JP7533470B2 - Liquid crystal alignment agent, liquid crystal alignment film, and liquid crystal display element - Google Patents
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Description
本発明は、液晶配向剤、該液晶配向剤から得られる液晶配向膜、該液晶配向膜を使用した液晶表示素子、及び液晶配向剤に用いる新規化合物に関する。The present invention relates to a liquid crystal alignment agent, a liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment agent, a liquid crystal display element using the liquid crystal alignment film, and a novel compound used in the liquid crystal alignment agent.
従来、液晶表示素子としては、電極構造や使用する液晶分子の物性等が異なる種々の駆動方式が開発されており、例えば、TN(Twisted Nematic)型やSTN(Super Twisted Nematic)型、VA(Vertical Alignment)型、IPS(In-Plane Switching)型、FFS(Finge Field Switching)型等の各種表示素子が知られている。これら液晶表示素子は、一般的に、液晶分子を配向させるための液晶配向膜を有する。Conventionally, various driving methods have been developed for liquid crystal display elements, with different electrode structures and physical properties of the liquid crystal molecules used, and various display elements are known, such as TN (Twisted Nematic) type, STN (Super Twisted Nematic) type, VA (Vertical Alignment) type, IPS (In-Plane Switching) type, and FFS (Finge Field Switching) type. These liquid crystal display elements generally have a liquid crystal alignment film for aligning the liquid crystal molecules.
液晶配向膜の材料としては、例えば、ポリアミック酸やポリアミック酸エステル、ポリイミド、ポリアミド等の重合体が知られている。現在、工業的に最も普及している液晶配向膜は、電極基板上に上記重合体を含む重合性組成物を用いて形成された膜の表面を、綿、ナイロン、ポリエステル等の布で一方向に擦る、いわゆるラビング処理を行うことで作製されている。Known materials for liquid crystal alignment films include polymers such as polyamic acid, polyamic acid ester, polyimide, and polyamide. Currently, the liquid crystal alignment film that is most widely used industrially is produced by rubbing the surface of a film formed on an electrode substrate using a polymerizable composition containing the above polymer in one direction with a cloth such as cotton, nylon, or polyester, a process known as rubbing.
ラビング処理は、簡便で生産性に優れた工業的に有用な方法である。しかし、液晶表示素子の高性能化、高精細化、大型化に伴い、ラビング処理で発生する配向膜の表面の傷、発塵、機械的な力や静電気による影響、更には、配向処理面内の不均一性等の種々の問題がある。Rubbing is an industrially useful method that is simple and has excellent productivity. However, as liquid crystal display elements become more powerful, precise, and larger, various problems arise, such as scratches on the alignment film surface, dust generation, effects of mechanical force and static electricity, and non-uniformity within the alignment treatment surface.
ラビング処理に代わる方法としては、偏光された放射線の照射により、液晶配向能を付与する光配向法が知られている。光配向法による液晶配向処理は、光異性化反応を利用したもの、光架橋反応を利用したもの、光分解反応を利用したもの等が提案されている(非特許文献1参照)。特許文献1では、主鎖にシクロブタン環等の脂環構造を有するポリイミド膜を光配向法に用いることが提案されている。As an alternative to rubbing treatment, a photo-alignment method is known in which liquid crystal alignment ability is imparted by irradiation with polarized radiation. As liquid crystal alignment treatments using the photo-alignment method, methods utilizing photoisomerization reactions, photocrosslinking reactions, photodecomposition reactions, etc. have been proposed (see Non-Patent Document 1). Patent Document 1 proposes using a polyimide film having an alicyclic structure such as a cyclobutane ring in the main chain for the photo-alignment method.
上記のような光配向法は、ラビングレスの配向処理方法として、工業的にも簡便な製造プロセスで生産できるだけでなく、IPS駆動方式やFFS駆動方式の液晶表示素子においては、ラビング処理法で得られる液晶配向膜に比べて、液晶表示素子のコントラストや視野角特性の向上が期待できるため、有望な液晶配向処理方法として注目されている。The above-mentioned photoalignment method is a rubbing-less alignment treatment method that can be produced using an industrially simple manufacturing process, and is also attracting attention as a promising liquid crystal alignment treatment method because it is expected to improve the contrast and viewing angle characteristics of liquid crystal display elements using IPS and FFS drive methods compared to liquid crystal alignment films obtained using rubbing treatment methods.
近年、さらに液晶表示素子の使用範囲が拡大しており、液晶表示素子は、長時間、高温高湿の環境下や光の照射に曝された環境下で使用される場合がある。液晶配向膜としては、このような過酷な環境下での使用に耐え得ることが求められ、特に電圧保持率が高いことは重要な特性の一つとなっている。しかし、本願発明者の知見によると、放射線等の照射によって化学変化を起こす光配向法の場合、電圧保持率が低下しやすい傾向にあることが明らかとなった。加えて、光配向法による配向能付与を行った場合に、液晶配向性が十分でなかったり、例えば、IPS駆動方式やFFS駆動方式の液晶表示素子において焼き付きが問題になったりすることが明らかになった。In recent years, the scope of use of liquid crystal display elements has expanded, and liquid crystal display elements may be used for long periods of time in high temperature and high humidity environments or in environments exposed to light irradiation. A liquid crystal alignment film is required to be able to withstand use in such harsh environments, and a high voltage retention rate is one of its important characteristics. However, according to the findings of the present inventors, it has become clear that in the case of photo-alignment methods in which chemical changes are caused by irradiation with radiation or the like, the voltage retention rate tends to decrease. In addition, it has become clear that when alignment ability is imparted by the photo-alignment method, the liquid crystal alignment property is insufficient, and image sticking becomes a problem, for example, in liquid crystal display elements using an IPS driving method or an FFS driving method.
従って、本発明は、放射線等の照射によって化学変化を起こす光配向法による配向処理の場合でも、過酷な環境下での電圧保持率が高く、且つ液晶配向性が良好で、かつ、IPS駆動方式やFFS駆動方式の液晶表示素子で発生する焼き付きが抑制できる液晶表示素子を得るための液晶配向剤、該液晶配向剤から得られる液晶配向膜、該液晶配向膜を有する液晶表示素子、更には、液晶配向剤に用いる新規化合物を提供することを目的とする。Therefore, the present invention aims to provide a liquid crystal alignment agent for obtaining a liquid crystal display element that has a high voltage retention rate and good liquid crystal alignment properties even in harsh environments, even in the case of alignment treatment using a photo-alignment method that causes chemical changes due to exposure to radiation, etc., and that can suppress burn-in that occurs in liquid crystal display elements using an IPS drive system or an FFS drive system, a liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment agent, a liquid crystal display element having the liquid crystal alignment film, and further, a new compound for use in the liquid crystal alignment agent.
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、下記に表わされる特定の化学構造を有する芳香族化合物を添加剤として含有する液晶配向剤により、上記課題を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、下記式(1)で表される構造を2つ以上有する芳香族化合物を含有することを特徴とする液晶配向剤、該液晶配向剤から得られる液晶配向膜、該液晶配向膜を有する液晶表示素子、更には、該液晶配向剤に用いる新規化合物にある。
The present invention relates to a liquid crystal aligning agent characterized by containing an aromatic compound having two or more structures represented by the following formula (1), a liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal aligning agent, a liquid crystal display element having the liquid crystal alignment film, and further, a novel compound used in the liquid crystal aligning agent.
本発明によれば、放射線等の照射によって化学変化を起こす光配向法による配向処理の場合でも、過酷な環境下で電圧保持率が高く、液晶配向性が良好で、特に、IPS駆動方式やFFS駆動方式でも焼き付きが抑制できる液晶表示素子を得るための液晶配向剤、該液晶配向剤から得られる液晶配向膜、該液晶配向膜を有する液晶表示素子、更には、液晶配向剤に用いる新規化合物が提供される。According to the present invention, even in the case of alignment treatment using a photo-alignment method in which a chemical change occurs due to exposure to radiation or the like, a liquid crystal alignment agent for obtaining a liquid crystal display element that has a high voltage retention rate and good liquid crystal alignment properties even in harsh environments, and in particular can suppress burn-in even in the IPS drive system or FFS drive system, a liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment agent, a liquid crystal display element having the liquid crystal alignment film, and further a novel compound for use in the liquid crystal alignment agent are provided.
<式(1)の芳香族化合物>
本発明の液晶配向剤は、下記式(1)で表される構造を2つ以上有する芳香族化合物(以下、式(1)の芳香族化合物という場合がある。)を含有することを特徴とする。
The liquid crystal aligning agent of the present invention is characterized in that it contains an aromatic compound having two or more structures represented by the following formula (1) (hereinafter, sometimes referred to as an aromatic compound of formula (1)).
上記式(1)におけるRは、水素原子又はメチル基を表す。ベンゼン環上の任意の水素原子は、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、炭素数1~6、好ましくは炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~6、好ましくは炭素数1~4のアルコキシ基、又はフッ素原子を有する炭素数1~6、好ましくは炭素数1~4の1価の有機基により置換されていてもよい。ここで、フッ素原子を有する1価の有機基としては、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、トリフルオロメトキシ基、トリフルオロエトキシ基等が挙げられる。In the above formula (1), R represents a hydrogen atom or a methyl group. Any hydrogen atom on the benzene ring may be substituted with a hydroxyl group, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, preferably 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, preferably 1 to 4 carbon atoms, or a monovalent organic group having 1 to 6 carbon atoms, preferably 1 to 4 carbon atoms, and containing a fluorine atom. Examples of the monovalent organic group having a fluorine atom include a trifluoromethyl group, a trifluoroethyl group, a trifluoromethoxy group, and a trifluoroethoxy group.
本発明の液晶配向剤では、上記式(1)の芳香族化合物を添加剤として含有することにより、後記する実施例において具体的に例証するように、放射線等の照射によって化学変化を起こす光配向法による配向処理の場合でも、過酷な環境下で電圧保持率が高く、液晶配向性が良好である液晶表示素子における液晶配向膜が得ることができる。そのメカニズムが必ずしも明らかではないが、ほぼ以下のように考えられる。
光配向法による配向処理では、例えば、基板表面に形成された液晶配向剤から形成される膜状物の表面には、ほぼ直線に偏光した高エネルギーUV光が照射されるが、この場合、UV光の照射により、膜状物を構成する有機物の分解物が生成し、これが液晶配向膜中の電圧保持率の低下をもたらす不純物となり、このため、液晶配向膜の電圧保持率を低下させるものと思われる。
しかし、本発明の液晶配向剤では、UV光の照射によって上記不純物が生成した場合、該不純物と反応しうる官能基を上記式(1)の芳香族化合物が有するため、これが電圧保持率の低下をもたらす不純物と反応することにより、得られる液晶配向膜に含まれる該不純物を低減せしめることができる。このため、本発明の液晶配向剤から得られる液晶配向膜は、高い電圧保持率を保持するものと思われる。
また、本発明の液晶配向剤に含有される上記式(1)の芳香族化合物は、平面性の高い構造を有するため、得られる液晶配向膜の液晶配向性が阻害されることなく、高い液晶配向性を有する液晶配向膜が得られるものと思われる。従って、IPS駆動方式やFFS駆動方式において、液晶表示素子を長時間駆動させた際でも液晶が駆動前と同じ状態に戻るため、焼き付きの少ない液晶表示素子が得られるものと思われる。
In the liquid crystal aligning agent of the present invention, by containing the aromatic compound of the above formula (1) as an additive, as specifically illustrated in the examples described later, even in the case of alignment treatment by a photoalignment method in which a chemical change occurs due to irradiation with radiation, etc., a liquid crystal alignment film in a liquid crystal display element having a high voltage holding ratio and good liquid crystal alignment property under harsh environments can be obtained. Although the mechanism is not necessarily clear, it is generally considered as follows.
In the alignment treatment by the photo-alignment method, for example, the surface of a film-like material formed from a liquid crystal alignment agent on the surface of a substrate is irradiated with nearly linearly polarized high-energy UV light. In this case, the irradiation of UV light produces decomposition products of the organic matter that constitutes the film-like material, which become impurities that cause a decrease in the voltage retention rate in the liquid crystal alignment film, and thus it is believed that the voltage retention rate of the liquid crystal alignment film is reduced.
However, in the liquid crystal aligning agent of the present invention, when the above-mentioned impurities are generated by irradiation with UV light, the aromatic compound of the above formula (1) has a functional group capable of reacting with the impurities, and this reacts with the impurities that cause a decrease in the voltage holding ratio, thereby reducing the impurities contained in the obtained liquid crystal alignment film. Therefore, the liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal aligning agent of the present invention is believed to maintain a high voltage holding ratio.
In addition, since the aromatic compound of the formula (1) contained in the liquid crystal alignment agent of the present invention has a highly planar structure, it is believed that the liquid crystal alignment of the resulting liquid crystal alignment film is not hindered, and a liquid crystal alignment film having high liquid crystal alignment properties can be obtained. Therefore, in the IPS driving method or FFS driving method, even when the liquid crystal display element is driven for a long time, the liquid crystal returns to the same state as before the driving, and it is believed that a liquid crystal display element with less image sticking can be obtained.
上記式(1)の芳香族化合物としては、下記式(b1)で表される化合物であるのが好ましい。
上記n価の有機基としては、例えばn価の炭化水素基、この炭化水素基の炭素-炭素間又は炭化水素基の末端にヘテロ原子を有する基を含むn価のヘテロ原子含有基、上記炭化水素基及びヘテロ原子含有基が有する一部又は全部の水素原子を置換基で置換したn価の有機基が挙げられる。
Aにおける2価の連結基としては、2価の炭化水素基、この炭化水素基の炭素-炭素間又は炭化水素基の末端にヘテロ原子を有する基を含む2価のヘテロ原子含有基、上記炭化水素基及びヘテロ原子含有基が有する一部又は全部の水素原子を置換基で置換した2価の連結基、-S(=O)2-、-CO-、-O-、-S-、-NR-CO-(Rは、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。)、-NR-CO-NR-(Rは水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す)等が挙げられる。
Examples of the n-valent organic group include an n-valent hydrocarbon group, an n-valent heteroatom-containing group containing a group having a heteroatom between the carbon atoms of the hydrocarbon group or at the end of the hydrocarbon group, and an n-valent organic group in which some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbon group and the heteroatom-containing group are substituted with substituents.
Examples of the divalent linking group for A include divalent hydrocarbon groups, divalent heteroatom-containing groups containing a group having a heteroatom between the carbon atoms of the hydrocarbon group or at the end of the hydrocarbon group, divalent linking groups in which some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbon group and heteroatom-containing group have been substituted with substituents, -S(═O) 2 -, -CO-, -O-, -S-, -NR-CO- (R represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms), -NR-CO-NR- (R represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms), and the like.
n価の炭化水素基としては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン等のアルカン;エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンテン等のアルケン;エチン、プロピン、ブチン、ペンチン等のアルキン等の炭素数1~30の鎖状炭化水素、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ノルボルナン、アダマンタン等のシクロアルカン、シクロプロペン、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、ノルボルネン等のシクロアルケン等の炭素数3~30の脂環式炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、アントラセン等の炭素数6~30の芳香族炭化水素、及び上記鎖状炭化水素が有する炭素-炭素結合の一部が上記脂環式炭化水素や上記芳香族炭化水素で置き換えられた炭化水素からなる群から選ばれる炭化水素から、n個の水素原子を除いたn価の基等が挙げられる。2価の炭化水素基としては、上記n価の炭化水素基で例示した炭化水素から2個の水素原子を除いた2価の基等が挙げられる。Examples of n-valent hydrocarbon groups include chain hydrocarbons having 1 to 30 carbon atoms, such as alkanes such as methane, ethane, propane, and butane; alkenes such as ethylene, propylene, butylene, and pentene; alkynes such as ethyne, propyne, butyne, and pentyne; alicyclic hydrocarbons having 3 to 30 carbon atoms, such as cycloalkanes such as cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, norbornane, and adamantane; cycloalkenes such as cyclopropene, cyclobutene, cyclopentene, cyclohexene, and norbornene; aromatic hydrocarbons having 6 to 30 carbon atoms, such as benzene, toluene, xylene, mesitylene, naphthalene, methylnaphthalene, dimethylnaphthalene, and anthracene; and hydrocarbons in which some of the carbon-carbon bonds of the chain hydrocarbons have been replaced with the above-mentioned alicyclic hydrocarbons or aromatic hydrocarbons. Examples of the divalent hydrocarbon group include divalent groups obtained by removing two hydrogen atoms from the above-mentioned examples of the n-valent hydrocarbon groups.
上記ヘテロ原子を有する基としては、例えば、酸素原子、窒素原子、ケイ素原子、リン原子及びイオウ原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を有する基等が挙げられる。具体例を挙げると、-O-、-NR-(Rは、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。)、-CO-、-S-、-CO-及びこれらを組み合わせた基等が挙げられる。なかでも、-O-が好ましい。 Examples of the group having a heteroatom include groups having at least one atom selected from the group consisting of an oxygen atom, a nitrogen atom, a silicon atom, a phosphorus atom, and a sulfur atom. Specific examples include -O-, -NR- (wherein R represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms), -CO-, -S-, -CO-, and combinations of these. Of these, -O- is preferred.
上記置換基としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基等のアルコキシカルボニルオキシ基;シアノ基、ニトロ基等が挙げられる。
上記式(b1)において、nは2であるのが好ましく、Aは、単結合又は2価の連結基であるのが好ましい。
Examples of the substituent include halogen atoms such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom; alkoxy groups such as a methoxy group, an ethoxy group, and a propoxy group; alkoxycarbonyl groups such as a methoxycarbonyl group and an ethoxycarbonyl group; alkoxycarbonyloxy groups such as a methoxycarbonyloxy group and an ethoxycarbonyloxy group; a cyano group, a nitro group, and the like.
In the above formula (b1), n is preferably 2, and A is preferably a single bond or a divalent linking group.
上記2価の連結基としては、下記式(a-1)又は(a-2)で表される構造を有するものが好ましい。
上記式(1)の芳香族化合物は、光配向法で生じる分解物との反応性を高める等の点から、上記芳香族化合物の分子量は、好ましくは、2000以下、より好ましくは1500以下である。一方、焼成による芳香族化合物の昇華を抑える等の点から、上記芳香族化合物の分子量は、好ましくは、150以上であり、より好ましくは200以上である。The aromatic compound of the above formula (1) preferably has a molecular weight of 2000 or less, more preferably 1500 or less, in order to enhance reactivity with decomposition products generated by the photoalignment method. On the other hand, in order to suppress sublimation of the aromatic compound due to firing, the molecular weight of the aromatic compound is preferably 150 or more, more preferably 200 or more.
上記式(1)の芳香族化合物の好ましい例としては、下記式(b-1)~(b-7)からなる群から選ばれる化合物が挙げられる。下記式(b-1)~(b-4)の化合物は、先行文献に非開示の新規化合物である。
<重合体>
上記式(1)の芳香族化合物を含有される本発明の液晶配向剤は、既知のものと同様に、液晶を配向させる能力を有する重合体を含有するが、かかる重合体は、液晶を配向させる能力を有するものであれば特に限定されない。
かかる重合体としては、例えば、ポリイミド前駆体、ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミド、アクリルポリマー、メタクリルポリマー、アクリルアミドポリマー、メタクリルアミドポリマー、ポリスチレン、ポリシロキサン、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーネート、ポリウレア、ポリフェノール(ノボラック樹脂)、マレイミドポリマー、イソシアヌル酸骨格、トリアジン骨格を有した化合物を導入した重合体が挙げられる。かかる重合体は、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
<Polymer>
The liquid crystal aligning agent of the present invention containing the aromatic compound of the above formula (1) contains a polymer capable of aligning liquid crystals, similar to known ones, but such a polymer is not particularly limited as long as it has the ability to align liquid crystals.
Examples of such polymers include polyimide precursors, polyimides which are imidized products of polyimide precursors, acrylic polymers, methacrylic polymers, acrylamide polymers, methacrylamide polymers, polystyrene, polysiloxanes, polyamides, polyesters, polyurethanes, polycarbonates, polyureas, polyphenols (novolac resins), maleimide polymers, and polymers into which a compound having an isocyanuric acid skeleton or a triazine skeleton has been introduced. Such polymers can be used alone or in combination of two or more.
これらの重合体を製造するための原料としては、それぞれ、下記のものが挙げられる。
重合体が、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル等のポリイミド前駆体やポリイミドの場合は、テトラカルボン酸若しくはその誘導体から選択される少なくとも一種のテトラカルボン酸成分とジアミン;
重合体が(メタ)アクリルポリマーの場合は、(メタ)アクリル酸若しくはその誘導体、(メタ)アクリル酸エステル若しくはその誘導体;重合体が(メタ)アクリルアミドポリマーの場合は、(メタ)アクリルアミド若しくはその誘導体;
The raw materials for producing these polymers include the following.
When the polymer is a polyimide precursor or polyimide such as polyamic acid or polyamic acid ester, at least one tetracarboxylic acid component selected from tetracarboxylic acids or derivatives thereof and a diamine;
When the polymer is a (meth)acrylic polymer, it is (meth)acrylic acid or a derivative thereof, or a (meth)acrylic acid ester or a derivative thereof; when the polymer is a (meth)acrylamide polymer, it is (meth)acrylamide or a derivative thereof;
重合体がポリスチレンの場合は、スチレン若しくはその誘導体;重合体がポリシロキサンの場合は、メトキシ基若しくはエトキシ基を有するシラン化合物;重合体がポリアミドの場合は、ジカルボン酸及びその誘導体から選択される少なくとも一種のジカルボン酸成分とジアミン成分;
重合体がポリエステルの場合はジカルボン酸及びその誘導体から選択される少なくとも一種のジカルボン酸成分とジオール成分;
When the polymer is polystyrene, styrene or a derivative thereof is used; when the polymer is polysiloxane, a silane compound having a methoxy group or an ethoxy group is used; when the polymer is polyamide, at least one dicarboxylic acid component selected from dicarboxylic acids and their derivatives and a diamine component are used;
When the polymer is a polyester, at least one dicarboxylic acid component selected from dicarboxylic acids and derivatives thereof and a diol component;
重合体がポリウレタンの場合は、イソシアネートと化合物と水酸基を有する化合物;重合体がポリカーネートの場合は、ビスフェノール誘導体とホスゲン若しくはホスゲン等価物(例えば、トリクロロホスゲン)若しくはジフェニルカーボネート;
重合体がポリウレアの場合は、ビスイソシアネート誘導体とジアミン成分;重合体がマレイミドポリマーの場合は、マレイミド誘導体単独若しくはスチレンとの共重合;
重合体がイソシアヌル酸骨格やトリアジン骨格を有した化合物を導入したポリマーの場合は、イソシアヌル酸骨格やトリアジン骨格を有した化合物。
When the polymer is a polyurethane, an isocyanate, a compound, and a compound having a hydroxyl group; when the polymer is a polycarbonate, a bisphenol derivative and phosgene or a phosgene equivalent (e.g., trichlorophosgene) or diphenyl carbonate;
When the polymer is a polyurea, it is a bisisocyanate derivative and a diamine component; when the polymer is a maleimide polymer, it is a maleimide derivative alone or copolymerized with styrene;
In the case where the polymer is a polymer into which a compound having an isocyanuric acid skeleton or a triazine skeleton has been introduced, the compound has an isocyanuric acid skeleton or a triazine skeleton.
<ポリイミド系重合体>
本発明の液晶配向剤に含有される重合体としては、なかでも、液晶配向剤としての実用性、塗布膜の機械的、及び電気的特性の観点から、ポリイミド前駆体、及びポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる1つ以上の重合体(以下、ポリイミド系重合体ともいう。)が好ましい。
上記ポリイミド系重合体は、既知の方法で製造できる。例えば、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物若しくはその誘導体からなるテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分と、を重(縮)合反応させることにより得られ、このポリイミド前駆体をイミド化することによりポリイミドが得られる。
<Polyimide Polymer>
As the polymer contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention, from the viewpoints of practicality as a liquid crystal aligning agent and mechanical and electrical properties of the coating film, one or more polymers selected from the group consisting of polyimide precursors and polyimides which are imidized products of polyimide precursors (hereinafter, also referred to as polyimide-based polymers) are preferred.
The polyimide polymer can be produced by a known method. For example, a polyamic acid, which is a polyimide precursor, can be obtained by a polymerization (condensation) reaction between a tetracarboxylic acid component made of a tetracarboxylic dianhydride or a derivative thereof and a diamine component, and a polyimide can be obtained by imidizing the polyimide precursor.
<テトラカルボン酸成分>
ポリイミド前駆体であるポリアミック酸は、例えば、芳香族、脂肪族若しくは脂環式テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸成分から得られるものが挙げられる。ここで、芳香族テトラカルボン酸二無水物は、芳香環に結合する少なくとも1つのカルボキシル基を含めて4つのカルボキシル基が分子内脱水することにより得られる酸二無水物である。脂肪族テトラカルボン酸二無水物は、鎖状炭化水素構造に結合する4つのカルボキシル基が分子内脱水することにより得られる酸二無水物である。但し、鎖状炭化水素構造のみで構成されている必要はなく、その一部に脂環式構造や芳香環構造を有していてもよい。
<Tetracarboxylic acid component>
The polyamic acid, which is a polyimide precursor, may be, for example, one obtained from a tetracarboxylic acid component containing an aromatic, aliphatic, or alicyclic tetracarboxylic acid dianhydride. Here, the aromatic tetracarboxylic acid dianhydride is an acid dianhydride obtained by intramolecular dehydration of four carboxyl groups, including at least one carboxyl group bonded to an aromatic ring. The aliphatic tetracarboxylic acid dianhydride is an acid dianhydride obtained by intramolecular dehydration of four carboxyl groups bonded to a chain hydrocarbon structure. However, it is not necessary for the polyamic acid dianhydride to be composed only of a chain hydrocarbon structure, and it may have an alicyclic structure or an aromatic ring structure as a part of it.
また、脂環式テトラカルボン酸二無水物は、脂環式構造に結合する少なくとも1つのカルボキシル基を含めて4つのカルボキシル基が分子内脱水することにより得られる酸二無水物である。但し、これら4つのカルボキシル基はいずれも芳香環には結合していない。
また、脂環式構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状炭化水素構造や芳香環構造を有していてもよい。
An alicyclic tetracarboxylic dianhydride is an acid dianhydride obtained by intramolecular dehydration of four carboxyl groups, including at least one carboxyl group bonded to an alicyclic structure, provided that none of the four carboxyl groups are bonded to an aromatic ring.
In addition, it is not necessary for the structure to be composed solely of an alicyclic structure, and it may also have a chain hydrocarbon structure or an aromatic ring structure as a part thereof.
本発明のポリアミック酸は、なかでも、下記式(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸成分から得られるものが好ましい。
上記式(2)中、Xは下記(x-1)~(x-13)から選ばれる構造が好ましい。
上記式(x-1)~(x-13)中、R1~R4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数2~6のアルキニル基、フッ素原子を有する炭素数1~6の1価の有機基又はフェニル基を表す。
R5及びR6は、それぞれ独立して、水素原子又はメチル基を表す。j及びkは、それぞれ独立して、0又は1の整数である。A1及びA2は、それぞれ独立して、単結合、-O-、-CO-、-COO-、フェニレン、-SO2-、又は-CONH-を表す。2つのA2は同一でも異なってもよい。*1は一方の酸無水物基に結合する結合手であり、*2は他方の酸無水物基に結合する結合手である。)
In the above formulas (x-1) to (x-13), R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 6 carbon atoms, a monovalent organic group having 1 to 6 carbon atoms and a fluorine atom, or a phenyl group.
R5 and R6 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group. j and k each independently represent an integer of 0 or 1. A1 and A2 each independently represent a single bond, -O-, -CO-, -COO-, phenylene, -SO2- , or -CONH-. The two A2s may be the same or different. *1 is a bond bonded to one acid anhydride group, and *2 is a bond bonded to the other acid anhydride group.)
上記式(x-1)は、なかでも、下記式(x1-1)~(x1-6)からなる群から選ばれるものが好ましい。
上記式(x-12)、(x-13)の好ましい具体例としては、下記式(x-14)~(x-29)が挙げられる。なお、式中の「*」は結合位置を表す。
<ジアミン成分>
ポリイミド前駆体の製造に用いられるジアミン成分は特に限定されないが、下記式(3)で表されるジアミンを含むジアミン成分が好ましい。
The diamine component used in the production of the polyimide precursor is not particularly limited, but a diamine component containing a diamine represented by the following formula (3) is preferred.
上記式(3)中、A1は炭素数2~14のアルキレン基、又は該アルキレンが有する-CH2-の少なくとも一つを連続しない条件で、-O-、-CO-、-OCO-若しくは-COO-で置換した基を表す。A1はより好ましくは、炭素数2~12のアルキレン基、又は該アルキレンが有する-CH2-の少なくとも一つを連続しない条件で、-O-、-CO-、-OCO-若しくは-COO-で置換した基であり、更に好ましくは、炭素数2~10のアルキレン基、又は該アルキレンが有する-CH2-の少なくとも一つを連続しない条件で、-O-、-CO-、-OCO-若しくは-COO-で置換した基である。
A2は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アミノ基、チオール基、ニトロ基、リン酸基、又は炭素数1~20の1価の有機基を表す。A2が複数存在する場合、A2は同一でも異なってもよい。aは0~4の整数であり、aが複数存在する場合、aは同一でも異なってもよい。b及びcは、それぞれ独立して、1又は2の整数であり、dは0又は1の整数である。
In the above formula (3), A 1 represents an alkylene group having 2 to 14 carbon atoms, or a group in which at least one of the -CH 2 - groups in the alkylene is replaced with -O-, -CO-, -OCO- or -COO- while not being consecutive. A 1 is more preferably an alkylene group having 2 to 12 carbon atoms, or a group in which at least one of the -CH 2 - groups in the alkylene is replaced with -O-, -CO-, -OCO- or -COO- while not being consecutive, and even more preferably an alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, or a group in which at least one of the -CH 2 - groups in the alkylene is replaced with -O-, -CO-, -OCO- or -COO- while not being consecutive.
A2 represents a halogen atom, a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a nitro group, a phosphate group, or a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms. When a plurality of A2s are present, A2s may be the same or different. a is an integer of 0 to 4, and when a plurality of as are present, a may be the same or different. b and c are each independently an integer of 1 or 2, and d is an integer of 0 or 1.
上記式(3)で表されるジアミンとしては、下記式(3d-1)~(3d-9)で表されるジアミンが好ましい。
上記式(3)で表されるジアミンとしては、下記式(3-1)~式(3-12)で表されるジアミンがより好ましい。
上記式(3)で表されるジアミンの使用量は、テトラカルボン酸成分と反応させる全ジアミン成分1モルに対して、60~100モル%含むことが好ましく、80~100モル%がより好ましく、90~100モル%がさらに好ましい。The amount of diamine represented by the above formula (3) used is preferably 60 to 100 mol%, more preferably 80 to 100 mol%, and even more preferably 90 to 100 mol%, per mole of the total diamine components to be reacted with the tetracarboxylic acid component.
本発明に用いられるポリイミド系重合体は、得られる液晶配向膜の電圧保持率を高める観点から、窒素含有複素環(但し、ポリイミドが有するイミド環を除く。)、第二級アミノ基及び第三級アミノ基よりなる群から選ばれる少なくとも一種の窒素含有構造(以下、窒素含有構造ともいう。)を有してもよい。窒素含有構造を有するポリイミド系重合体は、窒素含有構造を有する単量体、例えば、窒素含有構造を有するジアミンを原料の少なくとも一部に用いることにより得ることができる。 The polyimide polymer used in the present invention may have at least one nitrogen-containing structure (hereinafter also referred to as nitrogen-containing structure) selected from the group consisting of a nitrogen-containing heterocycle (excluding the imide ring of polyimide), a secondary amino group, and a tertiary amino group, from the viewpoint of increasing the voltage retention rate of the resulting liquid crystal alignment film. A polyimide polymer having a nitrogen-containing structure can be obtained by using a monomer having a nitrogen-containing structure, for example, a diamine having a nitrogen-containing structure, as at least a part of the raw material.
上記窒素含有複素環としては、例えば、ピロール、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、インドール、ベンゾイミダゾール、プリン、キノリン、イソキノリン、ナフチリジン、キノキサリン、フタラジン、トリアジン、カルバゾール、アクリジン、ピペリジン、ピペラジン、ピロリジン、ヘキサメチレンイミン等が挙げられる。なかでも、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピペリジン、ピペラジン、キノリン、カルバゾール又はアクリジンが好ましい。Examples of the nitrogen-containing heterocycle include pyrrole, imidazole, pyrazole, triazole, pyridine, pyrimidine, pyridazine, pyrazine, indole, benzimidazole, purine, quinoline, isoquinoline, naphthyridine, quinoxaline, phthalazine, triazine, carbazole, acridine, piperidine, piperazine, pyrrolidine, and hexamethyleneimine. Of these, pyridine, pyrimidine, pyrazine, piperidine, piperazine, quinoline, carbazole, and acridine are preferred.
窒素含有構造を有するジアミンが有していてもよい第二級アミノ基及び第三級アミノ基は、例えば、下記式(n)で表される。
上記式(n)中のRの1価の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、メチルフェニル基等のアリール含有基等が挙げられる。Rは、好ましくは水素原子又はメチル基である。
The secondary amino group and tertiary amino group that the diamine having a nitrogen-containing structure may have are represented, for example, by the following formula (n).
Examples of the monovalent hydrocarbon group represented by R in the above formula (n) include alkyl groups such as methyl, ethyl, and propyl groups, cycloalkyl groups such as cyclohexyl groups, and aryl-containing groups such as phenyl and methylphenyl groups. R is preferably a hydrogen atom or a methyl group.
窒素含有構造を有するジアミンの具体例としては、例えば、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-ジアミノカルバゾール、N-メチル-3,6-ジアミノカルバゾール、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、3,6-ジアミノアクリジン、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、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、N,N-ビス(4-アミノフェニル)-メチルアミン、下記式(z-1)~式(z-18)で表される化合物が挙げられる。 Specific examples of diamines having a nitrogen-containing structure include, for example, 2,6-diaminopyridine, 3,4-diaminopyridine, 2,4-diaminopyrimidine, 3,6-diaminocarbazole, N-methyl-3,6-diaminocarbazole, 1,4-bis-(4-aminophenyl)-piperazine, 3,6-diaminoacridine, N-ethyl-3,6-diaminocarbazole, N-phenyl-3,6-diaminocarbazole, N,N'-bis(4-aminophenyl)-benzidine, N,N'-bis(4-aminophenyl)-N,N'-dimethylbenzidine, 4,4'-diaminodiphenylamine, N,N-bis(4-aminophenyl)-methylamine, and compounds represented by the following formulas (z-1) to (z-18).
窒素含有構造を有するジアミンの使用割合は、液晶表示素子の電圧保持率を高める観点から、合成に使用するジアミンの全体量に対して1モル%以上が好ましく、2モル%以上がより好ましい。また、該使用割合は、90モル%以下が好ましく、80モル%以下がより好ましい。From the viewpoint of increasing the voltage retention rate of the liquid crystal display element, the proportion of the diamine having a nitrogen-containing structure used is preferably 1 mol% or more, more preferably 2 mol% or more, based on the total amount of diamine used in the synthesis. The proportion is preferably 90 mol% or less, more preferably 80 mol% or less.
本発明に用いられるポリイミド系重合体は、上記に記載のジアミン以外のその他のジアミンを含んでいてもよい。以下にその他のジアミンの例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
4-(2-(メチルアミノ)エチル)アニリン、4-(2-アミノエチル)アニリン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、下記式(g-1)~(g-9)で表されるジアミンなどの光配向性基を有するジアミン、1-(4-アミノフェニル)-1,3,3-トリメチル-1H-インダン-5-アミン、1-(4-アミノフェニル)-2,3-ジヒドロ-1,3,3-トリメチル-1H-インデン-6-アミン、3,5-ジアミノ安息香酸等のカルボキシル基含有ジアミン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、1,4-ジアミノナフタレン、1,5-ジアミノナフタレン、2,6-ジアミノナフタレン、2,7-ジアミノナフタレン、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)プロパン、下記式(u-1)~(u-3)で表されるジアミンなどのウレア結合を有するジアミン、下記式(u-4)~(u-7)で表されるジアミンなどのアミド結合を有するジアミン、メタクリル酸2-(2,4-ジアミノフェノキシ)エチル、2,4-ジアミノ-N,N-ジアリルアニリン等の光重合性基を末端に有するジアミン、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、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)コレスタン等のステロイド骨格を有するジアミン、下記式(V-1)~(V-6)で表されるジアミン、
The polyimide polymer used in the present invention may contain other diamines in addition to the diamines described above. Examples of other diamines are given below, but the present invention is not limited to these.
4-(2-(methylamino)ethyl)aniline, 4-(2-aminoethyl)aniline, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminobenzophenone, 4,4'-diaminodiphenylether, diamines having a photoalignment group such as diamines represented by the following formulas (g-1) to (g-9), 1-(4-aminophenyl)-1,3,3-trimethyl-1H-indan-5-amine, 1-(4-aminophenyl)-2,3-dihydro ... H-inden-6-amine, carboxyl group-containing diamines such as 3,5-diaminobenzoic acid, 1,3-bis(4-aminophenoxy)benzene, 1,4-bis(4-aminophenoxy)benzene, bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]ether, 4,4'-bis(4-aminophenoxy)biphenyl, 1,4-diaminonaphthalene, 1,5-diaminonaphthalene, 2,6-diaminonaphthalene, 2,7-diaminonaphthalene, 2,2'-bis[4-(4-amino photopolymerizable compounds such as 2,4-diamino-N,N-diallylaniline, 2,2'-bis[4-(aminophenoxy)phenyl]propane, 2,2'-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluoropropane, 2,2'-bis(4-aminophenyl)propane, diamines having a urea bond such as diamines represented by the following formulas (u-1) to (u-3), diamines having an amide bond such as diamines represented by the following formulas (u-4) to (u-7), 2-(2,4-diaminophenoxy)ethyl methacrylate, and 2,4-diamino-N,N-diallylaniline Diamines having a polymerizable group at their terminals, diamines having a steroid skeleton such as cholestanyloxy-3,5-diaminobenzene, cholestenyloxy-3,5-diaminobenzene, cholestanyloxy-2,4-diaminobenzene, cholestanyl 3,5-diaminobenzoate, cholestanyl 3,5-diaminobenzoate, lanostannyl 3,5-diaminobenzoate, and 3,6-bis(4-aminobenzoyloxy)cholestane, diamines represented by the following formulae (V-1) to (V-6),
(上記式(V-1)~(V-6)中、Xv1~Xv4、Xp1~Xp2は、それぞれ独立に、-(CH2)a-(aは1~15の整数である。)、-CONH-、-NHCO-、-CON(CH3)-、-NH-、-O-、-CH2O-、-CH2OCO-、-COO-、又は-OCO-を表し、Xv5は-O-、-CH2O-、-CH2OCO-、-COO-、又は-OCO-を表す。Xaは、単結合、-O-、-NH-、-O-(CH2)m-O-、-C(CH3)2-、-CO-、-(CH2)m-、-SO2-、-O-C(CH3)2-、-CO-(CH2)m-、-NH-(CH2)m-、-SO2-(CH2)m-、-CONH-(CH2)m-、-CONH-(CH2)m-NHCO-、-COO-(CH2)m-OCO-、-CONH-、-NH-(CH2)m-NH-、又は-SO2-(CH2)m-SO2-を表す。mは1~8の整数である。Rv1~Rv4、R1a~R1bは、それぞれ独立に、炭素数1~20のアルキル基、炭素数1~20のアルコキシ基又は炭素数2~20のアルコキシアルキル基を示す。)、1,3-ビス(3-アミノプロピル)-テトラメチルジシロキサン等のシロキサン結合を有するジアミン、下記式(5-1)~(5-11)等の基「-N(D)-」(Dは加熱によって脱離し水素原子に置き換わる保護基を表し、好ましくはtert-ブトキシカルボニル基である。)を有するジアミン、下記式(Ox-1)~(Ox-2)等のオキサゾリン構造を有するジアミン、1-(4-(2,4-ジアミノフェノキシ)エトキシ)フェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノン、2-(4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノイル)フェノキシ)エチル-3,5-ジアミノベンゾエート、4,4-ジアミノベンゾフェノン、3,4’-ジアミノベンゾフェノンなどのラジカル重合開始剤機能を有するジアミン等。 (In the above formulas (V-1) to (V-6), X v1 to X v4 and X p1 to X p2 each independently represent -(CH 2 ) a - (a is an integer of 1 to 15), -CONH-, -NHCO-, -CON(CH 3 )-, -NH-, -O-, -CH 2 O-, -CH 2 OCO-, -COO-, or -OCO-; X v5 represents -O-, -CH 2 O-, -CH 2 OCO-, -COO-, or -OCO-; Xa represents a single bond, -O-, -NH-, -O-(CH 2 ) m -O-, -C(CH 3 ) 2 -, -CO-, -(CH 2 ) m -, -SO 2 -, -O-C(CH 3 ) R v1 to R v4 represent -NH-(CH 2 ) m -, -SO 2 - (CH 2 ) m -, -CONH-(CH 2 ) m -, -CONH-(CH 2 ) m -NHCO-, -COO-(CH 2 ) m -OCO-, -CONH-, -NH-(CH 2 ) m -NH- , or -SO 2 -(CH 2 ) m -SO 2 - , and m is an integer of 1 to 8. Each of 1b independently represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an alkoxyalkyl group having 2 to 20 carbon atoms; diamines having a siloxane bond such as 1,3-bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane; and groups having "-N(D)-" such as those of the following formulas (5-1) to (5-11) (D represents a protecting group which is eliminated by heating and is replaced with a hydrogen atom, and is preferably a tert-butoxycarbonyl group). diamines having an oxazoline structure such as those represented by the following formulas (Ox-1) to (Ox-2); diamines having a radical polymerization initiator function such as 1-(4-(2,4-diaminophenoxy)ethoxy)phenyl)-2-hydroxy-2-methylpropanone, 2-(4-(2-hydroxy-2-methylpropanoyl)phenoxy)ethyl-3,5-diaminobenzoate, 4,4-diaminobenzophenone, and 3,4'-diaminobenzophenone.
<ポリアミック酸の製造方法>
本発明に用いられるポリイミド前駆体であるポリアミック酸は、以下の方法により製造できる。具体的には、上記テトラカルボン酸成分と上記ジアミン成分とを有機溶媒の存在下で-20~150℃、好ましくは0~50℃において、30分~24時間、好ましくは1~12時間(重縮合)反応させることによって合成できる。
上記の反応に用いる有機溶媒は、モノマー及びポリマーの溶解性からN,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、又はγ-ブチロラクトンが好ましく、これらは2種以上を混合して用いてもよい。ポリマーの濃度は、ポリマーの析出が起こりにくく、かつ高分子量体が得やすいという観点から、1~30質量%が好ましく、5~20質量%がより好ましい。
<Method of producing polyamic acid>
The polyamic acid, which is a polyimide precursor used in the present invention, can be produced by the following method: Specifically, it can be synthesized by reacting the above-mentioned tetracarboxylic acid component and the above-mentioned diamine component in the presence of an organic solvent at −20 to 150° C., preferably 0 to 50° C., for 30 minutes to 24 hours, preferably 1 to 12 hours (polycondensation).
The organic solvent used in the above reaction is preferably N,N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, or γ-butyrolactone in terms of the solubility of the monomer and polymer, and two or more of these may be mixed for use. The concentration of the polymer is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 5 to 20% by mass, from the viewpoints that precipitation of the polymer is unlikely to occur and a high molecular weight product is easily obtained.
上記反応で得られたポリアミック酸は、反応溶液をよく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、ポリアミック酸を析出させて回収することができる。また、析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥することで精製されたポリアミック酸の粉末を得ることができる。貧溶媒は、特に限定されないが、水、メタノール、エタノール、ヘキサン、ブチルセロソルブ、アセトン、トルエン等が挙げられる。The polyamic acid obtained by the above reaction can be precipitated and recovered by injecting the reaction solution into a poor solvent while stirring it thoroughly. In addition, the precipitation can be carried out several times, washed with a poor solvent, and then dried at room temperature or by heating to obtain a purified polyamic acid powder. The poor solvent is not particularly limited, but examples include water, methanol, ethanol, hexane, butyl cellosolve, acetone, and toluene.
ポリイミド前駆体がポリアミック酸エステルである場合は、(1)テトラカルボン酸二無水物とジアミンから得られるポリアミック酸をエステル化する方法。(2)テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンとの反応による方法。(3)テトラカルボン酸ジエステルとジアミンとを重縮合させる方法、等の既知の方法による製造できる。When the polyimide precursor is a polyamic acid ester, it can be produced by known methods such as (1) esterifying a polyamic acid obtained from a tetracarboxylic dianhydride and a diamine, (2) reacting a tetracarboxylic diester dichloride with a diamine, or (3) polycondensing a tetracarboxylic diester with a diamine.
上記ポリイミド前駆体は、それを製造するに際して、上記の如きテトラカルボン酸誘導体及びジアミンとともに、適当な末端封止剤を用いて得られる末端封止型の重合体であってもよい。
末端封止剤としては、例えば無水マレイン酸、無水ナジック酸、無水フタル酸、無水イタコン酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、3-ヒドロキシフタル酸無水物、トリメット酸無水物等の酸一無水物や二炭酸ジ-tert-ブチル;アニリン、2-アミノフェノール、3-アミノフェノール、4-アミノサリチル酸、5-アミノサリチル酸、6-アミノサリチル酸、2-アミノ安息香酸、3-アミノ安息香酸、4-アミノ安息香酸等のモノアミン化合物;エチルイソシアネート、フェニルイソシアネート、ナフチルイソシアネート等のモノイソシアネート化合物等を挙げられる。
末端封止剤の使用割合は、使用するジアミン成分の合計100モル部に対して、40モル部以下とすることが好ましく、30モル部以下とすることがより好ましい。
The polyimide precursor may be a terminal-capped polymer obtained by using an appropriate terminal-capping agent together with the above-mentioned tetracarboxylic acid derivative and diamine during the production thereof.
Examples of the end-capping agent include acid monoanhydrides such as maleic anhydride, nadic anhydride, phthalic anhydride, itaconic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, 3-hydroxyphthalic anhydride, and trimellitic anhydride; di-tert-butyl dicarbonate; monoamine compounds such as aniline, 2-aminophenol, 3-aminophenol, 4-aminosalicylic acid, 5-aminosalicylic acid, 6-aminosalicylic acid, 2-aminobenzoic acid, 3-aminobenzoic acid, and 4-aminobenzoic acid; and monoisocyanate compounds such as ethyl isocyanate, phenyl isocyanate, and naphthyl isocyanate.
The proportion of the end-capping agent used is preferably 40 parts by mol or less, and more preferably 30 parts by mol or less, per 100 parts by mol of the total of the diamine components used.
<ポリイミドの製造方法>
本発明に用いられるポリイミドは、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸又はポリアミック酸エステルを既知の方法によりイミド化することにより製造できる。
例えば、ポリアミック酸からポリイミドを製造する場合、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分との反応で得られたポリアミック酸の溶液に触媒を添加する(化学的)イミド化が簡便である。イミド化は、イミド化させたい重合体を、有機溶媒中において塩基性触媒と酸無水物の存在下で攪拌することにより行うことができる。
<Method of producing polyimide>
The polyimide used in the present invention can be produced by imidizing a polyimide precursor, a polyamic acid or a polyamic acid ester, by a known method.
For example, when producing a polyimide from a polyamic acid, it is convenient to carry out (chemical) imidization by adding a catalyst to a solution of a polyamic acid obtained by reacting a diamine component with a tetracarboxylic acid component. The imidization can be carried out by stirring the polymer to be imidized in an organic solvent in the presence of a basic catalyst and an acid anhydride.
有機溶媒としては前述した重合反応時に用いる溶媒を使用することができる。塩基性触媒としてはピリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン等を挙げることができる。中でもピリジンは反応を進行させるのに適度な塩基性を持つので好ましい。また、酸無水物としては無水酢酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等を挙げることができ、中でも無水酢酸を用いると反応終了後の精製が容易となるので好ましい。As the organic solvent, the solvent used in the polymerization reaction described above can be used. As the basic catalyst, pyridine, triethylamine, trimethylamine, tributylamine, trioctylamine, etc. can be mentioned. Among them, pyridine is preferred because it has an appropriate basicity to advance the reaction. As the acid anhydride, acetic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, etc. can be mentioned. Among them, acetic anhydride is preferred because it makes purification after the reaction is completed easier.
イミド化反応を行うときの温度は、-20~140℃、好ましくは0~100℃であり、反応時間は1~100時間で行うことができる。塩基性触媒の量はアミック酸基の0.5~30モル倍、好ましくは2~20モル倍であり、酸無水物の量はアミック酸基の1~50モル倍、好ましくは3~30モル倍である。得られる重合体のイミド化率は、触媒量、温度、反応時間を調節することで制御することができる。
なお、本明細書でいうイミド化率とは、テトラカルボン酸二無水物またはその誘導体由来のイミド基とカルボキシル基(またはその誘導体)との合計量に占めるイミド基の割合のことである。ポリイミドにおいては、イミド化率は必ずしも100%である必要はなく、用途や目的に応じて任意に調整できる。本発明で用いられるポリイミドのイミド化率は、20~100%が好ましく、50~99%がより好ましい。
The temperature during the imidization reaction is -20 to 140°C, preferably 0 to 100°C, and the reaction time is 1 to 100 hours. The amount of the basic catalyst is 0.5 to 30 times by mole, preferably 2 to 20 times by mole, the amic acid group, and the amount of the acid anhydride is 1 to 50 times by mole, preferably 3 to 30 times by mole, the amic acid group. The imidization rate of the resulting polymer can be controlled by adjusting the amount of the catalyst, the temperature, and the reaction time.
The imidization ratio in this specification refers to the ratio of imide groups to the total amount of imide groups derived from tetracarboxylic dianhydride or its derivatives and carboxyl groups (or its derivatives). In polyimides, the imidization ratio does not necessarily have to be 100%, and can be adjusted as desired depending on the application or purpose. The imidization ratio of the polyimide used in the present invention is preferably 20 to 100%, more preferably 50 to 99%.
上記のようにして得られるポリイミドの溶液は、撹拌させながら貧溶媒に注入することで、重合体を析出させることができる。析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥して精製されたポリイミドの粉末を得ることができる。
上記貧溶媒は、特に限定されないが、メタノール、アセトン、ヘキサン、ブチルセルソルブ、ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、トルエン、ベンゼン等が挙げられる。
The polyimide solution obtained as described above can be poured into a poor solvent while stirring to precipitate the polymer. The precipitation is carried out several times, washed with a poor solvent, and then dried at room temperature or by heating to obtain a purified polyimide powder.
The poor solvent is not particularly limited, but examples thereof include methanol, acetone, hexane, butyl cellosolve, heptane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethanol, toluene, and benzene.
上記のように製造されるポリイミド前駆体及びポリイミドの分子量は、重量平均分子量で2,000~500,000が好ましく、より好ましくは5,000~300,000であり、更に好ましくは、10,000~100,000である。また、数平均分子量は、好ましくは、1,000~250,000であり、より好ましくは、2,500~150,000であり、更に好ましくは、5,000~50,000である。The molecular weight of the polyimide precursor and polyimide produced as described above is preferably 2,000 to 500,000, more preferably 5,000 to 300,000, and even more preferably 10,000 to 100,000, in terms of weight average molecular weight. The number average molecular weight is preferably 1,000 to 250,000, more preferably 2,500 to 150,000, and even more preferably 5,000 to 50,000.
<液晶配向剤>
本発明の液晶配向剤は、液晶を配向させる能力を有する重合体が溶媒中に溶解された溶液中に、上記式(1)の芳香族化合物が添加された形態を有する。
本発明の液晶配向剤に含有される重合体の含有量(濃度)は、形成させようとする塗膜の厚みの設定によっても適宜変更できるが、均一で欠陥のない塗膜を形成させるという点から1質量%以上が好ましく、溶液の保存安定性の点からは10質量%以下が好ましい。
また、本発明の液晶配向剤に添加される上記式(1)の芳香族化合物の含有量(濃度)は、0.1~5質量%であるのが好ましく、0.15~5質量%であるのがより好ましく、0.2~5質量%であるのが特に好ましい。
また、上記式(1)の芳香族化合物の含有量は、液晶配向剤に含有される上記重合体と上記式(1)の芳香族化合物との含有量の合計が、1~15質量%であるのが好ましく、2~10質量%であるのがより好ましく、2~8質量%であるのが特に好ましい。
<Liquid crystal alignment agent>
The liquid crystal aligning agent of the present invention has a form in which the aromatic compound of the above formula (1) is added to a solution in which a polymer capable of aligning liquid crystals is dissolved in a solvent.
The content (concentration) of the polymer contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention can be appropriately changed depending on the setting of the thickness of the coating film to be formed, but it is preferably 1 mass % or more from the viewpoint of forming a uniform and defect-free coating film, and is preferably 10 mass % or less from the viewpoint of storage stability of the solution.
In addition, the content (concentration) of the aromatic compound of the above formula (1) added to the liquid crystal aligning agent of the present invention is preferably 0.1 to 5 mass%, more preferably 0.15 to 5 mass%, and particularly preferably 0.2 to 5 mass%.
In addition, the content of the aromatic compound of the above formula (1) is preferably 1 to 15 mass %, more preferably 2 to 10 mass %, and particularly preferably 2 to 8 mass %, in terms of the total content of the polymer and the aromatic compound of the above formula (1) contained in the liquid crystal alignment agent.
本発明の液晶配向剤に用いる溶媒は、上記式(1)の芳香族化合物及び上記重合体を溶解させる溶媒であれば特に限定されない。下記に具体例を挙げる。
例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド又は4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、下記の式[D-1]~式[D-3]で示される溶媒等を挙げることができる。
The solvent used in the liquid crystal aligning agent of the present invention is not particularly limited as long as it is a solvent that dissolves the aromatic compound of the above formula (1) and the above polymer. Specific examples are given below.
Examples of the solvent include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, dimethylsulfoxide, γ-butyrolactone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, 3-methoxy-N,N-dimethylpropanamide, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, and the solvents represented by the following formulae [D-1] to [D-3].
本発明における溶媒は、なかでも、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、又は1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(以下、これらを良溶媒ともいう。)が好ましい。
Of these, the solvent in the present invention is preferably N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, 3-methoxy-N,N-dimethylpropanamide, or 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (hereinafter, these are also referred to as good solvents).
本発明の液晶配向剤では、液晶配向剤を塗布した際の液晶配向膜の塗膜性や表面平滑性を向上させる溶媒(貧溶媒ともいう)を含有することができる。これら貧溶媒は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の1~80質量%が好ましい。なかでも、10~80質量%が好ましい。より好ましいのは20~70質量%である。The liquid crystal alignment agent of the present invention may contain a solvent (also called a poor solvent) that improves the coating properties and surface smoothness of the liquid crystal alignment film when the liquid crystal alignment agent is applied. These poor solvents preferably account for 1 to 80% by mass of the total solvent contained in the liquid crystal alignment agent. Of these, 10 to 80% by mass is more preferable. More preferably, it is 20 to 70% by mass.
下記に、貧溶媒の具体例を挙げる。エタノール、イソプロピルアルコール、1-ブタノール、2-ブタノール、イソブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、2-メチル-1-ブタノール、イソペンチルアルコール、tert-ペンチルアルコール、3-メチル-2-ブタノール、ネオペンチルアルコール、1-ヘキサノール、2-メチル-1-ペンタノール、2-メチル-2-ペンタノール、2-エチル-1-ブタノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、3-ヘプタノール、1-オクタノール、2-オクタノール、2-エチル-1-ヘキサノール、シクロヘキサノール、1-メチルシクロヘキサノール、2-メチルシクロヘキサノール、3-メチルシクロヘキサノール、1,2-エタンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、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ジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、1,2-ブトキシエタン、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メチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、2-ペンタノン、3-ペンタノン、2-ヘキサノン、2-ヘプタノン、4-ヘプタノン、3-エトキシブチルアセタート、1-メチルペンチルアセタート、2-エチルブチルアセタート、2-エチルヘキシルアセタート、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールジアセタート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、2-(メトキシメトキシ)エタノール、ブチルセロソルブ、エチレングリコールモノイソアミルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、2-(ヘキシルオキシ)エタノール、フルフリルアルコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1-ブトキシ‐2-プロパノール、1-(ブトキシエトキシ)プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピ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メチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、ブチルセロソルブアセタート、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールジアセタート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、ジアセトンアルコール、プロピレングリコールジアセタート、ジイソペンチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、2-(2-エトキシエトキシ)エチルアセタート、ジエチレングリコールアセタート、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、乳酸n-プロピル、乳酸n-ブチル、乳酸イソアミル、ジイソブチルケトン、エチルカルビトール又は上記式[D-1]~式[D-3]で示される溶媒等を挙げることができる。
なかでも、ブチルセロソルブ、1-ブトキシ‐2-プロパノール、ブチルセロソルブアセタート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジアセトンアルコール、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、プロピレングリコールジアセタート、ジイソブチルケトン、エチルカルビトール又はジプロピレングリコールジメチルエーテルを用いることが好ましい。
Specific examples of poor solvents are given below: ethanol, isopropyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, isopentyl alcohol, tert-pentyl alcohol, 3-methyl-2-butanol, neopentyl alcohol, 1-hexanol, 2-methyl-1-pentanol, 2-methyl-2-pentanol, 2-ethyl-1- Butanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 3-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 2-ethyl-1-hexanol, cyclohexanol, 1-methylcyclohexanol, 2-methylcyclohexanol, 3-methylcyclohexanol, 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, hexanediol, 1,5-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, dipropyl ether, dibutyl ether, dihexyl ether, dioxane, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, 1,2-butoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, 2-pentanone, 3-pentanone, 2-hexanone, 2-heptanone, 4-heptanone, 3-ethoxybutyl acetate, 1-methylpentyl acetate, 2-ethylbutyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol diacetate, propylene carbonate, ethylene carbonate, 2-(methoxymeth) 2-(hexyloxy)ethanol, butyl cellosolve, ethylene glycol monoisoamyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, 2-(hexyloxy)ethanol, furfuryl alcohol, diethylene glycol, propylene glycol, 1-butoxy-2-propanol, 1-(butoxyethoxy)propanol, propylene glycol monomethyl ether acetate, dipropylene glycol, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, butyl cellosolve acetate, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol diacetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diacetone alcohol, propylene Examples of the solvent include glycol diacetate, diisopentyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, 2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acetate, diethylene glycol acetate, triethylene glycol, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, methyl lactate, ethyl lactate, methyl acetate, ethyl acetate, n-butyl acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methyl 3-methoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, 3-ethoxypropionic acid, 3-methoxypropionic acid, propyl 3-methoxypropionate, butyl 3-methoxypropionate, n-propyl lactate, n-butyl lactate, isoamyl lactate, diisobutyl ketone, ethyl carbitol, or the solvents represented by the above formulas [D-1] to [D-3].
Of these, it is preferable to use butyl cellosolve, 1-butoxy-2-propanol, butyl cellosolve acetate, dipropylene glycol monomethyl ether, diacetone alcohol, diethylene glycol diethyl ether, diisopentyl ether, propylene glycol diacetate, diisobutyl ketone, ethyl carbitol, or dipropylene glycol dimethyl ether.
本発明の液晶配向剤には、エポキシ基、イソシアネート基、オキセタニル基又はシクロカーボネート基を有する架橋性化合物、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基及び低級アルコキシアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の置換基を有する架橋性化合物、又は重合性不飽和結合を有する架橋性化合物(但し、式(1)の芳香族化合物を除く)を含んでいてもよい。これら置換基や重合性不飽和結合は、架橋性化合物中に2個以上有することが好ましい。架橋性化合物は、2種類以上組み合わせてもよい。好ましい架橋性化合物の具体例としては、下記式(CL-1)~(CL-11)で示される化合物が挙げられる。
また、本発明の液晶配向剤は、これを塗布して得られる膜状物の厚みの均一性や表面平滑性を向上させる化合物を含有することができる。
かかる化合物としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、ノ二オン系界面活性剤等が挙げられる。より具体的には、例えば、エフトップEF301、EF303、EF352(以上、三菱マテリアル電子化成社製)、メガファックF171、F173、R-30(以上、DIC社製)、フロラードFC430、FC431(以上、スリーエム社製)、アサヒガードAG710、サーフロンS-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(以上、AGC社製)等が挙げられる。
The liquid crystal aligning agent of the present invention may contain a compound that improves the uniformity of the thickness and the surface smoothness of the film-like material obtained by applying the agent.
Examples of such compounds include fluorine-based surfactants, silicone-based surfactants, nonionic surfactants, etc. More specific examples include EFTOP EF301, EF303, EF352 (all manufactured by Mitsubishi Materials Electronic Chemicals Co., Ltd.), Megafac F171, F173, R-30 (all manufactured by DIC Corporation), Fluorad FC430, FC431 (all manufactured by 3M), Asahiguard AG710, Surflon S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106 (all manufactured by AGC), etc.
更に、液晶配向剤には、液晶配向膜中の電荷移動を促進して素子の電荷抜けを促進させる化合物として、国際公開公報WO2011/132751号(2011.10.27公開)の[0194]~[0200]に掲載される、式[M1]~式[M156]で示される窒素含有複素環アミンを添加することもできる。このアミンは、液晶配向剤に直接添加しても構わないが、濃度0.1~10質量%、好ましくは1~7質量%の溶液にしてから添加することが好ましい。この溶媒は、特定重合体を溶解させるならば特に限定されない。Furthermore, the liquid crystal alignment agent may contain nitrogen-containing heterocyclic amines represented by formulas [M1] to [M156], which are listed in paragraphs [0194] to [0200] of International Publication WO2011/132751 (published October 27, 2011), as compounds that promote charge transfer in the liquid crystal alignment film and promote charge escape from the element. This amine may be added directly to the liquid crystal alignment agent, but it is preferable to add it after making it into a solution with a concentration of 0.1 to 10% by mass, preferably 1 to 7% by mass. There are no particular limitations on the solvent, so long as it dissolves the specific polymer.
<液晶配向膜・液晶表示素子>
本発明の液晶配向膜は、上記の液晶配向剤を基板に塗布し、乾燥、焼成して得られる膜である。基板としては透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板、窒化珪素基板、アクリル基板やポリカーボネート基板等のプラスチック基板等が挙げられる。液晶を駆動させるためのITO電極等が形成された基板は、プロセスの簡素化の点から好ましい。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物でも使用でき、この場合の電極にはアルミニウム等の光を反射する材料も使用できる。
<Liquid crystal alignment film/Liquid crystal display element>
The liquid crystal alignment film of the present invention is a film obtained by applying the above liquid crystal alignment agent to a substrate, drying and baking. The substrate is not particularly limited as long as it has high transparency, and examples thereof include glass substrates, silicon nitride substrates, and plastic substrates such as acrylic substrates and polycarbonate substrates. Substrates on which ITO electrodes for driving liquid crystals are formed are preferred from the viewpoint of process simplification. In a reflective liquid crystal display element, an opaque material such as a silicon wafer can be used for only one substrate, and in this case, a light-reflecting material such as aluminum can be used for the electrode.
液晶配向剤を基板に塗布し、成膜する方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット法、又はスプレー法等が挙げられる。なかでも、インクジェット法による塗布、成膜法が好適に使用できる。
液晶配向剤を基板上に塗布した後は、ホットプレート、熱循環型オーブン又はIR(赤外線)型オーブン等の加熱手段により、溶媒を蒸発させて膜状物(被膜)とすることができる。液晶配向剤を塗布した後の乾燥、焼成工程は、任意の温度と時間を選択できる。通常、含有される溶媒を十分に除去するために50~180℃で1~10分焼成するか、更に熱イミド化を行うためにその後、150~300℃で5~120分焼成してもよい。焼成後の膜状物は、薄すぎると液晶表示素子の信頼性が低下する場合があるので、5~300nmが好ましく、10~200nmがより好ましい。
Examples of the method for applying the liquid crystal alignment agent to a substrate and forming a film include screen printing, offset printing, flexographic printing, an inkjet method, a spray method, etc. Among these, the application and film formation method by the inkjet method is preferably used.
After the liquid crystal alignment agent is applied to the substrate, the solvent can be evaporated to form a film (coating) by a heating means such as a hot plate, a heat circulation oven, or an IR (infrared) oven. The drying and baking process after the liquid crystal alignment agent is applied can be performed at any temperature and time. Usually, the film is baked at 50 to 180° C. for 1 to 10 minutes to sufficiently remove the solvent contained therein, or may be baked at 150 to 300° C. for 5 to 120 minutes to further perform thermal imidization. If the film after baking is too thin, the reliability of the liquid crystal display element may decrease, so the thickness is preferably 5 to 300 nm, more preferably 10 to 200 nm.
本発明の液晶配向剤から得られる液晶配向膜の配向処理方法としては、ラビング処理法でもよいが、光配向処理法が好適である。光配向処理法としては、上記膜状物の表面に、一定方向に偏向された放射線を照射し、場合により、好ましくは、150~250℃の温度で焼成を行い、液晶配向性(液晶配向能ともいう)を付与する方法が挙げられる。放射線としては、100~800nmの波長を有する紫外線又は可視光線を用いることができる。なかでも、好ましくは100~400nm、より好ましくは、200~400nmの波長を有する紫外線である。The alignment treatment method for the liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment agent of the present invention may be a rubbing treatment method, but a photo-alignment treatment method is preferred. As a photo-alignment treatment method, a method is given in which the surface of the above-mentioned film-like material is irradiated with radiation deflected in a certain direction, and in some cases, baked at a temperature of preferably 150 to 250°C to impart liquid crystal alignment properties (also called liquid crystal alignment ability). As the radiation, ultraviolet rays or visible light having a wavelength of 100 to 800 nm can be used. Among them, ultraviolet rays having a wavelength of 100 to 400 nm are preferable, and more preferably 200 to 400 nm are more preferable.
また、放射線を照射する場合、液晶配向性を改善するために、上記膜状物を有する基板を、50~250℃で加熱しながら照射してもよい。上記放射線の照射量は、1~10,000mJ/cm2が好ましい。なかでも、100~5,000mJ/cm2が好ましい。このようにして作製した上記液晶配向膜は、液晶分子を一定の方向に安定して配向させることができる。
更に、上記の方法で、偏光された放射線を照射した液晶配向膜に、水や溶媒を用いて、これらと処理するか、放射線を照射した液晶配向膜を加熱処理することもできる。
In addition, when irradiating with radiation, the substrate having the film-like material may be irradiated while being heated at 50 to 250° C. in order to improve the liquid crystal alignment. The radiation dose is preferably 1 to 10,000 mJ/ cm2 . Of these, 100 to 5,000 mJ/ cm2 is more preferable. The liquid crystal alignment film thus produced can stably align liquid crystal molecules in a certain direction.
Furthermore, the liquid crystal alignment film irradiated with polarized radiation by the above method can be treated with water or a solvent, or the liquid crystal alignment film irradiated with radiation can be heat-treated.
上記接触処理に使用する溶媒としては、放射線の照射によって膜状物から生成した分解物を溶解する溶媒であれば、特に限定されるものではない。具体例としては、水、メタノール、エタノール、2-プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、1-メトキシ-2-プロパノール、1-メトキシ-2-プロパノールアセテート、ブチルセロソルブ、乳酸エチル、乳酸メチル、ジアセトンアルコール、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸シクロヘキシル等が挙げられる。なかでも、汎用性や溶媒の安全性の点から、水、2-プロパンール、1-メトキシ-2-プロパノール又は乳酸エチルが好ましい。より好ましいのは、水、1-メトキシ-2-プロパノール又は乳酸エチルである。溶媒は、1種類でも、2種類以上組み合わせてもよい。The solvent used in the contact treatment is not particularly limited as long as it dissolves the decomposition product generated from the film-like material by irradiation with radiation. Specific examples include water, methanol, ethanol, 2-propanol, acetone, methyl ethyl ketone, 1-methoxy-2-propanol, 1-methoxy-2-propanol acetate, butyl cellosolve, ethyl lactate, methyl lactate, diacetone alcohol, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, propyl acetate, butyl acetate, cyclohexyl acetate, and the like. Among these, water, 2-propanol, 1-methoxy-2-propanol, or ethyl lactate is preferred from the viewpoint of versatility and solvent safety. Water, 1-methoxy-2-propanol, or ethyl lactate is more preferred. The solvent may be one type or a combination of two or more types.
上記の接触処理としては、浸漬処理や噴霧処理(スプレー処理ともいう)が挙げられる。これらの処理における処理時間は、放射線の照射によって膜状物から生成した分解物を効率的に溶解させる点から、10秒~1時間であることが好ましい。なかでも、1~30分間浸漬処理をすることが好ましい。また、上記接触処理時の溶媒は、常温でも加温しても良いが、好ましくは、10~80℃である。なかでも、20~50℃が好ましい。加えて、分解物の溶解性の点から、必要に応じて、超音波処理等を行っても良い。Examples of the contact treatment include immersion treatment and spray treatment (also called spray treatment). The treatment time for these treatments is preferably 10 seconds to 1 hour in order to efficiently dissolve the decomposition products generated from the film-like material by irradiation with radiation. Of these, immersion treatment for 1 to 30 minutes is preferable. The solvent used in the contact treatment may be at room temperature or heated, preferably 10 to 80°C. Of these, 20 to 50°C is preferable. In addition, ultrasonic treatment or the like may be performed as necessary in terms of the solubility of the decomposition products.
上記接触処理の後に、水、メタノール、エタノール、2-プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン等の低沸点溶媒によるすすぎ(リンスともいう)や焼成を行うことが好ましい。その際、リンスと焼成のどちらか一方を行っても、又は、両方を行っても良い。焼成の温度は、150~300℃であることが好ましい。なかでも、180~250℃が好ましい。より好ましいのは、200~230℃である。また、焼成の時間は、10秒~30分が好ましい。なかでも、1~10分が好ましい。
上記の放射線を照射した塗膜に対する加熱処理は、50~300℃で1~30分とすることがより好ましく、120~250℃で1~30分とすることがさらに好ましい。
After the contact treatment, it is preferable to perform rinsing (also called rinsing) with a low boiling point solvent such as water, methanol, ethanol, 2-propanol, acetone, methyl ethyl ketone, etc., and to perform baking. In this case, either rinsing or baking may be performed, or both may be performed. The baking temperature is preferably 150 to 300°C. Of these, 180 to 250°C is preferable, and 200 to 230°C is more preferable. The baking time is preferably 10 seconds to 30 minutes, and of these, 1 to 10 minutes is preferable.
The heat treatment of the coating film irradiated with the above radiation is more preferably carried out at 50 to 300° C. for 1 to 30 minutes, and even more preferably at 120 to 250° C. for 1 to 30 minutes.
本発明の液晶配向膜は、高い液晶配向性が得られる観点から、IPS方式やFFS方式等の横電界方式の液晶表示素子の液晶配向膜として好適であり、特に、FFS方式の液晶表示素子の液晶配向膜として有用である。液晶表示素子は、本発明の液晶配向剤から得られる液晶配向膜付きの基板を得た後、既知の方法で液晶セルを作製し、該液晶セルを使用して得られる。
液晶セルの作製方法の一例として、パッシブマトリクス構造の液晶表示素子を例にとり説明する。なお、画像表示を構成する各画素部分にTFT(Thin Film Transistor)等のスイッチング素子を設けたアクティブマトリクス構造の液晶表示素子であってもよい。
The liquid crystal alignment film of the present invention is suitable as a liquid crystal alignment film for a liquid crystal display element of a horizontal electric field type such as an IPS type or an FFS type from the viewpoint of obtaining high liquid crystal alignment properties, and is particularly useful as a liquid crystal alignment film for a liquid crystal display element of an FFS type. The liquid crystal display element is obtained by obtaining a substrate with a liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment agent of the present invention, and then producing a liquid crystal cell by a known method, and using the liquid crystal cell.
As an example of a method for fabricating a liquid crystal cell, a liquid crystal display element having a passive matrix structure will be described below. However, a liquid crystal display element having an active matrix structure in which a switching element such as a TFT (Thin Film Transistor) is provided in each pixel portion constituting an image display may also be used.
具体的には、透明なガラス製の基板を準備し、一方の基板の上にコモン電極を、他方の基板の上にセグメント電極を設ける。これらの電極は、例えば、ITO電極とすることができ、所望の画像表示ができるようパターニングされている。次いで、各基板の上に、コモン電極とセグメント電極を被覆するようにして絶縁膜を設ける。絶縁膜は、例えば、ゾル-ゲル法によって形成されたSiO2-TiO2の膜とすることができる。 Specifically, transparent glass substrates are prepared, and a common electrode is provided on one substrate, and a segment electrode is provided on the other substrate. These electrodes may be, for example, ITO electrodes, and are patterned to display a desired image. Next, an insulating film is provided on each substrate so as to cover the common electrode and the segment electrode. The insulating film may be, for example, a SiO 2 -TiO 2 film formed by a sol-gel method.
次に、各基板の上に液晶配向膜を形成し、一方の基板に他方の基板を、互いの液晶配向膜面が対向するようにして重ね合わせ、周辺をシール剤で接着する。シール剤には、基板間隙を制御するために、通常、スペーサーを混入しておき、また、シール剤を設けない面内部分にも、基板間隙制御用のスペーサーを散布しておくことが好ましい。シール剤の一部には、外部から液晶を充填可能な開口部を設けておく。次いで、シール剤に設けた開口部を通じて、2枚の基板とシール剤で包囲された空間内に液晶材料を注入し、その後、この開口部を接着剤で封止する。注入には、真空注入法を用いてもよいし、大気中で毛細管現象を利用した方法を用いてもよい。液晶材料は、ポジ型液晶材料やネガ型液晶材料のいずれを用いてもよいが、好ましいのは、ネガ型液晶材料である。次に、偏光板の設置を行う。具体的には、2枚の基板の液晶層とは反対側の面に一対の偏光板を貼り付ける。Next, a liquid crystal alignment film is formed on each substrate, and one substrate is placed on the other substrate so that the liquid crystal alignment film faces each other, and the periphery is bonded with a sealant. In order to control the gap between the substrates, spacers are usually mixed into the sealant, and it is also preferable to disperse spacers for controlling the gap between the substrates in the in-plane portion where the sealant is not provided. An opening is provided in a part of the sealant so that liquid crystal material can be filled from the outside. Next, liquid crystal material is injected into the space surrounded by the two substrates and the sealant through the opening provided in the sealant, and then this opening is sealed with an adhesive. For injection, a vacuum injection method or a method utilizing capillary action in the atmosphere may be used. The liquid crystal material may be either a positive type liquid crystal material or a negative type liquid crystal material, but a negative type liquid crystal material is preferable. Next, a polarizing plate is installed. Specifically, a pair of polarizing plates are attached to the surface opposite to the liquid crystal layer of the two substrates.
以下に実施例を挙げ、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下における化合物の略号及び特性の測定方法は、次のとおりである。
<溶媒>
DMF:N,N-ジメチルホルムアミド、 NMP:N-メチル-2-ピロリドン
GBL:γ-ブチロラクトン、 BCS:ブチルセロソルブ
<ジアミン>
DA-1:1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)エタン
DA-2:N-tert-ブトキシカルボニル-N-(2-(4-アミノフェニル)エチル)-N-(4-アミノベンジル)アミン
DA-3:p-フェニレンジアミン、 DA-4:下記式(DA-4)参照
DA-5:4,4’-ジアミノジフェニルアミン
DA-6:4,4’-ジアミノジフェニルメタン
The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. The abbreviations of compounds and the methods for measuring the properties are as follows.
<Solvent>
DMF: N,N-dimethylformamide, NMP: N-methyl-2-pyrrolidone, GBL: γ-butyrolactone, BCS: butyl cellosolve <Diamine>
DA-1: 1,2-bis(4-aminophenoxy)ethane DA-2: N-tert-butoxycarbonyl-N-(2-(4-aminophenyl)ethyl)-N-(4-aminobenzyl)amine DA-3: p-phenylenediamine DA-4: See formula (DA-4) below DA-5: 4,4'-diaminodiphenylamine DA-6: 4,4'-diaminodiphenylmethane
<テトラカルボン酸二無水物>
<添加剤>
T-1~T-4は、文献等未公開の新規化合物であり、下記の合成例1~4でその合成法を詳述する。 T-1 to T-4 are new compounds that have not been published in the literature, and their synthesis methods are described in detail in Synthesis Examples 1 to 4 below.
<1H-NMRの測定>
装置:フーリエ変換型超伝導核磁気共鳴装置(FT-NMR)「AVANCE III」(BRUKER製)500MHz。
溶媒:重水素化クロロホルム(CDCl3)又は重水素化N,N-ジメチルスルホキシド([D6]-DMSO)。標準物質:テトラメチルシラン(TMS)。
< 1H -NMR Measurement>
Apparatus: Fourier transform type superconducting nuclear magnetic resonance apparatus (FT-NMR) "AVANCE III" (manufactured by BRUKER) 500 MHz.
Solvent: deuterated chloroform (CDCl 3 ) or deuterated N,N-dimethylsulfoxide ([D 6 ]-DMSO) Standard: tetramethylsilane (TMS).
(合成例1)
[T-1]の合成:
Synthesis of [T-1]:
1Lの四つ口フラスコに、4,4’-ビフェニルジボロン酸(22.5g、93mmol)、3-クロロ-2-メチル-1-プロペン(95.1g、1050mmol)、Najera触媒I(0.244g、0.3mmol)、テトラブチルアンモニウムブロミド(13.5g、42mmol)、炭酸カリウム(116.1g、840mmol)、DMF(250g)、及び純水(13g)を仕込み、130℃で撹拌した。反応終了後、反応液を酢酸エチル(1000g)に注ぎ、1規定-塩酸水溶液(1000g)で中和後、純水(1000g)で洗浄した。得られた有機層を濃縮し、得られた粗物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘキサンのみ)にて単離することで、4.7gの白色固体を得た。以下に示す1H-NMRの結果から、この固体が[T-1]であることを確認した。
1H-NMR(500MHz,[D6]-DMSO):δ7.57-7.60(d,4H),7.25-7.27(d,4H),4.80-4.81(m,2H),4.76-4.77(m,2H),3.34(s,4H),1.65(s,6H)
In a 1L four-neck flask, 4,4'-biphenyldiboronic acid (22.5 g, 93 mmol), 3-chloro-2-methyl-1-propene (95.1 g, 1050 mmol), Najera catalyst I (0.244 g, 0.3 mmol), tetrabutylammonium bromide (13.5 g, 42 mmol), potassium carbonate (116.1 g, 840 mmol), DMF (250 g), and pure water (13 g) were charged and stirred at 130°C. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into ethyl acetate (1000 g), neutralized with 1N-hydrochloric acid aqueous solution (1000 g), and washed with pure water (1000 g). The obtained organic layer was concentrated, and the obtained crude product was isolated by silica gel column chromatography (eluent: hexane only) to obtain 4.7 g of a white solid. From the results of 1 H-NMR shown below, it was confirmed that this solid was [T-1].
1 H-NMR (500MHz, [D 6 ]-DMSO): δ7.57-7.60 (d, 4H), 7.25-7.27 (d, 4H), 4.80-4.81 (m, 2H), 4.76-4.77 (m, 2H), 3.34 (s, 4H), 1.65 (s, 6H)
(合成例2)
[T-2]の合成:
Synthesis of [T-2]:
1L四つ口フラスコに、2,6-ジメチルフェノール(50.0g、409mmol)、3-クロロ-2-メチル-1-プロペン(37.0g、409mmol)、炭酸カリウム(84.8g、613mmol)、ヨウ化カリウム(6.80g、41mmol)、及びDMF(500g)を仕込み、80℃で撹拌した。反応終了後、反応系を酢酸エチル(500g)に注ぎ、有機層を純水(1500g)で洗浄した。得られた有機層を濃縮し、得られた粗物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘキサンのみ)にて単離することで、[T-2-1]を66.6g得た。 2,6-dimethylphenol (50.0 g, 409 mmol), 3-chloro-2-methyl-1-propene (37.0 g, 409 mmol), potassium carbonate (84.8 g, 613 mmol), potassium iodide (6.80 g, 41 mmol), and DMF (500 g) were charged into a 1 L four-neck flask and stirred at 80°C. After completion of the reaction, the reaction system was poured into ethyl acetate (500 g) and the organic layer was washed with pure water (1500 g). The resulting organic layer was concentrated, and the resulting crude product was isolated by silica gel column chromatography (eluent: hexane only) to obtain 66.6 g of [T-2-1].
1L四つ口フラスコに[T-2-1](66.6g、378mmol)、N,N-ジメチルアニリン(300g)を仕込み、180℃で撹拌した。反応終了後、反応系を酢酸エチル(1000g)に注ぎ、有機層を1規定-塩酸水溶液(1000g)、次いで純水(1000g)で洗浄し、有機層を濃縮することで、[T-2-2]を66.6g得た。[T-2-1] (66.6 g, 378 mmol) and N,N-dimethylaniline (300 g) were charged into a 1 L four-neck flask and stirred at 180°C. After the reaction was completed, the reaction system was poured into ethyl acetate (1000 g) and the organic layer was washed with 1N aqueous hydrochloric acid solution (1000 g) and then with pure water (1000 g), and the organic layer was concentrated to obtain 66.6 g of [T-2-2].
500mL四つ口フラスコに[T-2-2](17.3g、98mmol)、1,2-ビス(トシルオキシ)エタン(18.5g、50mmol)、炭酸カリウム(20.7g、150mmol)、及びDMF(170g)を仕込み、80℃で撹拌した。反応終了後、反応系を酢酸エチル(500g)に注ぎ、有機層を純水(1000g)で洗浄した。得られた有機層を濃縮し、粗物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:酢酸エチル/ヘキサン=1/30(体積比))にて単離することで、10.0gの透明液体を得た。以下に示す1H-NMRの結果から、この液体が[T-2]であることを確認した。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ6.83(s,4H),4.78-4.79(m,2H),4.72-4.73(m,2H),4.09(s,4H),3.20(s,4H),2.30(s,12H),1.67(s,6H)
[T-2-2] (17.3 g, 98 mmol), 1,2-bis(tosyloxy)ethane (18.5 g, 50 mmol), potassium carbonate (20.7 g, 150 mmol), and DMF (170 g) were charged into a 500 mL four-neck flask and stirred at 80° C. After completion of the reaction, the reaction system was poured into ethyl acetate (500 g), and the organic layer was washed with pure water (1000 g). The obtained organic layer was concentrated, and the crude product was isolated by silica gel column chromatography (eluent: ethyl acetate/hexane = 1/30 (volume ratio)), to obtain 10.0 g of a transparent liquid. From the results of 1 H-NMR shown below, it was confirmed that this liquid was [T-2].
1 H-NMR (500MHz, CDCl 3 ): δ6.83 (s, 4H), 4.78-4.79 (m, 2H), 4.72-4.73 (m, 2H), 4.09 (s, 4H), 3.20 (s, 4H), 2.30 (s, 12H), 1.67 (s, 6H)
(合成例3)
[T-3]の合成:
Synthesis of [T-3]:
500mL四つ口フラスコに4-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)フェノール(18.9g、86mmol)、1,2-ビス(トシルオキシ)エタン(15.9g、43mmol)、炭酸カリウム(17.8g、129mmol)、及びDMF(190g)を仕込み、80℃で撹拌した。反応終了後、反応系を濾過により炭酸カリウムを除去し、濾液を酢酸エチル(1000g)に注ぎ、有機層を純水(2000g)で洗浄した。得られた有機層を濃縮し、粗物にエタノール(60g)を加え、室温でリパルプ洗浄することで、[T-3-1]を14.0g得た。 4-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenol (18.9 g, 86 mmol), 1,2-bis(tosyloxy)ethane (15.9 g, 43 mmol), potassium carbonate (17.8 g, 129 mmol), and DMF (190 g) were charged into a 500 mL four-neck flask and stirred at 80°C. After the reaction was completed, the reaction system was filtered to remove the potassium carbonate, the filtrate was poured into ethyl acetate (1000 g), and the organic layer was washed with pure water (2000 g). The obtained organic layer was concentrated, and ethanol (60 g) was added to the crude product, which was then repulped and washed at room temperature to obtain 14.0 g of [T-3-1].
500mL四つ口フラスコに[T-3-1](13.5g、29mmol)、3-クロロ-2-メチル-1-プロペン(39.4g、435mmol)、Najera触媒I(0.071g、0.09mmol)、テトラブチルアンモニウムブロミド(3.73g、12mmol)、炭酸カリウム(32.1g、232mmol)、DMF(100g)、及び純水(25g)を仕込み、130℃で撹拌した。A 500 mL four-neck flask was charged with [T-3-1] (13.5 g, 29 mmol), 3-chloro-2-methyl-1-propene (39.4 g, 435 mmol), Najera catalyst I (0.071 g, 0.09 mmol), tetrabutylammonium bromide (3.73 g, 12 mmol), potassium carbonate (32.1 g, 232 mmol), DMF (100 g), and pure water (25 g) and stirred at 130°C.
反応終了後、反応液を酢酸エチル(600g)に注ぎ、純水(1200g)で洗浄した。得られた有機層を濃縮し、粗物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:酢酸エチル/ヘキサン=1/30(体積比))にて単離することで、1.6gの白色固体を得た。以下に示す1H-NMRの結果から、この固体が、目的の[T-3]であることを確認した。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ7.09-7.11(d,4H),6.87-6.89(d,4H),4.78-4.79(m,2H),4.70-4.71(m,2H),4.30(s,4H),3.26(s,4H),1.67(s,6H)
After the reaction was completed, the reaction solution was poured into ethyl acetate (600 g) and washed with pure water (1200 g). The obtained organic layer was concentrated, and the crude product was isolated by silica gel column chromatography (eluent: ethyl acetate/hexane = 1/30 (volume ratio)), to obtain 1.6 g of a white solid. From the results of 1 H-NMR shown below, it was confirmed that this solid was the target [T-3].
1H -NMR (500MHz, CDCl 3 ): δ7.09-7.11 (d, 4H), 6.87-6.89 (d, 4H), 4.78-4.79 (m, 2H), 4.70-4.71 (m, 2H), 4.30 (s, 4H), 3.26 (s, 4H), 1.67 (s, 6H) )
(合成例4)
[T-4]の合成:
Synthesis of [T-4]:
500mLの四つ口フラスコに2,6-ジメチルフェノール(25.0g、205mmol)、アリルブロミド(29.8g、246mmol)、炭酸カリウム(42.5g、308mmol)、及びDMF(250g)を仕込み、80℃で撹拌した。反応終了後、反応系を酢酸エチル(300g)に注ぎ、有機層を純水(600g)で洗浄後、濃縮することで、[T-4-1]を30.8g得た。2,6-Dimethylphenol (25.0 g, 205 mmol), allyl bromide (29.8 g, 246 mmol), potassium carbonate (42.5 g, 308 mmol), and DMF (250 g) were charged into a 500 mL four-neck flask and stirred at 80°C. After completion of the reaction, the reaction system was poured into ethyl acetate (300 g), and the organic layer was washed with pure water (600 g) and concentrated to obtain 30.8 g of [T-4-1].
500mL四つ口フラスコに[T-4-1](30.8g、190mmol)、及びN,N-ジメチルアニリン(200g)を仕込み、180℃で撹拌した。反応終了後、反応系を酢酸エチル(500g)に注ぎ、有機層を1規定-塩酸水溶液(500g)、純水(500g)で洗浄し、有機層を濃縮することで、[T-4-2]を30.3g得た。[T-4-1] (30.8 g, 190 mmol) and N,N-dimethylaniline (200 g) were charged into a 500 mL four-neck flask and stirred at 180° C. After the reaction was completed, the reaction system was poured into ethyl acetate (500 g), and the organic layer was washed with 1N aqueous hydrochloric acid solution (500 g) and pure water (500 g), and the organic layer was concentrated to obtain 30.3 g of [T-4-2].
500mLの四つ口フラスコに[T-4-2](30.3g、187mmol)、1,2-ビス(トシルオキシ)エタン(34.4g、93mmol)、炭酸カリウム(38.6g、279mmol)、及びDMF(360g)を仕込み、80℃で撹拌した。反応終了後、反応系を酢酸エチル(1000g)に注ぎ、有機層を純水(2000g)で洗浄した。得られた有機層を濃縮し、粗物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:酢酸エチル/ヘキサン=1/80(体積比))にて単離することで、18.7gの透明液体を得た。以下に示す1H-NMRの結果から、この液体が、目的の[T-4]であることを確認した。
1H-NMR(500MHz,[D6]-DMSO):δ7.02(s,4H),5.87-5.96(m,2H),5.05-5.09(m,2H),5.00-5.03(m,2H),4.04(s,4H),3.24-3.25(d,4H),2.22(s,12H)
[T-4-2] (30.3 g, 187 mmol), 1,2-bis(tosyloxy)ethane (34.4 g, 93 mmol), potassium carbonate (38.6 g, 279 mmol), and DMF (360 g) were charged into a 500 mL four-neck flask and stirred at 80° C. After completion of the reaction, the reaction system was poured into ethyl acetate (1000 g), and the organic layer was washed with pure water (2000 g). The obtained organic layer was concentrated, and the crude product was isolated by silica gel column chromatography (eluent: ethyl acetate/hexane = 1/80 (volume ratio)), to obtain 18.7 g of a transparent liquid. From the 1 H-NMR results shown below, it was confirmed that this liquid was the target [T-4].
1H -NMR (500MHz, [ D6 ]-DMSO): δ7.02 (s, 4H), 5.87-5.96 (m, 2H), 5.05-5.09 (m, 2H), 5.00-5.03 (m, 2H), 4.04 (s, 4H), 3.24-3.25 (d, 4H), 2.22 ( s, 12H)
<粘度の測定法>
E型粘度計TVE-22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL、コーンロータTE-1(1°34’、R24)、温度25℃で測定した。
<Method of measuring viscosity>
The measurements were performed using an E-type viscometer TVE-22H (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) with a sample amount of 1.1 mL, a cone rotor TE-1 (1°34′, R24), and a temperature of 25°C.
<分子量の測定法>
GPC(常温ゲル浸透クロマトグラフィー)装置によって測定し、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド換算値として数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)を算出した。
GPC装置:Shodex社製(GPC-101)、カラム:Shodex社製(KD803、KD805の直列)、カラム温度:50℃、溶離液:N,N-ジメチルホルムアミド(添加剤として、臭化リチウム-水和物(LiBr・H2O)が30mmol/L、リン酸・無水結晶(o-リン酸)が30mmol/L、テトラヒドロフラン(THF)が10ml/L)、流速:1.0ml/分
検量線作成用標準サンプル:東ソー社製 TSK 標準ポリエチレンオキサイド(重量平均分子量(Mw) 約900,000、150,000、100,000、30,000)、及び、ポリマーラボラトリー社製 ポリエチレングリコール(ピークトップ分子量(Mp)約12,000、4,000、1,000)。測定は、ピークが重なるのを避けるため、900,000、100,000、12,000、1,000の4種類を混合したサンプル、及び150,000、30,000、4,000の3種類を混合したサンプルの2サンプルを別々に測定した。
<Method of measuring molecular weight>
Measurement was carried out using a GPC (room temperature gel permeation chromatography) device, and the number average molecular weight (Mn) and weight average molecular weight (Mw) were calculated as values calculated in terms of polyethylene glycol and polyethylene oxide.
GPC apparatus: Shodex (GPC-101), column: Shodex (KD803, KD805 in series), column temperature: 50°C, eluent: N,N-dimethylformamide (additives: lithium bromide hydrate (LiBr.H 2 O) 30 mmol/L, phosphoric acid anhydrous crystal (o-phosphoric acid) 30 mmol/L, tetrahydrofuran (THF) 10 ml/L), flow rate: 1.0 ml/min. Standard samples for creating calibration curves: TSK standard polyethylene oxide (weight average molecular weight (Mw) about 900,000, 150,000, 100,000, 30,000) manufactured by Tosoh Corporation, and polyethylene glycol (peak top molecular weight (Mp) about 12,000, 4,000, 1,000) manufactured by Polymer Laboratory. In order to avoid overlapping peaks, two samples, a mixture of four types of 900,000, 100,000, 12,000, and 1,000, and a mixture of three types of 150,000, 30,000, and 4,000, were measured separately.
<イミド化率の測定法>
ポリイミド粉末20mgをNMRサンプル管(NMRサンプリングチューブスタンダード,φ5(草野科学社製))に入れ、重水素化ジメチルスルホキシド(DMSO-d6,0.05%TMS(テトラメチルシラン)混合品)(0.53mL)を添加し、超音波をかけて完全に溶解させた。この溶液をフーリエ変換型超伝導核磁気共鳴装置(FT-NMR)「AVANCE III」(BRUKER社製)を用いて500MHzのプロトンNMRを測定した。イミド化率は、イミド化前後で変化しない構造に由来するプロトンを基準プロトンとして決め、このプロトンのピーク積算値と、9.5ppm~10.0ppm付近に現れるアミド酸のNH基に由来するプロトンピーク積算値とを用い以下の式によって求めた。
イミド化率(%)=(1-α・x/y)×100
上記式において、xはアミック酸のNH基由来のプロトンピーク積算値、yは基準プロトンのピーク積算値、αはポリアミック酸(イミド化率が0%)の場合におけるアミック酸のNH基プロトン1個に対する基準プロトンの個数割合である。
<Method for measuring imidization rate>
20 mg of polyimide powder was placed in an NMR sample tube (NMR sampling tube standard, φ5 (Kusano Scientific Co., Ltd.)), deuterated dimethyl sulfoxide (DMSO-d 6 , 0.05% TMS (tetramethylsilane) mixture) (0.53 mL) was added, and the solution was completely dissolved by applying ultrasonic waves. Proton NMR at 500 MHz was measured using a Fourier transform superconducting nuclear magnetic resonance device (FT-NMR) "AVANCE III" (BRUKER Co., Ltd.). The imidization rate was determined by the following formula using the proton peak integrated value of this proton and the proton peak integrated value of the proton peak derived from the NH group of the amic acid that appears around 9.5 ppm to 10.0 ppm.
Imidization rate (%)=(1−α·x/y)×100
In the above formula, x is the integrated value of the proton peak derived from the NH group of the amic acid, y is the integrated value of the peak of the reference proton, and α is the ratio of the number of the reference protons to one NH group proton of the amic acid in the case of polyamic acid (imidization rate 0%).
(合成例5)
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに、DA-1(3.91g、16.0mmol)、DA-2(2.19g、6.41mmol)、DA-3(0.519g、4.80mmol)、及びDA-4(1.54g、4.81mmol)を量り取り、NMP(46.2g)を加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながらCA-1(5.70g、25.4mmol)及びCA-2(1.20g、4.80mmol)を添加し、更に固形分濃度が15質量%になるようにNMP(39.1g)を加え、40℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(A)(粘度:450mPa・s)を得た。ポリアミック酸の分子量は、Mn=11,200、Mw=26,900であった。
(Synthesis Example 5)
DA-1 (3.91 g, 16.0 mmol), DA-2 (2.19 g, 6.41 mmol), DA-3 (0.519 g, 4.80 mmol), and DA-4 (1.54 g, 4.81 mmol) were weighed out into a 100 mL four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, and NMP (46.2 g) was added, and the mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. CA-1 (5.70 g, 25.4 mmol) and CA-2 (1.20 g, 4.80 mmol) were added while stirring this diamine solution, and NMP (39.1 g) was added so that the solid content concentration became 15% by mass, and the mixture was stirred at 40 ° C. for 24 hours to obtain a polyamic acid solution (A) (viscosity: 450 mPa s). The molecular weight of the polyamic acid was Mn = 11,200, Mw = 26,900.
(合成例6)
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mのL四つ口フラスコに、DA-5(5.10g、25.6mmol)及びDA-6(1.27g、6.41mmol)を取り、NMP(36.1g)を加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながらCA-2(4.00g、16.0mmol)及びCA-3(4.42g、15.0mmol)を添加し、更に固形分濃度が15質量%になるようにNMP(47.7g)を加え、50℃で24時間撹拌してポリアミック酸溶液(B)(粘度:904mPa・s)を得た。ポリアミック酸の分子量は、Mn=14,600、Mw=37,500であった。
(Synthesis Example 6)
DA-5 (5.10 g, 25.6 mmol) and DA-6 (1.27 g, 6.41 mmol) were placed in a 100 m L four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, and NMP (36.1 g) was added, followed by stirring and dissolving while feeding nitrogen. CA-2 (4.00 g, 16.0 mmol) and CA-3 (4.42 g, 15.0 mmol) were added while stirring this diamine solution, and NMP (47.7 g) was added so that the solids concentration became 15% by mass, and the mixture was stirred at 50° C. for 24 hours to obtain a polyamic acid solution (B) (viscosity: 904 mPa·s). The molecular weight of the polyamic acid was Mn=14,600, Mw=37,500.
(合成例7)
撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mlの四つ口フラスコに得られたポリアミック酸溶液(A)(30g)を量り取り、NMP(15.0g)を加え、30分撹拌した。得られたポリアミック酸溶液に、無水酢酸(4.89g)及びピリジン(1.51g)を加えて、50℃で2時間30分加熱し、化学イミド化を行った。得られた反応液をメタノール(154mL)に撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取し、続いて、メタノール(154mL)で3回洗浄した。得られた樹脂粉末を60℃で12時間乾燥することで、ポリイミド樹脂粉末(A)を得た。このポリイミド樹脂粉末のイミド化率は64%であり、Mn=9,900、Mw=20,000であった。
(Synthesis Example 7)
The obtained polyamic acid solution (A) (30 g) was weighed out into a 100 ml four-neck flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, and NMP (15.0 g) was added and stirred for 30 minutes. Acetic anhydride (4.89 g) and pyridine (1.51 g) were added to the obtained polyamic acid solution, and the mixture was heated at 50 ° C for 2 hours and 30 minutes to perform chemical imidization. The obtained reaction solution was poured into methanol (154 mL) while stirring, and the precipitate was filtered out, and then washed three times with methanol (154 mL). The obtained resin powder was dried at 60 ° C for 12 hours to obtain polyimide resin powder (A). The imidization rate of this polyimide resin powder was 64%, Mn = 9,900, and Mw = 20,000.
(合成例8)
合成例7で得られたポリイミド樹脂粉末(A)(3.00g)を100mL三角フラスコに量り取り、固形分濃度が12%になるようにNMP(22.0g)を加え、70℃で24時間撹拌し溶解させてポリイミド溶液(A)を得た。
(Synthesis Example 8)
The polyimide resin powder (A) (3.00 g) obtained in Synthesis Example 7 was weighed out into a 100 mL Erlenmeyer flask, and NMP (22.0 g) was added thereto so that the solid content concentration became 12%, and the mixture was stirred at 70° C. for 24 hours to dissolve the polyimide resin powder (A), thereby obtaining a polyimide solution (A).
(実施例1)
合成例8で得られたポリイミド溶液(A)(3.80g)と合成例6で得られたポリアミック酸溶液(B)(4.56g)を100mL三角フラスコに量り取り、T-1(0.114g)、NMP(1.64g)、GBL(6.00g)、及びBCS(4.00g)を添加して室温で3時間撹拌し、液晶配向剤(1)を得た。この液晶配向剤に、濁りや析出等の異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
Example 1
The polyimide solution (A) (3.80 g) obtained in Synthesis Example 8 and the polyamic acid solution (B) (4.56 g) obtained in Synthesis Example 6 were weighed into a 100 mL Erlenmeyer flask, T-1 (0.114 g), NMP (1.64 g), GBL (6.00 g), and BCS (4.00 g) were added, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours to obtain a liquid crystal alignment agent (1). No abnormalities such as turbidity or precipitation were observed in this liquid crystal alignment agent, and it was confirmed that the solution was homogeneous.
(実施例2~5)
T-1の代わりに、それぞれ、T-2、T-3、T-4、又はT-5を用いた以外は実施例1と同様の方法により実施例2~5の液晶配向剤(2)~(5)を得た。これらの液晶配向剤(2)~(5)には、いずれも、濁りや析出等の異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
(Examples 2 to 5)
The liquid crystal alignment agents (2) to (5) of Examples 2 to 5 were obtained in the same manner as in Example 1, except that T-2, T-3, T-4, or T-5 was used instead of T-1. It was confirmed that the liquid crystal alignment agents (2) to (5) were homogeneous solutions without any abnormality such as turbidity or precipitation.
(比較例1)
合成例8で得られたポリイミド溶液(A)(3.80g)と合成例6で得られたポリアミック酸溶液(B)(4.56g)を100mLの三角フラスコに量り取り、NMP(1.64g)、GBL(6.00g)、及びBCS(4.00g)を添加して室温で3時間撹拌し、液晶配向剤(6)を得た。
(Comparative Example 1)
The polyimide solution (A) (3.80 g) obtained in Synthesis Example 8 and the polyamic acid solution (B) (4.56 g) obtained in Synthesis Example 6 were weighed into a 100 mL Erlenmeyer flask, and NMP (1.64 g), GBL (6.00 g), and BCS (4.00 g) were added thereto and stirred at room temperature for 3 hours to obtain a liquid crystal alignment agent (6).
(比較例2)
T-1の代わりにT-6を用いた以外は実施例1と同様の方法により液晶配向剤(7)を得た。
なお、上記比較例1、2で得られた液晶配向剤(6)、(7)には、いずれも、濁りや析出等の異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
(Comparative Example 2)
A liquid crystal aligning agent (7) was obtained in the same manner as in Example 1, except that T-6 was used instead of T-1.
In addition, the liquid crystal alignment agents (6) and (7) obtained in the above Comparative Examples 1 and 2 were confirmed to be homogeneous solutions without any abnormality such as turbidity or precipitation.
(実施例6)
実施例1で得られた液晶配向剤(1)を孔径1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコート法により塗布した。80℃のホットプレート上で2分間乾燥させ、塗膜面に偏光板を介して消光比26:1の直線偏光した波長254nmの紫外線を0.25J/cm2照射した後、230℃の熱風循環式オーブンで20分間焼成を行い、膜厚100nmの液晶配向膜付き基板を得た。
得られた上記基板2枚を一組とし、一方の基板の液晶配向膜面に、直径6μmのスペーサーを散布した。この基板上にシール剤を印刷し、もう1枚の基板を、液晶配向膜面が向き合い、配向方向が0°になるようにして張り合わせた後、シール剤を硬化させて空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、液晶MLC-7026-100(メルク社製)を注入し、注入口を封止して、液晶セルを得た。液晶セルの初期配向性を確認したところ、流動配向は確認されず、配向性は良好であった。このセルを120℃で60分間熱処理して、液晶セルを作製した。
Example 6
The liquid crystal alignment agent (1) obtained in Example 1 was filtered through a filter with a pore size of 1.0 μm, and then coated on a glass substrate with a transparent electrode by spin coating. The coating surface was dried on a hot plate at 80° C. for 2 minutes, and irradiated with 0.25 J/cm 2 of linearly polarized ultraviolet light with a wavelength of 254 nm and an extinction ratio of 26:1 through a polarizing plate, and then baked in a hot air circulation oven at 230° C. for 20 minutes to obtain a substrate with a liquid crystal alignment film with a thickness of 100 nm.
The two substrates obtained were combined into a set, and spacers with a diameter of 6 μm were sprayed on the liquid crystal alignment film surface of one of the substrates. A sealant was printed on this substrate, and the other substrate was attached so that the liquid crystal alignment film surfaces faced each other and the alignment direction was 0°, and then the sealant was cured to prepare an empty cell. Liquid crystal MLC-7026-100 (manufactured by Merck) was injected into this empty cell by a reduced pressure injection method, and the injection port was sealed to obtain a liquid crystal cell. When the initial alignment of the liquid crystal cell was confirmed, no flow alignment was confirmed, and the alignment was good. This cell was heat-treated at 120° C. for 60 minutes to prepare a liquid crystal cell.
[液晶配向性の評価法]
上記手順で作製した液晶セルにおける液晶配向状態を偏光顕微鏡(ニコン社製、ECLIPSE E600 POL)を用いて観察した。液晶の配向が確認でき、且つ流動配向がないものを「良好」とし、配向が確認できないもの及び、流動配向があるものを「不良」と判定した。
[Method of evaluating liquid crystal alignment]
The liquid crystal alignment state in the liquid crystal cell prepared by the above procedure was observed using a polarizing microscope (Nikon Corporation, ECLIPSE E600 POL). The liquid crystal alignment was confirmed and there was no flow alignment, and it was judged as "good", and the liquid crystal alignment was not confirmed and there was flow alignment, and it was judged as "bad".
[電圧保持率の測定]
上記液晶セルをバックライト上に5日間置きエージングした後、60℃の温度下で1Vの電圧を60μs間印加し、500ms後の電圧を測定して、電圧がどのくらい保持できているかを電圧保持率として計算した。電圧保持率の測定には、東陽テクニカ社製のVHR-1を使用した。
この結果、液晶配向剤(1)からなる配向膜の60℃における電圧保持率は61.7%であった。
[Measurement of voltage holding ratio]
The liquid crystal cell was aged by placing it on a backlight for 5 days, and then a voltage of 1 V was applied for 60 μs at a temperature of 60° C., and the voltage was measured after 500 ms, and the voltage retention rate was calculated as the voltage retention rate. To measure the voltage retention rate, VHR-1 manufactured by Toyo Corporation was used.
As a result, the voltage holding ratio at 60° C. of the alignment film made of the liquid crystal alignment agent (1) was 61.7%.
(実施例7~10、比較例3~4)
液晶配向剤(1)の代わりに、それぞれ、表1に示した液晶配向剤を用いた以外は、実施例6と同様の方法で液晶セルを作製し、液晶配向性及び電圧保持率の評価を実施した。それぞれ得られた液晶セルの液晶配向性及び電圧保持率を表1に示す。
(Examples 7 to 10, Comparative Examples 3 to 4)
Liquid crystal cells were prepared in the same manner as in Example 6, except that the liquid crystal alignment agent shown in Table 1 was used instead of the liquid crystal alignment agent (1), and the liquid crystal alignment property and the voltage holding ratio were evaluated. The liquid crystal alignment property and the voltage holding ratio of each of the obtained liquid crystal cells are shown in Table 1.
表1に示すように、添加剤(T-1)~(T-5)を添加した実施例6~10では、これらを添加していない比較例3および本発明の芳香族化合物と異なる添加剤(T-6)を添加した比較例4と比べて、液晶配向性が低下することなく、電圧保持率が向上していることが確認された。As shown in Table 1, it was confirmed that in Examples 6 to 10, in which additives (T-1) to (T-5) were added, the voltage retention rate was improved without a decrease in liquid crystal alignment, compared to Comparison Example 3, in which no additives were added, and Comparison Example 4, in which an additive (T-6) different from the aromatic compound of the present invention was added.
なお、2019年10月7日に出願された日本特許出願2019-184619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。The entire contents of the specification, claims and abstract of Japanese Patent Application No. 2019-184619, filed on October 7, 2019, are hereby incorporated by reference as the disclosure of the specification of the present invention.
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