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特開2022-161796液晶配向剤、液晶配向膜及びその製造方法、並びに液晶素子
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022161796
(43)【公開日】2022-10-21
(54)【発明の名称】液晶配向剤、液晶配向膜及びその製造方法、並びに液晶素子
(51)【国際特許分類】
   G02F 1/1337 20060101AFI20221014BHJP
   C08F 246/00 20060101ALI20221014BHJP
   C08L 79/08 20060101ALI20221014BHJP
【FI】
G02F1/1337 520
C08F246/00
C08L79/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021146166
(22)【出願日】2021-09-08
(31)【優先権主張番号】P 2021066096
(32)【優先日】2021-04-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000004178
【氏名又は名称】JSR株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100121821
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 強
(74)【代理人】
【識別番号】100122390
【弁理士】
【氏名又は名称】廣田 美穂
(74)【代理人】
【識別番号】100139480
【弁理士】
【氏名又は名称】日野 京子
(72)【発明者】
【氏名】村上 嘉崇
(72)【発明者】
【氏名】廣▲瀬▼ 陽一
(72)【発明者】
【氏名】安池 伸夫
(72)【発明者】
【氏名】山本 啓太
(72)【発明者】
【氏名】岡田 敬
【テーマコード(参考)】
2H290
4J002
4J100
【Fターム(参考)】
2H290BD01
2H290BF13
2H290BF24
2H290BF25
2H290BF54
2H290DA01
2H290DA03
4J002BC10X
4J002BG07X
4J002BK00X
4J002CM04W
4J002GP00
4J100AB07P
4J100AB07Q
4J100AB07R
4J100AB07S
4J100AJ02S
4J100AL03S
4J100AL08P
4J100AL08Q
4J100AL08R
4J100AL08S
4J100AL10R
4J100AM39Q
4J100AM49P
4J100AM49Q
4J100AM49R
4J100AM49S
4J100AR11S
4J100BA02P
4J100BA02Q
4J100BA03P
4J100BA11R
4J100BA12P
4J100BA14P
4J100BA15Q
4J100BA16S
4J100BA20S
4J100BA38S
4J100BB18Q
4J100BC03S
4J100BC04Q
4J100BC12Q
4J100BC43P
4J100BC43Q
4J100BC53R
4J100BC54R
4J100BC59R
4J100BD12P
4J100CA03
4J100DA01
4J100DA04
4J100JA32
(57)【要約】      (修正有)
【課題】プレチルト角が安定しており、かつ長期耐熱性に優れた液晶素子を提供する。
【解決手段】重合体側鎖に、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する付加重合体であって、式(1)~式(4)で表される構造単位の少なくとも1種を有する重合体[P]を液晶配向剤に含有させる。X~Xは、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造を有するか、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である。

【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
重合体側鎖に、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する付加重合体である重合体[P]を含有し、
前記重合体[P]は、下記式(1)で表される構造単位、下記式(2)で表される構造単位、下記式(3)で表される構造単位、及び下記式(4)で表される構造単位よりなる群から選択される少なくとも1種を有する、液晶配向剤。
【化1】
(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基であるか、又は、R及びRが互いに結合してR及びRが結合する炭素原子と共に構成される環構造を表す。Xは、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造を有するか、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である。Rは、1価の置換基である。m1は0~4の整数である。n1は0~2の整数である。m1が2以上の場合、複数のRは互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。
式(2)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基であるか、又は、R及びRが互いに結合してR及びRが結合する炭素原子と共に構成される環構造を表す。Rは、水素原子又は1価の有機基である。Xは、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造を有するか、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である。Rは、1価の置換基である。m2は0~4の整数である。n2は0~2の整数である。m2が2以上の場合、複数のRは互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。
式(3)中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基である。Xは、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造を有するか、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である。Rは、1価の置換基である。m3は0~4の整数である。m3が2以上の場合、複数のRは互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。
式(4)中、R10は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基である。Zは、酸素原子又は-NH-である。Xは、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造を有するか、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である。「*」は結合手であることを表す。)
【請求項2】
前記重合体[P]又は前記重合体[P]とは異なる重合体として、下記(a)及び(b):
(a)芳香族環及び脂肪族環のうち少なくともいずれかを合計2個以上有する非感光性の1価の基、
(b)炭素数5以上のアルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基又はフルオロアルコキシ基を有する非感光性の1価の基(ただし、(a)に該当する基を除く)、
のうち少なくともいずれかを有する重合体を含む、請求項1に記載の液晶配向剤。
【請求項3】
前記(a)非感光性の1価の基は、下記式(8)で表される基である、請求項2に記載の液晶配向剤。
-B-L-B-L-* …(8)
(式(8)中、Aは、水素原子、フッ素原子、炭素数1~20のアルキル基、炭素数1~20のアルコキシ基、炭素数1~20のフルオロアルキル基、又は炭素数1~20のフルオロアルコキシ基である。Bは、下記式(1-1)~式(1-8)のうちいずれかで表される2価の基である。Lは、単結合であるか、又は下記式(2-1)~式(2-6)のうちいずれかで表される2価の基である。Bは、単結合又は2価の芳香族環基である。Lは、下記式(3-1)~式(3-9)のうちいずれかで表される2価の基である。「*」は結合手であることを表す。)
【化2】
【化3】
【化4】
【請求項4】
前記重合体[P]は、前記(a)非感光性の1価の基を有する重合体であり、下記式(5)で表される構造単位、下記式(6)で表される構造単位、及び下記式(7)で表される構造単位よりなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項2又は3に記載の液晶配向剤。
【化5】
(式(5)中、R11及びR12は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基であるか、又は、R11及びR12が互いに結合してR11及びR12が結合する炭素原子と共に構成される環構造を表す。Yは、芳香族環及び脂肪族環のうち少なくともいずれかを合計2個以上有する非感光性の1価の基である。R13は、1価の置換基である。m4は0~4の整数である。n3は0~2の整数である。m4が2以上の場合、複数のR13は互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。
式(6)中、R14及びR15は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基であるか、又は、R14及びR15が互いに結合してR14及びR15が結合する炭素原子と共に構成される環構造を表す。R16は、水素原子又は1価の有機基である。Yは、芳香族環及び脂肪族環のうち少なくともいずれかを合計2個以上有する非感光性の1価の基である。R17は、1価の置換基である。m5は0~4の整数である。n4は0~2の整数である。m5が2以上の場合、複数のR17は互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。
式(7)中、R18は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基である。Yは、芳香族環及び脂肪族環のうち少なくともいずれかを合計2個以上有する非感光性の1価の基である。R19は、1価の置換基である。m6は0~4の整数である。m6が2以上の場合、複数のR19は互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。)
【請求項5】
前記重合体[P]とは異なる重合体[Q]を更に含有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
【請求項6】
前記重合体[P]とは異なる重合体[Q]を更に含有し、
前記重合体[Q]は、前記(a)非感光性の1価の基及び前記(b)非感光性の1価の基のうち少なくともいずれかを有する、請求項2又は3に記載の液晶配向剤。
【請求項7】
前記重合体[Q]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1種である、請求項5又は6に記載の液晶配向剤。
【請求項8】
前記X、X、X及びXは、光を吸収してラジカルを発生する光開始剤構造を有する基である、請求項1~7のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
【請求項9】
前記重合体[P]は、環状エーテル基及び環状カーボネート基よりなる群から選択される少なくとも1種を有する、請求項1~8のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
【請求項10】
前記重合体[P]は、カルボキシ基、保護されたカルボキシ基、アミノ基、及び保護されたアミノ基よりなる群から選択される少なくとも1種を有する、請求項1~9のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
【請求項11】
請求項1~10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。
【請求項12】
請求項11に記載の液晶配向膜を備える液晶素子。
【請求項13】
請求項1~12のいずれか一項に記載の液晶配向剤を、導電膜を有する一対の基板における各導電膜上に塗布し、塗膜を形成する工程と、
前記塗膜を形成した一対の基板を、液晶層を介して前記塗膜が対向するように配置して液晶セルを構築する工程と、
前記導電膜間に電圧を印加した状態で前記液晶セル光照射する工程と、
を含む、液晶素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶配向剤、液晶配向膜及びその製造方法、並びに液晶素子に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶配向膜の重合体成分としては、耐熱性が高いこと等の理由からポリイミドが一般に使用されている。その一方で、ポリイミドは溶剤に対する溶解性が低く、そのため、比較的大きな疎水性基(メソゲン構造等)を重合体側鎖に導入した場合に溶解性が十分でなく、塗布性が低下することが考えられる。そこで、ポリイミドの代替として、アクリル系ポリマーやスチレン-マレイミド系ポリマーを液晶配向膜の材料として用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第2018/074547号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
液晶配向膜は、通常、重合体成分を溶剤に溶解又は分散した液晶配向剤を基板上に塗布し、高温(例えば200~250℃)で加熱することにより基板上に形成される。このため、重合体成分の耐熱性が十分でない場合、膜形成時の加熱処理によって重合体成分が熱分解し、表示不良を引き起こしたり、熱分解によって生じた成分が不純物となり信頼性が低下したりすることが懸念される。このような懸念は、例えば塗布不良等によって液晶配向膜の膜厚が薄くなった領域において特に生じやすいと考えられる。一方、液晶素子には更なる高品質化が求められており、配向膜形成時の塗布不良等によって液晶配向膜の膜厚が薄くなった場合にも所望のプレチルト角を示す特性(以下、「プレチルト角安定性」ともいう)が求められる。
【0005】
また、比較的高温の加熱による熱分解により生じた成分が不純物として膜中に残ったままの場合、その液晶素子が高温環境下に長時間曝されることによって、膜中の不純物に起因する性能低下を引き起こす、すなわち長期耐熱性に劣ることが懸念される。
【0006】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、塗布不良等により液晶配向膜の膜厚が薄くなった場合にもプレチルト角が安定しており、かつ長期耐熱性に優れた液晶素子を得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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【0008】
<1> 重合体側鎖に、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する付加重合体である重合体[P]を含有し、前記重合体[P]は、下記式(1)で表される構造単位、下記式(2)で表される構造単位、下記式(3)で表される構造単位、及び下記式(4)で表される構造単位よりなる群から選択される少なくとも1種を有する、液晶配向剤。
【化1】
(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基であるか、又は、R及びRが互いに結合してR及びRが結合する炭素原子と共に構成される環構造を表す。Xは、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造を有するか、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である。Rは、1価の置換基である。m1は0~4の整数である。n1は0~2の整数である。m1が2以上の場合、複数のRは互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。
式(2)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基であるか、又は、R及びRが互いに結合してR及びRが結合する炭素原子と共に構成される環構造を表す。Rは、水素原子又は1価の有機基である。Xは、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造を有するか、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である。Rは、1価の置換基である。m2は0~4の整数である。n2は0~2の整数である。m2が2以上の場合、複数のRは互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。
式(3)中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基である。Xは、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造を有するか、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である。Rは、1価の置換基である。m3は0~4の整数である。m3が2以上の場合、複数のRは互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。
式(4)中、R10は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基である。Zは、酸素原子又は-NH-である。Xは、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造を有するか、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である。「*」は結合手であることを表す。)
【0009】
<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>の液晶配向膜を備える液晶素子。
<4> 上記<1>の液晶配向剤を、導電膜を有する一対の基板における各導電膜上に塗布し、塗膜を形成する工程と、前記塗膜を形成した一対の基板を、液晶層を介して前記塗膜が対向するように配置して液晶セルを構築する工程と、前記導電膜間に電圧を印加した状態で前記液晶セル光照射する工程と、を含む、液晶素子の製造方法。
【発明の効果】
【0010】
本発明の液晶配向剤によれば、塗布不良等により液晶配向膜の膜厚が薄くなった場合にもプレチルト角が安定しており、かつ長期耐熱性に優れた液晶素子を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の態様に関連する事項について詳細に説明する。なお、本明細書において「炭化水素基」とは、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、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。重合体の「主鎖」とは、重合体の原子鎖のうち最も長い「幹」の部分をいう。重合体の「側鎖」とは、重合体の「幹」から分岐した部分をいう。「有機基」とは、炭素を含む化合物(すなわち有機化合物)から任意の水素原子を取り除いてなる原子団をいう。
【0012】
《液晶配向剤》
本開示の液晶配向剤は、以下の重合体[P]を含有する。
重合体[P]:重合体側鎖に、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する付加重合体であって、下記式(1)で表される構造単位、下記式(2)で表される構造単位、下記式(3)で表される構造単位、及び下記式(4)で表される構造単位よりなる群から選択される少なくとも1種の構造単位(以下、「第1構造単位」ともいう)を有する重合体。
【化2】
(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基であるか、又は、R及びRが互いに結合してR及びRが結合する炭素原子と共に構成される環構造を表す。Xは、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造を有するか、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である。Rは、1価の置換基である。m1は0~4の整数である。n1は0~2の整数である。m1が2以上の場合、複数のRは互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。
式(2)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基であるか、又は、R及びRが互いに結合してR及びRが結合する炭素原子と共に構成される環構造を表す。Rは、水素原子又は1価の有機基である。Xは、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造を有するか、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である。Rは、1価の置換基である。m2は0~4の整数である。n2は0~2の整数である。m2が2以上の場合、複数のRは互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。
式(3)中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基である。Xは、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造を有するか、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である。Rは、1価の置換基である。m3は0~4の整数である。m3が2以上の場合、複数のRは互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。
式(4)中、R10は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基である。Zは、酸素原子又は-NH-である。Xは、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造を有するか、又は重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である。「*」は結合手であることを表す。)
【0013】
<第1構造単位>
上記式(1)~式(4)において、X、X、X及びXが、光照射によりラジカルを発生するラジカル発生機能及び光照射により増感作用を示す光増感機能のうち少なくともいずれかの機能を発現可能な部分構造(以下、「部分構造A」ともいう)を有する基である場合、部分構造Aは、光を吸収してラジカルを発生する光開始剤構造を有する基であることが好ましい。この光開始剤構造としては、公知の光ラジカル発生剤に由来する構造が挙げられる。当該光ラジカル発生剤としては、例えばアルキルフェノン系化合物、ベンゾイン系化合物、ケタール系化合物、アセトフェノン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物、及びアントラキノン系化合物等のラジカル発生基含有化合物が挙げられる。
【0014】
、X、X及びXが部分構造Aを有する基である場合、X、X、X及びXは、下記式(a-1)で表される基、又は下記式(a-2)で表される基であることが好ましい。
【化3】
(式(a-1)中、Ar及びArは、Arが2価の芳香環基であり、かつArがアルキル基又は1価の芳香環基であるか、又は、ArとArとが互いに合わせられ、Ar及びArが結合するカルボニル基と共に構成される環構造を表す。R31は、単結合又は2価の有機基である。「*」は結合手であることを表す。)
【化4】
(式(a-2)中、Arは2価の芳香環基である。R32及びR33は、それぞれ独立して1価の有機基であるか、又はR32とR33とが合わせられ、R32及びR33が結合する炭素原子と共に構成される環構造を表す。R34は、水酸基又は1価の有機基である。R35は、単結合又は2価の有機基である。「*」は結合手であることを表す。)
【0015】
上記式(a-1)中のAr及びAr、上記式(a-2)中のArで表される2価の芳香環基は、置換又は無置換の芳香環の環部分から2個の水素原子を取り除いた基である。芳香環としては、例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等が挙げられ、好ましくはベンゼン環である。芳香環が有していてもよい置換基としては、例えば炭素数1~6のアルキル基、アルコキシ基及びフルオロアルキル基、フッ素原子、水酸基等が挙げられる。ArとArとが互いに合わせられて構成される環構造としては、2個のベンゼン環が-O-、-S-、カルボニル基又は-NR36-(R36は、水素原子又は炭素数1~10の炭化水素基である。以下同じ)を介して結合された構造が挙げられる。
【0016】
上記式(a-2)中のR32~R34で表される1価の有機基としては、例えば炭素数1~20のアルキル基、炭素数1~20のアルコキシ基、ベンジル基、フェネチル基、フェニルオキシ基、フェニルアルキルオキシ基、-NR3940(ただし、R39及びR40は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~5のアルキル基である)、窒素含有複素環基等が挙げられ、これらの基が有する任意の水素原子が置換されていてもよい。当該置換基としては、例えばフッ素原子、水酸基等が挙げられる。R32とR33とが互いに合わせられて構成される環構造としては、炭素数4~10のシクロアルキル基等が挙げられる。
【0017】
上記式(a-1)中のR31及び式(a-2)中で表されるR35において、2価の有機基としては、例えば炭素数1~20の2価の炭化水素基、炭化水素基が有する任意のメチレン基が-O-、-S-又は-NR36-で置き換えられた炭素数2~20の基、炭化水素基が有する任意の水素原子がフッ素原子、アルコキシ基、水酸基等で置換された炭素数2~20の基等が挙げられる。R31、R35が2価の有機基である場合、炭素数1~10が好ましく、炭素数1~5がより好ましい。
【0018】
膜厚が薄くなった場合の液晶配向膜において、プレチルト角安定性と製造容易性とを両立させる観点から、R31、R35の好ましい例としては、下記式(r-1)で表される基が挙げられる。
-R38-Z-* …(r-1)
(式(r-1)中、R38は2価の有機基である。Zは、-O-、*-COO-、*-OCO-、*-NH-CO-、*-CO-NH-又は*-NH-COO-である。「*」はR38との結合手であることを表す。「*」はZとの結合手であることを表す。「*」は結合手であることを表す。)
【0019】
、X、X及びXが部分構造Aを有する場合において、X、X、X及びXの具体例としては、上記式(a-1)で表される部分構造を有する基として、下記式(a-1-1)~式(a-1-5)のそれぞれで表される基等を;上記式(a-2)で表される基として、下記式(a-2-1)~式(a-2-9)のそれぞれで表される基等を、それぞれ挙げることができる。
【化5】
(式中、R31は、単結合又は2価の基である。「*」は結合手であることを表す。)
【化6】
(式中、R35は、単結合又は2価の基である。「*」は結合手であることを表す。)
【0020】
、X、X及びXが、重合性炭素-炭素不飽和結合を有する1価の基である場合、X、X、X及びXとしては、例えば下記式(a-3)で表される基が挙げられる。
*-R37-D …(a-3)
(式(a-3)中、Dは、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、ビニルフェニル基又はビニルエーテル基である。R37は、単結合又は2価の有機基である。)
【0021】
上記式(a-3)中のR37において、2価の有機基としては、例えば炭素数1~20の2価の炭化水素基、炭化水素基が有する任意のメチレン基が-O-、-S-又は-NR36-で置き換えられた炭素数2~20の基、炭化水素基が有する任意の水素原子がフッ素原子、アルコキシ基、水酸基等で置換された炭素数2~20の基等が挙げられる。なお、本明細書において「(メタ)アクリル」は、「アクリル」及び「メタクリル」を包含する意味である。「(メタ)アクリロイル」は、「アクリロイル」及び「メタクリロイル」を包含する意味である。
【0022】
上記式(1)中のR及びR、式(2)中のR及びRにおいて、炭素数1~10の炭化水素基としては、炭素数1~10の鎖状又は分岐状のアルキル基、炭素数4~10のシクロアルキル基、フェニル基、メチルフェニル基等が挙げられる。R及びR又はR及びRが互いに結合して構成される環構造としては、炭素数4~10のシクロアルキル基等が挙げられる。液晶素子の長期耐熱性及びプレチルト角安定性の改善効果をより高くする観点から、n1及びn2は、単結合であることが好ましい。
【0023】
上記式(2)中のRが1価の有機基である場合、当該1価の有機基としては、例えば炭素数1~30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-又は-NR20-(ただし、R20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1~30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等が挙げられる。
【0024】
上記式(1)中のR、上記式(2)中のR、及び上記式(3)中のRの1価の置換基としては、炭素数1~10のアルキル基、炭素数4~10のシクロアルキル基、フェニル基、炭素数1~10のアルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基等が挙げられる。m1~m3はそれぞれ、0~2が好ましく、0又は1がより好ましい。
上記式(3)中のR及び式(4)中のR10は、水素原子、フッ素原子、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が好ましい。
【0025】
第1構造単位は、液晶素子の長期耐熱性の改善効果をより高くする観点から、上記式(1)で表される部分構造、上記式(2)で表される部分構造、及び上記式(3)で表される部分構造よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。また、薄膜になった場合にも所望のプレチルト角を示す液晶配向膜を得ることができる点で、第1構造単位は、上記式(a-1)又は上記式(a-2)で表される基を有することが好ましく、上記式(a-2)で表される基を有することがより好ましい。
【0026】
第1構造単位の具体例としては、例えば下記式(U1-1)~式(U1-21)のそれぞれで表される構造単位等が挙げられる。
【化7】
【化8】
(式中、Xは、上記式(a-1-1)~式(a-1-5)及び上記式(a-2-1)~式(a-2-9)のいずれかで表される1価の基である。「*」は結合手であることを表す。)
【0027】
重合体[P]において、第1構造単位の含有割合は、重合体[P]が以下の第2構造単位を含むかに応じて好適な範囲が異なる。重合体[P]が第1構造単位と共に第2構造単位を含む場合、重合体[P]における第1構造単位の含有割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、1モル%以上であることが好ましく、2モル%以上であることがより好ましく、5モル%以上であることが更に好ましい。また、第1構造単位の含有割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、50モル%以下であることが好ましく、40モル%以下であることがより好ましく、30モル%以下であることが更に好ましい。第1構造単位の含有割合が上記範囲であると、配向膜形成時の塗布不良等によって液晶配向膜の膜厚が薄くなった場合にも所望のプレチルト角を示すとともに、液晶素子の長期耐熱性の改善効果を高くできる点で好適である。
【0028】
重合体[P]が第2構造単位を含まない場合、重合体[P]における第1構造単位の含有割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、10モル%以上であることが好ましく、20モル%以上であることがより好ましく、25モル%以上であることが更に好ましい。また、第1構造単位の含有割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、80モル%以下であることが好ましく、70モル%以下であることがより好ましい。重合体[P]が第2構造単位を含まない場合、第1構造単位の含有割合が上記範囲であると、液晶配向膜の膜厚が薄くなった場合にも所望のプレチルト角を示すとともに、液晶素子の長期耐熱性の改善が高く好適である。
【0029】
<第2構造単位>
重合体[P]は、第1構造単位と共に、下記(a)及び(b):
(a)芳香族環及び脂肪族環のうち少なくともいずれかを合計2個以上有する非感光性の1価の基(以下、「非感光性基B」ともいう)、
(b)炭素数5以上のアルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基又はフルオロアルコキシ基を有する非感光性の1価の基(ただし、(a)に該当する基を除く。以下、「非感光性基C」ともいう)、
のうち少なくともいずれかを有する構造単位(以下、「第2構造単位」ともいう)を更に含むことが好ましい。重合体[P]が第2構造単位を更に含むことにより、塗布不良等によって液晶配向膜の膜厚が薄くなった場合にも所望のプレチルト角をより安定して示し、信頼性の高い液晶素子を得ることができる点で好適である。
【0030】
非感光性基Bが有する芳香族環及び脂肪族環の合計数は、液晶配向性と重合体[A]の溶解性とを両立させる観点から、2個以上が好ましく、2~6個がより好ましい。なお、非感光性基Bが有する環が縮合環である場合、当該縮合環を構成する単環の数が、非感光性基Bが有する芳香族環及び脂肪族環の合計数を表す。例えばコレスタニル基は、脂肪族環を4個有する基であり、芳香族環及び脂肪族環のうち少なくともいずれかを合計2個以上有する非感光性の1価の基に相当する。
【0031】
非感光性基Bの好ましい具体例としては、下記式(8)で表される基が挙げられる。下記式(8)で表される基は熱分解しにくく、液晶素子の長期耐熱性をより高くできる点で好適である。
-B-L-B-L-* …(8)
(式(8)中、Aは、水素原子、フッ素原子、炭素数1~20のアルキル基、炭素数1~20のアルコキシ基、炭素数1~20のフルオロアルキル基、又は炭素数1~20のフルオロアルコキシ基である。Bは、下記式(1-1)~式(1-8)のうちいずれかで表される2価の基である。Lは、単結合であるか、又は下記式(2-1)~式(2-6)のうちいずれかで表される2価の基である。Bは、単結合又は2価の芳香族環基である。Lは、下記式(3-1)~式(3-9)のうちいずれかで表される2価の基である。「*」は結合手であることを表す。)
【化9】
【化10】
【化11】
【0032】
上記式(8)において、Aが炭素数1~20のアルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基又はフルオロアルコキシ基である場合、これらは直鎖状であることが好ましい。液晶配向性をより良好にできる点で、Aは、炭素数2~20のアルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基又はフルオロアルコキシ基であることが好ましく、炭素数3~15のアルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基又はフルオロアルコキシ基であることがより好ましい。
【0033】
が2価の芳香族環基である場合、当該芳香族環基は、置換又は無置換のフェニレン基又はナフタニレン基が好ましく、フェニレン基がより好ましい。芳香族環基が有する置換基としては、メチル基、ハロゲン原子等が挙げられる。
【0034】
上記式(8)で表される基の具体例としては、下記式(m2-1)~式(m2-16)のそれぞれで表される基等が挙げられる。
【化12】
【化13】
(式(m2-1)~式(m2-16)中、Aは、上記式(8)と同義である。「*」は結合手であることを表す。)
【0035】
非感光性基Cは、炭素数5以上のアルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基又はフルオロアルコキシ基を有する非感光性の1価の基である。非感光性基Cが有するアルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基及びフルオロアルコキシ基は直鎖状であることが好ましい。これらの具体例としては、アルキル基として、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ドデシル基、n-テトラデシル基、n-ヘキサデシル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基等が挙げられる。アルコキシ基としては、上記で例示したアルキル基と酸素原子とが結合した基が挙げられる。フルオロアルキル基としては、上記で例示したアルキル基における少なくとも1個の水素原子がフッ素原子で置換された基が挙げられる。フルオロアルコキシ基としては、上記で例示したアルキル基と酸素原子とが結合した基における少なくとも1個の水素原子がフッ素原子で置換された基が挙げられる。
【0036】
非感光性基Cは、炭素数5以上のアルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基又はフルオロアルコキシ基が、芳香族環又は脂肪族環に結合した1価の基であってもよい。非感光性基Cが有する環は、ベンゼン環又はシクロヘキサン環が好ましく、ベンゼン環がより好ましい。ただし、非感光性基Cが有する環は1個である。
【0037】
非感光性基Cが有するアルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基及びフルオロアルコキシ基は、薄膜となった場合において液晶配向膜のプレチルト角安定性をより高くできる点で、炭素数6以上が好ましく、炭素数8以上が特に好ましい。
【0038】
液晶配向膜の膜厚が薄くなった場合にも所望のプレチルト角をより安定して発現でき、信頼性の高い液晶素子を得ることができる点で、重合体[P]が有する第2構造単位は非感光性基Bを有することが好ましく、下記式(5)で表される構造単位、下記式(6)で表される構造単位、及び下記式(7)で表される構造単位よりなる群から選択される少なくとも1種の構造単位であることが特に好ましい。
【化14】
(式(5)中、R11及びR12は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基であるか、又は、R11及びR12が互いに結合してR11及びR12が結合する炭素原子と共に構成される環構造を表す。Yは、芳香族環及び脂肪族環のうち少なくともいずれかを合計2個以上有する非感光性の1価の基である。R13は、1価の置換基である。m4は0~4の整数である。n3は0~2の整数である。m4が2以上の場合、複数のR13は互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。
式(6)中、R14及びR15は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基であるか、又は、R14及びR15が互いに結合してR14及びR15が結合する炭素原子と共に構成される環構造を表す。R16は、水素原子又は1価の有機基である。Yは、芳香族環及び脂肪族環のうち少なくともいずれかを合計2個以上有する非感光性の1価の基である。R17は、1価の置換基である。m5は0~4の整数である。n4は0~2の整数である。m5が2以上の場合、複数のR17は互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。
式(7)中、R18は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基、若しくは炭化水素基の任意の水素原子がハロゲン原子に置き換えられてなる炭素数1~10の1価の基である。Yは、芳香族環及び脂肪族環のうち少なくともいずれかを合計2個以上有する非感光性の1価の基である。R19は、1価の置換基である。m6は0~4の整数である。m6が2以上の場合、複数のR19は互いに同一又は異なる。「*」は結合手であることを表す。)
【0039】
上記式(5)中のY、上記式(6)中のY、及び上記式(7)中のYは、芳香族環及び脂肪族環のうち少なくともいずれかを合計2個以上有する非感光性の1価の基(非感光性基B)である。非感光性基Bの具体例及び好ましい例については、第2構造単位が有する非感光性基Bと同様である。
【0040】
上記式(5)中のR11、R12、R13、n3、m4はそれぞれ、上記式(1)中のR、R、R、n1、m1の説明が適用される。
上記式(6)中のR14、R15、R16、R17、n4、m5はそれぞれ、上記式(2)中のR、R、R、R、n2、m2の説明が適用される。
上記式(7)中のR18、R19、m6はそれぞれ、上記式(3)中のR、R、m3の説明が適用される。
【0041】
第2構造単位の具体例としては、例えば上記式(U1-1)~式(U1-17)のそれぞれで表される構造単位において、式中のXが上記式(m2-1)~式(m2-16)のいずれかで表される基である構造単位、上記式(U1-1)~式(U1-17)のそれぞれで表される構造単位において、式中のXが炭素数5以上のアルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基又はフルオロアルコキシ基である構造単位等が挙げられる。第2構造単位の好ましい具体例は、上記式(U1-1)~式(U1-17)のそれぞれで表される構造単位において、式中のXが上記式(m2-1)~式(m2-16)のいずれかで表される基の構造単位である。
【0042】
重合体[P]が第2構造単位を含む場合、第2構造単位の含有割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、1モル%以上であることが好ましく、2モル%以上であることがより好ましく、5モル%以上であることが更に好ましい。また、重合体[P]が第2構造単位を含む場合、第2構造単位の含有割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、40モル%以下であることが好ましく、35モル%以下であることがより好ましく、30モル%以下であることが更に好ましい。第2構造単位の含有割合が上記範囲であると、プレチルト角安定性及び長期耐熱性の改善効果を更に改善できる点で好適である。
【0043】
<第3構造単位>
重合体[P]は更に、環状エーテル基及び環状カーボネート基よりなる群から選択される少なくとも1種を有する構造単位(以下、「第3構造単位」ともいう)を有していることが好ましい。重合体[P]が第3構造単位を有する場合、第3構造単位中の環状エーテル基又は環状カーボネート基が、液晶配向剤に含まれる成分が有するカルボキシ基や水酸基、アミノ基等と反応することにより液晶配向膜のプレチルト角安定性及び耐熱性を向上できる点で好適である。環状エーテル基は、環員数3~7であることが好ましく、反応性が高い点でオキセタニル基及びオキシラニル基のうち少なくとも一方がより好ましい。なお、本明細書において、オキセタニル基及びオキシラニル基を包含して「エポキシ基」ともいう。
【0044】
第3構造単位を有する重合体[P]は、例えば、重合体[P]の合成に際し、第3構造単位を与える単量体として、環状エーテル基及び環状カーボネート基のうち少なくともいずれかを有する不飽和単量体(以下、「第3単量体」ともいう)を用いることにより得ることができる。第3単量体としては、マレイミド系化合物、スチレン系化合物、(メタ)アクリル系化合物等が挙げられる。
【0045】
第3単量体の具体例としては、環状エーテル基を有する化合物として、(メタ)アクリル酸(3-エチルオキセタン-3-イル)メチル、N-(4-グリシジルオキシフェニル)マレイミド、N-グリシジルマレイミド、3-(グリシジルオキシメチル)スチレン、4-(グリシジルオキシメチル)スチレン、4-グリシジル-α-メチルスチレン、(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、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチルグリシジルエーテル等を;
環状カーボネート基を有する化合物として、(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチル(メタ)アクリレート、2-((2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)メトキシ)エチル(メタ)アクリレート等を;それぞれ挙げることができる。なお、重合体[P]の合成に際し、第3単量体としては、これらの1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
【0046】
重合体[P]が第3構造単位を含む場合、第3構造単位の含有割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、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%以上であることが更に好ましい。また、重合体[P]が第3構造単位を含む場合、第3構造単位の含有割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、80モル%以下であることが好ましく、75モル%以下であることがより好ましく、70モル%以下であることが更に好ましい。第3構造単位の含有割合が上記範囲であることにより、成分間で架橋構造を適度に形成することができ、液晶配向膜が薄膜化した場合にもプレチルト角安定性を確保でき、また長期耐熱性の改善効果を高くできる点で好適である。
【0047】
<第4構造単位>
重合体[P]は、化合物間で結合を形成可能な官能基であって、オキセタニル基及びオキシラニル基とは異なる官能基(以下、「反応性官能基」ともいう)を有する構造単位(以下、「第4構造単位」ともいう)を更に含むことが好ましい。第4構造単位が有する反応性官能基としては、加熱によりオキセタニル基及びオキシラニル基のうち少なくとも一方と反応する官能基(以下、「官能基D」ともいう)が挙げられる。重合体[P]が官能基Dを有する場合、液晶配向性(特に、薄膜でのプレチルト角安定性)の改善効果を十分に得ることができる点で好適である。
【0048】
官能基Dとしては、例えば、カルボキシ基、保護されたカルボキシ基、水酸基、保護された水酸基、イソシアネート基、保護されたイソシアネート基、アミノ基、保護されたアミノ基、アルコキシメチル基等が挙げられる。官能基Dは、保存安定性が良好であり、かつ加熱によるオキセタン環及びオキシラン環との反応性が高い点で、中でも、カルボキシル基、保護されたカルボキシル基、アミノ基及び保護されたアミノ基よりなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
【0049】
第4構造単位が有する反応性官能基が、カルボキシ基、保護されたカルボキシ基、アミノ基、及び保護されたアミノ基よりなる群から選択される少なくとも1種である場合、液晶配向剤に含まれる成分が有する官能基(例えば、重合体[P]が有するオキセタニル基やオキシラニル基、あるいは、重合体[P]とは異なる重合体が有するアミノ基や水酸基、カルボキシ基等)と反応して架橋構造を形成することにより、液晶配向膜のプレチルト角安定性及び耐熱性を向上できる点で好適である。
【0050】
保護されたカルボキシ基は、熱によって脱離してカルボキシ基を生成するものであれば特に限定されない。保護されたカルボキシ基の好ましい具体例としては、下記式(4)で表される構造、カルボン酸のアセタールエステル構造、カルボン酸のケタールエステル構造等が挙げられる。
【化15】
(式(4)中、R41、R42及びR43は、次の(1)又は(2)を満たす。
(1)R41、R42及びR43は、それぞれ独立して、炭素数1~10のアルキル基又は炭素数3~20の1価の脂環式炭化水素基である。
(2)R41及びR42は、互いに合わせられR41及びR42が結合する炭素原子とともに構成される炭素数4~20の脂環式炭化水素構造又は環状エーテル構造を表す。R43は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~10のアルケニル基又は炭素数6~20のアリール基である。
「*」は結合手であることを表す。)
【0051】
上記式(4)で表される構造の具体例としては、tert-ブトキシカルボニル基、1-シクロペンチルエトキシカルボニル基、1-シクロペンチル-2-メチルプロポキシカルボニル基、1-シクロヘキシルエトキシカルボニル基、1-ノルボルニルエトキシカルボニル基、1-フェニルエトキシカルボニル基、1-(1-ナフチル)エトキシカルボニル基、1-ベンジルエトキシカルボニル基、1-フェネチルエトキシカルボニル基等を挙げることができる。
【0052】
カルボン酸のアセタールエステル構造の具体例としては、例えば、1-メトキシエトキシカルボニル基、1-エトキシエトキシカルボニル基、1-プロポキシエトキシカルボニル基、1-ブトキシエトキシカルボニル基、1-シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基、2-テトラヒドロピラニルオキシカルボニル基、1-フェノキシエトキシカルボニル基、2-テトラヒドロフラニルオキシカルボニル基、2-テトラヒドロピラニルオキシカルボニル基等を挙げることができる。
【0053】
カルボン酸のケタールエステル構造の具体例としては、1-メチル-1-メトキシエトキシカルボニル基、1-メチル-1-エトキシエトキシカルボニル基、1-メチル-1-プロポキシエトキシカルボニル基、1-メチル-1-ブトキシエトキシカルボニル基、1-メチル-1-シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基、2-(2-メチルテトラヒドロフラニル)オキシカルボニル基、2-(2-メチルテトラヒドロピラニル)オキシカルボニル基、1-メトキシシクロペンチルオキシカルボニル基、1-メトキシシクロヘキシルオキシカルボニル基等を挙げることができる。
【0054】
保護されたアミノ基は、熱によって脱離してアミノ基を生成する基である。熱によって脱離する熱脱離性基の具体例としては、例えば、tert-ブトキシカルボニル基、ベンジルオキシカルボニル基、1,1-ジメチルプロピニルオキシカルボニル基、1,1-ジメチル-2-ハロエチルオキシカルボニル基、アリルオキシカルボニル基、ビニルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基、メチルシクロヘキシルオキシカルボニル基、2-(トリメチルシリル)エトキシカルボニル基、9-フルオレニルメチルオキシカルボニル基、2,2,2-トリクロロエトキシカルボニル基、フタロイル基、p-トルエンスルホニル基、2-ニトロベンゼンスルホニル基等が挙げられる。これらのうち、膜形成時の加熱によって脱離させる観点から、tert-ブトキシカルボニル基、9-フルオレニルメチルオキシカルボニル基が好ましく、熱による脱離性に優れ、かつ脱離した構造の膜中における残存量を少なくできる点で、tert-ブトキシカルボニル基(Boc基)が特に好ましい。
【0055】
重合体[P]が第4構造単位を含む場合、第4構造単位が有する反応性官能基は、環状エーテル基及び環状カーボネート基との反応性が高い点、液晶配向剤の保存安定性を良好にできる点で、カルボキシ基又は保護されたカルボキシ基が好ましく、保護されたカルボキシ基がより好ましい。
【0056】
第4構造単位を有する重合体[P]は、例えば、反応性官能基を有する不飽和単量体(以下、「第4単量体」ともいう)を用いて重合反応を行うことにより得ることができる。第4単量体としては、マレイミド系化合物、スチレン系化合物、(メタ)アクリル系化合物、ビニル系化合物等が挙げられる。
【0057】
これらの具体例としては、マレイミド系化合物として、例えば3-(2,5-ジオキソ-3-ピロリン-1-イル)安息香酸、4-(2,5-ジオキソ-3-ピロリン-1-イル)安息香酸、4-(2,5-ジオキソ-3-ピロリン-1-イル)安息香酸メチル、tert-ブチル4-(2,5-ジオキソピロール-1-イル)ベンゾエート等を;
スチレン系化合物として、例えば3-ビニル安息香酸、4-ビニル安息香酸、4-アミノスチレン、4-(N-tert-ブトキシカルボニル)スチレン等を;
(メタ)アクリル系化合物として、例えば(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、ビニル安息香酸、クロトン酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸、3-マレイミド安息香酸、3-マレイミドプロピオン酸、(メタ)アクリル酸2-アミノエチル、下記式(m4-1)~式(m4-12)
【化16】
(式(m4-1)~式(m4-12)中、R50は水素原子又はメチル基である。)
のそれぞれで表される保護カルボニル基含有化合物等を;
ビニル系化合物として、例えばビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2-カルボン酸等を;挙げることができる。なお、重合体[P]の合成に際し、第4単量体としては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。
【0058】
重合体[P]が第4構造単位を含む場合、第4構造単位の含有割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、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%以上であることが更に好ましい。また、重合体[P]が第4構造単位を含む場合、第4構造単位の含有割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、65モル%以下であることが好ましく、60モル%以下であることがより好ましく、55モル%以下であることが更に好ましい。第4構造単位の含有割合が上記範囲であることにより、第3構造単位が有する官能基、あるいは重合体[P]とは異なる重合体が有する官能基との間で架橋構造が適度に形成され、液晶素子におけるプレチルト角安定性及び長期耐熱性の改善効果を高くできる点で好適である。
【0059】
<その他の構造単位>
重合体[P]は、第1構造単位~第4構造単位とは異なる構造単位(以下、「その他の構造単位」ともいう)を更に有していてもよい。その他の構造単位を与える単量体(以下、「その他の単量体」ともいう)としては、例えば、(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-ヒドロキシエチル等の(メタ)アクリル系化合物;スチレン、メチルスチレン、ジビニルベンゼン等の芳香族ビニル化合物;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;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等のマレイミド系化合物;等が挙げられる。その他の単量体としては、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。
【0060】
重合体[P]において、その他の構造単位の含有割合は、重合体[P]が第2構造単位を含むかに応じて好適な範囲が異なる。重合体[P]が第1構造単位と共に第2構造単位を含む場合、重合体[P]におけるその他の構造単位の割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、20モル%以下であることが好ましく、15モル%以下であることがより好ましい。
【0061】
重合体[P]が第1構造単位と共に第2構造単位を含まない場合、重合体[P]におけるその他の構造単位の割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、40モル%以下であることが好ましく、35モル%以下であることがより好ましい。
【0062】
重合体[P]において、マレイミド系化合物に由来する構造単位の割合(すなわち、第1~第4構造単位及びその他の構造単位のうちマレイミド系化合物に由来する構造単位の割合)は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、20モル%以上であることが好ましい。20モル%以上であると、重合体[P]の溶解性及び基板への塗布性を確保しつつ、液晶配向膜のプレチルト角安定性の改善効果を十分に得ることができる点で好適である。上記観点から、マレイミド系化合物に由来する構造単位の割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、25モル%以上であることがより好ましく、30モル%以上であることがより好ましい。また、液晶素子の液晶配向性及び電圧保持率の低下を抑制する観点から、マレイミド系化合物に由来する構造単位の割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、より好ましくは95モル%以下であり、更に好ましくは90モル%以下である。
【0063】
重合体[P]にスチレン系化合物に由来する構造単位を導入する場合、スチレン系化合物に由来する構造単位の割合(すなわち、第1~第4構造単位及びその他の構造単位のうちスチレン系化合物に由来する構造単位の割合)は、液晶配向膜の耐熱性の改善効果を高くする観点から、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、1モル%以上であることが好ましく、2モル以上であることがより好ましく、5モル%以上であることが更に好ましい。また、スチレン系化合物に由来する構造単位の割合は、重合体[P]を構成する構造単位の全量に対して、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い。さらに、重合体[P]をスチレン系化合物とマレイミド系化合物との共重合体とした場合、スチレン系化合物とマレイミド系化合物が交互共重合して耐熱性が高い主鎖構造を形成することにより、重合後の未反応モノマー低減と主鎖耐熱性から長期耐熱性の更なる向上を図ることができる点で好適である。また、上記の観点から、重合体[P]を構成するスチレン系化合物とマレイミド系化合物の割合は、スチレン系化合物1モルに対して、マレイミド系化合物が0.8~1.2モルとなる割合とすることが好ましい。
【0064】
重合体[P]における(メタ)アクリル系化合物に由来する構造単位の割合(すなわち、第1~第4構造単位及びその他の構造単位のうち(メタ)アクリル系化合物に由来する構造単位の割合)は、耐熱性の高い液晶配向膜を形成するとともに、液晶素子の液晶配向性及び電気特性を十分に確保する観点から、重合体[A]が有する構造単位の全量に対して、30モル%以下であることが好ましく、25モル%以下であることがより好ましく、20モル%以下であることが更に好ましい。
【0065】
<重合体[P]の合成>
重合体[P]は、付加重合により得られる重合体であり、その合成方法の詳細は特に限定されない。重合体[P]は、例えば重合開始剤の存在下、有機溶媒中で単量体を重合(付加重合)することにより得ることができる。重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤を好ましく用いることができ、その具体例としては、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質量部とすることが好ましい。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、炭化水素化合物等が挙げられる。
【0066】
上記重合反応において、反応温度は30℃~120℃とすることが好ましく、反応時間は1~36時間とすることが好ましい。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に対し、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適用することによって、反応溶液中に含まれる重合体[P]を単離し、液晶配向剤の調製に供してもよい。
【0067】
重合体[P]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10以下であり、より好ましくは8以下である。なお、液晶配向剤の調製に使用する重合体[P]は、1種のみでもよく、2種以上を組み合わせてもよい。
【0068】
液晶配向剤中における重合体[P]の好ましい含有割合は、重合体[P]が第2構造単位を含むかに応じて異なる。重合体[P]が第1構造単位と共に第2構造単位を含む場合、塗布不良等により液晶配向膜が所望の膜厚より薄くなった場合にもプレチルト角特性を良好にしつつ、長期耐熱性に優れた液晶素子を得る観点から、液晶配向剤中の固形成分(すなわち、溶剤以外の成分)の合計100質量部に対して、好ましくは2質量部以上であり、より好ましくは3質量部以上であり、更に好ましくは5質量部以上である。また、液晶配向剤中の重合体[P]の含有割合は、液晶配向剤中の固形成分の合計100質量部に対して、好ましくは40質量部以下であり、より好ましくは30質量部以下であり、更に好ましくは25質量%以下である。
【0069】
重合体[P]が第2構造単位を含まない場合、重合体[P]の含有割合は、上記と同様の理由から、液晶配向剤中の固形成分の合計100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上であり、より好ましくは0.05質量部以上であり、更に好ましくは0.1質量部以上である。また、液晶配向剤中の重合体[P]の含有割合は、液晶配向剤中の固形成分の合計100質量部に対して、好ましくは10質量部以下であり、より好ましくは5質量部以下であり、更に好ましくは3質量%以下である。
【0070】
<その他の成分>
本開示の液晶配向剤は、重合体[P]以外の成分(以下、「その他の成分」ともいう)を更に含有していてもよい。
【0071】
(重合体[Q])
本開示の液晶配向剤は、当該液晶配向剤を用いて形成される液晶配向膜の液晶配向性及び電気特性を更に改善する目的で、その他の成分として、重合体[P]とは異なる重合体、すなわち、第1構造単位を含まない重合体(以下、「重合体[Q]」ともいう)を更に含有していてもよい。
【0072】
重合体[Q]の主骨格は特に限定されないが、例えば、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド、ポリオルガノシロキサン、ポリエステル、ポリエナミン、ポリウレア、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾオキサゾール前駆体、ポリベンゾオキサゾール、セルロース誘導体、ポリアセタール等が挙げられる。重合体[Q]は、これらのうち、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1種であることが好ましい。ポリアミック酸等と重合体[P]とのブレンド系によれば、液晶配向膜中において重合体[P]と重合体[Q]との相分離を生じやすくすることができ、これにより重合体[P]を上層に偏在させやすくできると考えられる。その結果、膜厚の相違の影響を受けにくい高いプレチルト角安定性を示す液晶配向膜を得ることができるものと考えられる。
【0073】
重合体[Q]は、従来公知の方法に従って合成することができる。例えばポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを反応させることにより得ることができる。なお、本明細書において「テトラカルボン酸誘導体」は、テトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸ジエステル及びテトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物を含む意味である。
【0074】
重合に使用するテトラカルボン酸二無水物は特に限定されず、種々のテトラカルボン酸二無水物を使用することができる。それらの具体例としては、ブタンテトラカルボン酸二無水物、エチレンジアミン四酢酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸二無水物;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の脂環式テトラカルボン酸二無水物;ピロメリット酸二無水物、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物、p-フェニレンビス(トリメリット酸モノエステル無水物)、エチレングリコールビス(アンヒドロトリメリテート)、1,3-プロピレングリコールビス(アンヒドロトリメリテート)等の芳香族テトラカルボン酸二無水物;を挙げることができるほか、特開2010-97188号公報に記載のテトラカルボン酸二無水物を用いることができる。なお、テトラカルボン酸二無水物は1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
【0075】
上記重合に使用するジアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン;p-シクロヘキサンジアミン、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルアミン)等の脂環式ジアミン;
ドデカノキシジアミノベンゼン、ペンタデカノキシジアミノベンゼン、ヘキサデカノキシジアミノベンゼン、オクタデカノキシジアミノベンゼン、コレスタニルオキシジアミノベンゼン、ジアミノ安息香酸コレスタニル、ジアミノ安息香酸コレステリル、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、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、2,5-ジアミノ-N,N-ジアリルアニリン、p-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、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、ビス[2-(4-アミノフェニル)エチル]ヘキサン二酸、ビス(4-アミノフェニル)アミン、N,N-ビス(4-アミノフェニル)メチルアミン、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、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-アミノフェノキシカルボニル)-1-(4-アミノフェニル)ピペリジン、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、下記式(5-0)~式(5-10)のそれぞれで表される化合物等の芳香族ジアミン;
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ジアミノオルガノシロキサン、等を挙げることができるほか、特開2010-97188号公報に記載のジアミンを用いることができる。また、ジアミンとしては、上記式(m2-1)~式(m2-16)のうちいずれかの1価の基がジアミノベンゼンに結合したジアミンを使用することもできる。なお、ジアミンは、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。
【化17】
(式(5-0)~式(5-4)中、nは1~20の整数である。)
【化18】
【0076】
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、炭化水素等が挙げられる。有機溶媒の使用量は、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が、反応溶液の全量に対して、0.1~50質量%になる量とすることが好ましい。
【0077】
重合体[Q]がポリアミック酸エステルの場合、当該ポリアミック酸エステルは、例えば、上記で得られたポリアミック酸と、エステル化剤(例えばメタノールやエタノール、N,N-ジメチルホルムアミドジエチルアセタール等)とを反応させる方法、テトラカルボン酸ジエステルとジアミン化合物とを適当な脱水触媒の存在下で反応させる方法、テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物とジアミンとを適当な塩基の存在下で反応させる方法、等により得ることができる。
【0078】
重合体[Q]がポリイミドの場合、当該ポリイミドは、例えば、上記で得られたポリアミック酸を脱水閉環してイミド化することにより得ることができる。ポリイミドは、そのイミド化率が20~95%であることが好ましく、30~85%であることがより好ましく、40~80モル%であることが更に好ましい。このイミド化率は、ポリイミドのアミック酸構造の数とイミド環構造の数との合計に対するイミド環構造の数の占める割合を百分率で表したものである。
【0079】
重合体[Q]の溶液粘度は、濃度10質量%の溶液としたときに10~800mPa・sの溶液粘度を持つものであることが好ましく、15~500mPa・sの溶液粘度を持つものであることがより好ましい。なお、溶液粘度(mPa・s)は、重合体[Q]の良溶媒(例えばγ-ブチロラクトン、N-メチル-2-ピロリドン等)を用いて調製した濃度10質量%の重合体溶液につき、E型回転粘度計を用いて25℃において測定した値である。
【0080】
重合体[Q]の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5,000~100,000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15以下であり、より好ましくは10以下である。なお、液晶配向剤に含有させる重合体[Q]は1種のみでもよく、又は2種以上を組み合わせてもよい。
【0081】
重合体[P]が第2構造単位を含まない場合、本開示の液晶配向剤は、重合体[P](すなわち、第1構造単位を含み、第2構造単位を含まない重合体)と共に、重合体[Q]として、上述した非感光性B及び非感光性Cのうち少なくともいずれかの非感光性基を有し、第1構造単位を含まない重合体(以下、「重合体[Q1]」ともいう)を含有することが好ましい。重合体[P]が第2構造単位を含まない場合、重合体[P]と共に重合体[Q1]を含有させることにより、得られる液晶配向膜において良好なプレチルト角特性を発現することができる。
【0082】
重合体[Q1]が有する非感光性は、薄膜化した液晶配向膜におけるプレチルト角安定性の改善効果がより高い点で、中でも非感光性Bであることが特に好ましい。なお、非感光性基B及び非感光性基Cの具体例及び好ましい例については、上記と同様である。
【0083】
重合体[Q1]は、液晶配向膜中において重合体[P]と重合体[Q1]との相分離を生じやすくすることができる点で、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1種であることが好ましい。重合体[Q1]がポリアミック酸、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1種である場合、当該重合体は、例えば、非感光性B又は非感光性Cを有するジアミン(以下、「垂直配向性ジアミン」ともいう)を用いて重合することにより得ることができる。
【0084】
重合体[Q1]がポリアミック酸、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1種である場合、重合体[Q1]において、垂直配向性ジアミンに由来する構造単位の含有割合は、重合体[Q1]を構成するジアミンの全量に対して、5モル%以上が好ましく、10モル%以上がより好ましく、20モル%以上が更に好ましい。また、垂直配向性ジアミンに由来する構造単位の含有割合は、重合体[Q1]を構成するジアミンの全量に対して、80モル%以下が好ましく、70モル%以下がより好ましく、60モル%以下が更に好ましい。
【0085】
本開示の液晶配向剤に重合体[Q]を配合する場合、液晶配向剤中における重合体[Q]と重合体[P]との割合は、重合体[P]が第2構造単位を含むかに応じてその好ましい範囲が異なる。重合体[P]が第1構造単位と共に第2構造単位を含む場合、重合体[Q]の含有量に対する重合体[P]の割合は、重合体[Q]100質量部に対して、1質量部以上が好ましく、2質量部以上がより好ましく、5質量部以上が更に好ましい。また、重合体[P]の含有量は、重合体[Q]100質量部に対して、40質量部以下が好ましく、30質量部以下がより好ましく、25質量部以下が更に好ましい。重合体[P]の含有量を上記範囲とすることにより、液晶配向膜の厚みが所望の膜厚よりも薄くなった場合にも安定したプレチルト角を発現でき、また液晶素子の長期耐熱性を優れたものとすることができる点で好適である。
【0086】
重合体[P]が第1構造単位と共に第2構造単位を含まない場合、重合体[Q](好ましくは重合体[Q1])の含有量に対する重合体[P]の割合は、重合体[Q]100質量部に対して、0,05質量部以上が好ましく、0.1質量部以上がより好ましく、0.2質量部以上が更に好ましい。また、重合体[P]の含有量は、重合体[Q]100質量部に対して、20質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましく、10質量部以下が更に好ましい。重合体[P]の含有量を上記範囲とすることにより、液晶配向膜の厚みが所望の膜厚よりも薄くなった場合にも安定したプレチルト角を発現でき、また液晶素子の長期耐熱性を優れたものとすることができる点で好適である。
【0087】
本開示の液晶配向剤が含有していてもよいその他の成分としては、重合体[Q]のほか、例えば、分子内に1個以上のエポキシ基を有する化合物、分子内に2個以上のメチロール基を有する化合物、官能性シラン化合物、分子内に1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物、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。これらの配合割合は、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。
【0088】
(溶剤)
液晶配向剤は、通常、重合体[P]及び必要に応じて使用されるその他の成分が、好ましくは、適当な溶媒中に分散又は溶解してなる液状の組成物として調製される。
【0089】
使用する有機溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、1,2-ジメチル-2-イミダゾリジノン、γ-ブチロラクトン、γ-ブチロラクタム、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン(ジアセトンアルコール)、エチレングリコールモノメチルエーテル、乳酸ブチル、酢酸ブチル、メチルメトキシプロピオネ-ト、エチルエトキシプロピオネ-ト、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコール-n-プロピルエーテル、エチレングリコール-i-プロピルエーテル、エチレングリコール-n-ブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジイソブチルケトン、イソアミルプロピオネート、イソアミルイソブチレート、ジイソペンチルエーテル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等を挙げることができる。これらは、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
【0090】
液晶配向剤における固形分濃度(液晶配向剤の溶剤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、揮発性等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。すなわち、液晶配向剤は、後述するように基板表面に塗布され、好ましくは加熱されることにより、液晶配向膜である塗膜又は液晶配向膜となる塗膜が形成される。このとき、固形分濃度が1質量%以上であると塗膜の膜厚を十分に確保でき、良好な液晶配向膜を得やすい点で好適である。また、固形分濃度が10質量%以下であると、塗膜の膜厚が過大となりすぎず良好な液晶配向膜を得ることができるとともに、液晶配向剤の粘性を適度に確保でき、塗布性を良好にすることができる。
【0091】
本開示の液晶配向剤の好ましい態様としては、以下の態様<1>~<4>が挙げられる。ただし、本開示の液晶配向剤の態様は以下のものに限定されない。
<1> 重合体[P]として、第1構造単位、第2構造単位及び第3構造単位を含み、必要に応じて更にその他の構造単位を含む重合体を含有し、かつ、重合体[Q]として、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル又はポリイミドを含む態様。
<2> 重合体[P]として、第1構造単位、第2構造単位、第3構造単位及び第4構造単位を含み、必要に応じて更にその他の構造単位を含む重合体を含有し、かつ、重合体[Q]として、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル又はポリイミドを含む態様。
<3> 重合体[P]として、第1構造単位、第2構造単位及び第4構造単位を含み、必要に応じて更にその他の構造単位を含む重合体を含有し、かつ、重合体[Q]として、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル又はポリイミドを含む態様。
<4> 重合体[P]として、第1構造単位及び第4構造単位を含み、必要に応じて更にその他の構造単位を含む重合体を含有し、かつ、重合体[Q1]として、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル又はポリイミドを含む態様。
<5> 重合体[P]として、第1構造単位、第3構造単位及び第4構造単位を含み、必要に応じて更にその他の構造単位を含む重合体を含有し、かつ、重合体[Q1]として、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル又はポリイミドを含む態様。
<6> 重合体[P]として、第1構造単位及び第3構造単位を含み、必要に応じて更にその他の構造単位を含む重合体を含有し、かつ、重合体[Q1]として、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル又はポリイミドを含む態様。
【0092】
上記の態様のうち、<1>、<2>、<4>及び<5>が、液晶配向膜の厚みが所望の膜厚よりも薄くなった場合にも安定したプレチルト角を発現できる効果が高く、また液晶素子の長期耐熱性を優れたものとすることができる点で好適である。
【0093】
《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備える。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(Twisted Nematic)型、STN(Super Twisted Nematic)型、VA(Vertical Alignment)型(VA-MVA型、VA-PVA型等を含む)、IPS(In-Plane Switching)型、FFS(Fringe Field Switching)型、OCB(Optically Compensated Bend)型、PSA型(Polymer Sustained Alignment)等といった種々のモードに適用することができる。液晶素子は、例えば以下の工程1~工程3を含む方法により製造することができる。工程1は、所望の動作モードによって使用基板が異なる。工程2及び工程3は各動作モード共通である。
【0094】
(工程1:塗膜の形成)
先ず、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)等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膜等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2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透明導電膜又は金属膜からなる電極が設けられている基板と、電極が設けられていない対向基板とを用いる。金属膜としては、例えばクロムなどの金属からなる膜を使用することができる。基板への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、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。
【0095】
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等の目的で、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30~150℃であり、より好ましくは40~120℃である。プレベーク時間は、好ましくは0.25~10分である。
【0096】
その後、溶剤を更に除去し、必要に応じて、重合体に存在するアミック酸構造を熱イミド化することを目的として焼成(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、280℃以下が好ましく、250℃以下がより好ましい。また、膜中に残存した溶剤成分の影響によって液晶配向性や信頼性が低下することを抑制する観点から、ポストベーク温度は、80℃以上が好ましく、90℃以上がより好ましい。ポストベーク時間は、好ましくは5~150分である。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。基板上に液晶配向剤を塗布した後、有機溶媒を除去することによって、液晶配向膜、又は液晶配向膜となる塗膜が形成される。
【0097】
(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。配向処理としては、基板上に形成した塗膜の表面をコットン等で擦るラビング処理、又は塗膜に光照射を行って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。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してもよく、液晶配向能を更に高めるために塗膜に対し配向処理を施してもよい。
【0098】
光配向処理における光照射は、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。光配向処理において、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。また、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。非偏光の放射線を照射する場合には、照射の方向は斜め方向とする。
【0099】
使用する光源としては、例えば低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、重水素ランプ、メタルハライドランプ、アルゴン共鳴ランプ、キセノンランプ、エキシマレーザーなどを使用することができる。放射線の照射量は、好ましくは400~20,000J/mであり、より好ましくは1,000~5,000J/mである。塗膜に対する光照射は、反応性を高めるために塗膜を加温しながら行ってもよい。
【0100】
液晶配向膜の製造に際し、光照射処理が施された有機膜を更に加熱してもよい。また、光照射処理が施された有機膜を、水、水溶性有機溶媒、又は水と水溶性有機溶媒との混合溶媒に接触させる接触工程を更に含んでいてもよい。水溶性有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、1-プロパノール、イソプロパノール、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、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノンが挙げられる。接触工程の後には有機膜の加熱処理を行ってもよい。
【0101】
(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、(1)液晶配向膜が対向するように間隙(スペーサー)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、基板表面及びシール剤により区画されたセルギャップ内に液晶を注入充填した後、注入孔を封止する方法、(2)液晶配向膜を形成した一方の基板上の所定の場所にシール剤を塗布し、更に液晶配向膜面上の所定の数箇所に液晶を滴下した後、液晶配向膜が対向するように他方の基板を貼り合わせるとともに液晶を基板の全面に押し広げる方法(ODF方式)等が挙げられる。製造した液晶セルに対しては更に、用いた液晶が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷する処理を行うことにより、液晶充填時の流動配向を除去することが好ましい。
【0102】
シール剤としては、例えば硬化剤及びスペーサーとしての酸化アルミニウム球を含有するエポキシ樹脂などを用いることができる。スペーサーとしては、フォトスペーサー、ビーズスペーサー等を用いることができる。
【0103】
液晶としては、ポジ型及びネガ型のいずれを用いてもよい。IPS型及びFFS型の液晶素子においてネガ型液晶を用いた場合、電極上部での透過損失を小さくでき、コントラスト向上を図ることができる点で好ましい。また、使用する液晶としては、ネマチック液晶、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。ネマチック液晶としては、例えばシッフベース系液晶、アゾキシ系液晶、ビフェニル系液晶、フェニルシクロヘキサン系液晶、エステル系液晶、ターフェニル系液晶、ビフェニルシクロヘキサン系液晶、ピリミジン系液晶、ジオキサン系液晶、ビシクロオクタン系液晶、キュバン系液晶等を用いることができる。また、これらの液晶に、例えばコレステリック液晶、カイラル剤、強誘電性液晶などを添加して使用してもよい。
【0104】
PSAモードでは、液晶とともに重合性化合物(例えば、多官能(メタ)アクリレート化合物等)をセルギャップ内に充填するとともに、液晶セルの構築後、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。PSAモードの液晶素子の製造に際し、重合性化合物の使用割合は、液晶の合計100質量部に対して、0.01~3質量部、好ましくは0.1~1質量部である。
【0105】
なお、PSAモード型液晶素子の製造プロセスでは、液晶中の重合性化合物を反応させるために、液晶セルへの光照射量を比較的多くする必要があり、こうした紫外線照射に起因して液晶成分が分解し表示品位の低下を引き起こすことが懸念される。その一方で、液晶セルに対する光照射量を少なくすると、未反応の重合性化合物が膜中又は液晶中に残存してしまう。未反応の重合体成分が不純物として膜中又は液晶中に残存したままの場合、液晶素子を高温環境下に長時間曝すことによって品質低下を招くことが懸念される。この点、本開示の液晶配向剤を用いて液晶配向膜を形成することにより、少ない光照射量によって液晶中の重合性化合物を効率良く反応させることができ、高い液晶配向規制力を発現できたことにより、薄膜の領域でも安定したプレチルト角を発現するとともに、長期耐熱性を改善できたものと考えられる。
【0106】
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。これにより液晶素子が得られる。
【0107】
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等の各種表示装置や、調光フィルム等に用いることができる。また、本開示の液晶配向剤を用いて形成された液晶素子は、位相差フィルム等の光学フィルムに適用することもできる。
【実施例0108】
以下、実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0109】
<測定方法>
以下の例において、重合体の溶液粘度、重量平均分子量(Mw)及びイミド化率は以下の方法により測定した。
[重合体の溶液粘度]
重合体の溶液粘度は、E型粘度計を用いて25℃において測定した。
[重合体の重量平均分子量(Mw)]
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、下記条件でMwを測定した。
装置:昭和電工(株)の「GPC-101」
GPCカラム:(株)島津ジーエルシー製の「GPC-KF-801」、「GPC-KF-802」、「GPC-KF-803」及び「GPC-KF-804」を結合
移動相:テトラヒドロフラン(THF)
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
【0110】
[ポリイミドのイミド化率]
ポリイミドの溶液を純水に投入し、得られた沈殿を室温で十分に減圧乾燥した後、重水素化ジメチルスルホキシドに溶解し、テトラメチルシランを基準物質として室温でH-NMR測定を行った。得られたH-NMRスペクトルから、下記数式(1)によりイミド化率[%]を求めた。
イミド化率[%]=(1-(β/(β×α)))×100 …(1)
(数式(1)中、βは化学シフト10ppm付近に現れるNH基のプロトン由来のピーク面積であり、βはその他のプロトン由来のピーク面積であり、αは重合体の前駆体(ポリアミック酸)におけるNH基のプロトン1個に対するその他のプロトンの個数割合である。)
【0111】
<化合物の略称>
下記の例で使用した化合物の略称を以下に示す。なお、以下では便宜上、「式(X)で表される化合物」(Xは符号)を単に「化合物(X)」と示すことがある。
【0112】
[光反応性モノマー]
【化19】
【0113】
[垂直配向性モノマー]
【化20】
【化21】
【化22】
【化23】
【0114】
[環状基含有モノマー]
【化24】
【0115】
[反応性官能基含有モノマー]
【化25】
【0116】
[その他のモノマー]
【化26】
【0117】
[テトラカルボン酸二無水物]
【化27】
【0118】
[ジアミン]
【化28】
【化29】
【0119】
【化30】
【0120】
[添加剤]
【化31】
【0121】
<化合物の合成>
1.液晶配向性モノマーの合成
[合成例1-1:化合物(M-01)の合成]
【化32】
【0122】
4-(クロロメチル)スチレン3.05g、4-(4-ペンチルシクロヘキシル)フェノール4.93g、及び炭酸カリウム5.48gをジメチルホルムアミド40mLに溶解させ、60℃で12時間反応させた。HPLCにて原料の消失を確認後、反応液を水400mLに滴下し、生じた固体をろ取した。その後、THF溶媒にて再結晶を行い、得られた固体をろ取・乾燥することで化合物(M-01)を5.80g得た。
【0123】
[合成例1-2:化合物(M-02)の合成]
【化33】
【0124】
4-(4-ペンチルシクロヘキシル)フェノール2.46g、2-ブロモエタノール12.5g、炭酸カリウム16.6gをジメチルホルムアミド200mLに溶解させ、100℃で5時間反応させた。反応後、水1Lに反応液を注ぎ、生じた固体をろ取、乾燥することで、化合物(M-02-1)を28.1g得た。
次いで、化合物(M-02-1)26.1gをジクロロメタン200mlに溶解させ、ピリジン10mLを更に加え、0℃に氷冷した。そこに塩化トシル17.2gを溶かしたジクロロメタン100mLを滴下し、室温で一晩反応させた。反応後、水200mLで3回分液し、有機層を溶媒留去した。得られた固体をカラムクロマトグラフィーで精製することで、化合物(M-02-2)を17.2g得た。
化合物(M-02-2)13.3gと4-ヒドロキシフェニルマレイミド5.68g、トリエチルアミン3.33gをテトラヒドロフラン200mLに溶解させ、還流下で4時間反応させた。反応後、酢酸エチル200mLを加え、1規定塩酸200mLで2回、水200mLで3回分液した。有機層を減圧下で溶媒留去した。得られた固体をTHF 150mLに溶かし、そこにエタノール60mLと水50mLを加えた。ロータリーエバポレーターにてゆっくり良溶媒を留去し、析出した固体をろ取乾燥することで、化合物(M-02)を8.58g得た。
【0125】
[合成例1-3:化合物(M-03)の合成]
【化34】
【0126】
4-(4-ペンチルシクロヘキシル)安息香酸2.74gに塩化チオニル20mLとDMFを触媒量加え、60℃で2時間反応させた。反応後、塩化チオニルを減圧留去した。得られた固体を脱水THF20mLに溶解させ、溶液Aとした。他方、脱水THF 20mLに、4-ヒドロキシフェニルマレイミド1.90gとトリエチルアミン1.20gを溶解させ、0℃に氷冷した。ここに溶液Aを滴下し、室温で一晩反応させた。反応後、反応液を1規定塩酸で2回、水で3回分液し、有機層を減圧留去した。さらに、得られた固体をTHF 50mLに溶かし、そこにエタノール30mLと水10mLを加えた。ロータリーエバポレーターにてゆっくり良溶媒を留去し、析出した固体をろ取乾燥することで、化合物(M-03)を3.81g得た。
【0127】
[合成例1-4:化合物(M-04)の合成]
合成例1-3において、4-(4-ペンチルシクロヘキシル)安息香酸の代わりに4’-ペンチル-[1,1’-ビ(シクロヘキサン)]-4-カルボン酸を用い、4-ヒドロキシフェニルマレイミドの代わりに4-(2-ヒドロキシエチル)フェニルマレイミドを用いた以外は合成例1-3と同様の方法により、化合物(M-04)を9.25g得た。
【0128】
[合成例1-5:化合物(M-05)の合成]
合成例1-2において、4-ヒドロキシフェニルマレイミドの代わりに4-ヒドロキシスチレンを用いた以外は合成例1-2と同様の方法により、化合物(M-05)を12.1g得た。
【0129】
[合成例1-6:化合物(M-06)の合成]
合成例1-1において、4-(4-ペンチルシクロヘキシル)フェノールの代わりに、β-コレスタノールを用いた以外は合成例1-1と同様の方法により、化合物(M-06)を8.08g得た。
【0130】
[合成例1-7:化合物(M-07)の合成]
合成例1-2において、4-(4-ペンチルシクロヘキシル)フェノールの代わりに4-(4’-ペンチル-[1,1’-ビシクロヘキサン]-4-イル)フェノールを用い、4-ヒドロキシフェニルマレイミドの代わりに4-ヒドロキシ-3-メチルフェニルマレイミドを用いた以外は合成例1-2と同様の方法により、化合物(M-07)を5.82g得た。
【0131】
[合成例1-8:化合物(M-08)の合成]
合成例1-1において、4-(4-ペンチルシクロヘキシル)フェノールの代わりに、4-(4’-ペンチル-[1,1’-ビシクロヘキサン]-4-イル)フェノールを用いた以外は合成例1-1と同様の方法により、化合物(M-08)を7.11g得た。
【0132】
[合成例1-9:化合物(M-09)の合成]
【化35】
【0133】
攪拌子を入れた500mL三つ口フラスコに、4-(4-ヘプチルシクロヘキシル)フェノール10.0g、1-(4-フルオロフェネチル)-1H-ピロール-2,5-ジオン8.8g、炭酸カリウム5.6g、N,N-ジメチルホルムアミド200mLを加え、室温で30分撹拌した。原料の溶解を確認した後、80℃で12時間反応させた。反応後、蒸留水1500mLに反応液を注ぎ、析出した固体をろ取した。その後、固体を真空乾燥、再結晶することで、化合物(M-09)を13.7g得た。なお、1-(4-フルオロフェネチル)-1H-ピロール-2,5-ジオンは、Molecules, 2016, 21, 1198に記載の方法に従って合成した。
【0134】
[合成例1-10:化合物(M-10)の合成]
合成例1-1において、4-(4-ペンチルシクロヘキシル)フェノールの代わりに、4-(2-(4’-ペンチル-[1,1’-ビシクロヘキサン]-4-イル)エチル)フェノールを用いた以外は合成例1-1と同様の方法により、化合物(M-10)を7.56g得た。なお、4-(2-(4’-ペンチル-[1,1’-ビシクロヘキサン]-4-イル)エチル)フェノールは、特開2013-228672号公報に記載の方法に従って合成した。
【0135】
[合成例1-11:化合物(M-11)の合成]
合成例1-3において、4-(4-ペンチルシクロヘキシル)安息香酸の代わりに4-(4’-(4,4,4-トリフルオロブチル)-[1,1’-ビシクロヘキサン]-4-イル)安息香酸を用い、4-ヒドロキシフェニルマレイミドの代わりに4-ヒドロキシ-3-メチルフェニルマレイミドを用いた以外は合成例1-3と同様の方法により、化合物(M-11)を6.49g得た。
【0136】
[合成例1-12:化合物(M-12)の合成]
【化36】
【0137】
合成例1-9において、1-(4-フルオロフェネチル)-1H-ピロール-2,5-ジオンの代わりに、1-フルオロ-3-ニトロベンゼンを用いた以外は合成例1-9と同様の方法により、化合物(M-12-1)を12.1g得た。
次いで、撹拌子を入れた500mL三つ口フラスコに、化合物(M-12-1)12.0g、5%パラジウムカーボン1.94g、テトラヒドロフラン60mL、エタノール60mLを加えた後、80℃まで加熱した。そこに、ヒドラジン1水和物9.11gを滴下した後、加熱還流を6時間行った。室温まで冷却した後、ろ過した溶液を水600mLで再沈殿した。得られた固体をろ過、水洗浄した後、真空乾燥することで化合物(M-12-2)を9.8g得た。
撹拌子を入れた500mL三つ口フラスコに取り、テトラヒドロフランを100mL加えて氷浴した。そこに、無水マレイン酸2.15gとテトラヒドロフラン50mLからなる溶液を滴下し、室温で3時間撹拌した。その後、析出してきた固体を濾過により回収した。得られた固体を真空乾燥することで化合物(M-12)を9.5g得た。
【0138】
[合成例1-13:化合物(M-13)の合成]
【化37】
【0139】
合成例1-12において、4-(4-ヘプチルシクロヘキシル)フェノールの代わりに4’-(4,4,4-トリフルオロブチル)-[1,1’-ビシクロヘキサン]-4-オールを用い、1-フルオロ-3-ニトロベンゼンの代わりに1-フルオロ-4-ニトロベンゼンを用いた以外は、化合物(M-12-1)と同様の方法で化合物(M-13-1)を11.1g得た。次いで、化合物(M-12-1)の代わりに化合物(M-13-1)を用いた以外は、化合物(M-12-2)と同様の方法で化合物(M-13-2)を7.5g得た。
撹拌子を入れた300mLナスフラスコに、マレイン酸モノメチル3.00g、塩化チオニル15g、及びN,N-ジメチルホルムアミド0.01gを加え,60℃で2時間撹拌した。その後、過剰の塩化チオニルをダイヤフラムポンプで除去し、テトラヒドロフランを30g加え、溶液Aとした。新たに、撹拌子を入れた500mL三口フラスコに化合物(M-13-2)を8.84g、テトラヒドロフラン100g、及びトリエチルアミン4.7gを加え、氷浴した。そこに溶液Aを滴下し、室温で8時間撹拌した。反応液を水750mLで再沈殿し、得られた白色固体を真空乾燥することで化合物(M-13)を9.8g得た。
【0140】
[合成例1-17:化合物(M-17)の合成]
合成例1-1において、4-(4-ペンチルシクロヘキシル)フェノールの代わりに、4-ペンチルシクロヘキサノールを用いた以外は合成例1-1と同様の方法により、化合物(M-17)を4.58g得た。
【0141】
[合成例1-14~1-16、1-18、1-19:化合物(M-14~M-16、M-18、M-19)の合成]
化合物(M-14~M-16、M-18、M-19)を下記文献に記載の方法に従ってそれぞれ合成した。
化合物(M-14):特開2006-178149号公報
化合物(M-15):特開2004-2373号公報
化合物(M-16):特開2004-99446号公報
化合物(M-18):特開2008-191337号公報
化合物(M-19):国際公開第2006/001096号
【0142】
[合成例1-20:化合物(E-2)の合成]
合成例1-1において、4-(4-ペンチルシクロヘキシル)フェノールと炭酸カリウムの代わりに、それぞれ、2-ヒドロキシ-4’-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-メチルプロピオフェノンと水素化ナトリウムを用いた以外は合成例1-1と同様の方法により、化合物(E-2)を4.76g得た。
【0143】
[合成例1-21:化合物(E-3)の合成]
合成例1-2において、化合物(M-02-1)の代わりに、2-ヒドロキシ-4’-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-メチルプロピオフェノンを用いた以外は合成例1-2と同様の方法により、化合物(E-3)を4.68g得た。
【0144】
[合成例1-22:化合物(E-4)の合成]
【化38】
【0145】
4-ヒドロキシベンゾフェノン7.93g、2-ブロモエタノール5.0g、及び炭酸カリウム11.06gをジメチルホルムアミド 80mLに溶解させ、100℃で10時間反応させた。HPLCにて原料の消失を確認後、反応液を水500mLに滴下し、生じた固体をろ取・乾燥することで中間体(E-4-1)を9.21g得た。
次いで、中間体(E-4-1)2.42gをジメチルホルムアミド20mLに溶解させ、0℃で撹拌した。その後、水素化ナトリウム(60%、流動パラフィン分散品)0.60gを加え、0℃で30分間撹拌した。その後、4-(クロロメチル)スチレン1.53gを加え、更に0℃で3時間反応させた。HPLCにて原料の消失を確認後、反応液を水150mLに滴下し、酢酸エチルにて分液精製を行った。分離した有機層を減圧下で溶媒留去し、乾燥することで化合物(E-4)を3.40g得た。
【0146】
[合成例1-23:化合物(E-5)の合成]
合成例1-1において、4-(4-ペンチルシクロヘキシル)フェノールの代わりに、4’-ヒドロキシアセトフェノンを用いた以外は合成例1-1と同様の方法により、化合物(E-5)を4.50g得た。
【0147】
<重合体の合成>
1.重合体[P]の合成
[合成例2-1]
窒素下、100mL二口フラスコに、重合モノマーとして、化合物(M-01)10モル部、化合物(E-2)10モル部、化合物(A-5)30モル部、化合物(A-6)10モル部、化合物(B-3)20モル部、及び化合物(B-6)20モル部、ラジカル重合開始剤として2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)2モル部、並びに溶媒としてテトラヒドロフラン50mlを加え、70℃で6時間重合した。メタノールに再沈殿した後、沈殿物を濾過し、室温で8時間真空乾燥することによりスチレン-マレイミド系共重合体(これを重合体(P-1)とする)を得た。GPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは92700、分子量分布Mw/Mnは4.78であった。
【0148】
[合成例2-2~2-10、2-12~2-24:重合体(P-2)~(P-10)、(P-12)、(p-13)、(P-16)~(P-19)、(P-20)~(P-26)の合成]
重合に使用するモノマーの種類及び量を表1に記載のとおり変更した点以外は合成例2-1と同様に重合を行い、重合体(P-2)~(P-10)、(P-12)、(P-16)~(P-19)、(P-20)~(P-26)をそれぞれ得た。
【0149】
[合成例2-11:重合体(P-11)の合成]
重合に使用するモノマーの種類及び量を表1に記載のとおり変更した点以外は合成例2-1と同様に重合を行い、重合体(P-11-1)を含有する溶液を得た。次いで、この重合体溶液に、下記式(MO-1)で表される化合物を重合体中のメタクリル酸2-ヒドロキシエチルに対して1モル添加し、50℃で6時間反応することで重合体(P-11)を含有する溶液を得た。メタノールに再沈殿した後、沈殿物を濾過し、室温で8時間真空乾燥することにより重合体(P-11)を得た。
【化39】
【0150】
[比較合成例2-1~2-3:重合体(P-14)、(P-15)、(P-27)の合成]
重合に使用するモノマーの種類及び量を表1に記載のとおり変更した点以外は合成例2-1と同様に重合を行い、重合体(P-14)、(P-15)、(P-27)をそれぞれ得た。
【0151】
【表1】
【0152】
2.重合体[Q]の合成
[合成例2-25]
ジアミンとして化合物(DA-1)30モル部、化合物(DA-8)50モル部、及び化合物(DA-9)20モル部をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解し、テトラカルボン酸二無水物として2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物100モル部加え、40℃で24時間反応させることにより、ポリアミック酸を20質量%含有する溶液を得た。次いで、得られたポリアミック酸溶液にNMPを追加し、ピリジン及び無水酢酸を、ポリアミック酸が有する酸二無水物由来のカルボキシル基に対して1.80モル当量ずつ添加して、80℃で4時間脱水閉環反応を行った。脱水閉環反応後、系内の溶媒を新たなNMPで溶媒置換し、更に濃縮することにより、イミド化率70%のポリイミド(これを重合体(PI-1)とする)を20質量%含有する溶液を得た。この溶液を少量分取し、NMPを加えて濃度10質量%の溶液として測定した溶液粘度は46.4mPa・sであった。
【0153】
[合成例2-26、2-27、2-29~2-36]
重合に使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミンの種類及び量を表2に記載のとおり変更した点以外は合成例2-18と同様に重合を行い、ポリイミドである重合体(PI-2)、(PI-3)、(PI-5)~(PI-12)を含有する溶液をそれぞれ得た。なお、重合は、重合体濃度10質量%のNMP溶液の粘度が40~60mPa・sとなるように、ジアミンとテトラカルボン酸二無水物とのモル比(ジアミン/テトラカルボン酸二無水物)を0.95~1.00に合わせて実施した。表2中、酸無水物の数値は、合成に使用したテトラカルボン酸二無水物の全量100モル部に対する各化合物の割合(モル部)を表す。ジアミンの数値は、合成に使用したジアミンの全量100モル部に対する各化合物の割合(モル部)を表す。
【0154】
[合成例2-28]
ジアミンとして化合物(DA-1)30モル部、化合物(DA-3)50モル部、及び化合物(DA-8)20モル部をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解し、テトラカルボン酸二無水物として2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物100モル部を加え40℃で24時間反応させることにより、ポリアミック酸(これを重合体(PI-4)とする)を20質量%含有する溶液を得た。
【0155】
【表2】
【0156】
<液晶素子の製造及び評価>
[実施例1:PSA型液晶表示素子]
(1)液晶配向剤(AL-1)の調製
合成例2-25で得た重合体(PI-1)100質量部を含む溶液に、合成例2-1で得た重合体(P-1)10質量部、並びに溶剤としてNMP及びブチルセロソルブ(BC)を加え、溶剤組成がNMP/BC=50/50(質量比)、固形分濃度が4.0質量%の溶液とした。この溶液を孔径0.2μmのフィルターで濾過することにより液晶配向剤(AL-1)を調製した。
【0157】
(2)液晶組成物の調製
ネマチック液晶(メルク社製、MLC-6608)10gに対し、下記式(L1-1)で表される液晶性化合物を5質量%、及び下記式(L2-1)で表される光重合性化合物を0.3質量%添加して混合し、液晶組成物LC1を得た。
【化40】
【0158】
(3)PSA型液晶表示素子の製造
上記で調製した液晶配向剤(AL-1)を、スリット状にパターニングされたITO電極からなる導電膜をそれぞれ有するガラス基板2枚の各電極面上に、液晶配向膜印刷機(日本写真印刷(株)製)を用いて塗布し、80℃のホットプレート上で2分間加熱(プレベーク)して溶媒を除去した後、230℃のホットプレート上で30分間加熱(ポストベーク)して、平均膜厚100nmの塗膜を形成した。これら塗膜につき、超純水中で1分間超音波洗浄を行った後、100℃クリーンオーブン中で10分間乾燥することにより、液晶配向膜を有する基板を一対(2枚)得た。なお、使用した電極のパターンは、PSAモードにおける電極パターンと同種のパターンである。
次いで、上記一対の基板のうち一方の基板の液晶配向膜を有する面の外縁に、直径5.5μmの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤を塗布した後、液晶配向膜面が相対するように重ね合わせて圧着し、接着剤を硬化した。次いで、液晶注入口より一対の基板間に、上記で調製した液晶組成物LC1を充填した後、アクリル系光硬化接着剤で液晶注入口を封止することにより、液晶セルを製造した。その後、液晶セルの導電膜間に周波数60Hzの交流10Vを印加し、液晶が駆動している状態で、光源にメタルハライドランプを使用した紫外線照射装置を用いて、100,000J/mの照射量にて紫外線を照射した。なお、この照射量は、波長365nm基準で計測される光量計を用いて測定した値である。その後、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、液晶配向膜の紫外線の光軸の基板面への射影方向と45°の角度をなすように貼り合わせることにより、PSA型液晶表示素子を製造した。
【0159】
(4)液晶配向性の評価(通常膜厚)
上記(3)で製造したPSA型液晶表示素子につき、5Vの電圧をON・OFF(印加・解除)したときの明暗の変化における異常ドメインの有無を光学顕微鏡により観察し、液晶配向性を評価した。評価は、異常ドメイン及びムラがない場合を「優良(◎)」、異常ドメインがなく一部にムラがある場合を「良好(○)」、一部に異常ドメインがある場合を「可(△)」、全体的に異常ドメインがある場合を「不良(×)」とした。その結果、この例では、液晶配向性は「優良(◎)」の評価であった。
【0160】
(5)液晶配向性の評価(薄膜)
上記(3)において塗膜の平均膜厚を100nmから30nmに変更した点以外は上記(3)と同様にしてPSA型液晶表示素子を作製した。この作製したPSA型液晶表示素子につき、5Vの電圧をON・OFF(印加・解除)したときの明暗の変化における異常ドメインの有無を光学顕微鏡により観察し、上記(4)と同様の4段階評価により液晶配向性を評価した。その結果、この例では、薄膜とした場合の液晶配向性は「優良(◎)」の評価であった。
【0161】
(6)電圧保持率(VHR)による電気特性の評価
上記で製造したPSA型液晶表示素子につき、5Vの電圧を60マイクロ秒の印加時間、167ミリ秒のスパンで印加した後、印加解除から167ミリ秒後の電圧保持率を測定した。測定装置には(株)東陽テクニカ製VHR-1を使用した。このとき、電圧保持率が98%以上の場合に「良好(○)」、95%以上98%未満の場合に「可(△)」、95%未満の場合に「不良(×)」とした。その結果、この例では、電気特性は「良好(○)」の評価であった。
【0162】
(7)長期耐熱性の評価
基板の外側両面に偏光板を貼り合わせなかった点以外は上記(3)と同様の操作を行い、PSA型液晶セルを製造した。このPSA型液晶セルにつき、上記(6)と同様の操作を行い、電圧保持率を測定した。また、得られた液晶セルを100℃の恒温槽に21日間(約500時間)保管した後、電圧保持率を再度測定した。100℃の恒温槽での保管による電圧保持率の低下値(液晶セル製造後の電圧保持率(%)-恒温槽保管後の電圧保持率(%))が20%未満の場合に「良好(○)」、20%以上40%未満の場合に「可(△)」、40%以上の場合に「不良(×)」とした。その結果、この例では「良好(○)」の評価であった。
【0163】
[実施例2~35及び比較例1~5]
配合組成を表3及び表4に示すとおり変更した点以外は実施例1と同じ溶剤組成及び固形分濃度で液晶配向剤(AL-2)~(AL-40)を調製した。また、それぞれの液晶配向剤を用いて、実施例1と同様にしてPSA型液晶表示素子を製造するとともに、各種評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。
【0164】
【表3】
【0165】
【表4】
【0166】
表3に示すように、実施例1~18の液晶配向剤はいずれも、液晶配向性(通常膜厚、薄膜)、電圧保持率及び長期耐熱性の評価は「◎」、「○」又は「△」であり、各種特性のバランスが取れていた。特に、重合体[P]として、上記式(8)で表される基を有する垂直配向性モノマー単位を含む重合体を用いた実施例1~14では、上記式(8)で表される基を有するモノマー単位を含まない重合体を用いた実施例15~18に比べて、薄膜の液晶配向性の評価において優良又は良好の結果であった。これは、部分構造Aを有する特定の主鎖構造の重合体[P]を液晶配向剤の重合体成分として用いることによって、液晶層中に混入させた光重合性化合物が効率よく反応し、配向固定化能力を高めることができたことによるものと考えられる。
【0167】
また、表4に示すように、実施例19~35の液晶配向剤については、液晶配向性(通常膜厚、薄膜)、電圧保持率及び長期耐熱性の評価はいずれも「◎」又は「○」であり、各種特性のバランスが取れていた。特に、重合体[Q]として、環構造を2個以上有する垂直配向性モノマー単位を含む重合体を用いると、薄膜の液晶配向性の評価において優良な結果が得られる傾向がみられた。
【0168】
これに対し、本開示の重合体[P]を含有しない比較例1~3の液晶配向剤は、通常の膜厚(0.1μm)では良好な液晶配向性を示すものの、液晶配向膜の厚みが薄いと液晶の配向を十分に制御できず、薄膜の液晶配向性の評価において不良の結果であった。また、比較例4の液晶配向剤は、薄膜の液晶配向性の評価において不良の結果であり、比較例5の液晶配向剤は、通常膜厚及び薄膜の両方の液晶配向性の評価において不良の結果であった。