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JP5282869B2 - 液晶配向剤および液晶表示素子 - Google Patents

液晶配向剤および液晶表示素子 Download PDF

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JP5282869B2 JP2008118039A JP2008118039A JP5282869B2 JP 5282869 B2 JP5282869 B2 JP 5282869B2 JP 2008118039 A JP2008118039 A JP 2008118039A JP 2008118039 A JP2008118039 A JP 2008118039A JP 5282869 B2 JP5282869 B2 JP 5282869B2
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Description

液晶配向剤および液晶表示素子に関する。さらに詳しくは、液晶表示素子の製造の液晶充填工程において液晶滴下方式(ODF方式)を採用した場合でもODFムラの現れることのない液晶配向膜を与える液晶配向剤およびそれから得られる液晶表示素子に関する。
現在、液晶表示素子としては、透明導電膜が設けられている基板表面にポリアミック酸、ポリイミドなどからなる液晶配向膜を形成して液晶表示素子用基板とし、その2枚を対向配置してその間隙内に正の誘電異方性を有するネマチック型液晶の層を形成してサンドイッチ構造のセルとし、液晶分子の長軸が一方の基板から他方の基板に向かって連続的に90°捻れるようにした、いわゆるTN型(Twisted Nematic)液晶セルを有するTN型液晶表示素子が知られている。また、TN型液晶表示素子に比して高いコントラスト比を実現できるSTN(Super Twisted Nematic)型液晶表示素子や視角依存性の少ないIPS(In−Plane Switching)型液晶表示素子、VA(Vertical Alignment)型液晶表示素子、視角依存性が少ないとともに映像画面の高速応答性に優れた光学補償ベンド(OCB)型液晶表示素子が開発されている。
これらの液晶表示素子における液晶配向膜の材料としては、従来ポリイミド、ポリアミドおよびポリエステルなどが知られているが、特にポリイミドは、耐熱性、液晶との親和性、機械的強度などに優れており、多くの液晶表示素子に使用されている。
ところで近年、液晶表示素子の製造工程は大きな進歩を遂げている。特に、基板の大型化とともに採用されてきた大型基板搬送技術や液晶滴下方式(One Drop Fill方式、当業界で「ODF方式」と略称される。)といった技術が注目されている。このうちODF方式は、液晶配向膜が形成された基板上に液晶を必要量滴下し、真空中でもう一方の基板と貼り合わせた後、液晶を密閉するためのシール剤をUV硬化することにより、パネル全面に液晶を充填する方法であり、従来行われていた真空注入方式に比べて液晶充填工程のプロセス時間を大幅に短縮することの可能な技術である。しかしながら、ポリイミド系の液晶配向膜を有するVA型液晶表示素子の製造においてODF方式を採用すると、「ODFムラ」と呼ばれる表示ムラが生ずる不具合が発生することがある。この現象は、液晶配向膜の垂直配向規制力が不足することに起因すると信じられている。
ポリイミド系の液晶配向膜におけるこの問題を解決するために、例えば長鎖アルキル基などの疎水性の官能基を有するジアミンを高い含有率で含むジアミンを用いて得られたポリイミドを使用する方法がある(特許文献1および2参照)。この技術は垂直配向規制力を高める効果が認められる優れた技術であるが、液晶配向剤の印刷性が損なわれる場合がある。
そこで、液晶配向剤に要求される種々の要求性能、特に印刷性を損なうことなく、上記ODFムラの発生しない液晶配向膜を与える液晶配向剤および表示品位に優れる液晶表示素子が求められている。
特開平9−241646号公報 特開2001−305549号公報 特開平9−278724号公報 特許第2684404号明細書 特開2002−327058号公報
本発明の目的は、VA型液晶表示素子の製造においてODF方式を採用した場合でも表示ムラが発生することのない高い垂直配向規制力を示す液晶配向膜を与えることができ、しかも液晶配向剤として要求される種々の性能、特に印刷性に優れる液晶配向剤および表示品位に優れる液晶表示素子を提供することにある。
本発明のさらに他の目的および利点は、以下の説明から明らかになろう。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、第1に、
テトラカルボン酸二無水物と、下記式(1)
Figure 0005282869
(式(1)中、Rはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数3〜20のアルキル基であり、Aは1,4−シクロヘキシレン基または1,4−フェニレン基であり、Bは酸素原子または−OCO−(ただし、「*」を付した結合手が(CHと結合する。)であり、Bは酸素原子または−COO−(ただし、「*」を付した結合手がAと結合する。)であり、aは0または1であり、bは2〜10の整数であり、cは0または1であり、ただし、式(1)中の下記式
Figure 0005282869
で表されるユニットは、下記式
Figure 0005282869
(上記式中、「+」を付した結合手がB と結合する。)
のいずれかで表されるユニットである。)
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そのイミド化重合体よりなる群から選択される少なくとも1種の重合体を含有する、垂直配向型液晶表示素子の液晶配向膜を形成するための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2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垂直配向型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、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およびそのイミド化重合体よりなる群から選択される少なくとも1種の重合体を含有する。
<ポリアミック酸>
本発明の液晶配向剤が含有することのできるポリアミック酸は、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合成することができる。
[テトラカルボン酸二無水物]
本発明の液晶配向剤が含有することのできる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)
Figure 0005282869
(上記式中、RおよびRは、それぞれ、芳香環を有する2価の有機基を示し、RおよびRは、それぞれ、水素原子またはアルキル基を示し、複数存在するRおよびRはそれぞれ同一で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脂肪族または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)
Figure 0005282869
のそれぞれで表される化合物などの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。これらは1種単独でまたは2種以上組み合わせて用いられる。
本発明の液晶配向剤が含有することのできる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)
Figure 0005282869
のそれぞれで表される化合物および上記式(T−II)で表される化合物のうち下記式(T−8)
Figure 0005282869
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(以下、「特定テトラカルボン酸(1)」という。)を含むものであることが、良好な液晶配向性を発現させることができる観点から好ましい。
特定テトラカルボン酸(1)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種が好ましい。
本発明の液晶配向剤が含有することのできる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(1)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。
[ジアミン]
本発明の液晶配向剤が含有することのできる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含むジアミンである。
上記式(1)におけるRとしては、炭素数3〜10のアルキル基であることが好ましく、炭素数3〜10の直鎖のアルキル基であることがより好ましい。bは、2〜6の整数であることが好ましい。上記式(1)の左側のジアミノフェニル基は、2,4−ジアミノフェニル基または3,5−ジアミノフェニル基で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)〜(1−8)
Figure 0005282869
Figure 0005282869
(式(1−1)〜(1−8)中、bは上記式(1)におけるのと同義であり、dは2〜9の整数である。)
のそれぞれで表される化合物のうちの上記式(1−2)、(1−3)、(1−6)および(1−7)のそれぞれで表される化合物を挙げることができる。
上記式(1)で表される化合物は、例えば下記式(2)
Figure 0005282869
(式(2)中、R、Aおよびcは、それぞれ、上記式(1)におけるのと同義である。)
で表される化合物を原料として、有機化学の定法を適宜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(1−2)、(1−3)および(1−7)のそれぞれで表される化合物は、それぞれ下記スキーム1〜3
Figure 0005282869
Figure 0005282869
Figure 0005282869
(スキーム1〜3中、bおよびdは、それぞれ上記式(1−2)、(1−3)または(1−7)におけるのと同義である。)
のいずれかの方法により合成することができる。上記式(2)で表される化合物は、液晶性化合物の合成に一般に用いられているグリニャール反応、フリーデルクラフツアシル化反応、キシュナー反応などの方法により合成することができる。
上記式(1)に該当する他の化合物についても、上記方法に準じて合成することが可能である。
本発明の液晶配向剤においては、下記式(2’)
Figure 0005282869
(式(2’)中、Rおよびcは、それぞれ、上記式(1)におけるのと同義である。)
で表される構造が重合体と結合するための連結基中に−(CH−(ただし、bは上記式(1)におけるのと同義である。以下同じ。)を含んでいることにより、高い垂直配向規制力を発現することが可能となった。上記式(2’)の構造と類似する構造を用いた技術として、特許文献3(特開平9−278724号公報)および特許文献4(特許第2684404号明細書)に記載の技術が知られているが、本発明の液晶配向剤から形成される液晶配向膜の垂直配向規制力は、これら従来技術を凌駕するものである。これは、上記式(2’)の構造が垂直配向規制力の発現に大きく関与しており、これが屈曲性の高い−(CH−を介することにより液晶配向膜の表面に出ているためではないかと推察される。
本発明の液晶配向剤が含有することのできる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)で表される化合物のみを含むジアミンであってもよく、あるいは上記式(1)で表される化合物のほかに他のジアミンをさらに含むものであってもよい。
ここで使用することのできる他のジアミンとしては、例えばp−フェニレンジアミン、m−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エタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンズアニリド、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、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、3,3’−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、3,3’−ジトリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、5−アミノ−1−(4’−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、6−アミノ−1−(4’−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、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、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)−10−ヒドロアントラセン、2,7−ジアミノフルオレン、9,9−ジメチル−2,7−ジアミノフルオレン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)、2,2’,5,5’−テトラクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジクロロ−4,4’−ジアミノ−5,5’−ジメトキシビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、1,4,4’−(p−フェニレンイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’−(m−フェニレンイソプロピリデン)ビスアニリン、2,2’−ビス[4−(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、4,4’−ビス[(4−アミノ−2−トリフルオロメチル)フェノキシ]−オクタフルオロビフェニルなどの芳香族ジアミン;
1,1−メタ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、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、4,4−ジアミノヘプタメチレンジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、テトラヒドロジシクロペンタジエニレンジアミン、ヘキサヒドロ−4,7−メタノインダニレンジメチレンジアミン、トリシクロ[6.2.1.02,7]−ウンデシレンジメチルジアミン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)などの脂肪族または脂環式ジアミン;
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)
Figure 0005282869
(式(D−I)中、R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から選ばれる窒素原子を含む環構造を有する1価の有機基を示し、Xは2価の有機基を示し、Rは炭素数1〜4のアルキル基を示し、a1は0〜3の整数を示す。。)
で表される化合物、下記式(D−II)
Figure 0005282869
(式(D−II)中、R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から選ばれる窒素原子を含む環構造を有する2価の有機基を示し、Xは、それぞれ、2価の有機基を示し、複数存在するXはそれぞれ同一でも異なっていてもよく、Rは、それぞれ炭素数1〜4のアルキル基を示し、a2は、それぞれ、0〜3の整数を示す。)
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)
Figure 0005282869
(式(D−III)中、Rは−O−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−および−CO−から選ばれる2価の有機基を示し、R10はステロイド骨格、トリフルオロメチルフェニル基、トリフルオロメトキシフェニル基およびフルオロフェニル基から選ばれる基を有する1価の有機基または炭素数6〜30のアルキル基を示し、R11は炭素数1〜4のアルキル基を示し、a3は0〜3の整数を示す。)
で表されるモノ置換フェニレンジアミン類;
下記式(D−IV)
Figure 0005282869
(式(D−IV)中、R12は、それぞれ、炭素数1〜12の炭化水素基を示し、複数存在するR12はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、sはそれぞれ、1〜3の整数であり、tは1〜20の整数である。)
で表されるジアミノオルガノシロキサン;
下記式(D−1)〜(D−5)
Figure 0005282869
Figure 0005282869
(式(D−4)中のyは2〜12の整数であり、式(D−5)中のzは1〜5の整数である。)
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。
上記芳香族ジアミンのベンゼン環は、一つまたは二つ以上の炭素数1〜4のアルキル基(好ましくはメチル基)で置換されていてもよい。上記式(D−I)、(D−II)および(D−III)におけるR、RおよびR11は、それぞれ、メチル基であることが好ましく、a1、a2およびa3は、それぞれ、0または1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
本発明の液晶配向剤に含有されることのできる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する他のジアミンは、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)
Figure 0005282869
で表される化合物、上記式(D−II)で表される化合物のうちの下記式(D−7)
Figure 0005282869
で表される化合物および上記式(D−III)で表される化合物のうちのドデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、ヘキサデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、ドデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、ヘキサデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼンおよび下記式(D−8)〜(D−16)
Figure 0005282869
Figure 0005282869
Figure 0005282869
のそれぞれ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(以下、「他の特定ジアミン」という。)を含むものであることが好ましい。
本発明の液晶配向剤が含有することのできる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、5〜50モル%含むものであることがより好ましく、特に10〜40モル%含むものであることが好ましい。
本発明の液晶配向剤が含有することのできる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)で表される化合物のほかにさらに上記の如き他の特定ジアミンを、全ジアミンに対して、5〜95モル%含むものであることが好ましく、20〜90モル%含むものであることがより好ましく、特に50〜90モル%含むものであることが好ましい。
本発明の液晶配向剤は、これに含有される重合体を合成するために用いられるジアミンにおける上記式(1)で表される化合物の使用割合が少なくても良好な垂直配向規制力を有する液晶配向膜を与えることができるため、液晶配向剤の印刷性と液晶配向膜の垂直配向規制力を両立することができる。本発明においては、上記ジアミンにおける上記式(1)で表される化合物の使用割合を、例えば40モル%以下、さらには30モル%以下、特に20モル%以下とした場合でも、形成される液晶配向膜は優れた垂直配向規制力を示すことができる。
[ポリアミック酸の合成]
本発明の液晶配向剤が含有することのできるポリアミック酸は、上記の如き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3〜150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系極性溶媒;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系溶媒を挙げることができる。また、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総量(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。
前記有機溶媒には、ポリアミック酸の貧溶媒であるアルコール、ケトン、エステル、エーテル、ハロゲン化炭化水素、炭化水素などを、生成するポリアミック酸が析出しない範囲で併用することができる。かかる貧溶媒の具体例としては、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、トリエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、乳酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、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、シュウ酸ジエチル、マロン酸ジエチル、ジエチルエーテル、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、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、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、1,4−ジクロロブタン、トリクロロエタン、クロルベンゼン、o−ジクロルベンゼン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、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。
ポリアミック酸を合成するに際して有機溶媒と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80重量%以下であり、より好ましくは60重量%以下であり、さらに好ましくは50重量%以下である。
以上のようにして、ポリアミック酸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。
[イミド化重合体]
本発明の液晶配向剤に含有されることのできるイミド化重合体は、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。
イミド化重合体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、脂環式テトラカルボン酸二無水物から選択される少なくとも1種(以下、「特定テトラカルボン酸二無水物(2)」という。)を含むテトラカルボン酸二無水物を使用することが好ましい。特定テトラカルボン酸二無水物(2)としては、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、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−2:3,5:6−二無水物および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−テトラオンよりなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
本発明の液晶配向剤が含有することのできるイミド化重合体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(2)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。
上記イミド化重合体の合成に用いられるジアミンとしては、上述した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。
上記イミド化重合体は、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とが併存する部分イミド化物であってもよい。
本発明の液晶配向剤に含有されるイミド化重合体は、イミド化率が30%以上であることが好ましく、特に50%であることが好ましい。
上記イミド化率は、イミド化重合体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、イミド化重合体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H−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−A/A×α)×100 (I)

(数式(I)中、A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、Aはその他のプロトン由来のピーク面積であり、αはイミド化重合体の前駆体(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。)
上記イミド化重合体を合成するためのポリアミック酸の脱水閉環は、(i)ポリアミック酸を加熱する方法により、または(ii)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およ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。
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イミド化重合体の分子量が低下することがある。反応時間は、好ましくは0.5〜24時間であり、より好ましくは2〜12時間である。
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、ポリアミック酸の繰り返し単位1モルに対して0.01〜20モルとするのが好ましい。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モルとするのが好ましい。なお、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。そして、脱水閉環反応の反応温度は、好ましくは0〜180℃、より好ましくは10〜150℃である。反応時間は、好ましくは好ましくは0.5〜24時間であり、より好ましくは2〜8時間である。
上記方法(i)において得られるイミド化重合体は、これをそのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、あるいは得られるイミド化重合体を精製したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。一方、上記方法(ii)においてはイミド化重合体を含有する反応溶液が得られる。この反応溶液は、これを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、イミド化重合体を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよく、または単離したイミド化重合体を精製したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。反応溶液から脱水剤及び脱水閉環触媒を除くには、例えば溶媒置換などの方法を適用することができる。イミド化重合体の単離、精製は、ポリアミック酸の単離、精製方法として上記したのと同様の操作を行うことにより行うことができる。
−末端修飾型の重合体−
本発明の液晶配向剤が含有することのできるポリアミック酸またはそのイミド化重合体は、分子量が調節された末端修飾型のものであってもよい。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挙げることができる。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を挙げることができる。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成100重量部に対して、好ましくは5重量以下であり、より好ましくは2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イミド化重合体は、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。
<その他の添加剤>
本発明の液晶配向膜は、上記の如きポリアミック酸およびこれを脱水閉環してなるイミド化重合体よりなる群から選択される少なくとも1種の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、例えば分子内に少なくとも一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。
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、重合体の合計量(液晶配向剤に含有されるポリアミック酸およびそのイミド化重合体の合計量をいう。以下同じ。)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含有化合物の配合割合は、重合体の合計量100重量部に対して、好ましくは40重量部以下である。
<液晶配向剤>
本発明の液晶配向剤は、上記の如きポリアミック酸およびそのイミド化重合体よりなる群から選択される少なくとも1種の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。
本発明の液晶配向剤の固形分濃度(液晶配向剤のうち有機溶媒を除いた成分の合計重量が液晶配向剤の全重量に占める割合)は、粘性、揮発性などを考慮して適宜に選択されるが、好ましくは1〜10重量%の範囲である。すなわち、本発明の液晶配向剤は、これを基板表面に塗布し、有機溶媒を除去することにより液晶配向膜となる塗膜が形成されるが、固形分濃度が1重量%未満である場合には、この塗膜の膜厚が過小となって良好な液晶配向膜を得難くなる場合があり、一方固形分濃度が10重量%を超える場合には、塗膜の膜厚が過大となって同様に良好な液晶配向膜を得難くなる場合があり、また液晶配向剤の粘性が増大して塗布特性が劣るものとなる場合がある。
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の範囲とするのが特に好ましい。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の範囲とするのが特に好ましい。
<液晶表示素子>
本発明の液晶表示素子は、上記の如き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、垂直配向型の液晶セルを有する垂直配向型液晶表示素子である。
本発明の液晶表示素子は、例えば次の方法によって製造することができる。
(1)パターニングされた透明導電膜が設けられている基板の一面に、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方法によって塗布し、次いで、塗布面を加熱することにより塗膜を形成する。ここに、基板としては、例えばフロートガラス、ソーダガラスなどのガラス;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、脂環式ポリオレフィンなど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。基板の一面に設けられる透明導電膜としては、酸化スズ(SnO)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(In−SnO)からなるITO膜などを用いることができる。パターニングされた透明導電膜を得るには、例えば基板上にパターンなしの透明導電膜を形成した後フォト・エッチングにより所望のパターンを形成する方法、透明導電膜を形成する際に所望のパターンを有するマスクを用いてパターニングされた透明導電膜を直接形成する方法などを用いることができる。液晶配向剤の塗布に際しては、形成される液晶配向膜と基板表面との接着性をさらに良好にするために、基板上に、例えば官能性シラン化合物、官能性チタン化合物などを予め塗布しておいてもよい。液晶配向剤塗布後塗布した配向剤の液垂れ防止等の目的で、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、より好ましくは40〜150℃であり、特に好ましくは40〜100℃である。プレベーク時間は好ましくは0.5〜10分であり、より好ましくは1〜5分である。その後、溶剤を完全に除去することなどを目的として焼成(ポストベーク)工程が実施される。このポストベーク温度は、好ましくは80〜300℃であり、より好ましくは120〜250℃である。ポストベーク時間は、好ましくは5〜180分であり、より好ましくは10〜120分である。
本発明の液晶配向剤は塗布後に有機溶媒を除去することによって配向膜となる塗膜を形成するが、本発明の液晶配向剤に含有される重合体がポリアミック酸またはイミド環構造とアミック酸構造とを併有するイミド化重合体である場合には、塗膜形成後にさらに加熱することによって脱水閉環反応を進行させ、よりイミド化された塗膜としてもよい。
ここで形成される塗膜の膜厚は、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。
(2)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材を塗布し、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。本発明の液晶配向剤は、垂直配向性に優れた液晶配向膜を形成することができるため、ODF法によりVA型液晶表示素子を製造したときでもODFムラが発生しない液晶表示素子を得ることができる利点を有する。
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。
ここに、シール剤としては、例えば硬化剤およ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などを用いることができる。
液晶としては、ネマティック型液晶およびスメクティック型液晶を挙げることができる。その中でも負の誘電違法性を有するネマティック型液晶が好ましく、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、キュバン系液晶などを用いることができる。また、これらの液晶に、例えばコレスチルクロライド、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型液晶や商品名「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などを添加して使用することもできる。さらに、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も使用してもよい。
また、液晶セルの外表面に貼り合わ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」と称さ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を挙げることができる。
<上記式(1)で表される化合物の合成>
実施例1(化合物(1−2−1)の合成))
下記スキーム4
Figure 0005282869
に従って、化合物(1−2−1)を合成した。
化合物(1−2−1b)の合成
撹拌機、窒素導入管および温度計を備えた1Lの三口フラスコに、化合物(1−2−1a)66g、炭酸カリウム61g、ヨードエタノール27gおよび1−メチル−2−ピロリドン300mLを仕込んで100℃で5時間反応を行った。反応終了後、反応混合物を1.5Lの水に注ぎ、生成した沈殿を回収した。この沈殿を酢酸エチルに溶解して得た溶液を水で3回洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥、濃縮し、さらに溶媒を除去することにより、化合物(1−2−1b)を72g得た。
化合物(1−2−1c)の合成
撹拌機、窒素導入管および温度計を備えた1Lの三口フラスコに、化合物(1−2−1b)56g、t−ブトキシカリウム17g、テトラブチルアンモニウムブロミド4.8gおよびテトラヒドロフラン400mLを仕込んで氷冷して3時間撹拌した(これを反応液Aとする)。
一方、滴下ロート、窒素導入管および撹拌機を備えた1Lの三口フラスコに、2,4−ジニトロクロロベンゼン30gおよびテトラヒドロフラン30mLを仕込み、これを氷冷しつつ上記反応液Aを1時間以上かけて徐々に滴下し、このまま室温で12時間反応を行った。反応終了後、反応混合物を1Lの水に注ぎ、生成した沈殿を回収した。この沈殿を酢酸エチルに溶解して得た溶液を水で3回洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥、濃縮し、さらにエタノールで再結晶することにより、化合物(1−2−1c)を65g得た。
化合物(1−2−1)の合成
還流管、窒素導入管および温度計を備えた2Lの三口フラスコに、化合物(1−2−1c)54g、塩化すず2水和物226gおよび酢酸エチル1Lを仕込んで4時間還流下に反応を行った。反応終了後、反応混合物にフッ化カリウム水溶液を加え、生成した析出物をろ過により除いた後、分液して水層を除去し、有機層を得た。この有機層につき、フッ化カリウム水溶液および水で順次に洗浄を行った後、硫酸マグネシウムで乾燥、濃縮し、さらにエタノールで再結晶することにより、化合物(1−2−1)を36g得た。
実施例2(化合物(1−7−1)の合成))
下記スキーム5
Figure 0005282869
に従って、化合物(1−7−1)を合成した。
化合物(1−7−1b)の合成
撹拌機、窒素導入管および温度計を備えた1Lの三口フラスコに、化合物(1−7−1a)81g、こはく酸無水物60g、N,N−ジメチルアミノピリジン4.4g、トリエチルアミン36gおよび酢酸エチル400mLを仕込み、90℃で8時間反応を行った。反応終了後、反応混合物から酢酸エチルを留去し、残存物にクロロホルム2Lを加えて有機層を得た。この有機層を希塩酸で3回、水で4回、順次に洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥、濃縮して生じた沈殿をろ別して回収し、これを乾燥することにより、化合物(1−7−1b)を97g得た。
化合物(1−7−1c)の合成
撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた5Lの三口フラスコに、化合物(1−7−1b)74g、3,5−ジニトロベンジルクロリド43g、炭酸カリウム83g、ヨウ化ナトリウム60gおよびN,N−ジメチルホルムアミド500mL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3L加え、有機層を水で3回洗浄した。次いで、有機層につき、硫酸マグネシウムで乾燥した後、濃縮して析出した固体を回収し、エタノールで洗浄した後、減圧にてエタノールを除去することにより、化合物(1−7−1c)を88g得た。
化合物(1−7−1)の合成
撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた2Lの三口フラスコに、化合物(1−7−1c)82g、塩化すず2水和物340gおよび酢酸エチル1Lを仕込んで4時間還流下に反応を行った。反応終了後、反応混合物にフッ化カリウム水溶液を加え、析出物をろ過により除いた後、分液して水層を除去して有機層を得た。この有機層をフッ化カリウム水溶液および水で順次に洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥、濃縮し、さらにエタノールで再結晶することにより、化合物(1−7−1)を50g得た。
<イミド化重合体の合成>
実施例3
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)61gならびにジアミンとして化合物(1−2−1)13g(TCA1モルに対して0.1モルに相当する。)およびp−フェニレンジアミン26gをN−メチル−2−ピロリドン400gに溶解し、60℃で6時間反応を行うことにより、ポリアミック酸を20重量%含有する溶液を得た。この溶液につき、25℃で測定した溶液粘度は6,000mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液にN−メチル−2−ピロリドン1,500gを追加し、ピリジン21gおよび無水酢酸28gを添加して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。以下同じ。)することにより、イミド化率約50%のイミド化重合体(A−1)を20重量%含有する溶液を得た。この溶液を少量分取してN−メチル−2−ピロリドンを加え、イミド化重合体濃度6.0重量%の溶液として測定した溶液粘度は25mPa・sであった。
実施例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)61gならびにジアミンとして化合物(1−7−1)13g(TCA1モルに対して0.1モルに相当する。)およびp−フェニレンジアミン26g(PDA)をN−メチル−2−ピロリドン400gに溶解し、60℃で6時間反応を行うことにより、ポリアミック酸を20重量%含有する溶液を得た。この溶液につき、25℃で測定した溶液粘度は4,800mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液にN−メチル−2−ピロリドン1,500gを追加し、ピリジン21gおよび無水酢酸28gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶剤を新たなN−メチル−2−ピロリドンで溶剤置換することにより、イミド化率約50%のイミド化重合体(A−2)を20重量%含有する溶液を得た。この溶液を少量分取してN−メチル−2−ピロリドンを加え、イミド化重合体濃度6.0重量%の溶液として測定した溶液粘度は22mPa・sであった。
<イミド化重合体の比較合成例>
比較合成例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)29gとジアミンとして下記式(R−1)
Figure 0005282869
で表される化合物9.9g(TCA1モルに対して0.2モルに相当する。)およびp−フェニレンジアミン11g(PDA)をN−メチル−2−ピロリドン450gに溶解し、60℃で6時間反応を行うことにより、ポリアミック酸を20重量%含有する溶液を得た。この溶液につき、25℃で測定した溶液粘度は3,500mPa・sであった。
次いで、得られたポリアミック酸溶液にN−メチル−2−ピロリドン500gを追加し、ピリジン10gおよび無水酢酸13gを添加して110℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶剤を新たなN−メチル−2−ピロリドンで溶剤置換することにより、イミド化率約49%のイミド化重合体(B−2)を20重量%含有する溶液を得た。この溶液を少量分取してN−メチル−2−ピロリドンを加え、イミド化重合体濃度6.0重量%の溶液として測定した溶液粘度は25mPa・sであった。
<液晶配向剤の調製および評価>
実施例5
[印刷性評価用液晶配向剤の調製]
上記実施例3で得られたイミド化重合体(A−1)を含有する溶液に、エポキシ化合物として下記式(E−1)
Figure 0005282869
で表される化合物を、上記溶液に含有されるイミド化重合体(A−1)の100重量部に対して20重量部加え、さらにγ−ブチロラクトン(BL)、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BL:NMP:BC=40:30:30(重量比)、固形分濃度6.0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濾過することにより、印刷性評価用液晶配向剤を調製した。この液晶配向剤につき、25℃で測定した溶液粘度は22mPa・sであった。
[印刷性の評価]
上記で調製した印刷性評価用液晶配向剤につき、液晶配向膜印刷機(日本写真印刷(株)製、オングストローマーS40L−532)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、180℃で10分間加熱(ポストベーク)することにより、膜厚8,000nmの塗膜を形成した。この塗膜を目視で観察してハジキおよび塗布ムラの有無を調べたところ、印刷ムラおよびピンホールとも観察されず、上記液晶配向剤の印刷性は「良好」であった。
[液晶表示素子製造用液晶配向剤の調製]
上記実施例3で得られたイミド化重合体(A−1)を含有する溶液に、エポキシ化合物として上記式(E−1)で表される化合物を、上記溶液に含有されるイミド化重合体(A−1)100重量部に対して20重量部加え、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4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濾過することにより、液晶表示素子製造用液晶配向剤を調製した。
[垂直配向規制力評価用液晶表示素子の製造]
厚さ1mmのガラス基板の一面に設けられたITO膜からなる透明導電膜上に、上記で調製した液晶表示素子製造用液晶配向剤をスピンナーにより塗布し、ホットプレート上で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0.08μmの塗膜を形成した。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、毛足押しこみ長さ0.4mm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ない、次いで230℃クリーンオーブン中で25分間乾燥することにより、ラビング処理を施した液晶配向膜を有する基板を得た。この操作を繰り返し、ラビング処理を施した液晶配向膜を有する基板を一対(2枚)得た。
次いで上記一対の基板の液晶配向膜を有するそれぞれの外縁に、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塗布した後、液晶配向膜面がアンチパラレルとなるように重ね合わせて圧着し、接着剤を硬化した。次いで、液晶注入口より一対の基板間に、ネマチック型液晶(メルク社製、MLC−6608)を充填した後、アクリル系光硬化接着剤で液晶注入口を封止して液晶セルとし、さらにこの液晶セルの外側両面に偏光板を貼り合わせることにより、垂直配向規制力評価用液晶表示素子を製造した。
[垂直配向規制力の評価]
上記施製造した垂直配向規制力評価用液晶表示素子につき、結晶回転角法により測定したプレチルト角が86°以上のものを垂直配向規制力「良好」、86°未満のものを垂直配向規制力「不良」として評価したところ、この液晶表示素子は89°のプレチルト角を示し、垂直配向規制力は「良好」であった。
なお、上記[垂直配向規制力評価用液晶表示素子の製造]において施したラビング処理は、液晶配向膜の垂直配向規制力を減殺する効果があることが知られている。そしてラビング処理を施したにもかかわらず86°以上のプレチルト角を示す場合には垂直配向規制力が極めて優れているといえ、かかる結果を与える液晶配向剤は、これをODF方式によるVA型液晶表示素子の製造に用いた場合でも表示ムラが発生しないことが経験的に明らかになっている。
[電圧保持率評価用液晶表示素子の製造]
上記[垂直配向規制力評価用液晶表示素子の製造]において、形成された塗膜に対してラビング処理ならびにこれに引き続く洗浄および乾燥処理を施さなかったほかは上記[垂直配向規制力評価用液晶表示素子の製造]と同様に実施して、電圧保持率評価用液晶表示素子を製造した。
[電圧保持率の評価]
上記で製造した電圧保持率評価用液晶表示素子に対し、60℃において5Vの電圧を、60マイクロ秒の印加時間、16.7マイクロ秒のスパンで印加した後、電圧印加の解除から16.7ミリ秒後の電圧保持率を測定した。この液晶表示素子の電圧保持率は99%であった。
実施例6および比較例1
上記実施例5において、イミド化重合体を含有する溶液として、表1に指摘したイミド化重合体を含有する溶液を用いたほかは実施例5と同様にして、それぞれ2種類の液晶配向剤を調製し、評価した。評価結果は、印刷性評価用液晶配向剤の溶液粘度とともに表1に示した。
Figure 0005282869
以上の実施例によって具体的に明らかにされたとおり、本発明の液晶配向剤は優れた印刷性を示すとともに、これから形成される液晶配向膜は良好な垂直配向規制力を有するものであるから、ODF法によりVA型液晶表示素子を製造したときでもODFムラが発生しない液晶表示素子を、高い歩留まりで製造することができる利点を有する。

Claims (7)

  1. テトラカルボン酸二無水物と、下記式(1)
    Figure 0005282869
    (式(1)中、Rはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数3〜20のアルキル基であり、Aは1,4−シクロヘキシレン基または1,4−フェニレン基であり、Bは酸素原子または−OCO−(ただし、「*」を付した結合手が(CHと結合する。)であり、Bは酸素原子または−COO−(ただし、「*」を付した結合手がAと結合する。)であり、aは0または1であり、bは2〜10の整数であり、cは0または1であり、ただし、式(1)中の下記式
    Figure 0005282869
    で表されるユニットは、下記式
    Figure 0005282869
    (上記式中、「+」を付した結合手がB と結合する。)
    のいずれかで表されるユニットである。)
    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そのイミド化重合体よりなる群から選択される少なくとも1種の重合体を含有することを特徴とする、垂直配向型液晶表示素子の液晶配向膜を形成するための液晶配向剤。
  2. 上記テトラカルボン酸二無水物が脂環式テトラカルボン酸二無水物を含むものである、請求項1に記載の液晶配向剤。
  3. 上記重合体がイミド化重合体である、請求項1または2に記載の液晶配向剤。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項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、垂直配向型液晶表示素子。
  5. テトラカルボン酸二無水物と、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またはそのイミド化重合体。
    Figure 0005282869
    (式(1)中、Rはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数3〜20のアルキル基であり、Aは1,4−シクロヘキシレン基または1,4−フェニレン基であり、B は酸素原子または−OCO− (ただし、「*」を付した結合手が(CH と結合する。)であり、B は酸素原子または−COO− (ただし、「*」を付した結合手がAと結合する。)であり、aは0または1であり、bは2〜10の整数であり、cは0または1であり、ただし、式(1)中の下記式
    Figure 0005282869
    で表されるユニットは、下記式
    Figure 0005282869
    (上記式中、「+」を付した結合手がB と結合する。)
    のいずれかで表されるユニットである。)
  6. 記式(1)で表される化合物。
    Figure 0005282869
    (式(1)中、Rはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数3〜20のアルキル基であり、Aは1,4−シクロヘキシレン基または1,4−フェニレン基であり、B は酸素原子または−OCO− (ただし、「*」を付した結合手が(CH と結合する。)であり、B は酸素原子または−COO− (ただし、「*」を付した結合手がAと結合する。)であり、aは0または1であり、bは2〜10の整数であり、cは0または1であり、ただし、式(1)中の下記式
    Figure 0005282869
    で表されるユニットは、下記式
    Figure 0005282869
    (上記式中、「+」を付した結合手がB と結合する。)
    のいずれかで表されるユニットである。)
  7. 片面に液晶配向膜が形成された基板を2枚準備し、2枚の基板間に液晶を配置する工程を経る、垂直配向型液晶表示素子の製造方法であって、
    前記液晶配向膜が請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶配向剤から形成されたものであり、そして
    前記2枚の基板間に液晶を配置する工程が、2枚の基板のうちの一方の基板上の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ることによって行われる、前記方法。
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