JP5716428B2 - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の液晶表示素子について図面を適宜参照しながら説明する。図1は、本発明の液晶表示素子の一例を示す模式図である。
第1配向膜13を形成するための第1配向剤は、光配向性基を有する感放射線性化合物を含んで構成されている。
本発明における感放射線性化合物が有する光配向性基は、光照射により膜に異方性を付与する官能基であり、本発明では特に、光異性化反応及び光二量化反応の少なくともいずれかを生じることにより膜に異方性を与える基である。
aとしては、0又は1が好ましく、0がより好ましい。
上記式(c1)で表される構造を有する光配向性基として具体的には、下記式(c1−1)又は式(c1−2)で表されるものが好ましい。
R1及びR3における炭素数1〜40のアルキル基としては、直鎖状であっても分岐状であってもよい。当該アルキル基として好ましくは炭素数1〜20であり、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、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、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ラウリル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−イコシル基などを挙げることができる。当該アルキル基は、良好な液晶配向性を発現し得る観点からすると、これらのうち、炭素数1〜12の直鎖状のアルキル基であるのが好ましく、特に炭素数4〜12の直鎖状のアルキル基であるのが好ましい。
これらのうち、2価の芳香族基としては、例えば、1,4−フェニレン基、2−フルオロ−1,4−フェニレン基、3−フルオロ−1,4−フェニレン基、2,3,5,6−テトラフルオロ−1,4−フェニレン基などを;
2価の脂環式基としては、例えば、1,4−シクロヘキシレン基、2−フルオロ−1,4−シクロヘキシレン基、3−フルオロ−1,4−シクロヘキシレン基、2,3,5,6−テトラフルオロ−1,4−シクロヘキシレン基などを;
2価の複素環式基としては、例えば、1,4−ピリジレン基、2,5−ピリジレン基、1,4−フラニレン基などを;
2価の縮合環式基としては、例えばナフチレン基などを、それぞれ挙げることができる。
X1、X2及びX3としては、それぞれ、単結合、酸素原子又は−COO−であるのが好ましい。
bは、0〜2の整数が好ましく、1又は2がより好ましい。
上記光配向性基を有するポリオルガノシロキサン(以下、特定ポリオルガノシロキサンともいう。)は、例えば、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサン(ポリシロキサン前駆体)と、エポキシ基と反応する基及び上記光配向性基を有する化合物(以下、反応性化合物X1ともいう。)と、を反応させることにより得ることができる。
ポリシロキサン前駆体は、例えば、エポキシ基と加水分解性基とを有するシラン化合物(1)を、好ましくは有機溶媒、水及び触媒の存在下で加水分解・縮合することにより得ることができる。
ポリシロキサン前駆体を合成する際の水の使用量は、全シラン化合物に対して、好ましくは0.5〜100倍モル、より好ましくは1〜30倍モルである。
触媒として有機塩基を用いる場合、その使用量は、有機塩基の種類、温度などの反応条件などによって適宜に設定すればよいが、例えば全シラン化合物に対して、好ましくは0.01〜3倍モルであり、より好ましくは0.05〜1倍モルである。
反応性化合物X1は、ポリシロキサン前駆体が有するエポキシ基と反応する基、及び上記光配向性基を有するものである。エポキシ基と反応する基としては、カルボキシル基が好ましい。かかる反応性化合物Xの具体例としては、上記式(c1−1−1)〜(c1−1−28)で表される基における結合手が水酸基と結合したもの、上記式(c1−2−1)〜(c1−2−4)で表される基における結合手がカルボキシル基と結合したものを挙げることができる。
他の反応性化合物(X2−1)としては、例えば下記式(x2−1)で表される化合物を用いることができる。
で表される基である。Zは、エポキシ基と反応して結合基を形成しうる1価の有機基である。但し、L1が単結合の場合、L0は単結合である。)
A1におけるアルキル基及びアルコキシ基は、少なくとも一部の水素原子が置換されていてもよく、その場合の置換基としては、シアノ基、フッ素原子、トリフルオロメチル基等が挙げられる。
Zは、カルボキシル基であるのが好ましい。
L1における炭素数1〜20のアルカンジイル基としては、上記炭素数1〜30のアルキル基の説明で挙げた各基における水素原子を1つ取り除いた基が挙げられる。
wについて、上記式(X2−1−2)のwとしては、5〜20の整数が好ましく、10〜18の整数がより好ましい。また、上記式(X2−1−3)のwとしては、1〜17の整数が好ましく、3〜12の整数がより好ましい。上記(X2−1−4)のwとしては、1〜15の整数が好ましく、1〜8の整数がより好ましい。上記(X2−1−8)のwとしては、1〜15の整数が好ましく、1〜8の整数がより好ましい。
上記式(X2−1−5)及び式(X2−1−6)のrとしては、0〜15の整数が好ましく、0〜8の整数がより好ましい。
式(X2−1−6)のqとしては、1〜12の整数が好ましく、1〜5の整数がより好ましい。
式(X2−1−8)のjとしては、1〜15の整数が好ましく、1〜8の整数がより好ましい。
他の反応性化合物(X2−2)において、光照射によりラジカルを発生する構造及び光増感機能を有する構造としては、例えばベンゾフェノン構造、1,3−ジニトロベンゼン構造、9,10−ジオキソジヒドロアントラセン構造、1,4−ジオキソシクロヘキサ−2,5−ジエン構造などが挙げられる。ここで、光増感機能とは、光の照射によって一重項励起状態となった後、速やかに項間交差を起こして三重項励起状態へ遷移し、この三重項励起状態において他の分子と衝突して相手を励起状態に変え、自らは基底状態に戻る機能をいう。この光増感機能は光照射によりラジカルを発生する機能と併存していてもよい。
他の反応性化合物(X2−3)としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、安息香酸などのカルボン酸等が挙げられる。他の反応性化合物(X2−3)の使用割合は、ポリオルガノシロキサンの有するケイ素原子に対して、好ましくは0〜25モル%であり、より好ましくは0〜10モル%である。
ここで使用される触媒としては、例えばポリシロキサン前駆体の合成に用いる触媒として例示した有機塩基を使用することができるほか、ポリシロキサン前駆体が有するエポキシ基と、反応性化合物X1が有するエポキシ基と反応し得る基との反応を促進するいわゆる硬化促進剤として公知の化合物を用いることができる。
触媒の使用量は、ポリシロキサン前駆体100重量部に対して、100重量部以下であるのが好ましく、0.01〜100重量部であるのがより好ましく、0.1〜20重量部であるのが更に好ましい。
反応温度は、好ましくは0〜200℃であり、より好ましくは50〜150℃である。反応時間は、好ましくは0.1〜50時間、より好ましくは0.5〜20時間である。
一方、本発明における第1配向剤が、感放射線性化合物として、上記光配向性基を有するポリアミック酸(以下、特定ポリアミック酸ともいう。)を含有する場合、当該特定ポリアミック酸は、例えば、テトラカルボン酸二無水物と、上記光配向性基を有するジアミンとを反応させることにより得ることができる。
特定ポリアミック酸の合成に用い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、脂環式テトラカルボン酸二無水物、芳香族テトラカルボン酸二無水物などを挙げることができる。これらの具体例について、脂肪族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などを;
脂環式テトラカルボン酸二無水物として、例えば1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、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−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物、2,4,6,8−テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン−2:4,6:8−二無水物、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−テトラオンなどを;
芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、例えばピロメリット酸二無水物などを、それぞれ挙げることができるほか、特開2010−97188号公報に記載のテトラカルボン酸二無水物を用いることができる。
特定ポリアミック酸の合成に用いるジアミンとしては、上記光配向性基を有するジアミン(以下、特定ジアミンともいう。)を含む。この場合の光配向性基としては、桂皮酸由来の構造を有する基であるのが好ましい。
特定ジアミンの具体例としては、下記式(d1−1)〜(d1−15)で表されるものが挙げられる。
脂環式ジアミンとして、例えば、1,4−ジアミノシクロヘキサン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンなどを;
芳香族ジアミンとして、例えば、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、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、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)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−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、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’−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、ドデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、テトラデカノキシ−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−2,4−ジアミノベンゼン、ドデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、テトラデカノキシ−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、コレスタニルオキシ−3,5−ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ−3,5−ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ−2,4−ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ−2,4−ジアミノベンゼン、3,5−ジアミノ安息香酸コレスタニル、3,5−ジアミノ安息香酸コレステニル、3,5−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、4−(4’−トリフルオロメトキシベンゾイロキシ)シクロヘキシル−3,5−ジアミノベンゾエート、4−(4’−トリフルオロメチルベンゾイロキシ)シクロヘキシル−3,5−ジアミノベンゾエート、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、2,4−ジアミノーN,N―ジアリルアニリン、4−アミノベンジルアミン、3−アミノベンジルアミン、1−(2,4−ジアミノフェニル)ピペラジン−4−カルボン酸、4−(モルホリン−4−イル)ベンゼン−1,3−ジアミン、1,3−ビス(N−(4−アミノフェニル)ピペリジニル)プロパン、α−アミノ−ω−アミノフェニルアルキレンなどを;
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などを、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との使用割合は、ジアミンのアミノ基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当量となる割合が更に好ましい。
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℃において、好ましくは0.1〜120時間、より好ましくは0.5〜48時間行われる。
本発明における第1配向剤が、感放射線性化合物として、上記光配向性基を有するポリイミド(以下、特定ポリイミドという。)を含有する場合、当該特定ポリイミドは、上記の特定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。
第1配向剤は、上記感放射線性化合物が特定ポリオルガノシロキサンの場合には必須成分として、又は、上記感放射線性化合物が特定ポリアミック酸若しくは特定ポリイミドの場合には任意成分として、光配向性基を有さないポリアミック酸及びポリイミドの少なくともいずれかを含んでいる。当該ポリアミック酸としては、例えば、特定ポリアミック酸の合成に使用するカルボン酸二無水物として例示の化合物と、他のジアミンとして例示の化合物との反応生成物を使用することができる。また、当該ポリイミドとしては、上記反応生成物としてのポリアミック酸を脱水閉環してイミド化したものを使用することができる。
第1配向剤は、当該配向剤に含有される重合体成分が適当な有機溶媒に溶解された溶液組成物として調製されるのが好ましい。このような有機溶媒としては、上記重合体成分を溶解し、かつこれらと反応しないものであればよく、例えば、上記特定ポリオルガノシロキサンの合成に用いるものとして例示した有機溶媒を挙げることができる。
第2配向膜15を形成するための第2配向剤は、液晶分子を垂直配向させる垂直配向膜を形成可能となっている。第2配向剤としては、(1)光配向性基を有する化合物を実質的に含有しない配向剤、(2)上記の感放射線性化合物を含有する配向剤、のいずれであってもよい。(1)の場合、例えば、重合体成分として、上記特定ポリアミック酸の合成に使用するカルボン酸二無水物として例示した化合物と、上記他のジアミンとして例示した化合物との反応により得られるポリアミック酸又はそのイミド化重合体を含有するものを用いることができる。一方、(2)の場合、上記第1配向剤で例示したものと同様のものを用いることができる。なお、第2配向膜の形成に際し、(1)、(2)のいずれの液晶配向剤を用いるかは、上記液晶表示素子を製造する工程に応じて適宜選択される。
本発明の液晶表示素子の製造方法は、一対の基板のうちの一方の基板表面に、該基板表面に垂直な方向に対して液晶分子を傾斜して配向させる第1配向膜13が形成され、他方の基板表面に、液晶分子を垂直配向させる第2配向膜15が形成された液晶表示素子10を製造する工程を含む。このような製造方法として具体的には、下記の2つの態様が好ましい。
本発明の液晶表示素子10を製造するための第1の製造方法は、第1配向膜13が形成された基板を用いて液晶セルを構築することにより本発明の液晶表示素子10を製造するものであり、具体的には、以下の工程を含むものである。
本工程は、一対の基板のうち一方の基板表面に、光配向用液晶配向剤としての上記第1配向剤を用いて第1塗膜を形成する工程である。詳しくは、まず、第1電極12を有する基板11aの電極面側に、第1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。ここで用いる基板11aは、スリット状にパターニングされたスリット電極やリブ(突起)によって液晶分子の倒れる方向を規制可能としてあるものでもよいし、スリット電極やリブが設けられていないものでもよい。なお、第1電極12として、スリット状にパターニングされた導電膜を用いる場合、これを得るには、例えば、パターンなし導電膜を形成した後、フォト・エッチングによりパターンを形成する方法、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る方法などによることができる。
本工程は、基板11a上に形成した第1塗膜に対して光照射することにより、該第1塗膜を、光配向膜としての第1配向膜13とする工程である。第1塗膜に対する照射光は、偏光の放射線及び非偏光の放射線のいずれを用いてもよく、偏光の放射線の場合、直線偏光、部分偏光などを用いることができるが、好ましくは直線偏光である。また、放射線としては、例えば、150nm〜800nmの波長の光を含む紫外線及び可視光線を用いることができる。このうち、300nm〜400nmの波長の光を含む紫外線が好ましい。
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、水銀キセノンランプ、重水素ランプ、ハロゲンランプ、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。上記好ましい波長領域の紫外線は、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。
本工程は、一対の基板11a,11bのうち、第1塗膜を形成していない他方の基板11bの表面に、垂直配向膜を形成可能な液晶配向剤として第2配向剤を用いて第2塗膜を形成する工程である。第2塗膜の形成は、基本的には上記第1の膜形成工程における塗膜形成と同様の方法により行うことができる。なお、ここで用いる基板11bについても、スリット電極やリブにより液晶分子の倒れる方向を規制可能としたものでもよいし、それらが設けられていないものでもよい。
続いて、液晶配向膜がそれぞれ形成された2枚の基板11a,11bを、第1配向膜13と、第2塗膜としての垂直配向膜(第2配向膜15)とが対向するように配置して液晶セルを構築する。液晶セルを構築するには、例えば以下の2つの方法が挙げられる。
なお、いずれの方法の場合でも、液晶充填時の流動配向を除去することを目的として、上記製造した液晶セルを、用いた液晶が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷するのが好ましい。
上記シール剤としては、例えば、スペーサーとしての酸化アルミニウム球及び硬化剤を含有するエポキシ樹脂等を用いることができる。
本発明の液晶表示素子10を製造するための第2の製造方法は、液晶配向剤を用いてそれぞれの基板表面に塗膜を形成し、該塗膜が形成された基板を用いて液晶セルを構築した後、液晶セルに対して光照射することにより本発明の液晶表示素子10を製造するものである。具体的には、以下の工程を含む。
本工程は、一対の基板11a,11bのうちの一方の基板11aの表面に、光配向用液晶配向剤としての第1配向剤を用いて塗膜を形成する工程である。ただし、本製造方法では、塗膜を形成する基板11a,11bとして、スリット状のパターンを有する電極(第1電極12、第2電極14)を備える基板を使用する。なお、塗膜の形成方法については、上記第1の製造方法における第1の膜形成工程の記載を適用することができる。
本工程は、一対の基板11a,11bのうちの他方の基板11bの表面に、第2配向剤を用いて第2配向膜15を形成する工程である。このとき、第2配向剤としては、光配向性基を有する化合物を実質的に含まない液晶配向剤、つまり上記第1の製造方法における第2の膜形成工程で例示した第2配向剤(1)、(2)のうちの(1)を用いる。
なお、上記のように形成された第2配向膜15はそのまま使用することができるが、形成された塗膜に対してラビング処理を施してもよい。
本工程では、膜形成された2枚の基板11a,11bを、それぞれの膜が対向するように配置して液晶セルを構築する。液晶セルを構築する方法としては、上記第1の製造方法におけるセル構築工程で説明した2つの方法が挙げられる。
本工程では、上記構築された液晶セルに対して、一対の基板間に電圧を印加した状態で光照射することにより、第1配向剤により形成された塗膜に液晶配向性を付与する。これにより、該塗膜を、基板表面に垂直な方向に対して液晶分子を傾斜して配向可能な膜(第1配向膜13)とする。
放射線としては、例えば、150nm〜800nmの波長の光を含む紫外線及び可視光線を用いることができ、300nm〜400nmの波長の光を含む紫外線が好ましい。照射放射線の光源としては、上記第1の製造方法において例示した光源と同様のものを例示することができる。
放射線の照射量としては、好ましくは1,000J/m2以上100,000J/m2未満であり、より好ましくは1,000J/m2以上50,000J/m2以下である。
このような光照射により、第1配向膜13におけるプレチルト角を85〜89.5°とするのが好ましく、87〜89°とするのがより好ましい。
重量平均分子量Mw及び数平均分子量Mnは、以下の条件で単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
カラム:東ソー(株)製、TSKgelGRCXLII
溶剤:テトラヒドロフラン
温度:40℃
圧力:68kgf/cm2
エポキシ当量は、JIS C2105の「塩酸−メチルエチルケトン法」に準じて測定した。
重合体溶液の溶液粘度(mPa・s)は、NMP溶媒中、各ポリアミック酸の濃度20重量%における粘度を、E型回転粘度計を用いて25℃で測定した。
ポリイミドのイミド化率は、ポリイミドのNMP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を測定した。得られた1H−NMRスペクトルから、下記数式(1)で示される式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り、A2はその他のプロトン由来のピーク面積であり、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。)
1H−NMR分析は、核磁気共鳴装置(商品名:JNM−ECX400、日本電子社製)を使用して行った。
原料化合物及び重合体の合成は、下記の合成スケールで必要に応じて繰り返すことにより、以降の合成に使用する必要量を確保した。
(合成例E−1)
撹拌機、温度計、滴下漏斗及び還流冷却管を備えた反応容器に、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を滴下漏斗より30分かけて滴下した後、還流下で混合しつつ、80℃で6時間反応させた。反応終了後、有機層を取り出し、0.2重量%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のち、減圧下で溶媒及び水を留去することにより、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサン(EPS−1)を粘調な透明液体として得た。
得られたポリオルガノシロキサン(EPS−1)の重量平均分子量Mwは2,200であり、エポキシ当量は186g/モルであった。
(合成例S−1)
300mLの三口フラスコに、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンとして上記合成例E−1で得た化合物(EPS−1)30.1g、メチルイソブチルケトン140g、上記合成例A−1で得た桂皮酸誘導体(A−1)31.9g(化合物(EPS−1)の有するケイ素原子に対して50モル%に相当する。)、ステアリン酸4.60g(化合物(EPS−1)の有するケイ素原子に対して10モル%に相当する。)、3,5−ジニトロ安息香酸0.0686g(化合物(EPS−1)の有するケイ素原子に対して0.2モル%に相当する。)及びテトラブチルアンモニウムブロミド3.00gを仕込み、80℃で5時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、メタノールで再沈殿を行い、沈殿物を酢酸エチルに溶解して溶液を得、該溶液を5回水洗した後、溶媒を留去することにより、感放射線性ポリオルガノシロキサンとして、重量平均分子量(Mw)が12,600(Mw/Mn=1.42)の化合物(S−1)の白色粉末55.6gを得た。
200mLの三口フラスコに、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンとして上記合成例E−1で得た化合物(EPS−1)10.0g、メチルイソブチルケトン60g、上記合成例A−2で得た桂皮酸誘導体(A−2)1.62g(化合物(EPS−1)の有するケイ素原子に対して10モル%に相当する。)、上記合成例A−3で得た桂皮酸誘導体(A−3)3.45g(化合物(EPS−1)の有するケイ素原子に対して15モル%に相当する。)及びテトラブチルアンモニウムブロミド1.00gを仕込み、80℃で2時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、メタノールで再沈殿を行い、沈殿物を酢酸エチルに溶解して溶液を得、該溶液を5回水洗した後、溶媒を留去することにより、感放射線性ポリオルガノシロキサンとして、重量平均分子量(Mw)が11,200(Mw/Mn=1.13)の化合物(S−2)の白色粉末12.8gを得た。
50mLの三口フラスコに、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンとして上記合成例E−1で得た化合物(EPS−1)2.01g、メチルイソブチルケトン16g、上記合成例A−2で得た桂皮酸誘導体(A−2)1.61g(化合物(EPS−1)の有するケイ素原子に対して50モル%に相当する。)、4−tert−ブトキシカルボニル安息香酸0.356g(化合物(EPS−1)の有するケイ素原子に対して15モル%に相当する。)及びテトラブチルアンモニウムブロミド0.20gを仕込み、80℃で2時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、メタノールで再沈殿を行い、沈殿物を酢酸エチルに溶解して溶液を得、該溶液を5回水洗した後、溶媒を留去することにより、感放射線性ポリオルガノシロキサンとして、重量平均分子量(Mw)が14,700(Mw/Mn=1.51)の化合物(S−3)の白色粉末3.46gを得た。
(合成例P−1)
1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物19.61g(0.1モル)と4,4’−ジアミノ−2,2’−ジメチルビフェニル21.23g(0.1モル)をN−メチル−2−ピロリドン367.6gに溶解し、室温で6時間反応させた。次いで、反応混合物を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈澱させた。沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥することにより、ポリアミック酸(PA−1)を35g得た。
2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物21.81g(0.0973モル)と下記式(p1)で表される5ξ−コレスタン−3−イル 2,4−ジアミノフェニルエーテル19.29g(0.0390モル)、3,5−ジアミノ安息香酸8.90g(0.0585モル)をN−メチル−2−ピロリドン200gに溶解し、60℃で5時間反応させた。この重合溶液の粘度を測定したところ、1450mPa・sであった。次いで、この溶液にN−メチル−2−ピロリドン250gを加えてしばらく攪拌した後、ピリジン11.55g及び無水酢酸14.90gを添加し、110℃で4時間脱水閉環させた。その後、反応混合物を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈澱させた。沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥することにより、イミド化率69%のポリイミド(PI−1)を37.5g得た。
2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物23.38g(0.104モル)と上記式(p1)で表される5ξ−コレスタン−3−イル 2,4−ジアミノフェニルエーテル15.50g(0.0313モル)、及び3,5−ジアミノ安息香酸11.12g(0.0731モル)をN−メチル−2−ピロリドン200gに溶解し、60℃で5時間反応させた。次いで、この溶液にN−メチル−2−ピロリドン250gを加えてしばらく攪拌した後、ピリジン12.37g及び無水酢酸15.97gを添加し、110℃で4時間脱水閉環させた。その後、反応混合物を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈澱させた。沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥することにより、イミド化率71%のポリイミド(PI−2)を36.4g得た。
2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物26.73g(0.119モル)と下記式(p2)で表される6−{[((2E)−3−{4−[(4−(3,3,3−トリフルオロプロポキシ)ベンゾイル)オキシ]フェニル}プロパ−2−エノイル)オキシ]}ヘキシル−3,5−ジアミノベンゾエート73.27g(0.119モル)をN−メチル−2−ピロリドン185.7gに溶解し、60℃で24時間反応させた。この重合溶液の粘度を測定したところ、4800mPa・sであった。次いで、反応混合物を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈澱させた。沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥することにより、ポリアミック酸(PA−2)を70g得た。
2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物27.07g(0.121モル)と上記式(p2)で表される6−{[((2E)−3−{4−[(4−(3,3,3−トリフルオロプロポキシ)ベンゾイル)オキシ]フェニル}プロパ−2−エノイル)オキシ]}ヘキシル−3,5−ジアミノベンゾエート66.79g(0.109モル)、上記式(p1)で表される5ξ−コレスタン−3−イル 2,4−ジアミノフェニルエーテル2.99g(0.00604モル)、及び下記式(p3)で表される3,5−ジアミノ安息香酸=5ξ−コレスタン−3−イル 3.16g(0.00604モル)をN−メチル−2−ピロリドン185.7gに溶解し、60℃で24時間反応させた。この重合溶液の粘度を測定したところ、2100mPa・sであった。次いで、反応混合物を大過剰のメタノール中に注ぎ、反応生成物を沈澱させた。沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥することにより、ポリアミック酸(PA−3)を68g得た。
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18.75g(0.0836モル)、ジアミン化合物としてp−フェニレンジアミン7.359g(0.0681モル)、及び上記式(p3)で表される3,5−ジアミノ安息香酸=5ξ−コレスタン−3−イル 8.895g(0.0170モル)をN−メチル−2−ピロリドン140gに溶解し、60℃で5時間反応させた。この重合溶液の粘度を測定したところ、2000mPa・sであった。次いで、この溶液にN−メチル−2−ピロリドン325gを加えてしばらく攪拌した後、ピリジン6.61g及び無水酢酸8.54gを添加し、110℃で4時間脱水閉環させた。その後、反応溶液を大過剰のメチルアルコール中に注いで反応生成物を沈澱させた。沈殿物をメタノールで洗浄し、減圧下40℃で15時間乾燥することにより、イミド化率51%のポリイミド(PI−3)を26.6g得た。
(調製例1)
上記合成例P−1で得たポリアミック酸(PA−1)30重量部、合成例P−2で得たポリイミド(PI−1)70重量部に対し、合成例S−1で得た感放射線性ポリオルガノシロキサン(S−1)10重量部、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)及びブチルセロソルブ(BC)を溶媒組成がNMP:BC=45:55(重量比)となるように加え、固形分濃度が3.5重量%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(AF−1)を調製した。
感放射線性ポリオルガノシロキサンの種類と添加量、ポリアミック酸及びポリイミドの種類と添加量、溶剤組成を、それぞれ下記表1に記載の通りとしたほかは調製例1と同様にして、液晶配向剤(AF−2)〜(AF−7)を、それぞれ調製した。
上記合成例P−6で得たポリイミド(PI−3)100重量部に対し、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20重量部、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)及びブチルセロソルブ(BC)を溶媒組成がNMP:BC=50:50(重量比)となるように加え、固形分濃度が3.5重量%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(AF−8)を調製した。
(実施例1)
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、上記調製例1で調製した液晶配向剤(AF−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、内部を窒素置換したオーブン中、200℃で1時間加熱して膜厚80nm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200J/m2を、基板表面に垂直な方向に対して40°傾いた方向から照射し、基板Aを作製した。
液晶配向剤を下記表2に記載のものを使用した以外は、実施例1と同様の方法により液晶セルを作製した。
1.評価用セル[1]の作製
まず、スリット状にパターニングされた透明導電膜(ITO膜)を有するガラス基板の透明電極面上に、上記調製例1で調製した液晶配向剤(AF−1)をスピンナーにより塗布した。透明電極のパターンとしては、図2に示すようなラインとスペースとがそれぞれ5μmのスリット状のものを用いた。次いで、80℃のホットプレートで1分間プレベークを行った後、内部を窒素置換したオーブン中、200℃で1時間加熱して膜厚80nmの塗膜を形成した基板Aを作製した。同様にして、図2に示すスリット状にパターニングされたITO膜を有するガラス基板の透明電極面上に、上記調製例8で調製した液晶配向剤(AF−8)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、内部を窒素置換したオーブン中、200℃で1時間加熱して膜厚80nmの液晶配向膜を形成した基板Bを作製した。
透明電極付きガラス基板としてパターニングなしのものを用いた以外は、上記評価用セル1と同様の方法により基板上に塗膜を形成し、基板A,Bを作製した。次いで、これらの基板A,Bを用いて、上記評価用セル1と同様の方法により液晶セルを構築し、液晶注入時の流動配向を除くために、これを150℃で10分間加熱してから室温まで徐冷した後、電圧無印加状態の液晶セルにハロゲンランプを用いて50,000J/m2の光照射を行った。その後、セル基板の外側両面に、偏光板を、その偏光方向が互いに直交し、かつ、基板Aにおいて紫外線の光軸の基板面への射影方向と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、これを評価用セル[2]とした。
液晶配向剤として下記表2に記載のものを使用した以外は実施例8と同様にして2種類の液晶表示素子(評価用セル[1],[2])を作製した。
液晶配向剤として下記表2に記載のものを使用するとともに、基板A及び基板Bの両者とも偏光UV照射を実施しなかった以外は実施例1と同様にして液晶表示素子を作製した。
液晶配向剤として下記表2に記載のものを使用する以外は実施例1と同様の方法により2枚の基板のそれぞれの表面上に塗膜を形成した。次いで、それぞれの塗膜表面に、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200J/m2を、基板表面に垂直な方向に対して40°傾いた方向から照射して液晶配向膜とした基板A,Bを作製した。
製造した液晶表示素子につき、下記の方法により各項目について特性評価を行った。
(1)電圧保持率の評価
上記で製造した液晶表示素子に、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(VHR)を測定した。測定装置は(株)東陽テクニカ製VHR−1を使用した。なお、実施例8〜14については、評価用セル[2]を用いて行った。
(2)応答速度(立ち上がり時の電気光学応答性)の評価
偏光顕微鏡、光検出器及びパルス発生機を含む装置で液晶応答の立ち上がりの時間を測定した。ここで液晶応答速度は、作製した液晶表示素子に電圧無印加状態から5Vの電圧を最大1秒間印加した際に、透過率10%から透過率90%に変化するのに要した時間(単位:ミリ秒(msec.))と定義して評価を行った。なお、実施例8〜14については、評価用セル[1]を用いて行った。
(3)耐光性評価
カーボンアークを光源とするウェザーメーターで3000時間照射後のVHRを上記(1)と同様にして測定した。評価は、照射前の測定値と比べてVHR変化量が1%以内のものを○、1〜3%のものを△、3%以上のものを×として行った。なお、実施例8〜14については、評価用セル[2]を用いて行った。
(4)コントラスト評価
作製した液晶セルにおける配向不良に基づく光漏れの度合いを下記の様に評価することで、黒レベルを評価し、コントラスト評価の代替評価とした。まず、クロスニコル条件の偏光顕微鏡にて観察し、最も暗視野となる様に液晶セルを配置し、その像を写真撮影した。得られたデータを0.2mm角×25画素に区分けし、各画素の輝度を画像処理ソフトを用いて255階調に数値化した。各画素(25画素)の階調差が30以内の場合をコントラスト良好(○)、階調差が30より大きい場合をコントラスト不良(×)と評価した。なお、実施例8〜14については、評価用セル[1]を用いて行った。
また、実施例1〜14について、塗膜に光照射した後に液晶セルの構築を行った実施例1〜7と、液晶セルの構築後に光照射を行った実施例8〜14とを比較すると、前者の方が液晶分子の応答特性がより良好であった。
一方、比較例1〜5では、いずれも応答速度が速く、電圧変化に対する液晶分子の応答特性がさほど良好でなかった。
Claims (8)
- 一対の基板を備える液晶表示素子であって、
前記一対の基板のうちの一方の基板表面において、該基板表面に垂直な方向に対して液晶分子を傾斜して配向させる第1配向膜が形成され、他方の基板表面において、液晶分子を垂直配向させる第2配向膜が形成されており、
前記第1配向膜が、光配向性基を有する重合体と光配向性基を有さない重合体とを含む液晶配向剤を用いて形成されており、
該光配向性基が、アゾベンゼン、スチルベン、α−イミノ−β−ケトエステル、スピロピラン、スピロオキサジン、桂皮酸、カルコン、スチルバゾール、ベンジリデンフタルイミジン、クマリン、ジフェニルアセリレン及びアントラセンからなる群より選ばれる少なくとも1つの化合物由来の構造を有し、
前記光配向性基を有する重合体はポリオルガノシロキサンであり、
前記光配向性基を有さない重合体は、ポリアミック酸及びポリイミドの少なくともいずれかである液晶表示素子。 - 前記第1配向膜の形成に用いる液晶配向剤における前記光配向性基を有する重合体の含有割合が、前記光配向性基を有さない重合体の合計100重量部に対して0.1〜100重量部である請求項1に記載の液晶表示素子。
- 前記光配向性基が、桂皮酸由来の構造を有している請求項1又は2に記載の液晶表示素子。
- 一対の基板を備える液晶表示素子の製造方法であって、
前記一対の基板のうちの一方の基板表面において、該基板表面に垂直な方向に対して液晶分子を傾斜して配向させる第1配向膜が形成され、他方の基板表面において、液晶分子を垂直配向させる第2配向膜が形成された液晶表示素子を製造する製造工程を含み、
前記第1配向膜を、光配向性基を有する重合体と光配向性基を有さない重合体とを含む光配向用液晶配向剤を用いて形成し、
該光配向性基が、アゾベンゼン、スチルベン、α−イミノ−β−ケトエステル、スピロピラン、スピロオキサジン、桂皮酸、カルコン、スチルバゾール、ベンジリデンフタルイミジン、クマリン、ジフェニルアセリレン及びアントラセンからなる群より選ばれる少なくとも1つの化合物由来の構造を有し、
前記光配向性基を有する重合体はポリオルガノシロキサンであり、
前記光配向性基を有さない重合体は、ポリアミック酸及びポリイミドの少なくともいずれかである液晶表示素子の製造方法。 - 前記製造工程が、
前記一対の基板のうちの一方の基板表面に、前記光配向用液晶配向剤を用いて第1塗膜を形成する第1の膜形成工程と、
前記第1塗膜に対して光照射することにより、該第1塗膜を前記第1配向膜とする光照射工程と、
前記一対の基板のうちの他方の基板表面に、垂直配向膜を形成可能な液晶配向剤を用いて前記第2配向膜としての第2塗膜を形成する第2の膜形成工程と、
前記第1配向膜と前記第2塗膜とが対向するように前記一対の基板が配置されかつその基板間に液晶分子が充填された液晶セルを構築するセル構築工程と、
を含む請求項4に記載の液晶表示素子の製造方法。 - 前記製造工程が、
前記一対の基板のうちの一方の基板表面に、前記光配向用液晶配向剤を用いて塗膜を形成する第1の膜形成工程と、
前記一対の基板のうちの他方の基板表面に、光配向性基を有する化合物を実質的に含まない液晶配向剤を用いて前記第2配向膜を形成する第2の膜形成工程と、
前記塗膜と前記第2配向膜とが対向するように前記一対の基板が配置されかつその基板間に液晶分子が充填された液晶セルを構築するセル構築工程と、
前記セル構築工程により構築した前記液晶セルに対して、前記一対の基板間に電圧を印加した状態で光照射する光照射工程と、
を含む請求項4に記載の液晶表示素子の製造方法。 - 前記光配向用液晶配向剤における前記光配向性基を有する重合体の含有割合が、前記光配向性基を有さない重合体の合計100重量部に対して0.1〜100重量部である請求項4〜6のいずれか一項に記載の液晶表示素子の製造方法。
- 前記光配向性基が、桂皮酸由来の構造を有している請求項4乃至7のいずれか一項に記載の液晶表示素子の製造方法。
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