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特開2024-132878液晶配向剤、液晶配向膜及びその製造方法、液晶素子、重合体並びに化合物
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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】P2024132878
(43)【公開日】2024-10-01
(54)【発明の名称】液晶配向剤、液晶配向膜及びその製造方法、液晶素子、重合体並びに化合物
(51)【国際特許分類】
   G02F 1/1337 20060101AFI20240920BHJP
   C08G 73/10 20060101ALI20240920BHJP
   C07C 211/54 20060101ALI20240920BHJP
【FI】
G02F1/1337 525
C08G73/10
C07C211/54
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024006946
(22)【出願日】2024-01-19
(31)【優先権主張番号】P 2023043355
(32)【優先日】2023-03-17
(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】宮崎 舜
(72)【発明者】
【氏名】藤下 翔平
【テーマコード(参考)】
2H290
4H006
4J043
【Fターム(参考)】
2H290AA13
2H290AA33
2H290BF13
2H290BF23
2H290BF24
2H290DA01
2H290DA03
4H006AA01
4H006AA03
4H006AB84
4H006AC52
4J043PA04
4J043QB26
4J043RA06
4J043RA35
4J043SA06
4J043SA47
4J043SB03
4J043SB04
4J043TA22
4J043TA70
4J043TA71
4J043TB01
4J043TB03
4J043UA022
4J043UA032
4J043UA082
4J043UA122
4J043UA131
4J043UA132
4J043UA141
4J043UA151
4J043UA251
4J043UA261
4J043UB131
4J043UB141
4J043UB211
4J043UB221
4J043UB241
4J043XA19
4J043YA08
4J043ZA51
4J043ZB23
(57)【要約】
【課題】液晶配向性、スリミング耐性、振動耐性及びシール密着性が良好な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。
【解決手段】構造単位(U1)と構造単位(U2)とを含み、かつ構造単位(U1)の含有割合が、ジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して5モル%以上45モル%以下である重合体[P]を含有する液晶配向剤とする。構造単位(U1):2個以上の単環の芳香環が直結した環構造及び2個以上の単環の芳香環が縮合した縮合環構造よりなる群から選択される少なくとも1種の部分構造(A)を有し、かつ部分構造(A)を構成する単環の芳香環の数と、部分構造(A)とは異なる部分を構成する単環の芳香環の数との合計が3個以上であるジアミン(D1)に由来する構造単位、構造単位(U2):式(1)で表される部分構造を有するジアミン(D2)に由来する構造単位。Bは炭素数3~20の2価の脂肪族炭化水素基である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記の構造単位(U1)と構造単位(U2)とを含み、かつ前記構造単位(U1)の含有割合が、ジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して5モル%以上45モル%以下である重合体[P]を含有する、液晶配向剤。
構造単位(U1):2個以上の単環の芳香環が直結した環構造及び2個以上の単環の芳香環が縮合した縮合環構造よりなる群から選択される少なくとも1種の部分構造(A)を有し、かつ前記部分構造(A)を構成する単環の芳香環の数と、前記部分構造(A)とは異なる部分を構成する単環の芳香環の数との合計が3個以上であるジアミン(D1)に由来する構造単位
構造単位(U2):下記式(1)で表される部分構造を有するジアミン(D2)(ただし、前記ジアミン(D1)に該当するものを除く。)に由来する構造単位
【化1】
(式(1)中、Ar及びArは、互いに独立して2価の芳香環基である。Z及びZは、互いに独立して、単結合、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、*-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。ただし、Z及びZが同時に単結合になることはない。Rは1価の有機基である。Rは水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Ar又はArとの結合手を表す。Lは、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Bとの結合手を表す。Bは炭素数1~20の2価の脂肪族炭化水素基である。Bは炭素数3~20の2価の脂肪族炭化水素基である。nは0~3の整数である。nが2又は3の場合、複数のBは同一又は異なり、複数のLは同一又は異なる。「*」は結合手を表す。)
【請求項2】
前記ジアミン(D1)は、下記式(2)で表される部分構造を有する、請求項1に記載の液晶配向剤。
【化2】
(式(2)中、Ar及びArは、互いに独立して2価の芳香環基である。ただし、Ar及びArのうち少なくとも一方はビフェニル構造又は縮合環構造を有する。Z及びZは、互いに独立して、単結合、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Ar又はArとの結合手を表す。Lは、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Bとの結合手を表す。B及びBは、互いに独立して炭素数1~20の2価の脂肪族炭化水素基である。mは0~3の整数である。mが2又は3の場合、複数のBは同一又は異なり、複数のLは同一又は異なる。「*」は結合手を表す。)
【請求項3】
前記重合体[P]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1に記載の液晶配向剤。
【請求項4】
前記重合体[P]は、下記式(3)で表される部分構造を有するジアミンに由来する構造単位を更に含む、請求項1に記載の液晶配向剤。
【化3】
(式(3)中、Ar及びArは、互いに独立して2価の芳香環基である。Z及びZは、互いに独立して、単結合、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。ただし、Z及びZが同時に単結合になることはない。Rは、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Ar又はArとの結合手を表す。Bはメチレン基又はエチレン基である。「*」は結合手を表す。)
【請求項5】
前記構造単位(U1)及び前記構造単位(U2)をいずれも含まない重合体[Q]を更に含有する、請求項1に記載の液晶配向剤。
【請求項6】
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に記載の液晶配向剤。
【請求項7】
更に架橋剤を含有する、請求項1に記載の液晶配向剤。
【請求項8】
請求項1~7のいずれか一項に記載の液晶配向剤により形成された液晶配向膜。
【請求項9】
請求項1~7のいずれか一項に記載の液晶配向剤により塗膜を形成し、該塗膜に光照射処理を施して液晶配向能を付与する、液晶配向膜の製造方法。
【請求項10】
請求項8に記載の液晶配向膜を備える液晶素子。
【請求項11】
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であって、下記式(4)で表されるジアミンに由来する構造単位を含む、重合体。
【化4】
(式(4)中、Ar及びArは、互いに独立して2価の芳香環基である。ただし、Ar及びArのうち少なくとも一方はビフェニル構造又は縮合環構造を有する。Z及びZは、互いに独立して、単結合、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Ar又はArとの結合手を表す。Lは、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Bとの結合手を表す。B及びBは、互いに独立して炭素数1~20の2価の脂肪族炭化水素基である。m1は1~3の整数である。m1が2又は3の場合、複数のBは同一又は異なり、複数のLは同一又は異なる。)
【請求項12】
下記式(4)で表されるジアミン。
【化5】
(式(4)中、Ar及びArは、互いに独立して2価の芳香環基である。ただし、Ar及びArのうち少なくとも一方はビフェニル構造又は縮合環構造を有する。Z及びZは、互いに独立して、単結合、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Ar又はArとの結合手を表す。Lは、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Bとの結合手を表す。B及びBは、互いに独立して炭素数1~20の2価の脂肪族炭化水素基である。m1は1~3の整数である。m1が2又は3の場合、複数のBは同一又は異なり、複数のLは同一又は異なる。)
【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、液晶素子、重合体並びに化合物に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶素子は、液晶テレビやインフォメーションディスプレイ等といった比較的大型の表示装置から、スマートフォン等の小型の表示装置まで幅広い用途に適用されている。液晶素子の性能は、液晶の配向性やプレチルト角の大きさ、電圧保持率等の各種特性により決定される。液晶素子の性能を向上させるべく、従来、液晶材料の改良のほか、液晶を一定方向に配列させるための液晶配向膜の改良が行われている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
【0003】
特許文献1には、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとの反応生成物であるポリアミック酸及びその誘導体を含有する液晶配向剤において、ジアミンとしてビス(4-アミノフェノキシ)アジパミドを用いて得られたポリアミック酸を液晶配向剤に含有させることが開示されている。また、特許文献2には、ジアミンとしてジ-tert-ブチル アジポイルビス[(4-アミノフェネチル)カーバメート]を用いて得られたポリイミドを液晶配向剤に含有させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2014-132326号公報
【特許文献2】特開2016-145954号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年の更なる高精細化の要求を満たすべく、液晶素子において液晶配向性の更なる改善が進められてきている。また、液晶素子においては、近年、力学特性が重要視されており、液晶配向性及び力学特性をバランス良く改善することが求められている。
【0006】
例えば、液晶表示装置は、モバイル用途や車載用途への普及が急速に進んでいる。スマートフォン等のモバイル用途の液晶素子には、表示品位に優れていることに加え、外力を受けたことに起因する表示品位の低下が生じにくく、タッチパネルとしての特性が良好であること、すなわちタッチパネル耐性(「スリミング耐性」ともいう)を備えていることが求められる。
【0007】
また、タッチパネルの稼働面積をより広く、かつ表示装置の小型化を両立させるために、液晶表示装置では狭額縁化を図ることが行われている。狭額縁化を図る方法の1つとしては、基板面全体に液晶配向膜を形成した後、シール剤を液晶配向膜上に塗布して基板同士を貼り合わせる方法が知られている。その一方で、液晶配向膜上にシール剤を配置すると、シール剤を配置した配向膜部分に力がかかりやすくなる。このため、液晶配向膜の力学特性や基板への密着性が低い場合には、基板間の密着性(以下、「シール密着性」ともいう)が低下し、外力の作用等により基板同士の剥がれが生じやすくなることが懸念される。
【0008】
さらに、車載用途の液晶素子には、表示品位に優れていることに加え、車両走行中の振動による外力を受けたことに起因する表示品位の低下が生じにくい性質(以下、「振動耐性」ともいう)を備えていることが求められる。
【0009】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、液晶配向性、スリミング耐性、振動耐性及びシール密着性が良好な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一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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。
【0011】
<1> 下記の構造単位(U1)と構造単位(U2)とを含み、かつ前記構造単位(U1)の含有割合が、ジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して5モル%以上45モル%以下である重合体[P]を含有する、液晶配向剤。
構造単位(U1):2個以上の単環の芳香環が直結した環構造及び2個以上の単環の芳香環が縮合した縮合環構造よりなる群から選択される少なくとも1種の部分構造(A)を有し、かつ前記部分構造(A)を構成する単環の芳香環の数と、前記部分構造(A)とは異なる部分を構成する単環の芳香環の数との合計が3個以上であるジアミン(D1)に由来する構造単位
構造単位(U2):下記式(1)で表される部分構造を有するジアミン(D2)(ただし、前記ジアミン(D1)に該当するものを除く。)に由来する構造単位
【化1】
(式(1)中、Ar及びArは、互いに独立して2価の芳香環基である。Z及びZは、互いに独立して、単結合、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、*-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。ただし、Z及びZが同時に単結合になることはない。Rは1価の有機基である。Rは水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Ar又はArとの結合手を表す。Lは、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Bとの結合手を表す。Bは炭素数1~20の2価の脂肪族炭化水素基である。Bは炭素数3~20の2価の脂肪族炭化水素基である。nは0~3の整数である。nが2又は3の場合、複数のBは同一又は異なり、複数のLは同一又は異なる。「*」は結合手を表す。)
【0012】
<2> 上記<1>の液晶配向剤により形成された液晶配向膜。
<3> 上記<1>の液晶配向剤により塗膜を形成し、該塗膜に光照射処理を施して液晶配向能を付与する、液晶配向膜の製造方法。
<4> 上記<2>の液晶配向膜を備える液晶素子。
<5> 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であって、下記式(4)で表されるジアミンに由来する構造単位を含む、重合体。
【化2】
(式(4)中、Ar及びArは、互いに独立して2価の芳香環基である。ただし、Ar及びArのうち少なくとも一方はビフェニル構造又は縮合環構造を有する。Z及びZは、互いに独立して、単結合、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Ar又はArとの結合手を表す。Lは、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Bとの結合手を表す。B及びBは、互いに独立して炭素数1~20の2価の脂肪族炭化水素基である。m1は1~3の整数である。m1が2又は3の場合、複数のBは同一又は異なり、複数のLは同一又は異なる。)
<6> 上記式(4)で表されるジアミン。
【発明の効果】
【0013】
本発明の液晶配向剤によれば、液晶配向性、スリミング耐性、振動耐性及びシール密着性が良好な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】
【0014】
≪液晶配向剤≫
以下に、本開示の液晶配向剤に含まれる各成分、及び必要に応じて任意に配合されるその他の成分について説明する。
【0015】
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、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、鎖状炭化水素基は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、脂環式炭化水素基は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、芳香族炭化水素基は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。「脂肪族炭化水素基」とは、鎖状炭化水素基及び脂環式炭化水素基をいう。「芳香環」は、芳香族炭化水素環及び芳香族複素環をいう。「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。
【0016】
本開示の液晶配向剤は、特定の芳香環構造を有する構造単位(U1)と、特定の脂肪族構造を有する構造単位(U2)とを含む重合体[P]を含有する。以下、本開示の液晶配向剤に含まれる重合体[P]及び必要に応じて配合される成分について説明する。
【0017】
<重合体[P]>
・構造単位(U1)
重合体[P]が有する構造単位(U1)は、2個以上の単環の芳香環が直結した環構造及び2個以上の単環の芳香環が縮合した縮合環構造よりなる群から選択される少なくとも1種の部分構造(A)を有し、かつ部分構造(A)を構成する単環の芳香環の数と、部分構造(A)とは異なる部分を構成する単環の芳香環の数との合計が3個以上であるジアミン(D1)に由来する構造単位である。
【0018】
部分構造(A)を構成する単環の芳香環は、芳香族炭化水素環であってもよく、芳香族複素環であってもよい。その具体例としては、ベンゼン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、フラン環、チオフェン環等が挙げられる。
【0019】
部分構造(A)のうち、2個以上の単環の芳香環が直結した環構造は、ジアミン(D1)の合成容易性及び液晶との相互作用の観点から、ビフェニル環構造又はトリフェニル環構造が好ましく、ビフェニル環構造がより好ましい。
【0020】
2個以上の単環の芳香環が縮合した縮合環構造は、2個以上の単環式芳香環が2個以上の原子を共有して結合した環構造を有する。その具体例としては、ナフタレン環構造、アントラセン環構造、フェナントレン環構造、キノリン環構造、イソキノリン環構造、アクリジン環構造、ベンゾフラン環構造、ベンゾチオフェン環構造等が挙げられる。ジアミン(D1)の合成容易性及び液晶との相互作用の観点から、構造単位(U1)が有する縮合環構造としては、これらのうち、ナフタレン環構造又はアントラセン環構造が好ましい。なお、2個以上の単環の芳香環が縮合した縮合環構造において、例えばナフタレン環構造を構成する単環の芳香環(具体的にはベンゼン環)の数は2個であり、アントラセン環構造を構成する単環の芳香環(具体的にはベンゼン環)の数は3個である。
【0021】
部分構造(A)は、ジアミン(D1)の合成容易性及び液晶との相互作用の観点から、中でも、ビフェニル環構造、トリフェニル環構造、ナフタレン環構造、アントラセン環構造、フェナントレン環構造、キノリン環構造、イソキノリン環構造、アクリジン環構造、ベンゾフラン環構造及びベンゾチオフェン環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く、ビフェニル環構造、トリフェニル環構造、ナフタレン環構造、アントラセン環構造及びフェナントレン環構造よりなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、ビフェニル環構造、ナフタレン環構造及びアントラセン環構造よりなる群から選択される少なくとも1種であることが更に好ましい。なお、部分構造(A)を構成する環は置換基を有していてもよい。当該置換基としては、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基等が挙げられる。
【0022】
ジアミン(D1)は、部分構造(A)とは異なる部分に単環の芳香環を更に有していてもよい。ジアミン(D1)が部分構造(A)とは異なる部分に有する単環の芳香環は、芳香族炭化水素環であってもよく、芳香族複素環であってもよい。これらの具体例としては、ベンゼン環、ピロール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、フラン環、チオフェン環等が挙げられる。これらのうち、ベンゼン環、ピリジン環及びピリミジン環よりなる群から選択される少なくとも1種が好ましく、ベンゼン環及びピリジン環よりなる群から選択される少なくとも1種がより好ましい。また、ジアミン(D1)が有する単環の芳香環は置換基を有していてもよい。当該置換基としては、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基等が挙げられる。ジアミン(D1)が、部分構造(A)とは異なる部分に単環の芳香環を有する場合、部分構造(A)とは異なる部分における単環の芳香環の数は、例えば1~4個であり、好ましくは1~3個である。
【0023】
部分構造(A)を構成する単環の芳香環及び部分構造(A)とは異なる部分に有する単環の芳香環は、ベンゼン環、ピロール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、フラン環及びチオフェン環よりなる群から選択される少なくとも1種が好ましく、ベンゼン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環及びピラジン環よりなる群から選択される少なくとも1種がより好ましく、ベンゼン環及びピリジン環よりなる群から選択される少なくとも1種が更に好ましい。
【0024】
ジアミン(D1)は、部分構造(A)を構成する単環の芳香環の数と、部分構造(A)とは異なる部分を構成する単環の芳香環の数との合計数(以下、「分子内芳香環数」ともいう)が3個以上である限り、部分構造(A)を1分子内に1個のみ有していてもよく、2個以上有していてもよい。例えば、ジアミン(D1)が部分構造(A)としてビフェニル環構造(2個のベンゼン環が直結した構造)を1分子内に1個有し、部分構造(A)とは異なる部分にベンゼン環構造を1分子内に1個有する場合、このジアミン(D1)における分子内芳香環数は3個である。また、ジアミン(D1)が部分構造(A)としてナフタレン環構造(2個のベンゼン環が縮合した構造)を1分子内に1個有し、部分構造(A)とは異なる部分にベンゼン環構造を1分子内に1個有する場合、このジアミン(D1)における分子内芳香環数は3個である。
【0025】
ジアミン(D1)の好ましい具体例としては、以下のジアミン(D1-1)及びジアミン(D1-2)よりなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。
ジアミン(D1-1):部分構造(A)を2個以上有するジアミン
ジアミン(D1-2):部分構造(A)を1個有し、かつ部分構造(A)とは異なる部分に部分構造(A)とは異なる芳香環構造(具体的には単環の芳香環)を1個以上有するジアミン
また、液晶素子のスリミング耐性、液晶配向性及びシール密着性の改善効果を十分に得る観点から、ジアミン(D1)は、部分構造(A)を主鎖に有することにより、部分構造(A)を重合体[P]の主鎖中に導入可能な構造を有することが好ましい。
【0026】
ジアミン(D1)における分子内芳香環数は、液晶素子のスリミング耐性をより高める観点から、4個以上が好ましい。また、重合体[P]の溶解性を確保する観点から、ジアミン(D1)における分子内芳香環数は、8個以下が好ましく、6個以下がより好ましい。
【0027】
ジアミン(D1)は、具体的には、下記式(2)で表される部分構造を有することが好ましい。
【化3】
(式(2)中、Ar及びArは、互いに独立して2価の芳香環基である。ただし、Ar及びArのうち少なくとも一方はビフェニル構造又は縮合環構造を有する。Z及びZは、互いに独立して、単結合、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Ar又はArとの結合手を表す。Lは、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Bとの結合手を表す。B及びBは、互いに独立して炭素数1~20の2価の脂肪族炭化水素基である。mは0~3の整数である。mが2又は3の場合、複数のBは同一又は異なり、複数のLは同一又は異なる。「*」は結合手を表す。)
【0028】
上記式(2)において、Ar又はArで表される2価の芳香環基としては、置換又は無置換の芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基が挙げられる。Ar又はArが芳香環部分に置換基を有している場合、当該置換基としては、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子等が挙げられる。Ar又はArは、好ましくは、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは無置換の窒素含有芳香族複素環基であり、より好ましくは置換又は無置換の芳香族炭化水素基である。
【0029】
Ar又はArで表される2価の芳香環基の具体例としては、芳香族炭化水素基として、ベンゼン環、ビフェニル環、ナフタレン環及びアントラセン環の各環を構成する炭素原子に結合する任意の水素原子を2個取り除いてなる基を;窒素含有芳香族複素環基として、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、キノリン環、イソキノリン環及びアクリジン環の各環を構成する炭素原子に結合する任意の水素原子を2個取り除いてなる基を、それぞれ挙げることができる。Ar又はArで表される2価の芳香環基が置換基を有する場合、置換基としては、炭素数1~6の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基等が挙げられる。炭素数1~6の有機基の具体例としては、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~6の保護されたアミノ基、炭素数1~6のアルコキシアルキル基等が挙げられる。
【0030】
液晶素子のスリミング耐性、振動耐性、シール密着性及び液晶配向性をより高めることができる点で、Ar又はArで表される2価の芳香環基は中でも、Ar及びArのうち一方が、置換又は無置換のベンゼン環、ビフェニル環、ナフタレン環又はアントラセン環の環部分から2個の水素原子を取り除いた基であり、他方が、置換又は無置換のビフェニル環、ナフタレン環又はアントラセン環の環部分から2個の水素原子を取り除いた基であることが好ましい。
【0031】
又はZが-NR-、*-NR-CO-、*-CO-NR-又は-NR-CO-NR-である場合、R又はRで表される1価の有機基としては、炭素数1~10の1価の炭化水素基、1価の脱離性基が挙げられる。炭素数1~10の1価の炭化水素基としては、炭素数1~10の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3~10の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6~10の1価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。これらのうち、炭素数1~6のアルキル基、シクロヘキシル基又はフェニル基が好ましく、膜密度をより高める観点から、炭素数1~3のアルキル基がより好ましい。
【0032】
脱離性基は、熱や光により脱離して水素原子に置き換わる基である。R又はRで表される1価の脱離性基は、熱により脱離して水素原子に置き換わる基(以下、「熱脱離性基」ともいう)であることが好ましい。R又はRが熱脱離性基である場合、液晶配向剤を基板に塗布し加熱して液晶配向膜を形成する過程において脱離させることができ、プロセスの簡略化を図ることができる点で好ましい。液晶配向膜を形成する過程で脱離を生じさせる観点から、熱脱離性基は、120~300℃の温度において分解し、水素原子に置き換わる基であることが好ましい。
【0033】
脱離性基の具体例としては、tert-ブトキシカルボニル基(Boc基)、ベンジ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、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等が挙げられる。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、これらのうちBoc基が好ましい。
【0034】
及びRは、重合体[P]の溶解性を高める観点から、炭素数1~10の1価の炭化水素基又は1価の脱離性基であることが好ましく、炭素数1~3のアルキル基又は1価の脱離性基であることがより好ましく、1価の脱離性基であることが更に好ましい。
【0035】
重合体[P]の主鎖に光配向性部位(好ましくは、シクロブタン環構造)を導入する場合に重合体[P]の光反応性を高める観点から、Z及びZは、Z又はZに隣接する芳香環基(Ar、Ar)の電子密度を高める電子供与性基が好ましい。具体的には、Z及びZのうち少なくとも一方は、-O-、-S-又は-NR56-(R56は水素原子又は1価の有機基である。Zの場合にはRを表し、Zの場合にはRを表す。)であることが好ましく、-O-であることがより好ましい。また、上記観点から、Z及びZの両方が-O-、-S-又は-NR56-であることが更に好ましく、-O-であることがより更に好ましい。
【0036】
又はBで表される2価の脂肪族炭化水素基としては、炭素数1~20の鎖状炭化水素基、炭素数3~20の脂環式炭化水素基が挙げられる。これらのうち、炭素数1~20の鎖状炭化水素基としては、炭素数1~20の直鎖状又は分岐状の飽和鎖状炭化水素基、炭素数2~20の直鎖状又は分岐状の不飽和鎖状炭化水素基が挙げられる。炭素数3~20の脂環式炭化水素基は、飽和でも不飽和でもよく、単環でも多環でもよい。B又はBが脂環式炭化水素基である場合、当該脂環式炭化水素基は、単環の飽和脂環式炭化水素基が好ましく、例えば、シクロペンタン環及びシクロヘキサン環の各環の環部分から2個の水素原子を取り除いた基が挙げられる。
【0037】
又はBで表される2価の脂肪族炭化水素基は、膜密度をより高めることができ、液晶素子のスリミング耐性、シール密着性及び電圧保持特性の改善効果が高い液晶配向膜を形成できる点で、これらの中でも、炭素数1~10の2価の直鎖状又は分岐状の鎖状炭化水素基が好ましく、炭素数1~10の直鎖状のアルカンジイル基であることがより好ましい。B及びBの炭素数は、スリミング耐性及びシール密着性の改善効果を十分に得つつ、良好な液晶配向性を示す液晶素子を得る観点から、8以下が好ましく、5以下がより好ましく、3以下が更に好ましく、1又は2がより更に好ましい。
【0038】
が-NR-、*-NR-CO-、*-CO-NR-又は-NR-CO-NR-である場合、R又はRで表される1価の有機基の具体例及び好ましい例については、上述したR又はRで表される1価の有機基において説明した基と同様の基が挙げられる。
mは、スリミング耐性及びシール密着性の改善効果を十分に高めつつ、良好な液晶配向性を示す液晶素子を得る観点から、0~2が好ましく、0又は1がより好ましい。
【0039】
ジアミン(D1)としては、上記式(2)中のAr及びArのそれぞれに1級アミノ基が1個ずつ結合した化合物を好ましく使用することができる。ジアミン(D1)の具体例としては、下記式(d1-1)~式(d1-19)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。
【化4】
【化5】
(式(d1-1)~式(d1-8)及び式(d1-14)~式(d1-19)中、rは1~10の整数である。)
【0040】
なお、上記式(d1-1)~式(d1-19)で表される化合物のうち、上記式(d1-1)、式(d1-2)、式(d1-8)~式(d1-9)、式(d1-13)~式(d1-14)及び式(d1-16)のそれぞれで表される化合物は、部分構造(A)として2個以上の単環の芳香環が直結した環構造を有するジアミンに相当する。また、上記式(d1-3)~式(d1-7)、式(d1-10)~式(d1-12)、式(d1-15)及び式(d1-17)~式(d1-19)のそれぞれで表される化合物は、部分構造(A)として2個以上の単環の芳香環が縮合した縮合環構造を有するジアミンに相当する。分子内芳香環数について、例えば上記式(d1-1)で表される化合物の分子内芳香環数は3個であり、上記式(d1-4)で表される化合物の分子内芳香環数は4個である。上記式(d1-8)で表される化合物の分子内芳香環数は3個であり、上記式(d1-12)で表される化合物の分子内芳香環数は4個である。
【0041】
重合体[P]における構造単位(U1)の含有割合は、重合体[P]が有するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して5モル%以上45モル%以下である。構造単位(U1)の含有割合が、重合体[P]が有するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して5モル%未満であると、液晶素子の液晶配向性及びシール密着性の改善効果を十分に得ることができず、また45モル%を超えると、液晶素子の液晶配向性の改善効果を十分に得ることができない。液晶素子の液晶配向性とシール密着性とをバランス良く改善する観点から、構造単位(U1)の含有割合は、重合体[P]が有するジアミン化合物に由来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、15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、構造単位(U1)の含有割合は、重合体[P]が有するジアミン化合物に由来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。なお、重合体[P]が有する構造単位(U1)は1種のみでもよく、2種以上であってもよい。
【0042】
・構造単位(U2)
重合体[P]が有する構造単位(U2)は、下記式(1)で表される部分構造を有するジアミン(D2)(ただし、ジアミン(D1)に該当するものを除く。)に由来する構造単位である。
【化6】
(式(1)中、Ar及びArは、互いに独立して2価の芳香環基である。Z及びZは、互いに独立して、単結合、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、*-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。ただし、Z及びZが同時に単結合になることはない。Rは1価の有機基である。Rは水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Ar又はArとの結合手を表す。Lは、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Bとの結合手を表す。Bは炭素数1~20の2価の脂肪族炭化水素基である。Bは炭素数3~20の2価の脂肪族炭化水素基である。nは0~3の整数である。「*」は結合手を表す。)
【0043】
上記式(1)において、Ar又はArで表される2価の芳香環基としては、上記式(2)中のAr又はArで表される2価の芳香環基として例示した基が挙げられる。液晶素子の液晶配向性をより良好にする観点から、Ar又はArで表される2価の芳香環基は、置換又は無置換の単環の芳香環基であることが好ましく、置換又は無置換のフェニレン基又はピリジンジイル基がより好ましく、置換又は無置換のフェニレン基が更に好ましい。
【0044】
又はZが-NR-、*-NR-CO-、*-CO-NR-又は-NR-CO-NR-である場合、R又はRで表される1価の有機基としては、炭素数1~10の1価の炭化水素基、1価の脱離性基が挙げられる。これらの具体例及び好ましい例としては、上記式(2)中のR又はRで表される1価の有機基の説明において炭素数1~10の1価の炭化水素基及び1価の脱離性基としてそれぞれ示した基が挙げられる。
【0045】
重合体[P]の溶解性を高める観点から、Rは、炭素数1~10の1価の炭化水素基又は1価の脱離性基であることが好ましく、炭素数1~3のアルキル基又は1価の脱離性基であることがより好ましく、1価の脱離性基であることが更に好ましい。
は、膜密度をより高める観点から、水素原子、炭素数1~10の1価の炭化水素基又は1価の脱離性基であることが好ましく、更に重合体[P]の溶解性を高める観点から、炭素数1~10の1価の炭化水素基又は1価の脱離性基であることが好ましく、炭素数1~3のアルキル基又は1価の脱離性基であることがより好ましく、1価の脱離性基であることが更に好ましい。
【0046】
重合体[P]の主鎖に光配向性部位(好ましくは、シクロブタン環構造)を導入する場合に重合体[P]の光反応性を高める観点から、Z及びZは、共に単結合以外であることが好ましく、隣接する芳香環基(Ar、Ar)の電子密度を高める電子供与性基がより好ましい。具体的には、Z及びZのうち少なくとも一方は、-O-、-S-又は-NR12-(R12は水素原子又は1価の有機基である。Zの場合にはRを表し、Zの場合にはRを表す。)であることが好ましく、-O-又は-NR12-であることがより好ましい。また、上記観点から、Z及びZの両方が-O-、-S-又は-NR12-であることが更に好ましく、-O-又は-NR12-であることがより更に好ましい。
【0047】
で表される2価の脂肪族炭化水素基としては、炭素数1~20の鎖状炭化水素基、炭素数3~20の脂環式炭化水素基が挙げられる。また、Bで表される2価の脂肪族炭化水素基としては、炭素数3~20の鎖状炭化水素基、炭素数3~20の脂環式炭化水素基が挙げられる。B又はBにおいて、2価の鎖状炭化水素基及び脂環式炭化水素基の具体例としては、上記式(2)中のB又はBの説明において例示した基と同様の基が挙げられる。
【0048】
で表される2価の脂肪族炭化水素基は、膜密度を高くでき、液晶素子のスリミング耐性、シール密着性及び電圧保持特性の改善効果が高い液晶配向膜を形成できる点で、炭素数1~10の2価の直鎖状又は分岐状の鎖状炭化水素基が好ましく、炭素数1~5の直鎖状のアルカンジイル基であることがより好ましく、炭素数1~3の直鎖状のアルカンジイル基であることが更に好ましい。
【0049】
で表される2価の脂肪族炭化水素基は、良好な液晶配向性を示す液晶素子を得る観点から、炭素数3~10の2価の直鎖状又は分岐状の鎖状炭化水素基が好ましい。膜密度を高くでき、液晶素子のスリミング耐性、シール密着性及び電圧保持特性の改善効果が高い液晶配向膜を形成できる点で、Bは、炭素数3~10の直鎖状のアルカンジイル基であることがより好ましい。Bの炭素数は、スリミング耐性及びシール密着性の改善効果を十分に得つつ、良好な液晶配向性を示す液晶素子を得る観点から、8以下が好ましく、6以下がより好ましく、5以下が更に好ましい。
【0050】
が-NR-、*-NR-CO-、*-CO-NR-又は-NR-CO-NR-である場合、R又はRで表される1価の有機基の具体例及び好ましい例については、上述したR又はRで表される1価の有機基において説明した基と同様の基が挙げられる。Lは、良好な液晶配向性、スリミング耐性及びシール密着性を示す液晶素子を得る観点から、-NR-、-O-、*-NR-CO-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-が好ましく、-NR-がより好ましい。
【0051】
nは、スリミング耐性及びシール密着性の改善効果を十分に高めつつ、良好な液晶配向性を示す液晶素子を得る観点から、0~2が好ましく、0又は1がより好ましく、0が更に好ましい。
【0052】
ジアミン(D2)としては、上記式(1)中のAr及びArのそれぞれに1級アミノ基が1個ずつ結合した化合物を好ましく使用することができる。ジアミン(D2)の具体例としては、下記式(d2-1)~式(d2-14)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。
【化7】
(式(d2-1)~式(d2-14)中、kは3~10の整数である。hは2~10の整数である。Bocはtert-ブトキシカルボニル基である。)
【0053】
重合体[P]における構造単位(U2)の含有割合は、重合体[P]が有するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して、10モル%以上95モル%以下であることが好ましい。構造単位(U2)の含有割合が、重合体[P]が有するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して10モル%以上であることにより、液晶素子のスリミング耐性及び振動耐性を確保しつつ、良好な液晶配向性を示す液晶素子を得ることができる傾向がある。また、構造単位(U2)の含有割合が、重合体[P]が有するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して95モル%以下であることにより、スリミング耐性、振動耐性、液晶配向性及びシール密着性がバランス良く改善された液晶素子を得ることができる傾向がある。こうした観点から、構造単位(U2)の含有割合は、重合体[P]が有するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して、15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く、25モル%以上であることがより更に好ましい。また、構造単位(U2)の含有割合は、重合体[P]が有するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して、90モル%以下であることがより好ましく、80モル%以下であることが更に好ましい。なお、重合体[P]が有する構造単位(U2)は1種のみでもよく、2種以上であってもよい。
【0054】
重合体[P]は構造単位(U1)及び構造単位(U2)に加え更に、下記式(3)で表される部分構造を有するジアミン(以下、「ジアミン(D3)」ともいう)に由来する構造単位(以下、「構造単位(U3)」ともいう)を含んでいてもよい。重合体[P]が構造単位(U3)を更に含むことにより、液晶配向性により優れた液晶素子を得ることができる点で好適である。
【化8】
(式(3)中、Ar及びArは、互いに独立して2価の芳香環基である。Z及びZは、互いに独立して、単結合、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。ただし、Z及びZが同時に単結合になることはない。Rは、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Ar又はArとの結合手を表す。Bはメチレン基又はエチレン基である。「*」は結合手を表す。)
【0055】
上記式(3)において、Ar又はArで表される2価の芳香環基としては、上記式(2)中のAr又はArで表される2価の芳香環基として例示した基が挙げられる。液晶素子の液晶配向性を良好にする観点から、Ar又はArで表される2価の芳香環基は、置換又は無置換の単環の芳香環基であることが好ましく、置換又は無置換のフェニレン基又はピリジンジイル基がより好ましく、置換又は無置換のフェニレン基が更に好ましい。
【0056】
又はZが-NR-、*-NR-CO-又は*-CO-NR-である場合、Rで表される1価の有機基としては、炭素数1~10の1価の炭化水素基、1価の脱離性基が挙げられる。これらの具体例及び好ましい例としては、上記式(2)中のR又はRで表される1価の有機基の説明において炭素数1~10の1価の炭化水素基及び1価の脱離性基としてそれぞれ示した基が挙げられる。重合体[P]の溶解性を高める観点から、Rは、炭素数1~10の1価の炭化水素基又は1価の脱離性基であることが好ましく、炭素数1~3のアルキル基又は1価の脱離性基であることがより好ましく、1価の脱離性基であることが更に好ましい。
【0057】
重合体[P]の主鎖に光配向性部位(好ましくは、シクロブタン環構造)を導入する場合に重合体[P]の光反応性を高める観点から、Z及びZは、隣接する芳香環基(Ar、Ar)の電子密度を高める電子供与性基が好ましい。具体的には、Z及びZのうち少なくとも一方は、-O-、-S-又は-NR-であることが好ましく、-O-又は-NR-であることがより好ましい。また、上記観点から、Z及びZの両方が-O-、-S-又は-NR-であることが更に好ましく、-O-又は-NR-であることがより更に好ましい。
【0058】
ジアミン(D3)としては、上記式(3)中のAr及びArのそれぞれに1級アミノ基が1個ずつ結合した化合物を好ましく使用することができる。ジアミン(D3)の具体例としては、下記式(d3-1)~式(d3-10)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。
【化9】
【0059】
重合体[P]が構造単位(U3)を含む場合、構造単位(U3)の含有割合は、液晶配向性を向上させる効果を十分に得る観点から、重合体[P]が有するジアミン化合物に由来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い。構造単位(U3)の含有割合は、重合体[P]が有するジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して、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、構造単位(U3)の含有割合は、液晶素子のスリミング耐性、振動耐性及びシール密着性の低下を抑制する観点から、重合体[P]が有するジアミン化合物に由来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。なお、重合体[P]が有する構造単位(U3)は1種のみでもよく、2種以上であってもよい。
【0060】
重合体[P]としては、ジアミン化合物と、カルボン酸又はその誘導体との重縮合体が挙げられる。液晶との親和性及び機械的強度が高く、かつ電圧保持特性に優れた液晶配向膜を形成できる点で、重合体[P]は中でも、テトラカルボン酸誘導体とジアミン化合物との重縮合体が好ましく、具体的には、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種であることが好ましい。ここで、「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。
【0061】
(ポリアミック酸)
重合体[P]がポリアミック酸である場合、当該ポリアミック酸(以下「ポリアミック酸[P]」ともいう)は、テトラカルボン酸二無水物と、ジアミン(D1)及びジアミン(D2)を含むジアミン化合物とを反応させる方法により製造することができる。
【0062】
・テトラカルボン酸二無水物
ポリアミック酸[P]の合成に使用するテトラカルボン酸二無水物としては、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の製造において使用することができるテトラカルボン酸誘導体として公知の化合物を使用することができる。ポリアミック酸[P]の合成に使用するテトラカルボン酸二無水物としては、例えば、脂肪族テトラカルボン酸二無水物、芳香族テトラカルボン酸二無水物等を挙げることができる。脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては、鎖状テトラカルボン酸二無水物及び脂環式テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。
【0063】
これらの具体例としては、鎖状テトラカルボン酸二無水物として、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物、エチレンジアミン四酢酸二無水物等が挙げられる。脂環式テトラカルボン酸二無水物としては、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が挙げられる。芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、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’-カルボニルジフタル酸無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。また、テトラカルボン酸二無水物としては上記のほか、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できる。
【0064】
化合物の入手容易性や重合体の製造容易性等の観点から、ポリアミック酸[P]の合成に使用するテトラカルボン酸二無水物は、上記の中でも、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、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物、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、2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、2,4,6,8-テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン-2:4,6:8-二無水物、ピロメリット酸二無水物及び3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物よりなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
【0065】
また、光配向法により液晶配向膜を形成する場合、重合体[P]の合成に使用するテトラカルボン酸誘導体は、シクロブタン環構造を有するテトラカルボン酸誘導体を含むことが好ましく、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及びその誘導体(具体的には、テトラカルボン酸ジエステル、テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物)を含むことがより好ましい。重合体[P]の合成に際し、シクロブタン環構造を有するテトラカルボン酸誘導体の使用割合は、重合体[P]の合成に使用するテトラカルボン酸誘導体の全量に対して、20モル%以上であることが好ましく、30モル%以上であることがより好ましく、50モル%以上であることが更に好ましい。
【0066】
・ジアミン化合物
ポリアミック酸[P]の合成に使用するジアミン化合物は、ジアミン(D1)及びジアミン(D2)のみであってもよいし、ジアミン(D1)、ジアミン(D2)及びジアミン(D3)のみであってもよい。また、ポリアミック酸[P]の合成に際し、ジアミン化合物として、ジアミン(D1)、ジアミン(D2)及びジアミン(D3)とは異なるジアミン(以下、「その他のジアミン」ともいう)を併用してもよい。その他のジアミンとしては、脂肪族ジアミン、芳香族ジアミン、ジアミノオルガノシロキサン等が挙げられる。脂肪族ジアミンは、鎖状ジアミン及び脂環式ジアミンを含む。
【0067】
その他のジアミンの具体例としては、鎖状ジアミンとして、m-キシリレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン等を;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、ドデカノキシジアミノベンゼン、テトラ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、コレステリ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、1,1-ビス(4-((アミノフェニル)メチル)フェニル)-4-ヘプチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-((アミノフェノキシ)メチル)フェニル)-4-ヘプチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-((アミノフェニル)メチル)フェニル)-4-(4-ヘプチルシクロヘキシル)シクロヘキサン、N-(2,4-ジアミノフェニル)-4-(4-ヘプチルシクロヘキシル)ベンズアミド、下記式(E-1)
【化10】
(式(E-1)中、XI及びXIIは、互いに独立して、単結合、-O-、*-COO-又は*-OCO-(ただし、「*」はジアミノフェニル基側との結合手を表す)である。Rは、炭素数1~3のアルカンジイル基である。RIIは、単結合又は炭素数1~3のアルカンジイル基である。RIIIは、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。aは0又は1である。bは0~3の整数である。cは0~2の整数である。dは0又は1である。ただし、1≦a+b+c≦3である。)
で表される化合物等の配向性基含有ジアミン:
パラ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エーテル、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、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、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、1,5-ジアミノナフタレン、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、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、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)ヘキサフルオロプロパン、4,4’-(p-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、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、3,5-ジアミノ安息香酸、4,4’-ジアミノジフェネチルウレア等を;
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を用いることができる。
【0068】
上記式(E-1)における「-X-(R-XII-」で表される2価の基としては、炭素数1~3のアルカンジイル基、-O-、*-COO-、-O-C-O-(ただし、「*」を付した結合手がジアミノフェニル基と結合する。)等が挙げられる。RIIIで表される基は直鎖状であることが好ましい。ジアミノフェニル基における2つのアミノ基は、他の基に対して2,4-位又は3,5-位にあることが好ましい。
【0069】
上記式(E-1)で表される化合物の具体例としては、例えば下記式(E-1-1)~式(E-1-4)のそれぞれで表される化合物を挙げることができる。
【化11】
【0070】
ポリアミック酸[P]の合成に際し、その他のジアミンの使用割合は、ポリアミック酸[P]の合成に使用するジアミン化合物の全量に対して、70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、50モル%以下であることが更に好ましく、30モル%以下であることがより更に好ましい。その他のジアミンとしては、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。
【0071】
(ポリアミック酸の合成)
ポリアミック酸[P]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[P]の合成反応において、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物との使用割合は、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。分子量調整剤としては、例えば無水マレイン酸、無水フタル酸、無水イタコン酸等の酸一無水物、アニリン、シクロヘキシルアミン、n-ブチルアミン等のモノアミン化合物、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ることができる。分子量調整剤の使用割合は、使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物の合計100質量部に対して、20質量部以下とすることが好ましい。
【0072】
ポリアミック酸[P]の合成反応は、好ましくは有機溶媒中で行われる。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、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、ハロゲン化炭化水素、炭化水素等を挙げることができる。これらの具体例としては、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種以上を反応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等)との混合物を使用することが好ましい。有機溶媒の使用量は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンの合計量が、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。
【0073】
以上のようにして、ポリアミック酸[P]を溶解してなる重合体溶液が得られる。この重合体溶液は、そのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、重合体溶液中に含まれるポリアミック酸[P]を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。
【0074】
・ポリアミック酸エステル
重合体[P]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[P]」ともいう)は、例えば、[I]ポリアミック酸[P]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、ジアミン(D1)及びジアミン(D2)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、ジアミン(D1)及びジアミン(D2)を含むジアミン化合物とを反応させる方法、等によって得ることができる。ポリアミック酸エステル[P]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。ポリアミック酸エステル[P]を溶解してなる反応溶液は、そのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、反応溶液中に含まれるポリアミック酸エステル[P]を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。
【0075】
・ポリイミド
重合体[P]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[P]」ともいう)は、例えば、上記の如くして合成されたポリアミック酸[P]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[P]は、その前駆体であるポリアミック酸[P]が有していたアミック酸構造の全てを脱水閉環した完全イミド化物であってもよく、アミック酸構造の一部のみを脱水閉環し、アミック酸構造とイミド環構造とが併存する部分イミド化物であってもよい。ポリイミド[P]は、イミド化率が20~99%であることが好ましく、30~90%であることがより好ましい。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。ここで、イミド環の一部がイソイミド環であってもよい。
【0076】
ポリアミック酸[P]の脱水閉環は、好ましくはポリアミック酸[P]を有機溶媒に溶解し、この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等の酸無水物を用いることができる。脱水剤の使用量は、ポリアミック酸[P]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。脱水閉環触媒の使用量は、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[P]の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒を挙げることができる。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。なお、ポリイミド[P]を含有する反応溶液は、そのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、ポリイミド[P]を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。
【0077】
液晶配向剤の調製に使用する重合体[P]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[P]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。
【0078】
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)により測定される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。また、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。
【0079】
液晶配向剤中における重合体[P]の含有量は、液晶配向剤に含まれる固形分の全量(すなわち、液晶配向剤の溶媒以外の成分の合計質量)100質量部に対し、2質量部以上が好ましく、5質量部以上がより好ましく、10質量部以上が更に好ましい。なお、液晶配向剤の調製に際し、重合体[P]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。
【0080】
<その他の成分>
本開示の液晶配向剤は、重合体[P]のほか、必要に応じて、重合体[P]とは異なる成分(以下、「その他の成分」ともいう)を含有していてもよい。
【0081】
・重合体[Q]
本開示の液晶配向剤は、重合体成分として、構造単位(U1)及び構造単位(U2)をいずれも含まない重合体(以下、「重合体[Q]」ともいう)を更に含有していてもよい。重合体[Q]の主骨格は特に限定されない。重合体[Q]としては、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、付加重合体等が挙げられる。付加重合体としては、(メタ)アクリル系重合体、スチレン系重合体、マレイミド系重合体、スチレン-マレイミド系共重合体等が挙げられる。
【0082】
信頼性の高い液晶素子を得る観点から、重合体[Q]は、上記の中でも、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及び付加重合体よりなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。重合体[P]を上層に偏在させやすく、液晶配向性の改善効果を十分に高くできる点及び電気特性を調整しやすい点で、重合体[Q]は、これらの中でも、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種であることが特に好ましい。
【0083】
重合体[Q]を液晶配向剤に含有させる場合、重合体[Q]の含有割合は、重合体[P]と重合体[Q]との合計量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い。また、重合体[Q]の含有割合は、重合体[P]と重合体[Q]との合計量100質量部に対して、95質量部以下が好ましく、90質量部以下がより好ましい。重合体[Q]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できる。
【0084】
・架橋剤
本開示の液晶配向剤は、その他の成分として架橋剤を更に含有していてもよい。架橋剤としては、重合性炭素-炭素結合を有する基、環状エーテル基、環状チオエーテル基、イソシアネート基、保護されたイソシアネート基、メチロール基、保護されたメチロール基、ヒドロキシアルキルアミド基、保護されたヒドロキシアルキルアミド基、環状カーボネート基、基「-CR=CR10-R11-」(ただし、Rは、アミノ基との反応により脱離する1価の有機基である。R10は水素原子又はアルキル基、R11は電子求引性基である。)、シラノール基、アミノ基、保護されたアミノ基及びアルコキシシリル基よりなる群から選択される少なくとも1種の架橋性基を有する化合物(以下、「化合物[C]」ともいう)が挙げられる。
【0085】
上記の架橋性基のうち、重合性炭素-炭素結合を有する基としては、(メタ)アクリロイル基、マレイミド基、アルケニル基、ビニルフェニル基、ビニルエーテル基、3-メチレンテトラヒドロフラン-2(3H)-オン-5-イル基等が挙げられる。基「-CR=CR10-R11-」において、Rで表される1価の有機基としては、例えば炭素数1~5のアルコキシ基、ピロリドン-1-イル基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)等が挙げられる。R11の電子求引性基としては、カルボニル基、スルホニル基等が挙げられる。
【0086】
化合物[C]が1分子内に有する架橋性基の数は、液晶素子の液晶配向性、電圧保持特性及び膜強度をバランス良く改善するとともに、リワーク性の低下を抑制する観点から、2~12個が好ましく、2~10個がより好ましい。化合物[C]の分子量は、保存安定性の点において、好ましくは3,000以下、より好ましくは2,000以下、更に好ましくは1,000以下である。
【0087】
化合物[C]としては、上記のうち、アミノ基と反応可能な官能基を有する化合物を好ましく使用することができ、中でも、環状エーテル基、ヒドロキシアルキルアミド基、保護されたヒドロキシアルキルアミド基、メチロール基、保護されたメチロール基及び保護されたイソシアネート基よりなる群から選択される少なくとも1種を1分子内に合計2個以上有する化合物をより好ましく使用することができる。
【0088】
化合物[C]の具体例としては、重合性炭素-炭素結合を有する化合物として、例えばエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、下記式(c-1)~式(c-6)のそれぞれで表される化合物等を;
環状(チオ)エーテル基を有する化合物として、例えばエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリグリシジルイソシアヌレート、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、2,2-ジブロモネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-m-キシリレンジアミン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N-ジグリシジル-ベンジルアミン、N,N-ジグリシジル-アミノメチルシクロヘキサン、N,N-ジグリシジル-シクロヘキシルアミン等を;
イソシアネート基又は保護されたイソシアネート基を有する化合物として、例えば下記式(c-7)~式(c-11)のそれぞれで表される化合物等を;
メチロール基又は保護されたメチロール基を有する化合物として、例えば下記式(c-12)~式(c-17)のそれぞれで表される化合物等を;
ヒドロキシアルキルアミド基又は保護されたヒドロキシアルキルアミド基を有する化合物として、例えば下記式(c-18)~式(c-20)で表される化合物等を;
環状カーボネート基を有する化合物として、例えば下記式(c-21)及び式(c-22)のそれぞれで表される化合物等を;
基「-CR=CR10-R11-」を有する化合物として、例えば下記式(c-23)~式(c-29)のそれぞれで表される化合物等を;
アミノ基又は保護されたアミノ基を有する化合物として、下記式(c-30)~式(c-33)のそれぞれで表される化合物等を;
アルコキシシリル基又はシラノール基を有する化合物として、例えば3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-(タ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物等を、それぞれ挙げることができる。
【化12】
【化13】
【化14】
(式(c-7)及び式(c-8)中、R13はtert-ブトキシ基である。)
【化15】
(式(c-16)中、Acはアセチル基である。)
【化16】
【化17】
【化18】
【化19】
【0089】
本開示の液晶配向剤に架橋剤を含有させる場合、その含有割合は、液晶素子のシール密着性を高くする観点や、液晶配向性及び電圧保持特性をより良好にする観点から、液晶配向剤に含まれる重合体成分の全量(すなわち、重合体[P]と重合体[Q]の合計量)100質量部に対して、0.2質量部以上が好ましい。架橋剤の含有割合は、重合体成分の全量100質量部に対して、0.5質量部以上がより好ましく、1質量部以上が更に好ましい。また、液晶素子の液晶配向性及び電圧保持特性や、液晶配向剤の保存安定性、液晶配向膜のリワーク性を満足させる観点から、架橋剤の含有割合は、重合体成分の全量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い。架橋剤としては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。
【0090】
・溶剤
本開示の液晶配向剤は、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。
【0091】
溶剤としては有機溶媒が好ましく使用される。その具体例としては、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、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、フェノール、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、1-ヘキサノール、2-ヘキサノール、プロパン-1,2-ジオール、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、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、プロピオン酸エチル、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、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、ジエチレングリコールジエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールジアセテート、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等を挙げることができる。溶剤としては、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。
【0092】
液晶配向剤に含有されるその他の成分としては、上記のほか、例えば、架橋剤、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。
【0093】
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。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、より良好な液晶配向性を示す液晶配向膜を得ることができる点で好適である。一方、固形分濃度が10質量%以下であると、塗膜を適度な厚みとすることができ、良好な液晶配向性を示す液晶配向膜が得られやすい傾向がある。また、液晶配向剤の粘性が適度となり、塗布性を良好にできる傾向がある。
【0094】
《重合体及び化合物》
本開示によれば、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であって、下記式(4)で表されるジアミンに由来する構造単位を含む重合体が提供される。また、本開示によれば、下記式(4)で表されるジアミンが提供される。
【化20】
(式(4)中、Ar及びArは、互いに独立して2価の芳香環基である。ただし、Ar及びArのうち少なくとも一方はビフェニル構造又は縮合環構造を有する。Z及びZは、互いに独立して、単結合、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Ar又はArとの結合手を表す。Lは、-NR-、-O-、-S-、-CO-、*-NR-CO-、*-CO-NR-、-NR-CO-NR-、*-CO-O-又は*-O-CO-である。R及びRは、互いに独立して、水素原子又は1価の有機基である。「*」は、Bとの結合手を表す。B及びBは、互いに独立して炭素数1~20の2価の脂肪族炭化水素基である。m1は1~3の整数である。m1が2又は3の場合、複数のBは同一又は異なり、複数のLは同一又は異なる。)
【0095】
これらの化合物はいずれも、液晶配向膜を形成するための材料として好適である。上記式(4)中、m1は、スリミング耐性及びシール密着性の改善効果を十分に高めつつ、良好な液晶配向性を示す液晶素子を得る観点から、1又は2が好ましく、1がより好ましい。上記式(4)中のAr、Ar、Z、Z、L、B及びBの具体例及び好ましい例については、上記式(2)中のAr、Ar、Z、Z、L、B及びBの説明においてそれぞれ示した基と同様の基が挙げられる。上記式(4)で表される化合物の具体例としては、上記式(d1-9)~式(d1-13)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。
【0096】
上記式(4)で表されるジアミンの合成方法は特に限定されず、有機化学の定法を適宜組み合わせることによって合成することができる。一例としては、上記式(4)で表されるジアミンにおいて、1級アミノ基に代えてニトロ基を有するジニトロ体を合成し、次いで、得られたジニトロ体のニトロ基を適当な還元系を用いてアミノ化する方法が挙げられる。ジニトロ体を合成する方法は、目的とする化合物に応じて適宜選択することができる。例えば、後述する実施例に記載されているように、-Ar-Z-で表される部分構造とニトロ基とを有する化合物と、-(B-Lm1-B-で表される部分構造を有する化合物とを反応させることにより得ることができる。
【0097】
ジニトロ体の還元反応は、好ましくは有機溶媒中、例えばパラジウム炭素、白金炭素、亜鉛、鉄、スズ、ニッケル等の触媒を用いて実施することができる。ここで使用する有機溶媒としては、例えば、トルエン、テトラヒドロフラン、N,N-ジメチルホルムアミド、アルコール系等の1種又は2種以上が挙げられる。ただし、上記式(4)で表されるジアミンの合成手順は上記方法に限定されるものではない。
【0098】
≪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製造される。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駆動方式は特に限定されず、例えばTN(Twisted Nematic)型、STN(Super-twisted Nematic)型、VA(Vertical Alignment)型(VA-MVA型、VA-PVA型などを含む。)、IPS(In-Plane Switching)型、FFS(Fringe Field Switching)型、OCB(Optically Compensated Bend)型、PSA(Polymer Sustained Alignment)型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、各動作モード共通である。
【0099】
<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、ソーダガラス等のガラス;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。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。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。
【0100】
基板への液晶配向剤の塗布方法は特に限定されない。基板への液晶配向剤の塗布は、例えば、スピンコート方式、印刷方式(例えば、オフセット印刷方式、フレキソ印刷方式等)、インクジェット方式、スリットコート方式、バーコーター方式、エクストリューションダイ方式、ダイレクトグラビアコーター方式、チャンバードクターコーター方式、オフセットグラビアコーター方式、含浸コーター方式、MBコーター方式等により行うことができる。
【0101】
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80~280℃であり、より好ましくは80~250℃である。ポストベーク時間は、好ましくは5~200分である。形成される膜の膜厚は、好ましくは0.001~1μmである。
【0102】
<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で形成した塗膜に対し、液晶配向能を付与する処理(配向処理)が施される。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やナイロン等で擦るラビング処理、又は塗膜に光照射処理を施し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、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、工程1で形成した塗膜に対し配向処理を施してもよい。
【0103】
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。
【0104】
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200~30,000J/mであり、より好ましくは500~10,000J/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。
【0105】
<工程3:液晶セルの構築>
液晶配向膜が形成された一対の基板を対向配置し、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により貼り合わせ、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、スメクチック液晶を挙げることができ、中でもネマチック液晶が好ましい。
【0106】
液晶表示装置を製造する場合、続いて、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。
【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る。具体的には、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、調光装置、位相差フィルム等として用いることができる。
【0108】
以上詳述した本開示によれば、次の手段が提供される。
〔手段1〕 下記の構造単位(U1)と構造単位(U2)とを含み、かつ前記構造単位(U1)の含有割合が、ジアミン化合物に由来する構造単位の全量に対して5モル%以上45モル%以下である重合体[P]を含有する、液晶配向剤。
構造単位(U1):2個以上の単環の芳香環が直結した環構造及び2個以上の単環の芳香環が縮合した縮合環構造よりなる群から選択される少なくとも1種の部分構造(A)を有し、かつ前記部分構造(A)を構成する単環の芳香環の数と、前記部分構造(A)とは異なる部分を構成する単環の芳香環の数との合計が3個以上であるジアミン(D1)に由来する構造単位
構造単位(U2):上記式(1)で表される部分構造を有するジアミン(D2)(ただし、前記ジアミン(D1)に該当するものを除く。)に由来する構造単位
〔手段2〕 前記ジアミン(D1)は、上記式(2)で表される部分構造を有する、〔手段1〕に記載の液晶配向剤。
〔手段3〕 前記重合体[P]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、〔手段1〕又は〔手段2〕に記載の液晶配向剤。
〔手段4〕 前記重合体[P]は、上記式(3)で表される部分構造を有するジアミンに由来する構造単位を更に含む、〔手段1〕~〔手段3〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段5〕 前記構造単位(U1)及び前記構造単位(U2)をいずれも含まない重合体[Q]を更に含有する、〔手段1〕~〔手段4〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段6〕 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、〔手段5〕に記載の液晶配向剤。
〔手段7〕 更に架橋剤を含有する、〔手段1〕~〔手段6〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段8〕 〔手段1〕~〔手段7〕のいずれかに記載の液晶配向剤により形成された液晶配向膜。
〔手段9〕 〔手段1〕~〔手段7〕のいずれかに記載の液晶配向剤により塗膜を形成し、該塗膜に光照射処理を施して液晶配向能を付与する、液晶配向膜の製造方法。
〔手段10〕 〔手段8〕に記載の液晶配向膜を備える液晶素子。
〔手段11〕 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であって、上記式(4)で表されるジアミンに由来する構造単位を含む、重合体。
〔手段12〕 上記式(4)で表されるジアミン。
【実施例0109】
以下、実施例に基づき実施形態をより詳しく説明するが、以下の実施例によって本発明が限定的に解釈されるものではない。
【0110】
以下の例において、重合体溶液中のポリイミドのイミド化率は以下の方法により測定した。
[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(F-1)によりイミド化率[%]を求めた。
イミド化率[%]=(1-(A/(A×α)))×100 …(F-1)
(数式(F-1)中、A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、A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】
化合物の略号は以下の通りである。なお、以下では、「式(X)で表される化合物」を単に「化合物(X)」と示すことがある。
【0112】
(テトラカルボン酸二無水物)
【化21】
【0113】
(ジアミン化合物)
【化22】
【化23】
【化24】
【0114】
(添加剤)
【化25】
【0115】
<ジアミンの合成>
[合成例]
下記スキームに従い、化合物(DA-8)を合成した。
【化26】
【0116】
・中間体[1]の合成
窒素導入管を備えた3つ口フラスコに4-ヒドロキシ-4′-ニトロビフェニル(9.29mmol)、ビス(2-クロロエチル)エーテル(23.2mmol)、炭酸カリウム(23.2mmol)及びN,N-ジメチルホルムアミド(41g)を加え、80℃で48時間撹拌した。反応終了後、酢酸エチルを加え、水により分液洗浄した。有機相を減圧濃縮し、粗体を得た。得られた粗体を酢酸エチルとヘキサンを用いてカラムクロマトグラフィーを行うことで、中間体[1]を得た(収率:65%)。中間体[1]のH-NMR測定の結果は以下のとおりである。
H-NMR(400MHz、CDCl-d、δ(ppm)):8.27(d、2H)、7.68(d、2H)、7.57(d、2H)、7.03(d、2H)、4.22(m、2H)、3.93(m、2H)、3.86(m、2H)、3.68(m、2H).
【0117】
・中間体[2]の合成
窒素導入管を備えた3つ口フラスコに中間体[1](6.06mmol)、4-ニトロフェノール(6.66mmol)、炭酸カリウム(12.1mmol)及びジメチルホルムアミド(27g)を加え、100℃で20時間撹拌した。室温まで冷却した後、濾過により塩を除去し、濾液を減圧濃縮した。そこにイソプロピルアルコールを加え、結晶を析出させた。結晶をろ取し、水及びイソプロピルアルコールで洗浄し、乾燥させることで中間体[2]を得た(収率:81%)。中間体[2]のH-NMR測定の結果は以下のとおりである。
H-NMR(400MHz、DMSO-d、δ(ppm)):8.26(d、2H)、8.18(d、2H)、7.92(d、2H)、7.74(d、2H)、7.17(d、2H)、7.09(d、2H)、4.28(m、2H)、4.19(m、2H)、3.85(m、4H).
【0118】
・化合物(DA-8)の合成
窒素導入管を備えた3つ口フラスコに、中間体[2](4.97mmol)、10%パラジウムカーボン(0.26g)、ヒドラジン一水和物(30.0mmol)、テトラヒドロフラン(7g)及びイソプロピルアルコール(6g)を入れ、60℃で2 時間撹拌した。反応終了後、反応溶液をセライトろ過して、減圧濃縮し、イソプロピルアルコールを加えることで、結晶を析出させた。結晶をろ取し、イソプロピルアルコールで洗浄し、乾燥させることで、化合物(DA-8)を得た(収率:95%)。化合物(DA-8)のH-NMR測定の結果は以下のとおりである。
H-NMR(400MHz、DMSO-d、δ(ppm)):7.42(d、2H)、7.27(d、2H)、6.93(d、2H)、6.65(d、2H)、6.62(d、2H)、6.48(d、2H)、5.20(s、2H)、4.58(s、2H)、4.10(m、2H)、3.95(m、2H)、3.78(m、2H)、3.74(m、2H).
【0119】
<重合体の合成>
1.ポリアミック酸の合成
[合成例1]
テトラカルボン酸二無水物として化合物(TA-2)100モル部、ジアミン化合物として化合物(DA-1)20モル部及び化合物(DB-1)80モル部をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解し、室温で6時間反応を行い、ポリアミック酸(これを重合体(PA-1)とする)を15質量%含有する溶液を得た。
【0120】
[合成例2~17]
使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物の種類及び量を表1に記載のとおり変更した以外は合成例1と同様の操作を行い、ポリアミック酸(重合体(PA-2)~(PA-17))を得た。なお、表1中、テトラカルボン酸二無水物(酸二無水物1及び酸二無水物2)の数値は、各重合体の合成に使用したテトラカルボン酸二無水物の合計量100モル部に対する各化合物の使用割合(モル部)を表す。ジアミン化合物(ジアミン1、ジアミン2及びジアミン3)の数値は、各重合体の合成に使用したジアミン化合物の合計量100モル部に対する各化合物の使用割合(モル部)を表す(以下の表2についても同じ)。
【0121】
【表1】
【0122】
2.ポリイミドの合成
[合成例18]
テトラカルボン酸二無水物として化合物(TA-2)100モル部、ジアミン化合物として化合物(DA-2)30モル部及び化合物(DB-2)50モル部、化合物(DC-8)20モル部をNMPに溶解し、室温で6時間反応を行い、ポリアミック酸を15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を追加してポリアミック酸濃度10質量%の溶液とし、ピリジン及び無水酢酸を添加して60℃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で溶媒置換することにより、イミド化率約60%のポリイミド(これを重合体(PI-1)とする)を15質量%含有する溶液を得た。
【0123】
[合成例19,20]
使用するテトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物の種類及び量を表2に記載のとおり変更し、ピリジン及び無水酢酸の量を調整することによってイミド化率を表2に記載のとおりにしたこと以外は合成例18と同様の操作を行い、ポリイミド(重合体(PI-2),(PI-3))を得た。
【0124】
【表2】
【0125】
<液晶配向剤の調製及び評価>
[実施例1:光FFS型液晶表示素子]
1.液晶配向剤の調製
合成例3で得た重合体(PA-3)を含む溶液をNMP及びブチルセロソルブ(BC)により希釈して、溶媒組成がNMP/BC=80/20(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。
【0126】
2.光配向法を用いたFFS型液晶表示素子の製造
平板電極(ボトム電極)、絶縁層及び櫛歯状電極(トップ電極)がこの順で片面に積層されたガラス基板(第1基板とする)、並びに電極が設けられていないガラス基板(第2基板とする)を準備した。次いで、第1基板の電極形成面及び第2基板の一方の基板面のそれぞれに、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分間加熱(プレベーク)した。その後、庫内を窒素置換した230℃のオーブンで30分間乾燥(ポストベーク)を行い、平均膜厚0.1μmの塗膜を形成した。得られた塗膜に対し、Hg-Xeランプを用いて、直線偏光された254nmの輝線を含む紫外線1,000J/mを基板法線方向から照射して光配向処理を施した。なお、この照射量は、波長254nm基準で計測される光量計を用いて計測した値である。次いで、光配向処理が施された塗膜を、230℃のクリーンオーブンで30分加熱して熱処理を行い、液晶配向膜を形成した。
次に、液晶配向膜を形成した一対の基板のうちの一方の基板につき、液晶配向膜を有する面の外縁に、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。その後、光照射時の偏光軸の基板面への投影方向が逆平行となるように基板を重ね合わせて圧着し、150℃で1時間かけて接着剤を熱硬化させた。次いで、液晶注入口より一対の基板間にネガ型液晶(メルク社製、MLC-6608)を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止し、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、これを120℃で加熱してから室温まで徐冷した。その後、液晶セルにおける基板の外側両面に偏光板を貼り合わせ、液晶表示素子を得た。また、上記の一連の操作を、ポストベーク後の紫外線照射量を100~10,000J/mの範囲でそれぞれ変更して実施することにより、紫外線照射量が異なる3個以上の液晶表示素子を製造し、最も良好な配向特性を示した露光量(最適露光量)の液晶表示素子を以下の評価に用いた。
【0127】
3.液晶配向性の評価(リタデーション変化率による評価)
上記2.で製造した液晶表示素子を27,000cd/mの高輝度バックライト上で500時間静置し、バックライトの照射前後におけるリタデーション変化率により液晶配向性を評価した。評価は、上記2.で製造した液晶表示素子につき、オプトサイエンス社製Axoscanによりリタデーションを測定し、下記数式(F-2)によりバックライト照射前後のリタデーションの変化率αを算出して、変化率αと判定値とを比較することにより行った。変化率αが小さいほど、バックライト照射に伴う液晶配向性の低下が生じにくく、液晶配向性が良好であるといえる。変化率αが0.5%以下であった場合を「優良(◎)」、0.5%よりも大きく1%以下であった場合を「良好(○)」、1%よりも大きく2%以下であった場合を「可(△)」、2%よりも大きかった場合を「不良(×)」とした。
α=Δθ/θ1 …(F-2)
(式(F-2)中、Δθは照射前後のリタデーション差を表し、θ1は照射前のリタデーション値を表す。)
その結果、この実施例の液晶配向性の評価は「良好(○)」であった。
【0128】
4.振動試験後の液晶配向性の評価(輝点数による評価)
上記2.で製造した液晶表示素子を用い、振動試験を行った。振動試験は、液晶表示素子を振動試験装置に固定した状態で、その振動試験装置を液晶表示素子の面向に動かして液晶表示素子を振動させて行った。具体的には、振動数が5分間で50Hzから100Hzまで変調(スイープ) するサイン振動を加速度1.0Gで30分間液晶表示素子に加えて振動試験を行った。振動試験の結果、本実施例の液晶表示素子において、配向膜の削れに起因する微小な輝点の数が0個以上5個以下であった場合を「優良(◎)」、6個以上10個以下であった場合を「良好(○)」、11個以上20個以下であった場合を「可(△)」、21個以上であった場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例の液晶配向性の評価は「良好(○)」であった。
【0129】
5.スリミング耐性の評価(スリミング試験後のHazeの評価)
上記1.で調製した液晶配向剤を、1.0μmのフィルターで濾過した後、準備された上記第2基板に、スピンコート塗布にて塗布した。次いで、80℃のホットプレートで1分間加熱(プレベーク)した。その後、庫内を窒素置換した230℃のオーブンで30分間乾燥(ポストベーク)を行い、平均膜厚0.1μmの塗膜を形成した。得られた塗膜に対し、Hg-Xeランプを用いて、直線偏光された254nmの輝線を含む紫外線1,000J/mを基板法線方向から照射して光配向処理を施した。なお、この照射量は、波長254nm基準で計測される光量計を用いて計測した値である。次いで、光配向処理が施された塗膜を、230℃のクリーンオーブンで30分加熱して熱処理を行い、液晶配向膜付き基板を得た。この配向膜を吉川化工製レーヨン布:YA-20-Rでラビング(ローラー直径120mm 、ローラー回転数1000rpm、移動速度20mm/sec、押し込み長0.3mm)した。この配向膜表面における傷や削れカスの有無を、Haze(曇り度)を測定することで行った。その際、Hazeは、JIS K 7136に準拠し、ヘーズメータ(HZ-V3,スガ試験機社製)で測定した。スリミング試験の結果、本実施例の液晶配向剤において、配向膜の削れに起因するHazeに応じて0%以上0.2%以下であった場合を「良好(○)」、0.2%より大きく0.4%以下であった場合を「可(△)」、0.4%よりも大きかった場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例のスリミング耐性の評価は「良好(○)」であった。
【0130】
6.シール密着性の評価
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2分間プレベークを行った後、庫内を窒素置換した230℃のオーブンで30分加熱(ポストベーク)することにより、平均膜厚0.10μmの塗膜を形成した。これと同様の操作を繰り返すことにより、塗膜が形成されたガラス基板を2枚作製した。塗膜を形成した1枚のガラス基板の塗膜上に、ODFシール剤(積水化学社製、S-WB42)を幅が1mmになるように塗布し、もう一枚のガラス基板の塗膜とODFシール剤とが接触するように貼り合わせた。その後、メタルハライドランプを用いて30,000J/m(365nm換算)の光を照射した後、120℃のオーブンで1時間加熱した。その後、今田製作所の引張圧縮試験機(型番:SDWS-0201-100SL)を用いて密着力を測定することにより、シール剤への膜の密着性を評価した。密着力が大きいほど、膜の凝集破壊が抑制されたといえる。評価は、密着力が175N/cm以上であった場合を「良好(○)」、125N/cm以上175N/cm未満であった場合を「「可(△)」、125N/cm未満であった場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例では密着力175N/cmであり、シール密着性「良好(○)」の評価であった。
【0131】
[実施例2~11及び比較例1~4]
液晶配向剤の組成を表3のとおりに変更した以外は実施例1と同様にして液晶配向剤を調製した。得られた液晶配向剤を用いて、実施例1と同様にして光配向法によりFFS型液晶表示素子を製造し、液晶配向性、振動試験後の配向性、スリミング耐性及びシール密着性の評価を行った。それらの結果を表3に示す。表3中、重合体成分(重合体1及び重合体2)及び添加剤の欄の数値は、液晶配向剤の調製に使用した重合体成分の全量100質量部に対する、各化合物の固形分での配合割合(質量部)を表す。
【0132】
【表3】
【0133】
表3に示すように、重合体[P]を含む液晶配向剤を用いた実施例1~11は、重合体[P]を含まない液晶配向剤を用いた比較例1~4に比べて、液晶配向性、振動試験後の液晶配向性、スリミング耐性及び密着性がバランス良く改善されており、良好な結果であった。中でも、実施例1,2,4,5,7,8,10,11はいずれの評価も「○」又は「◎」であり、更に実施例4,10は液晶配向性が「◎」の評価であり特に優れていた。
【0134】
[実施例12:ラビングFFS型液晶表示素子]
1.液晶配向剤の調製
合成例8で得た重合体(PA-8)を含む溶液をNMP及びBCにより希釈して、溶媒組成がNMP/BC=80/20(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0.2μmのフィルターで濾過することにより液晶配向剤(AL-12)を調製した。
【0135】
2.ラビング法を用いたFFS型液晶表示素子の製造
実施例1と同様の第1基板及び第2基板を準備した。次いで、第1基板の電極形成面及び第2基板の片面のそれぞれに液晶配向剤(AL-12)をスピンナーにより塗布し、110℃のホットプレートで3分間加熱(プレベーク)した。その後、庫内を窒素置換した230℃のオーブンで30分間乾燥(ポストベーク)を行い、平均膜厚0.08μmの塗膜を形成した。次いで、塗膜表面に対し、レーヨン布を巻き付けたロールを有するラビングマシーンにより、ロール回転数1000rpm、ステージ移動速度3cm/秒、毛足押し込み長さ0.3mmでラビング処理を行った。その後、超純水中で1分間超音波洗浄を行い、次いで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一対の基板を得た。
次いで、液晶配向膜を有する一対の基板につき、液晶配向膜を形成した面の縁に液晶注入口を残して、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塗布した。その後、基板を重ね合わせて圧着し、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、一対の基板間の間隙にネガ型液晶(メルク社製、MLC-6608)を充填した後、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封止した。さらに、液晶注入時の流動配向を除くために、これを120℃で加熱してから室温まで徐冷し、液晶セルを製造した。なお、一対の基板を重ね合わせる際には、それぞれの基板のラビング方法が反平行となるようにした。次に、液晶セルにおける基板の外側両面に偏光板を貼り合わせ、FFS型液晶表示素子を得た。
【0136】
3.評価
上記2.で製造した液晶表示素子につき、実施例1と同様の方法により液晶配向性及び振動試験後の液晶配向性を評価した。また、上記1.で調製した液晶配向剤(AL-12)を用いて、実施例1と同様の方法によりスリミング耐性及び液晶配向膜の基板へのシール密着性を評価した。これらの結果を表4に示した。
【0137】
[実施例13~15及び比較例5]
液晶配向剤の組成を表4のとおりに変更した以外は実施例12と同様にして液晶配向剤を調製した。また、得られた液晶配向剤を用いて、実施例12と同様にしてラビング法によりFFS型液晶表示素子を製造し、液晶配向性、振動試験後の配向性、スリミング耐性及びシール密着性の評価を行った。それらの結果を表4に示した。表4中、重合体欄の数値は、液晶配向剤の調製に使用した重合体成分の全量100質量部に対する、各重合体の固形分での配合割合(質量部)を表す。
【0138】
【表4】
【0139】
表4に示すように、重合体[P]を含む液晶配向剤を用いた実施例12~15は、重合体[P]を含まない液晶配向剤を用いた比較例5に比べて、液晶配向性、振動試験後の液晶配向性、スリミング耐性及び密着性がバランス良く改善されており、良好な結果であった。中でも、実施例12、13及び15は、液晶配向性、振動試験後の液晶配向性、スリミング耐性及びシール密着性の評価が全て「○」以上であり、各種特性がバランス良く改善されていた。また、実施例14は、スリミング耐性及びシール密着性の評価が「△」であったものの、液晶配向性及び振動試験後の配向性の評価は「○」以上であった。これに対し、重合体[P]を含まない液晶配向剤を用いた比較例5は、振動試験後の液晶配向性の評価が「×」、シール密着性の評価が「△」であった。
【0140】
以上の結果から、重合体[P]を含む液晶配向剤によれば、液晶配向性、スリミング耐性、振動耐性及びシール密着性に優れた液晶素子を得ることができることが明らかとなった。