JP2011100099A - 液晶配向剤、液晶配向膜の製造方法および液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
Description
上記のうち、光配向法によってプレチルト性を付与した液晶配向膜は、製造当初の液晶配向性には優れていたとしても、長期使用により徐々に液晶配向性能が劣化するとの問題があり、特に高温条件下で使用される液晶表示素子においては、この傾向が著しいと指摘されている。
これに加え、テレビジョン放送のデジタル化や高度な動画の固定技術の進展に伴って、近年は画像データの高精度化、高品位化が急速に進んでいる。このような画像データを正確に再現して美しい画面を表示するために、液晶セルの電気特性、特に電圧保持率に対する要求は、従来にも増して極めて厳しいものとなっている。さらに、製品歩留まりをできるだけ高くし、製品コストの削減に資するべく、液晶配向剤には極めて高度の印刷性能が求められている。
本発明の別の目的は、電気特性に優れ、高温条件下で長時間使用しても液晶配向性能が劣化しない液晶配向膜の製造方法を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、表示性能に優れ、高温条件下で長時間使用しても表示性能が劣化しない液晶表示素子を提供することにある。
ポリアミック酸およびポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1種の重合体、ただし前記重合体はその分子内の少なくとも一部に下記式(0)
で表される基を有する、を含有する液晶配向剤によって達成される。
本発明の上記目的および利点は、第二に、
上記の液晶配向剤から形成された液晶配向膜を具備する液晶表示素子によって達成される。
本発明の液晶配向剤は、ポリアミック酸およびポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1種の重合体、ただし前記重合体はその分子内の少なくとも一部に上記式(0)で表される基を有する、を含有する。このような重合体を、本明細書において、以下、「特定重合体」という。該特定重合体において、上記式(0)で表される基は、重合体の主鎖中に存在していてもよく、重合体の側鎖中に存在していてもよく、あるいは重合体の主鎖および側鎖の双方に存在してもよい。
上記式(0)におけるRIとしては、炭素数3〜7のアルキル基であるか、または炭素数が3〜7であり且つフッ素原子数が3〜5のフルオロアルキル基であることが好ましい。好ましいRIの具体例としては、例えばn−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、4,4,4−トリフルオロブチル基、4,4,5,5,5−ペンタフルオロペンチル基などを挙げることができ、これらのうち特に好ましくはn−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基またはn−ヘプチル基である。
上記式(0)におけるXIとしては単結合が;
RIIとしては1,4−シクロヘキシレン基が;
XIIとしては単結合が;
nとしては0であることが、それぞれ好ましい。XIIIとしては、上記式(XIII−1)で表される基であることが好ましく、特に上記式(XIII−1)におけるC−C二重結合がトランス型であるものが好ましい。上記式(0)における1,4−シクロへキシレン基はイス型構造をとっていることが好ましい。
このような剛直なメソゲン構造を持つ上記式(0)で表される基を有する特定重合体を含有する本発明の液晶配向剤から形成された液晶配向膜は、電気特性に優れるとともに、高温条件下で長期使用をした場合であっても液晶配向性能の安定性に優れるものとなる。
上記式(0)で表される基および2つのカルボン酸無水物基を有する化合物を含むテトラカルボン酸二無水物と、ジアミンとを反応させるか、あるいは
テトラカルボン酸二無水物と、上記式(0)で表される基および2つのアミノ基を有する化合物を含むジアミンとを反応させることにより得ることができ、
分子内の少なくとも一部に上記式(0)で表される基を有するポリイミドは、例えば上記の如くして得られたポリアミック酸を脱水閉環することにより得ることができる。
本発明の液晶配向剤に含有される特定重合体としては、テトラカルボン酸二無水物と、上記式(0)で表される基および2つのアミノ基を有する化合物を含むジアミンと、を反応させて得られるポリアミック酸および該ポリアミック酸を脱水閉環してなるポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1種の重合体であることが好ましい。
<ポリアミック酸>
上記のとおり、本発明における好ましいポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物と、上記式(0)で表される基および2つのアミノ基を有する化合物を含むジアミンとを反応させて得られるものである。
[テトラカルボン酸二無水物]
上記ポリアミック酸の合成に用いられるテトラカルボン酸二無水物としては、例えばブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2−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、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、1,3−ジクロロ−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジシクロヘキシル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、3,5,6−トリカルボキシノルボルナン−2−酢酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−メチル−5(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−7−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−7−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5,8−ジメチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−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ニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジ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、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−カルボキシノルボルナン−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、下記式(T−I)および(T−II)
のそれぞれで表される化合物などの脂肪族テトラカルボン酸二無水物および脂環式テトラカルボン酸二無水物;
ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジメチルジフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−テトラフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−フランテトラカルボン酸二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルフィド二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルホン二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルプロパン二無水物、3,3’,4,4’−パーフルオロイソプロピリデンジフタル酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(フタル酸)フェニルホスフィンオキサイド二無水物、p−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、m−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルエーテル二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルメタン二無水物、エチレングリコール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、プロピレングリコール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,4−ブタンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,6−ヘキサンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,8−オクタンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン−ビス(アンヒドロトリメリテート)、下記式(T−1)〜(T−4)
本発明における好ましいポリアミック酸を合成するために用いられるテトラカルボン酸二無水物は、上記のうちのブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、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、1,2,3,4−シクロペン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、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5,8−ジメチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、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、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−カルボキシノルボルナン−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、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,3’,2,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、上記式(T−I)で表される化合物のうち下記式(T−5)〜(T−7)
特定テトラカルボン酸二無水物としては、特に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、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−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−カルボキシノルボルナン−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、ピロメリット酸二無水物および上記式(T−5)で表される化合物よりなる群から選択される少なくとも1種が好ましく、特に2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物が好ましい。
本発明における好ましいポリアミック酸を合成するために用いられるテトラカルボン酸二無水物は、上記の如き特定テトラカルボン酸二無水物を、全テトラカルボン酸二無水物に対して、20モル%以上含むものであることが好ましく、50モル%以上含むものであることがより好ましく、特に80モル%以上含むものであることが好ましい。
本発明における好ましいポリアミック酸の合成に用いられるテトラカルボン酸二無水物としては、上記の如き特定テトラカルボン酸二無水物のみを用いることが、もっとも好ましい。
本発明における好ましいポリアミック酸を合成するために用いられるジアミンは、上記式(0)で表される基および2つのアミノ基を有する化合物を含むものである。かかる化合物の好ましい例としては、例えば下記式(1)
で表される化合物などを挙げることができる。
上記式(1)におけるXIVとしては単結合が好ましい。上記式(1)の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、2,5−位または3,5−位にあることが好ましい。
上記式(1)で表される化合物の好ましい例としては、例えば下記式(1−1)〜(1−41)
のそれぞれで表される化合物などを挙げることができる。上記式(1−1)〜(1−41)において、C−C二重結合はトランス型であることが好ましい。
これらのうち、上記式(1−1)、(1−4)〜(1−7)、(1−10)〜(1−13)、(1−16)〜(1−18)、(1−29)および(1−30)のそれぞれで表される化合物がより好ましく、上記式(1−4)〜(1−6)、(1−12)、(1−18)、(1−29)および(1−30)のそれぞれで表される化合物がさらに好ましく、特に上記式(1−6)で表される化合物が好ましい。
上記式(1)で表される化合物は、有機化学の定法を適宜に組み合わせることにより合成することができる。
例えば上記式(1)においてRIIIがメチレン基であり、XIIIが上記式(XIII−1)で表される基であり、XIVが単結合である化合物は、例えば下記式(1−A)
で表される化合物とジニトロベンジルクロリドとを、好ましくは炭酸カリウムの存在下に反応させてジニトロ体を得た後、適当な還元系を用いて該ジニトロ体のニトロ基を還元(水素化)してアミノ基とすることにより得ることができる。
上記式(1)においてRIIIが1,2−エチレン基であり、XIIIが上記式(XIII−1)で表される基であり、XIVが単結合である化合物は、例えば上記式(1−A)で表される化合物を、塩化チオニルと反応させて酸クロリドとした後、下記式(1−B)
上記式(1)においてRIIIが単結合であり、XIIIが上記式(XIII−1)で表される基であり、XIVが単結合である化合物は、例えば上記式(1−A)で表される化合物を、塩化チオニルと反応させて酸クロリドとした後、ジニトロフェノールと反応させてジニトロ体を得た後、適当な還元系を用いて該ジニトロ体のニトロ基を還元(水素化)してアミノ基とすることにより得ることができる。
上記式(1)においてRIIIが1,2−エチレン基であり、XIIIが上記式(XIII−1)で表される基であり、XIVが*−OCO−(ただし、「*」を付した結合手がRIIIと結合する。)である化合物は、例えば下記式(1−C)
で表される化合物とジニトロ塩化ベンゾイルとを反応させてジニトロ体を得た後、適当な還元系を用いて該ジニトロ体のニトロ基を還元(水素化)してアミノ基とすることにより得ることができる。また、上記式(1−C)において、メチレン基を所望のm値を有する基−(CH2)m−で置換した化合物を用いることにより、対応する所望化合物を得ることができる。
上記式(1)においてRIIIがメチレン基またはアルキレン基であり、XIIIが上記式(XIII−1)で表される基であり、XIVが酸素原子である化合物は、例えば上記式(1−A)で表される化合物を、塩化チオニルと反応させて酸クロリドとした後、RIIIとして所望のメチレン基またはアルキレン基の両末端にそれぞれ水酸基を有する化合物と反応させてモノアルコールとし、さらに該モノアルコールをフルオロジニトロフェノールと反応させて脱HFによってジニトロ体を得た後、適当な還元系を用いて該ジニトロ体のニトロ基を還元(水素化)してアミノ基とすることにより得ることができる。
上記式(1−37)〜(1−40)のそれぞれで表される化合物は、例えば所望の基RI、XI、RIIおよびXIIならびに数nを有する上記式(1−D)で表される化合物と塩化グリシジルとを反応させて中間体化合物を得て、次いで該中間体化合物と3,5−ビス(N,N−ジアリルアミノ)ヒドロキシベンゼンとを反応させてジアリル体を得た後、好ましくはテトラフェニルパラジウムの存在下にN,N−ジアリル基をアミノ基に変換することにより、得ることができる。
本発明における好ましいポリアミック酸を合成するためのジアミンとしては、上記式(1)で表される化合物のみを単独で用いてもよく、上記式(1)で表される化合物とその他のジアミンとを組み合わせて用いてもよい。
2,3−ジアミノピリジン、2,6−ジアミノピリジン、3,4−ジアミノピリジン、2,4−ジアミノピリミジン、5,6−ジアミノ−2,3−ジシアノピラジン、5,6−ジアミノ−2,4−ジヒドロキシピリミジン、2,4−ジアミノ−6−ジメチルアミノ−1,3,5−トリアジン、1,4−ビス(3−アミノプロピル)ピペラジン、2,4−ジアミノ−6−イソプロポキシ−1,3,5−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−メトキシ−1,3,5−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−フェニル−1,3,5−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−メチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−1,3,5−トリアジン、4,6−ジアミノ−2−ビニル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−5−フェニルチアゾール、2,6−ジアミノプリン、5,6−ジアミノ−1,3−ジメチルウラシル、3,5−ジアミノ−1,2,4−トリアゾール、6,9−ジアミノ−2−エトキシアクリジンラクテート、3,8−ジアミノ−6−フェニルフェナントリジン、1,4−ジアミノピペラジン、3,6−ジアミノアクリジン、ビス(4−アミノフェニル)フェニルアミン、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−エチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−フェニル−3,6−ジアミノカルバゾール、N,N’−ジ(4−アミノフェニル)−ベンジジン、下記式(D−I)および(D−II)
式(D−II)中、R6はピリジン、ピリミジン、トリアジン、ピペリジンおよびピペラジンよりなる群から選択される窒素原子を含む環構造を有する2価の有機基であり、X2は、それぞれ、2価の有機基であり、複数存在するX2はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。)
のそれぞれで表される化合物などの、分子内に2つの1級アミノ基および該1級アミノ基以外の窒素原子を有するジアミン;
下記式(D−III)
で表される化合物などのモノ置換フェニレンジアミン;
下記式(D−IV)
で表される化合物などのジアミノオルガノシロキサン;
下記式(D−1)〜(D−5)
のそれぞれで表される化合物などを挙げることができる。
本発明における好ましいポリアミック酸を合成するに際して上記式(1)で表される化合物とともに併用される他のジアミンとしては、上記のうちのp−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スルフィド、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’−ジトリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,7−ジアミノフルオレン、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、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、1,4−シクロヘキサンジアミン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、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、上記式(D−1)〜(D−5)のそれぞれで表される化合物、2,6−ジアミノピリジン、3,4−ジアミノピリジン、2,4−ジアミノピリミジン、3,6−ジアミノアクリジン、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−エチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−フェニル−3,6−ジアミノカルバゾール、N,N’−ジ(4−アミノフェニル)−ベンジジン、上記式(D−I)で表される化合物のうちの下記式(D−6)
本発明における好ましいポリアミック酸を合成するために用いられるジアミンは、上記式(1)で表される化合物を、全ジアミンに対して1モル%以上含むものであることが好ましく、20モル%以上含むものであることがより好ましく、特に50モル%以上含むものであることが好ましい。
本発明における好ましいポリアミック酸を合成するために用いられるジアミンは、さらに上記の如き他の特定ジアミンを含むことができるが、他の特定ジアミンの含有割合としては、全ジアミンに対して、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く、さらに50モル%以下であることが好ましい。
本発明における好ましいポリアミック酸の合成に用いられるジアミンは、上記式(1)で表される化合物のみからなるものであるか、あるいは上記式(1)で表される化合物および他の特定ジアミンのみからなるものであることが好ましい。
本発明における好ましいポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物と上記式(1)で表される化合物を含む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の使用割合は、ジアミン化合物に含まれるアミノ基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、さらに好ましくは0.3〜1.2当量となる割合である。
ポリアミック酸の合成反応は、好ましくは有機溶媒中において、好ましくは−20〜150℃、より好ましくは0〜100℃の温度条件下で行われる。反応時間は、好ましくは1〜240時間であり、より好ましくは2〜12時間である。ここで、有機溶媒としては、合成されるポリアミック酸を溶解できるものであれば特に制限はなく、例えば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などの非プロトン性極性溶媒;m−クレゾール、キシレノール、フェノール、ハロゲン化フェノールなどのフェノール性溶媒を挙げることができる。有機溶媒の使用量(a:ただし有機溶媒と後述の貧溶媒とを併用する場合には、それらの合計量をいう。)は、テトラカルボン酸二無水物およびジアミン化合物の合計量(b)が、反応溶液の全量(a+b)に対して0.1〜30重量%になるような量であることが好ましい。
ポリアミック酸を合成するに際して有機溶媒と上記の如き貧溶媒とを併用する場合、貧溶媒の使用割合は、有機溶媒と貧溶媒との合計に対して、好ましくは50重量%以下であり、より好ましくは10重量%以下である。
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を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよく、または単離したポリアミック酸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を単離したうえで脱水閉環反応に供してもよく、または単離したポリアミック酸を精製したうえで脱水閉環反応に供してもよい。
ポリアミック酸の単離は、上記反応溶液を大量の貧溶媒中に注いで析出物を得、この析出物を減圧下乾燥する方法、あるいは、反応溶液中の溶媒をエバポレーターで減圧留去する方法により行うことができる。また、このポリアミック酸を再び有機溶媒に溶解し、次いで貧溶媒で析出させる方法、あるいは、エバポレーターで減圧留去する工程を1回または数回行う方法により、ポリアミック酸を精製することができる。
本発明における好ましいポリイミドは、上記の如きポリアミック酸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。
上記ポリイミドの合成に用いられるテトラカルボン酸二無水物としては、上述したポリアミック酸の合成に用いられるテトラカルボン酸二無水物と同じ化合物を挙げることができる。好ましいテトラカルボン酸二無水物の種類およびその好ましい使用割合もポリアミック酸の場合と同様である。
本発明における好ましいポリイミドを合成するために用いられるジアミンとしては、上記のポリアミック酸の合成に用いられるジアミンと同じジアミンを挙げることができる。すなわち、本発明の液晶配向剤に含有されるポリイミドの合成に用いられるジアミンは、上記式(1)で表される化合物を含むものであり、上記式(1)で表される化合物のみを用いてもよく、上記式(1)で表される化合物と上記他のジアミンとを併用してもよい。好ましい他のジアミンの種類および各ジアミンの好ましい使用割合もポリアミック酸の場合と同様である。
本発明における好ましいポリイミドは、原料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が併存する部分イミド化物であってもよい。本発明におけるポリイミドは、イミド化率が20%以上であることが好ましく、40〜80%であることがより好ましい。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。このとき、イミド環の一部がイソイミド環であってもよい。イミド化率は、ポリイミドを適当な重水素化溶媒(例えば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を測定した結果から、下記数式(I)により求めることができる。
イミド化率(%)=(1−A1/A2×α)×100 (I)
(数式(I)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り、A2はその他のプロトン由来のピーク面積であり、αはポリイミドの前駆体(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。)
上記(i)のポリアミック酸を加熱する方法における反応温度は好ましくは50〜200℃であり、より好ましくは60〜170℃である。反応温度が50℃未満では脱水閉環反応が十分に進行せず、反応温度が200℃を超えると得られるポリイミドの分子量が低下することがある。反応時間は好ましくは1.0〜24時間であり、より好ましくは1.0〜12時間である。
一方、上記(ii)のポリアミック酸の溶液中に脱水剤およ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などの酸無水物を用いることができる。脱水剤の使用量は、所望するイミド化率によるが、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。また、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、トリエチルアミンなどの3級アミンを用いることができる。しかし、これらに限定されるものではない。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。イミド化率は上記の脱水剤、脱水閉環剤の使用量が多いほど高くすることができる。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。
本発明において上記ポリアミック酸およびポリイミドは、それぞれ、分子量が調節された末端修飾型の重合体であってもよい。末端修飾型の重合体を用いることにより、本発明の効果が損なわれることなく液晶配向剤の塗布特性などをさらに改善することができる。このような末端修飾型の重合体は、ポリアミック酸を合成する際に、分子量調節剤を重合反応系に添加することにより行うことができる。分子量調節剤としては、例えば酸一無水物、モノアミン化合物、モノイソシアネート化合物などを挙げることができる。
上記酸一無水物としては、例えば無水マレイン酸、無水フタル酸、無水イタコン酸、n−デシルサクシニック酸無水物、n−ドデシルサクシニック酸無水物、n−テトラデシルサクシニック酸無水物、n−ヘキサデシルサクシニック酸無水物などを;
上記モノアミン化合物としては、例えばアニリン、シクロヘキシルアミン、n−ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、n−ウンデシルアミン、n−ドデシルアミン、n−トリデシルアミン、n−テトラデシルアミン、n−ペンタデシルアミン、n−ヘキサデシルアミン、n−ヘプタデシルアミン、n−オクタデシルアミン、n−エイコシルアミンなど;
上記モノイソシアネート化合物としては、例えばフェニルイソシアネート、ナフチルイソシアネートなどを、それぞれ挙げることができる。
分子量調節剤の使用割合は、ポリアミック酸を合成する際に使用するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンの合計100重量部に対して好ましくは20重量部以下であり、より好ましくは5重量部以下である。
−溶液粘度−
以上のようにして得られるポリアミック酸またはポリイミドは、濃度10重量%の溶液としたときに、20〜800mPa・sの溶液粘度を持つものであることが好ましく、30〜500mPa・sの溶液粘度を持つものであることがより好ましい。
上記重合体の溶液粘度(mPa・s)は、当該重合体の良溶媒(例えばγ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドンなど)を用いて調製した濃度10重量%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。
本発明の液晶配向膜は、上記の如き特定重合体を必須成分として含有するが、必要に応じてその他の成分を含有していてもよい。かかるその他の成分としては、例えば特定重合体以外の重合体(以下、「他の重合体」という。)、分子内に少なくとも1つのエポキシ基を有する化合物(以下、「エポキシ化合物」という。)、官能性シラン化合物などを挙げることができる。
[その他の重合体]
上記他の重合体は、溶液特性および電気特性の改善のために使用することができる。かかる他の重合体は、上記の如き特定重合体以外の重合体であり、例えばテトラカルボン酸二無水物と上記式(1)で表される化合物を含まないジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸(以下、「他のポリアミック酸」という。)、該ポリアミック酸を脱水閉環してなるポリイミド(以下、「他のポリイミド」という。)、ポリアミック酸エステル、ポリエステル、ポリアミド、ポリシロキサン、セルロース誘導体、ポリアセタール、ポリスチレン誘導体、ポリ(スチレン−フェニルマレイミド)誘導体、ポリ(メタ)アクリレートなどを挙げることができる。これらのうち、他のポリアミック酸または他のポリイミドが好ましく、他のポリアミック酸がより好ましい。
他の重合体の使用割合としては、重合体の合計(上記特定重合体および他の重合体の合計をいう。以下同じ。)に対して好ましくは95重量%以下であり、より好ましくは50〜90重量%である。
上記エポキシ化合物としては、例えばエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、2,2−ジブロモネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,3,5,6−テトラグリシジル−2,4−ヘキサンジオール、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシレンジアミン、1,3−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N−ジグリシジル−ベンジルアミン、N,N−ジグリシジル−アミノメチルシクロヘキサンなどを好ましいものとして挙げることができる。これらエポキシ基含有化合物の配合割合は、重合体の合計100重量部に対して、好ましくは40重量部以下、より好ましくは0.1〜30重量部である。
上記官能性シラン化合物としては、例えば3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N−トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10−トリメトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、10−トリエトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、9−トリメトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、9−トリエトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリエトキシシランなどを挙げることができる。
これら官能性シラン化合物の配合割合は、重合体の合計100重量部に対して、好ましくは40重量部以下である。
本発明の液晶配向剤は、上記の如き特定重合体ならびに必要に応じて任意的に配合されるその他の添加剤が、好ましくは有機溶媒中に溶解含有されて構成される。
本発明の液晶配向剤に使用できる有機溶媒としては、ポリアミック酸の合成反応に用いられるものとして例示した溶媒を挙げることができる。また、ポリアミック酸の合成反応の際に併用することができるものとして例示した貧溶媒も適宜選択して併用することができる。かかる有機溶媒の好ましい例としては、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などを挙げることができる。これらは単独で使用することができ、または2種以上を混合して使用することができる。
特に好ましい固形分濃度の範囲は、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、スピンナー法による場合には1.5〜4.5重量%の範囲が特に好ましい。印刷法による場合には、固形分濃度を3〜9重量%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重量%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。
本発明の液晶配向剤は、光配向法により液晶配向膜を形成するために好適に使用することができる。
液晶配向膜を形成する方法としては、例えば液晶配向剤を基板上に塗付して塗膜を形成し、該塗膜に、偏光もしくは非偏光の紫外線を塗膜面に対して斜めから照射するか、または偏光紫外線を塗膜面に対して垂直方向から照射して塗膜に液晶配向能を付与する方法を挙げることができる。
まず、パターン状の透明導電膜が設けられた基板の透明導電膜側に、本発明の液晶配向剤を、例えばロールコーター法、スピンナー法、印刷法、インクジェット法などの適宜の塗布方法により塗布する。本発明の液晶配向剤は印刷性に優れるため、印刷法、特にオフセット印刷法を採用したときに本発明の有利な効果が最大限に発揮されることとなり、好ましい。塗布後、該塗布面を、予備加熱(プレベーク)し、次いで焼成(ポストベーク)することにより塗膜を形成する。プレベーク条件は、例えば40〜120℃において0.1〜5分であり、ポストベーク条件は、好ましくは120〜300℃、より好ましくは150〜250℃において、好ましくは5〜200分、より好ましくは10〜100分である。ポストベーク後の塗膜の膜厚は、好ましくは0.001〜1μmであり、より好ましくは0.005〜0.5μmである。
前記基板としては、例えばフロートガラス、ソーダガラスの如きガラス;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、ポリカーボネートの如きプラスチックなどからなる透明基板などを用いることができる。
前記透明導電膜としては、SnO2からなるNESA膜、In2O3−SnO2からなるITO膜などを用いることができる。これらの透明導電膜のパターニングには、フォト・エッチング法や透明導電膜を形成する際にマスクを用いる方法などが用いられる。
次いで塗膜に、偏光または非偏光の紫外線を照射することにより、液晶配向能を付与して前記塗膜は液晶配向膜となる。ここで、放射線としては、例えば150nm〜800nmの波長の光を含む紫外線および可視光線を用いることができるが、300nm〜400nmの波長の光を含む紫外線が好ましい。用いる放射線が偏光(直線偏光または部分偏光)している場合には、塗膜面に対して垂直方向から照射してもプレチルト角付与のために斜め方向から照射してもよい。一方、非偏光の放射線を照射する場合には、照射は塗膜面に対して斜め方向から行う必要がある。
照射放射線の光源としては、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、エキシマーレーザーなどを使用することができる。前記の好ましい波長領域の紫外線は、前記光源を、例えばフィルター、回折格子などと併用する手段などにより得ることができる。
放射線の照射量としては、好ましくは1J/m2以上10,000J/m2未満であり、より好ましくは10〜3,000J/m2である。なお、従来知られている液晶配向剤から形成された塗膜に光配向法により液晶配向能を付与する場合、10,000J/m2以上の放射線照射量が必要であった。しかし本発明の液晶配向剤を用いると、光配向法の際の放射線照射量が3,000J/m2以下、さらに1,000J/m2以下、さらには300J/m2以下であっても良好な液晶配向能を付与することができ、液晶表示素子の製造コストの削減に資する。
なお、本発明における「プレチルト角」とは、基板面と平行な方向からの液晶分子の傾きの角度を表す。
本発明の液晶表示素子は、本発明の液晶配向剤から形成された液晶配向膜を具備するものである。本発明の液晶表示素子は、例えば以下のようにして製造することができる。
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、この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、例えば以下の2つの方法が挙げられる。
第一の方法は、従来から知られている方法である。先ず、それぞれの液晶配向膜が対向するように間隙(セルギャップ)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を用いて貼り合わせ、基板表面およ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、注入孔を封止することにより、液晶セルを製造することができる。
第二の方法は、ODF(One Drop Fill)方式と呼ばれる手法である。液晶配向膜を形成した2枚の基板のうちの一方の基板上の所定の場所に例えば紫外光硬化性のシール剤を塗布し、さらに液晶配向膜面上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、次いで基板の全面に紫外光を照射してシール剤を硬化することにより、液晶セルを製造することができる。
いずれの方法による場合でも、次いで、液晶セルを、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。
そして、液晶セルの外側表面に偏光板を貼り合わせることにより、本発明の液晶表示素子を得ることができる。ここで、液晶配向膜が水平配向性である場合、液晶配向膜が形成された2枚の基板における、照射した直線偏光放射線の偏光方向のなす角度およびそれぞれの基板と偏光板との角度を調整することにより、TN型またはSTN型液晶セルを有する液晶表示素子を得ることができる。一方、液晶配向膜が垂直配向性である場合には、液晶配向膜が形成された2枚の基板における配向容易軸の方向が平行となるようにセルを構成し、これに、偏光板を、その偏光方向が配向容易軸と45°の角度をなすように貼り合わせることにより、垂直配向型液晶セルを有する液晶表示素子とすることができる。
前記液晶としては、例えばネマティック型液晶、スメクティック型液晶などを好ましく用いることができる。
TN型液晶セルまたはSTN型液晶セルの場合、正の誘電異方性を有するネマティック型液晶が好ましく、例えばビフェニル系液晶、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、キュバン系液晶などが用いられる。また前記液晶に、例えばコレステリルクロライド、コレステリルノナエート、コレステリルカーボネートなどのコレステリック液晶;商品名「C−15」、「CB−15」(メルク社製)として販売されているようなカイラル剤;p−デシロキシベンジリデン−p−アミノ−2−メチルブチルシンナメートなどの強誘電性液晶などを、さらに添加して使用してもよい。
一方、垂直配向型液晶セルの場合には、負の誘電異方性を有するネマティック型液晶が好ましく、例えばジシアノベンゼン系液晶、ピリダジン系液晶、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などが用いられる。
液晶セルの外側に使用される偏光板としては、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」と呼ばれる偏光膜を酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板、またはH膜そのものからなる偏光板などを挙げることができる。
かくして製造された本発明の液晶表示素子は、表示性能に優れ、高温条件下で長時間使用しても表示性能が劣化することがない。
以下の合成例は、必要に応じて下記の合成スケールで繰り返して実施することにより、以降の合成例および重合体の合成における必要量を確保した。
合成例1−1(化合物(1−4−1)の合成)
化合物(1−4−1)を、下記スキーム1
(1)化合物(1−4−1A)の合成
還流管、温度計および窒素導入管を備えた5Lの三口フラスコに、4−(4−ペンチルシクロヘキシル)ブロモベンゼン310g、酢酸パラジウム2.3g、トリ(o−トリル)ホスフィン12g、トリエチルアミン560mL、アクリル酸82mLおよびN,N−ジメチルアセトアミド2,000mLを仕込み、120℃で3時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物をろ過した。このろ液に酢酸エチルを10L加えて得た有機層を、希塩酸で2回および水で3回、順次に洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で溶媒を除去して得られた固体を酢酸エチルおよびテトラヒドロフランからなる混合溶媒から再結晶することにより、化合物(1−4−1A)の結晶を150g得た。
(2)化合物(1−4−1B)の合成
撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた500mLの三口フラスコに、上記で合成した化合物(1−4−1A)30g、3,5−ジニトロベンジルクロリド22g、炭酸カリウム42g、ヨウ化ナトリウム30gおよびN,N−ジメチルホルムアミド150mLを仕込み、60℃で8時間反応を行った。反応終了後、反応混合物にクロロホルム300mLを加えて得た有機層を水で3回洗浄し、次いで硫酸マグネシウムで乾燥した。該有機層を濃縮して析出した固体を回収し、これをエタノールで洗浄することにより、化合物(1−4−1B)の淡黄色の粉末を41g得た。
(3)化合物(1−4−1)の合成
撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた1Lの三口フラスコに、上記で合成した化合物(1−4−B)41g、塩化すず2水和物192gおよび酢酸エチル400mLを仕込んで4時間還流下に反応を行った。反応終了後、反応混合物をフッ化カリウム水溶液および水で順次に洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、次いで減圧にて溶媒を除去して得られた固体をエタノールから再結晶することにより、化合物(1−4−1)の淡黄色結晶を21g得た。
化合物(1−22−1)を、下記スキーム2
(1)化合物(1−22−1A)の合成
還流管、温度計および窒素導入管を備えた500mLの三口フラスコに、4−(4−(4,4,4−トリフルオロブトキシ)シクロヘキシル)ブロモベンゼン37g、酢酸パラジウム0.23g、トリ(o−トリル)ホスフィン1.2g、トリエチルアミン56mL、アクリル酸8.2mLおよびN,N−ジメチルアセトアミド200mLを仕込み、120℃で3時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物をろ過した。このろ液に酢酸エチルを1L加えて得た有機層を、希塩酸で2回および水で3回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて溶媒を除去して得られた固体を酢酸エチルおよびテトラヒドロフランからなる混合溶媒から再結晶することにより、化合物(1−22−1A)の結晶を18g得た。
(2)化合物(1−22−1B)の合成
撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた300mLの三口フラスコに、上記で合成した化合物(1−22−1A)18g、3,5−ジニトロベンジルクロリド11g、炭酸カリウム21g、ヨウ化ナトリウム15gおよびN,N−ジメチルホルムアミド75mLを仕込み、60℃で8時間反応を行った。反応終了後、反応混合物にクロロホルム150mLを加えて得た有機層を水で3回洗浄し、次いで硫酸マグネシウムで乾燥した。有機層を濃縮して析出した固体を回収し、これをエタノールで洗浄することにより、化合物(1−22−1B)の淡黄色の粉末を23g得た。
(3)化合物(1−22−1)の合成
撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた500mLの三口フラスコに、上記で合成した化合物(1−22−B)23g、塩化すず2水和物96gおよび酢酸エチル200mLを仕込んで4時間還流下に反応を行った。反応終了後、反応混合物をフッ化カリウム水溶液および水で順次に洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を除去して得られた固体をエタノールから再結晶することにより、化合物(1−22−1)の淡黄色結晶を10g得た。
化合物(1−10−1)を、下記スキーム3
(1)化合物(1−10−1A)の合成
還流管、温度計および窒素導入管を備えた500mLの三口フラスコに、化合物(1−10−1G)39g、酢酸パラジウム0.23g、トリ(o−トリル)ホスフィン1.2g、トリエチルアミン56mL、アクリル酸8.2mLおよびN,N−ジメチルアセトアミド200mLを仕込み、120℃で3時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物をろ過した。ろ液に酢酸エチルを1L加えて得た有機層につき、希塩酸で2回および水で3回順次に洗浄し、次いで硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて溶媒を除去して得られた固体を酢酸エチルおよびテトラヒドロフランからなる混合溶媒から再結晶することにより、化合物(1−10−1A)の結晶を19g得た。
(2)化合物(1−10−1B)の合成
撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた300mLの三口フラスコに、上記で合成した化合物(1−10−1A)19g、3,5−ジニトロベンジルクロリド11g、炭酸カリウム21g、ヨウ化ナトリウム15gおよびN,N−ジメチルホルムアミド75mLを仕込み、60℃で8時間反応を行った。反応終了後、反応混合物にクロロホルム150mLを加えて得た有機層を水で3回洗浄し、次いで硫酸マグネシウムで乾燥した。有機層を濃縮して析出した固体を回収し、これをエタノールで洗浄することにより、化合物(1−10−1B)の淡黄色の粉末を24g得た。
(3)化合物(1−10−1)の合成
撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた500mLの三口フラスコに、上記で合成した化合物(1−10−B)24g、塩化すず2水和物96gおよび酢酸エチル200mLを仕込んで4時間還流下に反応を行った。反応終了後、反応混合物をフッ化カリウム水溶液および水で順次に洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、次いで濃縮した後、エタノールから再結晶することにより、化合物(1−10−1)の淡黄色結晶を12g得た。
化合物(1−16−1)を、下記スキーム4
(1)化合物(1−16−1A)の合成
還流管および窒素導入管を備えた300mLのナスフラスコに化合物(1−16−1G)21g、塩化チオニル80mLおよびN,N−ジメチルホルムアミド0.1mLを仕込み、80℃で1時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物から減圧にて未反応の塩化チオニルを留去した後、塩化メチレン150mLを加えて得た有機層を水で3回洗浄した。この有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて溶媒を除去して一旦乾固させた後、テトラヒドロフランを400mL加えることにより、化合物(1−16−1A)を含有する溶液を得た。
(2)化合物(1−16−1B)の合成
滴下ロートおよび温度計を備えた1Lの三口フラスコに、p−ヒドロキシ桂皮酸16g、炭酸カリウム24g、テトラブチルアンモニウムブロミド0.87g、水200mLおよびテトラヒドロフラン100mLを仕込み、これを5℃以下に氷冷した。ここに上記で調製した化合物(1−16−1A)を含有する溶液の全量を3時間かけて滴下し、さらに1時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物に希塩酸を加えてpHを4以下とした後、トルエン3Lおよびテトラヒドロフラン1Lを加えて得た有機層を水で3回洗浄した。この有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて溶媒を除去し、得られた固体をエタノールおよびテトラヒドロフランからなる混合溶媒から再結晶することにより、化合物(1−16−1B)を21g得た。
(3)化合物(1−16−1C)の合成
撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた300mLの三口フラスコに、上記で合成した化合物(1−16−1B)21g、3,5−ジニトロベンジルクロリド11g、炭酸カリウム21g、ヨウ化ナトリウム15gおよびN,N−ジメチルホルムアミド75mLを仕込み、60℃で8時間反応を行った。反応終了後、反応混合物にクロロホルム300mLを加えて得た有機層を水で3回洗浄し、次いで硫酸マグネシウムで乾燥した。有機層を濃縮して析出した固体を回収し、これをエタノールで洗浄することにより、化合物(1−16−1C)の淡黄色の粉末を28g得た。
(4)化合物(1−16−1)の合成
撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた1Lの三口フラスコに、上記で合成した化合物(1−16−1C)26g、塩化すず2水和物96gおよび酢酸エチル200mLを仕込んで4時間還流下に反応を行った。反応終了後、反応混合物をフッ化カリウム水溶液および水で順次に洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、次いで濃縮した後、エタノールから再結晶することにより、化合物(1−16−1)の淡黄色結晶を12g得た。
上記合成例1−4において、化合物(1−16−1G)の代わりに下記式(1−16−2G)
化合物(1−6−1)を、下記スキーム5
(1)化合物(1−6−1A)の合成
滴下ロート、窒素導入管および温度計を備えた2Lの三口フラスコに2,4−ジニトロフェニル酢酸45.2g(0.2mol)および脱水テトラヒドロフラン300mLを仕込み、滴下ロートを用いて濃度1モル/Lのボラン・テトラヒドロフラン錯体のテトラヒドロフラン溶液600mLを2時間以上かけて滴下し、次いで室温にて3時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物に400mLの水をゆっくり加えた後、さらに酢酸エチルを加えて得た有機層につき、水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧にて溶媒を除去して乾固した後、展開溶媒として酢酸エチル:トルエン=1:1を用いたシリカカラムにより精製した後、さらに酢酸エチルおよびヘキサンからなる混合溶媒から再結晶することにより、化合物(1−6−1A)を38g得た。
(2)化合物(1−6−1B)の合成
窒素導入管を備えた500mLのナス型フラスコに、上記で得た化合物(1−4−1A)30g、化合物(1−6−1A)21g、N,N−ジメチルアミノピリジン1.2g、ジクロロメタン200mLおよびN−(3−ジメチルアミノプロピル)−N’−エチルカルボジイミド塩化水素酸塩を仕込み、氷冷下で1時間撹拌し、さらに室温にて一昼夜反応を行った。反応終了後、反応混合物を水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて溶媒を除去して乾固して得た固体を酢酸エチルおよびヘキサンからなる混合溶媒から再結晶することにより、化合物(1−6−1B)を45g得た。
(3)化合物(1−6−1)の合成
還流管、温度計および窒素導入管を備えた1Lの三口フラスコに、上記で合成した化合物(1−6−1B)45g、塩化すず2水和物203gおよび酢酸エチル500mLを仕込んで4時間還流下に反応を行った。反応終了後、反応混合物をフッ化カリウム水溶液および水で順次に洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、次いで濃縮した後、エタノールおよびテトラヒドロフランからなる混合溶媒から再結晶することにより、化合物(1−6−1)の淡黄色結晶を18g得た。
化合物(1−6−2)を、下記スキーム6
(1)化合物(1−6−2B)の合成
窒素導入管を備えた500mLのナス型フラスコに、化合物(1−6−2A)34g、上記合成例1−6におけるのと同様にしてで合成した化合物(1−6−1A)21g、N,N−ジメチルアミノピリジン1.2g、ジクロロメタン200mLおよびN−(3−ジメチルアミノプロピル)−N’−エチルカルボジイミド塩化水素酸塩を仕込み、氷冷下で1時間撹拌し、さらに室温で一昼夜反応を行った。反応終了後、反応混合物に水を加えて分液して得た有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて溶媒を除去して化合物(1−6−2B)を49g得た。
(3)化合物(1−6−2)の合成
還流管、温度計および窒素導入管を備えた1Lの三口フラスコに、上記で合成した化合物(1−6−2B)49g、塩化すず2水和物203gおよび酢酸エチル500mLを仕込んで4時間還流下に反応を行った。反応終了後、反応混合物をフッ化カリウム水溶液および水で順次に洗浄した。得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて溶媒を除去して得られた固体をエタノールおよびテトラヒドロフランからなる混合溶媒から再結晶することにより、化合物(1−6−2)の淡黄色結晶を20g得た。
化合物(1−41−1)を下記スキーム7
(1)化合物(1−41−1B)の合成
還流管および窒素導入管を備えた300mLのナスフラスコに化合物(1−4−1A)30g、塩化チオニル100mLおよびN,N−ジメチルホルムアミド0.1mLを加えて80℃で1時間反応を行った。反応終了後、反応混合物から減圧にて未反応の塩化チオニルを留去した後、塩化メチレン150mLを加えて得た有機層を水で3回洗浄した。この有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて溶媒を除去して一旦乾固させた後、テトラヒドロフランを200mL加えることにより、化合物(1−4−1A)と塩化チオニルとの反応物を含有する溶液を得た。
一方、上記とは別の500mL三口フラスコに、プロピレングリコール38g、トリエチルアミン11gおよびテトラヒドロフラン50mLを仕込んで5℃以下に氷冷した。次に、5℃以下に保ったまま上記化合物(1−4−1A)と塩化チオニルとの反応物を含有する溶液をゆっくりと滴下し、次いで室温にて1時間さらに撹拌して反応を行った。反応終了後、反応混合物に酢酸エチルを加えて得た有機層につき、1モル/Lの塩酸および水で順次に洗浄し、さらに硫酸マウネシウムで乾燥した後、減圧にて溶媒を除去して得た乾固物を酢酸エチルおよびヘキサンからなる混合溶媒を展開媒としたシリカカラムにより精製し、該当留分から溶媒を除去することにより、化合物(1−41−1B)を29g得た。
温度計および窒素導入管を備えた300mLの三口フラスコに、上記で得た(1−41−1B)29g、2,4−ジニトロフルオロベンゼン16gおよびトリエチルアミン16gを仕込んで室温で一昼夜撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物に酢酸エチル1Lを加えて得た有機層につき、希塩酸で1回および水で3回、順次に洗浄を行って硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて溶媒を除去して得た乾固物をエタノールから再結晶することにより、化合物(1−41−1C)を37g得た。
(4)化合物(1−41−1)の合成
還流管、温度計および窒素導入管を備えた1Lの三口フラスコに、上記で合成した化合物(1−41−1C)37g、塩化すず2水和物160gおよび酢酸エチル400mLを仕込んで4時間還流下に反応を行った。反応終了後、反応混合物をフッ化カリウム水溶液および水で順次に洗浄した。得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて溶媒を除去して得られた固体をエタノールで再結晶することにより、化合物(1−41−1)の淡黄色結晶を18g得た。
化合物(1−29−1)、(1−29−2)および(1−30−1)を、下記スキーム8
合成例1−9
(1)化合物(1−29−1B)の合成
還流管および窒素導入管を備えた200mLのナスフラスコに、上記合成例1−1と同様にして得た化合物(1−4−1A)の30g、塩化チオニル40mLおよびN,N−ジメチルホルムアミド0.1mLを仕込み、1時間還流下に反応を行った。反応終了後、反応混合物を減圧として低沸点物を除去して白色粉末を得た。この白色粉末をテトラヒドロフラン100mLに溶解し、これをA液とした。
一方、滴下ロート、窒素導入管および温度計を備えた500mLの三口フラスコに、1,3−プロパンジオール73mL、テトラヒドロフラン100mLおよびトリエチルアミン21mLを仕込んでこれを氷冷した。続いてここに、上記のA液を滴下ロートを用いて2時間かけて滴下した後、室温に戻してさらに2時間反応を行った。反応終了後、反応混合物に酢酸エチル600mLを加えて得た有機層につき、希塩酸で1回および水で3回順次に分液洗浄を行った後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で溶媒を除去することにより、化合物(1−29−1B)の白色固体を34g得た。
温度計および窒素導入管を備えた500mLの三口フラスコに、上記の化合物(1−29−1B)27g、2,4−ジニトロフルオロベンゼン15g、テトラヒドロフラン100mLおよびトリエチルアミン21mLを仕込み、40℃で9時間反応を行った。反応終了後、反応混合物に酢酸エチル300mLを加えて得た有機層につき、希塩酸で1回および水で3回順次に分液洗浄を行った後、減圧下に溶媒を除去して得られた白色固体をエタノールで洗浄することにより、化合物(1−29−1C)の白色粉末を33g得た。
(3)化合物(1−29−1)の合成
温度計および窒素導入管を備えた1Lの三口フラスコに、上記化合物(1−29−1C)32g、亜鉛粉末76g、塩化アンモニウム12.4g、エタノール200mLおよびテトラヒドロフラン200mLを仕込んだ後、ここに水35mLを1時間かけてゆっくり加え、そのまま室温で5時間反応を行った。反応終了後、反応混合物をろ過して得られたろ液に酢酸エチル750mLを加えて得た有機層につき、水で3回分液洗浄を行った後、エタノールを加えて混合溶液を得た。この混合溶液を減圧下に濃縮して析出した白色結晶を回収し、エタノールで洗浄することにより、化合物(1−29−1)の白色結晶を25g得た。
(1)化合物(1−29−2B)の合成
上記合成例1−1の(1)において、4−(4−ペンチルシクロヘキシル)ブロモベンゼンの代わりに4−(4−ヘプチルシクロヘキシル)ブロモベンゼン337gを使用したほかは合成例1−1の(1)と同様にして、化合物(1−4−3A)163gを得た。
さらに、合成例1−9の(1)において、化合物(1−4−1A)の代わりに上記で得た化合物(1−4−3A)29gを使用することにより、化合物(1−29−2B)を37g得た。
(2)化合物(1−29−2C)の合成
上記合成例1−9の(2)において化合物(1−29−1B)のかわりに上記で得た化合物(1−29−2B)の29gを使用することにより、化合物(1−29−2C)を36g得た。
(3)化合物(1−29−2)の合成
上記合成例1−9の(3)において化合物(1−29−1C)のかわりに上記で得た化合物(1−29−2C)の32gを使用することにより、化合物(1−29−2)を26g得た。
(1)化合物(1−30−1B)の合成
合成例1−9の(1)において、化合物(1−4−1A)の代わりに化合物(1−10−1A)38gを使用することにより、化合物(1−30−1B)を42g得た。
(2)化合物(1−30−1C)の合成
上記合成例1−9の(2)において化合物(1−29−1B)のかわりに上記で得た化合物(1−30−1B)の33gを使用することにより、化合物(1−30−1C)を39g得た。
(3)化合物(1−30−1)の合成
上記合成例1−9の(3)において化合物(1−29−1C)のかわりに上記で得た化合物(1−30−1C)の37gを使用することにより、化合物(1−30−1)を28g得た。
化合物(R−1)を、下記スキームR1
(1)化合物(R−1A)の合成
1Lのナス型フラスコに、4−ヒドロキシ安息香酸メチル91.3g、炭酸カリウム182.4gおよびN−メチル−2−ピロリドン320mLを仕込み、室温で1時間撹拌を行った後、1−ブロモペンタン99.7gを加え100℃で5時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物に水を加えて再沈殿を行った。この沈殿物を回収し、水酸化ナトリウム48gおよび水400mLを加えて3時間還流して加水分解反応を行った。反応終了後、反応混合物に塩酸を加えて中和し、生じた沈殿を回収してエタノールから再結晶することにより、化合物(R−1A)の白色結晶を102g得た。
(2)化合物(R−1B)の合成
上記で合成した化合物(R−1A)のうちの52gを反応容器にとり、これに塩化チオニル100mLおよびN,N−ジメチルホルムアミド0.2mLを加えて80℃で1時間撹拌下に反応を行った。次いで、反応混合物から減圧下で未反応の塩化チオニルを留去した後、塩化メチレンを加えて得た有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、濃縮し、さらにテトラヒドロフランを加えて溶液とした。
次に、上記とは別の2L三口フラスコに、4−ヒドロキシ桂皮酸37g、炭酸カリウム69g、テトラブチルアンモニウム2.4g、テトラヒドロフラン250mLおよび水500mLを仕込んだ。この水溶液を氷冷しつつ、ここに上記テトラヒドロフラン溶液をゆっくり滴下し、さらに2時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、反応混合物に塩酸を加えて中和し、酢酸エチルで抽出して得た有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下にて溶媒を除去して得た固体をエタノールから再結晶することにより、化合物(R−1B)の白色結晶を45g得た。
(3)化合物(R−1C)の合成
撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた500mLの三口フラスコに、上記で合成した化合物(R−1C)35g、3,5−ジニトロベンジルクロリド22g、炭酸カリウム42g、ヨウ化ナトリウム30gおよびN,N−ジメチルホルムアミド150mLを仕込み、60℃で8時間反応を行った。反応終了後、反応混合物にクロロホルムを300mL加えて得た有機層を水で3回洗浄し、次いで硫酸マグネシウムで乾燥した。有機層を濃縮して析出した固体を回収し、これをエタノールで洗浄することにより、化合物(R−1C)の淡黄色の粉末を45g得た。
(4)化合物(R−1)の合成
撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた1Lの三口フラスコに、上記で合成した化合物(R−1C)45g、塩化すず2水和物192gおよび酢酸エチル400mLを仕込んで4時間還流下に反応を行った。反応終了後、反応混合物をフッ化カリウム水溶液および水で順次に洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を除去して得られた固体をエタノールから再結晶することにより、化合物(R−1)の淡黄色結晶を22g得た。
化合物(R−2)を、下記スキームR2
還流管および窒素導入管を備えた300mLのナスフラスコに、化合物(1−4−1A)30g、塩化チオニル100mLおよびN,N−ジメチルホルムアミド0.1mLを加えて80℃で1時間反応を行った。反応終了後、反応混合物から減圧にて未反応の塩化チオニルを留去した後、塩化メチレン150mLを加えて得た有機層を水で3回洗浄した。この有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて溶媒を除去して一旦乾固させた後、テトラヒドロフランを200mL加えることにより、化合物(1−4−1A)と塩化チオニルとの反応物を含有する溶液を得た。
次に、上記とは別の500mL三口フラスコに、メタクリル酸ヒドロキシエチル13g、トリエチルアミン11gおよびテトラヒドロフラン50mLを加えて5℃以下に氷冷した。次に、5℃以下に保ったまま上記化合物(1−4−1A)と塩化チオニルとの反応物を含有する溶液をゆっくりと滴下して室温で1時間反応を行った。反応終了後、反応混合物に酢酸エチルを加えて得た有機層を、1M塩酸水および水で順次に洗浄し、硫酸マウネシウムで乾燥した後、減圧にて溶媒を除去した後、酢酸エチルおよびシクロヘキサンからなる混合溶媒を展開媒とするシリカカラムで精製し、さらに該当留分から減圧にて溶媒を除去することにより、化合物(R−2)を透明粘調液として40g得た。
[ポリアミック酸の合成]
合成例CPA−1
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)7.0gおよび上記合成例1−1で合成した化合物(1−4−1)13g(TCA1モルに対して1.0モルに相当する。)をN−メチル−2−ピロリドン80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(CPA−1)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は2,000mPa・sであった。
合成例CPA−2
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)6.9gおよび上記合成例1−6で合成した化合物(1−6−1)13.1g(TCA1モルに対して1.0モルに相当する。)をN−メチル−2−ピロリドン80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(CPA−2)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は1,800mPa・sであった。
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)6.2gおよび上記合成例1−3で合成した化合物(1−10−1)13.8g(TCA1モルに対して1.0モルに相当する。)をN−メチル−2−ピロリドン80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(CPA−3)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は2,100mPa・sであった。
合成例CPA−4
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)5.9gおよび上記合成例1−4で合成した化合物(1−16−1)14.1g(TCA1モルに対して1.0モルに相当する。)をN−メチル−2−ピロリドン80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(CPA−4)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は2,200mPa・sであった。
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)6.1gおよび上記合成例1−5で合成した化合物(1−16−2)13.9g(TCA1モルに対して1.0モルに相当する。)をN−メチル−2−ピロリドン80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(CPA−5)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は2,200mPa・sであった。
合成例CPA−6
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)6.4gおよび上記合成例1−2で合成した化合物(1−22−1)13.6g(TCA1モルに対して1.0モルに相当する。)をN−メチル−2−ピロリドン80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(CPA−6)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は2,100mPa・sであった。
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)6.8g、上記合成例1−6で合成した化合物(1−6−1)12.4g(TCA1モルに対して0.95モルに相当する。)および上記式(D−10)で表される化合物0.8gをN−メチル−2−ピロリドン80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(CPA−7)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は1,900mPa・sであった。
合成例CPA−8
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)6.4gおよび上記合成例1−7で合成した化合物(1−6−2)13.6g(TCA1モルに対して1.0モルに相当する。)をN−メチル−2−ピロリドン80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(CPA−8)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は1,700mPa・sであった。
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)6.5gおよび上記合成例1−8で合成した化合物(1−41−1)13.5g(TCA1モルに対して1.0モルに相当する。)をN−メチル−2−ピロリドン80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(CPA−9)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は2,300mPa・sであった。
合成例CPA−10
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)6.5gおよび上記合成例1−9で合成した化合物(1−29−1)14g(TCA1モルに対して1.0モルに相当する。)をN−メチル−2−ピロリドン80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(CPA−10)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は2,200mPa・sであった。
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)6.3gおよび上記合成例1−10で合成した化合物(1−29−2)14g(TCA1モルに対して1.0モルに相当する。)をN−メチル−2−ピロリドン80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(CPA−11)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は2,100mPa・sであった。
合成例CPA−12
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)5.8gおよび上記合成例1−11で合成した化合物(1−30−1)14g(TCA1モルに対して1.0モルに相当する。)をN−メチル−2−ピロリドン80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(CPA−12)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は2,000mPa・sであった。
合成例CPI−1
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)2.4gおよび上記合成例1−1で合成した化合物(1−4−1)4.6g(TCA1モルに対して1.0モルに相当する。)をN−メチル−2−ピロリドン28gに溶解し、60℃で4時間反応を行い、ポリアミック酸を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は2,000mPa・sであった。
次いで、上記ポリアミック酸溶液にN−メチル−2−ピロリドン65g、ピリジン0.9gおよび無水酢酸1.0gを加えて110℃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N−メチル−2−ピロリドンで溶媒置換(この溶媒置換操作により、脱水閉環反応に使用したピリジンおよび無水酢酸を系外に除去した。)することにより、イミド化率約47%のポリイミド(CPI−1)を15重量%含有する溶液約45gを得た。
このポリイミド溶液を少量分取し、減圧にて溶媒を除去した後γ−ブチロラクトンに溶解した重合体濃度8.0重量%の溶液につき、25℃において測定した溶液粘度は24mPa・sであった。
[他のポリアミック酸の合成]
合成例PA−1
テトラカルボン酸二無水物としてピロメリット酸二無水物109g(0.50モル)および1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物98g(0.50モル)ならびにジアミンとして4,4−ジアミノジフェニルエーテル200g(1.0モル)をN−メチル−2−ピロリドン2,290gに溶解し、40℃で3時間反応を行った後、N−メチル−2−ピロリドン1,350gを追加することにより、ポリアミック酸(PA−1)を10重量%含有する溶液約3,590gを得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は210mPa・sであった。
合成例PA−2
テトラカルボン酸二無水物として1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物98g(0.50モル)およびピロメリット酸二無水物109g(0.50モル)ならびにジアミンとして4,4’−ジアミノジフェニルメタン198g(1.0モル)をN−メチル−2−ピロリドン2,290gに溶解し、40℃で3時間反応を行った後、N−メチル−2−ピロリドン1,350gを追加することにより、ポリアミック酸(PA−2)を10重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は135mPa・sであった。
テトラカルボン酸二無水物として1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物196g(1.0モル)およびジアミンとして4,4’−ジアミノジフェニルエーテル200g(1.0モル)をN−メチル−2−ピロリドン2,246gに溶解し、40℃で4時間反応を行った後、N−メチル−2−ピロリドン1,321gを追加することにより、ポリアミック酸(PA−3)を10重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は220mPa・sであった。
合成例PA−4
テトラカルボン酸二無水物として1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物196g(1.0モル)およびジアミンとして2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル212g(1.0モル)をN−メチル−2−ピロリドン3,670gに溶解し、40℃で3時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(PA−4)を10重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は170mPa・sであった。
テトラカルボン酸二無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物224g(1.0モル)およびジアミンとして4,4’−ジアミノジフェニルエーテル200g(1.0モル)をN−メチル−2−ピロリドン2,404gに溶解し、40℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(PA−5)を含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液を少量分取し、N−メチル−2−ピロリドンを加えて濃度10重量%の溶液として測定した溶液粘度は190mPa・sであった。
合成例PA−6
テトラカルボン酸無水物として2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)6.5gおよび上記比較合成例1で合成した化合物(R−1)13.5g(TCA1モルに対して1.0モルに相当する。)をN−メチル−2−ピロリドン80gに溶解し、60℃で4時間反応を行うことにより、ポリアミック酸(PA−6)を20重量%含有する溶液を得た。このポリアミック酸溶液の溶液粘度は2,000mPa・sであった。
合成例PMA−1
攪拌棒、三方コックおよび温度計を装着した四つ口フラスコに、モノマーとして上記比較合成例2で得た化合物(R−2)を10g仕込み、さらに溶媒としてジエチレングリコールエチルメチルエーテル20g、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)0.5gおよび分子量調整剤としてα−メチルスチレンダイマー0.2gを添加した。これを窒素気流で約10分間バブリングして系内の窒素置換を行った後、窒素雰囲気下、70℃で5時間反応を行うことにより、重合体(PMA−1)を32重量%含有する溶液を得た。重合体(PMA−1)につき、以下の条件のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によりポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を測定し、分子量分布(Mw/Mn)を求めたところ、Mw=24,000、Mw/Mn=2.4であり、残留モノマーに起因するピークは認められなかった。
GPC測定装置:東ソー(株)製、「HLC−8020」
カラム:東ソー(株)製のカラムTSK guardcolum α、TSK gel α−MおよびTSK gel α−2500を直列に接続して使用
溶媒:ジメチルホルムアミド3Lに対して臭化リチウム・一水和物9.4gおよびリン酸1.7gを溶解した溶液 測定温度:35℃
標準物質:単分散ポリスチレン
実施例1
[液晶配向剤の調製]
(1)印刷性評価用液晶配向剤の調製
特定重合体として上記合成例CPA−1で得たポリアミック酸(CPA−1)を含有する溶液および他の重合体として上記合成例PA−1で得たポリアミック酸(PA−1)を含有する溶液を、これらに含有される重合体の量の比がCPA−1:PA−1=20:80(重量比)となるように混合し、さらにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)およびブチルセロソルブ(BC)を加え、溶媒組成がNMP:BC=50:50(重量比)、固形分濃度が7重量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターを用いてろ過することにより、印刷性評価用液晶配向剤(P−1)を調製した。
(2)液晶表示素子製造用液晶配向剤の調製
上記印刷性評価用液晶配向剤の調製において、固形分濃度が4重量%となるようにしたほかは印刷性評価用液晶配向剤の調製と同様に実施して、液晶表示素子製造用液晶配向剤(A−1)を調製した。
[液晶配向剤の評価]
上記で調製した2種類の液晶配向剤を用いて、以下のように評価を行った。評価結果は表2に示した。
I.印刷性の評価
上記で調製した印刷性評価用液晶配向剤(P−1)を、液晶配向膜印刷機(日本写真印(株)製)を用いてITO膜からなる透明電極付きガラス基板の透明電極面に塗布し、80℃で1分間加熱(プレベーク)して溶媒を除去した後、200℃で60分間加熱(ポストベーク)することにより、膜厚60nmの塗膜を形成した。この塗膜につき、目視観察および倍率2.5倍の顕微鏡による観察により、印刷ムラおよびピンホールの有無を調べた。ここで、
目視観察および顕微鏡観察の双方において印刷ムラおよびピンホールの双方とも観察されなかった場合は印刷性「優良」、
目視観察では印刷ムラおよびピンホールの双方とも観察されなかったが、顕微鏡観察においては印刷ムラおよびピンホールのうちの少なくとも一方が観察された場合は印刷性「良好」、
目視観察により印刷ムラおよびピンホールのうちの少なくとも一方が観察された場合は印刷性「不良」
として評価した。
(1)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表示素子製造用液晶配向剤(A−1)をスピンナーにより塗布し、80℃のホットプレートで1分間プレベークを行った後、庫内を窒素置換したオーブン中で200℃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ランプおよ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200J/m2を、基板法線から40°傾いた方向から照射して液晶配向膜とした。同じ操作を繰り返して、液晶配向膜を有する基板を1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5.5μm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、1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した。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150℃まで加熱してから室温まで徐冷した。
次に両基板の各外側面に、偏光板を、その偏光方向が互いに直交し、かつ、液晶配向膜の紫外線の光軸の基板面への照射方向と45°の角度をなすように貼り合わせることにより、液晶表示素子を製造した。
(2−1)液晶配向性の評価
上記で製造した液晶表示素子につき、室温にて5Vの電圧をON・OFF(印加・解除)したときの明暗の変化における異常ドメインの有無を、光学顕微鏡により観察した。異常ドメインが観察されなかった場合を液晶配向性(垂直配向性)が「良」であるとして評価した。
(2−2)プレチルト角の評価
上記で製造した液晶表示素子につき、非特許文献1(T.J.Scheffer et.al.J.Appl.Phys.,vol.48,p1789(1977))および非特許文献2(F.Nakano et.al.JPN.J.Appl.Phys.,vol.19,p2013(1980))に記載の方法に準拠し、He−Neレーザー光を用いる結晶回転法によりプレチルト角を測定した。
(2−3)電圧保持率の評価
上記で製造した液晶表示素子につき、60℃の環境温度で5Vの電圧を60マイクロ秒の印加時間、167ミリ秒のスパンで印加した後、印加解除から167ミリ秒後の電圧保持率を測定した。測定装置は(株)東陽テクニカ製、型式「VHR−1」を使用した。
(2−4)高温プレチルト角安定性の評価
上記で製造した液晶表示素子を70℃にて30日間保管した後、上記(2−2)と同様にして再度プレチルト角を測定した。この測定値につき、初期値からの変化量が1°未満であった場合に高温プレチルト角安定性は「良」であるとし、1°以上であった場合に高温プレチルト角安定性は「不良」であるとして評価した。
上記実施例1において、特定重合体および他の重合体の種類および量が、それぞれ表1に記載のとおりとなるようにしたほかは実施例1と同様にして、印刷性評価用液晶配向剤(P−2)〜(P−16)および(P−18)〜(P−21)ならびに液晶表示素子製造用液晶配向剤(A−2)〜(A−16)および(A−18)〜(A−21)をそれぞれ調製し、評価した。なお、実施例13においては、他の重合体を使用せず、特定重合体のみを使用した。
評価結果は表2に示した。
上記実施例1において、N−メチル−2−ピロリドンおよびブチルセロソルブを加えた後に、さらにエポキシ化合物として下記式(E−1)
評価結果は表2に示した。
上記実施例1において、特定重合体を使用せず、表1に示したように2種類の他の重合体を使用したほかは実施例1と同様にして、印刷性評価用液晶配向剤(RP−1)および液晶表示素子製造用液晶配向剤(RA−1)をそれぞれ調製し、評価した。
評価結果は表2に示した。
比較例2
上記比較合成例PMA−1で得たポリメタアクリレート(PMA−1)を含有する溶液に、N−メチル−1−ピロリドン(NMP)およびブチルセロソルブを加えて、溶媒組成がNMP/ブチルセロソルブ/γ−ブチロラクトン/ジエチレングリコールエチルメチルエーテル=23/50/25/2(重量比)、固形分濃度が7.0重量%の印刷性評価用液晶配向剤(RP−2)および固形分濃度が3.5%の液晶表示素子製造用液晶配向剤(RA−2)をそれぞれ調製し、評価した。評価結果は表2に示した。
Claims (6)
- ポリアミック酸およびポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1種の重合体、ただし前記重合体はその分子内の少なくとも一部に下記式(0)
で表される基を有する、を含有することを特徴とする、液晶配向剤。 - 前記重合体が、テトラカルボン酸二無水物と、下記式(1)
で表される化合物を含むジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸および該ポリアミック酸を脱水閉環してなる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。 - 請求項1または2に記載の液晶配向剤から形成された液晶配向膜を具備することを特徴とする、液晶表示素子。
- テトラカルボン酸二無水物と、上記式(1)で表される化合物を含むジアミンと、を反応させて得られるポリアミック酸。
- テトラカルボン酸二無水物と、上記式(1)で表される化合物を含むジアミンと、を反応させて得られるポリアミック酸を脱水閉環してなるポリイミド。
- 上記式(1)で表される化合物。
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