JP5908632B2 - 液晶配向剤及びその応用 - Google Patents
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Description
溶剤(B)と、を含有する液晶配向剤を提供する。
RI及びRIIIは各々独立してエーテル基(ether group,−O−)、チオエーテル基(thioether group,−S−)、チオエステル基(thioester group,−COS−又は−SCO−)又はエステル基(ester group,−COO−又は−OCO−)であり、このうち該チオエステル基又はエステル基の方向は限定されず、
RIIはC2〜C10であるアルキレンであり、
RIVは単結合、メチレン又はエチレンであり、
Xは炭素原子数17〜40のステロイド骨格を有する1価有機基であり、
構造式(II)中、
R2は構造式(II−1)に示す有機基を表し、
R3は水素、フッ素又はメチル基を表し、
R4、R5又はR6は各々単結合、
R7は
R8は水素、フッ素、C1〜C12のアルキレン基、C1〜C12のフルオロアルキル基、C1〜C12のアルコキシ基、−OCH2F、−OCHF2又は−OCF3を表し、
aは1又は2を表し、
b、c及びdは各々0〜4の整数を表し、
e、f及びgは各々0〜3の整数を表し、且つe+f+g≧3であり、
i及びjは各々1又は2を表し、及び、
R3、R4、R5、R6、R7、R9又はR10が複数個であるとき、各々同じ又は異なってもよい。
溶剤(B)と、を含有する液晶配向剤を提供する。
RI及びRIIIは各々独立してエーテル基、チオエーテル基、チオエステル基又はエステル基であり、このうち該チオエステル基又はエステル基の方向は限定されず、
RIIはC2〜C10であるアルキリデン基であり、
RIVは単結合、メチレン又はエチレンであり、
Xは炭素原子数17〜40のステロイド骨格を有する1価有機基であり、
構造式(II)中、
R2は構造式(II−1)に示す有機基を表し、
R3は水素、フッ素又はメチル基を表し、
R4、R5又はR6は各々単結合、
R7は
R8は水素、フッ素、C1〜C12のアルキレン基、C1〜C12のフルオロアルキル基、C1〜C12のアルコキシ基、−OCH2F、−OCHF2又は−OCF3を表し、
aは1又は2を表し
b、c及びdは各々0〜4の整数を表し、
e、f及びgは各々0〜3の整数を表し、且つe+f+g≧3であり、
i及びjは各々1又は2を表し、及び、
R3、R4、R5、R6、R7、R9又はR10が複数個であるとき、各々同じ又は異なってもよい。
RI及びRIIIは各々独立してエーテル基、チオエーテル基、チオエステル基又はエステル基であり、このうち該チオエステル基又はエステル基の方向は限定されない。言い換えるならば、ここでの「エステル基」は
RIVは単結合、メチレン又はエチレンであり、好ましくは単結合又はメチレン基であり、及び
Xは炭素原子数17〜40のステロイド骨格を有する1価有機基であり、このうち該ステロイド骨格はシクロペンタノ−パーヒドロフェナトレン(cyclopentano−perhydro phenanthrene)骨格であり、このうち骨格中の一つ又は複数の炭素−炭素結合は二重結合とすることができる。該ステロイド骨格の具体例は構造式(X−1)〜(X−4)である:
R2は構造式(II−1)に示す有機基を表し、
R3は水素、フッ素又はメチル基を表し、
R4、R5又はR6は各々単結合、
R7は
R8は水素、フッ素、C1〜C12のアルキレン基、C1〜C12のフルオロアルキル基、C1〜C12のアルコキシ基、−OCH2F、−OCHF2又は−OCF3を表し、
aは1又は2を表し、
b、c及びdは各々0〜4の整数を表し、
e、f及びgは各々0〜3の整数を表し、且つe+f+g≧3であり、
i及びjは各々1又は2を表し、及び、
R3、R4、R5、R6、R7、R9又はR10が複数個であるとき、各々同じ又は異なってもよい。
調製例b−1−1:
b−1−1は構造式(I−10)であり、その調製方法は下記工程1に示す:
5Lの三つ口フラスコに撹拌器、窒素導入用チューブ及び温度計を装着した。β−コレスタノールを389 g、コハク酸無水物を201 g、N,N−ジメチルアミノピリジンを15 g、トリエチルアミンを170 mL、そして酢酸エチルを2 L注加した。次に90℃で8時間反応させた。反応が完了した後減圧蒸留で酢酸エチルを除去するとともに、クロロホルムを2L注加した。続いて有機層を希塩酸で3回洗浄して、水で4回洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させた。生成した沈殿物をろ過により除去して、溶剤を除去することで有機層を濃縮し、白色粉末状で構造式(I−10a)である化合物を223 g得た。
5Lの三つ口フラスコに撹拌器、窒素導入用チューブ及び温度計を装着した。前記調製された構造式(I−10a)である化合物を223 g、3,5−ジニトロ塩化ベンジルを108 g、炭酸カリウムを207 g、ヨウ化ナトリウムを150 g、そしてN,N−ジメチルホルムアミドを1500 mL注加した。次に60℃で8時間反応させた。反応が完了した後、クロロホルムを3L注加した。続いて有機層を水で3回洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させて、有機層を濃縮して析出した固体を回収し、更にエタノールで洗浄した後、薄黄色粉末で構造式(I−10b)である化合物を280g得た。
5Lの三つ口フラスコに撹拌器、窒素導入用チューブ及び温度計を装着した。前記調製された構造式(I−10b)である化合物を200g、塩化スズ二水和物(SnCl2・2H2O)を680g、そして酢酸エチルを2L注加して4時間回流反応させた。反応が完了した後、反応混合物を順次フッ化カリウム水溶液及び水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させた後濃縮して、更にエタノールで再結晶させた後、薄黄色結晶で構造式(I−10)である化合物を58g得た。
b−1−2は構造式(I−18)であり、その調製方法は下記工程2に示す:
1Lの三つ口フラスコに滴下漏斗、温度計及び窒素導入用チューブを装着した。β−コレスタノールを117g、N,N−ジメチルアミノピリジンを3.7g、テトラヒドロフランを400mL、そしてトリエチルアミンを55mL注加して、氷浴した。塩化メタンスルホニル(methanesulfonylchloride,MsCl)及びテトラヒドロフランとの混和溶液100mLを滴下漏斗中に投入して、続いて1時間内で反応液中に滴下した。次に室温下で3時間反応させた。反応が完了した後、反応混合物中に酢酸エチルを500mL注加して有機層を得た。続いて有機層を水で3回洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させて、更に約300mLの有機層に濃縮した後、600mLのエタノール中に分散させて、白色沈殿物を得て、乾燥の後に構造式(I−18a)である化合物を117g得ることができた。構造式(I−18a)中にて、Msはメチルスルホニル(methylsulfonyl,CH3SO2−)である。
前記調製された構造式(I−18a)である化合物46.7g、エチレングリコール155g、そして1,4−ジオキサン200mLを混合するとともに、100℃で20時間加熱撹拌反応させた。反応が完了した後、反応混合物を500mLの水及び500mLのクロロホルムに注加して、十分に撹拌した後、有機層が分離したのを見て、続いて500mLの重炭酸ナトリウム飽和水溶液で1回洗浄した後、更に500mLの水で2回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させるとともに、ろ過、濃縮した後、0℃時に500mLのエタノールを注加して撹拌し、一晩静置した。続いて析出した白色沈澱物をろ過し、ろ過液を濃縮し、溶剤を除去した後、粘性液体粗生成物であり構造式(I−18b)である化合物を26.6g得た。
前記調製された構造式(I−18b)である化合物26.3g及び3,5−ジニトロ塩化ベンゾイル14gを300mLのテトラヒドロフラン溶剤中に混合するとともに、0℃で10時間撹拌反応させた。続いて、10分間内にトリエチルアミンを8.4mLを一滴ずつ注加するとともに、室温で3時間撹拌反応させた。反応が完了した後、反応混合物を濃縮するとともに、クロロホルムを500mL注加した後、300mLの水で4回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させるとともに、ろ過、濃縮した後、粘性液体を回収した。粘性液体をクロマトグラフ管で浄化するとともに、クロロホルムを展開溶媒として、薄黄色油状で構造式(I−18c)である化合物を20g得た。
窒素ガス雰囲気にて、前記調製された構造式(I−18c)である化合物20g及び塩化スズ二水和物(II)78gを350mLの酢酸エチル溶剤中に混合させて、4時間回流加熱撹拌した。続いて2モル/Lのフッ化カリウム水溶液を400mL注加するとともに撹拌し、析出した塩をろ過した。有機層を2モル/Lのフッ化カリウム水溶液400mLで1回洗浄して、更に400mLの水で3回洗浄し、続いて有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させるとともに、ろ過、濃縮した後、薄黄色粉末を得た。得られた粉末をクロマトグラフ管で浄化するとともに、クロロホルム/エタノール=95/5(体積比)を展開溶媒として、白色粉末で構造式(I−18)である化合物を14g得た。
b−1−3は構造式(I−24)であり、その調製方法は下記工程3に示す:
0.5Lの三つ口フラスコに滴下漏斗、窒素導入用チューブ及び温度計を装着した。前記調製された構造式(I−10a)である化合物24g及びテトラヒドロフラン150mLを混合するとともに、−18℃まで冷却した。0.9モル/Lの55mLのボラン−テトラヒドロフラン錯化物/テトラヒドロフランを滴下漏斗中に投入して、続いて30分内で反応液中に滴下した。次に室温で16時間反応させた。反応が完了した後、反応混合物を氷浴し、30mLの水及び酢酸エチルをゆっくりと注加し、得られた有機層を飽和重炭酸ナトリウム水溶液で2回洗浄し、更に水で3回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させるとともに、濃縮、ろ過後、白色粉末で構造式(I−24b)である化合物を17g得た。
0.5Lの三つ口フラスコに滴下漏斗、窒素導入用チューブ及び温度計を装着した。前記調製された構造式(I−24b)である化合物15g、トリエチルアミン4.5mL及びテトラヒドロフラン100mLを混合するとともに、冷却氷浴した。50mLのテトラヒドロフランに溶解した7.4gの33,5−ジニトロ塩化ベンゾイルを滴下漏斗中に投入し、続いて1時間内で反応液中に滴下した。次に室温で2時間反応させた。反応が完了した後、反応混合物を酢酸エチルに注加し、得られた有機層を飽和重炭酸ナトリウム水溶液で2回洗浄し、更に水で3回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで脱水するとともに、濃縮、ろ過、乾燥後、エタノールで再結晶させて構造式(I−24c)である化合物を10g得た。
1Lの三つ口フラスコに回流管、窒素導入用チューブ及び温度計を装着した。前記調製された構造式(I−24c)である化合物10g、5重量%のパラジウム−活性炭素粉末(Pd/C)95mg、エタノール120mL、テトラヒドロフランを60mL及びヒドラジンの水和物3.8mLを室温で1時間撹拌し、更に70℃で1時間撹拌反応させた。反応が終了した後、反応混合物を珪藻土でろ過してろ過液300mLを得て酢酸エチルを注加して有機層を得て、更に水で3回洗浄するとともに、濃縮、乾燥後、乾燥物をエタノールで再結晶させて、構造式(I−24)である化合物を7g得た。
b−1−4は構造式(I−22)であり、その調製方法は下記工程4に示す:
前記調製された構造式(I−10a)である化合物47g、3,5−(N,N−二硫化アリル)ジアミノベンゼンフェノール28g及びテトラヒドロフラン400mLを混合し、0℃で撹拌した。N,N−ジシクロヘキシルカルボジイミド(N,N−dicyclohexylcarbodiimide,DCC)を25g、そしてN,N−ジメチルアミノピリジンを2.4g注加するとともに、25℃で4時間撹拌した。その後、クロロホルムを注加するとともに、有機層を水洗した後濃縮した。得られた濃縮物をクロマトグラフ管で浄化するとともに、ヘキサン:酢酸エチル=8:1(体積比)を展開溶媒として、構造式(I−22b)化合物の粗製物を得た。
前記調製された構造式(I−22b)である化合物38g、1,3−ジメチルバルビツル酸(dimethyl barbituric acid)23g、及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0),Pd(Ph3)4)1.1gを200mLのジクロロメタン中に混合して、35℃で7時間撹拌して反応を行った。反応終了後、飽和重炭酸ナトリウム水溶液及び水で順次洗浄し、有機層を濃縮して、褐色の粘性液体を得た。得られた粘性液体をクロマトグラフ管で浄化するとともに、クロロホルム:エタノール=95:5(体積比)を展開溶媒として、エタノールで再結晶を行って、薄黄色粉末の構造式(I−22)である化合物を13g得た。
b−1−5は構造式(I−26)であり、その調製方法は下記工程5に示す:
10Lの三つ口フラスコに撹拌器、窒素導入用チューブ及び温度計を装着した。β−コレスタノールを778g、グルタン酸無水物を458g、N,N−ジメチルアミノピリジンを30g、トリエチルアミンを340mL、そして酢酸エチルを4L注加した。次に90℃で8時間反応させた。反応が完了した後、減圧蒸留で酢酸エチルを除去するとともに、クロロホルムを2Lを注加した。続いて有機層を希塩酸で3回洗浄して、水で4回洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させた。更に生成した沈殿物をろ過により除去して、溶剤を除去することで有機層を濃縮し、白色粉末状で構造式(I−26a)である化合物を498g得た。
5Lの三つ口フラスコに撹拌器、窒素導入用チューブ及び温度計を装着した。前記調製された構造式(I−26a)である化合物を254g、3,5−ジニトロ塩化ベンジルを108g、炭酸カリウムを207g、ヨウ化ナトリウムを150g、そしてN,N−ジメチルホルムアミドを1500mL注加した。次に60℃で8時間反応させた。反応が完了した後、クロロホルムを3L注加した。続いて有機層を水で3回洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させるとともに、有機層を濃縮して析出した固体を回収し、更にエタノールで洗浄した後に、薄黄色粉末で構造式(I−26b)である化合物を305g得た。
5Lの三つ口フラスコに撹拌器、窒素導入用チューブ及び温度計を装着した。前記調製された構造式(I−26b)である化合物を228g、塩化スズ二水和物を680g及び酢酸エチルを2L注加し4時間回流反応させた。反応が完了した後、反応混合物を順次フッ化カリウム水溶液及び水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させた後濃縮して、更にエタノールで再結晶させた後、薄黄色結晶で構造式(I−26)である化合物を60g得た。<ポリマー組成物(A)の合成>
以下は表1及び表2に基づいて調製合成例及び比較合成例のポリマー組成物(A)を調製するものである。
容積が500mlの四つ口フラスコに窒素ガス入口、撹拌器、コンデンサ管及び温度計を装着するとともに、窒素ガスを導入した。その後、構造式(I−10)に示す化合物(b−1−1)10モル%、構造式(II−10)に示す化合物(b−2−1)1モル%、p−ジアミノフェニル(b−3−1)69モル%、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)(b−3−5)20モル%及びN−メチル−2−ピロリジノン(以下NMP)を80g注加するとともに、室温で溶解するまで撹拌した。続いて、2,3,5−トリカルボキシルシクロペンチル二無水物(a−1)100モル%及びNMPを20g注加するとともに、室温で2時間反応させた。反応終了後、反応溶液を1500mlの水中に注加することで、ポリマーを析出し、得られたポリマーをろ過するとともに、メタノールで洗浄及びろ過する工程を3回繰り返した。その後、生成物を真空オーブン内に入れて、温度60℃で乾燥を行って、ポリマー組成物(A−1−1)が得られた。得られたポリマー組成物(A−1−1)のイミド化率は下記する評価方式で評価を行っており、その結果は表1に示す通りである。このうちイミド化率の測定方法は後述する。
合成例A−1−2〜A−1−5及び合成比較例A−3−2は合成例A−1−1のポリマー組成物の製作方法と同じ調製方法を使用するものであるが、相違点として合成例A−1−2〜A−1−5及び合成比較例A−3−2ではポリマー組成物中での原料の種類及び使用量を変更しており、その配合及び評価結果はそれぞれ表1及び表2に示す通りであるので、ここでは別途説明しない。
容積が500mlの四つ口フラスコに窒素ガス入口、撹拌器、ヒータ、コンデンサ管及び温度計を装着するとともに、窒素ガスを導入した。その後、構造式(I−10)に示す化合物(b−1−1)10モル%、構造式(II−10)に示す化合物(b−2−1)1モル%、p−ジアミノフェニル(b−3−1)69モル%、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)(b−3−5)20モル%及びN−メチル−2−ピロリジノン(以下NMP)を80g注加するとともに、室温で溶解するまで撹拌した。続いて、2,3,5−トリカルボキシルシクロペンチル二無水物(a−1)100モル%及びNMPを20g注加した。室温で6時間反応させた後、NMPを97g、酢酸無水物を2.55g及びピリジンを19.75g注加し、温度を60℃まで上昇させて、且つ撹拌を2時間続けて、イミド化反応を行った。反応終了後、反応溶液を1500mlの水中に注加することで、ポリマーを析出し、得られたポリマーをろ過するとともに、メタノールで洗浄及びろ過する工程を3回繰り返した。その後、生成物を真空オーブン内に入れて、温度60℃で乾燥を行って、ポリマー組成物(A−2−1)が得られた。得られたポリマー組成物(A−2−1)のイミド化率の評価結果は表1に示す通りである。
合成例A−2−2〜A−2−10及び合成比較例A−3−1、A−3−3〜A−3−7は合成例A−2−1のポリマー組成物の製作方法と同じ調製方法を使用するものであるが、相違点としてA−2−2〜A−2−10及び合成比較例A−3−1、A−3−3〜A−3−7ではポリイミドポリマー中の原料の種類及び使用量を変更しており、その配合及び評価結果はそれぞれ表1及び表2に示す通りであるので、ここでは別途説明しない。
以下は表3及び表4に基づいて実施例1〜15及び比較例1〜7の液晶配向剤を調製するものである。
ポリマー(A−1−1)100重量部をN−メチル−2−ピロリジノン(以下B−1)1000重量部及びエチレングリコールブチルエーテル(以下B−2)600重量部中に注加するとともに、室温にて、撹拌装置で溶解するまで撹拌を続けて、実施例1の液晶配向剤が得られた。得られた液晶配向剤は下記する評価方式で評価を行っており、その結果は表3に示す通りであり、このうち吸湿性の測定方法は後述する。
実施例2〜15及び比較例1〜7は実施例1の液晶配向剤の製作方法と同じ調製方法を使用するものであるが、相違点として実施例2〜15及び比較例1〜7では液晶配向剤中の原料の種類及び使用量を変更しており、その配合及び評価結果はそれぞれ表3及び表4に示す通りであるので、ここでは別途説明しない。
B−1 N−メチル−2−ピロリジノン
B−2 エチレングリコールブチルエーテル
B−3 N,N−ジメチルアセトアミド、
C−1 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
C−2 N,N−ジグリシジル−p−グリシドキシアニリン
<評価方式>
イミド化率:
イミド化率とは、ポリイミドポリマー中のアミド酸官能基の数及びイミド環の数の合計量を基準とすることで、イミド環の数の占める割合を計算するとともに、百分率で表示するということである。
実施例及び比較例の液晶配向剤をプリンター(日本写真印刷社製、型番Angstromer S−15)で長時間印刷性の試験を行った。このうち、印刷版は400メッシュのAPR版であり、印刷条件はニップ幅を3.6mm及びタクト時間を5秒間とした。まず100mm×100mmの1枚のガラス基板上で液晶配向剤の印刷を行った後、液晶配向膜がどれほどの時間で不透明になるかを観察した。液晶配向膜が不透明になるまでの時間との対応評価は以下の通りである。
○:60分≧時間>30分
△:30分≧時間>15分
×:時間≦15分
前記実施例は単に本発明の原理及びその効果を説明するためのものであって、本発明を限定するためのものではない。当業者が前記実施例に対して行う修正及び改変は本発明の技術的思想に違うことはない。本発明の権利範囲は別紙の特許請求の範囲の通りである。
110 第1のユニット
111 第1の基板
113 第1の導電膜
115 第1の液晶配向膜
120 第2のユニット
121 第2の基板
123 第2の導電膜
125 第2の液晶配向膜
130 液晶ユニット
Claims (10)
- テトラカルボン酸二無水物成分(a)とジアミン成分(b)とを含有する混合物の反応から得られたポリマー組成物(A)と、
溶剤(B)と、
を含有する液晶配向剤であって、
該ジアミン成分(b)は下記構造式(I)に示すジアミン化合物(b−1)の少なくとも1種及び下記構造式(II)に示すジアミン化合物(b−2)の少なくとも1種を含み、
RI及びRIIIは各々独立してエーテル基、チオエーテル基、チオエステル基又はエステル基であり、このうち該チオエステル基又はエステル基の方向は限定されず、
RIIはC2〜C10であるアルキレンであり、
RIVは単結合、メチレン又はエチレンであり、
Xは炭素原子数17〜40のステロイド骨格を有する1価有機基であり、
構造式(II)中、
R2は構造式(II−1)に示す有機基を表し、
R3は水素、フッ素又はメチル基を表し、
R4、R5又はR6は各々単結合、
R7は
R8は水素、フッ素、C1〜C12のアルキレン基、C1〜C12のフルオロアルキル基、C1〜C12のアルコキシ基、−OCH2F、−OCHF2又は−OCF3を表し、
aは1又は2を表し、
b、c及びdは各々0〜4の整数を表し、
e、f及びgは各々0〜3の整数を表し、且つe+f+g≧3であり、
i及びjは各々1又は2を表し、及び、
R3、R4、R5、R6、R7、R9又はR10が複数個であるとき、各々同じ又は異なってもよい液晶配向剤。 - 前記ジアミン成分(b)の使用量総モル数を100モルとすると、前記構造式(I)に示すジアミン化合物(b−1)使用量が10〜50モルであり、前記構造式(II)に示すジアミン化合物(b−2)の使用量が1〜15モルである、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記ジアミン成分(b)が、脂環系ジアミン化合物を含有するその他ジアミン化合物(b−3)を別に含有する、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記ジアミン成分(b)の使用量総モル数を100モルとすると、前記その他ジアミン化合物(b−3)の使用量が35〜89モルである、請求項3に記載の液晶配向剤。
- 前記構造式(I)に示すジアミン化合物(b−1)と前記構造式(II)に示すジアミン化合物(b−2)とのモル比が2〜8である、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 前記構造式(I)に示すジアミン化合物(b−1)と前記構造式(II)に示すジアミン化合物(b−2)とのモル比が3〜8である、請求項5に記載の液晶配向剤。
- 前記構造式(I)に示すジアミン化合物(b−1)と前記構造式(II)に示すジアミン化合物(b−2)とのモル比が3〜7である、請求項6に記載の液晶配向剤。
- 前記ポリマー組成物(A)のイミド化率の範囲が30〜90%である、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 請求項1〜8のうちいずれか一項に記載の液晶配向剤により形成されている、液晶配向膜。
- 請求項第9項に記載の液晶配向膜を備えた、液晶表示素子。
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