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WO2021049255A1 - 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶素子 - Google Patents

液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶素子 Download PDF

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嘉崇 村上
岡田 敬
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    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers

Definitions

  • the pretilt angle of the liquid crystal alignment film deviates from the pretilt angle of the liquid crystal alignment film obtained by conventional high temperature firing (for example, heat treatment at a temperature of about 230 to 250 ° C.).
  • conventional high temperature firing for example, heat treatment at a temperature of about 230 to 250 ° C.
  • post-bake margin The variation in the pre-tilt angle due to the difference in the heating temperature during film formation affects the display quality of the liquid crystal element, and is therefore desired to be as small as possible.
  • the content ratio of the structural unit (U1) in the addition polymer (A1) is based on the total monomer units of the addition polymer (A1) from the viewpoint of sufficiently increasing the pretilt angle characteristics (initial pretilt angle and post-bake margin). It is preferably 2 mol% or more, more preferably 5 mol% or more, and further preferably 10 mol% or more. Further, the content ratio of the structural unit (U1) can be arbitrarily set in the range of 100 mol% or less with respect to all the monomer units of the addition polymer (A1). From the viewpoint of increasing the solubility of the addition polymer (A1) in the solvent by introducing another structural unit different from the structural unit (U1), the content ratio of the structural unit (U1) is the addition polymer (U1).
  • -A phenylene group and a 1,4-cyclohexylene group are linked via a single bond or a divalent linking group (-O-, -COO-, etc.), and have a structure of 12 to 50 carbon atoms, a steroid skeleton. Examples thereof include groups having 17 to 51 carbon atoms.
  • the structural unit having a crosslinkable group is preferably a structural unit derived from at least one selected from the group consisting of a (meth) acrylic compound, a maleimide structure-containing compound, and a styrene structure-containing compound.
  • the (meth) acrylic compound is preferable because it has a high degree of freedom in selecting the monomer.
  • 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride 1,3-dimethyl-1,3-dimethyl-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 2,3,5-tricarboxycyclopentyl.
  • Diphthalic anhydride 4,4'-carbonyldiphthalic anhydride, 4,4'-oxydiphthalic anhydride, propane-1,3-diylbis (1,3-dioxo-1,3-dihydroiso) Benzofuran-5-carboxylate) and the like can be mentioned, respectively, and the tetracarboxylic dianhydride described in JP-A-2010-97188 can be used.
  • the tetracarboxylic dianhydride one type can be used alone or two or more types can be used in combination.
  • the polyamic acid (A2) can be obtained by reacting a tetracarboxylic dianhydride and a diamine compound with a molecular weight modifier (for example, acid monoanhydride, monoamine, etc.), if necessary.
  • a molecular weight modifier for example, acid monoanhydride, monoamine, etc.
  • the ratio of the tetracarboxylic dianhydride and the diamine compound used in the polyamic acid synthesis reaction is 0.2 to 0.2 to 1 equivalent of the amino group of the diamine compound. A ratio of 2 equivalents is preferable.

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Abstract

式(1)で表される単量体に由来する構造単位(U1)を有する重合体(A)を液晶配向剤に含有させる。式(1)中、Rは1価の有機基であり、R及びRは単結合、メチレン基又はエチレン基であり、nは0又は1である。n=0の場合、Rはメチレン基又はエチレン基である。Rは、重合性基が環の一部を構成する環Xを有し、かつ環Xの一部を構成する炭素原子にR及びRが結合した2価の基であるか、重合性基が結合した環Yを有し、かつ環Yの一部を構成する炭素原子にR及びRが結合した2価の基であるか、又は、環Yが2個結合した炭素原子Zを有し、かつ炭素原子ZにR及びRが結合した2価の基である。

Description

液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶素子 関連出願の相互参照
 本出願は、2019年9月9日に出願された日本特許出願番号第2019-163594号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶素子に関する。
 液晶素子は、液晶分子を一定の方向に配向させる液晶配向膜を具備している。液晶配向膜は一般に、重合体成分が有機溶媒に溶解されてなる液晶配向剤を基板に塗布し、好ましくは加熱することにより形成される。液晶配向剤の重合体成分としては、機械的強度や液晶配向性、液晶との親和性に優れていることから、ポリアミック酸や可溶性ポリイミドが古くから使用されている。
 液晶配向剤によって形成された高分子薄膜に液晶配向能を付与する方法として、ラビング法に代わる技術として光配向法が提案されている。光配向法は、基板上に形成した感放射線性の有機薄膜に対し、偏光又は非偏光の放射線を照射することによって膜に異方性を与え、これにより液晶の配向を制御する方法である。
 光配向法によって液晶配向膜を形成するための液晶配向剤として、ポリアミック酸及び可溶性ポリイミドとは異なる主骨格からなる重合体を含有する液晶配向剤が提供されている(例えば、特許文献1や特許文献2参照)。特許文献1には、無水マレイン酸構造を有する重合体と、光配向性基を有する1級アミン化合物との反応生成物を含有する光配向性組成物が開示されている。特許文献2には、ポリ(マレイミド)、ポリ(マレイミド-スチレン)を主鎖とし、側鎖に感光性基が導入された第1高分子と、側鎖に長鎖アルキル基を有する第2高分子とを含む光配向性組成物が開示されている。
韓国公開特許第2015-138548号公報 特許第2962473号公報
 液晶分子の長軸と基板面とのなす角度(プレチルト角)は、液晶素子の表示特性に大きく影響する。本発明者らは、液晶分子の長軸が垂直方向に対して適度な角度で傾斜するように(例えば、プレチルト角が89度以下となるように)液晶の配向制御を行うことにより、従来にも増して高精細な液晶素子を得ることを試みた。しかしながら、特許文献1や特許文献2の配向膜材料を用いて液晶配向膜を形成した場合、垂直方向に対して液晶分子の長軸を十分に傾斜できず、プレチルト角が所望とする角度よりも高くなることが分かった。
 また近年、膜形成時の加熱工程において低温焼成を可能にすること等を目的として、液晶配向剤の溶剤成分として低沸点溶剤を使用することが求められることがある。ここで、重合体成分が溶剤に均一に溶解されない場合、基板上に形成した液晶配向膜に塗布ムラが生じ、平坦な膜を形成できない(塗布均一性に劣る)ことが懸念される。この場合、製品歩留まりが低下したり、液晶配向性や電気特性等の表示性能に影響が及んだりするおそれがある。
 さらに、低温焼成により液晶配向膜を形成した場合、液晶配向膜のプレチルト角が、従来の高温焼成(例えば、230~250℃程度の温度による加熱処理)によって得られる液晶配向膜のプレチルト角からずれることがある。こうした膜形成時の加熱温度の相違によるプレチルト角のばらつき(以下、「ポストベークマージン」ともいう。)は、液晶素子の表示品位に影響するため、できるだけ小さいことが望まれる。
 本開示は上記事情に鑑みてなされたものであり、塗布均一性が良好であり、かつプレチルト角特性に優れた液晶配向膜を形成することができる液晶配向剤を提供することを主たる目的とする。
 本発明者らは上記課題を解決するべく、特定の環構造を有する重合体を液晶配向剤の重合体成分として用いたところ、上記課題を解決できることを見出した。具体的には、本開示によれば以下の手段が提供される。
[1] 下記式(1)で表される単量体に由来する構造単位(U1)を有する重合体(A)を含有する、液晶配向剤。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(式(1)中、Rは1価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立して、単結合、メチレン基又はエチレン基であり、nは0又は1である。ただし、n=0の場合、Rはメチレン基又はエチレン基である。Rは、重合性基が環の一部を構成する環Xを有し、かつ前記環Xの一部を構成する同一の若しくは異なる炭素原子にR及びRがそれぞれ結合した2価の基であるか、重合性基が結合した環Yを有し、かつ前記環Yの一部を構成する同一の若しくは異なる炭素原子にR及びRがそれぞれ結合した2価の基であるか、又は、前記環Yが2個結合した炭素原子Zを有し、かつ前記炭素原子ZにR及びRがそれぞれ結合した2価の基である。)
[2] 上記[1]の液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜。
[3] 上記[2]の液晶配向膜を具備する液晶素子。
[4] 上記式(1)で表される単量体に由来する構造単位(U1)を有する重合体。
[5] 上記式(1)で表される化合物。
 上記重合体(A)を液晶配向剤に含有させることにより、塗布均一性が良好な液晶配向剤を得ることができる。また、上記液晶配向剤を用いて液晶配向膜を形成することにより、液晶分子の垂直方向からの傾斜角度を十分に大きくすることができるとともに、膜形成時の加熱温度の相違によるプレチルト角のばらつきを小さくすることができる。すなわち、上記液晶配向剤によれば、プレチルト角特性に優れた液晶配向膜を形成することができる。
 以下、本開示に関連する事項について詳細に説明する。
≪液晶配向剤≫
 本開示の液晶配向剤は、下記式(1)で表される単量体(以下、「単量体(R1)」ともいう。)に由来する構造単位(U1)を有する重合体(A)を含有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
(式(1)中、Rは1価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立して、単結合、メチレン基又はエチレン基であり、nは0又は1である。ただし、n=0の場合、Rはメチレン基又はエチレン基である。Rは、重合性基が環の一部を構成する環Xを有し、かつ環Xの一部を構成する同一の若しくは異なる炭素原子にR及びRがそれぞれ結合した2価の基であるか、重合性基が結合した環Yを有し、かつ環Yの一部を構成する同一の若しくは異なる炭素原子にR及びRがそれぞれ結合した2価の基であるか、又は、環Yが2個結合した炭素原子Zを有し、かつ炭素原子ZにR及びRがそれぞれ結合した2価の基である。)
<重合体(A)>
(構造単位(U1))
 上記式(1)において、Rの1価の有機基としては、炭素数1~40の1価の炭化水素基、当該炭化水素基の少なくとも1個のメチレン基が、-O-、-CO-、-COO-、-NR16-又は-CONR16-(ただし、R16は水素原子又は1価の炭化水素基である。)で置換された基(以下、「基α」ともいう。)、炭素数1~40の1価の炭化水素基又は基αの少なくとも1個の水素原子がフッ素原子又はシアノ基で置換された基が挙げられる。
 ここで、本明細書において「炭化水素基」は、鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基を含む意味である。「鎖状炭化水素基」とは、主鎖に環状構造を含まず、鎖状構造のみで構成された直鎖状炭化水素基及び分岐状炭化水素基を意味する。ただし、飽和でも不飽和でもよい。「脂環式炭化水素基」とは、環構造としては脂環式炭化水素の構造のみを含み、芳香環構造を含まない炭化水素基を意味する。ただし、脂環式炭化水素の構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造を有するものも含む。「芳香族炭化水素基」とは、環構造として芳香環構造を含む炭化水素基を意味する。ただし、芳香環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造や脂環式炭化水素の構造を含んでいてもよい。
 本開示の液晶配向剤を、光配向膜を形成するための重合体組成物とする場合、上記式(1)中のRは、光配向性基を有する1価の基であることが好ましい。Rが有する光配向性基は、光照射による光異性化反応、光二量化反応、光フリース転位反応、又は光分解反応によって膜に異方性を付与する官能基であることが好ましい。
 Rが光配向性基を有する場合、その光配向性基の具体例としては、アゾベンゼン又はその誘導体を基本骨格として含むアゾベンゼン含有基、桂皮酸又はその誘導体(桂皮酸構造)を基本骨格として含む桂皮酸構造含有基、カルコン又はその誘導体を基本骨格として含むカルコン含有基、ベンゾフェノン又はその誘導体を基本骨格として含むベンゾフェノン含有基、クマリン又はその誘導体を基本骨格として含むクマリン含有基、フェニルベンゾエート又はその誘導体を基本骨格として含むフェニルベンゾエート含有基、シクロブタン又はその誘導体を基本骨格として含むシクロブタン含有構造等が挙げられる。光感度が高い点で、光配向性基は、これらのうち桂皮酸構造含有基であることが好ましい。具体的には、下記式(2)で表される桂皮酸構造を基本骨格として含む基であることが特に好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(式(2)中、R11及びR12は、それぞれ独立して水素原子、フッ素原子、シアノ基、炭素数1~3のアルキル基、又は炭素数1~3のフルオロアルキル基であり、R13は、フッ素原子若しくはシアノ基を有していてもよい炭素数1~10のアルキル基、フッ素原子若しくはシアノ基を有していてもよい炭素数1~10のアルコキシ基、フッ素原子、又はシアノ基である。aは0~4の整数である。aが2以上の場合、複数のR13は同一の基又は異なる基である。「*」は結合手であることを表す。)
 上記式(2)で表される構造において、R11及びR12は、光反応性をより高くできる点で、共に水素原子であるか、又は一方が水素原子であって、他方(好ましくはR12)が炭素数1~3のアルキル基であることが好ましい。
 R13は、好ましくは炭素数1~5のアルキル基であり、より好ましくは炭素数1~3のアルキル基である。aは、0~2が好ましく、0又は1がより好ましい。
 得られる液晶素子のプレチルト角制御をより好適に行うことができる点で、上記式(2)中の2つの結合手「*」のうち一方は、ベンゼン環及びシクロヘキサン環のうち少なくとも一方を合計1個以上有する基に結合していることが好ましく、ベンゼン環及びシクロヘキサン環のうち少なくとも一方を合計2個以上有する基に結合していることがより好ましい。具体的には、上記式(2)中の2つの結合手「*」のうち一方は、下記式(3)で表される基との結合手であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
(式(3)中、Xは、式(2)中のベンゼン環に結合している場合には、単結合、炭素数1~3のアルカンジイル基、酸素原子、硫黄原子、-CH=CH-、-NH-、-COO-又は-OCO-であり、式(2)中のカルボニル基に結合している場合には、単結合、炭素数1~3のアルカンジイル基、酸素原子、硫黄原子又は-NH-である。R14及びR15は、それぞれ独立して、置換若しくは無置換のフェニレン基、又は置換若しくは無置換のシクロヘキシレン基であり、R16は、フェニル基若しくはシクロヘキシル基であるか、又はフェニル基若しくはシクロヘキシル基の少なくとも1個の水素原子が、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、少なくとも1個の水素原子がフッ素原子若しくはシアノ基で置換された炭素数1~10の置換アルキル基、少なくとも1個の水素原子がフッ素原子若しくはシアノ基によって置換された炭素数1~10の置換アルコキシ基、フッ素原子、又はシアノ基で置換された1価の基である。rは0~3の整数である。rが2以上の場合、複数のR15は、同一の基又は異なる基である。「*」は結合手であることを表す。)
 上記式(3)において、R14及びR15のフェニレン基及びシクロヘキシレン基の環に結合する置換基は、炭素数1~3のアルキル基、フッ素原子又はシアノ基が好ましい。rは、0又は1が好ましい。R16は、フェニル基若しくはシクロヘキシル基の少なくとも1個の水素原子が、置換又は無置換のアルキル基又はアルコキシ基によって置換された1価の基であることが好ましい。この場合、置換又は無置換のアルキル基又はアルコキシ基は、炭素数2以上であることが好ましく、炭素数3以上であることがより好ましい。
 上記式(1)中のRは、重合性基が環の一部を構成する環Xか、又は重合性基が結合した環Yを1個又は複数個有する。Rが有する重合性基は、重合体(A)の主骨格に応じて選択することができる。重合体(A)は、単量体の付加重合により生成される重合体(以下、「付加重合体(A1)」ともいう。)であってもよく、単量体の縮合重合により生成される重合体(以下、「縮合重合体(A2)」ともいう。)であってもよい。ポストベークマージンをより小さくできる点で、これらのうち付加重合体(A1)を好ましく用いることができる。
(付加重合体)
 付加重合体(A1)は、重合性基として炭素-炭素不飽和結合を含む基を有する単量体を用いて得られる重合体であればよく、その主骨格は特に限定されない。付加重合体(A1)は、重合性基が炭素-炭素不飽和結合を含む基である単量体(R1)を用いた付加重合により得ることができる。
 付加重合体(A1)の合成に使用される単量体(R1)において、Rが有する環Xは、単環及び多環(縮合環及び橋かけ環を含む。)のいずれであってもよい。なお、環Xを構成する原子のうち同一の炭素原子にR及びRがそれぞれ結合している場合、上記式(1)で表される単量体は、R及びRが結合する炭素原子をスピロ原子とするスピロ構造を有する化合物である。環Xを構成する原子のうち異なる炭素原子にR及びRがそれぞれ結合している場合、上記式(1)で表される単量体は、Rが結合する炭素原子とRが結合する炭素原子とを2個の環が共有する縮合環構造を有する化合物である。
 環Xは、炭素数4~15であることが好ましく、炭素数5~12であることがより好ましい。環Xの具体例としては、シクロブテン、シクロペンチン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、シクロノネン、シクロデセン等の単環構造;ビシクロ[2.2.1]へプタ-2-エン、7-オキサビシクロ[2.2.1]へプタ-2-エン、7-アザビシクロ[2.2.1]へプタ-2-エン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ-4-エン等の多環構造等が挙げられる。これらのうち、環Xは、環状オレフィンであることが好ましい。なお、本明細書において「環状オレフィン」とは、二重結合を1個含む脂環式炭化水素であり、単環及び多環を含むものである。
 環Yについて、環部分に結合する重合性炭素-炭素不飽和結合を含む1価の基は、アルケニル基(ビニル基、アリル基等)、(メタ)アクリロイルオキシ基、マレイミド基等が挙げられ、好ましくはアルケニル基である。環Yを構成する環構造は、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、シクロヘキサン環等が挙げられる。好ましくは芳香族環であり、ベンゼン環であることが特に好ましい。Rが環Yを有する場合、単量体(R1)は、Rが結合する炭素原子とRが結合する炭素原子とを2個の環が共有する縮合環構造を有する化合物であることが好ましい。
 付加重合体(A1)の合成に使用される単量体(R1)は、下記式(1-1)~式(1-4)のそれぞれで表される部分構造を有する単量体であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
(式(1-1)~(1-4)中、X、X及びXは、それぞれ独立して、炭素数1~10のアルカンジイル基、酸素原子又は-NH-である。n1及びn2は、それぞれ独立して0又は1であり、n1+n2≧1を満たす。n1=0の場合、Rはメチレン基又はエチレン基であり、n2=0の場合、Rはメチレン基又はエチレン基である。mは0~2の整数である。R、R、R及びnは、上記式(1)と同義である。)
 上記式(1-2)及び(1-3)において、X、X及びXは、良好なプレチルト角特性を発現する液晶配向膜を形成する観点から、炭素数1~10のアルカンジイル基が好ましく、メチレン基又はエチレン基がより好ましく、メチレン基が特に好ましい。
 上記式(1-2)中のmは、0又は1が好ましい。
 上記式(1-1)~(1-4)において、Rの例示及び好ましい例は、上記式(1)の説明が適用される。
 単量体(R1)は、環状オレフィン化合物及びスチレン構造含有化合物よりなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。単量体(R1)の具体例としては、下記式(r-1)~式(r-30)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
(式(r-1)~(r-30)中、R30は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、少なくとも1個の水素原子がフッ素原子若しくはシアノ基で置換された炭素数1~10の置換アルキル基、少なくとも1個の水素原子がフッ素原子若しくはシアノ基によって置換された炭素数1~10の置換アルコキシ基、フッ素原子、又はシアノ基である。)
 重合性基として炭素-炭素不飽和結合を有する単量体(R1)は、有機化学の定法に従って合成することができる。例えば、重合性基として炭素-炭素不飽和結合を有する単量体(R1)は、Rを有するアミン化合物(下記式(3)で表される化合物)を合成し、次いで、当該アミン化合物と、下記式(4)で表される部分構造を有する化合物とを反応させる方法が挙げられる。Rを有するアミン化合物は、例えばRが光配向性基として桂皮酸構造を有する場合、感光性カルボン酸と、アミノ基含有フェノール類(アミノ基含有フェノールやアミノ基含有クレゾール等)とを反応させることにより得ることができる。ただし、単量体(R1)の合成方法は上記に限定されるものではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
(式(3)中のR、及び式(4)中のR~R、nは、上記式(1)と同義である。)
 付加重合体(A1)における構造単位(U1)の含有割合は、プレチルト角特性(初期プレチルト角及びポストベークマージン)を十分に高くする観点から、付加重合体(A1)が有する全モノマー単位に対し、2モル%以上であることが好ましく、5モル%以上であることがより好ましく、10モル%以上であることがさらに好ましい。また、構造単位(U1)の含有割合は、付加重合体(A1)が有する全モノマー単位に対し、100モル%以下の範囲で任意に設定することができる。構造単位(U1)とは異なるその他の構造単位を導入することによって付加重合体(A1)の溶剤への溶解性をより高くする観点から、構造単位(U1)の含有割合は、付加重合体(A1)が有する全モノマー単位に対し、90モル%以下であることが好ましく、80モル%以下であることがより好ましく、60モル%以下であることがさらに好ましい。なお、付加重合体(A1)が有する構造単位(U1)は、1種のみでもよく、2種以上でもよい。
(その他の構造単位)
 付加重合体(A1)は、構造単位(U1)のみを有していてもよいが、付加重合体(A1)の溶剤への溶解性をより高くする観点から、構造単位(U1)と共に、上記式(1)で表される部分構造を有さない単量体に由来する構造単位(以下、「その他の構造単位」ともいう。)を有していることが好ましい。付加重合体(A1)は、その他の構造単位として、マレイミド構造含有化合物、(メタ)アクリル化合物、スチレン構造含有化合物、無水マレイン酸構造含有化合物、及び環状オレフィン化合物よりなる群から選択される少なくとも一種に由来する構造単位を有していることが好ましい。
 マレイミド構造含有化合物は、マレイミド環を有する化合物又はその開環体であればよく、特に限定されない。マレイミド構造含有化合物の具体例としては、下記式(z-1)で表される化合物及び下記式(z-2)で表される化合物等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
(式(z-1)及び式(z-2)中、R21、R22、R24及びR25は、それぞれ独立して、水素原子又はメチル基である。R23及びR26は、それぞれ独立して1価の有機基である。「*」は結合手であることを表す。)
 上記式(z-1)及び式(z-2)中、R23及びR26の1価の有機基としては、炭素数1~40の1価の炭化水素基、当該炭化水素基の少なくとも1個のメチレン基が、-O-、-CO-、-COO-、-NR16-又は-CONR16-(ただし、R16は水素原子又は1価の炭化水素基である。)で置換された基(以下、「基β」ともいう。)、炭素数1~40の1価の炭化水素基又は基βの少なくとも1個の水素原子が、フッ素原子、シアノ基、カルボキシル基、エポキシ基、水酸基又は環状カーボネート基等の置換基によって置換された基が挙げられる。R23及びR26の1価の有機基は、光配向性基を有する基、垂直配向性基を有する基、又は架橋性基を有する基であることが好ましい。R23及びR26の1価の有機基が光配向性基を有する基である場合、当該光配向性基を有する基は、上記式(2)で表される桂皮酸構造を有する基であることが好ましい。
 ここで、「垂直配向性基」とは、液晶配向剤を用いて形成した塗膜に対し、液晶分子に所望のプレチルト角を誘起させる機能を付与する官能基である。この垂直配向性基は、光照射によらずに液晶分子を垂直配向させる性質を示す。垂直配向性基の具体例としては、炭素数4~40のアルキル基、炭素数4~40のアルコキシ基、炭素数4~40のフルオロアルキル基、2個以上の環(好ましくは、1,4-フェニレン基及び1,4-シクロヘキシレン基)が単結合又は2価の連結基(-O-、-COO-等)を介して結合された構造を有する炭素数12~50の基、ステロイド骨格を有する炭素数17~51の基等が挙げられる。
 マレイミド構造含有化合物の一例としては、例えばN-メチルマレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド、N-フェニルマレイミド、4-カルボキシフェニルマレイミド、2-メチルフェニルマレイミド、4-ヒドロキシフェニルマレイミド、N-ドデシルマレイミド、N-コレスタニルオキシカルボニルフェニルマレイミド、及びこれら化合物のマレイミド環が開環した化合物(開環体)等が挙げられる。
 (メタ)アクリル化合物は、(メタ)アクリロイル基を有していればよく、その余の構造は特に限定されない。(メタ)アクリル化合物の具体例としては、(メタ)アクリル酸、α-エチルアクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、(メタ)アクリル酸アルキル、(メタ)アクリル酸シクロアルキル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸-2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸グリシジル、α-エチルアクリル酸グリシジル、α-n-プロピルアクリル酸グリシジル、α-n-ブチルアクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸3,4-エポキシブチル、α-エチルアクリル酸3,4-エポキシブチル、(メタ)アクリル酸3,4-エポキシシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸6,7-エポキシヘプチル、α-エチルアクリル酸6,7-エポキシヘプチル、アクリル酸4-ヒドロキシブチルグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸(3-エチルオキセタン-3-イル)メチル、プロピレンカーボネート(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシ-1-アダマンチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
 スチレン構造含有化合物としては、スチレン、メチルスチレン、4-ビニル-1-グリシジルオキシメチルベンゼン、3-ビニル-1-グリシジルオキシメチルベンゼン、3-ビニル安息香酸、4-ビニル安息香酸等が挙げられる。無水マレイン酸構造含有化合物としては、無水マレイン酸、シトラコン酸無水物等が挙げられる。環状オレフィン化合物としては、シクロブテン、シクロペンチン、シクロヘキセン、ビシクロ[2.2.1]へプタ-2-エン等が挙げられる。
 付加重合体(A1)が有するその他の構造単位としては、上記のほか、例えばエチレン、ビニルアルコール、(メタ)アリルアルコール、3-メチル-3-ブテン-1-オール等のビニル基含有化合物;1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエン等の共役ジエン化合物等が挙げられる。なお、付加重合体(A1)は、その他の構造単位を1種のみ有していてもよいし、2種以上を有していてもよい。
 付加重合体(A1)は、溶剤への溶解性をより高くすることができる点で、その他の構造単位として、マレイミド構造含有化合物及び無水マレイン酸構造含有化合物よりなる群から選択される少なくとも一種に由来する構造単位(以下、「構造単位M」ともいう。)を有していることが好ましい。付加重合体(A1)における構造単位Mの含有割合は、付加重合体(A1)の溶解性を高くする効果を十分に得る観点から、付加重合体(A1)が有する全モノマー単位に対し、2モル%以上であることが好ましく、5モル%以上であることがより好ましい。また、構造単位Mの含有割合は、付加重合体(A1)が有する全モノマー単位に対し、98モル%以下であることが好ましく、90モル%以下であることがより好ましい。なお、付加重合体(A1)が有する構造単位Mは、1種としてもよく、2種以上としてもよい。
 構造単位(U1)中のRが光配向性基を有する1価の基である場合、液晶配向膜により発現されるプレチルト角が高くなり過ぎることを抑制する観点から、付加重合体(A1)は、構造単位(U1)と共に、マレイミド構造含有化合物、(メタ)アクリル化合物、スチレン構造含有化合物、無水マレイン酸構造含有化合物、及び環状オレフィン化合物よりなる群から選択される少なくとも一種であって、かつ光配向性基を有さない単量体に由来する構造単位(以下、「構造単位(U2)」ともいう。)を有していることが好ましい。構造単位(U2)は、上記式(1)で表される部分構造を有さない構造単位(すなわち、その他の構造単位)であることが好ましい。
 Rが光配向性基を有する1価の基である場合、付加重合体(A1)における構造単位(U2)の含有割合は、付加重合体(A1)が有する全モノマー単位に対し、50モル%以上であることが好ましく、55モル%以上であることがより好ましく、60モル%以上であることがさらに好ましい。また、構造単位(U2)の含有割合は、付加重合体(A1)が有する全モノマー単位に対し、99モル%以下であることが好ましく、97モル%以下であることがより好ましく、95モル%以下であることがさらに好ましい。なお、付加重合体(A1)が有する構造単位(U2)は、1種のみでもよく、2種以上でもよい。
(架橋性基)
 膜形成時の加熱温度(ポストベーク温度)の違いに対するプレチルト角のばらつき(ポストベークマージン)をより低減できる点で、付加重合体(A1)は、架橋性基を側鎖に有していることが好ましい。付加重合体(A1)が有する架橋性基は、熱により架橋構造を形成可能な基であることが好ましく、具体的には、環状エーテル基、環状チオエーテル基、カルボキシル基、保護カルボキシル基、オキサジン環含有基、オキサゾリン基、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、シラノール基、環状カーボネート基、アルコール性水酸基、アルコキシ基、アミノ基、保護アミノ基、及び無水マレイン酸基よりなる群から選ばれる少なくとも一種が挙げられる。付加重合体(A1)が有する架橋性基は、これらの中でも、環状エーテル基、カルボキシル基、環状カーボネート基、及びアルコール性水酸基、アミノ基、保護アミノ基、及び無水マレイン酸基よりなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましく、エポキシ基又は環状カーボネート基が特に好ましい。
 付加重合体(A1)が架橋性基を有する場合、その他の構造単位が架橋性基を有していることが好ましい。架橋性基を有する構造単位は、(メタ)アクリル化合物、マレイミド構造含有化合物、及びスチレン構造含有化合物よりなる群から選択される少なくとも一種に由来する構造単位であることが好ましい。これらのうち、モノマーの選択の自由度が高い点で、(メタ)アクリル化合物が好ましい。
 付加重合体(A1)が有する、架橋性基を有する構造単位の割合は、付加重合体(A1)が有する全モノマー単位に対し、5モル%以上であることが好ましく、10モル%以上であることがより好ましく、20モル%以上であることがさらに好ましい。また、架橋性基を有する構造単位の含有割合は、付加重合体(A1)が有する全モノマー単位に対し、90モル%以下であることが好ましく、85モル%以下であることがより好ましい。なお、付加重合体(A1)は、架橋性基を有する構造単位を1種のみ有していてもよく、2種以上有していてもよい。
 付加重合体(A1)は、単量体(R1)及び必要に応じて使用されるその他の単量体を、好ましくは重合開始剤の存在下、有機溶媒中で重合することにより得ることができる。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)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物、ニッケル触媒等が挙げられる。重合開始剤の使用割合は、反応に使用する全モノマー100質量部に対して、0.01~30質量部であることが好ましい。使用する有機溶媒としては、例えばアルコール、エーテル、ケトン、アミド、エステル、炭化水素等が挙げられる。
 上記重合反応において、反応温度は30℃~120℃であることが好ましく、反応時間は1~36時間であることが好ましい。有機溶媒の使用量(a)は、反応に使用するモノマーの合計量(b)が、反応溶液の全体量(a+b)に対して、0.1~60質量%になるような量にすることが好ましい。重合体を溶解してなる反応溶液は、例えば、反応溶液を大量の貧溶媒中に注いで得られる析出物を減圧下乾燥する方法、反応溶液をエバポレーターで減圧留去する方法等の公知の単離方法を用いて、反応溶液中に含まれる付加重合体(A1)を単離したうえで液晶配向剤の調製に供するとよい。
(縮合重合体)
 縮合重合体(A2)は、重合性基として縮合重合可能な基を有する単量体を用いて得られる重合体であればよく、その主骨格は特に限定されない。液晶配向性により優れた塗膜を得ることができる点で、縮合重合体(A2)は、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド及びポリエナミンよりなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。
 縮合重合体(A2)の合成に使用される単量体(R1)は、単量体の設計の自由度が高い点で、ジアミン化合物(以下、「特定ジアミン」ともいう。)であることが好ましい。単量体(R1)が特定ジアミンである場合、上記式(1)中のRは、重合性基(具体的には1級アミノ基)が結合した環Yを2個有し、それら2個の環Yが同一の炭素原子(以下、「炭素原子Z」ともいう。)に結合した構造である2価の基であることが好ましい。ここで、炭素原子Zはスピロ原子である。環Yは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香族環であることが好ましく、ベンゼン環であることが特に好ましい。なお、環Yを構成するベンゼン環等は置換基を有していてもよい。これらのうち、特定ジアミンは、下記式(5)で表される化合物であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
(式(5)中、Ar及びArは、それぞれ独立して2価の芳香族環基である。R~R及びnは、上記式(1)と同義である。)
 上記式(5)において、Ar及びArの2価の芳香族環基は、置換又は無置換のフェニレン基又はナフタレン基が好ましく、置換又は無置換のフェニレン基がより好ましい。Ar及びArが置換フェニレン基である場合、置換基としては、例えばメチル基、エチル基、フッ素原子等が挙げられる。Ar及びArのそれぞれに結合する1級アミノ基の結合位置は特に限定されない。Ar及びArがフェニレン基である場合、1級アミノ基は、他の基に対して、2位、3位又は4位に結合しており、3位又は4位に結合していることが好ましい。
 特定ジアミンの具体例としては、例えば下記式(r2-1)~式(r2-4)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
(式(r2-1)~(r2-4)中、R31は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、少なくとも1個の水素原子がフッ素原子若しくはシアノ基で置換された炭素数1~10の置換アルキル基、少なくとも1個の水素原子がフッ素原子若しくはシアノ基によって置換された炭素数1~10の置換アルコキシ基、フッ素原子、又はシアノ基である。)
 特定ジアミンは、有機化学の定法に従って合成することができる。例えば、上記式(5)で表される化合物は、下記スキームに従い、基Rを有する化合物と芳香族アンモニウム塩とを酸性条件下で反応させることにより得ることができる。ただし、特定ジアミンの合成方法は上記に限定されるものではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
(上記スキーム中のR~R、nは上記式(1)と同義であり、Ar及びArは上記式(5)と同義である。Arは1価の芳香族環基である。)
(ポリアミック酸)
 縮合重合体(A2)がポリアミック酸の場合、当該ポリアミック酸(以下、「ポリアミック酸(A2)」ともいう。)は、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(A2)の合成に際し、テトラカルボン酸二無水物としては、ポリアミック酸の合成に使用される従来公知の化合物を用いることができる。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等を;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、1,3-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、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、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、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物等を;
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、エチレングリコールビスアンヒドロトリメート、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、4,4’-カルボニルジフタル酸無水物、4,4’-オキシジフタル酸無水物、プロパン-1,3-ジイルビス(1,3-ジオキソ-1,3-ジヒドロイソベンゾフラン-5-カルボキシレート)等を、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。テトラカルボン酸二無水物としては、1種を単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
 ポリアミック酸(A2)の合成に際し、ジアミン化合物としては、特定ジアミンのみを使用してもよいが、特定ジアミンと共に、特定ジアミンとは異なるジアミン(以下、「その他のジアミン」ともいう。)を使用してもよい。その他のジアミンとしては、脂肪族ジアミンとして、メタキシリレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等を;脂環式ジアミンとして、1,4-ジアミノシクロヘキサン、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルアミン)等を;
芳香族ジアミンとして、ヘキサデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸コレスタニル、3,5-ジアミノ安息香酸コレステニル、3,5-ジアミノ安息香酸ラノスタニル、3,6-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)コレスタン、3,6-ビス(4-アミノフェノキシ)コレスタン、2,4-ジアミノ-N,N-ジアリルアニリン、4-(4’-トリフルオロメトキシベンゾイロキシ)シクロヘキシル-3,5-ジアミノベンゾエート、1,1-ビス(4-((アミノフェニル)メチル)フェニル)-4-ブチルシクロヘキサン、3,5-ジアミノ安息香酸=5ξ-コレスタン-3-イル、下記式(E-1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
(式(E-1)中、XI及びXIIは、それぞれ独立に、単結合、-O-、*-COO-又は*-OCO-(ただし、「*」はXとの結合手を示す。)であり、Rは炭素数1~3のアルカンジイル基であり、RIIは単結合又は炭素数1~3のアルカンジイル基であり、aは0又は1であり、bは0~2の整数であり、cは1~20の整数であり、dは0又は1である。但し、a及びbが同時に0になることはない。)
で表される化合物等の側鎖型ジアミン:
p-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4-アミノフェニル-4-アミノベンゾエート、4,4’-ジアミノアゾベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸、1,5-ビス(4-アミノフェノキシ)ペンタン、1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)エタン、ビス[2-(4-アミノフェニル)エチル]ヘキサン二酸、N,N-ビス(4-アミノフェニル)メチルアミン、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-ベンジジン、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’-(フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’-[4,4’-プロパン-1,3-ジイルビス(ピペリジン-1,4-ジイル)]ジアニリン、4,4’-ジアミノベンズアニリド、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、1,3-ビス(4-アミノフェネチル)ウレア、1,3-ビス(4-アミノベンジル)ウレア、1,4-ビス(4-アミノフェニル)-ピペラジン、N,N’-ビス-(4-アミノフェニルエチル)-N-メチルアミン、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-N,N’-ジメチルベンジジン、N4,N4’-ビス-(4-アミノフェニル)-N4,N4’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミン等の主鎖型ジアミン等を;
ジアミノオルガノシロキサンとして、例えば、1,3-ビス(3-アミノプロピル)-テトラメチルジシロキサン等を、それぞれ挙げることができるほか、特開2010-97188号公報に記載のジアミン化合物を用いることができる。なお、その他のジアミンとしては、1種を単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
 ポリアミック酸(A2)の合成に際し、特定ジアミンの使用割合は、特定ジアミンによるプレチルト角の低角化を十分に図る観点から、合成に使用するジアミン化合物の全量に対して、2モル%以上とすることが好ましく、5モル%以上とすることがより好ましく、10モル%以上とすることがさらに好ましい。また、特定ジアミンの使用割合は、合成に使用するジアミン化合物の全量に対して、90モル%以下とすることが好ましく、80モル%以下とすることがより好ましく、70モル%以下とすることがさらに好ましい。なお、特定ジアミンとしては、1種のみを使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 ポリアミック酸(A2)は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とを、必要に応じて分子量調整剤(例えば、酸一無水物やモノアミン等)とともに反応させることにより得ることができる。ポリアミック酸の合成反応に供されるテトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物の使用割合は、ジアミン化合物のアミノ基1当量に対して、テトラカルボン酸二無水物の酸無水物基が0.2~2当量となる割合が好ましい。
 ポリアミック酸の合成反応は、好ましくは有機溶媒中において行われる。このときの反応温度は-20℃~150℃が好ましく、反応時間は0.1~24時間が好ましい。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化合物の合計量(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。
(ポリアミック酸エステル)
 縮合重合体(A2)がポリアミック酸エステルである場合、当該ポリアミック酸エステル(以下、「ポリアミック酸エステル(A2)」ともいう。)は、例えば、[I]上記合成反応により得られたポリアミック酸(A2)とエステル化剤とを反応させる方法、[II]テトラカルボン酸ジエステルと、特定ジアミンを含むジアミン化合物とを反応させる方法、[III]テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物と、特定ジアミンを含む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。ポリアミック酸エステル(A2)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。
(ポリイミド)
 縮合重合体(A2)がポリイミドである場合、当該ポリイミド(以下、「ポリイミド(A2)」ともいう。)は、上記の如くして合成されたポリアミック酸(A2)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(A2)のイミド化率は、20~90%であることが好ましく、30~80%であることがより好ましい。なお、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。
 ポリアミック酸(A2)の脱水閉環は、好ましくは、ポリアミック酸を有機溶媒に溶解し、その重合体溶液中に脱水剤及び脱水閉環触媒を添加し、必要に応じて加熱する方法により行われる。この方法において、脱水剤としては、例えば無水酢酸、無水プロピオン酸、無水トリフルオロ酢酸などの酸無水物が挙げられる。脱水剤の使用量は、ポリアミック酸(A2)のアミック酸構造の1モルに対して、0.01~20モルとすることが好ましい。脱水閉環触媒としては、例えばピリジン、コリジン、ルチジン、トリエチルアミン等の3級アミンを用いることができる。合成に際しては、脱水閉環触媒の使用量を、使用する脱水剤1モルに対して0.01~10モルとすることが好ましい。脱水閉環反応に用いられる有機溶媒としては、ポリアミック酸の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒が挙げられる。脱水閉環反応の反応温度は、好ましくは0~180℃である。反応時間は、好ましくは1.0~120時間である。
(ポリエナミン)
 ポリエナミンは、ポリアミンのアミノ基の隣接位に炭素-炭素二重結合を有する重合体であり、例えばポリエナミノケトン、ポリエナミノエステル、ポリエナミノニトリル、ポリエナミノスルホニル等が挙げられる。縮合重合体(A2)がポリエナミンである場合、当該ポリエナミン(以下、「ポリエナミン(A2)」ともいう。)は、α,β-不飽和化合物と、特定ジアミンを含むジアミン化合物との反応により得ることができる。ポリエナミン(A2)の合成に使用するα,β-不飽和化合物としては、下記式(e-1)~式(e-9)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
 ポリエナミンの合成方法は特に限定されないが、例えば、ビニル求核置換重合により合成することができる。この合成反応は、好ましくは有機溶媒中において行われる。反応に使用する有機溶媒としては、非プロトン性極性溶媒(N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド等)、フェノール系溶媒(フェノール、クレゾール等)、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、炭化水素等が挙げられる。合成に際し、反応温度は-20℃~150℃が好ましく、反応時間は0.1~24時間が好ましい。上記反応は、必要に応じて、トリフルオロ酢酸等の触媒の存在下で行ってもよい。
 重合体(A)のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000~300,000であり、より好ましくは2,000~100,000である。Mwと、GPCにより測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは7以下であり、より好ましくは5以下である。なお、液晶配向剤の調製に使用する重合体(A)は、1種のみでもよく、2種以上を組み合わせてもよい。
 液晶配向剤における重合体(A)の含有割合は、基板に対する塗布性を十分に高くしつつ、プレチルト角特性(初期プレチルト角、ポストベークマージン)を優れたものとする観点から、液晶配向剤に含まれる重合体成分の全量に対して、0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましく、1質量%以上であることがさらに好ましい。また、重合体(A)の含有割合は、液晶配向剤に含まれる重合体成分の全量に対し、100質量%以下の範囲とすることができる。重合体(A)が付加重合体(A1)である場合、付加重合体(A1)の含有割合は、液晶配向剤に含まれる重合体の全量に対して、90質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましく、50質量%以下であることがさらに好ましい。
<その他の成分>
 本開示の液晶配向剤は、必要に応じて、重合体(A)以外のその他の成分を含有していてもよい。
(その他の重合体)
 本開示の液晶配向剤には、重合体成分として、重合体(A)と共に、構造単位(U1)を有さない重合体(以下、「その他の重合体」ともいう。)が含有されていてもよい。その他の重合体は、特に限定されないが、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド及びポリウレアよりなる群から選択される少なくとも一種の重合体(以下、「重合体(B)」ともいう。)を好ましく使用できる。こうした重合体(B)を重合体(A)と併用することにより、得られる液晶素子の液晶配向性及び電気特性を担保することができる点で好ましい。その他の重合体は、より好ましくは、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドよりなる群から選択される少なくとも一種である。重合体(B)としてのポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドは、重合体(A)の説明で例示したテトラカルボン酸二無水物と、その他のジアミンとを単量体に用いた重合により得ることができる。
 重合体(B)につき、GPCにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000~500,000であり、より好ましくは2,000~300,000である。分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは7以下であり、より好ましくは5以下である。
 重合体成分として重合体(A)とともに重合体(B)を液晶配向剤に含有させる場合、重合体(B)の含有割合は、重合体(A)の配合によるプレチルト角特性の改善効果を十分に得つつ、液晶配向性を良好にする観点から、液晶配向剤中の重合体(A)100質量部に対して、100質量部以上とすることが好ましい。重合体(B)の含有割合は、より好ましくは100~2000質量部であり、さらに好ましくは200~1500質量部である。なお、重合体(B)としては、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。
(架橋剤)
 本開示の液晶配向剤は、架橋成分を含有していることが好ましい。架橋成分は、重合体(A)であってもよいし、重合体成分とは別に配合される添加剤成分であってもよいし、重合体(A)及び添加剤の両方であってもよい。架橋成分として添加剤を用いる場合、当該添加剤(以下、「架橋剤」ともいう。)は、環状エーテル基、カルボキシル基、環状カーボネート基、アルコール性水酸基、イソシアネート基、保護イソシアネート基、トリアルコキシシリル基、及び重合性不飽和結合を含む基よりなる群から選ばれる少なくとも一種を有する分子量1000以下の化合物であることが好ましく、エポキシ基を2個以上有する化合物であることが特に好ましい。架橋剤が有する架橋性基の数は、2個以上が好ましく、3個以上がより好ましい。
 架橋剤を使用する場合、液晶配向剤中における架橋剤の含有割合は、ポストベークマージンを少なくする効果を一層高める観点から、液晶配向剤中の重合体成分の全体量100質量部に対し、0.5質量部以上であることが好ましく、1質量部以上であることがより好ましい。また、架橋剤の含有割合は、過剰量の添加に起因する性能低下を抑制する観点から、液晶配向剤中の重合体成分の全体量100質量部に対し、30質量部以下であることが好ましく、20質量部以下であることがより好ましい。なお、架橋剤としては、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。
(溶剤)
 本開示の液晶配向剤は、重合体成分、及び必要に応じて任意に配合される成分が、好ましくは有機溶媒に溶解された溶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、炭化水素等が挙げられる。溶剤成分は、これらの1種でもよく、2種以上の混合溶媒であってもよい。
 重合体(A)が付加重合体(A1)である場合、液晶配向剤の溶剤成分としては、下記式(D-1)で表される化合物、下記式(D-2)で表される化合物及び下記式(D-3)で表される化合物よりなる群から選ばれる少なくとも一種であって、かつ1気圧での沸点が180℃以下である溶剤(以下、「特定溶剤」ともいう。)を好ましく使用することができる。溶剤成分の少なくとも一部として特定溶剤を用いることにより、膜形成時の加熱を低温(例えば200℃以下)で行った場合にも液晶配向性及び電気特性に優れた液晶素子を得ることができる点で好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
(式(D-1)中、Rは、炭素数1~4のアルキル基又はCHCO-であり、Rは、炭素数1~4のアルカンジイル基又は-(CHCHO)n-CHCH-(ただし、nは1~4の整数)であり、Rは、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
(式(D-2)中、Rは、炭素数1~3のアルカンジイル基である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
(式(D-3)中、R及びRは、それぞれ独立に炭素数4~8のアルキル基である。)
 特定溶剤の具体例としては、上記式(D-1)で表される化合物として、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピ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メチルエチルエーテル、3-メトキシ-1-ブタノール、エチ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エチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、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等を;
上記式(D-2)で表される化合物として、シクロブタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンを;
上記式(D-3)で表される化合物として、ジイソブチルケトン等を、それぞれ挙げることができる。なお、特定溶剤としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 重合体(A)が付加重合体(A1)である場合、液晶配向剤の溶剤成分は、特定溶剤のみからなるものであってもよいが、特定溶剤以外のその他の溶剤と特定溶剤との混合溶媒であってもよい。その他の溶剤としては、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等の高極性溶剤;のほか、
4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、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、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、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、シクロヘキサン、オクタノール、テトラヒドロフラン等が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
 液晶配向剤中に含まれる溶剤成分につき、特定溶剤の含有割合は、液晶配向剤中に含まれる溶剤の全量に対して、20質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましい。
 液晶配向剤に含有させるその他の成分としては、上記のほか、例えば官能性シラン化合物、多官能(メタ)アクリレート、酸化防止剤、金属キレート化合物、硬化促進剤、界面活性剤、充填剤、分散剤、光増感剤等が挙げられる。その他の成分の配合割合は、本開示の効果を損なわない範囲で、各化合物に応じて適宜選択することができる。
 液晶配向剤における固形分濃度(液晶配向剤の溶媒以外の成分の合計質量が液晶配向剤の全質量に占める割合)は、粘性、揮発性などを考慮して適宜に選択されるが、好ましくは1~10質量%の範囲である。固形分濃度が1質量%以上である場合には、十分な膜厚の塗膜を得ることができ、良好な液晶配向膜を得やすい。一方、固形分濃度が10質量%以下である場合には、塗膜の膜厚が過大となりすぎず、また、液晶配向剤の粘性を適度にすることができ、塗布性の低下を抑制することができる点で好適である。
≪液晶配向膜及び液晶素子≫
 本開示の液晶配向膜は、上記のように調製された液晶配向剤により形成される。また、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されず、例えばTN型、STN型、VA型(VA-MVA型、VA-PVA型などを含む。)、IPS(In-Plane Switching)型、FFS(Fringe Field Switching)型、OCB(Optically Compensated Bend)型、PSA型(Polymer Sustained Alignment)等の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は各動作モードで共通である。
<工程1:塗膜の形成>
 まず基板上に液晶配向剤を塗布し、好ましくは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(SnO)からなるNESA膜(米国PPG社登録商標)、酸化インジウム-酸化スズ(In-SnO)からなるITO膜などを用いることができる。TN型、STN型又はVA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。一方、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。基板への液晶配向剤の塗布は、電極形成面上に、好ましくはオフセット印刷法、フレキソ印刷法、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。
 液晶配向剤を塗布した後、塗布した液晶配向剤の液垂れ防止などの目的で、好ましくは予備加熱(プレベーク)が実施される。プレベーク温度は、好ましくは30~200℃であり、プレベーク時間は、好ましくは0.25~10分である。その後、溶剤を完全に除去すること等を目的として焼成(ポストベーク)工程が実施される。このときの焼成温度(ポストベーク温度)は、好ましくは80~250℃であり、より好ましくは80~200℃である。ポストベーク時間は、好ましくは5~200分である。特に、上記で調製される液晶配向剤を用いた場合、特定溶剤のような低沸点溶剤に対する溶解性が良好であり、ポストベーク温度を、例えば200℃以下、好ましくは180℃以下、より好ましくは160℃以下にした場合にも、プレベーク温度の相違に起因するプレチルト角のばらつきをより低減できる点で好ましい。このようにして形成される膜の膜厚は、好ましくは0.001~1μmである。
<工程2:配向処理>
 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。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、液晶配向能を更に高めるために、該塗膜に対し配向処理を施すとよい。配向処理としては、基板上に形成した塗膜に光照射を行って塗膜に液晶配向能を付与する光配向処理を用いることが好ましい。
 光配向のための光照射は、ポストベーク工程後の塗膜に対して照射する方法、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照射する方法、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塗膜の加熱中に塗膜に対して照射する方法、等により行うことができる。塗膜に照射する放射線としては、例えば150~800nmの波長の光を含む紫外線及び可視光線を用いることができる。好ましくは、200~400nmの波長の光を含む紫外線である。放射線が偏光である場合、直線偏光であっても部分偏光であってもよい。用いる放射線が直線偏光又は部分偏光である場合には、照射は基板面に垂直の方向から行ってもよく、斜め方向から行ってもよく、又はこれらを組み合わせて行ってもよい。非偏光の放射線の場合の照射方向は斜め方向とする。
 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、エキシマーレーザー等が挙げられる。放射線の照射量は、好ましくは400~50,000J/mであり、より好ましくは1,000~20,000J/mである。配向能付与のための光照射後において、基板表面を例えば水、有機溶媒(例えば、メタノール、イソプロピルアルコール、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、乳酸エチル等)又はこれらの混合物を用いて洗浄する処理や、基板を加熱する処理を行ってもよい。
<工程3:液晶セルの構築>
 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。液晶セルを製造するには、例えば、液晶配向膜が対向するように間隙を介して2枚の基板を対向配置し、2枚の基板の周辺部をシール剤を用いて貼り合わせ、基板表面とシール剤で囲まれたセルギャップ内に液晶を注入充填し注入孔を封止する方法、ODF方式による方法等が挙げられる。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等を用いることができる。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、その中でもネマチック液晶が好ましい。PSAモードでは、液晶セルの構築後に、一対の基板の有する導電膜間に電圧を印加した状態で液晶セルに光照射する処理を行う。
 続いて、必要に応じて液晶セルの外側表面に偏光板を貼り合わせ、液晶素子とする。偏光板としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させながらヨウ素を吸収させた「H膜」と称される偏光フィルムを酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板又はH膜そのものからなる偏光板が挙げられる。
 本開示の液晶素子は種々の用途に有効に適用することができ、例えば、時計、携帯型ゲーム機、ワープロ、ノート型パソコン、カーナビゲーションシステム、カムコーダー、PDA、デジタルカメラ、携帯電話機、スマートフォン、各種モニター、液晶テレビ、インフォメーションディスプレイなどの各種表示装置や、調光フィルム、位相差フィルム等に適用することができる。
 以下、実施例によりさらに具体的に説明するが、本開示はこれらの実施例によって限定されるものではない。
 以下の実施例及び比較例において、重合体の重量平均分子量は以下の方法により測定した。
[重合体の重量平均分子量]
 重量平均分子量は、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り測定したポリスチレン換算値である。
 カラム:東ソー(株)製、TSKgelGRCXLII
 溶剤:テトラヒドロフラン
 温度:40℃
 圧力:68kgf/cm
 本実施例で使用した化合物の構造式を以下に示す。なお、以下では便宜上、「式(X)で表される化合物」を単に「化合物(X)」と略すことがある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
<化合物の合成>
[合成例1-1:化合物(B)の合成]
 まず、下記スキーム1に従って化合物(M-13)を合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
 攪拌子を入れた2000mL三つ口フラスコに、4-アミノ-o-クレゾール20.0g、テトラヒドロフランを1000g取り、トリエチルアミンを24.7g加え、氷浴した。そこに、二炭酸t-ブチル39.0gとテトラヒドロフラン150gからなる溶液を滴下し、室温で10時間攪拌した後、反応液に酢酸エチル450gを加え、蒸留水300gで4回分液洗浄した。その後、有機層をロータリーエバポレータにより、内容量が100gになるまでゆっくり濃縮し、途中で析出してきた白色固体を濾過により回収した。この白色固体を真空乾燥することで化合物(M-9)を34.4g得た。
・化合物(M-9-1)の合成
 攪拌子を入れた2000mL三つ口フラスコに、化合物(M-9)を20.0g、(E)-2-メチル-3-(4-(4’-ペンチル-[1,1’-ビシクロヘキサン]-4-イル)フェニル)アクリル酸を35.5g取り、ジクロロメタンを1000g加え、氷浴した。そこに、N,N-ジメチルアミノピリジン2.2g、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩25.8gの順で加え、室温で8時間攪拌した後、蒸留水500gで4回分液洗浄した。その後、有機層をロータリーエバポレータにより、内容量が100gになるまでゆっくり濃縮し、途中で析出してきた白色固体を濾過により回収した。この白色固体を真空乾燥することで化合物(M-9-1)を35.0g得た。
・化合物(M-13)の合成
 攪拌子を入れた300mLナスフラスコに、化合物(M-9-1)を30.0g、トリフルオロ酢酸を34.0g取り、ジクロロメタンを100g加え、室温で1時間攪拌した。その後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液により中和した後、蒸留水70gで4回分液洗浄した。その後、有機層をロータリーエバポレータにより、内容量が50gになるまでゆっくり濃縮し、途中で析出してきた白色固体を濾過により回収した。この白色固体を真空乾燥することで化合物(M-13)を29.0g得た。
 続いて、下記スキーム2に従って化合物(B)を合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
 還流管を取り付けた1リットルの3口フラスコに、化合物(M-13)20.0g、化合物(M-2)6.54gを仕込み、更に溶媒として酢酸300mlを添加した。昇温すると反応系は均一となり、3時間還流を行った。反応終了後、酢酸を濃縮し、メタノールにて再結晶を行った。得られた結晶をさらにメタノール再結晶を繰り返し、化合物(B) 10.3gを得た。
[合成例1-2~1-7]
 使用する原料(アミン、感光性カルボン酸、及び環式化合物)を下記表1に記載のとおり変更した点以外は合成例1-1と同様にして化合物(A)、(C)~(F)及び(K)をそれぞれ合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000033
[合成例1-8:化合物(S)の合成]
 500mlフラスコに化合物(a-1)を9.75g(20.0mmol)、アニリン塩酸塩2.60g(20.1mmol)、トルエン100ml、p-トルエンスルホン酸4.30g(24.8mmol)を加え、140℃で8時間反応させた。HPLCにて化合物(a-1)の消失を確認後、室温に冷却した。その後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と水でそれぞれ分液した。次いで、有機層に硫酸ナトリウムを加え、静置後ろ過した。ロータリーエバポレーターにてろ液の溶媒を留去することで、目的の化合物(S)を11.4g得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
[合成例1-9:化合物(T)の合成]
 化合物(a-1)に代えて化合物(a-2)を用いた以外は上記合成例1-8と同様の操作を行い、目的の化合物(T)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
<重合体の合成>
[合成例2-1]
 予め120℃オーブンで乾燥させた300mlフラスコに、化合物(B)を20モル部、及び化合物(G)を80モル部入れ、脱水シクロペンタノン150mlを加えた。次いで、Ni触媒(J.AM.CHEM.SOC.131,5902-5919,(2019)に従って合成)を加えて、2時間反応させた。10%塩酸メタノール溶液でクエンチした後、メタノールでの再沈殿を2回実施して、重合体(これを「重合体(P-1)」とする。)15.2gを得た。
[合成例2-2]
 還流管を装着したセパラブルフラスコに、窒素気流下で、化合物(B)20モル部、ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン30モル部、無水マレイン酸50モル部、アゾビスイソブチロニトリル28g、及びN-メチル-2-ピロリドン280gを仕込んだのち、70℃で6時間重合した。重合終了後、反応溶液を室温まで冷却して、大量の酢酸n-ブチル/n-ヘキサン混合溶液中(質量比=1/4)に注いで重合体を凝固させ、凝固した重合体をn-ヘキサンで数回洗浄したのち真空乾燥し、重量平均分子量(Mw)が15,000である重合体(これを「重合体(P-2)」とする。)を収率70%で得た。
[合成例2-3~2-13]
 使用するモノマーの種類及び量を下記表2に記載のとおりに変更した点以外は合成例2-2と同様にして重合体(P-3)~(P-13)をそれぞれ合成した。なお、表2中、モノマー欄の数値は、重合体の合成に使用したモノマーの全量に対する各モノマーの使用割合(モル%)を表す。表2中のA~Pは上記式(A)~(P)のそれぞれで表される化合物を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000036
[合成例2-14]
 韓国公開特許第2015-138548号公報に記載の製造例2の手順に従い、カルコン側鎖を有するマレイミド樹脂(これを「重合体(P-14)」とする。)を合成した。
[合成例2-15]
 特許第2962473号公報に記載の実施例1の手順に従い、シンナモイル基を側鎖に有するマレイミド樹脂(これを「重合体(P-15)」とする。)を合成した。
[合成例2-16]
 特開2015-152743号公報に記載の製造例1の手順に従い、シンナモイル基を側鎖に有するスチレン樹脂(これを「重合体(P-16)」とする。)を合成した。
[合成例2-17]
 特許第5803915号公報に記載の実施例27の手順に従い、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物と(E)-3,5-ジアミノベンジル 3-(2-(4-ブトキシフェニル)-1,3-ジオキソイソインドリン-5-イル)アクリレートとを用いてポリアミック酸(これを「重合体(P-17)」とする。)を合成した。
[合成例2-18]
 1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CB)100モル部、化合物(S)20モル部、3,5-ジアミノ安息香酸(35DAB)30モル部、及び4,4’-ジアミノジフェニルメタン(DDM)50モル部をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解し、40℃で3時間反応させることにより、ポリアミック酸である重合体(P-18)を10質量%含有する溶液を得た。
[合成例2-19]
 化合物(T)30モル部、3,5-ジアミノ安息香酸(35DAB)20モル部、及び4,4’-ジアミノジフェニルメタン(DDM)50モル部、塩基としてピリジン15mlをN-メチル-2-ピロリドン(NMP)505mlに溶解させた。この溶液を水冷撹拌しながら、ジメチル-1,3-ビス(クロロカルボニル)シクロブタン-2,4-カルボキシレート97モル部を添加し、さらに固形分濃度が5質量%となるようにNMPを加え、水冷しながら4時間撹拌した。この溶液を250gの水に注いで重合体を析出させ、吸引濾過により重合体をろ取し、再度水250gで洗浄したのちメタノールにて3回洗浄し、40℃で減圧乾燥することにより、ポリアミック酸エステルである重合体(P-19)を含有する溶液を得た。
[合成例2-20]
 窒素下、100mL二口フラスコに、化合物(Y)100モル部をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解し、そこに化合物(T)30モル部、4,4’-ジアミノジフェニルメタン(DDM)60モル部、及びコレスタニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン10モル部を加えて、60℃で4時間反応を行い、ポリエナミンである重合体(P-20)を含有する溶液を得た。
[合成例2-21]
 使用するモノマーの種類及び量を下記表3に記載のとおりに変更した点以外は合成例2-18と同様の操作を行うことにより、ポリアミック酸である重合体(P-21)を含有する溶液を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000037
 表3中、単量体の略称は以下のとおりである。なお、表3中のS~U、Yは、上記式(S)~(U)、(Y)のそれぞれで表される化合物を表す。
 Q:1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
 R:2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物
 V:3,5-ジアミノ安息香酸
 W:4,4’-ジアミノジフェニルメタン
 X:コレスタニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン
 表3中の数値は、重合体の合成に使用した各単量体の量(モル部)を表す。
[合成例2-22]
 1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CB)100モル部、及び2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル(mTB)100モル部をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解し、40℃で3時間反応させることにより、ポリアミック酸である重合体(PAA-A)を10質量%含有する溶液を得た。
[合成例2-23]
 2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)100モル部、4,4’-[4,4’-プロパン-1,3-ジイルビス(ピペリジン-1,4-ジイル)]ジアニリン(BISP)30モル部、及び4,4’-ジアミノジフェニルメタン(DDM)70モル部をNMPに溶解し、40℃で3時間反応させることにより、ポリアミック酸である重合体(PAA-B)を10質量%含有する溶液を得た。
[合成例2-24]
 1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CB)100モル部、及び6,6’-(ピペラジン-1,4-ジイル)ビス(3-アミノピリジン)(PDAP)30モル部、及び4,4’-ジアミノジフェニルメタン(DDM)70モル部をNMPに溶解し、40℃で3時間反応させることにより、ポリアミック酸である重合体(PAA-C)を10質量%含有する溶液を得た。
[合成例2-25]
 2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(TCA)100モル部、及びジアミノジフェニルメタン(DDM)100モル部をNMPに溶解し、40℃で3時間反応させることにより、ポリアミック酸である重合体(PAA-D)を10質量%含有する溶液を得た。
[合成例2-26]
 1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CB)100モル部、及びジアミノジフェニルメタン(DDM)100モル部をNMPに溶解し、40℃で3時間反応させることにより、ポリアミック酸である重合体(PAA-E)を10質量%含有する溶液を得た。
[合成例2-27]
 1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CB)100モル部、4,4’-ジアミノジフェニルメタン(DDM)80モル部、及びtert-ブチル(2,5-ジアミノベンジル)カルバメート20モル部をNMPに溶解し、40℃で3時間反応させることにより、ポリアミック酸である重合体(PAA-F)を10質量%含有する溶液を得た。
[合成例2-28]
 1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CB)100モル部、4,4’-ジアミノジフェニルメタン(DDM)50モル部、及びtert-ブチル(3-(2,5-ジアミノピリジン-3-イル)プロピルカルバメート50モル部をNMPに溶解し、40℃で3時間反応させることにより、ポリアミック酸である重合体(PAA-G)を10質量%含有する溶液を得た。
<液晶表示装置の製造及び評価>
[実施例1]
(1)液晶配向剤の調製
 合成例2-1で得た重合体(P-1)10質量部、及び合成例2-22で得た重合体(PAA-A)100質量部が入った容器に、溶剤としてシクロペンタノン(CPN)及びブチルセロソルブ(BC)を加え、溶媒組成がCPN/BC=70/30(質量比)、固形分濃度が3.5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(AL-1)を調製した。
(2)光垂直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(AL-1)をスピンナーにより塗布し、80℃のホットプレートで1分間プレベークを行い、膜厚0.08μmの塗膜を形成した。次いで、この塗膜表面に、Hg-Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて、313nmの輝線を含む偏光紫外線200J/mを、基板法線から40°傾いた方向から室温で照射した。次いで、庫内を窒素置換したオーブン中、160℃で40分間加熱(本焼成)して液晶配向膜とした。同じ操作を繰り返して、液晶配向膜を形成した基板を一対(2枚)作成した。
 液晶配向膜を形成した2枚の基板のうちの1枚における、液晶配向膜を有する面の外周に、直径3.5μm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、各基板に照射した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一対の基板を圧着し、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、ネマチック液晶(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、液晶セルを得た。さらに、液晶注入時の流動配向を除くために、液晶セルを150℃で加熱してから室温まで徐冷した。次に、液晶セルにおける基板の外側両面に、偏光板を、その偏光方向が互いに直交し、かつ、液晶配向膜形成時に照射した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た。
(3)プレチルト角の評価
 上記(2)で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))に記載の方法に準拠してHe-Neレーザー光を用いる結晶回転法により測定した液晶分子の基板面からの傾き角の値をプレチルト角とした。このとき、プレチルト角が89.0°未満の場合に「良好(○)」、89.0°以上の場合に「不良(×)」とした。その結果、この実施例ではプレチルト角は「良好(○)」の評価であった。
(4)塗布均一性の評価
 上記(1)で調製した液晶配向剤(AL-1)を、ガラス基板上にスピンナーを用いて塗布し、80℃のホットプレートで1分間プレベークを行った後、庫内を窒素置換した200℃のオーブンで1時間加熱(ポストベーク)することにより平均膜厚0.1μmの塗膜を形成した。得られた塗膜の表面を原子間力顕微鏡(AFM)にて観察し、中心平均粗さ(Ra)を測定することにより塗膜表面の均一性を評価した。Raが5nm以下の場合を塗布均一性「良好(○)」、5nmよりも大きく10nm未満であった場合を「可(△)」、10nm以上の場合を「不良(×)」と評価した。その結果、この実施例では「良好(○)」の評価であった。
(5)ポストベーク温度の違いに対するプレチルト角のばらつき特性(ポストベークマージン)の評価
 上記(2)の方法に従い、異なるポストベーク温度(150℃及び200℃)により液晶配向膜を作製し、得られた2つの液晶表示素子のプレチルト角をそれぞれ測定した。ポストベーク温度を200℃とした液晶表示素子のプレチルト角の測定値θ200と、ポストベーク温度を150℃とした液晶表示素子のプレチルト角の測定値θ150との差Δθ(=|θ200-θ150|)により、ポストベーク温度の相違に対するプレチルト角のばらつき特性を評価した。Δθが小さいほど、プレベーク温度の違いに対するプレチルト角のばらつきが小さく優れているといえる。プレチルト角の測定は、非特許文献(T. J. Scheffer et.al. J.Appl.Phys. vo.19, p.2013(1980))に記載の方法に準拠して、He-Neレーザー光を用いる結晶回転法により測定した液晶分子の基板面からの傾き角の値をプレチルト角[°]とした。評価は、Δθが0.2°以下であった場合を「良好(○)」、0.2°よりも大きく0.5°未満であった場合を「可(△)」、0.5°以上であった場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例では「良好(○)」の評価であった。
[実施例2~16、比較例1~5]
 液晶配向剤の配合処方を下記表4の通りに変更した点以外は実施例1と同様にして液晶配向剤をそれぞれ調製した。また、調製した各液晶配向剤を用い、実施例1と同様にして光垂直型液晶表示装置を製造するとともに、実施例1と同様にして各種評価を行った。それらの結果を下記表4に示した。なお、実施例2及び実施例7については、液晶配向剤に添加剤(架橋成分)を配合した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000038
 表4中、括弧内の数値は、液晶配向剤の調製における各化合物の配合割合(単位:質量部)を示す。溶剤の略称は以下のとおりである。
PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル
EDM:ジエチレングリコールメチルエチルエーテル
CPN:シクロペンタノン
MB:3-メトキシ-1-ブタノール
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
BC:γ-ブチロラクトン
 以上の結果から明らかなように、重合体(A)を含有する液晶配向剤とした実施例1~16では、プレチルト角が89度未満であり、重合体(A)を含有しない比較例1~5に比べて、液晶分子の垂直方向からの傾斜角度を十分に大きくすることができた。また、実施例1~16では、ポストベーク温度の違いによるプレチルト角のばらつきが小さかった。特に、架橋成分を含有させた実施例2、4~8、10~13では、ポストベーク温度の違いによるプレチルト角のばらつきをより小さくできた。また、重合体(A)として付加重合体を用いた実施例(実施例1~13)の方が、縮合重合体を用いた実施例(実施例14~16)よりも、ポストベーク温度の違いによるプレチルト角のばらつきをより小さくできた。さらに、実施例1~16の液晶配向剤は、塗膜表面の均一性も良好であった。
 これらの結果から、重合体(A)を用いることにより、塗布均一性が良好であり、かつプレチルト角特性に優れた液晶配向膜を形成することができることが分かった。

Claims (13)

  1.  下記式(1)で表される単量体に由来する構造単位(U1)を有する重合体(A)を含有する、液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(1)中、Rは1価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立して、単結合、メチレン基又はエチレン基であり、nは0又は1である。ただし、n=0の場合、Rはメチレン基又はエチレン基である。Rは、重合性基が環の一部を構成する環Xを有し、かつ前記環Xの一部を構成する同一の若しくは異なる炭素原子にR及びRがそれぞれ結合した2価の基であるか、重合性基が結合した環Yを有し、かつ前記環Yの一部を構成する同一の若しくは異なる炭素原子にR及びRがそれぞれ結合した2価の基であるか、又は、前記環Yが2個結合した炭素原子Zを有し、かつ前記炭素原子ZにR及びRがそれぞれ結合した2価の基である。)
  2.  前記重合体(A)は付加重合体である、請求項1に記載の液晶配向剤。
  3.  前記重合体(A)は、環状オレフィン化合物、マレイミド構造含有化合物、スチレン構造含有化合物、無水マレイン酸構造含有化合物、及び(メタ)アクリル化合物よりなる群から選択される少なくとも一種の単量体に由来する構造単位を有する重合体である、請求項2に記載の液晶配向剤。
  4.  前記重合体(A)は、前記構造単位(U1)と、マレイミド構造含有化合物、(メタ)アクリル化合物、スチレン構造含有化合物、無水マレイン酸構造含有化合物、及び環状オレフィン化合物よりなる群から選択される少なくとも一種であって、かつ上記式(1)で表される部分構造を有さない単量体に由来する構造単位と、を有する重合体である、請求項2又は3に記載の液晶配向剤。
  5.  前記Rは、光配向性基を有する1価の基であり、
     前記重合体(A)は、前記構造単位(U1)と、マレイミド構造含有化合物、(メタ)アクリル化合物、スチレン構造含有化合物、無水マレイン酸構造含有化合物、及び環状オレフィン化合物よりなる群から選択される少なくとも一種であって、かつ光配向性基を有さない単量体に由来する構造単位と、を有する重合体である、請求項2~4のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  6.  上記式(1)で表される単量体はジアミン化合物であり、
     前記重合体(A)は、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド及びポリエナミンよりなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1に記載の液晶配向剤。
  7.  前記Rは、光配向性基を有する1価の基である、請求項1~6のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  8.  前記重合体(A)、及び前記重合体(A)とは異なる化合物のうち少なくとも一方として、熱架橋性基を有する化合物を含有する、請求項1~7のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  9.  ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド及びポリウレアよりなる群から選択される少なくとも一種であって、かつ前記構造単位U1を有さない重合体(B)を更に含有する、請求項1~8のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  10.  請求項1~8のいずれか一項に記載の液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜。
  11.  請求項10に記載の液晶配向膜を具備する液晶素子。
  12.  下記式(1)で表される単量体に由来する構造単位(U1)を有する重合体。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式(1)中、Rは1価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立して、単結合、メチレン基又はエチレン基であり、nは0又は1である。ただし、n=0の場合、Rはメチレン基又はエチレン基である。Rは、重合性基が環の一部を構成する環Xを有し、かつ前記環Xの一部を構成する同一の若しくは異なる炭素原子にR及びRがそれぞれ結合した2価の基であるか、重合性基が結合した環Yを有し、かつ前記環Yの一部を構成する同一の若しくは異なる炭素原子にR及びRがそれぞれ結合した2価の基であるか、又は、前記環Yが2個結合した炭素原子Zを有し、かつ前記炭素原子ZにR及びRがそれぞれ結合した2価の基である。)
  13.  下記式(1)で表される化合物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (式(1)中、Rは1価の有機基であり、R及びRは、それぞれ独立して、単結合、メチレン基又はエチレン基であり、nは0又は1である。ただし、n=0の場合、Rはメチレン基又はエチレン基である。Rは、重合性基が環の一部を構成する環Xを有し、かつ前記環Xの一部を構成する同一の若しくは異なる炭素原子にR及びRがそれぞれ結合した2価の基であるか、重合性基が結合した環Yを有し、かつ前記環Yの一部を構成する同一の若しくは異なる炭素原子にR及びRがそれぞれ結合した2価の基であるか、又は、前記環Yが2個結合した炭素原子Zを有し、かつ前記炭素原子ZにR及びRがそれぞれ結合した2価の基である。)
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