JP7768082B2 - Liquid crystal alignment agent, liquid crystal alignment film, liquid crystal element and polymer - Google Patents
Liquid crystal alignment agent, liquid crystal alignment film, liquid crystal element and polymerInfo
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Description
本発明は、液晶配向剤、液晶配向膜、液晶素子及び重合体に関する。 The present invention relates to a liquid crystal alignment agent, a liquid crystal alignment film, a liquid crystal element, and a polymer.
近年における液晶素子の高精細化や多用途化の要求に伴い、電圧保持特性や表示品位の更なる改善はもちろんのこと、製造過程のばらつき等に起因して発生する、画素内における液晶の配向方位のばらつきを抑制することが求められている。液晶の配向方位のばらつきは、黒表示の際に明るさの面内ばらつきを引き起こし、結果的に液晶素子におけるコントラストの低下を引き起こしやすい。 In recent years, with the demand for higher resolution and more versatile liquid crystal elements, there has been a demand not only for further improvements in voltage retention characteristics and display quality, but also for suppressing variations in the orientation of liquid crystal molecules within pixels that occur due to variations in the manufacturing process. Variations in the orientation of liquid crystal molecules cause variations in brightness within the plane when displaying black, which can ultimately lead to a decrease in contrast in liquid crystal elements.
上記のようなコントラストの低下を抑制するために、三重結合を主鎖に有するジアミンと、ナフタレン環を有するジアミンとを用いて得られるポリアミック酸又はポリイミドを液晶配向剤に含有させることが開示されている(特許文献1参照)。 To suppress the above-mentioned decrease in contrast, it has been disclosed that a liquid crystal aligning agent contains a polyamic acid or polyimide obtained using a diamine having a triple bond in the main chain and a diamine having a naphthalene ring (see Patent Document 1).
液晶素子において、コントラストの低下を抑制するために、液晶配向膜の重合体成分の主鎖に比較的柔軟性の高い骨格を導入し、これにより、ラビング法により形成した液晶配向膜では延伸性の向上を図り、また光配向膜では加熱再配列性の向上を図ることが考えられる。しかしながら、液晶配向膜を構成する重合体の主鎖に柔軟性の高い骨格を導入した場合、膜密度の低下を引き起こし、電圧保持率の低下を引き起こしやすくなることが懸念される。このため、面内における液晶の配向方位のばらつきが少ないこと(以下、「配向均一性」ともいう)と電圧保持特性とを、現在求められる表示品位レベルで両立するには至っておらず、更なる改善が求められる。また、液晶素子には、ストレス付加による液晶の配向方位のずれが生じにくく、液晶配向性が良好であることも求められる。 In order to prevent a decrease in contrast in liquid crystal devices, a relatively flexible skeleton can be introduced into the main chain of the polymer component of the liquid crystal alignment film. This improves the stretchability of liquid crystal alignment films formed by rubbing, and improves the thermal reorientation of photo-aligned films. However, introducing a highly flexible skeleton into the main chain of the polymer that makes up the liquid crystal alignment film raises concerns that this may cause a decrease in film density and lead to a decrease in voltage holding ratio. As a result, it has not yet been possible to achieve both low in-plane variation in the alignment orientation of the liquid crystal (hereinafter referred to as "alignment uniformity") and voltage holding characteristics at the currently required display quality level, and further improvement is required. Liquid crystal devices are also required to be resistant to deviations in the alignment orientation of the liquid crystal due to the application of stress, and to have good liquid crystal alignment properties.
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、優れた液晶配向性及び配向均一性を示すとともに、電圧保持特性に優れた液晶素子を得ることができる液晶配向剤を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and its main object is to provide a liquid crystal alignment agent that exhibits excellent liquid crystal alignment properties and alignment uniformity, and can produce liquid crystal elements with excellent voltage retention characteristics.
本発明者らは鋭意検討し、特定の縮合環構造を主鎖に有する重合体を用いて液晶配向膜を形成することにより上記課題を解決するに至った。本発明によれば以下の手段が提供される。 After extensive research, the inventors have resolved the above-mentioned problems by forming a liquid crystal alignment film using a polymer having a specific fused ring structure in its main chain. The present invention provides the following means:
〔1〕 下記式(1)で表される部分構造(a)を主鎖に有する重合体[A]を含有する、液晶配向剤。
〔2〕 上記〔1〕の液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜。
〔3〕 上記〔3〕の液晶配向膜を備える液晶素子。
〔4〕 ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル又はポリイミドであって、上記式(1)で表される部分構造を主鎖に有する、重合体。
[2] A liquid crystal alignment film formed using the liquid crystal alignment agent according to [1] above.
[3] A liquid crystal element comprising the liquid crystal alignment film of [3] above.
[4] A polymer which is a polyamic acid, a polyamic acid ester, or a polyimide and has a partial structure represented by the above formula (1) in its main chain.
本発明の液晶配向剤によれば、優れた液晶配向性及び配向均一性を示すとともに、電圧保持特性に優れた液晶素子を得ることができる。 The liquid crystal aligning agent of the present invention not only exhibits excellent liquid crystal alignment and alignment uniformity, but also enables the production of liquid crystal devices with excellent voltage retention characteristics.
《液晶配向剤》
本開示の液晶配向剤は、特定の縮合環構造を主鎖に有する重合体[A]を含有する。以下に、本開示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。なお、各成分については特に言及しない限り、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Liquid crystal alignment agent
The liquid crystal aligning agent of the present disclosure contains a polymer [A] having a specific fused ring structure in the main chain. Below, each component contained in the liquid crystal aligning agent of the present disclosure and other components that are optionally blended as needed will be described. Note that, unless otherwise specified, each component may be used alone or in combination of two or more.
ここで、本明細書において、「炭化水素基」とは、鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基を含む意味である。「鎖状炭化水素基」とは、主鎖に環状構造を含まず、鎖状構造のみで構成された直鎖状炭化水素基及び分岐状炭化水素基を意味する。ただし、鎖状炭化水素基は飽和でも不飽和でもよい。「脂環式炭化水素基」とは、環構造としては脂環式炭化水素の構造のみを含み、芳香環構造を含まない炭化水素基を意味する。ただし、脂環式炭化水素基は脂環式炭化水素の構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造を有するものも含む。「芳香族炭化水素基」とは、環構造として芳香環構造を含む炭化水素基を意味する。ただし、芳香族炭化水素基は芳香環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造や脂環式炭化水素の構造を含んでいてもよい。「芳香環」は、芳香族炭化水素環及び芳香族複素環を含む意味である。「有機基」とは、炭素を含む化合物(すなわち有機化合物)から任意の水素原子を取り除いてなる原子団をいう。 As used herein, the term "hydrocarbon group" includes chain-like hydrocarbon groups, alicyclic hydrocarbon groups, and aromatic hydrocarbon groups. A "chain-like hydrocarbon group" refers to a linear or branched hydrocarbon group that does not contain a cyclic structure in its main chain and is composed solely of a chain structure. Chain-like hydrocarbon groups may be saturated or unsaturated. An "alicyclic hydrocarbon group" refers to a hydrocarbon group that contains only an alicyclic hydrocarbon structure as its ring structure and does not contain an aromatic ring structure. An alicyclic hydrocarbon group does not necessarily have to be composed solely of an alicyclic hydrocarbon structure and may also contain a chain structure as part of its structure. An "aromatic hydrocarbon group" refers to a hydrocarbon group that contains an aromatic ring structure as its ring structure. An aromatic hydrocarbon group does not necessarily have to be composed solely of an aromatic ring structure and may contain a chain structure or an alicyclic hydrocarbon structure as part of its structure. An "aromatic ring" includes aromatic hydrocarbon rings and aromatic heterocycles. An "organic group" refers to an atomic group formed by removing any hydrogen atom from a carbon-containing compound (i.e., an organic compound).
重合体の「主鎖」とは、重合体のうち最も長い原子の連鎖からなる「幹」の部分をいう。この「幹」の部分が環構造を含むことは許容される。例えば、「特定構造を主鎖に有する」とは、その特定構造が主鎖の一部分を構成することをいう。「側鎖」とは、重合体の「幹」の部分から分岐した部分をいう。「(メタ)アクリロ」は、アクリロ及びメタクリロを包含する用語であり、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート及びメタクリレートを包含する用語である。 The "main chain" of a polymer refers to the "trunk" portion of the polymer, which is made up of the longest chain of atoms. It is permissible for this "trunk" portion to contain a ring structure. For example, "having a specific structure in the main chain" means that the specific structure constitutes part of the main chain. A "side chain" refers to a portion branching off from the "trunk" portion of the polymer. "(Meth)acrylo" is a term that encompasses acrylo and methacrylo, and "(meth)acrylate" is a term that encompasses acrylate and methacrylate.
<重合体[A]>
重合体[A]は、下記式(1)で表される部分構造(a)を主鎖に有する。
The polymer [A] has a partial structure (a) represented by the following formula (1) in its main chain.
上記式(1)において、An1が有する縮合環構造は、芳香族性の単環を複数個含んで構成された多環構造であればよく、特に限定されない。当該縮合環構造を構成する芳香族性の単環は芳香族炭化水素環でもよく芳香族複素環でもよい。縮合環構造を構成する芳香族性の単環は、中でも、ベンゼン環又はピリジン環が好ましい。縮合環構造中の芳香族性の単環の数は、液晶との親和性や溶解性、材料の入手容易性の観点から、2又は3が好ましい。縮合環構造中の芳香族性の単環の数が2つの場合において、縮合環構造の具体例としては、ナフタレン環構造、キノリン構造、イソキノリン構造、1,8-ナフチリジン構造、フルオレン構造、カルバゾール構造、ジベンゾフラン構造、ジベンゾチオフェン構造、ジベンゾチオフェン-5,5-ジオキシド構造等が挙げられる。An1が有する縮合環構造中の芳香族性の単環の数が3つの場合の具体例としては、アントラセン構造、アクリジン構造等が挙げられる。 In the above formula (1), the fused ring structure of An 1 may be a polycyclic structure containing a plurality of aromatic monocyclic rings, and is not particularly limited thereto. The aromatic monocyclic ring constituting the fused ring structure may be an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocyclic ring. The aromatic monocyclic ring constituting the fused ring structure is preferably a benzene ring or a pyridine ring. From the viewpoints of affinity and solubility with liquid crystals and ease of material availability, the number of aromatic monocyclic rings in the fused ring structure is preferably two or three. When the fused ring structure contains two aromatic monocyclic rings, specific examples of the fused ring structure include a naphthalene ring structure, a quinoline structure, an isoquinoline structure, a 1,8-naphthyridine structure, a fluorene structure, a carbazole structure, a dibenzofuran structure, a dibenzothiophene structure, and a dibenzothiophene-5,5-dioxide structure. When the fused ring structure of An 1 contains three aromatic monocyclic rings, specific examples include an anthracene structure and an acridine structure.
An1が有する縮合環構造が置換基を有する場合、置換基としては、炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、アルコキシ基、ハロゲン化アルコキシ基、アルコキシアルキル基、アルコキシアルコキシアルキル基、ハロゲン原子、水酸基等が挙げられる。 When the fused ring structure of An 1 has a substituent, examples of the substituent include a hydrocarbon group, a halogenated hydrocarbon group, an alkoxy group, a halogenated alkoxy group, an alkoxyalkyl group, an alkoxyalkoxyalkyl group, a halogen atom, and a hydroxyl group.
An1は、液晶との親和性や溶解性の観点から、芳香族性の単環を2つ含んで構成された置換又は無置換の縮合環構造を有することが好ましく、具体的には、下記式(an-1)で表される構造に含まれる2つ以上の芳香族性の単環のうち異なる2つの環から水素原子をそれぞれ1個ずつ取り除いてなる2価の基が挙げられる。
上記式(an-1)において、B1、B2は、ベンゼン環又はピリジン環が好ましい。
X3が-C(R3)(R4)-で表される基の場合、R3及びR4で表される1価の炭化水素基は、炭素数1~5のアルキル基、炭素数3~12のシクロアルキル基又は炭素数6~12のアリール基であることが好ましい。炭素数1~5のアルキル基は直鎖状でも分岐状でもよく、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基等が挙げられる。炭素数3~12のシクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、及びこれらの基の環にアルキル基が結合した基等が挙げられる。炭素数6~12のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、及びこれらの基の環にアルキル基が結合した基等が挙げられる。R3及びR4が、置換された1価の炭化水素基である場合、置換基としては、炭素数1~5のアルコキシ基、炭素数1~5のハロゲン化アルキル基、炭素数1~5のハロゲン化アルコキシ基、炭素数1~5のアルコキシアルキル基、炭素数1~5のアルコキシアルコキシアルキル基、ハロゲン原子及び水酸基等が挙げられる。
In the above formula (an-1), B 1 and B 2 are preferably a benzene ring or a pyridine ring.
When X3 is a group represented by -C( R3 )( R4 )-, the monovalent hydrocarbon group represented by R3 and R4 is preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 12 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms. The alkyl group having 1 to 5 carbon atoms may be linear or branched, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, and an isopropyl group. Examples of cycloalkyl groups having 3 to 12 carbon atoms include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and groups in which an alkyl group is bonded to the ring of these groups. Examples of aryl groups having 6 to 12 carbon atoms include a phenyl group, a naphthyl group, and groups in which an alkyl group is bonded to the ring of these groups. When R3 and R4 are substituted monovalent hydrocarbon groups, examples of the substituent include an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a halogenated alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, an alkoxyalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an alkoxyalkoxyalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a halogen atom, and a hydroxyl group.
R5は、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は熱脱離性基である。熱脱離性基としては、tert-ブトキシカルボニル基(Boc基)、ベンジルオキシカルボニル基、1,1-ジメチル-2-ハロエチルオキシカルボニル基、アリルオキシカルボニル基、2-(トリメチルシリル)エトキシカルボニル基、9-フルオレニルメチルオキシカルボニル基等が挙げられる。これらのうち、熱による脱離性に優れ、かつ脱離した構造の膜中における残存量を少なくできる点で、Boc基が特に好ましい。 R5 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a thermally detachable group. Examples of the thermally detachable group include a tert-butoxycarbonyl group (Boc group), a benzyloxycarbonyl group, a 1,1-dimethyl-2-haloethyloxycarbonyl group, an allyloxycarbonyl group, a 2-(trimethylsilyl)ethoxycarbonyl group, and a 9-fluorenylmethyloxycarbonyl group. Of these, the Boc group is particularly preferred because it has excellent thermal detachment properties and can reduce the amount of the detached structure remaining in the film.
上記式(an-1)で表される構造に含まれる2個以上の芳香族性の単環のうち、X1に結合する環及びX2に結合する環は、互いに異なる環である限り特に限定されない。具体的には、mが0である場合、又は、mが1であってX3が-O-、-S-、-NR5-若しくは-SO2-である場合、上記式(an-1)中の縮合環を構成する2個の芳香族性の単環のうち一方の芳香族性の単環にX1が結合し、他方の芳香族性の単環にX2が結合している。mが1であってX3が-C(R3)(R4)-である場合には、上記式(an-1)中の縮合環を構成する2個の芳香族性の単環の少なくとも一方にX1又はX2が結合していてもよいし、R3及びR4の少なくとも一方がアリール基であって、R3又はR4中の芳香族性の単環にX1又はX2が結合していてもよい。 Of the two or more aromatic monocyclic rings contained in the structure represented by formula (an-1), the ring bonded to X1 and the ring bonded to X2 are not particularly limited as long as they are different rings. Specifically, when m is 0, or when m is 1 and X3 is -O-, -S-, -NR 5 - or -SO 2 -, X1 is bonded to one of the two aromatic monocyclic rings constituting the fused ring in formula (an-1), and X2 is bonded to the other aromatic monocyclic ring. When m is 1 and X3 is -C(R 3 )(R 4 )-, X1 or X2 may be bonded to at least one of the two aromatic monocyclic rings constituting the fused ring in formula (an-1), or at least one of R 3 and R 4 may be an aryl group, and X1 or X2 may be bonded to an aromatic monocyclic ring in R 3 or R 4 .
上記式(an-1)中のYaは、An1に含まれる2個の芳香族性の単環のうちいずれの環に結合していてもよい。例えば、上記式(an-1)中の芳香環構造がナフタレン環構造である場合、Yaで表される1価の基は、X1に結合する側のベンゼン環に結合していてもよく、X2に結合する側のベンゼン環に結合していてもよい。また、上記式(an-1)中の芳香環構造がナフタレン環構造であってrが2以上の場合には、一方のベンゼン環のみが置換基を有していてもよく、両方のベンゼン環が置換基を有していてもよい。
rは、0~4が好ましく、0~2がより好ましい。
Y a in the above formula (an-1) may be bonded to either of the two aromatic monocyclic rings contained in An 1. For example, when the aromatic ring structure in the above formula (an-1) is a naphthalene ring structure, the monovalent group represented by Y a may be bonded to the benzene ring on the side bonded to X 1 , or may be bonded to the benzene ring on the side bonded to X 2. Furthermore, when the aromatic ring structure in the above formula (an-1) is a naphthalene ring structure and r is 2 or greater, only one benzene ring may have a substituent, or both benzene rings may have a substituent.
r is preferably 0 to 4, and more preferably 0 to 2.
An1の好ましい具体例としては、下記式(an-1-1)、式(an-1-2)、式(an-1-3)又は式(an-1-4)で表される基が挙げられる。なお、下記式(an-1-1)及び式(an-1-2)は、上記式(an-1)においてmが0である場合に相当する。下記式(an-1-3)は、上記式(an-1)においてmが1であって、縮合環を構成している2個のベンゼン環のうち一方のベンゼン環にX1が結合し、他方のベンゼン環にX2が結合している場合に相当する。下記式(an-1-4)は、上記式(an-1)においてmが1、X3が-C(R3)(R4)-、R3及びR4が置換又は無置換のフェニル基であって、R3中のベンゼン環にX1が結合し、R4中のベンゼン環にX2が結合している場合に相当する。
上記式(an-1-1)~式(an-1-4)において、R6又はR7で表される置換又は無置換の1価の炭化水素基としては、R3及びR4の具体例として例示したものと同様の基が挙げられる。
R8で表される熱脱離性基としては、R5が熱脱離性基である場合の具体例として例示したものと同様の基が挙げられる。
r1~r4は、0~4が好ましく、0~2がより好ましい。r5及びr6は、0~2が好ましく、0又は1がより好ましい。
In the above formulas (an-1-1) to (an-1-4), examples of the substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group represented by R6 or R7 include the same groups as those exemplified as specific examples of R3 and R4 .
Examples of the thermally eliminable group represented by R8 include the same groups as those exemplified as specific examples when R5 is a thermally eliminable group.
r1 to r4 are preferably 0 to 4, and more preferably 0 to 2. r5 and r6 are preferably 0 to 2, and more preferably 0 or 1.
上記式(an-1-1)、式(an-1-2)、式(an-1-3)又は式(an-1-4)で表される基の更なる具体例としては、下記式(g-1)~式(g-22)のそれぞれで表される基が挙げられる。
An1は、液晶素子における液晶配向性の良化を図る観点から、上記のうち、ナフタレン環構造を有する基であることが好ましく、具体的には、上記式(an-1-1)で表される基が好ましい。 From the viewpoint of improving the liquid crystal alignment property in a liquid crystal element, An 1 is preferably a group having a naphthalene ring structure among the above, and specifically, a group represented by the above formula (an-1-1) is preferred.
An1がナフタレン環構造を有する場合、An1は、An1中のナフタレン環を構成する2個のベンゼン環のうち一方がX1に結合し、他方がX2に結合していればよく、An1中のベンゼン環と、X1又はX2との結合位置は特に限定されない。An1で表されるナフタレンジイル基は、良好な液晶配向性及び配向均一性を示す液晶素子を得る観点から、ナフタレン-1,5-ジイル基(上記式(g-3)で表される基)、ナフタレン-2,6-ジイル基(上記式(g-2)で表される基)又はナフタレン-3,7-ジイル基(上記式(g-1)で表される基)が好ましい。これらの中でも、液晶配向性の改善効果を高くできる点で、ナフタレン-2,6-ジイル基又はナフタレン-3,7-ジイル基がより好ましく、ナフタレン-3,7-ジイル基が更に好ましい。 When An 1 has a naphthalene ring structure, it is sufficient that one of the two benzene rings constituting the naphthalene ring in An 1 is bonded to X 1 and the other is bonded to X 2 , and the bonding position between the benzene ring in An 1 and X 1 or X 2 is not particularly limited. From the viewpoint of obtaining a liquid crystal element exhibiting good liquid crystal alignment properties and alignment uniformity, the naphthalene diyl group represented by An 1 is preferably a naphthalene-1,5-diyl group (a group represented by the above formula (g-3)), a naphthalene-2,6-diyl group (a group represented by the above formula (g-2)), or a naphthalene-3,7-diyl group (a group represented by the above formula (g-1)). Among these, a naphthalene-2,6-diyl group or a naphthalene-3,7-diyl group is more preferred, and a naphthalene-3,7-diyl group is even more preferred, from the viewpoint of being able to enhance the effect of improving liquid crystal alignment properties.
X1及びX2において、R1及びR2で表される1価の有機基としては、炭素数1~10の1価の炭化水素基、1価の熱脱離性基等が挙げられる。R1及びR2が炭素数1~10の1価の炭化水素基である場合、当該炭化水素基としては、炭素数1~10のアルキル基、炭素数3~10の1価の脂環式炭化水素基、炭素数5~10の1価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。これらのうち、炭素数1~5のアルキル基、シクロヘキシル基又はフェニル基が好ましく、炭素数1~3のアルキル基がより好ましい。 In X1 and X2 , examples of the monovalent organic group represented by R1 and R2 include a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms and a monovalent thermally eliminable group. When R1 and R2 are monovalent hydrocarbon groups having 1 to 10 carbon atoms, examples of the hydrocarbon group include an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a monovalent alicyclic hydrocarbon group having 3 to 10 carbon atoms, and a monovalent aromatic hydrocarbon group having 5 to 10 carbon atoms. Of these, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a cyclohexyl group, or a phenyl group is preferred, and an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is more preferred.
1価の熱脱離性基としては、R5が熱脱離性基である場合の具体例として例示したものと同様の基が挙げられる。これらのうち、熱による脱離性に優れ、かつ脱離した構造の膜中における残存量を少なくできる点で、Boc基が特に好ましい。 Examples of the monovalent thermally detachable group include the same groups as those exemplified as specific examples when R 5 is a thermally detachable group. Among these, the Boc group is particularly preferred because it has excellent thermal detachment properties and can reduce the amount of the detached structure remaining in the film.
R1及びR2は、中でも、水素原子、炭素数1~3のアルキル基又は1価の熱脱離性基が好ましく、水素原子、炭素数1~3のアルキル基又はBoc基がより好ましい。 Among these, R 1 and R 2 are preferably a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a monovalent thermally eliminable group, and more preferably a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a Boc group.
X1,X2が炭素数1~18のアルカンジイル基である場合、当該アルカンジイル基は直鎖状でも分岐状でもよい。X1,X2が炭素数1~18のアルカンジイル基である場合の具体例としては、メチレン基、エチレン基、プロパン-1,3-ジイル基、プロパン-1,2-ジイル基、プロパン-1,1-ジイル基、ブタン-1,4-ジイル基、ブタン-1,2-ジイル基、ペンタン-1,5-ジイル基、ヘキサン-1,6-ジイル基、ヘプタン-1,7-ジイル基、オクタン-1,8-ジイル基、デカン-1,10-ジイル基、ドデカン-1,12-ジイル基等が挙げられる。液晶素子の液晶配向性及び配向均一性を高める観点、並びに基板に対する密着性の高い液晶配向膜を得る観点から、これらのうち、X1,X2で表される炭素数1~18のアルカンジイル基は直鎖状であることが好ましく、炭素数2~18の直鎖状のアルカンジイル基がより好ましい。 When X 1 and X 2 are alkanediyl groups having 1 to 18 carbon atoms, the alkanediyl group may be linear or branched. Specific examples of alkanediyl groups when X 1 and X 2 are alkanediyl groups having 1 to 18 carbon atoms include methylene, ethylene, propane-1,3-diyl, propane-1,2-diyl, propane-1,1-diyl, butane-1,4-diyl, butane-1,2-diyl, pentane-1,5-diyl, hexane-1,6-diyl, heptane-1,7-diyl, octane-1,8-diyl, decane-1,10-diyl, and dodecane-1,12-diyl. From the viewpoint of improving the liquid crystal alignment property and alignment uniformity of the liquid crystal element, and from the viewpoint of obtaining a liquid crystal alignment film having high adhesion to the substrate, among these, the alkanediyl group having 1 to 18 carbon atoms represented by X 1 and X 2 is preferably linear, and a linear alkanediyl group having 2 to 18 carbon atoms is more preferred.
また、液晶素子における電圧保持率の低下を抑制する観点から、X1,X2で表されるアルカンジイル基の炭素数は、15以下が好ましく、10以下がより好ましく、5以下が更に好ましい。X1,X2が、置換された炭素数1~18のアルカンジイル基である場合、置換基としては、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、臭素原子等)、水酸基等が挙げられる。 Furthermore, from the viewpoint of suppressing a decrease in the voltage holding ratio in a liquid crystal element, the number of carbon atoms in the alkanediyl group represented by X 1 or X 2 is preferably 15 or less, more preferably 10 or less, and even more preferably 5 or less. When X 1 or X 2 is a substituted alkanediyl group having 1 to 18 carbon atoms, examples of the substituent include a halogen atom (such as a fluorine atom, a chlorine atom, an iodine atom, or a bromine atom), a hydroxyl group, etc.
X1,X2は、炭素数2~18の置換又は無置換のアルカンジイル基における一部のメチレン基が-O-、-S-、-NR1-、-C(=O)-、-NR1-C(=O)-又は-NR1-C(=O)-NR2-に置き換えられた2価の基(以下、「2価の基F1」ともいう)であってもよい。なお、2価の基F1は、隣り合わない条件でメチレン基が上記のヘテロ原子含有基に置き換えられている。また、X1,X2が2価の基F1である場合、上記のヘテロ原子含有基により置き換えられるメチレン基の数は特に限定されず、1個でもよく複数個でもよい。 X 1 and X 2 may each be a divalent group in which some methylene groups in a substituted or unsubstituted alkanediyl group having 2 to 18 carbon atoms have been replaced with -O-, -S-, -NR 1 -, -C(═O)-, -NR 1 -C(═O)-, or -NR 1 -C(═O)-NR 2 - (hereinafter also referred to as "divalent group F 1 "). Note that in the divalent group F 1 , methylene groups have been replaced with the above heteroatom-containing groups, provided that they are not adjacent to each other. Furthermore, when X 1 and X 2 are divalent groups F 1 , the number of methylene groups replaced by the above heteroatom-containing groups is not particularly limited and may be one or more.
2価の基F1において、炭素数2~18の置換又は無置換のアルカンジイル基は直鎖状でも分岐状でもよい。液晶素子の液晶配向性及び配向均一性を高める観点、並びに基板に対する密着性の高い液晶配向膜を得る観点から、2価の基F1におけるアルカンジイル基は直鎖状であることが好ましい。置換基としては、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、臭素原子等)、水酸基等が挙げられる。 In the divalent group F 1 , the substituted or unsubstituted alkanediyl group having 2 to 18 carbon atoms may be linear or branched. From the viewpoint of improving the liquid crystal alignment property and alignment uniformity of the liquid crystal element and from the viewpoint of obtaining a liquid crystal alignment film having high adhesion to the substrate, it is preferable that the alkanediyl group in the divalent group F 1 is linear. Examples of the substituent include a halogen atom (such as a fluorine atom, a chlorine atom, an iodine atom, or a bromine atom), a hydroxyl group, etc.
X1,X2が2価の基F1である場合、当該2価の基F1は、炭素数2~18の置換若しくは無置換のアルカンジイル基における一部のメチレン基が-O-、-NR1-又は-NR1-C(=O)-に置き換えられた基であることが好ましい。 When X 1 and X 2 are divalent groups F 1 , the divalent group F 1 is preferably a substituted or unsubstituted alkanediyl group having 2 to 18 carbon atoms in which some methylene groups have been replaced with —O—, —NR 1 —, or —NR 1 —C(═O)—.
液晶素子における液晶配向性及び配向均一性を高める観点から、X1,X2は、炭素数2~18の置換若しくは無置換のアルカンジイル基又は2価の基F1であることが好ましく、2価の基F1であることがより好ましく、炭素数4~18の置換又は無置換のアルカンジイル基における一部のメチレン基が-O-、-S-、-NR1-、-C(=O)-、-NR1-C(=O)-又は-NR1-C(=O)-NR2-に置き換えられた2価の基であることが更に好ましい。また、電圧保持率の低下を抑制しつつ、液晶素子における液晶配向性及び配向均一性を高める観点から、X1及びX2のうち一方又は両方は、-O-、-S-、-NR1-又は-C(=O)-でAn1中の芳香族性の単環に結合していることが好ましく、X1及びX2の両方が、-O-、-S-、-NR1-又は-C(=O)-でAn1中の芳香族性の単環に結合していることがより好ましい。 From the viewpoint of improving the liquid crystal alignment property and alignment uniformity in a liquid crystal element, X 1 and X 2 are preferably a substituted or unsubstituted alkanediyl group having 2 to 18 carbon atoms or a divalent group F 1 , more preferably a divalent group F 1 , and even more preferably a divalent group in which some methylene groups in a substituted or unsubstituted alkanediyl group having 4 to 18 carbon atoms have been replaced by —O—, —S—, —NR 1 —, —C(═O)—, —NR 1 —C(═O)— or —NR 1 —C(═O)—NR 2 —. Furthermore, from the viewpoint of suppressing a decrease in voltage holding ratio while improving the liquid crystal alignment property and alignment uniformity in a liquid crystal element, it is preferable that one or both of X1 and X2 are bonded to the aromatic monocyclic ring in An1 via —O—, —S—, —NR 1 — or —C(═O)—, and it is more preferable that both of X1 and X2 are bonded to the aromatic monocyclic ring in An1 via —O—, —S—, —NR 1 — or —C(═O)—.
なお、X1,X2が-NR1-でAn1中の芳香族性の単環に結合している場合、-NR1-は、「-NR1-C(=O)-」中の-NR1-であってもよく、「-NR1-C(=O)-NR2-」中の-NR1-であってもよい。また、X1,X2が-C(=O)-でAn1中の芳香族性の単環に結合している場合、-C(=O)-は、「-NR1-C(=O)-」中の-C(=O)-であってもよい。 When X 1 and X 2 are bonded to the aromatic monocyclic ring in An 1 via —NR 1 —, —NR 1 — may be —NR 1 — in “—NR 1 —C(═O)—” or —NR 1 — in “—NR 1 —C(═O)—NR 2 —”. When X 1 and X 2 are bonded to the aromatic monocyclic ring in An 1 via —C(═O)—, —C(═O)— may be —C(═O)— in “—NR 1 —C(═O)—”.
X1,X2は、液晶素子における液晶配向性及び配向均一性を維持しつつ、液晶配向膜の基板に対する密着性を高めることができる点で、炭素数2以上のアルキレン鎖を有することが好ましい。当該アルキレン鎖は、電圧保持率の低下を抑制する観点から、炭素数2~10であることが好ましい。X1,X2が炭素数2以上のアルキレン鎖を有する場合、X1,X2は、置換又は無置換のアルカンジイル基であってもよく、2価の基F1であってもよい。 X1 and X2 preferably have an alkylene chain having two or more carbon atoms, in order to improve the adhesion of the liquid crystal alignment film to the substrate while maintaining the liquid crystal alignment property and alignment uniformity in the liquid crystal element. The alkylene chain preferably has 2 to 10 carbon atoms, in order to suppress a decrease in the voltage holding ratio. When X1 and X2 have an alkylene chain having two or more carbon atoms, X1 and X2 may be a substituted or unsubstituted alkanediyl group, or may be a divalent group F1 .
液晶素子における液晶配向性及び配向均一性を高める観点、並びに液晶配向膜の基板に対する密着性を高くする観点から、X1,X2は、上記のうち、炭素数2以上のアルキレン鎖を有する2価の基F1であることが好ましく、更にX1及びX2の両方が、-O-、-S-、-NR1-又は-C(=O)-でAn1中の芳香族性の単環に結合していることがより好ましい。 From the viewpoint of improving the liquid crystal alignment property and alignment uniformity in a liquid crystal element, and from the viewpoint of increasing the adhesion of a liquid crystal alignment film to a substrate, X 1 and X 2 are preferably divalent groups F 1 having an alkylene chain having two or more carbon atoms among the above, and more preferably both X 1 and X 2 are bonded to an aromatic monocycle in An 1 via —O—, —S—, —NR 1 — or —C(═O)—.
X1及びX2の具体例としては、下記式(x-1)~式(x-46)のそれぞれで表される基が挙げられる。
Ar1及びAr2で表される2価の芳香環基は、置換又は無置換の芳香環の環部分から2個の水素原子を取り除いた基である。当該芳香環としては、例えばベンゼン環、ナフタレン環及びアントラセン環等の芳香族炭化水素環;ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環及びイミダゾール環等の窒素含有芳香族複素環;チオフェン環等の硫黄含有芳香族複素環等が挙げられる。芳香環が置換基を有する場合、当該置換基としては、上記式(an-1)中のYaで表される基と同様の基が挙げられる。 The divalent aromatic ring groups represented by Ar1 and Ar2 are groups obtained by removing two hydrogen atoms from the ring portion of a substituted or unsubstituted aromatic ring. Examples of the aromatic ring include aromatic hydrocarbon rings such as a benzene ring, a naphthalene ring, and an anthracene ring; nitrogen-containing aromatic heterocycles such as a pyridine ring, a pyrazine ring, a pyrimidine ring, a pyridazine ring, and an imidazole ring; and sulfur-containing aromatic heterocycles such as a thiophene ring. When the aromatic ring has a substituent, examples of the substituent include the same groups as the group represented by Y a in formula (an-1) above.
液晶配向性及び電圧保持特性を良好にする観点から、Ar1及びAr2は、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環及びイミダゾール環よりなる群から選択される環構造を有していることが好ましい。Ar1及びAr2の好ましい具体例としては、下記式(a-1)~式(a-11)のそれぞれで表される基が挙げられる。
液晶配向性及び電圧保持特性に優れた液晶配向膜を形成できる点で、Ar1及びAr2は、上記のうち、式(a-1)~式(a-6)で表される基が好ましく、式(a-1)又は式(a-6)で表される基がより好ましい。 In terms of being able to form a liquid crystal alignment film excellent in liquid crystal alignment property and voltage retention characteristics, Ar 1 and Ar 2 are preferably groups represented by formula (a-1) to formula (a-6) among the above, and more preferably groups represented by formula (a-1) or formula (a-6).
重合体[A]の主骨格は特に限定されない。液晶分子との親和性や機械的強度、液晶配向性、部分構造(a)の主鎖への導入しやすさの観点から、重合体[A]は、部分構造(a)を有するジアミンに由来する構造単位を含む重合体であることが好ましい。このような重合体[A]の具体例としては、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリエナミン等が挙げられる。これらの中でも、重合体[A]は、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。 The main skeleton of polymer [A] is not particularly limited. From the viewpoints of affinity with liquid crystal molecules, mechanical strength, liquid crystal alignment, and ease of incorporation of partial structure (a) into the main chain, polymer [A] is preferably a polymer containing a structural unit derived from a diamine having partial structure (a). Specific examples of such polymer [A] include polyamic acid, polyamic acid ester, polyimide, polyamide, polyenamine, etc. Among these, polymer [A] is preferably at least one selected from the group consisting of polyamic acid, polyamic acid ester, and polyimide.
重合体[A]としてのポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドの製造方法は特に限定されず、有機化学の定法を適宜組み合わせることにより製造できる。以下、重合体[A]としてのポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドの詳細について説明する。 The methods for producing the polyamic acid, polyamic acid ester, and polyimide used as polymer [A] are not particularly limited, and they can be produced by appropriately combining standard organic chemistry methods. The polyamic acid, polyamic acid ester, and polyimide used as polymer [A] are described in detail below.
[ポリアミック酸]
重合体[A]としてのポリアミック酸(以下、「ポリアミック酸(A)」ともいう)は、例えば、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを反応させることにより得ることができる。
[Polyamic acid]
The polyamic acid as the polymer [A] (hereinafter also referred to as "polyamic acid (A)") can be obtained, for example, by reacting a tetracarboxylic dianhydride with a diamine.
(テトラカルボン酸二無水物)
ポリアミック酸(A)の合成に使用するテトラカルボン酸二無水物としては、例えば、脂肪族テトラカルボン酸二無水物及び芳香族テトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。脂肪族テトラカルボン酸二無水物は、鎖状テトラカルボン酸二無水物及び脂環式テトラカルボン酸二無水物を含む。
(Tetracarboxylic acid dianhydride)
Examples of the tetracarboxylic acid dianhydride used in the synthesis of the polyamic acid (A) include aliphatic tetracarboxylic acid dianhydrides and aromatic tetracarboxylic acid dianhydrides. The aliphatic tetracarboxylic acid dianhydrides include chain tetracarboxylic acid dianhydrides and alicyclic tetracarboxylic acid dianhydrides.
鎖状テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、例えばブタンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。脂環式テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、例えば1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-8-メチル-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、3-オキサビシクロ[3.2.1]オクタン-2,4-ジオン-6-スピロ-3’-(テトラヒドロフラン-2’,5’-ジオン)、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロ-3-フラニル)-3-メチル-3-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物、3,5,6-トリカルボキシ-2-カルボキシメチルノルボルナン-2:3,5:6-二無水物、ビシクロ[3.3.0]オクタン-2,4,6,8-テトラカルボン酸2:4,6:8-二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸2:3,5:6-二無水物、4,9-ジオキサトリシクロ[5.3.1.02,6]ウンデカン-3,5,8,10-テトラオン、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクト-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、エチレンジアミン四酢酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。 Specific examples of the chain tetracarboxylic dianhydride include butane tetracarboxylic dianhydride, etc. Specific examples of the alicyclic tetracarboxylic dianhydride include 1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride, 2,3,5-tricarboxycyclopentylacetic dianhydride, 5-(2,5-dioxotetrahydrofuran-3-yl)-3a,4,5,9b-tetrahydronaphtho[1,2-c]furan-1,3-dione, 5-(2,5-dioxotetrahydrofuran-3-yl)-8-methyl-3a,4,5,9b-tetrahydronaphtho[1,2-c]furan-1,3-dione, 3-oxabicyclo[3.2.1]octane-2,4-dione, 2,3,5-tricarboxycyclopentylacetic dianhydride, 5-(2,5-dioxotetrahydrofuran-3-yl)-8-methyl-3a,4,5,9b-tetrahydronaphtho[1,2-c]furan-1,3-dione, 2,3,5-tricarboxycyclopentylacetic dianhydride ... Benzene-6-spiro-3'-(tetrahydrofuran-2',5'-dione), 5-(2,5-dioxotetrahydro-3-furanyl)-3-methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic anhydride, 3,5,6-tricarboxy-2-carboxymethylnorbornane-2:3,5:6-dianhydride, bicyclo[3.3.0]octane-2,4,6,8-tetracarboxylic acid 2:4,6:8-dianhydride, bicyclo[2.2.1]heptane-2,3,5,6-tetracarboxylic acid 2:3,5:6-dianhydride, 4,9-dioxatricyclo[5.3.1.0]octane-2,4,6,8-tetracarboxylic acid 2:3,5:6-dianhydride 2,6 ]undecane-3,5,8,10-tetraone, 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride, bicyclo[2.2.2]oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, ethylenediaminetetraacetic acid dianhydride, cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, and the like.
芳香族テトラカルボン酸二無水物として、例えばピロメリット酸二無水物、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物、p-フェニレンビス(トリメリット酸モノエステル無水物)、エチレングリコールビス(アンヒドロトリメリテート)、1,3-プロピレングリコールビス(アンヒドロトリメリテート)、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、4,4’-ビフタル酸二無水物等が挙げられる。また、ポリアミック酸(A)の合成に使用するテトラカルボン酸二無水物としては、上記の他、特開2010-97188号公報に記載のテトラカルボン酸二無水物を用いることができる。 Examples of aromatic tetracarboxylic acid dianhydrides include pyromellitic dianhydride, 4,4'-(hexafluoroisopropylidene)diphthalic anhydride, p-phenylene bis(trimellitic acid monoester anhydride), ethylene glycol bis(anhydrotrimellitate), 1,3-propylene glycol bis(anhydrotrimellitate), 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic acid dianhydride, and 4,4'-biphthalic dianhydride. In addition to the above, the tetracarboxylic acid dianhydrides described in JP 2010-97188 A can also be used as the tetracarboxylic acid dianhydride used in the synthesis of polyamic acid (A).
光配向処理により塗膜に液晶配向能を付与する場合、特定ジアミンとの組合せにおいて塗膜の光反応性をより高くできる点で、ポリアミック酸(A)の合成に際し置換シクロブタンテトラカルボン酸二無水物を用いることが好ましい。置換シクロブタンテトラカルボン酸二無水物の具体例としては、例えば下記式(t-1)~式(t-6)のそれぞれで表される化合物が挙げられる。
ポリアミック酸(A)の合成に際し、置換シクロブタンテトラカルボン酸二無水物を用いる場合、その使用割合は、塗膜の光反応性を十分に高くする観点から、合成に使用するテトラカルボン酸二無水物の合計量に対して、10モル%以上とすることが好ましい。より好ましくは30モル%以上であり、更に好ましくは50モル%以上である。 When a substituted cyclobutanetetracarboxylic dianhydride is used in the synthesis of polyamic acid (A), the proportion of the substituted cyclobutanetetracarboxylic dianhydride used is preferably 10 mol % or more, based on the total amount of tetracarboxylic dianhydride used in the synthesis, in order to sufficiently increase the photoreactivity of the coating film. It is more preferably 30 mol % or more, and even more preferably 50 mol % or more.
(ジアミン化合物)
ポリアミック酸(A)の合成に際しては、部分構造(a)を有するジアミン(以下、「特定ジアミン」ともいう)を好ましく使用できる。特定ジアミンは、上記式(1)で表される部分構造を有していればよく、その他の構造は特に限定されない。特定ジアミンの好ましい具体例としては、例えば下記式(2)で表される化合物が挙げられる。
In synthesizing the polyamic acid (A), a diamine having the partial structure (a) (hereinafter also referred to as a "specific diamine") can be preferably used. The specific diamine is only required to have the partial structure represented by the above formula (1), and other structures are not particularly limited. A preferred specific example of the specific diamine is a compound represented by the following formula (2):
上記式(2)中のAr1、X1、An1、X2及びAr2の具体例及び好ましい例については、上記式(1)の説明がそれぞれ適用される。 The explanations for formula (1) above apply to specific examples and preferred examples of Ar 1 , X 1 , An 1 , X 2 and Ar 2 in formula (2) above.
特定ジアミンの具体例としては、上記で説明したAr1、X1、An1、X2及びAr2の具体例を任意に組み合わせた化合物が挙げられる。特定ジアミンの一例としては、下記式(d-1)~式(d-22)のそれぞれで表される化合物、及び下記式(d-1)~式(d-22)で表される化合物中のナフタレンジイル基を、上記式(g-4)~式(g-22)のそれぞれで表される基に置き換えた化合物等が挙げられる。なお、構造式中の「Boc」はtert-ブトキシカルボニル基を表す(以下同じ)。
特定ジアミンは、液晶配向性に優れた液晶素子を得ることができる点において、これらのうち、ナフタレンジイル基を有する化合物が好ましい。また、上記式(d-1)~式(d-22)のそれぞれで表される化合物の中でも特に、式(d-1)~式(d-8)、式(d-13)~式(d-17)のそれぞれで表される化合物が好ましく、式(d-1)~式(d-8)、式(d-13)~式(d-15)のそれぞれで表される化合物がより好ましい。 Of these, the specific diamine is preferably a compound having a naphthalenediyl group, as it allows the production of a liquid crystal device with excellent liquid crystal alignment properties. Furthermore, among the compounds represented by the above formulas (d-1) to (d-22), the compounds represented by formulas (d-1) to (d-8) and formulas (d-13) to (d-17) are particularly preferred, with the compounds represented by formulas (d-1) to (d-8) and formulas (d-13) to (d-15) being even more preferred.
ポリアミック酸(A)の合成に使用するジアミン化合物は特定ジアミンのみであってもよい。また、ポリアミック酸(A)の合成に使用するジアミン化合物としては、特定ジアミンと、上記式(1)で表される部分構造を有しないジアミン(以下、「その他のジアミン」ともいう)とを併用してもよい。 The diamine compound used in the synthesis of polyamic acid (A) may be the specific diamine alone. Alternatively, the diamine compound used in the synthesis of polyamic acid (A) may be a combination of the specific diamine and a diamine that does not have the partial structure represented by formula (1) above (hereinafter also referred to as "other diamines").
その他のジアミンとしては、例えば脂肪族ジアミン、芳香族ジアミン、ジアミノオルガノシロキサン等が挙げられる。脂肪族ジアミンは、鎖状ジアミン及び脂環式ジアミンを含む。 Other diamines include, for example, aliphatic diamines, aromatic diamines, and diaminoorganosiloxanes. Aliphatic diamines include chain diamines and alicyclic diamines.
その他のジアミンの具体例としては、鎖状ジアミンとして、例えばm-キシリレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン等を;脂環式ジアミンとして、例えば1,4-ジアミノシクロヘキサン、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルアミン)等を;
芳香族ジアミンとして、例えばドデカノキシジアミノベンゼン、テトラデカノキシジアミノベンゼン、ペンタデカノキシジアミノベンゼン、ヘキサデカノキシジアミノベンゼン、オクタデカノキシジアミノベンゼン、コレスタニルオキシジアミノベンゼン、コレステリルオキシジアミノベンゼン、ジアミノ安息香酸コレスタニル、ジアミノ安息香酸コレステリル、ジアミノ安息香酸ラノスタニル、3,6-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)コレスタン、3,6-ビス(4-アミノフェノキシ)コレスタン、1,1-ビス(4-((アミノフェニル)メチル)フェニル)-4-ブチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-((アミノフェニル)メチル)フェニル)-4-ヘプチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-((アミノフェノキシ)メチル)フェニル)-4-ヘプチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-((アミノフェニル)メチル)フェニル)-4-(4-ヘプチルシクロヘキシル)シクロヘキサン、N-(2,4-ジアミノフェニル)-4-(4-ヘプチルシクロヘキシル)ベンズアミド、下記式(E-1)
で表される化合物などの配向性基含有ジアミン:
パラフェニレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、4-アミノフェニル-4’-アミノベンゾエート、4,4’-ジアミノアゾベンゼン、1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)エタン、1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)エタン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)プロパン、1,5-ビス(4-アミノフェノキシ)ペンタン、1,6-ビス(4-アミノフェノキシ)ヘキサン、1,7-ビス(4-アミノフェノキシ)ヘプタン、ビス[2-(4-アミノフェニル)エチル]ヘキサン二酸、N,N-ビス(4-アミノフェニル)メチルアミン、N,N’-ジ(5-アミノ-2-ピリジル)-N,N’-ジ(tert-ブトキシカルボニル)エチレンジアミン、4,4’-(2,2’-オキシビス(エタン-2,1-ジイル)ビス(オキシ))ジアニリン、1,5-ジアミノナフタレン、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’-(p-フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、2,6-ジアミノピリジン、2,4-ジアミノピリミジン、3,6-ジアミノアクリジン、3,6-ジアミノカルバゾール、N-メチル-3,6-ジアミノカルバゾール、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-ベンジジン、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-N,N’-ジメチルベンジジン、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、3,5-ジアミノ安息香酸、1-(4-アミノフェノキシ)-2-(4-(4’-アミノフェニル)フェノキシ)エタン、3,5-ジアミノ-N,N-ビス(ピリジン-3-イルメチル)ベンズアミド、下記式(f-1)~式(f-33)
ジアミノオルガノシロキサンとして、例えば、1,3-ビス(3-アミノプロピル)-テトラメチルジシロキサン等を;それぞれ挙げることができるほか、特開2010-97188号公報に記載のジアミンを用いることができる。ポリアミック酸(A)の合成に使用するその他のジアミンとしては、1種を単独で又は2種以上を適宜選択して使用することができる。
Specific examples of other diamines include chain diamines such as m-xylylenediamine, 1,3-propanediamine, tetramethylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, and 1,3-bis(aminomethyl)cyclohexane; alicyclic diamines such as 1,4-diaminocyclohexane and 4,4'-methylenebis(cyclohexylamine);
Examples of aromatic diamines include dodecanoxydiaminobenzene, tetradecanoxydiaminobenzene, pentadecanoxydiaminobenzene, hexadecanoxydiaminobenzene, octadecanoxydiaminobenzene, cholestanyloxydiaminobenzene, cholesteryloxydiaminobenzene, cholestanyl diaminobenzoate, cholesteryl diaminobenzoate, lanostannyl diaminobenzoate, 3,6-bis(4-aminobenzoyloxy)cholestane, 3,6-bis(4-aminophenoxy)cholestane, 1,1 ... , 1-bis(4-((aminophenyl)methyl)phenyl)-4-butylcyclohexane, 1,1-bis(4-((aminophenyl)methyl)phenyl)-4-heptylcyclohexane, 1,1-bis(4-((aminophenoxy)methyl)phenyl)-4-heptylcyclohexane, 1,1-bis(4-((aminophenyl)methyl)phenyl)-4-(4-heptylcyclohexyl)cyclohexane, N-(2,4-diaminophenyl)-4-(4-heptylcyclohexyl)benzamide, and compounds represented by the following formula (E-1):
Directing group-containing diamines such as compounds represented by the formula:
paraphenylenediamine, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenylamine, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, 4-aminophenyl-4'-aminobenzoate, 4,4'-diaminoazobenzene, 1,2-bis(4-aminophenoxy)ethane, 1,2-bis(4-aminophenoxy)ethane, 1,3-bis(4-aminophenoxy)propane, 1,5-bis(4-aminophenoxy)pentane, 1,6-bis(4-aminophenoxy)hexane, 1,7-bis(4-aminophenoxy) ) heptane, bis[2-(4-aminophenyl)ethyl]hexanedioic acid, N,N-bis(4-aminophenyl)methylamine, N,N'-di(5-amino-2-pyridyl)-N,N'-di(tert-butoxycarbonyl)ethylenediamine, 4,4'-(2,2'-oxybis(ethane-2,1-diyl)bis(oxy))dianiline, 1,5-diaminonaphthalene, 2,2'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 2,2'-bis(trifluoromethyl)-4,4'-diaminobiphenyl, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane, 9,9-bis(4-aminophenyl)fluorene, 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluoropropane, 2,2-bis(4-aminophenyl)hexafluoropropane, 4,4'-(p-phenylenediisopropylidene)bisaniline, 1,4-bis(4-aminophenoxy)benzene, 4,4'-bis(4-aminophenoxy)biphenyl, 2,6-diaminopyridine, 2,4-diaminopyrimidine, 3,6- Diaminoacridine, 3,6-diaminocarbazole, N-methyl-3,6-diaminocarbazole, N,N'-bis(4-aminophenyl)-benzidine, N,N'-bis(4-aminophenyl)-N,N'-dimethylbenzidine, 1,4-bis-(4-aminophenyl)-piperazine, 3,5-diaminobenzoic acid, 1-(4-aminophenoxy)-2-(4-(4'-aminophenyl)phenoxy)ethane, 3,5-diamino-N,N-bis(pyridin-3-ylmethyl)benzamide, compounds represented by the following formulas (f-1) to (f-33):
Examples of diaminoorganosiloxanes include 1,3-bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane, and the diamines described in JP-A-2010-97188 can also be used. As the other diamines used in the synthesis of the polyamic acid (A), one type can be used alone, or two or more types can be appropriately selected and used.
上記式(E-1)における「-XI-(RI-XII)d-」で表される2価の基としては、炭素数1~3のアルカンジイル基、*-O-、*-COO-又は*-O-C2H4-O-(ただし、「*」を付した結合手がジアミノフェニル基と結合する。)であることが好ましい。RIIIで表される基は直鎖状であることが好ましい。ジアミノフェニル基における2つのアミノ基は、他の基に対して2,4-位又は3,5-位にあることが好ましい。 The divalent group represented by "-X I -(R I -X II ) d -" in the above formula (E-1) is preferably an alkanediyl group having 1 to 3 carbon atoms, *-O-, *-COO-, or *-O-C 2 H 4 -O- (wherein the bond marked with "*" is bonded to the diaminophenyl group). The group represented by R III is preferably linear. The two amino groups in the diaminophenyl group are preferably in the 2,4-position or 3,5-position relative to other groups.
上記式(E-1)で表される化合物の具体例としては、例えば下記式(E-1-1)~式(E-1-4)のそれぞれで表される化合物を挙げることができる。
ポリアミック酸(A)の合成に際し、特定ジアミンの使用割合は、ポリアミック酸(A)の合成に使用するジアミン化合物の合計量に対し、2モル%以上であることが好ましく、5モル%以上であることがより好ましく、10モル%以上であることが更に好ましい。特定ジアミンの使用割合が上記範囲であると、液晶素子における液晶配向性及び配向均一性と電圧保持特性との両立を十分に図ることができる点で好適である。また、ポリアミック酸(A)の合成に際し、特定ジアミンの使用割合は、ポリアミック酸(A)の合成に使用するジアミン化合物の合計量に対し、100モル%以下であればよい。その他のジアミンの使用により所望の特性を付与する場合、特定ジアミンの使用割合は、ポリアミック酸(A)の合成に使用するジアミン化合物の合計量に対し、90モル%以下であることが好ましく、80モル%以下であることがより好ましい。 When synthesizing polyamic acid (A), the proportion of the specific diamine used is preferably 2 mol% or more, more preferably 5 mol% or more, and even more preferably 10 mol% or more, relative to the total amount of diamine compounds used in synthesizing polyamic acid (A). A proportion of the specific diamine used within the above range is advantageous in that it allows for sufficient compatibility between liquid crystal alignment and alignment uniformity and voltage retention characteristics in a liquid crystal element. Furthermore, when synthesizing polyamic acid (A), the proportion of the specific diamine used may be 100 mol% or less, relative to the total amount of diamine compounds used in synthesizing polyamic acid (A). When other diamines are used to impart desired properties, the proportion of the specific diamine used is preferably 90 mol% or less, more preferably 80 mol% or less, relative to the total amount of diamine compounds used in synthesizing polyamic acid (A).
(ポリアミック酸の合成)
ポリアミック酸(A)は、上記のようなテトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とを、必要に応じて分子量調整剤とともに反応させることによって得ることができる。ポリアミック酸(A)の合成反応に供されるテトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物との使用割合は、ジアミン化合物のアミノ基1当量に対して、テトラカルボン酸二無水物の酸無水物基が0.2~2当量となる割合が好ましく、0.3~1.2当量となる割合がより好ましい。
(Synthesis of Polyamic Acid)
The polyamic acid (A) can be obtained by reacting the above-mentioned tetracarboxylic dianhydride with a diamine compound, optionally together with a molecular weight modifier. The ratio of the tetracarboxylic dianhydride and the diamine compound used in the synthesis reaction of the polyamic acid (A) is preferably such that 0.2 to 2 equivalents, and more preferably 0.3 to 1.2 equivalents, of the acid anhydride groups of the tetracarboxylic dianhydride are used per equivalent of the amino groups of the diamine compound.
分子量調整剤としては、例えば無水マレイン酸、無水フタル酸及び無水イタコン酸等の酸一無水物;アニリン、シクロヘキシルアミン及びn-ブチルアミン等のモノアミン化合物;フェニルイソシアネート及びナフチルイソシアネート等のモノイソシアネート化合物等を挙げることができる。分子量調整剤の使用割合は、使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物の合計100質量部に対して、20質量部以下とすることが好ましく、10質量部以下とすることがより好ましい。 Examples of molecular weight modifiers include acid monoanhydrides such as maleic anhydride, phthalic anhydride, and itaconic anhydride; monoamine compounds such as aniline, cyclohexylamine, and n-butylamine; and monoisocyanate compounds such as phenyl isocyanate and naphthyl isocyanate. The proportion of molecular weight modifier used is preferably 20 parts by weight or less, and more preferably 10 parts by weight or less, per 100 parts by weight of the total of the tetracarboxylic dianhydride and diamine compounds used.
ポリアミック酸(A)の合成反応は、好ましくは有機溶媒中において行われる。このときの反応温度は、-20℃~150℃が好ましく、0~100℃がより好ましい。また、反応時間は、0.1~24時間が好ましく、0.5~12時間がより好ましい。 The synthesis reaction of polyamic acid (A) is preferably carried out in an organic solvent. The reaction temperature is preferably -20°C to 150°C, more preferably 0°C to 100°C. The reaction time is preferably 0.1 to 24 hours, more preferably 0.5 to 12 hours.
反応に使用する有機溶媒としては、例えば非プロトン性極性溶媒、フェノール系溶媒、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、ハロゲン化炭化水素、炭化水素等を挙げることができる。これらの有機溶媒のうち、非プロトン性極性溶媒及びフェノール系溶媒よりなる群(第1群の有機溶媒)から選択される1種以上、又は、第1群の有機溶媒から選択される1種以上と、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、ハロゲン化炭化水素及び炭化水素よりなる群(第2群の有機溶媒)から選択される1種以上との混合物を使用することが好ましい。後者の場合、第2群の有機溶媒の使用割合は、第1群の有機溶媒及び第2群の有機溶媒の合計量に対して、好ましくは50質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下であり、更に好ましくは30質量%以下である。 Examples of organic solvents used in the reaction include aprotic polar solvents, phenolic solvents, alcohols, ketones, esters, ethers, halogenated hydrocarbons, and hydrocarbons. Among these organic solvents, it is preferable to use one or more selected from the group consisting of aprotic polar solvents and phenolic solvents (Group 1 organic solvents), or a mixture of one or more selected from Group 1 organic solvents with one or more selected from the group consisting of alcohols, ketones, esters, ethers, halogenated hydrocarbons, and hydrocarbons (Group 2 organic solvents). In the latter case, the proportion of Group 2 organic solvent used is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and even more preferably 30% by mass or less, based on the total amount of Group 1 organic solvents and Group 2 organic solvents.
特に好ましい有機溶媒は、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルトリアミド、m-クレゾール、キシレノール及びハロゲン化フェノールよりなる群から選択される1種以上を溶媒として使用するか、あるいはこれらの1種以上と他の有機溶媒との混合物を、上記割合の範囲で使用することが好ましい。有機溶媒の使用量(x)は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物の合計量(y)が、反応溶液の全量(x+y)に対して、0.1~50質量%になる量とすることが好ましい。 Particularly preferred organic solvents are one or more selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, N,N-dimethylacetamide, N,N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, γ-butyrolactone, tetramethylurea, hexamethylphosphortriamide, m-cresol, xylenol, and halogenated phenols, or a mixture of one or more of these with other organic solvents in the above-mentioned proportions. The amount of organic solvent (x) used is preferably an amount such that the total amount (y) of the tetracarboxylic dianhydride and diamine compound is 0.1 to 50% by mass relative to the total amount (x + y) of the reaction solution.
以上のようにして、ポリアミック酸(A)を溶解してなる反応溶液が得られる。この反応溶液はそのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、反応溶液中に含まれるポリアミック酸(A)を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよく、又は単離したポリアミック酸(A)を精製したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。ポリアミック酸(A)を脱水閉環してポリイミドとする場合には、上記反応溶液をそのまま脱水閉環反応に供してもよく、反応溶液中に含まれるポリアミック酸(A)を単離したうえで脱水閉環反応に供してもよく、又は単離したポリアミック酸(A)を精製したうえで脱水閉環反応に供してもよい。ポリアミック酸(A)の単離及び精製は公知の方法に従って行うことができる。 In this manner, a reaction solution containing dissolved polyamic acid (A) is obtained. This reaction solution may be used directly to prepare a liquid crystal aligning agent, or the polyamic acid (A) contained in the reaction solution may be isolated and then used to prepare a liquid crystal aligning agent, or the isolated polyamic acid (A) may be purified and then used to prepare a liquid crystal aligning agent. When polyamic acid (A) is to be dehydrated and cyclized to form a polyimide, the reaction solution may be used directly to the dehydration and cyclization reaction, or the polyamic acid (A) contained in the reaction solution may be isolated and then used to prepare a dehydration and cyclization reaction, or the isolated polyamic acid (A) may be purified and then used to prepare a dehydration and cyclization reaction. Isolation and purification of polyamic acid (A) can be performed according to known methods.
[ポリアミック酸エステル]
重合体[A]としてのポリアミック酸エステルは、例えば、[I]上記合成反応により得られたポリアミック酸(A)とエステル化剤とを反応させる方法、[II]テトラカルボン酸ジエステルとジアミン化合物とを反応させる方法、[III]テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物とジアミン化合物とを反応させる方法、等によって得ることができる。
[Polyamic acid ester]
The polyamic acid ester as the polymer [A] can be obtained, for example, by [I] a method of reacting the polyamic acid (A) obtained by the above synthesis reaction with an esterifying agent, [II] a method of reacting a tetracarboxylic acid diester with a diamine compound, or [III] a method of reacting a tetracarboxylic acid diester dihalide with a diamine compound.
なお、本明細書において「テトラカルボン酸ジエステル」とは、テトラカルボン酸が有する4個のカルボキシ基のうち2個がエステル化され、残りの2個がカルボキシ基である化合物を意味する。「テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物」とは、テトラカルボン酸が有する4個のカルボキシ基のうち2個がエステル化され、残りの2個がハロゲン化された化合物を意味する。 In this specification, "tetracarboxylic acid diester" refers to a compound in which two of the four carboxy groups in a tetracarboxylic acid are esterified and the remaining two are carboxy groups. "Tetracarboxylic acid diester dihalide" refers to a compound in which two of the four carboxy groups in a tetracarboxylic acid are esterified and the remaining two are halogenated.
方法[I]で使用するエステル化剤としては、例えば水酸基含有化合物、アセタール系化合物、ハロゲン化物、エポキシ基含有化合物等が挙げられる。これらの具体例としては、水酸基含有化合物として、例えばメタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、フェノール、クレゾール等のフェノール類等を;アセタール系化合物として、例えばN,N-ジメチルホルムアミドジエチルアセタール、N,N-ジエチルホルムアミドジエチルアセタール等を;ハロゲン化物として、例えば臭化メチル、臭化エチル、臭化ステアリル、塩化メチル、塩化ステアリル、1,1,1-トリフルオロ-2-ヨードエタン等を;エポキシ基含有化合物として、例えばプロピレンオキシド等を、それぞれ挙げることができる。 Esterifying agents used in method [I] include, for example, hydroxyl group-containing compounds, acetal compounds, halides, and epoxy group-containing compounds. Specific examples of these include: hydroxyl group-containing compounds such as alcohols (e.g., methanol, ethanol, and propanol), and phenols (e.g., phenol and cresol); acetal compounds such as N,N-dimethylformamide diethyl acetal and N,N-diethylformamide diethyl acetal; halides such as methyl bromide, ethyl bromide, stearyl bromide, methyl chloride, stearyl chloride, and 1,1,1-trifluoro-2-iodoethane; and epoxy group-containing compounds such as propylene oxide.
方法[II]で使用するテトラカルボン酸ジエステルは、例えばポリアミック酸(A)の合成の説明において例示したテトラカルボン酸二無水物を、メタノールやエタノール等のアルコール類を用いて開環することにより得ることができる。なお、方法[II]で使用するテトラカルボン酸誘導体はテトラカルボン酸ジエステルのみであってもよいが、テトラカルボン酸二無水物を併用してもよい。ジアミン化合物については、ポリアミック酸の合成で例示した特定ジアミンを単独で使用してもよいし、又はその他のジアミンを併用してもよい。 The tetracarboxylic acid diester used in method [II] can be obtained, for example, by ring-opening the tetracarboxylic acid dianhydride exemplified in the description of the synthesis of polyamic acid (A) using an alcohol such as methanol or ethanol. The tetracarboxylic acid derivative used in method [II] may be the tetracarboxylic acid diester alone, or it may be used in combination with a tetracarboxylic acid dianhydride. As for the diamine compound, the specific diamine exemplified in the synthesis of polyamic acid may be used alone, or it may be used in combination with other diamines.
方法[II]の反応は、有機溶媒中、適当な脱水触媒の存在下で行うことが好ましい。有機溶媒としては、ポリアミック酸(A)の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒を挙げることができる。脱水触媒としては、例えば4-(4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジン-2-イル)-4-メチルモルホリニウムハライド、カルボニルイミダゾール、リン系縮合剤等が挙げられる。このときの反応温度は、-20~150℃が好ましく、0~100℃がより好ましい。反応時間は、0.1~24時間が好ましく、0.5~12時間がより好ましい。 The reaction in method [II] is preferably carried out in an organic solvent in the presence of a suitable dehydration catalyst. Examples of organic solvents include those exemplified for use in the synthesis of polyamic acid (A). Examples of dehydration catalysts include 4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholinium halide, carbonylimidazole, and phosphorus-based condensing agents. The reaction temperature is preferably -20 to 150°C, more preferably 0 to 100°C. The reaction time is preferably 0.1 to 24 hours, more preferably 0.5 to 12 hours.
方法[III]で使用するテトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物は、例えば上記の如くして得たテトラカルボン酸ジエステルを、塩化チオニル等の適当な塩素化剤と反応させることにより得ることができる。なお、方法[III]で使用するテトラカルボン酸誘導体はテトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物のみであってもよいが、テトラカルボン酸二無水物を併用してもよい。また、ジアミン化合物については、ポリアミック酸(A)の合成の説明において例示した特定ジアミンを単独で使用してもよいし、又はその他のジアミンを併用してもよい。 The tetracarboxylic acid diester dihalide used in Method [III] can be obtained, for example, by reacting the tetracarboxylic acid diester obtained as described above with a suitable chlorinating agent such as thionyl chloride. The tetracarboxylic acid derivative used in Method [III] may be the tetracarboxylic acid diester dihalide alone, or it may be used in combination with a tetracarboxylic acid dianhydride. Furthermore, with regard to the diamine compound, the specific diamines exemplified in the description of the synthesis of polyamic acid (A) may be used alone or in combination with other diamines.
方法[III]の反応は、有機溶媒中、適当な塩基の存在下で行うことが好ましい。有機溶媒としては、ポリアミック酸(A)の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒を挙げることができる。塩基としては、例えばピリジン、トリエチルアミン等の3級アミン;水素化ナトリウム、水素化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属類等を好ましく使用することができる。このときの反応温度は、-20~150℃が好ましく、0~100℃がより好ましい。反応時間は、0.1~24時間が好ましく、0.5~12時間がより好ましい。 The reaction in method [III] is preferably carried out in an organic solvent in the presence of a suitable base. Examples of organic solvents include those listed as examples of organic solvents used in the synthesis of polyamic acid (A). Examples of bases that can be used include tertiary amines such as pyridine and triethylamine; and alkali metals such as sodium hydride, potassium hydride, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium, and potassium. The reaction temperature is preferably -20 to 150°C, more preferably 0 to 100°C. The reaction time is preferably 0.1 to 24 hours, more preferably 0.5 to 12 hours.
液晶配向剤に含有させるポリアミック酸エステルは、アミック酸エステル構造のみを有していてもよく、アミック酸構造とアミック酸エステル構造とが併存する部分エステル化物であってもよい。なお、ポリアミック酸エステルを溶解してなる反応溶液は、そのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、反応溶液中に含まれるポリアミック酸エステルを単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよく、又は単離したポリアミック酸エステルを精製したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。ポリアミック酸エステルの単離及び精製は公知の方法に従って行うことができる。 The polyamic acid ester contained in the liquid crystal aligning agent may have only an amic acid ester structure, or may be a partially esterified product in which an amic acid structure and an amic acid ester structure coexist. The reaction solution in which the polyamic acid ester is dissolved may be used directly to prepare the liquid crystal aligning agent, or the polyamic acid ester contained in the reaction solution may be isolated and then used to prepare the liquid crystal aligning agent, or the isolated polyamic acid ester may be purified and then used to prepare the liquid crystal aligning agent. The polyamic acid ester can be isolated and purified according to known methods.
[ポリイミド]
重合体[A]としてのポリイミドは、例えば、上記の如くして合成されたポリアミック酸(A)を脱水閉環してイミド化することにより得ることができる。
[Polyimide]
The polyimide as the polymer [A] can be obtained, for example, by imidizing the polyamic acid (A) synthesized as described above by dehydration and ring closure.
ポリイミドは、その前駆体であるポリアミック酸が有していたアミック酸構造のすべてを脱水閉環した完全イミド化物であってもよく、アミック酸構造の一部のみを脱水閉環し、アミック酸構造とイミド環構造とが併存する部分イミド化物であってもよい。反応に使用するポリイミドは、そのイミド化率が20%以上であることが好ましく、30~99%であることがより好ましく、40~99%であることが更に好ましい。このイミド化率は、ポリイミドのアミック酸構造の数とイミド環構造の数との合計に対するイミド環構造の数の占める割合を百分率で表したものである。ここで、イミド環の一部がイソイミド環であってもよい。 The polyimide may be a fully imidized product in which all of the amic acid structures contained in its precursor polyamic acid have been dehydrated and cyclized, or a partially imidized product in which only a portion of the amic acid structures have been dehydrated and cyclized, resulting in both amic acid structures and imide ring structures. The polyimide used in the reaction preferably has an imidization rate of 20% or more, more preferably 30 to 99%, and even more preferably 40 to 99%. This imidization rate is the ratio, expressed as a percentage, of the number of imide ring structures to the total number of amic acid structures and imide ring structures in the polyimide. Some of the imide rings may be isoimide rings.
ポリアミック酸の脱水閉環は、好ましくはポリアミック酸を加熱する方法により、又はポリアミック酸を有機溶媒に溶解し、この溶液中に脱水剤及び脱水閉環触媒を添加し必要に応じて加熱する方法により行われる。 The dehydration and ring-closure of polyamic acid is preferably carried out by heating the polyamic acid, or by dissolving the polyamic acid in an organic solvent, adding a dehydrating agent and a dehydration and ring-closure catalyst to the solution, and heating as necessary.
ポリアミック酸の溶液中に脱水剤及び脱水閉環触媒を添加する方法において、脱水剤としては、例えば無水酢酸、無水プロピオン酸、無水トリフルオロ酢酸等の酸無水物を用いることができる。脱水剤の使用量は、ポリアミック酸のアミック酸構造の1モルに対して0.01~20モルとすることが好ましい。脱水閉環触媒としては、例えばピリジン、コリジン、ルチジン、トリエチルアミン、1-メチルピペリジン等の3級アミンを用いることができる。脱水閉環触媒の使用量は、使用する脱水剤1モルに対して0.01~10モルとすることが好ましい。脱水閉環反応に用いられる有機溶媒としては、ポリアミック酸の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒を挙げることができる。脱水閉環反応の反応温度は、好ましくは0~180℃であり、より好ましくは10~150℃である。反応時間は、好ましくは1.0~120時間であり、より好ましくは2.0~30時間である。 In the method of adding a dehydrating agent and a dehydration ring-closing catalyst to a polyamic acid solution, the dehydrating agent can be, for example, an acid anhydride such as acetic anhydride, propionic anhydride, or trifluoroacetic anhydride. The amount of dehydrating agent used is preferably 0.01 to 20 moles per mole of the amic acid structure of the polyamic acid. The dehydration ring-closing catalyst can be, for example, a tertiary amine such as pyridine, collidine, lutidine, triethylamine, or 1-methylpiperidine. The amount of dehydration ring-closing catalyst used is preferably 0.01 to 10 moles per mole of the dehydrating agent used. Examples of organic solvents used in the dehydration ring-closing reaction include the organic solvents exemplified for use in synthesizing polyamic acid. The reaction temperature for the dehydration ring-closing reaction is preferably 0 to 180°C, more preferably 10 to 150°C. The reaction time is preferably 1.0 to 120 hours, more preferably 2.0 to 30 hours.
このようにしてポリイミドを含有する反応溶液が得られる。この反応溶液は、そのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、反応溶液から脱水剤及び脱水閉環触媒を除いたうえで液晶配向剤の調製に供してもよく、ポリイミドを単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよく、又は単離したポリイミドを精製したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。これらの精製操作は公知の方法に従って行うことができる。その他、ポリイミドは、ポリアミック酸エステルのイミド化によって得ることもできる。 In this way, a reaction solution containing polyimide is obtained. This reaction solution may be used directly to prepare a liquid crystal aligning agent, or the dehydrating agent and dehydration ring-closing catalyst may be removed from the reaction solution before use in the preparation of a liquid crystal aligning agent. The polyimide may be isolated and then used in the preparation of a liquid crystal aligning agent, or the isolated polyimide may be purified and then used in the preparation of a liquid crystal aligning agent. These purification procedures can be carried out according to known methods. Alternatively, polyimide can also be obtained by imidizing a polyamic acid ester.
以上のようにして得られる重合体[A]は、これを濃度15質量%の溶液としたときに、20~1,800mPa・sの溶液粘度を持つものであることが好ましく、50~1,500mPa・sの溶液粘度を持つものであることがより好ましい。なお、重合体の溶液粘度(mPa・s)は、重合体の良溶媒(例えばγ-ブチロラクトン、N-メチル-2-ピロリドン等)を用いて調製した濃度15質量%の重合体溶液につき、E型回転粘度計を用いて25℃において測定した値である。 The polymer [A] obtained in this manner preferably has a solution viscosity of 20 to 1,800 mPa·s when made into a 15% by mass solution, and more preferably 50 to 1,500 mPa·s. The solution viscosity (mPa·s) of the polymer is the value measured at 25°C using an E-type rotational viscometer for a 15% by mass polymer solution prepared using a good solvent for the polymer (e.g., γ-butyrolactone, N-methyl-2-pyrrolidone, etc.).
重合体[A]のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000~500,000であり、より好ましくは2,000~300,000である。また、重合体[A]につき、Mwと、GPCにより測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは8以下であり、より好ましくは6以下である。重合体[A]のMw及びMw/Mnが上記範囲にあることで、液晶素子の良好な液晶配向性を確保することができる。 The polystyrene-equivalent weight-average molecular weight (Mw) of polymer [A] measured by gel permeation chromatography (GPC) is preferably 1,000 to 500,000, and more preferably 2,000 to 300,000. Furthermore, the molecular weight distribution (Mw/Mn) of polymer [A], expressed as the ratio of Mw to the polystyrene-equivalent number-average molecular weight (Mn) measured by GPC, is preferably 8 or less, and more preferably 6 or less. Having Mw and Mw/Mn of polymer [A] within the above ranges ensures good liquid crystal alignment properties in liquid crystal devices.
本開示の液晶配向剤における重合体[A]の含有割合は、液晶配向剤に含まれる固形分(液晶配向剤の溶媒以外の成分)100質量部に対して、5質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましく、15質量部以上が更に好ましい。 The content of polymer [A] in the liquid crystal aligning agent of the present disclosure is preferably 5 parts by mass or more, more preferably 10 parts by mass or more, and even more preferably 15 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the solid content (components of the liquid crystal aligning agent other than the solvent) contained in the liquid crystal aligning agent.
<その他の成分>
本開示の液晶配向剤は、重合体[A]以外の成分(その他の成分)を含有していてもよい。その他の成分としては、例えば、上記式(1)で表される部分構造を主鎖に有しない重合体(以下、「重合体[B]」ともいう)、架橋剤、官能性シラン化合物、酸化防止剤、金属キレート化合物、硬化促進剤、界面活性剤、充填剤、分散剤、光増感剤、酸発生剤、塩基発生剤及びラジカル発生剤等が挙げられる。これらの配合割合は、本開示の効果を損なわない範囲で、各化合物に応じて適宜選択することができる。
<Other ingredients>
The liquid crystal aligning agent of the present disclosure may contain components (other components) other than the polymer [A]. Examples of other components include a polymer not having the partial structure represented by the above formula (1) in its main chain (hereinafter also referred to as "polymer [B]"), a crosslinking agent, a functional silane compound, an antioxidant, a metal chelate compound, a curing accelerator, a surfactant, a filler, a dispersant, a photosensitizer, an acid generator, a base generator, and a radical generator. The blending ratio of these components can be appropriately selected depending on each compound within a range that does not impair the effects of the present disclosure.
(重合体[B])
重合体[B]は、例えば、電圧保持率の低下を抑制する目的や、液晶配向性の向上を図る目的等により使用される。重合体[B]の主骨格は特に限定されないが、例えば、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリアミック酸エステル、ポリオルガノシロキサン、ポリエステル、セルロース誘導体、ポリアセタール、付加重合体を主骨格とする重合体が挙げられる。付加重合体は、重合性不飽和炭素-炭素結合を有する単量体に由来する構造単位を含む重合体であり、例えば、スチレン系重合体、(メタ)アクリル系重合体、マレイミド系重合体、スチレン-マレイミド系共重合体等が挙げられる。重合体[B]は、これらのうち、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド、ポリオルガノシロキサン及び付加重合体よりなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
(Polymer [B])
The polymer [B] is used, for example, for the purpose of suppressing a decrease in voltage holding ratio and improving liquid crystal alignment. The main skeleton of the polymer [B] is not particularly limited, but examples include polymers having a main skeleton of polyamic acid, polyimide, polyamic acid ester, polyorganosiloxane, polyester, cellulose derivative, polyacetal, and addition polymer. The addition polymer is a polymer containing a structural unit derived from a monomer having a polymerizable unsaturated carbon-carbon bond, and examples include styrene-based polymers, (meth)acrylic polymers, maleimide-based polymers, and styrene-maleimide copolymers. Of these, the polymer [B] is preferably at least one selected from the group consisting of polyamic acid, polyamic acid ester, polyimide, polyorganosiloxane, and addition polymer.
なお、光配向処理用の液晶配向剤とする場合、重合体[A]として感光性の重合体を含むとともに、重合体[B]として非感光性の重合体を含むものとしてもよい。あるいは、重合体[A]として非感光性の重合体を含むとともに、重合体[B]として感光性の重合体を含むものとしてもよい。また、重合体[A]及び重合体[B]の両方が感光性の重合体を含んでいてもよい。 When used as a liquid crystal alignment agent for photo-alignment treatment, the polymer [A] may contain a photosensitive polymer and the polymer [B] may contain a non-photosensitive polymer. Alternatively, the polymer [A] may contain a non-photosensitive polymer and the polymer [B] may contain a photosensitive polymer. Furthermore, both the polymer [A] and the polymer [B] may contain photosensitive polymers.
重合体[B]を液晶配向剤に含有させる場合、重合体[B]の含有割合は、液晶配向剤に含まれる重合体成分(すなわち、重合体[A]と重合体[B]との合計量)100質量部に対して、95質量部以下が好ましく、90質量部以下がより好ましい。 When polymer [B] is contained in the liquid crystal aligning agent, the content of polymer [B] is preferably 95 parts by mass or less, and more preferably 90 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the polymer components contained in the liquid crystal aligning agent (i.e., the total amount of polymer [A] and polymer [B]).
(溶剤)
本開示の液晶配向剤は、重合体[A]及び必要に応じて使用される成分が、好ましくは適当な溶媒中に分散又は溶解してなる液状の組成物として調製される。
(solvent)
The liquid crystal aligning agent of the present disclosure is prepared as a liquid composition obtained by dispersing or dissolving the polymer [A] and components used as needed, preferably in a suitable solvent.
使用する有機溶媒としては、例えばN-メチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、γ-ブチロラクタム、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、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メチルエーテル、乳酸ブチル、酢酸ブチル、メチルメトキシプロピオネ-ト、エチルエトキシプロピオネ-ト、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコール-n-プロピルエーテル、エチレングリコール-i-プロピルエーテル、エチレングリコール-n-ブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジイソブチルケトン、イソアミルプロピオネート、イソアミルイソブチレート、ジイソペンチルエーテル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等を挙げることができる。これらは、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。 Examples of the organic solvent used include N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, γ-butyrolactam, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, ethylene glycol monomethyl ether, butyl lactate, butyl acetate, methyl methoxypropionate, ethyl ethoxypropionate, ethylene glycol methyl ether, ethylene glycol ethyl ether, ethylene glycol-n-propyl ether, ethylene glycol-i-propyl ether, ethylene glycol-n-butyl ether (butyl cellosolve), ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol ethyl ether acetate, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diisobutyl ketone, isoamyl propionate, isoamyl isobutyrate, diisopentyl ether, ethylene carbonate, and propylene carbonate. These can be used alone or in combination of two or more.
液晶配向剤における固形分濃度(液晶配向剤の溶媒以外の成分の合計質量が液晶配向剤の全質量に占める割合)は、粘性、揮発性等を考慮して適宜に選択されるが、好ましくは1~10質量%の範囲である。すなわち、液晶配向剤は、後述するように基板表面に塗布され、好ましくは加熱されることにより、液晶配向膜である塗膜又は液晶配向膜となる塗膜が形成される。このとき、固形分濃度が1質量%以上である場合には、塗膜の膜厚を十分に確保でき、良好な液晶配向膜が得られやすい傾向がある。固形分濃度が10質量%以下である場合には、塗膜の膜厚が過大となりすぎず、また液晶配向剤の粘性の増大を抑制でき、塗布性を良好にできる傾向がある。 The solids concentration in the liquid crystal aligning agent (the proportion of the total mass of the liquid crystal aligning agent's components other than the solvent to the total mass of the liquid crystal aligning agent) is selected appropriately taking into consideration viscosity, volatility, etc., but is preferably in the range of 1 to 10% by mass. That is, the liquid crystal aligning agent is applied to the substrate surface as described below, and preferably heated to form a coating film that is a liquid crystal alignment film or a coating film that will become a liquid crystal alignment film. In this case, if the solids concentration is 1% by mass or more, the coating film can be sufficiently thick, and a good liquid crystal alignment film tends to be easily obtained. If the solids concentration is 10% by mass or less, the coating film thickness does not become too large, and an increase in the viscosity of the liquid crystal aligning agent can be suppressed, tending to improve applicability.
特に好ましい固形分濃度の範囲は、液晶配向剤の用途や、基板に液晶配向剤を塗布する際に用いる方法によって異なる。例えば液晶表示素子用の液晶配向剤について、スピンナー法により基板に塗布する場合には、固形分濃度(液晶配向剤中の溶媒以外の全成分の合計質量が液晶配向剤の全質量に占める割合)が1.5~4.5質量%の範囲であることが特に好ましい。印刷法による場合には、固形分濃度を3~9質量%の範囲とし、それにより溶液粘度を12~50mPa・sの範囲とすることが特に好ましい。インクジェット法による場合には、固形分濃度を1~5質量%の範囲とし、それにより、溶液粘度を3~15mPa・sの範囲とすることが特に好ましい。液晶配向剤を調製する際の温度は、好ましくは10~50℃であり、より好ましくは20~30℃である。また、位相差フィルム用の液晶配向剤については、液晶配向剤の塗布性及び形成される塗膜の膜厚を適度にする観点から、液晶配向剤の固形分濃度が0.2~10質量%の範囲であることが好ましく、3~10質量%の範囲であることがより好ましい。 The particularly preferred solid content range varies depending on the application of the liquid crystal alignment agent and the method used to apply the agent to a substrate. For example, when applying a liquid crystal alignment agent for a liquid crystal display device to a substrate using a spinner method, a solid content range (the ratio of the total mass of all components in the liquid crystal alignment agent other than the solvent to the total mass of the liquid crystal alignment agent) of 1.5 to 4.5 mass% is particularly preferred. When using a printing method, a solid content range of 3 to 9 mass% is particularly preferred, thereby resulting in a solution viscosity of 12 to 50 mPa·s. When using an inkjet method, a solid content range of 1 to 5 mass% is particularly preferred, thereby resulting in a solution viscosity of 3 to 15 mPa·s. The temperature when preparing the liquid crystal alignment agent is preferably 10 to 50°C, more preferably 20 to 30°C. Furthermore, with regard to liquid crystal aligning agents for retardation films, from the viewpoint of ensuring the coatability of the liquid crystal aligning agent and the appropriate thickness of the coating film formed, the solids concentration of the liquid crystal aligning agent is preferably in the range of 0.2 to 10% by mass, and more preferably in the range of 3 to 10% by mass.
《液晶配向膜及び液晶素子》
本開示の液晶配向膜は、上記のように調製された液晶配向剤により形成される。また、本開示の液晶素子は、上記で説明した液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜を具備する。液晶素子における液晶の動作モードは特に限定されず、例えばTN(Twisted Nematic)型、STN(Super Twisted Nematic)型、VA(Vertical Alignment)型(VA-MVA型、VA-PVA型等を含む)、IPS(In-Plane Switching)型、FFS(Fringe Field Switching)型、OCB(Optically Compensated Bend)型、PSA(Polymer Sustained Alignment)型といった種々のモードに適用することができる。液晶素子は、例えば以下の工程1~工程3を含む方法により製造することができる。工程1は、所望の動作モードによって使用基板が異なる。工程2及び工程3は各動作モード共通である。
<Liquid crystal alignment film and liquid crystal element>
The liquid crystal alignment film of the present disclosure is formed using the liquid crystal alignment agent prepared as described above. Furthermore, the liquid crystal element of the present disclosure includes a liquid crystal alignment film formed using the liquid crystal alignment agent described above. The operating mode of the liquid crystal in the liquid crystal element is not particularly limited, and various modes, such as TN (Twisted Nematic), STN (Super Twisted Nematic), VA (Vertical Alignment) (including VA-MVA, VA-PVA, etc.), IPS (In-Plane Switching), FFS (Fringe Field Switching), OCB (Optically Compensated Bend), and PSA (Polymer Sustained Alignment), can be applied. The liquid crystal element can be manufactured, for example, by a method including the following steps 1 to 3. In step 1, the substrate used varies depending on the desired operating mode. Steps 2 and 3 are common to all operating modes.
(工程1:塗膜の形成)
先ず、基板上に液晶配向剤を塗布し、好ましくは塗布面を加熱することにより基板上に塗膜を形成する。基板としては、例えばフロートガラス、ソーダガラス等のガラス;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリ(脂環式オレフィン)等のプラスチックからなる透明基板を用いることができる。基板の一方の面に設けられる透明導電膜としては、酸化スズ(SnO2)からなるNESA膜(米国PPG社登録商標 、酸化インジウム-酸化スズ(In2O3-SnO2)からなるITO膜などを用いることができる。TN型、STN型、VA型又はPSA型の液晶素子を製造する場合には、パターニングされた透明導電膜が設けられている基板二枚を用いる。一方、IPS型又はFFS型の液晶素子を製造する場合には、櫛歯型にパターニングされた透明導電膜又は金属膜からなる電極が設けられている基板と、電極が設けられていない対向基板とを用いる。金属膜としては、例えばクロムなどの金属からなる膜を使用することができる。基板への液晶配向剤の塗布は、電極形成面上に、オフセット印刷法、スピンコート法、ロールコーター法又はインクジェット印刷法により行うことが好ましい。
(Step 1: Formation of coating film)
First, a liquid crystal alignment agent is applied to a substrate, and the coated surface is preferably heated to form a coating film on the substrate. The substrate may be a transparent substrate made of glass such as float glass or soda glass, or a plastic such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethersulfone, polycarbonate, or poly(alicyclic olefin). The transparent conductive film provided on one surface of the substrate may be a NESA film (registered trademark of PPG USA) made of tin oxide (SnO 2 ), an ITO film made of indium oxide-tin oxide (In 2 O 3 —SnO 2 ), or the like. When producing a TN-type, STN-type, VA-type, or PSA-type liquid crystal element, two substrates each having a patterned transparent conductive film are used. On the other hand, when producing an IPS-type or FFS-type liquid crystal element, one substrate is used which has an electrode made of a transparent conductive film or metal film patterned into a comb-tooth shape, and an opposing substrate which has no electrode. The metal film may be a film made of a metal such as chromium. The liquid crystal aligning agent is preferably applied to the electrode-forming surface of the substrate by offset printing, spin coating, roll coating, or inkjet printing.
液晶配向剤を塗布した後、塗布した液晶配向剤の液垂れ防止などの目的で、好ましくは予備加熱(プレベーク)が実施される。プレベーク温度は、好ましくは30~200℃であり、プレベーク時間は、好ましくは0.25~10分である。その後、必要に応じて、溶剤を完全に除去したり重合体に存在するアミック酸構造を熱イミド化したりすることを目的として焼成(ポストベーク)工程が実施される。このときの焼成温度(ポストベーク温度)は、好ましくは80~300℃であり、ポストベーク時間は、好ましくは5~200分である。このようにして形成される膜の膜厚は、好ましくは0.001~1μmである。基板上に液晶配向剤を塗布した後、有機溶媒を除去することによって、液晶配向膜、又は液晶配向膜となる塗膜が形成される。 After applying the liquid crystal alignment agent, preheating (pre-baking) is preferably performed to prevent dripping of the applied liquid crystal alignment agent. The pre-baking temperature is preferably 30 to 200°C, and the pre-baking time is preferably 0.25 to 10 minutes. If necessary, a baking (post-baking) process is then performed to completely remove the solvent or thermally imidize the amic acid structure present in the polymer. The baking temperature (post-baking temperature) is preferably 80 to 300°C, and the post-baking time is preferably 5 to 200 minutes. The film formed in this manner preferably has a thickness of 0.001 to 1 μm. After applying the liquid crystal alignment agent to the substrate, the organic solvent is removed to form a liquid crystal alignment film, or a coating film that will become a liquid crystal alignment film.
(工程2:配向処理)
TN型、STN型、IPS型又はFFS型の液晶素子を製造する場合、工程1で形成した塗膜に液晶配向能を付与する処理(配向処理)を実施する。これにより、液晶分子の配向能が塗膜に付与されて液晶配向膜となる。配向処理としては、配向処理としては、基板上に形成した塗膜の表面をコットン等で擦るラビング処理、及び塗膜に光照射を行って液晶配向能を付与する光配向処理が挙げられる。特に、本開示の液晶配向剤は、当該液晶配向剤を用いて形成された塗膜に光照射処理を施して液晶配向能を付与する光配向剤として好ましく適用できる。一方、垂直配向型(VA型)の液晶素子を製造する場合には、工程1で形成した塗膜をそのまま液晶配向膜として使用することができるが、該塗膜に対し配向処理を施してもよい。垂直配向型の液晶素子に好適な液晶配向膜はPSA型の液晶素子にも好ましく用いることができる。
(Step 2: Alignment Treatment)
When manufacturing a TN-type, STN-type, IPS-type, or FFS-type liquid crystal device, a treatment (alignment treatment) is carried out to impart liquid crystal alignment ability to the coating film formed in step 1. This imparts the alignment ability of liquid crystal molecules to the coating film, resulting in a liquid crystal alignment film. Examples of alignment treatments include a rubbing treatment in which the surface of the coating film formed on the substrate is rubbed with cotton or the like, and a photo-alignment treatment in which the coating film is irradiated with light to impart liquid crystal alignment ability. In particular, the liquid crystal alignment agent of the present disclosure is preferably used as a photo-alignment agent in which a coating film formed using the liquid crystal alignment agent is subjected to a photo-irradiation treatment to impart liquid crystal alignment ability. On the other hand, when manufacturing a vertical alignment type (VA type) liquid crystal device, the coating film formed in step 1 can be used as a liquid crystal alignment film as is, or the coating film may be subjected to an alignment treatment. Liquid crystal alignment films suitable for vertical alignment type liquid crystal devices can also be preferably used for PSA type liquid crystal devices.
光配向処理における光照射は、ポストベーク工程後の塗膜に対して照射する方法、プレベーク工程後であってポストベーク工程前の塗膜に対して照射する方法、プレベーク工程及びポストベーク工程の少なくともいずれかにおいて塗膜の加熱中に塗膜に対して照射する方法、等により行うことができる。光配向処理において、塗膜に照射する放射線としては、例えば150~800nmの波長の光を含む紫外線及び可視光線を用いることができる。好ましくは、200~400nmの波長の光を含む紫外線である。放射線が偏光である場合、直線偏光であっても部分偏光であってもよい。また、用いる放射線が直線偏光又は部分偏光である場合には、照射は基板面に垂直の方向から行ってもよく、斜め方向から行ってもよく、又はこれらを組み合わせて行ってもよい。非偏光の放射線を照射する場合には、照射の方向は斜め方向とする。 Light irradiation in the photo-alignment treatment can be performed by irradiating the coating film after the post-bake step, irradiating the coating film after the pre-bake step but before the post-bake step, or irradiating the coating film while it is being heated in at least one of the pre-bake and post-bake steps. In the photo-alignment treatment, the radiation irradiated to the coating film can be, for example, ultraviolet light and visible light containing light with a wavelength of 150 to 800 nm. Preferably, ultraviolet light containing light with a wavelength of 200 to 400 nm is used. When the radiation is polarized, it may be linearly polarized or partially polarized. Furthermore, when the radiation used is linearly polarized or partially polarized, irradiation may be performed perpendicular to the substrate surface, obliquely, or in a combination of these directions. When irradiating with unpolarized radiation, the irradiation direction is oblique.
使用する光源としては、例えば低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、重水素ランプ、メタ
ルハライドランプ、アルゴン共鳴ランプ、キセノンランプ、エキシマレーザー等を使用することができる。放射線の照射量は、好ましくは400~20,000J/m2であり、より好ましくは1,000~5,000J/m2である。塗膜に対する光照射は、反応性を高めるために塗膜を加温しながら行ってもよい。
Examples of light sources that can be used include low-pressure mercury lamps, high-pressure mercury lamps, deuterium lamps, metal halide lamps, argon resonance lamps, xenon lamps, and excimer lasers. The radiation dose is preferably 400 to 20,000 J/ m2 , and more preferably 1,000 to 5,000 J/ m2 . The coating film may be irradiated with light while being heated in order to enhance its reactivity.
液晶配向膜の製造に際し、光照射処理が施された塗膜を120℃以上280℃以下の温度範囲内で加熱してもよい。こうした加熱処理により、液晶配向性が更に改善され(加熱再配列)、表示品位がより改善された液晶素子が得られる点で好ましい。この加熱は、ポストベークであってもよく、ポストベークとは別にポストベーク後に行う加熱処理であってもよい。光照射処理が施された塗膜に対する加熱処理に際し、加熱温度は、加熱による分子鎖の再配向を促進させる観点から、140℃以上とすることが好ましく、150℃~250℃とすることがより好ましい。加熱時間は、好ましくは5分~200分、より好ましくは10分~60分である。 When producing a liquid crystal alignment film, the coating film that has been subjected to light irradiation treatment may be heated at a temperature ranging from 120°C to 280°C. This heat treatment is preferable in that it further improves the liquid crystal alignment (thermal realignment) and results in a liquid crystal device with improved display quality. This heating may be post-baking, or it may be a heat treatment performed separately from post-baking and after post-baking. When heat-treating the coating film that has been subjected to light irradiation treatment, the heating temperature is preferably 140°C or higher, and more preferably 150°C to 250°C, from the perspective of promoting molecular chain realignment due to heating. The heating time is preferably 5 to 200 minutes, more preferably 10 to 60 minutes.
液晶配向膜の製造に際し、光照射処理が施された塗膜を、水、水溶性有機溶媒、又は水と水溶性有機溶媒との混合溶媒に接触させる工程を更に含んでいてもよい。ここで、水溶性有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、1-プロパノール、イソプロパノール、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、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、及びシクロペンタノンが挙げられる。本工程で用いる溶媒は、これらのうち、水、イソプロパノール及びこれらの混合物が好ましい。塗膜と溶媒との接触方法としては、例えば噴霧(スプレー)処理、シャワー処理、浸漬処理、液盛り処理等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。塗膜と溶媒との接触時間は特に限定されないが、例えば5秒~15分である。溶媒との接触後には塗膜の加熱処理を行ってもよい。 The production of a liquid crystal alignment film may further include a step of contacting the light-irradiated coating film with water, a water-soluble organic solvent, or a mixed solvent of water and a water-soluble organic solvent. Examples of water-soluble organic solvents include methanol, ethanol, 1-propanol, isopropanol, 1-methoxy-2-propanol acetate, butyl cellosolve, ethyl lactate, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclopentanone. Of these, water, isopropanol, and mixtures thereof are preferred as the solvent used in this step. Methods for contacting the coating film with the solvent include, but are not limited to, spraying, showering, immersion, and puddling. The contact time between the coating film and the solvent is not particularly limited, but is, for example, 5 seconds to 15 minutes. After contact with the solvent, the coating film may be heat-treated.
(工程3:液晶セルの構築)
上記のようにして液晶配向膜が形成された基板を2枚準備し、対向配置した2枚の基板間に液晶を配置することにより液晶セルを製造する。液晶セルを製造するには、例えば、(1)液晶配向膜が対向するように間隙(スペーサー)を介して2枚の基板を対向配置し、2枚の基板の周辺部をシール剤により貼り合わせ、基板表面及びシール剤により区画されたセルギャップ内に液晶を注入充填した後、注入孔を封止する方法、(2)液晶配向膜を形成した一方の基板上の所定の場所にシール剤を塗布し、更に液晶配向膜面上の所定の数箇所に液晶を滴下した後、液晶配向膜が対向するように他方の基板を貼り合わせるとともに液晶を基板の全面に押し広げる方法(ODF方式)等が挙げられる。製造した液晶セルにつき更に、用いた液晶が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷することにより、液晶充填時の流動配向を除去することが望ましい。
(Step 3: Construction of liquid crystal cell)
Two substrates each having a liquid crystal alignment film formed thereon are prepared as described above, and a liquid crystal cell is fabricated by disposing a liquid crystal between the two substrates. Examples of methods for fabricating a liquid crystal cell include: (1) arranging the two substrates facing each other with a gap (spacer) between them so that the liquid crystal alignment films face each other, bonding the peripheries of the two substrates together with a sealant, injecting liquid crystal into the substrate surfaces and the cell gap defined by the sealant, and then sealing the injection hole; and (2) applying a sealant to a predetermined location on one of the substrates on which the liquid crystal alignment film is formed, dropping liquid crystal onto several predetermined locations on the liquid crystal alignment film, and then bonding the other substrate so that the liquid crystal alignment film faces each other, and spreading the liquid crystal over the entire surface of the substrate (ODF method). The fabricated liquid crystal cell is then preferably heated to a temperature at which the liquid crystal used assumes an isotropic phase, and then slowly cooled to room temperature to remove the flow orientation that occurred during liquid crystal filling.
シール剤としては、例えば、硬化剤及びスペーサーとしての酸化アルミニウム球を含有するエポキシ樹脂等を用いることができる。スペーサーとしては、フォトスペーサー、ビーズスペーサー等を用いることができる。液晶としては、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る。これらの中でもネマチック液晶が好ましく、例えばシッフベース系液晶、アゾキシ系液晶、ビフェニル系液晶、フェニルシクロヘキサン系液晶、エステル系液晶、ターフェニル系液晶、ビフェニルシクロヘキサン系液晶、ピリミジン系液晶、ジオキサン系液晶、ビシクロオクタン系液晶、キュバン系液晶等を用いることができる。また、これらの液晶に、コレステリック液晶、カイラル剤、強誘電性液晶等を添加して使用してもよい。 Examples of sealing agents that can be used include epoxy resins containing a curing agent and aluminum oxide spheres as spacers. Examples of spacers that can be used include photospacers and bead spacers. Examples of liquid crystals that can be used include nematic liquid crystals and smectic liquid crystals. Nematic liquid crystals are preferred, and examples that can be used include Schiff-based liquid crystals, azoxy liquid crystals, biphenyl liquid crystals, phenylcyclohexane liquid crystals, ester liquid crystals, terphenyl liquid crystals, biphenylcyclohexane liquid crystals, pyrimidine liquid crystals, dioxane liquid crystals, bicyclooctane liquid crystals, and cubane liquid crystals. Cholesteric liquid crystals, chiral agents, ferroelectric liquid crystals, etc. may also be added to these liquid crystals.
PSAモードでは、液晶とともに重合性化合物(例えば、多官能(メタ)アクリレート化合物等)をセルギャップ内に充填するとともに、液晶セルの構築後、一対の基板の有する導電膜間に電圧を印加した状態で液晶セルに光照射する処理を行う。PSA型の液晶素子の製造に際し、重合性化合物の使用割合は、液晶の合計100質量部に対して、例えば0.01~3質量部、好ましくは0.05~1質量部である。 In PSA mode, a polymerizable compound (e.g., a polyfunctional (meth)acrylate compound) is filled into the cell gap along with the liquid crystal, and after the liquid crystal cell is constructed, the liquid crystal cell is irradiated with light while a voltage is applied between the conductive films of the pair of substrates. When manufacturing PSA-type liquid crystal elements, the proportion of the polymerizable compound used is, for example, 0.01 to 3 parts by weight, preferably 0.05 to 1 part by weight, per 100 parts by weight of the total liquid crystal.
続いて、必要に応じて液晶セルの外側表面に偏光板を貼り合わせる。偏光板としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させながらヨウ素を吸収させた「H膜」と称される偏光フィルムを酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板又はH膜そのものからなる偏光板が挙げられる。これにより液晶素子が得られる。 Next, if necessary, a polarizing plate is attached to the outer surface of the liquid crystal cell. Examples of polarizing plates include a polarizing film called an "H film" made by stretching and aligning polyvinyl alcohol and absorbing iodine, sandwiched between cellulose acetate protective films, or a polarizing plate made of the H film itself. This completes the liquid crystal device.
本開示の液晶素子は種々の用途に有効に適用することができ、例えば、時計、携帯型ゲーム機、ワープロ、ノート型パソコン、カーナビゲーションシステム、カムコーダー、PDA 、デジタルカメラ、携帯電話機、スマートフォン、各種モニター、液晶テレビ、インフォメーションディスプレイ等の各種表示装置や、調光フィルム等に用いることができる。また、本開示の液晶配向剤を用いて形成された液晶素子は位相差フィルムに適用することもできる。 The liquid crystal element of the present disclosure can be effectively applied to a variety of applications, including watches, portable game consoles, word processors, notebook computers, car navigation systems, camcorders, PDAs, digital cameras, mobile phones, smartphones, various monitors, LCD televisions, information displays, and other display devices, as well as light control films. Furthermore, liquid crystal elements formed using the liquid crystal alignment agent of the present disclosure can also be used as retardation films.
以上説明した本開示によれば、以下の手段が提供される。
〔手段1〕 上記式(1)で表される部分構造(a)を主鎖に有する重合体[A]を含有する、液晶配向剤。
〔手段2〕 前記重合体[A]は、前記部分構造(a)を有するジアミンに由来する構造単位を含む、〔手段1〕に記載の液晶配向剤。
〔手段3〕 前記X1及びX2のうち一方又は両方は、-O-、-S-、-NR1-又は-C(=O)-で前記An1中の芳香族性の単環に結合している、〔手段1〕又は〔手段2〕に記載の液晶配向剤。
〔手段4〕 前記重合体[A]は、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1種である、〔手段1〕~〔手段3〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段5〕 前記An1が、上記式(an-1-1)、式(an-1-2)、式(an-1-3)又は式(an-1-4)で表される、〔手段1〕~〔手段4〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段6〕 前記An1は、置換又は無置換のナフタレン-2,6-ジイル基又はナフタレン-3,7-ジイル基である、〔手段1〕~〔手段5〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段7〕 前記部分構造(a)を主鎖に有しない重合体[B]を更に含有する、〔手段1〕~〔手段6〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段8〕 前記重合体[B]は、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド、ポリオルガノシロキサン及び付加重合体よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、〔手段7〕に記載の液晶配向剤。
〔手段9〕 〔手段1〕~〔手段8〕のいずれかに記載の液晶配向剤により形成された液晶配向膜。
〔手段10〕 〔手段9〕に記載の液晶配向膜を備える液晶素子。
〔手段11〕 ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル又はポリイミドであって、上記式(1)で表される部分構造を主鎖に有する、重合体。
According to the present disclosure described above, the following means are provided.
[Means 1] A liquid crystal aligning agent containing a polymer [A] having a partial structure (a) represented by the above formula (1) in its main chain.
[Means 2] The liquid crystal aligning agent according to [Means 1], wherein the polymer [A] contains a structural unit derived from a diamine having the partial structure (a).
[Means 3] One or both of the X 1 and X 2 are bonded to the aromatic monocycle in the An 1 via —O—, —S—, —NR 1 — or —C(═O)—, the liquid crystal aligning agent according to [Means 1] or [Means 2].
[Means 4] The liquid crystal aligning agent according to any one of [Means 1] to [Means 3], wherein the polymer [A] is at least one selected from the group consisting of polyamic acid, polyamic acid ester, and polyimide.
[Means 5] The An 1 is represented by the above formula (an-1-1), formula (an-1-2), formula (an-1-3) or formula (an-1-4), [Means 1] to [Means 4], A liquid crystal aligning agent according to any one of the above.
[Means 6] The liquid crystal aligning agent according to any one of [Means 1] to [Means 5], wherein An 1 is a substituted or unsubstituted naphthalene-2,6-diyl group or naphthalene-3,7-diyl group.
[Means 7] The liquid crystal aligning agent according to any one of [Means 1] to [Means 6], further comprising a polymer [B] that does not have the partial structure (a) in its main chain.
[Means 8] The liquid crystal aligning agent according to [Means 7], wherein the polymer [B] is at least one selected from the group consisting of polyamic acid, polyamic acid ester, polyimide, polyorganosiloxane, and addition polymer.
[Means 9] A liquid crystal alignment film formed by using the liquid crystal aligning agent according to any one of [Means 1] to [Means 8].
[Means 10] A liquid crystal device comprising the liquid crystal alignment film according to [Means 9].
[Means 11] A polymer which is a polyamic acid, a polyamic acid ester or a polyimide and has a partial structure represented by the above formula (1) in its main chain.
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、以下の実施例によって本発明が限定的に解釈されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below using examples, but the present invention should not be construed as being limited by these examples.
以下の例では、重合体溶液中のポリイミドのイミド化率を以下の方法により測定した。
[ポリイミドのイミド化率]
ポリイミドの溶液を純水に投入し、得られた沈殿を室温で十分に減圧乾燥した後、重水素化ジメチルスルホキシドに溶解し、テトラメチルシランを基準物質として室温で1H-NMR測定を行った。得られた1H-NMRスペクトルから、下記数式(1)によりイミド化率[%]を求めた。
イミド化率[%]=(1-(A1/(A2×α)))×100 …(1)
(数式(1)中、A1は化学シフト10ppm付近に現れるNH基のプロトン由来のピーク面積である。A2はその他のプロトン由来のピーク面積である。αは重合体の前駆体(ポリアミック酸)におけるNH基のプロトン1個に対するその他のプロトンの個数割合である。)
In the following examples, the imidization rate of polyimide in a polymer solution was measured by the following method.
[Imidization rate of polyimide]
The polyimide solution was poured into pure water, and the resulting precipitate was thoroughly dried under reduced pressure at room temperature. The precipitate was then dissolved in deuterated dimethyl sulfoxide and subjected to 1H -NMR measurement at room temperature using tetramethylsilane as a reference substance. The imidization rate [%] was calculated from the obtained 1H -NMR spectrum using the following formula (1).
Imidization rate [%] = (1 - (A 1 / (A 2 × α))) × 100 (1)
(In formula (1), A1 is the peak area derived from the proton of the NH group, which appears at a chemical shift of about 10 ppm. A2 is the peak area derived from other protons. α is the ratio of the number of other protons to one proton of the NH group in the polymer precursor (polyamic acid).)
以下の例で用いた原料化合物及び重合体の必要量は、下記の合成例に示す合成スケールでの合成を必要に応じて繰り返すことにより確保した。なお、実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。 The required amounts of raw material compounds and polymers used in the following examples were obtained by repeating synthesis on the scale shown in the synthesis examples below as necessary. Note that "parts" and "%" in the examples and comparative examples are by mass unless otherwise specified.
化合物の略号は以下のとおりである。なお、以下では、式(X)で表される化合物を単に「化合物(X)」と示すことがある。 The abbreviations for the compounds are as follows. Note that hereinafter, the compound represented by formula (X) may be referred to simply as "compound (X)."
(テトラカルボン酸二無水物)
(ジアミン化合物)
(その他の化合物)
<重合体の合成>
1.ポリアミック酸の合成
[合成例1]
テトラカルボン酸二無水物として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(化合物(TB-1))100モル部、ジアミン化合物として化合物(DA-1)40モル部、化合物(DB-1)10モル部、化合物(DB-5)50モル部をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解し、40℃で6時間反応を行い、ポリアミック酸(これを重合体(PAA-1)とする)を15質量%含有する溶液を得た。
<Synthesis of Polymer>
1. Synthesis of polyamic acid [Synthesis Example 1]
100 parts by mole of 1,3-dimethyl-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride (compound (TB-1)) as a tetracarboxylic dianhydride, 40 parts by mole of compound (DA-1), 10 parts by mole of compound (DB-1), and 50 parts by mole of compound (DB-5) as diamine compounds were dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and the mixture was reacted at 40°C for 6 hours to obtain a solution containing 15% by mass of polyamic acid (referred to as polymer (PAA-1)).
[合成例2~39]
使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物の種類及び量を表1に記載のとおり変更した以外は合成例1と同様の操作を行い、ポリアミック酸(重合体(PAA-2)~(PAA-28)及び重合体(paa-1)~(paa-11))を得た。なお、表1中、テトラカルボン酸二無水物(酸二無水物1~3)の数値は、ポリアミック酸の合成に使用したテトラカルボン酸二無水物の全量100モル部に対する各化合物の割合(モル比)を表す。ジアミン化合物(ジアミン1~4)の数値は、ポリアミック酸の合成に使用したジアミン化合物の全量100モル部に対する各化合物の割合(モル比)を表す。
[Synthesis Examples 2 to 39]
Polyamic acids (polymers (PAA-2) to (PAA-28) and polymers (paa-1) to (paa-11)) were obtained by the same procedure as in Synthesis Example 1, except that the types and amounts of the tetracarboxylic dianhydrides and diamine compounds used were changed as shown in Table 1. In Table 1, the numerical values for the tetracarboxylic dianhydrides (acid dianhydrides 1 to 3) represent the ratio (molar ratio) of each compound relative to 100 parts by mole of the total amount of the tetracarboxylic dianhydrides used in the synthesis of the polyamic acid. The numerical values for the diamine compounds (diamines 1 to 4) represent the ratio (molar ratio) of each compound relative to 100 parts by mole of the total amount of the diamine compounds used in the synthesis of the polyamic acid.
2.ポリイミドの合成
[合成例40]
テトラカルボン酸二無水物として化合物(TB-1)100モル部、ジアミン化合物として化合物(DA-1)10モル部、化合物(DB-5)50モル部、化合物(DB-8)20モル部及び化合物(DB-9)20モル部をNMPに溶解し、40℃で6時間反応を行い、ポリアミック酸を15質量%含有する溶液を得た。次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMPを追加してポリアミック酸濃度10質量%の溶液とし、ピリジン及び無水酢酸を添加して60℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶媒を新たなNMPで溶媒置換することにより、イミド化率約60%のポリイミド(これを重合体(PI-1)とする)を15質量%含有する溶液を得た。
2. Synthesis of polyimide [Synthesis Example 40]
100 parts by mole of compound (TB-1) as a tetracarboxylic dianhydride, 10 parts by mole of compound (DA-1) as a diamine compound, 50 parts by mole of compound (DB-5), 20 parts by mole of compound (DB-8), and 20 parts by mole of compound (DB-9) were dissolved in NMP and reacted at 40°C for 6 hours to obtain a solution containing 15% by mass of polyamic acid. Next, NMP was added to the obtained polyamic acid solution to obtain a solution with a polyamic acid concentration of 10% by mass, and pyridine and acetic anhydride were added, followed by a dehydration ring-closing reaction at 60°C for 4 hours. After the dehydration ring-closing reaction, the solvent in the system was replaced with fresh NMP to obtain a solution containing 15% by mass of polyimide (referred to as polymer (PI-1)) with an imidization rate of approximately 60%.
[合成例41~51]
使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物の種類及び量を表2に記載のとおり変更した以外は合成例40と同様の操作を行い、ポリイミド(重合体(PI-2)~(PI-9)及び(pi-1)~(pi-3))を得た。なお、表2中、テトラカルボン酸二無水物(酸二無水物1,2)の数値は、ポリイミドの合成に使用したテトラカルボン酸二無水物の全量100モル部に対する各化合物の割合(モル比)を表す。ジアミン化合物(ジアミン1~4)の数値は、ポリイミドの合成に使用したジアミン化合物の全量100モル部に対する各化合物の割合(モル比)を表す。
[Synthesis Examples 41 to 51]
Polyimides (polymers (PI-2) to (PI-9) and (PI-1) to (PI-3)) were obtained by the same procedure as in Synthesis Example 40, except that the types and amounts of the tetracarboxylic dianhydrides and diamine compounds used were changed as shown in Table 2. In Table 2, the numerical values for the tetracarboxylic dianhydrides (acid dianhydrides 1 and 2) represent the ratio (molar ratio) of each compound relative to 100 parts by mole of the total amount of the tetracarboxylic dianhydrides used in the synthesis of the polyimide. The numerical values for the diamine compounds (diamines 1 to 4) represent the ratio (molar ratio) of each compound relative to 100 parts by mole of the total amount of the diamine compounds used in the synthesis of the polyimide.
3.ポリオルガノシロキサンの合成
[合成例52]
1000mL三口フラスコに、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(化合物(s-1))100.0g、メチルイソブチルケトン500g、及びトリエチルアミン10.0gを仕込み、室温で混合した。次いで、脱イオン水100gを滴下漏斗から30分かけて滴下した後、還流下で混合しつつ、80℃で6時間反応を行った。反応終了後、有機層を取り出し、これを0.2質量%硝酸アンモニウム水溶液により洗浄後の水が中性になるまで洗浄した後、減圧下で溶媒及び水を留去した。メチルイソブチルケトンを適量添加し、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンである重合体(ESSQ-1)の50質量%溶液を得た。
500mL三口フラスコに、化合物(c-1)3.10g(重合体(ESSQ-1)が有するエポキシ基量に対して20モル%)、化合物(c-2)3.24g(重合体(ESSQ-1)が有するエポキシ基量に対して10モル%)、テトラブチルアンモニウムブロミド1.00g、重合体(ESSQ-1)含有溶液20.0g、及びメチルイソブチルケトン290.0gを加え、90℃で18時間撹拌した。室温まで冷却した後、蒸留水で分液洗浄操作を10回繰り返した。その後、有機層を回収し、ロータリーエバポレータにより濃縮とNMP希釈を2回繰り返した後、NMPを用いて固形分濃度が10質量%になるように調整し、ポリオルガノシロキサン(これを重合体(PSQ-1)とする)のNMP溶液を得た。
3. Synthesis of polyorganosiloxane [Synthesis Example 52]
A 1000 mL three-neck flask was charged with 100.0 g of 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane (compound (s-1)), 500 g of methyl isobutyl ketone, and 10.0 g of triethylamine, and mixed at room temperature. Next, 100 g of deionized water was added dropwise from the dropping funnel over 30 minutes, and the mixture was then mixed under reflux at 80 ° C. for 6 hours while reacting. After completion of the reaction, the organic layer was removed and washed with a 0.2 mass% aqueous ammonium nitrate solution until the water after washing was neutral, and then the solvent and water were distilled off under reduced pressure. An appropriate amount of methyl isobutyl ketone was added to obtain a 50 mass% solution of polymer (ESSQ-1), which is a polyorganosiloxane having epoxy groups.
In a 500 mL three-neck flask, 3.10 g of compound (c-1) (20 mol% relative to the amount of epoxy groups in the polymer (ESSQ-1)), 3.24 g of compound (c-2) (10 mol% relative to the amount of epoxy groups in the polymer (ESSQ-1)), 1.00 g of tetrabutylammonium bromide, 20.0 g of the polymer (ESSQ-1)-containing solution, and 290.0 g of methyl isobutyl ketone were added and stirred at 90 ° C. for 18 hours. After cooling to room temperature, the separation and washing operation with distilled water was repeated 10 times. Thereafter, the organic layer was recovered, concentrated using a rotary evaporator and diluted with NMP twice, and then adjusted to a solids concentration of 10% by mass using NMP to obtain an NMP solution of polyorganosiloxane (this is referred to as polymer (PSQ-1)).
4.スチレン-マレイミド系共重合体の合成
[合成例53]
窒素下、100mL二口フラスコに、重合モノマーとして、化合物(M-1)5.00g、化合物(M-2)1.05g、化合物(M-3)4.80g、及び化合物(M-4)2.26g、ラジカル重合開始剤として2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.39g、連鎖移動剤として2,4-ジフェニル-4-メチル-1-ペンテン0.39g、並びに溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン(NMP)52.5mLを加え、70℃で6時間重合した。メタノールに再沈殿した後、沈殿物を濾過し、室温で8時間真空乾燥することで目的の重合体(これを重合体(MI-1)とする)を得た。
4. Synthesis of styrene-maleimide copolymer [Synthesis Example 53]
Under nitrogen, 5.00 g of compound (M-1), 1.05 g of compound (M-2), 4.80 g of compound (M-3), and 2.26 g of compound (M-4) were added as polymerization monomers to a 100 mL two-neck flask, 0.39 g of 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) as a radical polymerization initiator, 0.39 g of 2,4-diphenyl-4-methyl-1-pentene as a chain transfer agent, and 52.5 mL of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent, and polymerization was carried out for 6 hours at 70°C. After reprecipitation in methanol, the precipitate was filtered and dried in vacuum at room temperature for 8 hours to obtain the target polymer (referred to as polymer (MI-1)).
<液晶配向剤の調製及び評価>
[実施例1:光FFS型液晶表示素子]
1.液晶配向剤の調製
合成例1で得た重合体(PAA-1)を含む溶液をNMP及びBCにより希釈して、溶剤組成がNMP/BC=80/20(質量比)、固形分濃度が3.5質量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより液晶配向剤(AL-1)を調製した。
<Preparation and Evaluation of Liquid Crystal Alignment Agent>
[Example 1: Optical FFS-type liquid crystal display element]
1. Preparation of liquid crystal aligning agent The solution containing the polymer (PAA-1) obtained in Synthesis Example 1 was diluted with NMP and BC to prepare a solution with a solvent composition of NMP/BC = 80/20 (mass ratio) and a solid content concentration of 3.5 mass %. This solution was filtered through a filter with a pore size of 0.2 μm to prepare a liquid crystal aligning agent (AL-1).
2.光配向法を用いたFFS型液晶表示素子の製造
平板電極(ボトム電極)、絶縁層及び櫛歯状電極(トップ電極)がこの順で片面に積層されたガラス基板(第1基板とする)、並びに電極が設けられていないガラス基板(第2基板とする)を準備した。次いで、第1基板の電極形成面及び第2基板の一方の基板面のそれぞれに、液晶配向剤(AL-1)をスピンナーにより塗布し、80℃のホットプレートで1分間加熱(プレベーク)した。その後、庫内を窒素置換した230℃のオーブンで30分間乾燥(ポストベーク)を行い、平均膜厚0.1μmの塗膜を形成した。得られた塗膜に対し、Hg-Xeランプを用いて、直線偏光された254nmの輝線を含む紫外線1,000J/m2を基板法線方向から照射して光配向処理を施した。なお、この照射量は、波長254nm基準で計測される光量計を用いて計測した値である。次いで、光配向処理が施された塗膜を、230℃のクリーンオーブンで30分加熱して熱処理を行い、液晶配向膜を形成した。
次に、液晶配向膜を形成した一対の基板のうちの一方の基板に対し、液晶配向膜を有する面の外縁に、直径3.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷により塗布した。その後、光照射時の偏光軸の基板面への投影方向が逆平行となるように基板を重ね合わせて圧着し、150℃で1時間かけて接着剤を熱硬化させた。次いで、液晶注入口より一対の基板間にネガ型液晶(メルク社製、MLC-6608)を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止し、液晶セルを得た。さらに、液晶注入時の流動配向を除くために、これを120℃で加熱してから室温まで徐冷した。また、上記の一連の操作を、ポストベーク後の紫外線照射量を100~10,000J/m2の範囲でそれぞれ変更して実施することにより、紫外線照射量が異なる3個以上の液晶セルを製造し、最も良好な配向特性を示した露光量(最適露光量)の液晶セルを、以下の液晶配向性、配向均一性及びVHR信頼性の評価に用いた。
2. Fabrication of FFS-Type Liquid Crystal Display Devices Using a Photo-Alignment Method A glass substrate (referred to as the first substrate) with a flat electrode (bottom electrode), an insulating layer, and a comb-shaped electrode (top electrode) laminated in this order on one side, and a glass substrate (referred to as the second substrate) without an electrode, were prepared. Next, a liquid crystal alignment agent (AL-1) was applied to the electrode-forming surface of the first substrate and one substrate surface of the second substrate using a spinner, and the substrates were pre-baked at 80°C on a hot plate for 1 minute. The substrates were then dried (post-baked) for 30 minutes in a nitrogen-purged oven at 230°C to form a coating film with an average thickness of 0.1 μm. The resulting coating film was subjected to a photo-alignment treatment by irradiating the substrate normal with 1,000 J/ m² of linearly polarized ultraviolet light containing a 254 nm emission line using an Hg-Xe lamp. Note that this exposure dose was measured using an actinometer measuring at a wavelength of 254 nm. Next, the coating film that had been subjected to the photo-alignment treatment was heat-treated by heating in a clean oven at 230° C. for 30 minutes to form a liquid crystal alignment film.
Next, an epoxy resin adhesive containing 3.5 μm diameter aluminum oxide spheres was applied by screen printing to the outer edge of the surface of one of the pair of substrates bearing the liquid crystal alignment film. The substrates were then superimposed and pressed together so that the projection direction of the polarization axis onto the substrate surface during light irradiation was antiparallel. The adhesive was then thermally cured at 150°C for 1 hour. Next, a negative liquid crystal (MLC-6608, manufactured by Merck) was filled between the pair of substrates through the liquid crystal injection port, which was then sealed with an epoxy adhesive to obtain a liquid crystal cell. To eliminate flow alignment during liquid crystal injection, the cell was heated to 120°C and then slowly cooled to room temperature. The above series of operations was repeated, varying the UV exposure dose after post-baking between 100 and 10,000 J/ m² , to produce three or more liquid crystal cells with different UV exposure doses. The liquid crystal cell with the best exposure dose (optimum exposure dose) was used for the evaluation of liquid crystal alignment, alignment uniformity, and VHR reliability described below.
3.液晶配向性の評価
上記2.で製造した液晶セルを、27,000cd/m2の高輝度バックライト上で500時間静置し、バックライトの照射前後におけるリタデーション変化率により液晶配向性を評価した。まず、上記2.で製造した液晶セルにつき、オプトサイエンス社製Axoscanによりリタデーションを測定し、下記数式(z-1)によりバックライト照射前後のリタデーションの変化率αを算出した。変化率αが小さいほど、液晶配向性が良好であるといえる。変化率αが1%以下であった場合を「良好(○)」、1%よりも大きく2%以下であった場合を「可(△)」、2%よりも大きかった場合を「不良(×)」とした。
α=Δθ/θ1 …(z-1)
(式(z-1)中、Δθは照射前後のリタデーション差を表し、θ1は照射前のリタデーション値を表す。)
その結果、この実施例の液晶配向性の評価は「良好(○)」の評価であった。
3. Evaluation of Liquid Crystal Alignment The liquid crystal cell produced in 2. above was left standing for 500 hours on a high-brightness backlight of 27,000 cd/ m² , and the liquid crystal alignment was evaluated by the retardation change rate before and after backlight irradiation. First, the retardation of the liquid crystal cell produced in 2. above was measured using an Axoscan manufactured by Optoscience, and the retardation change rate α before and after backlight irradiation was calculated using the following formula (z-1). The smaller the change rate α, the better the liquid crystal alignment. When the change rate α was 1% or less, it was rated as "good (○)", when it was greater than 1% and less than 2%, it was rated as "fair (△)", and when it was greater than 2%, it was rated as "poor (×)".
α=Δθ/θ1...(z-1)
(In formula (z-1), Δθ represents the difference in retardation before and after irradiation, and θ1 represents the retardation value before irradiation.)
As a result, the liquid crystal alignment property of this example was evaluated as "good (◯)".
4.配向均一性の評価
上記2.で製造した液晶セルに関して、オプトサイエンス社製Axoscanにより一画素面内の20点に関してリタデーションを測定し、その標準偏差を計測した。評価はリタデーションの標準偏差が0.05以下の場合を「良好(○)」、0.05よりも大きく0.07以下であった場合を「可(△)」、0.07よりも大きかった場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例の配向均一性の評価は「良好(○)」の評価であった。
4. Evaluation of Alignment Uniformity For the liquid crystal cell manufactured in 2. above, retardation was measured at 20 points within one pixel plane using an Axoscan manufactured by Optoscience, and the standard deviation was calculated. The evaluation was as follows: if the standard deviation of retardation was 0.05 or less, it was "good (○)", if it was greater than 0.05 and less than 0.07, it was "fair (△)", and if it was greater than 0.07, it was "poor (×)". As a result, the alignment uniformity of this example was evaluated as "good (○)".
5.VHR信頼性の評価
上記2.で製造した液晶セルにつき、電圧保持率についての信頼性を評価した。評価は以下のようにして行った。まず、液晶セルに1Vの電圧を60マイクロ秒印加した後、印加解除から1670ミリ秒後の電圧保持率(VHR1)を測定した。次いで、液晶セルにCCFL(バックライト)を60℃で1週間照射した後、室温中に静置して室温まで自然冷却した。冷却後、液晶セルに1Vの電圧を60マイクロ秒印加した後、印加解除から1670ミリ秒後の電圧保持率(VHR2)を測定した。なお、測定装置には、東陽テクニカ社製VHR測定装置「VHR-1」を使用した。このときのVHRの変化率(ΔVHR)をVHR1とVHR2との差分(ΔVHR=VHR1-VHR2)により算出し、ΔVHRによってVHR信頼性を評価した。ΔVHRが15%未満であった場合を「良好(○)」、15%以上20%以下であった場合を「可(△)」、20%よりも大きかった場合を「不良(×)」と判定した。その結果、この実施例ではVHR信頼性「良好(○)」であった。
5. Evaluation of VHR Reliability The reliability of the voltage holding ratio was evaluated for the liquid crystal cells manufactured in Section 2 above. The evaluation was performed as follows. First, a voltage of 1 V was applied to the liquid crystal cell for 60 microseconds, and then the voltage holding ratio (VHR1) was measured 1670 milliseconds after the application was removed. Next, the liquid crystal cell was irradiated with a CCFL (backlight) at 60°C for one week, and then left to cool naturally to room temperature. After cooling, a voltage of 1 V was applied to the liquid crystal cell for 60 microseconds, and then the voltage holding ratio (VHR2) was measured 1670 milliseconds after the application was removed. The measurement device used was a VHR measuring device "VHR-1" manufactured by Toyo Corporation. The rate of change in VHR (ΔVHR) at this time was calculated as the difference between VHR1 and VHR2 (ΔVHR = VHR1 - VHR2), and VHR reliability was evaluated based on ΔVHR. When ΔVHR was less than 15%, it was judged as "good (◯)", when it was 15% or more and 20% or less it was judged as "fair (△)", and when it was more than 20%, it was judged as "poor (×)". As a result, in this example, the VHR reliability was "good (◯)".
6.基板への密着性評価
液晶配向剤(AL-1)を、ガラス基板上にスピンナーを用いて塗布し、80℃のホットプレートで2分間プレベークを行った後、庫内を窒素置換した230℃のオーブンで30分加熱(ポストベーク)することにより、平均膜厚0.10μmの塗膜を形成した。これと同様の操作を繰り返すことにより、塗膜が形成されたガラス基板を2枚作製した。塗膜を形成した1枚のガラス基板の塗膜上に、ODFシール剤(積水化学社製、S-WB42)を幅が1mmになるように塗布し、もう1枚のガラス基板の塗膜とODFシール剤とが接触するように貼り合わせた。その後、メタルハライドランプを用いて30,000J/m2(365nm換算)の光を照射した後、120℃のオーブンで1時間加熱した。加熱後、今田製作所の引張圧縮試験機(型番:SDWS-0201-100SL)を用いて密着力を測定することにより、基板に対する膜の密着性を評価した。評価は、密着力が200N/cm2以上であった場合を「良好(○)」、100N/cm2以上200N/cm2未満であった場合を「可(△)」、100N/cm2未満であった場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例では密着力212N/cm2であり、密着性「良好(○)」の評価であった。
6. Evaluation of Adhesion to Substrates The liquid crystal alignment agent (AL-1) was applied to a glass substrate using a spinner, prebaked on a hot plate at 80°C for 2 minutes, and then postbaked in a nitrogen-purged oven at 230°C for 30 minutes to form a coating film with an average thickness of 0.10 μm. This same procedure was repeated to produce two glass substrates with coating films. An ODF sealant (S-WB42, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) was applied to the coating film of one glass substrate with a coating film formed thereon to a width of 1 mm, and the other glass substrate was bonded so that the coating film and the ODF sealant were in contact. The substrate was then irradiated with light of 30,000 J/m 2 (equivalent to 365 nm) using a metal halide lamp and then heated in an oven at 120°C for 1 hour. After heating, the adhesion of the film to the substrate was evaluated by measuring the adhesion force using a tension and compression tester (model number: SDWS-0201-100SL) manufactured by Imada Manufacturing Co., Ltd. The evaluation was as follows: an adhesion force of 200 N/ cm2 or more was "good (○)", an adhesion force of 100 N/cm2 or more but less than 200 N/ cm2 was "fair (△)", and an adhesion force of less than 100 N/ cm2 was "poor (×)". As a result, in this example, the adhesion force was 212 N/ cm2 , and the adhesion was evaluated as "good (○)".
[実施例2~17及び比較例1~7]
液晶配向剤の組成を表3のとおりに変更した以外は実施例1と同様にして液晶配向剤を調製した。また、得られた液晶配向剤を用いて、実施例1と同様にして光配向法によりFFS型液晶セルを製造し、各種評価を行った。それらの結果を表3に示す。なお、実施例11~14,16,17及び比較例2,3,5~7では、重合体成分として2種類の重合体を使用した。表3中、重合体欄の数値は、液晶配向剤の調製に使用した固形分(重合体成分)の全量100質量部に対する、各重合体の固形分での配合割合(質量部)を表す。
[Examples 2 to 17 and Comparative Examples 1 to 7]
A liquid crystal alignment agent was prepared in the same manner as in Example 1, except that the composition of the liquid crystal alignment agent was changed as shown in Table 3. Furthermore, using the obtained liquid crystal alignment agent, an FFS-type liquid crystal cell was produced by a photoalignment method in the same manner as in Example 1, and various evaluations were performed. The results are shown in Table 3. In Examples 11 to 14, 16, and 17 and Comparative Examples 2, 3, and 5 to 7, two types of polymers were used as the polymer component. In Table 3, the numerical values in the polymer column represent the blending ratio (parts by mass) of the solid content of each polymer relative to 100 parts by mass of the total amount of the solid content (polymer component) used in preparing the liquid crystal alignment agent.
表3に示すように、部分構造(a)を有する重合体[A]を含む液晶配向剤を用いた実施例1~17では、重合体[A]を含まない液晶配向剤を用いた比較例1~7に比べて、液晶配向性、配向均一性及びVHR信頼性がバランス良く改善された。また、実施例1~17では、基板への密着性も「良好」又は「可」の評価であった。 As shown in Table 3, Examples 1 to 17, which used a liquid crystal alignment agent containing polymer [A] having partial structure (a), showed a well-balanced improvement in liquid crystal alignment, alignment uniformity, and VHR reliability compared to Comparative Examples 1 to 7, which used a liquid crystal alignment agent that did not contain polymer [A]. Furthermore, Examples 1 to 17 also showed adhesion to the substrate that was rated "good" or "fair."
中でも、実施例1~17のうち、実施例1~5、9~13、15~17では、液晶配向性及び密着性が「良好(○)」の評価であり、液晶配向性を維持しながら膜の密着性を改善できることが示された。これは、部分構造(a)中にナフタレン-2,6-ジイル基又はナフタレン-3,7-ジイル基を有することにより液晶配向性がより改善されたとともに、部分構造(a)中に炭素数2以上のアルキレン鎖を含むことにより、液晶配向性を維持しながら膜の密着性を改善できたことによるものと考えられる。なお、比較例7では、ジアミン化合物の一部に化合物(DB-22)を用いることにより重合体中にナフタレン環構造を導入したものの、実施例1~16よりも劣る結果であった。これは、化合物(DB-22)に由来する構造単位を重合体主鎖に導入した場合には分子鎖が屈曲するため、VHR信頼性が十分でなく、またX2に対応する構造を有しないことに起因して液晶配向性及び密着性の評価が「可(△)」であったものと推察される。 Among these, in Examples 1 to 17, Examples 1 to 5, 9 to 13, and 15 to 17 were rated as "good (○)" for liquid crystal alignment and adhesion, indicating that film adhesion could be improved while maintaining liquid crystal alignment. This is thought to be due to the fact that the inclusion of a naphthalene-2,6-diyl group or a naphthalene-3,7-diyl group in the partial structure (a) further improved liquid crystal alignment, and that the inclusion of an alkylene chain having two or more carbon atoms in the partial structure (a) improved film adhesion while maintaining liquid crystal alignment. Note that in Comparative Example 7, although a naphthalene ring structure was introduced into the polymer by using compound (DB-22) as part of the diamine compound, the results were inferior to those of Examples 1 to 16. This is presumably because the introduction of a structural unit derived from compound (DB-22) into the polymer main chain caused bending of the molecular chain, resulting in insufficient VHR reliability, and the absence of a structure corresponding to X2 resulted in the evaluation of liquid crystal alignment and adhesion being "fair (△)."
[実施例18:ラビングFFS型液晶表示素子]
1.液晶配向剤の調製
合成例14で得た重合体(PAA-14)の溶液をNMP及びブチルセロソルブ(BC)により希釈して、溶剤組成がNMP/BC=80/20(質量比)、固形分濃度が3.5質量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより液晶配向剤(AL-25)を調製した。
[Example 18: Rubbed FFS-type liquid crystal display element]
1. Preparation of liquid crystal aligning agent The solution of the polymer (PAA-14) obtained in Synthesis Example 14 was diluted with NMP and butyl cellosolve (BC) to prepare a solution with a solvent composition of NMP/BC = 80/20 (mass ratio) and a solid content concentration of 3.5 mass %. This solution was filtered through a filter with a pore size of 0.2 μm to prepare a liquid crystal aligning agent (AL-25).
2.ラビング法を用いたFFS型液晶表示素子の製造
平板電極(ボトム電極)、絶縁層及び櫛歯状電極(トップ電極)がこの順で片面に積層されたガラス基板(第1基板とする)、並びに電極が設けられていないガラス基板(第2基板とする)を準備した。次いで、第1基板の電極形成面及び第2基板の片面のそれぞれに液晶配向剤(AL-25)をスピンナーにより塗布し、110℃のホットプレートで3分間加熱(プレベーク)した。その後、庫内を窒素置換した230℃のオーブンで30分間乾燥(ポストベーク)を行い、平均膜厚0.08μmの塗膜を形成した。次いで、塗膜表面に対し、レーヨン布を巻き付けたロールを有するラビングマシーンにより、ロール回転数1000rpm、ステージ移動速度3cm/秒、毛足押し込み長さ0.3mmでラビング処理を行った。その後、超純水中で1分間超音波洗浄を行い、次いで100℃クリーンオーブン中で10分間乾燥することにより、液晶配向膜を有する一対の基板を得た。
次いで、液晶配向膜を有する一対の基板につき、液晶配向膜を形成した面の縁に液晶注入口を残して、直径3.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷塗布した。その後、基板を重ね合わせて圧着し、150℃で1時間かけて接着剤を熱硬化させた。次いで、液晶注入口より、一対の基板間の間隙にネガ型液晶(メルク社製、MLC-6608)を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止した。さらに、液晶注入時の流動配向を除くために、これを120℃で加熱してから室温まで徐冷し、液晶セルを製造した。なお、一対の基板を重ね合わせる際には、それぞれの基板のラビング方法が反平行となるようにした。
2. Fabrication of FFS-Mode Liquid Crystal Display Element Using Rubbing Method A glass substrate (referred to as the first substrate) with a flat electrode (bottom electrode), an insulating layer, and a comb-shaped electrode (top electrode) laminated in this order on one side, and a glass substrate (referred to as the second substrate) without an electrode, were prepared. Next, a liquid crystal alignment agent (AL-25) was applied to the electrode-formed surface of the first substrate and one side of the second substrate using a spinner, and heated (pre-baked) on a hot plate at 110°C for 3 minutes. This was then dried (post-baked) for 30 minutes in a nitrogen-purged oven at 230°C, forming a coating film with an average film thickness of 0.08 μm. Next, the coating film surface was rubbed using a rubbing machine equipped with a roll wrapped around a rayon cloth at a roll rotation speed of 1000 rpm, a stage movement speed of 3 cm/sec, and a pile indentation length of 0.3 mm. Thereafter, the substrate was subjected to ultrasonic cleaning in ultrapure water for 1 minute, and then dried in a clean oven at 100° C. for 10 minutes to obtain a pair of substrates having a liquid crystal alignment film.
Next, a pair of substrates with liquid crystal alignment films were screen-printed with an epoxy resin adhesive containing 3.5 μm diameter aluminum oxide spheres, leaving a liquid crystal injection port at the edge of the surface where the liquid crystal alignment film was formed. The substrates were then superimposed and pressed together, and the adhesive was thermally cured at 150°C for 1 hour. Next, negative liquid crystal (MLC-6608, manufactured by Merck) was filled into the gap between the pair of substrates through the liquid crystal injection port, which was then sealed with an epoxy adhesive. Furthermore, to eliminate flow alignment during liquid crystal injection, the substrate was heated at 120°C and then slowly cooled to room temperature to produce a liquid crystal cell. When the pair of substrates were superimposed, the rubbing directions of the respective substrates were antiparallel.
3.評価
上記2.で製造した液晶セルにつき、実施例1と同様の方法により液晶配向性、配向均一性、及びVHR信頼を評価した。また、液晶配向剤(AL-25)を用いて、実施例1と同様にして密着性を評価した。評価結果を表4に示す。
3. Evaluation The liquid crystal cells produced in 2. above were evaluated for liquid crystal alignment, alignment uniformity, and VHR reliability in the same manner as in Example 1. In addition, the liquid crystal alignment agent (AL-25) was used to evaluate adhesion in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 4.
[実施例19~37及び比較例8~11]
液晶配向剤の組成を表4のとおりに変更した以外は実施例18と同様にして液晶配向剤を調製した。また、得られた液晶配向剤を用いて、実施例18と同様にしてラビング法によりFFS型液晶セルを製造し、各種評価を行った。それらの結果を表4に示した。なお、実施例28~30及び比較例10では、重合体成分として2種類の重合体を使用した。表4中、重合体欄の数値は、液晶配向剤の調製に使用した重合体成分の全量100質量部に対する、各重合体の固形分での配合割合(質量部)を表す。
[Examples 19 to 37 and Comparative Examples 8 to 11]
A liquid crystal aligning agent was prepared in the same manner as in Example 18, except that the composition of the liquid crystal aligning agent was changed as shown in Table 4. Furthermore, using the obtained liquid crystal aligning agent, an FFS-type liquid crystal cell was produced by a rubbing method in the same manner as in Example 18, and various evaluations were performed. The results are shown in Table 4. In Examples 28 to 30 and Comparative Example 10, two types of polymers were used as the polymer component. In Table 4, the numerical values in the polymer column represent the blending ratio (parts by mass) of the solid content of each polymer relative to 100 parts by mass of the total amount of the polymer components used in preparing the liquid crystal aligning agent.
表4に示すように、部分構造(a)を有する重合体[A]を含む液晶配向剤を用いた実施例18~37は、重合体[A]を含まない液晶配向剤を用いた比較例8~11に比べて、配向均一性及びVHR信頼性において良好な結果であった。また、実施例18、21、23、27~30は、液晶配向性及び基板との密着性も良好であった。 As shown in Table 4, Examples 18 to 37, which used a liquid crystal alignment agent containing polymer [A] having partial structure (a), achieved better alignment uniformity and VHR reliability than Comparative Examples 8 to 11, which used a liquid crystal alignment agent that did not contain polymer [A]. Furthermore, Examples 18, 21, 23, and 27 to 30 also demonstrated good liquid crystal alignment and adhesion to the substrate.
なお、比較例11では、ジアミン化合物の一部に化合物(DB-23)を用いることにより重合体中にナフタレン環構造(ナフタレン-1,4-ジイル基)を導入したものの、液晶配向性は「不良(×)」であり、また配向均一性も「可(△)」であった。 In Comparative Example 11, although a naphthalene ring structure (naphthalene-1,4-diyl group) was introduced into the polymer by using compound (DB-23) as part of the diamine compound, the liquid crystal alignment was "poor (×)" and the alignment uniformity was "fair (△)."
[実施例38:PSA型液晶表示素子]
1.液晶配向剤の調製
合成例52で得た重合体(PSQ-1)5質量部を含む溶液、及び合成例46で得た重合体(PI-7)95質量部を含む溶液を混合し、NMP及びBCにより希釈して、溶剤組成がNMP/BC=50/50(質量比)、固形分濃度が3.5質量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより液晶配向剤(AL-49)を調製した。
[Example 38: PSA type liquid crystal display element]
1. Preparation of Liquid Crystal Alignment Agent A solution containing 5 parts by mass of the polymer (PSQ-1) obtained in Synthesis Example 52 and a solution containing 95 parts by mass of the polymer (PI-7) obtained in Synthesis Example 46 were mixed and diluted with NMP and BC to obtain a solution with a solvent composition of NMP/BC = 50/50 (mass ratio) and a solids concentration of 3.5 mass%. This solution was filtered through a filter with a pore size of 0.2 μm to prepare a liquid crystal alignment agent (AL-49).
2.液晶組成物の調製
ネマチック液晶(メルク社製、MLC-6608)10gに対し、下記式(L1-1)で表される液晶性化合物を5質量%、及び下記式(L2-1)で表される光重合性化合物を0.3質量%添加して混合し、液晶組成物LC1を得た。
3.PSA型液晶表示素子の製造
上記で調製した液晶配向剤(AL-49)を、ITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面上にスピンナーを用いて塗布し、80℃のホットプレートで1分間プレベークを行った後、窒素に置換したオーブン中、200℃で1時間加熱して溶媒を除去することにより、膜厚0.08μmの塗膜(液晶配向膜)を形成した。この塗膜に対し、レーヨン布を巻き付けたロールを有するラビングマシーンにより、ロール回転数400rpm、ステージ移動速度3cm/秒、毛足押し込み長さ0.1mmでラビング処理を行った。その後、超純水中で1分間超音波洗浄を行い、次いで、100℃クリーンオーブン中で10分間乾燥することにより、液晶配向膜を有する基板を得た。この操作を繰り返し、液晶配向膜を有する基板を一対(2枚)得た。なお、このラビング処理は、液晶の倒れ込みを制御し、配向分割を簡易な方法で行う目的で行った弱いラビング処理である。
上記基板のうちの1枚の液晶配向膜を有する面の外周に、直径3.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷により塗布した後、一対の基板の液晶配向膜面を対向させ、重ね合わせて圧着し、150℃で1時間加熱して接着剤を熱硬化した。次いで、液晶注入口より基板の間隙に液晶組成物LC1を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止し、さらに液晶注入時の流動配向を除くために、これを150℃で10分間加熱した後に室温まで徐冷した。
次いで、得られた液晶セルに対し、電極間に周波数60Hzの交流10Vを印加し、液晶が駆動している状態で、光源にメタルハライドランプを使用した紫外線照射装置を用いて、紫外線を50,000J/m2の照射量にて照射した。なお、この照射量は、波長365nm基準で計測される光量計を用いて計測した値である。これにより、PSA型液晶セルを製造した。
3. Manufacturing of PSA-Type Liquid Crystal Display Element The liquid crystal alignment agent (AL-49) prepared above was applied to the transparent electrode surface of a glass substrate with a transparent electrode made of an ITO film using a spinner. After pre-baking for 1 minute on a hot plate at 80°C, the substrate was heated at 200°C for 1 hour in a nitrogen-substituted oven to remove the solvent, forming a coating film (liquid crystal alignment film) with a thickness of 0.08 μm. This coating film was subjected to a rubbing treatment using a rubbing machine equipped with a roll wrapped around a rayon cloth at a roll rotation speed of 400 rpm, a stage movement speed of 3 cm/sec, and a pile indentation length of 0.1 mm. The substrate was then ultrasonically cleaned in ultrapure water for 1 minute and then dried in a clean oven at 100°C for 10 minutes to obtain a substrate with a liquid crystal alignment film. This operation was repeated to obtain a pair (two substrates) with a liquid crystal alignment film. Note that this rubbing treatment was a weak rubbing treatment performed to control liquid crystal collapse and easily achieve alignment division.
An epoxy resin adhesive containing aluminum oxide spheres with a diameter of 3.5 μm was applied by screen printing to the outer periphery of the surface of one of the substrates having a liquid crystal alignment film, and then the liquid crystal alignment film surfaces of the pair of substrates were placed facing each other, overlapped, and pressed together, and the adhesive was thermally cured by heating for 1 hour at 150° C. Next, liquid crystal composition LC1 was filled into the gap between the substrates through the liquid crystal injection port, which was then sealed with an epoxy adhesive. To prevent flow alignment during liquid crystal injection, the resulting mixture was heated at 150° C. for 10 minutes and then slowly cooled to room temperature.
Next, a 10 V AC voltage with a frequency of 60 Hz was applied between the electrodes of the resulting liquid crystal cell. While the liquid crystal was in a driving state, the cell was irradiated with ultraviolet light at a dose of 50,000 J/ m² using an ultraviolet irradiation device with a metal halide lamp as the light source. Note that this dose was measured using an actinometer measuring at a wavelength of 365 nm. This resulted in the production of a PSA-type liquid crystal cell.
4.評価
上記3.で製造した液晶セルにつき、実施例1と同様の方法により液晶配向性、配向均一性、VHR信頼性及び密着性を評価した。評価結果を表5に示す。
4. Evaluation The liquid crystal cells produced in the above 3. were evaluated for liquid crystal alignment, alignment uniformity, VHR reliability, and adhesion in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 5.
[実施例39~41及び比較例12、13]
液晶配向剤の組成を表5のとおりに変更した以外は実施例38と同様にして液晶配向剤を調製した。また、得られた液晶配向剤を用いて、実施例38と同様にしてPSA型液晶セルを製造し、各種評価を行った。評価結果を表5に示す。表5中、重合体欄の数値は、液晶配向剤の調製に使用した重合体成分の全量100質量部に対する、各重合体の固形分での配合割合(質量部)を表す。
[Examples 39 to 41 and Comparative Examples 12 and 13]
A liquid crystal alignment agent was prepared in the same manner as in Example 38, except that the composition of the liquid crystal alignment agent was changed as shown in Table 5. Furthermore, a PSA type liquid crystal cell was produced using the obtained liquid crystal alignment agent in the same manner as in Example 38, and various evaluations were performed. The evaluation results are shown in Table 5. In Table 5, the numerical values in the polymer column represent the blending ratio (parts by mass) of the solid content of each polymer relative to 100 parts by mass of the total amount of the polymer components used in the preparation of the liquid crystal alignment agent.
表5に示すように、重合体[A]を含む液晶配向剤を用いた実施例38~41は、配向均一性、VHR信頼性及び密着性がいずれも良好の評価であった。これらのうち、部分構造(a)中にナフタレン環構造を有する重合体(PI-7)を含む液晶配向剤を用いた実施例38は、液晶配向性についても良好の評価であった。これに対し、重合体[A]を含まない液晶配向剤を用いた比較例12及び比較例13は、配向均一性は「可(△)」、VHR信頼性が「不良(×)」の評価であり、比較例13については密着性も「不良(×)」の評価であった。 As shown in Table 5, Examples 38 to 41, which used a liquid crystal alignment agent containing polymer [A], were all rated as good in alignment uniformity, VHR reliability, and adhesion. Of these, Example 38, which used a liquid crystal alignment agent containing polymer (PI-7) having a naphthalene ring structure in the partial structure (a), was also rated as good in liquid crystal alignment. In contrast, Comparative Examples 12 and 13, which used liquid crystal alignment agents that did not contain polymer [A], were rated as "fair (△)" for alignment uniformity and "poor (×)" for VHR reliability, and Comparative Example 13 was also rated as "poor (×)" for adhesion.
[実施例42:光VA型液晶表示素子]
1.液晶配向剤の調製
合成例53で得た重合体(MI-1)30質量部と、合成例14で得た重合体(PAA-14)70質量部を含む溶液とを混合し、NMP及びBCにより希釈して、溶剤組成がNMP/BC=80/20(質量比)、固形分濃度が3.5質量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより液晶配向剤(AL-55)を調製した。
[Example 42: Optical VA type liquid crystal display element]
1. Preparation of Liquid Crystal Alignment Agent A solution containing 30 parts by mass of the polymer (MI-1) obtained in Synthesis Example 53 and 70 parts by mass of the polymer (PAA-14) obtained in Synthesis Example 14 was mixed and diluted with NMP and BC to obtain a solution with a solvent composition of NMP/BC = 80/20 (mass ratio) and a solids concentration of 3.5 mass%. This solution was filtered through a filter with a pore size of 0.2 μm to prepare a liquid crystal alignment agent (AL-55).
2.光配向法を用いたVA型液晶表示素子の製造
ITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面上に、上記で調製した液晶配向剤(AL-55)をスピンナーにより塗布し、80℃のホットプレートで1分間プレベークを行った。その後、庫内を窒素置換したオーブン中、230℃で1時間加熱して膜厚0.1μmの塗膜を形成した。次いで、この塗膜表面に、Hg-Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて313nmの輝線を含む偏光紫外線1,000J/m2を、基板法線から40°傾いた方向から照射して液晶配向能を付与した。同じ操作を繰り返して、液晶配向膜を有する基板を一対(2枚)作成した。
上記基板のうちの1枚の液晶配向膜を有する面の外周に、直径3.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤をスクリーン印刷により塗布した後、一対の基板の液晶配向膜面を対向させ、各基板の紫外線の光軸の基板面への投影方向が逆平行となるように圧着し、150℃で1時間かけて接着剤を熱硬化させた。次いで、液晶注入口より基板間の間隙にネガ型液晶(メルク社製、MLC-6608)を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止した。さらに、液晶注入時の流動配向を除くために、これを130℃で加熱してから室温まで徐冷した。
2. Manufacture of VA-type liquid crystal display elements using a photoalignment method. The liquid crystal alignment agent (AL-55) prepared above was applied to the transparent electrode surface of a glass substrate with a transparent electrode made of an ITO film using a spinner and prebaked on a hot plate at 80°C for 1 minute. The substrate was then heated at 230°C for 1 hour in an oven with the interior purged with nitrogen to form a coating film with a thickness of 0.1 μm. The coating film surface was then irradiated with 1,000 J/ m² of polarized ultraviolet light containing a 313 nm emission line using an Hg-Xe lamp and a Glan-Taylor prism from a direction tilted 40° from the substrate normal to impart liquid crystal alignment ability. The same procedure was repeated to prepare a pair (two substrates) of substrates with liquid crystal alignment films.
An epoxy resin adhesive containing 3.5 μm diameter aluminum oxide spheres was applied by screen printing to the outer periphery of the surface of one of the substrates bearing the liquid crystal alignment film. The pair of substrates were then placed with the liquid crystal alignment film surfaces facing each other and pressed together so that the projection directions of the ultraviolet light axes of each substrate onto the substrate surface were antiparallel. The adhesive was then thermally cured at 150°C for 1 hour. Next, negative liquid crystal (MLC-6608, manufactured by Merck) was filled into the gap between the substrates through the liquid crystal injection port, which was then sealed with an epoxy adhesive. Furthermore, to eliminate flow alignment during liquid crystal injection, the substrate was heated at 130°C and then slowly cooled to room temperature.
3.評価
上記2.で製造した液晶セルにつき、実施例1と同様の方法により液晶配向性、配向均一性、VHR信頼性及び密着性を評価した。評価結果を表6に示す。
3. Evaluation The liquid crystal cells produced in 2. above were evaluated for liquid crystal alignment, alignment uniformity, VHR reliability, and adhesion in the same manner as in Example 1. Table 6 shows the evaluation results.
[比較例14]
液晶配向剤の組成を表6のとおりに変更した以外は実施例42と同様にして液晶配向剤を調製した。また、得られた液晶配向剤を用いて、実施例42と同様にして光VA型液晶セルを製造し、各種評価を行った。それらの結果を表6に示した。表6中、重合体欄の数値は、液晶配向剤の調製に使用した重合体成分の全量100質量部に対する、各重合体の固形分での配合割合(質量部)を表す。
[Comparative Example 14]
A liquid crystal alignment agent was prepared in the same manner as in Example 42, except that the composition of the liquid crystal alignment agent was changed as shown in Table 6. In addition, an optical VA-type liquid crystal cell was produced using the obtained liquid crystal alignment agent in the same manner as in Example 42, and various evaluations were performed. The results are shown in Table 6. In Table 6, the numerical values in the polymer column represent the blending ratio (parts by mass) of the solid content of each polymer relative to 100 parts by mass of the total amount of the polymer components used in the preparation of the liquid crystal alignment agent.
表6に示すように、重合体[A]を含む液晶配向剤を用いた実施例42は、液晶配向性、配向均一性、VHR信頼性及び密着性がいずれも良好の評価であった。これに対し、重合体[A]を含まない液晶配向剤を用いた比較例14は、配向均一性は「可(△)」、VHR信頼性は「不良(×)」の評価であった。 As shown in Table 6, Example 42, which used a liquid crystal alignment agent containing polymer [A], was rated as good in liquid crystal alignment, alignment uniformity, VHR reliability, and adhesion. In contrast, Comparative Example 14, which used a liquid crystal alignment agent not containing polymer [A], was rated as "fair (△)" for alignment uniformity and "poor (×)" for VHR reliability.
以上の結果から、部分構造(a)を有する重合体[A]を含む液晶配向剤によれば、液晶配向性、配向均一性及びVHR信頼性に優れた液晶素子を得ることができるとともに、基板に対する密着性に優れた液晶配向膜を形成できることが明らかになった。 These results demonstrate that a liquid crystal alignment agent containing polymer [A] having partial structure (a) can be used to obtain liquid crystal devices with excellent liquid crystal alignment properties, alignment uniformity, and VHR reliability, as well as to form a liquid crystal alignment film with excellent adhesion to the substrate.
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