JP7768082B2 - 液晶配向剤、液晶配向膜、液晶素子及び重合体 - Google Patents
液晶配向剤、液晶配向膜、液晶素子及び重合体Info
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Description
〔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。
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。
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。
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。
rは、0~4が好ましく、0~2がより好ましい。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〔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。
[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。)
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。
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。
[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。
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。
[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。
[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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (11)
- 下記式(1)で表される部分構造(a)(ただし、下記式(DA-6E)で表される部分構造を除く。)を主鎖に有する重合体[A]を含有する、液晶配向剤。
(式(1)中、An1は、複数の芳香族性の単環を含んで構成された置換又は無置換の縮合環構造を有し、縮合環を構成する複数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1個ずつ取り除くか、又は前記縮合環構造の置換基に含まれる複数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1個ずつ取り除いた2価の基である。X1及びX2は、それぞれ独立して、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、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-、-S-、-NR1-、-C(=O)-、-NR1-C(=O)-若しくは-NR1-C(=O)-NR2-に置き換えられた2価の基である。ただし、X1が結合するAn1中の芳香族性の単環と、X2が結合するAn1中の芳香族性の単環とは異なる。R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基である。Ar1及びAr2は、それぞれ独立して2価の芳香環基である。「*」は結合手を表す。)
(式(DA-6E)中、「*」は結合手を表す。) - 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、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記X1及びX2のうち一方又は両方が、-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、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 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、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記An1が、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、請求項1に記載の液晶配向剤。
(式(an-1-1)、式(an-1-2)、式(an-1-3)及び式(an-1-4)中、Y1~Y6は、それぞれ独立して、炭素数1~5のアルキル基、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、ハロゲン原子又は水酸基である。r1~r4は、それぞれ独立して0~6の整数である。r5及びr6は、それぞれ独立して0~4の整数である。X4は、-C(R6)(R7)-、-O-、-S-、-NR8-又は-SO2-である。R6及びR7は、それぞれ独立して、水素原子又は置換若しくは無置換の1価の炭化水素基である。R8は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基又は熱脱離性基である。「*1」は式(1)中のX1及びX2のうち一方との結合手を表し、「*2」は他方との結合手を表す。) - 前記An1が、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、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 上記式(1)で表される部分構造(ただし、式(1)中のX 1 及びX 2 は、それぞれ独立して、-S-、-NR 1 -、-C(=O)-、-NR 1 -C(=O)-、-NR 1 -C(=O)-NR 2 -、炭素数1~18の置換若しくは無置換のアルカンジイル基、又は、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-、-S-、-NR 1 -、-C(=O)-、-NR 1 -C(=O)-若しくは-NR 1 -C(=O)-NR 2 -に置き換えられた2価の基(ただし、An 1 がフルオレン構造を有するときに式(1)中のX 1 とX 2 が同時に-NR 1 -である場合、及び、An 1 がカルバゾール構造を有するときに式(1)中のX 1 とX 2 が同時に-NR 1 -C(=O)-である場合を除く。))を主鎖に有しない重合体[B]を更に含有する、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 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、請求項7に記載の液晶配向剤。
- 請求項1~8のいずれか一項に記載の液晶配向剤により形成された液晶配向膜。
- 請求項9に記載の液晶配向膜を備える液晶素子。
- 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、下記式(1)で表される部分構造(ただし、下記式(DA-6E)で表される部分構造を除く。)を主鎖に有する、重合体。
(式(1)中、An1は、複数の芳香族性の単環を含んで構成された置換又は無置換の縮合環構造を有し、縮合環を構成する複数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1個ずつ取り除くか、又は前記縮合環構造の置換基に含まれる複数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1個ずつ取り除いた2価の基である。X1及びX2は、それぞれ独立して、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、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-、-S-、-NR1-、-C(=O)-、-NR1-C(=O)-若しくは-NR1-C(=O)-NR2-に置き換えられた2価の基である。ただし、X1が結合するAn1中の芳香族性の単環と、X2が結合するAn1中の芳香族性の単環とは異なる。R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基である。Ar1及びAr2は、それぞれ独立して2価の芳香環基である。「*」は結合手を表す。)
(式(DA-6E)中、「*」は結合手を表す。)
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