ましい。 In particular, a polyamic acid obtained from a tetracarboxylic dianhydride component and a diamine component (hereinafter also referred to as a second polyamic acid) is preferred as the second polymer.
第2のポリアミック酸を得るためのテトラカルボン酸二無水物成分としては、下記式(11)で表される化合物を挙げることができる。当該テトラカルボン酸二無水物成分は、2種類以上の化合物からなるものでもよい。
以下に、好ましいAの例を示すが、これらに限定されるものではない。
上記のうち、(A-1)、(A-2)は光配向性の更なる向上という観点から好ましく、(A-4)は蓄積電荷の緩和速度の更なる向上という観点から好ましく、(A-15)~(A-17)などは、液晶配向性と蓄積電荷の緩和速度の更なる向上という観点から好ましい。 Of the above, (A-1) and (A-2) are preferred from the viewpoint of further improving the photoalignment properties, (A-4) is preferred from the viewpoint of further improving the relaxation speed of the accumulated charge, and (A-15) to (A-17) are preferred from the viewpoint of further improving the liquid crystal alignment properties and the relaxation speed of the accumulated charge.
第2のポリアミック酸を得るためのジアミン成分としては、目的に応じて適宜決定することができるが、例えば、下記式(12)で表されるジアミンを用いることができる。
電気特性や緩和特性を改善する目的では、Y9は第二級又は第三級窒素原子を有する2価の有機基、又は分子内に-NH-CO-NH-を有する2価の有機基が好ましい。
Y9が第二級又は第三級窒素原子を有する2価の有機基である場合における式(12)で表されるジアミンの具体例としては、下記(a)~(d)のいずれかのジアミンが挙げられる。
For the purpose of improving the electrical properties and relaxation properties, Y 9 is preferably a divalent organic group having a secondary or tertiary nitrogen atom, or a divalent organic group having --NH--CO--NH-- in the molecule.
Specific examples of the diamine represented by formula (12) when Y 9 is a divalent organic group having a secondary or tertiary nitrogen atom include any of the following diamines (a) to (d).
(a)WO2017/126627号に記載のピロール構造を有するジアミン、好ましくは下式(pr)で表される構造を有するジアミン。
(b)WO2018/062197号に記載のピロール構造を有するジアミン、好ましくは下式(pn)で表される構造を有するジアミン。 (b) A diamine having a pyrrole structure as described in WO2018/062197, preferably a diamine having a structure represented by the following formula (pn):
(c)WO2018/110354号に記載のカルバゾール構造を有するジアミン、好ましくは下式(cz)で表される構造を有するジアミン。
(d)WO2015/046374号の[0173]~[0188]に記載の窒素含有複素環を有するジアミンや日本特開2016-218149号の[0050]に記載の窒素含有構造を有するジアミン、下記式(BP)で表されるジアミン、
Y9が分子内に-NH-CO-NH-を有する2価の有機基である場合における上記式(12)で表されるジアミンの具体例としては、下記式(13)で、A1が-NH-CO-NH-であるか、炭素数2~20のアルキレン基の-CH2-の少なくとも一つが-NH-CO-NH-で置換された基、又は炭素数2~20のアルキレン基の-CH2-の少なくとも一つが-NH-CO-NH-で置換され、且つ、他の-CH2-の少なくとも一つが-O-、-CO-、-CO-O-、-NRCO-(Rは水素原子又はメチル基を表す。)、-NRCOO-(Rは水素原子又はメチル基を表す。)、-CONR-(Rは水素原子又はメチル基を表す。)、-COS-、及び-NR-(Rはメチル基を表す。)から選ばれる基で置換された基である場合のジアミンなどを挙げることができる。より好ましいジアミンの具体例としては、下記式(U-1)~(U-9)のいずれかで表されるジアミン。 Specific examples of the diamine represented by formula (12) when Y 9 is a divalent organic group having -NH-CO-NH- in the molecule include diamines represented by formula (13) below, in which A 1 is -NH-CO-NH-, a group in which at least one of the -CH 2 - of an alkylene group having 2 to 20 carbon atoms is substituted with -NH-CO-NH-, or a group in which at least one of the -CH 2 - of an alkylene group having 2 to 20 carbon atoms is substituted with -NH-CO-NH- and at least one of the other -CH 2 - is substituted with a group selected from -O-, -CO-, -CO-O-, -NRCO- (R represents a hydrogen atom or a methyl group), -NRCOO- (R represents a hydrogen atom or a methyl group), -CONR- (R represents a hydrogen atom or a methyl group), -COS-, and -NR- (R represents a methyl group). More preferred specific examples of the diamine include diamines represented by any one of the following formulas (U-1) to (U-9).
上記式(w1)又は(w2)で表されるジアミンの好ましい具体例としては、下記式(n3-1)~(n3-7)のいずれかで表されるジアミン、下記式(n4-1)~(n4-6)のいずれかで表されるジアミン等が挙げられる。
印刷性を改善する目的では、カルボキシル基(COOH基)や若しくは水酸基(OH基)を有するジアミンを用いることもできる。具体的には、2,4-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノベンジルアルコール、2,4-ジアミノベンジルアルコール、4,6-ジアミノレゾルシノール、2,4-ジアミノ安息香酸、2,5-ジアミノ安息香酸又は3,5-ジアミノ安息香酸を挙げることができる。なかでも、2,4-ジアミノ安息香酸、2,5-ジアミノ安息香酸又は3,5-ジアミノ安息香酸が好ましい。また、下記の式[3b-1]~式[3b-4]で示されるジアミン、又はこれらのアミノ基が第二級のアミノ基であるジアミンを用いることもできる。 For the purpose of improving printability, diamines having a carboxyl group (COOH group) or a hydroxyl group (OH group) can also be used. Specific examples include 2,4-diaminophenol, 3,5-diaminophenol, 3,5-diaminobenzyl alcohol, 2,4-diaminobenzyl alcohol, 4,6-diaminoresorcinol, 2,4-diaminobenzoic acid, 2,5-diaminobenzoic acid, and 3,5-diaminobenzoic acid. Of these, 2,4-diaminobenzoic acid, 2,5-diaminobenzoic acid, and 3,5-diaminobenzoic acid are preferred. In addition, diamines represented by the following formulas [3b-1] to [3b-4], or diamines in which the amino group is a secondary amino group, can also be used.
式[3b-1]中、Q1は単結合、-CH2-、-C2H4-、-C(CH3)2-、-CF2-、-C(CF3)2-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH3)-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-CON(CH3)-又はN(CH3)CO-を示し、m1及びm2はそれぞれ独立して、0~4の整数を示し、かつm1+m2は1~4の整数を示す。式[3b-2]中、m3及びm4はそれぞれ独立して、1~5の整数を示す。式[3b-3]中、Q2は炭素数1~5の直鎖又は分岐アルキレン基を示し、m5は1~5の整数を示す。式[3b-4]中、Q3及びQ4は、それぞれ独立して、単結合、-CH2-、-C2H4-、-C(CH3)2-、-CF2-、-C(CF3)2-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH3)-、-CONH-、-NHCO-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO、-CON(CH3)-又は-N(CH3)CO-を示し、m6は1~4の整数を示す。) In formula [3b-1], Q 1 represents a single bond, -CH 2 -, -C 2 H 4 -, -C(CH 3 ) 2 -, -CF 2 -, -C(CF 3 ) 2 -, -O-, -CO-, -NH-, -N(CH 3 )-, -CONH-, -NHCO-, -CH 2 O-, -OCH 2 -, -COO-, -OCO-, -CON(CH 3 )- or N(CH 3 )CO-, m 1 and m 2 each independently represent an integer of 0 to 4, and m 1 +m 2 represents an integer of 1 to 4. In formula [3b-2], m 3 and m 4 each independently represent an integer of 1 to 5. In formula [3b-3], Q 2 represents a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, and m 5 represents an integer of 1 to 5. In formula [3b-4], Q 3 and Q 4 each independently represent a single bond, -CH 2 -, -C 2 H 4 -, -C(CH 3 ) 2 -, -CF 2 -, -C(CF 3 ) 2 -, -O-, -CO-, -NH-, -N(CH 3 )-, -CONH-, -NHCO-, -CH 2 O-, -OCH 2 -, -COO-, -OCO, -CON(CH 3 )- or -N(CH 3 )CO-, and m 6 represents an integer of 1 to 4.
第2のポリアミック酸を得るためのジアミン成分としては、上記以外に重合体(A)を得るのに用いたジアミンや公知のジアミンを用いることができる。第2のポリアミック酸を得るためのジアミン成分は、2種類以上のジアミンが併用されていてもよい。 As the diamine component for obtaining the second polyamic acid, in addition to the above, the diamine used for obtaining the polymer (A) or a known diamine can be used. As the diamine component for obtaining the second polyamic acid, two or more kinds of diamines may be used in combination.
<ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドの製造方法>
本発明に用いられるポリイミド前駆体であるポリアミック酸エステル、ポリアミック酸及びポリイミドは、例えば、WO2013/157586号に記載されるような公知の方法で製造することができる。
<Methods of producing polyamic acid, polyamic acid ester, and polyimide>
The polyimide precursors, ie, polyamic acid ester, polyamic acid and polyimide, used in the present invention can be produced by known methods such as those described in WO2013/157586.
<液晶配向剤>
本発明の液晶配向剤は、重合体(A)及び所望により第2の重合体、更にはこれらに加えて、その他の重合体を含有していてもよい。その他の重合体としては、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)アクリレートなどを挙げることができる。
<Liquid crystal alignment agent>
The liquid crystal aligning agent of the present invention may contain the polymer (A) and, if desired, a second polymer, and further, in addition to these, other polymers such as polyamic acid, polyimide, polyamic acid ester, polyester, polyamide, polyurea, polyorganosiloxane, cellulose derivatives, polyacetal, polystyrene or its derivatives, poly(styrene-phenylmaleimide) derivatives, poly(meth)acrylates, etc.
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、塗布液の形態をとる。本発明の液晶配向剤においても上記した重合体成分と、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(含有量)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、1質量%以上が好ましく、溶液の保存安定性の点からは、10質量%以下が好ましい。特に好ましい重合体の濃度は、2~8質量%である。 The liquid crystal alignment agent is used to prepare a liquid crystal alignment film, and takes the form of a coating liquid from the viewpoint of forming a uniform thin film. The liquid crystal alignment agent of the present invention is also preferably a coating liquid containing the above-mentioned polymer component and an organic solvent. In this case, the concentration (content) of the polymer in the liquid crystal alignment 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, 1% by mass or more is preferable, and from the viewpoint of storage stability of the solution, 10% by mass or less is preferable. A particularly preferable polymer concentration is 2 to 8% by mass.
液晶配向剤に含有される有機溶媒は、重合体成分が均一に溶解する溶媒(良溶媒ともいう。)であれば特に限定されない。その具体例を挙げるならば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、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、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミドなどを挙げることができる。なかでも、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド又はγ-ブチロラクトンが好ましい。良溶媒は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の20~99質量%であることが好ましく、20~90質量%がより好ましく、特に好ましいのは、30~80質量%である。 The organic solvent contained in the liquid crystal alignment agent is not particularly limited as long as it is a solvent (also called a good solvent) in which the polymer component dissolves uniformly. Specific examples include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, dimethylsulfoxide, γ-butyrolactone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, 3-methoxy-N,N-dimethylpropanamide, 3-butoxy-N,N-dimethylpropanamide, etc. Among them, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, 3-methoxy-N,N-dimethylpropanamide, 3-butoxy-N,N-dimethylpropanamide, or γ-butyrolactone is preferred. The good solvent preferably accounts for 20 to 99% by mass of the total solvent contained in the liquid crystal alignment agent, more preferably 20 to 90% by mass, and particularly preferably 30 to 80% by mass.
また、液晶配向剤に含有される有機溶媒は、良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(貧溶媒ともいう。)を併用した混合溶媒を使用することが好ましい。貧溶媒の具体例を下記に挙げるが、これらの例に限定されるものではない。
例えば、ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジイソブチルカルビノール(2,6-ジメチル-4-ヘプタノール)、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、3-エトキシブチルアセタート、1-メチルペンチルアセタート、2-エチルブチルアセタート、2-エチルヘキシルアセタート、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールジアセタート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチレングリコールモノブチルエーテル、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、プロピレングリコールモノブチルエーテル、1-(2-ブトキシエトキシ)-2-プロパノール、2-(2-ブトキシエトキシ)-1-プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート、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、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、プロピレングリコールジアセテート、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、乳酸n-ブチル、乳酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジイソブチルケトン(2,6-ジメチル-4-ヘプタノン)などを挙げることができる。
In addition, the organic solvent contained in the liquid crystal alignment agent is preferably a mixed solvent that uses a solvent (also called a poor solvent) that improves the coating property and the surface smoothness of the coating film when applying the liquid crystal alignment agent in addition to a good solvent. Specific examples of the poor solvent are listed below, but are not limited to these examples.
For example, diisopropyl ether, diisobutyl ether, diisobutyl carbinol (2,6-dimethyl-4-heptanol), ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, 3-ethoxybutyl acetate, 1-methylpentyl acetate, 2-ethylbutyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol diacetate, propylene carbonate, ethylene carbonate, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monoisoamyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, propylene glycol monobutyl ether, 1-(2-butoxyethoxy)-2-propanol, 2-(2-butoxyethoxy) 1-propanol, propylene glycol monomethyl ether acetate, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether acetate, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol diacetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, 2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acetate, diethylene glycol acetate, propylene glycol diacetate, n-butyl acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, propyl 3-methoxypropionate, butyl 3-methoxypropionate, n-butyl lactate, isoamyl lactate, diethylene glycol monoethyl ether, diisobutyl ketone (2,6-dimethyl-4-heptanone), and the like.
貧溶媒は、なかでも、ジイソブチルカルビノール、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、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ブチルエーテルアセタート、ジイソブチルケトンが好ましい。 Among the poor solvents, diisobutyl carbinol, propylene glycol monobutyl ether, propylene glycol diacetate, diethylene glycol diethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether acetate, and diisobutyl ketone are preferred.
良溶媒と貧溶媒との好ましい溶媒の組み合わせとしては、N-メチル-2-ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジエチレングリコールジエチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルと2,6-ジメチル-4-ヘプタノン、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソプロピルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルと2,6-ジメチル-4-ヘプタノール、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジプロピレングリコールジメチルエーテルなどを挙げることができる。これら貧溶媒は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の1~80質量%が好ましく、10~80質量%がより好ましく、20~70質量%が特に好ましい。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、塗布環境などに応じて適宜選択される。 Preferred solvent combinations of good and poor solvents include N-methyl-2-pyrrolidone and ethylene glycol monobutyl ether, N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone and ethylene glycol monobutyl ether, N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone and propylene glycol monobutyl ether, N-ethyl-2-pyrrolidone and propylene glycol monobutyl ether, N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone and diethylene glycol diethyl ether, and N-methyl-2-pyrrolidone and γ-butyrolactone. Examples of the poor solvent include 1 to 80% by mass of the total solvent contained in the liquid crystal alignment agent, more preferably 10 to 80% by mass, and particularly preferably 20 to 70% by mass. The type and content of such a solvent are appropriately selected depending on the coating device, coating conditions, and coating environment of the liquid crystal alignment agent.
本発明の液晶配向剤は、重合体成分及び有機溶媒以外の成分を追加的に含有してもよい。このような追加成分としては、液晶配向膜と基板との密着性や液晶配向膜とシール材との密着性を高めるための密着助剤、液晶配向膜の強度を高めるための化合物(以下、架橋性化合物ともいう。)、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などが挙げられる。 The liquid crystal alignment agent of the present invention may contain additional components other than the polymer component and the organic solvent. 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, compounds for increasing the strength of the liquid crystal alignment film (hereinafter also referred to as cross-linking compounds), dielectrics and conductive substances for adjusting the dielectric constant and electrical resistance of the liquid crystal alignment film, etc.
上記架橋性化合物として、AC残像の発生が少なく、膜強度の改善効果が高い観点から、オキシラニル基、オキセタニル基、保護イソシアネート基、保護イソチオシアネート基、オキサゾリン環構造を含む基、メルドラム酸構造を含む基、シクロカーボネート基、下記式(d)で表される基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する化合物、又は下記式(e)で表される化合物(以下、これらを総称して化合物(C)ともいう。)が好ましい。
オキシラニル基を有する化合物の具体例としては、日本特開平10-338880号の[0037]に記載の化合物や、WO2017/170483号に記載のトリアジン環を骨格にもつ化合物などの、2個以上のオキシラニル基を有する化合物が挙げられる。これらのうち、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-m-キシレンジアミン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4、4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-p-フェニレンジアミン、下記式(r-1)~(r-3)のいずれかで表される化合物などの窒素原子を含有する化合物が特に好ましい。
オキセタニル基を有する化合物の具体例としては、WO2011/132751号の[0170]~[0175]に記載の2個以上のオキセタニル基を有する化合物等が挙げられる。 Specific examples of compounds having an oxetanyl group include compounds having two or more oxetanyl groups described in paragraphs [0170] to [0175] of WO2011/132751.
保護イソシアネート基を有する化合物の具体例としては、日本特開2014-224978号の[0046]~[0047]に記載の2個以上の保護イソシアネート基を有する化合物、WO2015/141598号の[0119]~[0120]に記載の3個以上の保護イソシアネート基を有する化合物等が挙げられる。これらのうち、下記式(bi-1)~(bi-3)のいずれかで表される化合物が好ましい。
保護イソチオシアネート基を有する化合物の具体例としては、日本特開2016-200798号公報に記載の、2個以上の保護イソチオシアネート基を有する化合物が挙げられる。
オキサゾリン環構造を含む基を有する化合物の具体例としては、日本特開2007-286597号公報の[0115]に記載の、2個以上のオキサゾリン構造を含む化合物が挙げられる。
Specific examples of compounds having a protected isothiocyanate group include compounds having two or more protected isothiocyanate groups described in JP 2016-200798 A.
Specific examples of the compound having a group containing an oxazoline ring structure include compounds containing two or more oxazoline structures described in paragraph [0115] of JP-A-2007-286597.
メルドラム酸構造を含む基を有する化合物の具体例としては、WO2012/091088号に記載の、メルドラム酸構造を2個以上有する化合物が挙げられる。
シクロカーボネート基を有する化合物の具体例としては、WO2011/155577号に記載の化合物が挙げられる。
上記式(d)で表される基のR1、R2、R3の炭素数1~3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基が挙げられる。
Specific examples of the compound having a group containing a Meldrum's acid structure include compounds having two or more Meldrum's acid structures described in WO2012/091088.
Specific examples of the compound having a cyclocarbonate group include the compounds described in WO2011/155577.
Examples of the alkyl group having 1 to 3 carbon atoms for R 1 , R 2 and R 3 in the group represented by formula (d) above include a methyl group, an ethyl group and a propyl group.
上記式(d)で表される基を有する化合物の具体例としては、WO2015/072554号や、日本特開2016-118753号[0058]に記載の、上記式(d)で表される基を2個以上有する化合物、日本特開2016-200798号公報に記載の化合物等が挙げられる。これらのうち、下記式(hd-1)~(hd-8)のいずれかで表される化合物が好ましい。 Specific examples of compounds having a group represented by the above formula (d) include compounds having two or more groups represented by the above formula (d) described in WO2015/072554 and JP 2016-118753 [0058], and compounds described in JP 2016-200798. Among these, compounds represented by any of the following formulas (hd-1) to (hd-8) are preferred.
上記式(e)のAにおける芳香環を有する(m+n)価の有機基としては、炭素数5~30の(m+n)価の芳香族炭化水素基、炭素数5~30の芳香族炭化水素基が直接又は連結基を介して結合した(m+n)価の有機基、芳香族複素環を有する(m+n)価の基が挙げられる。上記芳香族炭化水素基としては、例えばベンゼン、ナフタレンなどが挙げられる。芳香族複素環としては、例えばピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、ピリダジン環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、インドール環、キノキサリン環、アクリジン環などが挙げられる。上記連結基としては、炭素数1~10のアルキレン基、又は上記アルキレン基から水素原子を一つ除いた基、2価又は3価のシクロヘキサン環等が挙げられる。尚、上記アルキレン基の任意の水素原子は、フッ素原子又はトリフルオロメチル基などの有機基で置換されてもよい。具体例を挙げるならば、WO2010/074269号に記載の化合物等が挙げられる。好ましい具体例としては、下記式(e-1)~(e-9)のいずれかのものが挙げられる。 Examples of the (m+n)-valent organic group having an aromatic ring in A of the above formula (e) include an (m+n)-valent aromatic hydrocarbon group having 5 to 30 carbon atoms, an (m+n)-valent organic group to which an aromatic hydrocarbon group having 5 to 30 carbon atoms is bonded directly or via a linking group, and an (m+n)-valent group having an aromatic heterocycle. Examples of the aromatic hydrocarbon group include benzene and naphthalene. Examples of the aromatic heterocycle include a pyrrole ring, an imidazole ring, a pyrazole ring, a pyridine ring, a pyrimidine ring, a quinoline ring, an isoquinoline ring, a carbazole ring, a pyridazine ring, a pyrazine ring, a benzimidazole ring, a benzimidazole ring, an indole ring, a quinoxaline ring, and an acridine ring. Examples of the linking group include an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, a group obtained by removing one hydrogen atom from the alkylene group, and a divalent or trivalent cyclohexane ring. Any hydrogen atom in the alkylene group may be substituted with a fluorine atom or an organic group such as a trifluoromethyl group. Specific examples include the compounds described in WO2010/074269. Preferred specific examples include any of the following formulas (e-1) to (e-9).
上記化合物は架橋性化合物の一例であり、これらに限定されるものではない。例えば、WO2015/060357号の[0105]~[0116]に開示されている上記以外の成分などが挙げられる。また、本発明の液晶配向剤に含有される架橋性化合物は、2種類以上組み合わせてもよい。
本発明の液晶配向剤における、架橋性化合物の含有量は、液晶配向剤に含まれる重合体成分100質量部に対して、0.5~20質量部であることが好ましく、架橋反応が進行し目的の効果を発現し、かつAC残像の発生が少ない観点から、より好ましくは1~15質量部である。
The above compounds are examples of crosslinkable compounds, and are not limited thereto. For example, the components other than those described above disclosed in [0105] to [0116] of WO2015/060357 can be mentioned. In addition, the crosslinkable compounds contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention may be combined in two or more kinds.
The content of the crosslinkable compound in the liquid crystal aligning agent of the present invention is preferably 0.5 to 20 parts by mass relative to 100 parts by mass of the polymer component contained in the liquid crystal aligning agent, and more preferably 1 to 15 parts by mass from the viewpoints of proceeding with the crosslinking reaction to exhibit the intended effect and reducing the occurrence of AC afterimages.
上記密着助剤としては、例えば、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルジエトキシメチルシラン、2-アミノプロピルトリメトキシシラン、2-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N-エトキシカルボニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-エトキシカルボニル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N-トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10-トリメトキシシリル-1,4,7-トリアザデカン、10-トリエトキシシリル-1,4,7-トリアザデカン、9-トリメトキシシリル-3,6-ジアザノニルアセテート、9-トリエトキシシリル-3,6-ジアザノニルアセテート、N-ベンジル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-ベンジル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-ビス(オキシエチレン)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-ビス(オキシエチレン)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリス-(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤が挙げられる。これらシランカップリング剤の使用量は、AC残像の発生が少ない観点から、液晶配向剤に含まれる重合体成分100質量部に対して0.1~30質量部であることが好ましく、より好ましくは0.1~20質量部である。 Examples of the adhesion aids include 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyldiethoxymethylsilane, 2-aminopropyltrimethoxysilane, 2-aminopropyltriethoxysilane, N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-(2-aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-ureidopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxysilane, N-ethoxycarbonyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-ethyl N-trimethoxysilylpropyltriethylenetriamine, N-trimethoxysilylpropyltriethylenetriamine, 10-trimethoxysilyl-1,4,7-triazadecane, 10-triethoxysilyl-1,4,7-triazadecane, 9-trimethoxysilyl-3,6-diazanonyl acetate, 9-triethoxysilyl-3,6-diazanonyl acetate, N-benzyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-benzyl-3-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-3- Aminopropyltrimethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltriethoxysilane, N-bis(oxyethylene)-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-bis(oxyethylene)-3-aminopropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane Examples of silane coupling agents include silane coupling agents such as xysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, tris-(trimethoxysilylpropyl)isocyanurate, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, and 3-isocyanatepropyltriethoxysilane. The amount of these silane coupling agents used is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 0.1 to 20 parts by mass, per 100 parts by mass of the polymer component contained in the liquid crystal alignment agent, from the viewpoint of reducing the occurrence of AC afterimages.
<液晶配向膜の製造方法>
本発明の液晶配向剤を用いる液晶配向膜は、上記本発明の液晶配向剤を使用して、液晶配向剤から液晶配向膜を得るための既知の方法により製造することができる。
なかでも、本発明の液晶配向剤を用いる液晶配向膜は、下記する、工程(1)、工程(2)、工程(3)、そして、好ましくは行われる工程(4)を順次行うことにより効率的に製造することができる。
<Method of manufacturing liquid crystal alignment film>
The liquid crystal alignment film using the liquid crystal aligning agent of the present invention can be produced by using the above-mentioned liquid crystal aligning agent of the present invention by a known method for obtaining a liquid crystal alignment film from a liquid crystal aligning agent.
In particular, a liquid crystal alignment film using the liquid crystal aligning agent of the present invention can be efficiently produced by sequentially carrying out the following steps (1), (2), (3), and preferably the step (4).
<工程(1)>
本発明の液晶配向剤を基板上に塗布する工程である。液晶配向剤を塗布する基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板、窒化珪素基板、アクリル基板やポリカーボネート基板などのプラスチック基板等を用いることもできる。その際、液晶を駆動させるためのITO電極などが形成された基板を用いると、プロセスの簡素化の点から好ましい。また、反射型の液晶表示素子では、片側の基板ばシリコンウエハーなど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などの光を反射する材料も使用できる。
液晶配向剤の塗布方法は、工業的には、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷又はインクジェット法などで行う方法が一般的である。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、スピンナー法又はスプレー法などがあり、目的に応じてこれらを用いてもよい。
<Step (1)>
This is a process of applying the liquid crystal alignment agent of the present invention onto a substrate. The substrate to which the liquid crystal alignment agent is applied is not particularly limited as long as it is a highly transparent substrate, and glass substrates, silicon nitride substrates, plastic substrates such as acrylic substrates and polycarbonate substrates, etc. 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, one of the substrates can be an opaque one such as a silicon wafer, and in this case, a light-reflecting material such as aluminum can also be used for the electrode.
Industrially, the liquid crystal alignment agent is generally applied by screen printing, offset printing, flexographic printing, inkjet printing, etc. Other application methods include a dip method, a roll coater method, a slit coater method, a spinner method, a spray method, etc., and these may be used depending on the purpose.
<工程(2)>
工程(2)は、工程(1)で得られた液晶配向剤の塗布膜を加熱する工程である。液晶配向剤を基板上に塗布した後は、ホットプレート、熱循環型オーブン又はIR(赤外線)型オーブンなどの加熱手段により、溶媒を蒸発させたり、重合体中のアミック酸又はアミック酸エステルの熱イミド化を行ったりすることができる。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、複数回行ってもよい。液晶配向剤の有機溶媒を除去する温度としては、例えば40~150℃で行うことができる。プロセスを短縮する観点で、40~120℃で行ってもよい。焼成時間としては特に限定されないが、1~10分又は、1~5分が挙げられる。重合体中のアミック酸又はアミック酸エステルの熱イミド化を行う場合には、上記有機溶媒を除去する工程の後、例えば190~250℃、又は200~240℃で焼成することができる。焼成時間としては特に限定されないが、5~40分、又は、5~30分が挙げられる。
<Step (2)>
Step (2) is a step of heating the coating film of the liquid crystal alignment agent obtained in step (1). After the liquid crystal alignment agent is applied onto the substrate, the solvent can be evaporated or the amic acid or amic acid ester in the polymer can be thermally imidized by a heating means such as a hot plate, a heat circulation type oven, or an IR (infrared) type oven. The drying and baking steps after the application of the liquid crystal alignment agent can be performed at any temperature and time, and may be performed multiple times. The temperature for removing the organic solvent of the liquid crystal alignment agent can be, for example, 40 to 150°C. From the viewpoint of shortening the process, it may be performed at 40 to 120°C. The baking time is not particularly limited, but may be 1 to 10 minutes or 1 to 5 minutes. When the amic acid or amic acid ester in the polymer is thermally imidized, the polymer can be baked at, for example, 190 to 250°C or 200 to 240°C after the step of removing the organic solvent. The baking time is not particularly limited, but may be 5 to 40 minutes or 5 to 30 minutes.
<工程(3)>
工程(3)は、工程(2)で得られた膜に偏光された紫外線を照射する工程である。紫外線の波長としては、200~400nmが好ましく、200~300nmがより好ましい。液晶配向性を改善するために、液晶配向膜が塗膜された基板を50~250℃で加熱しながら、紫外線を照射してもよい。上記放射線の照射量は、1~10,000mJ/cm2が好ましく、100~5,000mJ/cm2がより好ましい。このようにして作製した液晶配向膜は、液晶分子を一定の方向に安定して配向させることができる。
偏光された紫外線の消光比が高いほど、より高い異方性が付与できるため、好ましい。具体的には、直線に偏光された紫外線の消光比は、10:1以上が好ましく、20:1以上がより好ましい。
<Step (3)>
Step (3) is a step of irradiating the film obtained in step (2) with polarized ultraviolet light. The wavelength of the ultraviolet light is preferably 200 to 400 nm, more preferably 200 to 300 nm. In order to improve the liquid crystal alignment, the substrate coated with the liquid crystal alignment film may be irradiated with ultraviolet light while being heated at 50 to 250°C. The radiation dose is preferably 1 to 10,000 mJ/ cm2 , more preferably 100 to 5,000 mJ/ cm2 . The liquid crystal alignment film thus prepared can stably align liquid crystal molecules in a certain direction.
The higher the extinction ratio of the polarized UV light, the higher the anisotropy that can be imparted, which is preferable. Specifically, the extinction ratio of the linearly polarized UV light is preferably 10:1 or more, and more preferably 20:1 or more.
<工程(4)>
工程(4)は、工程(3)で得られた膜を、100℃以上で、且つ、工程(2)よりも高い温度で焼成する工程である。焼成温度は、100℃以上で、且つ、工程(2)での焼成温度よりも高ければ、特に限定されないが、150~300℃が好ましく、150~250℃がより好ましく、200~250℃が更に好ましい。焼成時間は、5~120分が好ましく、より好ましくは5~60分、更に好ましくは、5~30分である。
焼成後の液晶配向膜の厚みは、薄すぎると液晶表示素子の信頼性が低下する場合があるので、5~300nmが好ましく、10~200nmがより好ましい。
<Step (4)>
Step (4) is a step of baking the film obtained in step (3) at 100° C. or higher and at a temperature higher than that in step (2). The baking temperature is not particularly limited as long as it is 100° C. or higher and higher than the baking temperature in step (2), but is preferably 150 to 300° C., more preferably 150 to 250° C., and even more preferably 200 to 250° C. The baking time is preferably 5 to 120 minutes, more preferably 5 to 60 minutes, and even more preferably 5 to 30 minutes.
The thickness of the liquid crystal alignment film after baking is preferably 5 to 300 nm, more preferably 10 to 200 nm, since if it is too thin, the reliability of the liquid crystal display element may decrease.
更に、上記工程(3)又は(4)のいずれかの工程を行った後、得られた液晶配向膜を、水及び/又は溶媒を用いて、接触処理をすることもできる。
上記接触処理に使用する溶媒としては、紫外線の照射によって液晶配向膜から生成した分解物を溶解する溶媒であれば、特に限定されるものではない。具体例としては、水、メタノール、エタノール、2-プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、1-メトキシ-2-プロパノール、1-メトキシ-2-プロパノールアセテート、ブチルセロソルブ、乳酸エチル、乳酸メチル、ジアセトンアルコール、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル又は酢酸シクロヘキシルなどが挙げられる。なかでも、汎用性や溶媒の安全性の点から、水、2-プロパノール、1-メトキシ-2-プロパノール又は乳酸エチルが好ましい。より好ましいのは、水、1-メトキシ-2-プロパノール又は乳酸エチルである。溶媒は、2種類以上組み合わせてもよい。
Furthermore, after carrying out either the above step (3) or (4), the obtained liquid crystal alignment film can be subjected to a contact treatment using water and/or a solvent.
The solvent used in the contact treatment is not particularly limited as long as it dissolves the decomposition product generated from the liquid crystal alignment film by irradiation with ultraviolet light. Specific examples include water, methanol, ethanol, 2-propanol, acetone, methyl ethyl ketone, 1-methoxy-2-propanol, 1-methoxy-2-propanol acetate, butyl cellosolve, ethyl lactate, methyl lactate, diacetone alcohol, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, propyl acetate, butyl acetate, and cyclohexyl acetate. Among these, water, 2-propanol, 1-methoxy-2-propanol, and ethyl lactate are preferred from the viewpoint of versatility and solvent safety. Water, 1-methoxy-2-propanol, and ethyl lactate are more preferred. Two or more types of solvents may be combined.
上記の接触処理、すなわち、偏光された紫外線を照射した液晶配向膜に水や溶媒を処理する方法としては、浸漬処理や噴霧処理(スプレー処理ともいう)が挙げられる。これらの処理における処理時間は、紫外線によって液晶配向膜から生成した分解物を効率的に溶解させる点から、10秒~1時間であることが好ましい。なかでも、1~30分浸漬処理をすることが好ましい。また、上記接触処理時の溶媒は、常温でも加温しても良いが、好ましくは、10~80℃である。なかでも、20~50℃が好ましい。加えて、分解物の溶解性の点から、必要に応じて、超音波処理などを行っても良い。 The above-mentioned contact treatment, i.e., the method of treating the liquid crystal alignment film irradiated with polarized ultraviolet light with water or a solvent, includes immersion treatment and spray treatment (also called spray treatment). The treatment time in these treatments is preferably 10 seconds to 1 hour in order to efficiently dissolve the decomposition products generated from the liquid crystal alignment film by the ultraviolet light. Of these, immersion treatment for 1 to 30 minutes is preferable. The solvent during the above-mentioned contact treatment may be at room temperature or heated, but is preferably 10 to 80°C. Of these, 20 to 50°C is preferable. In addition, ultrasonic treatment or the like may be performed as necessary in terms of the solubility of the decomposition products.
上記接触処理の後に、水、メタノール、エタノール、2-プロパノール、アセトン又はメチルエチルケトンなどの低沸点溶媒によるすすぎ(リンスともいう)や液晶配向膜の焼成を行うことが好ましい。その際、リンスと焼成のどちらか一方を行っても、又は、両方を行っても良い。焼成の温度は、150~300℃が好ましく、180~250℃が好ましく、より好ましいのは、200~230℃である。また、焼成の時間は、10秒~30分が好ましく、1~10分が好ましい。 After the contact treatment, it is preferable to rinse the liquid crystal alignment film with a low boiling point solvent such as water, methanol, ethanol, 2-propanol, acetone, or methyl ethyl ketone, or to bake the liquid crystal alignment film. Either rinsing or baking may be performed, or both may be performed. The baking temperature is preferably 150 to 300°C, more preferably 180 to 250°C, and more preferably 200 to 230°C. The baking time is preferably 10 seconds to 30 minutes, and more preferably 1 to 10 minutes.
本発明の液晶配向膜は、IPS方式やFFS方式など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。液晶表示素子は、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得られる。
液晶セルの作製方法の一例として、パッシブマトリクス構造の液晶表示素子を例にとり説明する。なお、画像表示を構成する各画素部分にTFT(Thin Film Transistor)などのスイッチング素子が設けられたアクティブマトリクス構造の液晶表示素子であってもよい。
The liquid crystal alignment film of the present invention is suitable as a liquid crystal alignment film for a liquid crystal display element of a horizontal electric field type such as an IPS type or an FFS type, and is particularly useful as a liquid crystal alignment film for a liquid crystal display element of an FFS type. The liquid crystal display element is obtained by preparing a liquid crystal cell by a known method after obtaining a substrate with a liquid crystal alignment film obtained from a liquid crystal alignment agent, and using the liquid crystal cell.
As an example of a method for fabricating a liquid crystal cell, a liquid crystal display element having a passive matrix structure will be described below. However, a liquid crystal display element having an active matrix structure in which a switching element such as a TFT (Thin Film Transistor) is provided in each pixel portion constituting an image display may also 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の膜とすることができる。
次に、各基板の上に液晶配向膜を形成し、一方の基板に他方の基板を互いの液晶配向膜面が対向するようにして重ね合わせ、周辺をシール剤で接着する。シール剤には、基板間隙を制御するために、通常、スペーサーを混入しておき、また、シール剤を設けない面内部分にも、基板間隙制御用のスペーサーを散布しておくことが好ましい。シール剤の一部には、外部から液晶を充填可能な開口部を設けておく。次いで、シール剤に設けた開口部を通じて、2枚の基板とシール剤で包囲された空間内に液晶材料を注入し、その後、この開口部を接着剤で封止する。注入には、真空注入法を用いてもよいし、大気中で毛細管現象を利用した方法を用いてもよい。液晶材料は、ポジ型液晶材料やネガ型液晶材料のいずれを用いてもよい。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。
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 to display a desired image. Next, an insulating film is provided on each substrate so as to cover the common electrode and the segment electrodes. The insulating film may be, for example, a SiO 2 -TiO 2 film formed by a sol-gel method.
Next, a liquid crystal alignment film is formed on each substrate, and one substrate is superimposed on the other substrate so that the liquid crystal alignment film faces each other, and the periphery is bonded with a sealant. In order to control the gap between the substrates, a spacer is usually mixed into the sealant, and it is also preferable to scatter spacers for controlling the gap between the substrates on the inner surface where the sealant is not provided. An opening is provided in a part of the sealant, through which liquid crystal can be filled from the outside. Next, a liquid crystal material is injected into the space surrounded by the two substrates and the sealant through the opening provided in the sealant, and then the opening is sealed with an adhesive. For the injection, a vacuum injection method or a method utilizing capillary action in the atmosphere may be used. The liquid crystal material may be either a positive type liquid crystal material or a negative type liquid crystal material. Next, a polarizing plate is installed. Specifically, a pair of polarizing plates is attached to the surface of the two substrates opposite to the liquid crystal layer.
上記のようにして、本発明の製造方法を用いることで、IPS駆動方式やFFS駆動方式の液晶表示素子において発生する長期交流駆動による残像が抑制出来る。また、工程(2)において、40~150℃で有機溶媒を除去した後、工程(3)を実施することで、従来よりも少ない工程数で液晶配向膜を得ることができる。本発明の液晶配向剤は、工程(2)において、40~150℃で有機溶媒を除去した後、工程(3)を実施する工程を含む液晶配向膜の製造方法において特に好ましく用いることができる。 As described above, by using the manufacturing method of the present invention, it is possible to suppress image retention caused by long-term AC driving in liquid crystal display elements using the IPS driving method or FFS driving method. Furthermore, by removing the organic solvent at 40 to 150°C in step (2) and then performing step (3), a liquid crystal alignment film can be obtained with fewer steps than in the past. The liquid crystal alignment agent of the present invention can be particularly preferably used in a manufacturing method for a liquid crystal alignment film that includes a step of removing the organic solvent at 40 to 150°C in step (2) and then performing step (3).
上記のようにして、本発明の液晶配向剤を用いることで、残留DC由来の残像やAC残像の発生が少なく、シール密着性の高い液晶配向膜を得ることができる。特に、黒表示の際の面内での明るさのバラツキを抑制したコントラストに優れた液晶表示素子を得ることができ、良好な表示品位を有する液晶表示素子が得られる。 As described above, by using the liquid crystal alignment agent of the present invention, it is possible to obtain a liquid crystal alignment film with high sealing adhesion and with little residual DC-derived afterimage or AC afterimage. In particular, it is possible to obtain a liquid crystal display element with excellent contrast in which the variation in brightness within the plane during black display is suppressed, and a liquid crystal display element with good display quality can be obtained.
以下に実施例を挙げ、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下における化合物の略号及び各特性の測定方法は、次のとおりである。
(溶媒)
NMP:N-メチル-2-ピロリドン、 GBL:γ―ブチロラクトン、
BCS:ブチルセロソルブ、
(ジアミン)
DA-1~DA-4:それぞれ、下記式(DA-1)~式(DA-4)で表される化合物、
(テトラカルボン酸二無水物)
CA-1、CA-2:それぞれ、下記式(CA-1)、式(CA-2)で表される化合物
(添加剤)
C-1:下記式(C-1)で表される化合物
C-2:2,2’-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジヒドロキシメチルフェニル)プロパン
S-1:下記式(S-1)で表される化合物、
The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. The abbreviations of compounds and the measuring methods of each property are as follows.
(solvent)
NMP: N-methyl-2-pyrrolidone, GBL: γ-butyrolactone,
BCS: butyl cellosolve,
(Diamine)
DA-1 to DA-4: Compounds represented by the following formulas (DA-1) to (DA-4), respectively:
(Tetracarboxylic acid dianhydride)
CA-1 and CA-2: Compounds (additives) represented by the following formulas (CA-1) and (CA-2), respectively.
C-1: Compound represented by the following formula (C-1) C-2: 2,2'-bis(4-hydroxy-3,5-dihydroxymethylphenyl)propane S-1: Compound represented by the following formula (S-1),
<粘度の測定>
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)を用いて、温度25℃で測定した。
<Measurement of Viscosity>
The measurement was performed at 25° C. using an E-type viscometer TVE-22H (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) with a sample volume of 1.1 mL and a cone rotor TE-1 (1°34′, R24).
<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~10.0ppm付近に現れるアミド酸のNH基に由来するプロトンピーク積算値とを用い以下の式によって求めた。
イミド化率(%)=(1-α・x/y)×100
上記式において、xはアミド酸のNH基由来のプロトンピーク積算値、yは基準プロトンのピーク積算値、αはポリアミド酸(イミド化率が0%)の場合におけるアミド酸のNH基プロトン1個に対する基準プロトンの個数割合である。
<Measurement of imidization rate>
20 mg of polyimide powder was placed in an NMR sample tube (NMR sampling tube standard, φ5 (Kusano Scientific Co., Ltd.)), deuterated dimethyl sulfoxide (DMSO-d6, 0.05% TMS (tetramethylsilane) mixture) (0.53 mL) was added, and the mixture was sonicated to completely dissolve. This solution was measured for proton NMR at 500 MHz using an NMR measurement device (JNW-ECA500) (JEOL Datum Co., Ltd.). The imidization rate was calculated by the following formula, using a proton derived from a structure that does not change before and after imidization as a reference proton, and the peak integrated value of this proton and the proton peak integrated value derived from the NH group of the amic acid that appears around 9.5 ppm to 10.0 ppm.
Imidization rate (%)=(1−α·x/y)×100
In the above formula, x is the integrated value of the proton peak derived from the NH group of the amic acid, y is the integrated value of the peak of the reference proton, and α is the ratio of the number of reference protons to one NH group proton of the amic acid in the case of polyamic acid (imidization rate 0%).
[重合体の合成例]
以下、ポリアミック酸及びポリイミドの合成例を示す。なお、PIはポリイミドであることを表す。
[Polymer synthesis example]
Examples of synthesizing polyamic acid and polyimide are shown below, where PI stands for polyimide.
<合成例1>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの200mLの四つ口フラスコに、DA-1を7.33g(0.03mol)を量り取り、NMPを99.1g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながらCA-1を6.19g(0.028mol)添加し、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(A-1)(粘度:107mPa・s)を得た。
<Synthesis Example 1>
7.33 g (0.03 mol) of DA-1 was weighed out into a 200 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 99.1 g of NMP was added, and the mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. 6.19 g (0.028 mol) of CA-1 was added while stirring this diamine solution, and the mixture was stirred at 40° C. for 24 hours to obtain a polyamic acid solution (A-1) (viscosity: 107 mPa s).
<合成例2>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの200mLの四つ口フラスコに、DA-1を4.10g(0.0168mol)、及びDA-3を8.32g(0.0392mol)量り取り、NMPを176g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながらCA-1を11.6g(0.0518mol)添加し、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(A-2)(粘度:219mPa・s)を得た。
<Synthesis Example 2>
4.10 g (0.0168 mol) of DA-1 and 8.32 g (0.0392 mol) of DA-3 were weighed out into a 200 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 176 g of NMP was added, and the mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. 11.6 g (0.0518 mol) of CA-1 was added while stirring this diamine solution, and the mixture was stirred at 40° C. for 24 hours to obtain a polyamic acid solution (A-2) (viscosity: 219 mPa s).
<合成例3>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに、DA-3を6.37g(0.03mol)を量り取り、NMPを92.3g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながらCA-1を6.22g(0.0278mol)添加し、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(A-3)(粘度:347mPa・s)を得た。
<Synthesis Example 3>
6.37 g (0.03 mol) of DA-3 was weighed out into a 100 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 92.3 g of NMP was added, and the mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. 6.22 g (0.0278 mol) of CA-1 was added while stirring this diamine solution, and the mixture was stirred at 40° C. for 24 hours to obtain a polyamic acid solution (A-3) (viscosity: 347 mPa s).
<合成例4>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに、DA-1を2.05g(0.0084mol)、及びDA-3を4.16g(0.0196mol)量り取り、NMPを88.6g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながらCA-1を5.52g(0.0246mol)、及びCA-2を0.35g(0.0014mol)添加し、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(A-4)(粘度:213mPa・s)を得た。
<Synthesis Example 4>
2.05 g (0.0084 mol) of DA-1 and 4.16 g (0.0196 mol) of DA-3 were weighed out into a 100 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 88.6 g of NMP was added, and the mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. 5.52 g (0.0246 mol) of CA-1 and 0.35 g (0.0014 mol) of CA-2 were added while stirring this diamine solution, and the mixture was stirred at 40° C. for 24 hours to obtain a polyamic acid solution (A-4) (viscosity: 213 mPa s).
<合成例5>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの200mLの四つ口フラスコに、DA-2を3.23g(0.0084mol)、及びDA-3を4.16g(0.0196mol)量り取り、NMPを97.3g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながらCA-1を5.52g(0.0246mol)、及びCA-2を0.35g(0.0014mol)添加し、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(A-5)(粘度:198mPa・s)を得た。
<Synthesis Example 5>
3.23 g (0.0084 mol) of DA-2 and 4.16 g (0.0196 mol) of DA-3 were weighed out into a 200 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 97.3 g of NMP was added, and the mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. 5.52 g (0.0246 mol) of CA-1 and 0.35 g (0.0014 mol) of CA-2 were added while stirring this diamine solution, and the mixture was stirred at 40° C. for 24 hours to obtain a polyamic acid solution (A-5) (viscosity: 198 mPa s).
<合成例6>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの200mLの四つ口フラスコに、DA-1を1.37g(0.0056mol)、DA-3を4.16g(0.0196mol)、及びDA-4を1.56g(0.0028mol)量り取り、NMPを95.1g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながらCA-1を5.52g(0.0246mol)、及びCA-2を0.35g(0.0014mol)添加し、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(A-6)(粘度:224mPa・s)を得た。
<Synthesis Example 6>
In a 200 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 1.37 g (0.0056 mol) of DA-1, 4.16 g (0.0196 mol) of DA-3, and 1.56 g (0.0028 mol) of DA-4 were weighed out, 95.1 g of NMP was added, and the mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. While stirring this diamine solution, 5.52 g (0.0246 mol) of CA-1 and 0.35 g (0.0014 mol) of CA-2 were added, and the mixture was stirred at 40° C. for 24 hours to obtain a polyamic acid solution (A-6) (viscosity: 224 mPa·s).
<合成例7>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの200mLの四つ口フラスコに、DA-1を1.37g(0.0056mol)、DA-3を4.16g(0.0196mol)、及びDA-4を1.56g(0.0028mol)量り取り、NMPを95.3g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながらCA-1を5.21g(0.0232mol)、及びCA-2を0.700g(0.0028mol)添加し、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(A-7)(粘度:177mPa・s)を得た。
<Synthesis Example 7>
In a 200 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 1.37 g (0.0056 mol) of DA-1, 4.16 g (0.0196 mol) of DA-3, and 1.56 g (0.0028 mol) of DA-4 were weighed out, 95.3 g of NMP was added, and the mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. While stirring this diamine solution, 5.21 g (0.0232 mol) of CA-1 and 0.700 g (0.0028 mol) of CA-2 were added, and the mixture was stirred at 40° C. for 24 hours to obtain a polyamic acid solution (A-7) (viscosity: 177 mPa s).
<合成例8>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの200mLの四つ口フラスコに、DA-1を1.37g(0.0056mol)、DA-3を4.16g(0.0196mol)、及びDA-4を1.56g(0.0028mol)量り取り、NMPを95.6g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながらCA-1を4.90g(0.0218mol)、及びCA-2を1.05g(0.0042mol)添加し、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(A-8)(粘度:176mPa・s)を得た。
<Synthesis Example 8>
In a 200 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 1.37 g (0.0056 mol) of DA-1, 4.16 g (0.0196 mol) of DA-3, and 1.56 g (0.0028 mol) of DA-4 were weighed out, 95.6 g of NMP was added, and the mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. While stirring this diamine solution, 4.90 g (0.0218 mol) of CA-1 and 1.05 g (0.0042 mol) of CA-2 were added, and the mixture was stirred at 40° C. for 24 hours to obtain a polyamic acid solution (A-8) (viscosity: 176 mPa s).
<合成例9>
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに得られたポリアミック酸溶液(A-1)を35g(0.0093mol)取り、NMPを11.7g加え、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2.84g(ポリアミック酸モル対比3等量)、及びピリジンを0.73g(ポリアミック酸モル対比等量)加えて、50℃で3時間加熱し、化学イミド化を行った。得られた反応液を150mlのメタノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取し、同様の操作を2回実施することで樹脂粉末を洗浄した後、60℃で12時間乾燥することで、ポリイミド樹脂粉末を得た。このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は71%であった。得られたポリイミド樹脂粉末3.60gを100ml三角フラスコに取り、固形分濃度が12%になるようにNMPを26.4g加え、70℃で24時間撹拌し溶解させてポリイミド溶液(A-1-PI)を得た。
<Synthesis Example 9>
35 g (0.0093 mol) of the obtained polyamic acid solution (A-1) was taken in a 100 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 11.7 g of NMP was added, and the mixture was stirred for 30 minutes. 2.84 g of acetic anhydride (3 equivalents relative to the molar amount of polyamic acid) and 0.73 g of pyridine (equivalent to the molar amount of polyamic acid) were added to the obtained polyamic acid solution, and the mixture was heated at 50°C for 3 hours to perform chemical imidization. The obtained reaction solution was poured into 150 ml of methanol while stirring, and the precipitate was filtered out. The same operation was carried out twice to wash the resin powder, and then the resin powder was dried at 60°C for 12 hours to obtain a polyimide resin powder. The imidization rate of this polyimide resin powder was 71%. 3.60 g of the obtained polyimide resin powder was placed in a 100 ml Erlenmeyer flask, 26.4 g of NMP was added so that the solid concentration was 12%, and the mixture was stirred at 70° C. for 24 hours to dissolve the polyimide resin, thereby obtaining a polyimide solution (A-1-PI).
<合成例10~16>
下記の表1に記載される各原料を使用したほかは合成例9の手法を用いて同様に実施した。合成例10~16で得られたポリイミドの仕様を合成例9とともに、表1に示す。
The same procedures as in Synthesis Example 9 were used except that the raw materials shown in Table 1 below were used. The specifications of the polyimides obtained in Synthesis Examples 10 to 16 are shown in Table 1 together with those of Synthesis Example 9.
表1における括弧内の数値は、テトラカルボン酸成分については、合成に使用したテトラカルボン酸誘導体の合計量100モル部に対する各化合物の配合割合(モル部)を表し、ジアミン成分については、合成に使用したジアミンの合計量100モル部に対する各化合物の配合割合(モル部)を表す。有機溶媒については、ポリアミック酸溶液やポリイミド溶液中に含まれる有機溶媒の合計量100質量部に対する各有機溶媒の配合割合(質量部)を表す。 The numbers in parentheses in Table 1 indicate, for the tetracarboxylic acid components, the blending ratio (parts by mole) of each compound relative to 100 parts by mole of the total amount of tetracarboxylic acid derivatives used in the synthesis, and for the diamine components, the blending ratio (parts by mole) of each compound relative to 100 parts by mole of the total amount of diamines used in the synthesis. For the organic solvents, the blending ratio (parts by mass) of each organic solvent relative to 100 parts by mass of the total amount of organic solvents contained in the polyamic acid solution or polyimide solution is indicated.
[液晶配向剤の調製]
<比較例1>
撹拌子を入れた20mlのサンプル管に、ポリイミド溶液(A-1-PI)を7.5g量り取り、NMPを2.23g、GBLを5.10g、BCSを4.0g、S-1を1重量%含むGBL溶液を0.90g、及びC-1を10重量%含むNMP溶液を0.27g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(R1)を得た。
[Preparation of liquid crystal alignment agent]
<Comparative Example 1>
7.5 g of polyimide solution (A-1-PI) was weighed out into a 20 ml sample tube containing a stirrer, 2.23 g of NMP, 5.10 g of GBL, 4.0 g of BCS, 0.90 g of GBL solution containing 1 wt% of S-1, and 0.27 g of NMP solution containing 10 wt% of C-1 were added, and stirred with a magnetic stirrer for 30 minutes to obtain a liquid crystal alignment agent (R1).
<実施例1>
撹拌子を入れた20mlサンプル管に、ポリイミド溶液(A-4-PI)を7.5g取り、NMPを2.23g、GBLを5.10g、BCSを4.0g、S-1を1重量%含むGBL溶液を0.90g、及びC-1を10重量%含むNMP溶液を0.27g加えてマグネチックスターラーで30分間撹拌し液晶配向剤(1)を得た。
Example 1
In a 20 ml sample tube containing a stirrer, 7.5 g of polyimide solution (A-4-PI) was taken, 2.23 g of NMP, 5.10 g of GBL, 4.0 g of BCS, 0.90 g of GBL solution containing 1 wt% of S-1, and 0.27 g of NMP solution containing 10 wt% of C-1 were added, and the mixture was stirred with a magnetic stirrer for 30 minutes to obtain a liquid crystal alignment agent (1).
<実施例2~6、比較例3>
実施例2~6及び比較例3では、下記の表2に記載される各ポリイミド溶液、添加剤、及び有機溶剤を使用したほかは比較例1及び実施例1と同様に実施して各液晶配向剤を得た。得られた各液晶配向剤の仕様を、実施例1、比較例1の液晶配向剤とともに、表1に示す。
<Examples 2 to 6, Comparative Example 3>
In Examples 2 to 6 and Comparative Example 3, each liquid crystal alignment agent was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 and Example 1, except that each polyimide solution, additive, and organic solvent listed in the following Table 2 were used. The specifications of each obtained liquid crystal alignment agent are shown in Table 1 together with the liquid crystal alignment agents of Example 1 and Comparative Example 1.
<液晶表示素子の作製>
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IZO電極が形成されている。第1層目の対向電極の上には第2層目として、CVD法により成膜された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IZO膜をパターニングして形成された櫛歯状の画素電極が配置され、第1画素及び第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。
<Preparation of Liquid Crystal Display Element>
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 IZO electrode having a solid pattern, which constitutes an opposing electrode as a first layer, was formed on the substrate. A SiN (silicon nitride) film formed by a CVD method was formed as a second layer on the opposing electrode of the first layer. The thickness of the SiN film of the second layer was 500 nm, and it functions as an interlayer insulating film. A comb-shaped pixel electrode formed by patterning an IZO film as a third layer was arranged on the SiN film of the second layer, forming two pixels, a first pixel and a second pixel. The size of each pixel was 10 mm in length and about 5 mm in width. At this time, the opposing electrode of the first layer and the pixel electrode of the third layer were electrically insulated by the action of the SiN film of the second layer.
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 that form each pixel are arranged in multiple electrode elements arranged in a "L" shape with a bent central portion, the shape of each pixel is not rectangular, but has a shape similar to 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 bent central portion, and has a first region above the bent portion and a second region below the bent portion.
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のそれぞれの表面に、平均孔径1.0μmのフィルターで濾過した液晶配向剤をスピンコート塗布にて塗布し80℃のホットプレート上で2分間乾燥させた。その後、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150~350mJ/cm2照射し、次いで230℃の熱風循環式オーブンで30分間焼成を行い、膜厚100nmの液晶配向膜付き各基板を得た。
次に、上記一組の液晶配向膜付きガラス基板の一方にシール剤を印刷し、もう一方の基板を液晶配向膜面が向き合うように貼り合わせ、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。その後、得られた液晶セルを120℃で1時間加熱し、一晩放置してから評価に使用した。
A liquid crystal alignment agent filtered through a filter with an average pore size of 1.0 μm was applied by spin coating to the respective surfaces of the above-mentioned 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 surface, and dried for 2 minutes on a hot plate at 80° C. Thereafter, the coating surface was irradiated with 150 to 350 mJ/ cm2 of linearly polarized ultraviolet light with an extinction ratio of 26:1 and a wavelength of 254 nm through a polarizing plate, and then baked for 30 minutes in a hot air circulation oven at 230° C. to obtain each substrate with a liquid crystal alignment film with a thickness of 100 nm.
Next, a sealant was printed on one of the pair of glass substrates with liquid crystal alignment film, and the other substrate was attached so that the liquid crystal alignment film faces each other, and the sealant was cured to prepare an empty cell. 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 an FFS drive liquid crystal cell. The obtained liquid crystal cell was then heated at 120°C for 1 hour and left overnight before being used for evaluation.
[評価]
<液晶配向性の評価>
ISO処理前の液晶セルを用い初期流動配向のあるものを「不良」とし、初期流動配向のないものを「良好」として評価を行った。
[evaluation]
<Evaluation of Liquid Crystal Alignment>
Using liquid crystal cells before the ISO treatment, those with initial flow alignment were rated as "bad" and those without initial flow alignment were rated as "good".
<シール密着性の評価>
[サンプル作製]
30mm×40mmのITO基板に、上記で作製した液晶配向剤をスピンコートにて塗布した。80℃のホットプレート上で2分間乾燥させた後、塗膜面に偏光板を介して254nmの紫外線を照射し、次いで230℃の熱風循環式オーブンで20分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。このようにして得られた2枚の基板を用意し、一方の基板の液晶配向膜面上に4μmビーズスペーサーを塗布した後、シール剤(協立化学産業社製XN-1500T)を滴下した。次いで、他方の基板の液晶配向膜面を内側にし、基板の重なり幅が1cmになるように、貼り合わせを行った。その際、貼り合わせ後のシール剤の直径が3mmとなるようにシール剤滴下量を調整した。貼り合わせた2枚の基板をクリップにて固定した後、150℃で1時間熱硬化させて、密着性評価用のサンプルを作製した。
<Evaluation of Seal Adhesion>
[Sample preparation]
The liquid crystal alignment agent prepared above was applied by spin coating to a 30 mm x 40 mm ITO substrate. After drying for 2 minutes on a hot plate at 80 ° C, the coating surface was irradiated with 254 nm ultraviolet light through a polarizing plate, and then baked for 20 minutes in a hot air circulation oven at 230 ° C to form a coating film with a thickness of 100 nm. Two substrates obtained in this way were prepared, and 4 μm bead spacers were applied to the liquid crystal alignment film surface of one substrate, and then a sealant (XN-1500T manufactured by Kyoritsu Chemical Industry Co., Ltd.) was dropped. Next, the liquid crystal alignment film surface of the other substrate was placed inside, and the substrates were laminated so that the overlap width was 1 cm. At that time, the amount of the sealant dropped was adjusted so that the diameter of the sealant after lamination was 3 mm. The two laminated substrates were fixed with clips, and then thermally cured at 150 ° C for 1 hour to prepare a sample for adhesion evaluation.
[シール密着性の測定]
上記で作製したサンプル基板を卓上形精密万能試験機(AGS-X 500N、島津製作所社製)にて、上下基板の端の部分を固定した後、基板中央部の上部から押し込みを行い、剥離する際の強度(N)を測定した。この剥離強度(N)を接着面積(mm2)で規格化した値(剥離強度(N)/接着面積(mm2))を各サンプルにおけるシール密着性(N/mm2)とし、シール密着性が4N/mm2よりも大きい場合に、「良好」として評価した。4N/mm2以下の場合には、「不良」として評価した。
[Measurement of Seal Adhesion]
The sample substrates prepared above were fixed at the ends of the upper and lower substrates using a bench-top precision universal testing machine (AGS-X 500N, manufactured by Shimadzu Corporation), and the substrates were pressed from the top of the center to measure the strength (N) at which they peeled off. This peel strength (N) was normalized by the adhesive area ( mm2 ) to give the seal adhesion (N/ mm2 ) for each sample. If the seal adhesion was greater than 4 N/ mm2 , it was evaluated as "good". If it was less than 4 N / mm2 , it was evaluated as "poor".
本発明の液晶配向剤は、IPS駆動方式やFFS駆動方式などの広範な液晶表示素子における液晶配向膜の形成に有用である。
なお、2019年2月27日に出願された日本特許出願2019-034305号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
The liquid crystal aligning agent of the present invention is useful for forming a liquid crystal alignment film in a wide range of liquid crystal display elements such as those of the IPS driving system and the FFS driving system.
In addition, the entire contents of the specification, claims, drawings, and abstract of Japanese Patent Application No. 2019-034305 filed on February 27, 2019 are hereby incorporated by reference as the disclosure of the specification of the present invention.
Claims (30)
前記重合体(A)が、71%以上のイミド化率を有するポリイミドである、前記液晶配向剤。
The liquid crystal aligning agent, wherein the polymer (A) is a polyimide having an imidization rate of 71% or more.
シール密着性が4N/mm2よりも大きい液晶配向膜が得られる、前記液晶配向剤。
The liquid crystal alignment agent, which provides a liquid crystal alignment film having a seal adhesion of more than 4 N/ mm2 .
工程(1):下記式(3)で表される繰り返し単位、及び下記式(5)で表される繰り返し単位を有し、71%以上のイミド化率を有するポリイミドである重合体(A)を含有する液晶配向剤を基板上に塗布する工程。
工程(2):工程(1)で得られた液晶配向剤の塗布膜を加熱する工程。
工程(3):工程(2)で得られた膜に偏光された紫外線を照射する工程。
Step (1): A step of applying a liquid crystal aligning agent containing a polymer (A) which is a polyimide having a repeating unit represented by the following formula (3) and a repeating unit represented by the following formula (5) and has an imidization rate of 71% or more onto a substrate.
Step (2): A step of heating the coating film of the liquid crystal alignment agent obtained in step (1).
Step (3): A step of irradiating the film obtained in step (2) with polarized ultraviolet light.
工程(4):工程(3)で得られた膜を100℃以上で、且つ工程(2)よりも高い温度で焼成する工程。 The method for producing a liquid crystal alignment film according to any one of claims 16 to 19, further comprising the following step (4):
Step (4): A step of baking the film obtained in step (3) at a temperature of 100° C. or higher and at a temperature higher than that in step (2).
工程(1):下記式(3)で表される繰り返し単位、及び下記式(5)で表される繰り返し単位を有する重合体(A)を含有することを特徴とする液晶配向剤を基板上に塗布する工程。
工程(2):工程(1)で得られた液晶配向剤の塗布膜を加熱する工程。
工程(3):工程(2)で得られた膜に偏光された紫外線を照射する工程。
Step (1): A step of applying a liquid crystal aligning agent, which is characterized by containing a polymer (A) having a repeating unit represented by the following formula (3) and a repeating unit represented by the following formula (5), onto a substrate.
Step (2): A step of heating the coating film of the liquid crystal alignment agent obtained in step (1).
Step (3): A step of irradiating the film obtained in step (2) with polarized ultraviolet light.
工程(4):工程(3)で得られた膜を100℃以上で、且つ工程(2)よりも高い温度で焼成する工程。 The method for producing a liquid crystal alignment film according to any one of claims 22 to 24, further comprising the following step (4):
Step (4): A step of baking the film obtained in step (3) at a temperature of 100° C. or higher and at a temperature higher than that in step (2).
請求項22~25のいずれか一項に記載の液晶配向膜の製造方法。 In the step (2), the coating film of the liquid crystal alignment agent is heated at a temperature of 40 to 180° C.;
The method for producing a liquid crystal alignment film according to any one of claims 22 to 25.
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