JP6617529B2 - 液晶配向剤、液晶配向膜、液晶素子及び液晶配向膜の製造方法 - Google Patents
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Description
<2>上記<1>に記載の液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜。
<3>上記<2>に記載の液晶配向膜を具備する液晶素子。
<4>上記<1>の液晶配向剤を基板上に塗布して塗膜を形成する工程と、前記液晶配向剤を塗布した基板面に光照射して前記塗膜に液晶配向能を付与する工程と、を含む液晶配向膜の製造方法。
<ブロック共重合体>
本開示の液晶配向剤は、側鎖に官能基を有するブロック共重合体(以下「ブロック共重合体(B)」ともいう。)を含有する。当該ブロック共重合体(B)が側鎖に有する官能基としては、例えばエポキシ基(オキシラニル基及びオキセタニル基を含む。)、水酸基、カルボキシル基、アルコキシシリル基、チオール基、ビニル基、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、(メタ)アクリロイル基、−COOR1、−OR2、−NHR3(ただし、R1及びR2は保護基であり、R3は水素原子又は保護基である。)等が挙げられる。加熱により(好ましくはポストベーク時に)、液晶配向剤中に含まれる他の化合物が有する官能基と相互作用しやすく、かつ貯蔵安定性が良好である観点から、ブロック共重合体(B)は、上記官能基としてエポキシ基、アルコキシシリル基及び−COOR1のいずれかを有するブロック部を1種のみ含むか、又は該ブロック部を2種以上含むものであることが好ましい。なお、本明細書において「相互作用」とは、分子間で共有結合を形成するか、又は共有結合よりも弱い分子間力(例えば、イオン−双極子相互作用、双極子−双極子相互作用、水素結合、ファンデルワールス力等といった分子間に働く電磁気学的な力)を形成することを意味する。反応性が高くかつ貯蔵安定性が良好な点で、ブロック共重合体(B)は少なくとも、エポキシ基を側鎖に有するブロック部を含むものを好ましく適用することができる。
第1ブロック部の重合に使用する単量体(x)と、第2ブロック部の重合に使用する単量体(y)との使用割合は、x:y=10:90〜90:10(モル比)とすることが好ましく、20:80〜80:20とすることがより好ましい。
[ATRP法]
ATRP法とする場合、触媒は遷移金属を用いることができ、例えば銅、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、レニウム、オスミウムが挙げられる。これらの中でも銅が好ましく、具体的には塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅が挙げられる。触媒の使用割合は、使用するモノマー1モルに対して、通常、0.000001〜0.1モルであり、好ましくは0.00001〜0.01モルである。
重合に際しては、反応系中に配位子を加えることが好ましい。使用する配位子としては、例えば下記式(L−5)〜式(L−14)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。配位子の使用割合は、使用するモノマー1モルに対して、通常、0.000001〜0.1モル、好ましくは0.00001〜0.01モルである。
RAFT法による場合、使用する重合開始剤としては、例えば2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、1,1’−ビス(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、過酸化水素等が挙げられる。重合開始剤の使用割合は、通常、0.000001〜0.1モル、好ましくは0.00001〜0.01モルである。連鎖移動剤(RAFT剤)としては、ジチオベンゾアート、トリチオカーボナート、ジチオカルバマート、キリンタートが好ましく、具体例としては、例えば下記式(R−1)〜式(R−7)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。
NMP法とする場合、使用する重合開始剤としては、例えば2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、1,1’−ビス(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、過酸化水素等が挙げられる。重合開始剤の使用割合は、使用するモノマー1モルに対して、通常、0.000001〜0.1モル、好ましくは0.00001〜0.01モルである。ニトロキシドとしては、例えば下記式(N−1)〜式(N−5)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。ニトロキシドの使用割合は、通常、0.000001〜0.1モル、好ましくは0.00001〜0.01モルである。上記重合における反応温度は、好ましくは20〜200℃、より好ましくは40〜150℃であり、反応時間は、好ましくは1〜168時間、より好ましくは10〜72時間である。
本開示の液晶配向剤は、ブロック共重合体(B)と共に、ブロック共重合体(B)以外のその他の成分として、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリアミック酸エステル及びポリオルガノシロキサンよりなる群から選ばれる少なくとも一種の重合体(以下「重合体(A)」ともいう。)を含有していることが好ましい。
重合体(A)としてのポリアミック酸は、例えばテトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物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に使用するテトラカルボン酸二無水物の具体例としては、脂肪族テトラカルボン酸二無水物として、例えば1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、エチレンジアミン四酢酸二無水物などを;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、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−3a,4,5,9b−テトラヒドロナフト[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ン−3−イル)−8−メチル−3a,4,5,9b−テトラヒドロナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−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、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、シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物などを;芳香族テトラカルボン酸二無水物として、例えばピロメリット酸二無水物、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物、p−フェニレンビス(トリメリット酸モノエステル無水物)、エチレングリコールビス(アンヒドロトリメリテート)、1,3−プロピレングリコールビス(アンヒドロトリメリテート)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。なお、テトラカルボン酸二無水物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
で表される化合物などの側鎖型ジアミン:
反応に使用する有機溶媒としては、例えば非プロトン性極性溶媒、フェノール系溶媒、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、炭化水素などを挙げることができる。特に好ましい有機溶媒は、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、m−クレゾール、キシレノール及びハロゲン化フェノールよりなる群から選択される1種以上を溶媒として使用するか、あるいはこれらの1種以上と、他の有機溶媒(例えばブチルセロソルブ、ジエチレングリコールジエチルエーテルなど)との混合物を使用することが好ましい。有機溶媒の使用量(a)は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンの合計量(b)が、反応溶液の全量(a+b)に対して、0.1〜50質量%になる量とすることが好ましい。
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い。
重合体(A)としてのポリアミック酸エステルは、例えば、上記合成反応により得られたポリアミック酸とエステル化剤(例えばアルコール類など)とを反応させる方法;テトラカルボン酸ジエステルとジアミン化合物とを反応させる方法;テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物とジアミン化合物とを反応させる方法、などによって得ることができる。液晶配向剤に含有させるポリアミック酸エステルは、アミック酸エステル構造のみを有していてもよく、アミック酸構造とアミック酸エステル構造とが併存する部分エステル化物であってもよい。なお、ポリアミック酸エステルを溶解してなる反応溶液は、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エステルを単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。
重合体(A)としてのポリイミドは、例えば上記の如くして合成された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。ポリイミドは、その前駆体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。反応に使用するポリイミドは、そのイミド化率が20〜99%であることが好ましく、30〜90%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。
重合体(A)としてのポリオルガノシロキサンは、例えば加水分解性のシラン化合物を加水分解・縮合することにより得ることができる。当該シラン化合物としては、例えば、テトラメトキシシラン、メ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−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、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、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物などを挙げることができ、これらの1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
本開示の液晶配向剤は、ブロック共重合体(B)及び必要に応じて使用されるその他の成分が、好ましくは適当な溶媒中に分散又は溶解してなる液状の組成物として調製される。
使用する有機溶媒としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、1,2−ジメチル−2−イミダゾリジノン、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、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等を挙げることができる。これらは、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本開示の液晶素子は、上記で説明した液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜を具備する。液晶素子における液晶の動作モードは特に限定せず、例えばTN型、STN型、垂直配向型(VA−MVA型、VA−PVA型などを含む。)、IPS型、FFS型、OCB(Optically Compensated Bend)型など種々のモードに適用することができる。液晶素子は、例えば以下の工程1〜工程3を含む方法により製造することができる。工程1は、所望の動作モードによって使用基板が異なる。工程2及び工程3は各動作モード共通である。
先ず基板上に液晶配向剤を塗布し、次いで塗布面を加熱することにより基板上に塗膜を形成する。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、ポリ(脂環式オレフィン)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(SnO2)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(In2O3−SnO2)からなるITO膜などを用いることができる。TN型、STN型又は垂直配向型の液晶素子を製造する場合には、パターニングされた透明導電膜が設けられている基板二枚を用いる。IPS型又はFFS型の液晶素子を製造する場合には、櫛歯型にパターニングされた透明導電膜又は金属膜からなる電極が設けられている基板と、電極が設けられていない対向基板とを用いる。金属膜としては、例えばクロムなどの金属からなる膜を使用することができる。基板への塗布は、電極形成面上に、好ましくはオフセット印刷法、スピンコート法、ロールコーター法又はインクジェット印刷法により行う。
TN型、STN型、IPS型又はFFS型の液晶素子を製造する場合、上記工程1で形成した塗膜に液晶配向能を付与する処理(配向処理)を実施する。これにより、液晶分子の配向能が塗膜に付与されて液晶配向膜となる。配向処理としては、塗膜を例えばナイロン、レーヨン、コットンなどの繊維からなる布を巻き付けたロールで一定方向に擦ることによって塗膜に液晶配向能を付与するラビング処理、液晶配向剤を塗布した基板面に光照射して塗膜に液晶配向能を付与する光配向処理などが挙げられる。垂直配向型の液晶素子を製造する場合には、上記工程1で形成した塗膜をそのまま液晶配向膜として使用することができるが、該塗膜に対し配向処理を施してもよい。
使用する光源としては、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、エキシマレーザーなどを使用することができる。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。放射線の照射量は、好ましくは200〜50,000J/m2であり、より好ましくは400〜20,000J/m2である。配向能付与のための光照射は、ポストベーク工程後の塗膜に対して行ってもよく、プレベーク工程後であってポストベーク工程前の塗膜に対して行ってもよく、あるいはプレベーク工程及びポストベーク工程の少なくともいずれかにおいて加熱中に塗膜に対して行ってもよい。
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、対向配置した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。具体的には、一対の基板の周辺部をシール剤によって貼り合わせ、基板表面及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、注入孔を封止する方法;一方の基板の液晶配向膜側の周辺部にシール剤を塗布し、さらに液晶配向膜面上の所定の数箇所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とともに液晶を基板の全面に押し広げ、その後シール剤を硬化する方法(ODF方式)、などが挙げられる。
シール剤としては、例えば硬化剤及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が挙げられる。液晶としては、ネマチック液晶及びスメクチック液晶を挙げることができ、中でもネマチック液晶が好ましく、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が挙げられる。また、これらの液晶にコレステリック液晶、カイラル剤、強誘電性液晶などを添加して使用してもよい。
[重合体の重量平均分子量Mw及び数平均分子量Mn]:以下の装置を用いて、以下の条件におけるゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって測定した結果から、標準物質として単分散ポリスチレンを用いてポリスチレン換算値として求めた。
測定装置:東ソー(株)製、型式「8120−GPC」
カラム:東ソー(株)製、「TSKgelGRCXLII」
溶媒:テトラヒドロフラン
試料濃度:5重量%
試料注入量:100μL
カラム温度:40℃
カラム圧力:68kgf/cm2
[重合体溶液の溶液粘度(mPa・s)]:E型回転粘度計を用いて25℃で測定した。
[エポキシ当量]:JIS C2105の「塩酸−メチルエチルケトン法」に準じて測定した。
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、エポキシ基含有ポリオルガノシロキサンとして重合体(EPS−1)を粘調な透明液体として得た。この重合体(EPS−1)につき、1H−NMR分析を行ったところ、化学シフト(δ)=3.2ppm付近にオキシラニル基に基づくピークが理論強度どおりに得られ、反応中にエポキシ基の副反応が起こっていないことが確認された。この重合体(EPS−1)の重量平均分子量は2,200、エポキシ当量は186g/当量であった。
還流管、窒素導入管及び温度計を備えた500mLの三口フラスコに4−ビニル安息香酸14.8g、トルエン500mL、4−メトキシキノン14mg及びジメチルホルムアミド ジ−t−ブチルアセタール101.2gを仕込み、80℃で4時間反応させた。反応終了後、反応液を1M水酸化ナトリウム水溶液200mLで2回、水200mLで3回分液洗浄を行った後、硫酸マグネシウムで乾燥し、濃縮乾固して粗精製物を得た。次に、この粗精製物に4−メトキシキノン14mgを加えて1mmHgで蒸留精製を行うことで液状の化合物(St−1)を12.2g得た。
及びN,N−ジメチルアセトアミド400mLを仕込み、室温で1時間撹拌を行った後、4,4,4−トリフルオロ−1−ヨードブタン95gを加え、室温で5時間撹拌下に反応を行った。反応終了後、水で再沈殿を行った。次に、この沈殿に水酸化ナトリウム32g及び水400mLを加えて4時間還流して加水分解反応を行った。反応終了後、塩酸で中和し、生じた沈殿をエタノールで再結晶することにより化合物(A−1−C4−2A)の白色結晶を80g得た。この化合物(A−1−C4−2A)のうちの46.4gを反応容器にとり、これに塩化チオニル200mL及びN,N−ジメチルホルムアミド0.2mLを加えて80℃で1時間撹拌した。次に、減圧下で塩化チオニルを留去し、塩化メチレンを加えて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、濃縮を行った後、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36g、炭酸カリウム55g、テトラブチルアンモニウム2.4g、テトラヒドロフラン200mL及び水400mLを仕込んだ。この水溶液を氷冷し、上記の化合物(A−1−C4−2A)と塩化チオニルとの反応物を含有する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た後、抽出液を硫酸マグネシウムで乾燥し、濃縮を行った後、エタノールで再結晶することにより、化合物(A−1−C4−2)の白色結晶を39g得た。
上記合成例a−2において、化合物(A−1−C4−1A)の代わりに4−ペンチル−トランスシクロヘキシルカルボン酸9.91gを用いたほかは、合成例a−2の化合物(A−1−C4−1)の合成と同様に実施することにより、化合物(A−1−C8−1)の白色結晶を13g得た(下記スキーム4参照)。
200mLの三口フラスコに、上記合成例e−1で得た重合体(EPS−1)の5.0g、メチルイソブチルケトン46.4g、カルボン酸として上記合成例a−2で得た化合物(A−1−C4−1)4.76g(重合体(EPS−1)が有するエポキシ基に対して50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0.10gを仕込み、80℃で8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3回水洗した後、溶剤を留去することにより、特定基含有ポリオルガノシロキサンとして重合体(S−CE−1)を白色粉末として2.8g得た。この重合体(S−CE−1)の重量平均分子量は9,500であった。
[合成例CE−2〜CE−4]
上記合成例CE−1において、カルボン酸として化合物(A−1−C4−1)の代わりに下記表1に記載した化合物を用いたほかは合成例CE−1と同様に実施することにより特定基含有ポリオルガノシロキサンをそれぞれ合成した。ここで得た各ポリオルガノシロキサンの重量平均分子量Mwを下記表1に併せて示した。なお、表1におけるカルボン酸の使用量は、反応に使用した重合体(EPS−1)が有するエポキシ基に対する割合(モル%)である。
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モル当量)及びジアミンとして2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル212g(1.0モル当量)をN−メチル−2−ピロリドン4,050gに溶解し、40℃で3時間反応させることにより、ポリアミック酸として重合体(PA−1)を10質量%含有する溶液4,400g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。
撹拌機、冷却管及び温度計を備えた反応容器に、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)1質量部、及び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210質量部を仕込んだ。ここに、4−ビニルベンジルグリシジルエーテル48質量部及び4−スチリルトリメトキシシラン56質量部を加え、フラスコ内を窒素置換した後、穏やかに撹拌を始めた。溶液温度を80℃に上昇させ、この温度を5時間維持することにより、4−ビニルベンジルグリシジルエーテルと4−スチリルトリメトキシシランのランダム共重合体(これを「重合体(RPS−1)」とする。)を含む溶液を得た。この重合体(RPS−1)の重量平均分子量は6,900であった。
[比較合成例RPS−2]
25mLのシュレンク管に、窒素雰囲気下、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(東京化成工業株式会社、以下同じ)を1mmol(0.156g)、過酸化ベンゾイル(1.5mmol、0.242g)、及び4−ビニルベンジルグリシジルエーテル(250mmol、47.560g)を仕込み、室温で10分間撹拌後、3回凍結脱気した。溶液を室温に戻して10分間撹拌し、その後125℃で反応を行った。25時間後、反応溶液をテトラヒドロフラン(THF)50mlに溶解させたのち、メタノール(2L)で再沈殿を行った。得られた生成物を乾燥させ、ポリ(4−ビニルベンジルグリシジルエーテル)(これを「重合体(RPS−2)」とする。)の白色粉体38gを得た。この重合体(RPS−2)の数平均分子量は18,000、PDIは1.15であった。
[比較合成例RPS−3]
25mLのシュレンク管に、窒素雰囲気下、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(1mmol、0.156g)、過酸化ベンゾイル(1.5mmol、0.242g)、及びメタクリル酸グリシジル(250mmol、35.538g)を仕込み、室温で10分間撹拌後、3回凍結脱気した。溶液を室温に戻して10分間撹拌し、その後125℃で反応を行った。25時間後、反応溶液をTHF(50ml)に溶解させたのち、メタノール(2L)で再沈殿を行った。得られた生成物を乾燥させ、ポリ(メタクリル酸グリシジル)(これを「重合体(RPS−3)」とする。)の白色粉体38gを得た。この重合体(RPS−3)の数平均分子量は20,000、PDIは1.06であった。
25mLのシュレンク管に、窒素雰囲気下、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(1mmol、0.156g)、過酸化ベンゾイル(1.5mmol、0.242g)、及び4−スチリルトリメトキシシラン(250mmol、56.080g)を仕込み、室温で10分間撹拌後、3回凍結脱気した。溶液を室温に戻して10分間撹拌し、その後125℃で反応を行った。25時間後、反応溶液をTHF(50ml)に溶解させたのち、メタノール(2L)で再沈殿を行った。得られた生成物を乾燥させ、ポリ(4−スチリルトリメトキシシラン)(これを「重合体(RPS−4)」とする。)の白色粉体35gを得た。この重合体(RPS−4)の数平均分子量は19,000、PDIは1.18であった。
[比較合成例RPS−5]
撹拌機、冷却管及び温度計を備えた反応容器に2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)1質量部、及び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190質量部を仕込んだ。ここに、メタクリル酸グリシジル36質量部及び4−スチリルトリメトキシシラン56質量部を加え、フラスコ内を窒素置換した後、穏やかに撹拌を始めた。溶液温度を80℃に上昇させ、この温度を5時間維持することにより、メタクリル酸グリシジルと4−スチリルトリメトキシシランのランダム共重合体(これを「重合体(RPS−5)」とする。)を含む溶液を得た。この重合体(RPS−5)の重量平均分子量は8,000であった。
25mLのシュレンク管に、窒素雰囲気下、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルを0.1mmol(0.0156g)、上記比較合成例RPS−2で得た重合体(RPS−2)を25mmol(4.756g)、及び4−スチリルトリメトキシシランを25mmol(5.608g)を仕込み、室温で10分間撹拌後、3回凍結脱気した。溶液を室温に戻して10分間撹拌し、その後125℃で反応を行った。25時間後、反応溶液をTHF(10ml)に溶解させたのち、メタノール(2L)で再沈殿を行った。得られた生成物を乾燥させ、4−ビニルベンジルグリシジルエーテルと4−スチリルトリメトキシシランのブロック共重合体(これを「重合体(PS−1)」とする。)の白色固体8.4gを得た。得られた重合体(PS−1)の数平均分子量は42,000、PDIは1.25であった。
[合成例PS−2]
25mLのシュレンク管に、窒素雰囲気下、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルを0.1mmol(0.0156g)、上記比較合成例RPS−3で得た重合体(RPS−3)を25mmol(3.554g)、及び4−スチリルトリメトキシシランを25mmol(5.608g)を仕込み、室温で10分間撹拌後、3回凍結脱気した。溶液を室温に戻して10分間撹拌し、その後125℃で反応を行った。25時間後、反応溶液をTHF(10ml)に溶解させたのち、メタノール(2L)で再沈殿を行った。得られた生成物を乾燥させ、メタクリル酸グリシジルと4−スチリルトリメトキシシランのブロック共重合体(これを「重合体(PS−2)」とする。)の白色固体8.9gを得た。得られた重合体(PS−2)の数平均分子量は45,000、PDIは1.19であった。
[合成例PS−3]
25mLのシュレンク管に、窒素雰囲気下、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルを0.1mmol(0.0156g)、上記比較合成例RPS−2で得た重合体(RPS−2)を25mmol(4.756g)、及び上記合成例a−1で得た化合物(St−1)を25mmol(5.103g)を仕込み、室温で10分間撹拌後、3回凍結脱気した。溶液を室温に戻して10分間撹拌し、その後125℃で反応を行った。25時間後、反応溶液をTHF10mLに溶解させたのち、メタノール2Lで再沈殿を行った。得られた生成物を乾燥させ、4−ビニルベンジルグリシジルエーテルと化合物(St−1)のブロック共重合体(これを「重合体(PS−3)」とする。)の白色固体8.9gを得た。この重合体(PS−3)の数平均分子量は39,000、PDIは1.20であった。
(1)液晶配向剤の調製
ポリオルガノシロキサンとして上記合成例CE−1で得た重合体(S−CE−1)を10質量部、ポリアミック酸として上記合成例PA−1で得た重合体(PA−1)を含有する溶液を重合体(PA−1)に換算して90質量部に相当する量、並びにブロック共重合体(B)として上記合成例PS−1で得た重合体(PS−1)2質量部を混合し、これにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)及びブチルセロソルブ(BC)を加え、溶媒組成がNMP:BC=50:50(質量比)、固形分濃度が3.0質量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターで濾過することにより液晶配向剤を調製した。
(2)垂直配向型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(1)で調製した液晶配向剤をスピンナーを用いて塗布し、80℃のホットプレート上で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400J/m2を、基板法線から40°傾いた方向から照射した。上記と同じ操作を繰り返して、液晶配向膜を有する基板を一対(2枚)作製した。このうち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、一対の基板の液晶配向膜面を対向させ、各基板の偏光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させた。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℃で加熱してから室温まで徐冷した。次に、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、且つ、液晶配向膜の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垂直配向型の液晶表示素子を製造した。
上記(2)で製造した液晶表示素子に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目視により観察した。電圧OFF時に液晶セルから光漏れが観察されず、且つ電圧印加時にセル駆動領域が白表示であってそれ以外の領域から光漏れがない場合を液晶配向性「良」とし、電圧OFF時に液晶セルから光漏れが観察されるか、又は電圧ON時にセル駆動領域以外の領域から光漏れが観察された場合を液晶配向性「不良」と評価したところ、この液晶表示素子の液晶配向性は「良」であった。
(4)電圧保持率の評価
上記(2)で製造した液晶表示素子に対して、60℃において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。電圧保持率の測定装置は(株)東陽テクニカ製、VHR−1を使用した。電圧保持率が99%以上の場合を電圧保持率「良」、98%以上99%未満を「可」、98%未満を「不良」と評価したところ、この液晶表示素子の電圧保持率は「良」であった。
上記(2)と同様にして製造した液晶表示素子につき、上記(4)の電圧保持率の評価と同じ条件で初期の電圧保持率を測定した。その後、120℃のオーブン内で1,000時間静置してから再度上記(4)と同じ条件で電圧保持率を測定した。オーブン内で静置した後の電圧保持率の値が初期値と比較して2%未満であった場合を耐熱性「良」とし、2%以上であった場合を耐熱性「不良」として評価したところ、この液晶表示素子の耐熱性は「良」であった。
(6)初期プレチルト角の測定及びプレチルト角の経時的安定性の評価
上記(2)と同様にして製造した液晶表示素子につき、非特許文献「T. J. Scheffer et. al. J. Appl. Phys. vo. 19, p2013(1980)」に記載された方法に準拠して、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(初期プレチルト角)。次いで、初期プレチルト角測定後の液晶表示素子を、23℃で30日間静置した後、上記と同じ方法により再びプレチルト角を測定した(保存後プレチルト角)。保存後プレチルト角の初期プレチルト角に対する変化量を調べ、この値が0.1°未満であった場合をプレチルト角の経時的安定性「良」であるとし、0.1°以上であった場合を「不良」とした。その結果、この液晶表示素子の初期プレチルト角は88°であり、またプレチルト角の経時的安定性は「良」であった。
[実施例2〜12、比較例1〜6]
液晶配向剤の調製に使用するブロック共重合体(B)及びその他の成分の種類及び量(質量部)を下記表2に示す通り変更した以外は、上記実施例1と同じ溶剤比及び固形分濃度で液晶配向剤をそれぞれ調製した。また、各液晶配向剤を用いて、実施例1と同様にして液晶表示素子を製造するとともに、実施例1と同じく各種評価を行った。それらの結果を下記表2に示した。
Claims (5)
- ポリアミック酸、ポリイミド及びポリアミック酸エステルよりなる群から選ばれる少なくとも一種の重合体(A−1)と、ポリオルガノシロキサンと、側鎖に官能基を有するブロック共重合体と、を含有し、
前記ブロック共重合体は、エポキシ基を側鎖に有する第1ブロック部と、アルコキシシリル基又は「−COOR 1 」(ただし、R 1 は保護基である。)を側鎖に有する第2ブロック部とを含み、
前記ブロック共重合体の含有割合は、前記重合体(A−1)とポリオルガノシロキサンとの合計100質量部に対して、0.1〜20質量部である、液晶配向剤。 - 前記ブロック共重合体は、ポリスチレン系ブロック及びポリ(メタ)アクリル系ブロックの少なくとも一方を有する、請求項1に記載の液晶配向剤。
- 請求項1又は2に記載の液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜。
- 請求項3に記載の液晶配向膜を具備する液晶素子。
- 請求項1又は2に記載の液晶配向剤を基板上に塗布して塗膜を形成する工程と、前記液晶配向剤を塗布した基板面に光照射して前記塗膜に液晶配向能を付与する工程と、を含む液晶配向膜の製造方法。
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