JP5206413B2 - ケイ素系液晶配向剤及び液晶配向膜 - Google Patents
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Description
例えば、良好な垂直配向性を得る液晶配向膜として、ポリアミック酸及び/又はポリイミドに長鎖アルキル鎖を導入する手法(例えば、特許文献1参照。)、環状置換基を導入する手法等が提案されている。(例えば、特許文献2参照。)
さらに、高く安定な垂直配向性を実現させるためには、多量の長鎖アルキル基を導入し、膜を撥水化して表面エネルギーを低下させる必要があるといわれている。
最近では、ビジネス用途及びホームシアター用の液晶プロジェクタ(第3の薄型テレビと言われるリアプロTV)用の光源として、照射強度の強いメタルハライドランプが用いられており、従来用いられてきた有機ポリマーからなる液晶配向膜材料以外で、高耐熱性だけでなく高耐光性を有するその他の液晶配向膜材料が必要になってきている。その解決策の一つとして、無機ポリマーをベースにした液晶配向膜材料を本用途に適用することが提案されている。
素子の信頼性の一つとして、素子の電気的な信頼性が挙げられる。従来のTFT型液晶表示素子の信頼性、特に電気的な信頼性は、液晶表示素子の30ヘルツ動作に対応した電圧保持率やその温度特性によって確認されていたが、このような測定方法では微小な差を検出することが困難であり、上記の課題を解決できるものではなかった。
素子のもう一つの信頼性として、素子の製造時の信頼性が挙げられる。つまり、液晶表示素子の信頼性は、モニター、テレビ等の表示特性に対する信頼性だけではなく、製造工程における歩留まり向上に直接影響するため、非常に重要となっている。
しかし、導入する長鎖アルキル基の量が多くなるほど、塗布性が悪くなるという問題がある。また、長鎖アルキル基を含有するアルコキシシランの導入量が多くなるほど膜の緻密性が低下し、硬度が低下することによる表示不良、トンネル電流による表示短絡、といった悪影響をおよぼす。
そこで、上記課題を解決できる、垂直配向用で、印刷性等の塗布性に優れた、無機ポリマーをベースにした液晶配向膜材料に対する要求が高まってきている。
即ち、本発明は下記の要旨を有する。
1.下記のポリシロキサン(A)及びグリコール化合物(B)を含有し、前記グリコール化合物(B)が、前記ポリシロキサン(A)を得るために使用した全アルコキシシランのケイ素原子をSiO 2 に換算した合計の100質量部に対して、2.5〜19,800質量部含有することを特徴とする液晶配向剤。
ポリシロキサン(A):下記式(1)で表されるアルコキシシランのうちの少なくとも一種を含むアルコキシシランを重縮合することで得られるポリシロキサン。
R1 nSi(OR2)4−n (1)
(R1は炭素原子数7〜30の有機基であり、R2は炭素原子数1〜5の炭化水素基を表し、nは1〜3の整数を表す)
グリコール化合物(B):ヒドロキシ基及び水素原子が結合した炭素原子を2個有し、かつ前記した2個の炭素原子が、ヘテロ原子を含んでもよい脂肪族基を介して結合した構造を有し、連続した炭素原子の数が3〜6であるグリコール化合物。
2.更に、下記の溶媒(C)を含有する請求項1に記載の液晶配向剤。
溶媒(C):ヒドロキシ基を有する溶媒であって、上記1で定義したグリコール化合物(B)とは異なる化合物である溶媒。
3.ポリシロキサン(A)が、式(1)で表されるアルコキシシランを、全アルコキシシラン中に0.1〜30モル%含有するアルコキシシランを重縮合して得られるポリシロキサンである上記1又は2に記載の液晶配向剤。
4.ポリシロキサン(A)が、式(1)に示すアルコキシシランを少なくとも1種以上及び式(2)に示すアルコキシシランを少なくとも1種以上を併用したアルコキシシランを重縮合して得られるポリシロキサンである上記1〜3のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
R3 mSi(OR4)4−m (2)
(R3は水素原子、ハロゲン原子又は炭素原子数1〜6の有機基を表し、R4は炭素原子数1〜5の炭化水素基を表し、mは0〜3の整数を表す。)
5.グリコール化合物(B)が1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,3−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、及びジプロピレングリコールからなる群から選ばれる少なくとも1種以上である上記1〜4のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
6.液晶配向剤中のポリシロキサン(A)が、ポリシロキサン(A)を得るために使用した全アルコキシシランのケイ素原子をSiO2に換算したSiO2換算濃度が、0.5〜20質量%である上記1〜5のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
7.上記1〜6のいずれか1項に記載の液晶配向剤を用いて得られる液晶配向膜。
8.上記7に記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
<ポリシロキサンA>
本発明で用いるポリシロキサン(A)は、下記式(1)で表されるアルコキシシランを必須成分とするアルコキシシランを重縮合することで得られる。
R1 nSi(OR2)4−n (1)
(R1は炭素原子数7〜30の有機基であり、R2は炭素原子数1〜5の炭化水素基を表し、nは1〜3の整数を表す。)
式(1)におけるR1(以下、第1の有機基ともいう)は、好ましくは8〜20、特に好ましくは8〜18であり、ポリシロキサン(A)が該第1の有機基を有することにより、液晶を一方向に配向させる効果を奏する。
例えば、ヘプチルトリメトキシシラン、ヘプチルトリエトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、ドデシルトリエトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、ヘキサデシルトリエトキシシラン、ヘプタデシルトリメトキシシラン、ヘプタデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、ノナデシルトリメトキシシラン、ノナデシルトリエトキシシラン、ウンデシルトリエトキシシラン、ウンデシルトリメトキシシラン、21−ドコセニルトリエトキシシラン、アリロキシウンデシルトリエトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリエトキシシラン、イソオクチルトリエトキシシラン、フェネチルトリエトキシシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルトリメトキシシラン、N−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、N−(トリエトキシシリルプロピル)ダンシリアミド、スチリルエチルトリエトキシシラン、(R)−N−1−フェニルエチル−N’−トリエトキシシリルプロピルウレア、(1−ナフチル)トリエトキシシラン、(1−ナフチル)トリメトキシシラン、m−スチリルエチルトリメトキシシラン、p−スチリルエチルトリメトキシシラン、N−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]フタルアミック酸、1−トリメトキシシリル−2−(p−アミノメチル)フェニルエタン、1−トリメトキシシリル−2−(m−アミノメチル)フェニルエタン、ベンゾイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(4−メトキシフェノキシ)プロピルトリメトキシシラン、N−トリエトキシシリルプロピルキニンウレタン、3−(N−シクロヘキシルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、1−[(2−トリエトキシシリル)エチル]シクロヘキサン−3,4−エポキシド、N−(6−アミノヘキシル)アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノエチルアミノメチルフェネチルトリメトキシシラン、11―ブロモウンデシルトリメトキシシラン、2−(ジフェニルフォスフィノ)エチルトリエトキシシラン、N−(3−メタクリロキシ−2−ヒドロキシプロピル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(3−アクリロキシ−2−ヒドロキシプロピル)−3−アミノ−プロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。式(1)で表されるアルコキシシランとしては、ドデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリエトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、又はオクチルトリメトキシシランが好ましい。
また、本発明においては、式(1)で表されるアルコキシシラン以外のアルコキシシランを併用することができる。特に、基板との密着性、液晶分子との親和性改善等を目的として、本発明の効果を損なわない限りにおいて、上記第1の有機基とは異なる基(以下、第2の有機基ともいう)を有するアルコキシシランを併用することができる。
本発明に用いるポリシロキサン(A)は、第2の有機基を一種又は複数種有していてもよい。
上記第2の有機基を有するアルコキシシランとしては、下記式(2)で表されるアルコキシシランが挙げられる。
R3 mSi(OR4)4−m (2)
(R3は水素原子、ハロゲン原子又は炭素原子数1〜6の有機基を表し、R4は炭素原子数1〜5の炭化水素基を表し、mは0〜3の整数を表す。)
式(2)のアルコキシシランにおいて、mが0であるアルコキシシランは、テトラアルコキシシランを表す。テトラアルコキシシランは、式(1)で表されるアルコキシシランと縮合し易いので、ポリシロキサン(A)を得るためには好ましい。式(2)においてmが0であるアルコキシシランの具体例としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられるが、なかでもテトラメトキシシラン、テトラエトキシシランが好ましい。
また、式(2)のR3が炭素原子数1〜6の有機基である場合、上述した第二の有機基と同じ基を表す。従って、この場合のR3の例は、上記の第二の有機基として記載したと同じである。
m=1の場合、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、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、N−2(アミノエチル)3−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、3−(2−アミノエチルアミノプロピル)トリメトキシシラン、3−(2−アミノエチルアミノプロピル)トリエトキシシラン、2−アミノエチルアミノメチルトリメトキシシラン、2−(2−アミノエチルチオエチル)トリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトメチ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、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、クロロプロピルトリエトキシシラン、ブロモプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン等が挙げられる。
上記した式(2)で表されるアルコキシシランを用いる場合、1種でも複数種でも適宜必要に応じて用いることができる。
本発明においては、上記反応に用いる水の量は、所望により適宜選択することができるが、通常、アルコキシシラン中の全アルコキシ基の0.5〜2.5倍モルである。
ポリシロキサン(A)を得る際に、アルコキシシランを複数種用いる場合は、アルコキシシランをあらかじめ混合した混合物として混合してもよいし、複数種のアルコキシシランを順次混合してもよい。
本発明においては、上記した方法で得られた重合溶液をそのままポリシロキサン(A)の溶液としてもよいし、必要に応じて、上記した方法で得られた溶液を、濃縮したり、溶媒を加えて希釈したり又は他の溶媒に置換して、ポリシロキサン(A)の溶液としてもよい。
その際、用いる溶媒(以下、添加溶媒ともいう)は、重縮合に用いたと同じ溶媒でもよいし、別の溶媒でもよい。この溶媒は、ポリシロキサン(A)が均一に溶解している限りにおいて特に限定されず、一種でも複数種でも任意に選択して用いることができる。
本発明においては、上記のようにして得られるポリシロキサン(A)の溶液を、1種用いてもよいし、複数種を用いてもよい。
本発明で用いるグリコール化合物(B)は、ヒドロキシ基及び水素原子が結合した炭素原子を2個有し、かつ前記した2個の炭素原子が、ヘテロ原子を含んでもよい脂肪族基を介して結合した構造を有し、連続した炭素原子の数が3〜6であり、好ましくは3〜5であり、特に好ましくは3又は4であるグリコール化合物である。グリコール化合物(B)がヘテロ原子を含んでいる場合は、ヘテロ原子を除く連続した炭素原子の数が3〜6であるグリコール化合物を意味する。例えば、ジエチレングリコールは、連続した炭素数は、4であり、グリコール化合物(B)の特に好ましい具体例である。
本発明においては、ヒドロキシ基を有する溶媒であってグリコール化合物(B)とは異なる構造の化合物である溶媒(C)を用いることもできる。
溶媒(C)の具体例としては、メタノール、エタノール、2−プロパノール、ブタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、2,3−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール等のグリコール類。エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールエーテル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、エチレングリコールモノトリルエーテルアセテート等のグリコールエーテルアセテート類が挙げられる。溶媒(C)としては、なかでも、エタノール、ヘキシレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテルが好ましい。
これらの溶媒(C)は、液晶配向剤の粘度の調整、又はスピンコート、フレキソ印刷、インクジェット等で液晶配向剤を基板上に塗布する際の塗布性を向上できる。
本発明においては、本発明の効果を損なわない限りにおいて、ポリシロキサン(A)、グリコール化合物(B)及び溶媒(C)以外のその他の成分、例えば、無機微粒子、メタロキサンオリゴマー、メタロキサンポリマー、レベリング剤、更に界面活性剤等の成分が含まれていてもよい。
無機微粒子の分散媒としては、水及び有機溶剤を挙げることができる。コロイド溶液としては、被膜形成用塗布液の安定性の観点から、pH又はpKaが1〜10に調整されていることが好ましい。より好ましくは2〜7である。
また、ポリシロキサン(A)に、上記したその他の成分を混合する方法は、ポリシロキサン(A)の溶液及びグリコール化合物(B)と同時でも、それらの混合後であってもよく、特に限定されない。
本発明の液晶配向剤を調製する方法は特に限定されない。ポリシロキサン(A)及びグリコール化合物(B)、さらに必要に応じて溶媒(C)及び/又はその他の成分が均一に混合した状態であればよい。
液晶配向剤を調製する際、ポリシロキサン(A)は、液晶配向剤中において、ポリシロキサン(A)を得るために使用した全アルコキシシランのケイ素原子をSiO2に換算したSiO2換算濃度が、0.5〜20質量%、好ましくは0.5〜15質量%、特に好ましくは0.5〜8質量%である。このようなSiO2換算濃度範囲であれば、一回の塗布で所望の膜厚を得易く、充分な溶液のポットライフが得られ易い。
なお、その際、SiO2換算濃度の調整に用いる溶媒は、ポリシロキサン(A)の重合溶媒、添加溶媒及びグリコール化合物(B)からなる群から選ばれる溶媒を用いることができる。
本発明の液晶配向剤は、基板に塗布した後、乾燥・焼成を行うことで、硬化膜とすることができる。
液晶配向剤の塗布方法としては、スピンコート法、印刷法、インクジェット法、スプレー法、ロールコート法などが挙げられるが、生産性の面から工業的には転写印刷法が広く用いられており、本発明の液晶配向剤も好適に用いられる。
液晶配向剤を塗布した後の乾燥の工程は、必ずしも必要とされないが、塗布後から焼成までの時間が基板ごとに一定していない場合、又は塗布後ただちに焼成されない場合には、乾燥工程を含める方が好ましい。この乾燥は、基板の搬送等により塗膜形状が変形しない程度に溶媒が除去されていればよく、その乾燥手段については特に限定されない。例えば、温度40℃〜150℃、好ましくは60℃〜100℃のホットプレート上で、0.5〜30分、好ましくは1〜5分乾燥させる方法が挙げられる。
上記の如き方法で形成された本発明の液晶配向膜は、ポリシロキサン(A)が有する特定有機基が、液晶配向膜の表面層付近に偏在した構造であることが考えられる。このことは、本発明の液晶配向膜の水接触角を測定することで確認することができる。このことは、本発明の液晶配向剤の成分であるグリコール化合物(B)の効果によるものと推定され、液晶配向剤にグリコール化合物(B)が含まれる場合は、グリコール化合物(B)を含まない場合に比べて、水接触角を高くすることができる。
更に、該液晶配向膜を有する表示素子は、液晶配向剤に含まれるグリコール化合物(B)の作用により、ポリシロキサン(A)が有する特定有機基の含有量を少なくすることができ、その結果、表示素子の蓄積電荷の絶対値を小さくすることができると考えられる。
本発明の液晶表示素子は、上記した方法により、基板に液晶配向膜を形成した後、公知の方法で液晶セルを作成して得ることができる。液晶セル作成の一例を挙げると、液晶配向膜が形成された1対の基板を、スペーサーを挟んで、シール剤で固定し、液晶を注入して封止する方法が一般的である。その際、用いるスペーサーの大きさは1〜30マイクロメートルであるが、好ましくは2〜10マイクロメートルである。
液晶表示素子に用いる基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されないが、通常は、基板上に液晶を駆動するための透明電極が形成された基板である。
透過型の液晶素子の場合は、上記の如き基板を用いることが一般的であるが、反射型の液晶表示素子では、片側の基板のみにならばシリコンウエハー等の不透明な基板も用いることが可能である。その際、基板に形成された電極には、光を反射するアルミニウムの如き材料を用いることもできる。
これまで述べたように、本発明の液晶配向剤を用いて得られる液晶配向膜は、緻密性が高く、高硬度で、膜の撥水性が高く、且つ良好な液晶垂直配向性を示すと共に、且つ均一性に優れた液晶配向膜を得ることができる。更に上記液晶配向膜を用いて作成した素子は、蓄積電荷特性が良好である。
本実施例における略語の説明。
TEOS:テトラエトキシシラン
C8:オクチルトリエトキシシラン
C12:ドデシルトリエトキシシラン
C18:オクタデシルトリエトキシシラン
F13:トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン
MTES:メチルトリエトキシシラン
MPS:3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
MAPS:3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
HG:へキシレングリコール(2−メチル−2,4−ペンタンジオール)
BCS:ブチルセロソルブ
EtOH:エタノール
1,3−PrDO:1,3−プロパンジオール
1,3−BDO:1,3−ブタンジオール
1,4−BDO:1,4−ブタンジオール
1,3−PeDO:1,3−ペンタンジオール
1,6−HDO:1,6−ヘキサンジオール
DEG:ジエチレングリコール
DPG:ジプロピレングリコール
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにHG164.3g、TEOS164.9g及びC12を13.9g投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめHG82.1g、水74.1g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサン溶液(K1)を得た。
合成例1で得られたポリシロキサン溶液(K1)10gに対して、表1に示す量のHGとBCSと溶剤(X)を混合して攪拌せしめることにより、溶剤組成が表1に示され、かつ、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL1〜KL7)を得た。
合成例1で得られたポリシロキサン溶液(K1)10gとHG11.0g、BCS4.0gを混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS=80:20となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM1)を得た。
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにBCS164.3g、TEOS164.9g及びC12を13.9g投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめBSC82.1g、水74.1g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサンの溶液(K2)を得た。
合成例2で得られたポリシロキサン溶液(K2)10gに、BCS13.0gとDEG2.0gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がBCS:DEG=90:10となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL8)を得た。
<調製例10>
合成例2で得られたポリシロキサン溶液(K2)10gにBCS15.0gを混合して撹拌し、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM2)を得た。
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにDEG164.3g、TEOS164.9g及びC12を13.9g投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめDEG82.1g、水74.1g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサン溶液(K3)を得た。
合成例3で得られたポリシロキサン溶液(K3)10gにDEG15.0gを混合して撹拌し、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL9)を得た。
<調製例12>
合成例3で得られたポリシロキサン溶液(K3)10gに、DEG13.0gとBCS2.0gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がBCS:DEG=10:90となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL10)を得た。
<合成例4>
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにEtOH164.3g、TEOS164.9g及びC12を13.9g投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめEtOH82.1g、水74.1g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサン溶液(K4)を得た。
合成例4で得られたポリシロキサン溶液(K4)10gに、EtOH13.0gとDEG2.0gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がEtOH:DEG=90:10となるような、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL11)を得た。
<調製例14>
合成例4で得られたポリシロキサン溶液(K4)10gにEtOH15.0gを混合して撹拌し、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM3)を得た。
<合成例5>
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにHG121.0g、BCS40.3g、TEOS164.9g及びC18を17.4g投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめHG60.5g、BCS20.2g、水75.0g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサン溶液(K5)を得た。
合成例5で得られたポリシロキサン溶液(K5)10gに対して、表2に示す量のHGとBCSとDEGを混合して攪拌せしめることにより、溶剤組成が表2に示され、かつ、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL12〜KL15及びKM4)を得た。
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにHG124.4g、BCS41.5g、TEOS164.9g及びC8を11.5g投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめHG62.2g、BCS20.7g、水74.1g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサン溶液(K6)を得た。
合成例6で得られたポリシロキサン溶液(K6)10gにHG10.2g、BCS2.8g及びDEG2.0gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS:DEG=70:20:10となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL16)を得た。
<調製例21>
合成例6で得られたポリシロキサン溶液(K6)10gにHG12.2gとBCS2.8gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS=80:20となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM5)を得た。
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにHG118.1g、BCS39.4g、TEOS207.3g及びC12を1.7g投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめHG59.0g、BCS19.7g、水53.9g及び触媒として蓚酸0.9gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が12質量%のポリシロキサン溶液(K7)を得た。
合成例7で得られたポリシロキサン溶液(K7)10gにHG13.8g、BCS3.8g及びDEG2.5gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS:DEG=70:20:10となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL17)を得た。
<調製例23>
合成例7で得られたポリシロキサン溶液(K7)10gにHG16.2gとBCS3.8gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS=80:20となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM6)を得た。
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにHG124.9g、BCS41.6g、TEOS171.9g及びC12を2.8g投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめHG62.5g、BCS20.8g、水74.8g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサン溶液(K8)を得た。
合成例8で得られたポリシロキサン溶液(K8)10gにHG10.2g、BCS2.8g及びDEG2.0gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS:DEG=70:20:10となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL18)を得た。
<調製例25>
合成例8で得られたポリシロキサン溶液(K8)10gにHG12.2gとBCS2.8gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS=80:20となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM7)を得た。
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにHG123.2g、BCS41.1g、TEOS164.9g及びC12を13.9g投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめHG61.6g、BCS20.5g、水74.1g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、65℃で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサン溶液(K9)を得た。
合成例9で得られたポリシロキサン溶液(K9)10gにHG10.2g、BCS2.8g及びDEG2.0gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS:DEG=70:20:10となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL19)を得た。
<調製例27>
合成例9で得られたポリシロキサン溶液(K9)10gにHG12.2gとBCS2.8gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS=80:20となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM8)を得た。
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにHG119.0g、BCS39.6g、TEOS147.6g及びC12を41.6g投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめHG59.5g、BCS19.8g、水72.2g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサン溶液(K10)を得た。
合成例10で得られたポリシロキサン溶液(K10)10gにHG10.3g、BCS2.8g及びDEG2.0gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS:DEG=70:20:10となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL20)を得た。
<調製例29>
合成例10で得られたポリシロキサン溶液(K10)10gにHG12.2gとBCS2.8gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS=80:20となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM9)を得た。
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにHG116.8g、BCS39.0g、TEOS138.9g及びC12を55.4g投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめHG58.4g、BCS19.5g、水71.2g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサン溶液(K11)を得た。
合成例11で得られたポリシロキサン溶液(K11)10gにHG10.3g、BCS2.8g及びDEG2.0gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS:DEG=70:20:10となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL21)を得た。
<調製例31>
合成例11で得られたポリシロキサン溶液(K11)10gにHG12.2gとBCS2.8gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS=80:20となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM10)を得た。
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにHG123.2g、BCS41.1g、TEOS164.9g及びC12を13.9g投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめHG61.6g、BCS20.5g、水74.1g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサン溶液(K12)を得た。
合成例12で得られたポリシロキサン溶液(K12)10gにHG10.2g、BCS2.8g及びDEG2.0gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS:DEG=70:20:10となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL22)を得た。
<調製例33>
合成例12で得られたポリシロキサン溶液(K12)10gにHG12.2gとBCS2.8gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS=80:20となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM11)を得た。
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにHG124.3g、BCS41.4g、TEOS156.3g、C12を13.9g及びMTES7.4gを投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめHG62.1g、BCS20.7g、水73.1g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサン溶液(K13)を得た。
合成例13で得られたポリシロキサン溶液(K13)10gにHG10.2g、BCS2.8g及びDEG2.0gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS:DEG=70:20:10となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL23)を得た。
<調製例35>
合成例13で得られたポリシロキサン溶液(K13)10gにHG12.2gとBCS2.8gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS=80:20となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM12)を得た。
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにHG130.1g、BCS43.4g、TEOS147.6g、C12を13.9g、MPS8.18g及びMAPS10.4gを投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめHG65.1g、BCS21.7g、水69.4g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサン溶液(K14)を得た。
合成例14で得られたポリシロキサン溶液(K14)10gにHG10.2g、BCS2.7g及びDEG2.0gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS:DEG=70:20:10となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL24)を得た。
<調製例37>
合成例14で得られたポリシロキサン溶液(K14)10gにHG12.3gとBCS2.7gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS=80:20となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM13)を得た。
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにHG120.4g、BCS40.1g、TEOS164.9g及びF13を19.5gを投入し、撹拌して、アルコキシシランモノマーの溶液を調製した。この溶液に、あらかじめHG60.2g、BCS20.1g、水74.1g及び触媒として蓚酸0.8gを混合した蓚酸溶液を、室温下で30分かけて滴下し、滴下終了後30分室温下で撹拌した。その後、還流下で1時間加熱後、放冷してSiO2換算固形分濃度が10質量%のポリシロキサン溶液(K15)を得た。
合成例15で得られたポリシロキサン溶液(K15)10gにHG12.2gとBCS2.8gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS=80:20となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM14)を得た。
<調製例39>
合成例15で得られたポリシロキサン溶液(K15)10gにHG10.3g、BCS2.7g及びDEG2.0gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がHG:BCS:DEG=70:20:10となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL25)を得た。
<調製例40>
調製例32と同様の方法で得られた液晶配向剤(KL22)9gと、粒子系18nmのコロイド状シリカが有機溶剤(HG:BCS:DEG=70:20:10)に分散したシリカゾル(SiO2換算固形分濃度が4質量%含有)1gを加えて混合して撹拌し、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL26)を得た。
<調製例41>
調製例33と同様の方法で得られた液晶配向剤(KM11)9gと、粒子系18nmのコロイド状シリカが有機溶剤(HG:BCS=80:20)に分散したシリカゾル(SiO2換算固形分濃度が4質量%含有)1gを加えて混合して撹拌し、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM15)を得た。
温度計、還流管を備え付けた1L四つ口反応フラスコにEtOH300.6gを投入し、撹拌下にこのEtOHに蓚酸90.0gを少量ずつ添加することにより、蓚酸のEtOH溶液を調製した。次いでこの溶液をその還流温度まで加熱し、還流下のこの溶液中にTEOS99.0gとC18が10.4gの混合物を30分かけて滴下した。滴下終了後も、還流下で加熱を5時間続けた後、放冷してSiO2換算固形分濃度が6質量%のポリシロキサン溶液(K16)を得た。
合成例16で得られたポリシロキサン溶液(K16)10gにBCS1.1g、EtOH3.9gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がEtOH:BCS=90:10となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KM16)を得た。
<調製例43>
合成例16で得られたポリシロキサン溶液(K16)10gにDEG1.1g、EtOH3.9gを加えて混合して撹拌し、溶媒組成がEtOH:DEG=90:10となるようにし、SiO2換算固形分濃度が4質量%の液晶配向剤(KL27)を得た。
液晶配向剤KL1〜KL27を孔径0.45マイクロメートルのメンブランフィルターで加圧濾過したのち、ITO透明電極付きガラス基板にスピンコート法により成膜した。この基板を80℃のホットプレート上で5分間乾燥した後、180℃の熱風循環式クリーンオーブンで60分間焼成し、膜厚約80nmの液晶配向膜を形成した。また、後述する方法により、液晶配向膜の水接触角を測定した。結果を表3に示す。
<比較例1〜16>
液晶配向剤KM1〜KM16を孔径0.45マイクロメートルのメンブランフィルターで加圧濾過したのち、ITO透明電極付きガラス基板にスピンコート法により成膜した。この基板を80℃のホットプレート上で5分間乾燥した後、180℃の熱風循環式クリーンオーブンで60分間焼成し、膜厚約80nmの液晶配向膜を形成した。また、後述する方法により、液晶配向膜の水接触角を測定した。結果を表3に示す。
実施例1〜27および比較例1〜16より得られた液晶配向膜に、純水3μLを滴下し、協和界面科学(株)社製の自動接触角計CA−Z型を使用して、接触角を測定した。
調製例24で得られた液晶配向剤KL18を用いて、後述する方法により液晶セルを作成した。得られた液晶セルを後述する方法により、液晶配向性を確認した。結果を表4に示す。
<比較例16>
調製例25で得られた液晶配向剤KM7を用いて、後述する方法により液晶セルを作成した。得られた液晶セルを後述する方法により、液晶配向性を確認した。結果を表4に示す。
前述のようにして得られた液晶配向膜付き基板を2枚用意し、片方の基板の液晶配向膜面に粒子径6マイクロメートルのスペーサーを散布した後、基板の外縁部にスクリーン印刷法によりエポキシ系接着剤を塗布した後、液晶配向膜が向き合うように張り合わせて圧着後に硬化させて空のセルを作成した。この空のセルにメルク社製MLC−6608(商品名)を真空注入法により注入後、注入孔をUV硬化樹脂により封止して液晶セル(素子)を作成した。
[液晶配向性]
前述の[液晶セルの作成]方法により作成した液晶セルを、偏光顕微鏡で観察し、液晶の配向状態を確認した。液晶セル全体で欠陥の無い均一な配向状態を示している場合には○、液晶セルの一部に配向欠陥が見られる場合及び垂直配向しない場合は×とした。結果を表4に示す。
調製例26で得られた液晶配向剤KL19又は調製例28で得られた液晶配向剤KL20を孔径0.45マイクロメートルのメンブランフィルターで加圧濾過したのち、ITO透明電極付きガラス基板にそれぞれスピンコート法及び印刷法により成膜した。この基板を80℃のホットプレート上で5分間乾燥した後、180℃の熱風循環式クリーンオーブンで60分間焼成し、膜厚約80nmの液晶配向膜を形成した。この際、膜を得る際の塗布性については後述する方法(スピンコートの塗布性、フレキソ印刷の塗布性)により評価した。また、鉛筆硬度については後述する方法により測定した。さらに、液晶配向膜付き基板を前述の液晶セルの作成方法に従い、液晶セルを作成し、後述する方法により蓄積電荷測定を行った。結果を表5に示す。
調製例29で得られた液晶配向剤KM9又は調製例27で得られた液晶配向剤KM8を用いて、実施例28〜29と同様に、塗布性・鉛筆硬度・蓄積電荷測定を後述する方法により行った。結果を表5に示す。
[鉛筆硬度]
実施例28〜29および比較例17〜18より得られた液晶配向膜を、鉛筆硬度試験法(JIS K5400)で測定した。結果を表5に示す。
[スピンコートの塗布性]
液晶配向剤をクロマトディスク(孔径0.45マイクロメートル)を用いて濾過した後、ITO透明電極付きガラス基板にスピンコート法により成膜した。この基板を80℃のホットプレート上で5分間乾燥した後、180℃の熱風循環式クリーンオーブンで60分間焼成し、膜厚約80nmの液晶配向膜を形成した。得られた液晶配向膜を目視で観察し、硬化被膜にピンホール・ムラがない良好な場合を○、一部にピンホール・ムラが生じている場合を△、ピンホール・ムラが全面に生じている場合を×とした。結果を表5に示す。
[フレキソ印刷の塗布性]
液晶配向剤をクロマトディスク(孔径0.45マイクロメートル)を用いて濾過した後、日本写真印刷株式会社製DR型印刷機 アニロックスロール(360#) 凸版(網点400L30%70度)を用いてITO透明電極付ガラス基板上に塗膜を形成した。この塗膜を、温度80℃のホットプレート上で5分間乾燥させた後、180℃の熱風循環式クリーンオーブンで60分間焼成して液晶配向膜を形成した。得られた液晶配向膜を目視で観察し、硬化被膜にピンホール・ムラがない良好な場合を○、一部にピンホール・ムラが生じている場合を△、ピンホール・ムラが全面に生じている場合を×とした。結果を表5に示す。
[蓄積電荷測定法]
液晶セルに直流10Vを重畳した30Hz/±2.8Vの矩形波を温度23
℃ で20時間印加し、直流10Vを切った直後に液晶セル内に残る蓄積電圧を光学的フリッカー消去法で測定した。結果を表5に示す。
また、液晶配向剤の調製時に、特定のグリコール化合物を添加することにより膜の撥水性を高めることができることから、所望の撥水性を示す液晶配向膜を得るために使用する長鎖アルキル基含有シランの使用量を低減できるため経済的である。
従って、各種液晶配向素子、とりわけ、垂直配向型(VA)において好適に用いることができる。その他偏光フィルム、位相差フィルム、視野角拡大フィルム用配向膜においても用いることができる。
なお、2006年10月6日に出願された日本特許出願2006−275713号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (8)
- 下記のポリシロキサン(A)及びグリコール化合物(B)を含有し、前記グリコール化合物(B)が、前記ポリシロキサン(A)を得るために使用した全アルコキシシランのケイ素原子をSiO 2 に換算した合計の100質量部に対して、2.5〜19,800質量部含有することを特徴とする液晶配向剤。
ポリシロキサン(A):下記式(1)で表されるアルコキシシランのうちの少なくとも一種を含むアルコキシシランを重縮合することで得られるポリシロキサン。
R1 nSi(OR2)4−n (1)
(R1は炭素原子数7〜30の有機基であり、R2は炭素原子数1〜5の炭化水素基を表し、nは1〜3の整数を表す)
グリコール化合物(B):ヒドロキシ基及び水素原子が結合した炭素原子を2個有し、かつ前記した2個の炭素原子が、ヘテロ原子を含んでもよい脂肪族基を介して結合した構造を有し、連続した炭素原子の数が3〜6であるグリコール化合物。 - 更に、下記の溶媒(C)を含有する請求項1に記載の液晶配向剤。
溶媒(C):ヒドロキシ基を有する溶媒であって、請求項1で定義したグリコール化合物(B)とは異なる構造の化合物である溶媒。 - ポリシロキサン(A)が、式(1)で表されるアルコキシシランを、全アルコキシシラン中に、0.1〜30モル%含有するアルコキシシランを重縮合して得られるポリシロキサンである請求項1又は2に記載の液晶配向剤。
- ポリシロキサン(A)が、式(1)に示すアルコキシシランを少なくとも1種以上及び式(2)に示すアルコキシシランを少なくとも1種以上を併用したアルコキシシランを重縮合して得られるポリシロキサンである請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
R3 mSi(OR4)4−m (2)
(R3は水素原子、ハロゲン原子又は炭素原子数1〜6の有機基を表し、R4は炭素原子数1〜5の炭化水素基を表し、mは0〜3の整数を表す。) - グリコール化合物(B)が1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,3−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、及びジプロピレングリコールからなる群から選ばれる少なくとも1種以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 液晶配向剤中のポリシロキサン(A)が、ポリシロキサン(A)を得るために使用した全アルコキシシランのケイ素原子をSiO2に換算したSiO2換算濃度が、0.5〜20質量%である請求項1〜5のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶配向剤を用いて得られる液晶配向膜。
- 請求項7に記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
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