(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】P2025010488
(43)【公開日】2025-01-21
(54)【発明の名称】液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶素子
(51)【国際特許分類】
G02F 1/1337 20060101AFI20250110BHJP
C08G 73/10 20060101ALI20250110BHJP
【FI】
G02F1/1337 525
C08G73/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024078138
(22)【出願日】2024-05-13
(31)【優先権主張番号】P 2023112525
(32)【優先日】2023-07-07
(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】石部 徹
(72)【発明者】
【氏名】村上 拓也
【テーマコード(参考)】
2H290
4J043
【Fターム(参考)】
2H290AA15
2H290AA18
2H290AA33
2H290AA53
2H290AA73
2H290BD01
2H290BE03
2H290BE04
2H290BF14
2H290BF24
2H290BF25
2H290BF54
2H290DA01
2H290DA03
4J043PA04
4J043QB15
4J043QB26
4J043QB31
4J043RA35
4J043SA06
4J043SA47
4J043SB04
4J043SB05
4J043TA22
4J043TA70
4J043TB01
4J043UA022
4J043UA121
4J043UA131
4J043UA141
4J043UA331
4J043UA632
4J043UA662
4J043UB011
4J043UB131
4J043UB211
4J043XA16
4J043YA08
4J043ZB23
(57)【要約】 (修正有)
【課題】液晶配向性、電気特性、力学特性に優れた液晶配向膜を得る液晶配向剤の提供。
【解決手段】式(1)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(I)と、置換シクロブタンテトラカルボン酸二無水物に由来する構造単位(T)とを有し、構造単位(T)の含有割合が、テトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位の全量に対して75モル%以上である第1重合体と、式(2)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(II)である第2重合体とを含有する液晶配向剤。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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イミド系重合体として第1重合体と第2重合体とを含有し、
前記第1重合体は、下記式(1)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(I)と、下記式(3)で表される化合物に由来する構造単位(T)とを有し、前記構造単位(T)の含有割合が、前記第1重合体が有するテトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位の全量に対して75モル%以上であり、
前記第2重合体は、下記式(2)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(II)を有し、かつ前記第1重合体とは異なる重合体である、
液晶配向剤。
【化1】
(式(1)中、D
1は炭素数5以上の1価の有機基である。R
1は単結合、-O-又は-NR
3a-である。R
2は単結合又は-NR
3b-である。R
3a及びR
3bは、互いに独立して、水素原子又は炭素数1以上の1価の有機基である。R
4及びR
5は、互いに独立して、置換若しくは無置換の2価の炭化水素基又は2価の複素環基である。「*」は結合手を表す。)
【化2】
(式(2)中、D
2は炭素数5以上の1価の有機基である。dは1又は2である。dが1の場合、R
6及びR
7は、互いに独立して、「-C(R
11)(R
12)-」、2価の脂環式基若しくは2価の芳香環基であるか、又は、R
6及びR
7が互いに合わせられてR
6及びR
7が結合する窒素原子と共に構成される単環式若しくは縮合環式の複素環構造を表す。dが2の場合、R
6及びR
7は、R
6が「>C(R
10)-*
1」で表される3価の基、3価の脂環式基若しくは3価の芳香環基であり(ただし、「*
1」は窒素側の結合手を表す。)、R
7が「-C(R
11)(R
12)-」、2価の脂環式基若しくは2価の芳香環基であるか、又は、R
6及びR
7が互いに合わせられてR
6及びR
7が結合する窒素原子と共に構成される単環式若しくは縮合環式の複素環構造を表す。R
10、R
11及びR
12は、互いに独立して、水素原子、1価の炭化水素基又は置換基である。R
8は水素原子又は炭素数1~4の有機基である。aは1又は2である。bは0又は1である。cは0又は1である。ただし、a+b+c=2を満たす。R
6及びR
7が互いに合わせられてR
6及びR
7が結合する窒素原子と共に構成される単環式又は縮合環式の複素環構造を表す場合、a=1、b=1かつc=0である。「*」は結合手を表す。)
【化3】
(式(3)中、R
15、R
16、R
17及びR
18は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数2~6のアルキニル基、フッ素原子を有する炭素数1~6の1価の基又はフェニル基である。ただし、R
15、R
16、R
17及びR
18のうち1つ以上は、水素原子とは異なる基である。)
【請求項2】
上記式(1)中のD1及び上記式(2)中のD2が1価の熱脱離性基である、請求項1に記載の液晶配向剤。
【請求項3】
上記式(1)中のR4及びR5のうち一方又は両方は、置換又は無置換の2価の鎖状炭化水素基を有し、当該鎖状炭化水素基が上記式(1)中のR1又はR2に結合している、請求項1に記載の液晶配向剤。
【請求項4】
前記第1重合体は、上記式(1)で表される部分構造を主鎖に有する、請求項1に記載の液晶配向剤。
【請求項5】
前記第1重合体は、前記構造単位(I)を含めて4種類以上のジアミン化合物に由来する構造単位を有する、請求項1に記載の液晶配向剤。
【請求項6】
上記式(2)中の窒素原子が前記第2重合体の主鎖の一部を構成しているか、又は、前記第2重合体の主鎖の一部を構成する炭素原子に上記式(2)中の窒素原子が結合している、請求項1に記載の液晶配向剤。
【請求項7】
前記第2重合体は、前記構造単位(II)として、上記式(2)中の窒素原子に「-C(R11)(R12)-」又は「>C(R10)-*1」が結合した部分構造を有するジアミンに由来する構造単位(II-1)を含む、請求項1に記載の液晶配向剤。
【請求項8】
前記構造単位(II-1)は、下記式(4)で表されるジアミンに由来する構造単位である、請求項7に記載の液晶配向剤。
【化4】
(式(4)中、Ar
1及びAr
2は、互いに独立して、2価の芳香環基である。X
1及びX
2は、互いに独立して、2価の鎖状炭化水素基又は鎖状炭化水素基における一部のメチレン基が-O-、-S-、-CO-若しくは-COO-に置き換えられた2価の基である。Y
1及びY
2は、互いに独立して、上記式(2)中の窒素原子に「-C(R
11)(R
12)-」又は「>C(R
10)-*
1」が結合した部分構造を有する基である。X
3は2価の有機基である。rは0~3の整数である。rが2又は3の場合、式中の複数のX
3、複数のY
2は互いに同一又は異なる。)
【請求項9】
架橋剤を更に含有する、請求項1に記載の液晶配向剤。
【請求項10】
請求項1~9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11】
請求項10に記載の液晶配向膜を備える液晶素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶素子に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶素子は、液晶層中の液晶分子の配向を制御する機能を有する液晶配向膜を備えている。液晶配向膜は一般に、重合体が溶媒に溶解されてなる液晶配向剤を基板表面に塗布し、好ましくは加熱することによって基板上に形成される。
【0003】
近年、液晶素子の高精細化や多用途化に伴い、液晶配向膜には、液晶配向性や透過率等の光学特性や、電圧保持率等の電気特性、輸送やタップ等の物理的圧力に対して破壊されない力学特性といった各種特性をバランス良く発現可能であることが求められている。また、光学特性や電気特性、力学特性といった複数の機能を同時に発現可能な液晶配向膜とするべく、各機能をそれぞれ有する化合物を複数用い、それら複数の化合物を組み合わせることにより液晶配向剤を調製することが行われている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
また近年、アミド結合やウレア結合を有するジアミン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により、液晶素子の液晶配向性を改善することが提案されている(例えば、特許文献2参照)。さらに、窒素含有複素環構造を有するジアミン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により、液晶素子の電気特性を改善することが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】国際公開第2020/158818号
【特許文献2】特開2018-200439号公報
【特許文献3】国際公開第2018/062440号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
アミド結合やウレア結合を有するジアミン(非塩基性ジアミン)を用いて得られた重合体と、イミダゾール環構造やピリジン環構造を有するジアミン(塩基性ジアミン)を用いて得られた重合体とを組み合わせて液晶配向剤を調製することによって液晶配向性と電気特性との両立を図ることが考えられる。しかしながら、これら2種の重合体を組み合わせて液晶配向剤を調製した場合、その液晶配向剤により形成される液晶配向膜は力学特性が十分でなく、更なる改善の余地がある。特に近年、液晶素子において膜の力学特性が重要視されており、基本特性である液晶配向性及び電気特性と共に、膜の力学特性を向上させることが求められている。
【0007】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、液晶配向性及び電気特性に優れた液晶素子としながら、力学特性に優れた液晶配向膜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】
【0008】
本発明によれば、以下の手段が提供される。
[1] 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イミド系重合体として第1重合体と第2重合体とを含有し、前記第1重合体は、下記式(1)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(I)と、下記式(3)で表される化合物に由来する構造単位(T)とを有し、前記構造単位(T)の含有割合が、前記第1重合体が有するテトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位の全量に対して75モル%以上であり、前記第2重合体は、下記式(2)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(II)を有し、かつ前記第1重合体とは異なる重合体である、液晶配向剤。
【化1】
(式(1)中、D
1は炭素数5以上の1価の有機基である。R
1は単結合、-O-又は-NR
3a-である。R
2は単結合又は-NR
3b-である。R
3a及びR
3bは、互いに独立して、水素原子又は炭素数1以上の1価の有機基である。R
4及びR
5は、互いに独立して、置換若しくは無置換の2価の炭化水素基又は2価の複素環基である。「*」は結合手を表す。)
【化2】
(式(2)中、D
2は炭素数5以上の1価の有機基である。dは1又は2である。dが1の場合、R
6及びR
7は、互いに独立して、「-C(R
11)(R
12)-」、2価の脂環式基若しくは2価の芳香環基であるか、又は、R
6及びR
7が互いに合わせられてR
6及びR
7が結合する窒素原子と共に構成される単環式若しくは縮合環式の複素環構造を表す。dが2の場合、R
6及びR
7は、R
6が「>C(R
10)-*
1」、3価の脂環式基若しくは3価の芳香環基であり(ただし、「*
1」は窒素側の結合手を表す。)、R
7が「-C(R
11)(R
12)-」、2価の脂環式基若しくは2価の芳香環基であるか、又は、R
6及びR
7が互いに合わせられてR
6及びR
7が結合する窒素原子と共に構成される単環式若しくは縮合環式の複素環構造を表す。R
10、R
11及びR
12は、互いに独立して、水素原子、1価の炭化水素基又は置換基である。R
8は水素原子又は炭素数1~4の有機基である。aは1又は2である。bは0又は1である。cは0又は1である。ただし、a+b+c=2を満たす。R
6及びR
7が互いに合わせられてR
6及びR
7が結合する窒素原子と共に構成される単環式又は縮合環式の複素環構造を表す場合、a=1、b=1かつc=0である。「*」は結合手を表す。)
【化3】
(式(3)中、R
15、R
16、R
17及びR
18は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数2~6のアルキニル基、フッ素原子を有する炭素数1~6の1価の基又はフェニル基である。ただし、R
15、R
16、R
17及びR
18のうち1つ以上は、水素原子とは異なる基である。)
【0009】
[2] 上記[1]に記載の液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜。
[3] 上記[2]に記載の液晶配向膜を備える液晶素子。
【発明の効果】
【0010】
本発明の液晶配向剤によれば、液晶素子の液晶配向性及び電気特性を優れたものとしながら、力学特性に優れた液晶配向膜を形成することができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
≪液晶配向剤≫
本開示の液晶配向剤は、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イミド系重合体を2種以上含有する。これら2種以上のイミド系重合体は、以下に示す第1重合体と第2重合体とを含む。
第1重合体:下記式(1)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(I)と、下記式(3)で表される化合物に由来する構造単位(T)とを有し、構造単位(T)の含有割合が、第1重合体が有するテトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位の全量に対して75モル%以上である重合体
第2重合体:下記式(2)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(II)を有し、かつ第1重合体とは異なる重合体
【化4】
(式(1)中、D
1は炭素数5以上の1価の有機基である。R
1は単結合、-O-又は-NR
3a-である。R
2は単結合又は-NR
3b-である。R
3a及びR
3bは、互いに独立して、水素原子又は炭素数1以上の1価の有機基である。R
4及びR
5は、互いに独立して、置換若しくは無置換の2価の炭化水素基又は2価の複素環基である。「*」は結合手を表す。)
【化5】
(式(2)中、D
2は炭素数5以上の1価の有機基である。dは1又は2である。dが1の場合、R
6及びR
7は、互いに独立して、「-C(R
11)(R
12)-」、2価の脂環式基若しくは2価の芳香環基であるか、又は、R
6及びR
7が互いに合わせられてR
6及びR
7が結合する窒素原子と共に構成される単環式若しくは縮合環式の複素環構造を表す。dが2の場合、R
6及びR
7は、R
6が「>C(R
10)-*
1」で表される3価の基、3価の脂環式基若しくは3価の芳香環基であり(ただし、「*
1」は窒素側の結合手を表す。)、R
7が「-C(R
11)(R
12)-」、2価の脂環式基若しくは2価の芳香環基であるか、又は、R
6及びR
7が互いに合わせられてR
6及びR
7が結合する窒素原子と共に構成される単環式若しくは縮合環式の複素環構造を表す。R
10、R
11及びR
12は、互いに独立して、水素原子、1価の炭化水素基又は置換基である。R
8は水素原子又は炭素数1~4の有機基である。aは1又は2である。bは0又は1である。cは0又は1である。ただし、a+b+c=2を満たす。R
6及びR
7が互いに合わせられてR
6及びR
7が結合する窒素原子と共に構成される単環式又は縮合環式の複素環構造を表す場合、a=1、b=1かつc=0である。「*」は結合手を表す。)
【化6】
(式(3)中、R
15、R
16、R
17及びR
18は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数2~6のアルキニル基、フッ素原子を有する炭素数1~6の1価の基又はフェニル基である。ただし、R
15、R
16、R
17及びR
18のうち1つ以上は、水素原子とは異なる基である。)
【0012】
以下、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成分(以下、「その他の成分」ともいう。)について説明する。なお、本明細書において、「~」を用いて記載された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味である。各成分については特に言及しない限り、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0013】
ここで、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。「芳香環」は、芳香族炭化水素環及び芳香族複素環を含む意味である。「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。
【0014】
重合体の「主鎖」とは、重合体のうち最も長い原子の連鎖からなる「幹」の部分をいう。この「幹」の部分が環構造を含むことは許容される。例えば、「特定構造を主鎖に有する」とは、その特定構造が重合体の主鎖の一部分を構成することをいう。「側鎖」とは、重合体の「幹」から分岐した部分をいう。「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包含する用語である。
【0015】
本開示の液晶配向剤は、重合体成分として、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イミド系重合体を2種以上含有する。これら2種以上のイミド系重合体は、構造単位(I)を有する重合体(第1重合体)と、構造単位(II)を有する重合体(第2重合体)とを含有していればよい。したがって、第1重合体を構成する構造単位のうち構造単位(I)以外の構造単位、及び第2重合体を構成する構造単位のうち構造単位(II)以外の構造単位については特に限定されない。例えば、第1重合体は、構造単位(I)と共に構造単位(II)を有していてもよい。また、第2重合体は、構造単位(II)と共に構造単位(I)を有していてもよい。第1重合体及び第2重合体は、単量体組成が互いに異なる限り、共に構造単位(I)と構造単位(II)とを有していてもよい。
【0016】
本開示の液晶配向剤に含まれる第1重合体及び第2重合体の好ましい態様としては、以下の〔1〕及び〔2〕が挙げられる。
〔1〕 第1重合体が構造単位(I)を有し構造単位(II)を有さず、第2重合体が構造単位(II)を有しかつ構造単位(I)の含有割合が所定値以下である態様。
〔2〕 第1重合体が構造単位(I)及び構造単位(II)を有し、第2重合体が構造単位(II)を有しかつ構造単位(I)の含有割合が所定値以下である態様。
以下、第1重合体及び第2重合体のそれぞれについて詳細に説明する。
【0017】
<第1重合体>
第1重合体は、上記式(1)で表される部分構造を有するジアミン(以下、「第1の特定ジアミン」ともいう。)に由来する構造単位(I)を有する。上記式(1)において、D1で表される炭素数5以上の1価の有機基としては、炭素数5~20の1価の炭化水素基、炭素数5~20の1価の脱離性基等が挙げられる。これらのうち、炭素数5~20の1価の炭化水素基としては、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が挙げられる。D1が炭素数5~20の1価の炭化水素基である場合、上記のうち、炭素数5~10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い。
【0018】
D1で表される脱離性基は、熱や光等により脱離して水素原子に置き換わる基である。D1で表される脱離性基は、好ましくは、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。熱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(F-moc基)等が挙げられる。
【0019】
上記式(1)中のD1は、液晶配向剤に含まれる第1重合体と第2重合体との分離を抑制しつつ、力学特性に優れた液晶配向膜を得る観点から、熱脱離性基が好ましく、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Boc基が特に好ましい。
【0020】
R1は単結合、-O-又は-NR3a-であり、R2は単結合又は-NR3b-である。R3a又はR3bが炭素数1以上の1価の有機基である場合、当該1価の有機基としては、炭素数1~12の1価の炭化水素基、1価の脱離性基等が挙げられる。これらのうち、炭素数1~20の1価の炭化水素基としては、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が挙げられる。R3a又はR3bが炭素数1~20の1価の炭化水素基である場合、R3a又はR3bは、炭素数1~5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い。R3a又はR3bが脱離性基である場合の具体例及び好ましい例としては、D1が脱離性基である場合の具体例及び好ましい例として説明した基と同様の基が挙げられる。R3a及びR3bは、上記のうち、水素原子、炭素数1~5のアルキル基、シクロヘキシル基、フェニル基又は熱脱離性基が好ましく、水素原子、炭素数1~3のアルキル基又はBoc基がより好ましい。
【0021】
R1は、単結合又は-NR3a-であることが好ましい。R2は単結合であることが好ましい。
【0022】
R4及びR5はそれぞれ、置換若しくは無置換の2価の炭化水素基、又は2価の複素環基である。これらのうち、R4又はR5が2価の炭化水素基(すなわち、無置換の2価の炭化水素基)である場合、2価の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及び炭素数6~20の芳香族炭化水素基が挙げられる。炭素数1~20の鎖状炭化水素基の具体例としては、直鎖状又は分岐状の飽和鎖状炭化水素基、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。R4又はR5が置換基を有する場合(すなわち、置換された2価の炭化水素基である場合)、置換基としては、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、水酸基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基等が挙げられる。なお、「置換又は無置換の2価の炭化水素基」の表記は、2価の炭化水素基と、2価の炭化水素基における任意の水素原子が置換されてなる2価の基とを包含することを意味する。
【0023】
複素環基は、置換又は無置換の複素環の環部分から2個の水素原子を取り除いた基である。R4又はR5が2価の複素環基である場合、当該複素環基が有する複素環は、脂肪族複素環であってもよく、芳香族複素環であってもよい。良好な液晶配向性及び電気特性を示す液晶素子を得る観点から、R4又はR5で表される2価の複素環基は芳香族複素環基であることが好ましく、窒素含有芳香族複素環基であることがより好ましい。窒素含有芳香族複素環基が有する複素環の具体例としては、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環等が挙げられる。
【0024】
液晶配向性が更に向上された液晶素子を得る観点から、上記式(1)中のR4及びR5のうち一方又は両方は、置換又は無置換の2価の鎖状炭化水素基を有し、当該鎖状炭化水素基がR1又はR2に結合していることが好ましい。すなわち、上記式(1)において、R4が置換若しくは無置換の2価の鎖状炭化水素基を有し、R4は当該鎖状炭化水素基でR1に結合しているか、R5が置換若しくは無置換の2価の鎖状炭化水素基を有し、R5は当該鎖状炭化水素基でR2に結合しているか、又はこれらの両方を満たすことが好ましい。これらの場合の鎖状炭化水素基は、アルカンジイル基が好ましく、直鎖状のアルカンジイル基がより好ましい。R1又はR2に隣接する鎖状炭化水素基の炭素数は、1~10が好ましく、1~6がより好ましく、2~6が更に好ましい。
【0025】
液晶素子の液晶配向性を更に向上させる観点から、R4及びR5は共に、置換若しくは無置換の2価の直鎖状炭化水素基を有し、R4はR1に対して置換若しくは無置換の2価の直鎖状炭化水素基で結合し、R5はR2に対して置換若しくは無置換の2価の直鎖状炭化水素基で結合し、かつ「-R1-CO-ND1-R2-」で表される基の両方の端部に隣接する、置換若しくは無置換の2価の直鎖状炭化水素基の炭素数の合計が4以上であることが好ましい。
【0026】
第1の特定ジアミンは、「-R1-CO-ND1-R2-」で表される基を1分子内に1個のみ有していてもよいし、上記式(1)で表される部分構造中の「-R1-CO-ND1-R2-」で表される基を含めて2個以上有していてもよい。第1の特定ジアミンが1分子内に有する「-R1-CO-ND1-R2-」で表される基の数は、上記式(1)で表される部分構造中の「-R1-CO-ND1-R2-」で表される基を含めて、例えば1~4個である。
【0027】
第1重合体は、上記式(1)で表される部分構造を重合体の主鎖に有していてもよく、側鎖に有していてもよい。液晶配向性及び電気特性の改善効果が高い点で、第1重合体は上記式(1)で表される部分構造を重合体の主鎖に有することが好ましい。
【0028】
第1の特定ジアミンの具体例としては、例えば下記式(1-1)~式(1-9)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。なお、式中の「Boc」はtert-ブトキシカルボニル基(Boc基)を表す(以下同じ)。
【化7】
【0029】
第1重合体は、上記式(3)で表される化合物(以下、「置換シクロブタンテトラカルボン酸二無水物」ともいう。)に由来する構造単位(T)を有する。第1重合体が置換シクロブタンテトラカルボン酸二無水物に由来する構造単位を有することにより、第1重合体の溶解性を高めながら、良好な液晶配向性及び電気特性を示す液晶素子を光配向法により得ることができる点で好適である。
【0030】
置換シクロブタンテトラカルボン酸二無水物の具体例としては、下記式(3-1)~式(3-9)のそれぞれで表される化合物が挙げられる。光配向性に優れる点で、これらの中でも特に、下記式(3-2)で表される化合物(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)が好ましい。
【化8】
【0031】
第1重合体における構造単位(T)の割合は、第1重合体が有するテトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位の全量に対して75モル%以上である。第1重合体における構造単位(T)の割合が75モル%未満であると、光配向法により液晶のプレチルト角を付与する場合にプレチルト角が十分でなく、液晶配向性が低下することが懸念される。第1重合体における構造単位(T)の割合は、第1重合体が有するテトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位の全量に対して、80モル%以上がより好ましく、90モル%以上が更に好ましく、95モル%以上がより更に好ましい。
【0032】
第1重合体を合成する方法は特に限定されない。第1重合体は、例えば、置換シクロブタンテトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸誘導体と、第1の特定ジアミンを含むジアミン化合物とを縮重合する工程を含む方法により得ることができる。
【0033】
(ポリアミック酸)
第1重合体がポリアミック酸である場合、当該ポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とを反応させることにより得ることができる。
【0034】
・テトラカルボン酸二無水物
第1重合体がポリアミック酸の場合、第1重合体の合成に際しては、置換シクロブタンテトラカルボン酸二無水物のみを使用してもよく、置換シクロブタンテトラカルボン酸二無水物とは異なるテトラカルボン酸二無水物(以下、「その他のテトラカルボン酸二無水物」ともいう)を使用してもよい。その他の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を包含する用語である。
【0035】
その他のテトラカルボン酸二無水物の具体例としては、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等を;
脂環式テトラカルボン酸二無水物として、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-8-メチル-3a,4,5,9b-テトラヒドロナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、2,4,6,8-テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン-2:4,6:8-二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物等を;
芳香族テトラカルボン酸二無水物として、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を;それぞれ挙げることができる。また、テトラカルボン酸二無水物としては、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。
【0036】
・ジアミン化合物
第1重合体の合成に使用するジアミン化合物は、第1の特定ジアミンのみであってもよいし、第1の特定ジアミンとは異なるジアミン(以下、「第1の他のジアミン」ともいう。)を併用してもよい。第1の他のジアミンとしては、例えば、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。
【0037】
第1の他のジアミンの具体例としては、鎖状ジアミンとして、メタキシリレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、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、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エタン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4-アミノフェニル-4-アミノベンゾエート、4,4’-ジアミノアゾベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸、1,5-ビス(4-アミノフェノキシ)ペンタン、1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)エタン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)プロパン、1,6-ビス(4-アミノフェノキシ)ヘキサン、ビス[2-(4-アミノフェニル)エチル]ヘキサン二酸、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、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、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’-(フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’-[4,4’-プロパン-1,3-ジイルビス(ピペリジン-1,4-ジイル)]ジアニリン、4,4’-ジアミノベンズアニリド、4,4’-ジアミノスチルベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェニル)-ピペラジン、ビス[2-(4-アミノフェニル)エチル]ヘキサン二酸、4,4’-ジアミノジフェネチルウレア、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル等の主鎖型ジアミン;
ドデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、ヘキサデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸コレスタニル、3,5-ジアミノ安息香酸コレステニル、3,5-ジアミノ安息香酸ラノスタニル、3,6-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)コレスタン、3,6-ビス(4-アミノフェノキシ)コレスタン、4-(4’-トリフルオロメトキシベンゾイロキシ)シクロヘキシル-3,5-ジアミノベンゾエート、1,1-ビス(4-((アミノフェニル)メチル)フェニル)-4-ブチルシクロヘキサン、3,5-ジアミノ安息香酸=5ξ-コレスタン-3-イル、下記式(E-1)
【化9】
(式(E-1)中、X
I及びX
IIは、それぞれ独立して、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示す。)である。R
Iは、炭素数1~3のアルカンジイル基である。R
IIは、単結合又は炭素数1~3のアルカンジイル基である。R
III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。a1は0又は1である。b1は0~3の整数である。c1は0~2の整数である。d1は0又は1である。ただし、1≦a1+b1+c1≦3である。)
で表される化合物等の側鎖型ジアミン等を;
ジアミノオルガノシロキサンとして、例えば、1,3-ビス(3-アミノプロピル)-テ
トラメチルジシロキサン等を;それぞれ挙げることができるほか、特開2010-97188号公報に記載のジアミンを用いることができる。また、第1の他のジアミンとして、上記式(2)で表される部分構造を有するジアミンを使用することもできる。
【0038】
式(E-1)で表される化合物としては、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等が挙げられる。
【化10】
【0039】
液晶配向性に優れた液晶素子を得る観点から、第1重合体は、構造単位(I)を、第1重合体が有するジアミン化合物に由来する構造単位に対して2モル%以上有することが好ましい。構造単位(I)の含有割合は、第1重合体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%以上がより好ましく、10モル以上が更に好ましい。また、第1重合体における構造単位(I)の含有割合は、第1重合体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、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。
【0040】
第1重合体は、構造単位(I)を含めて4種類以上のジアミン化合物に由来する構造単位を含むことが好ましい。第1重合体を4種類以上のジアミン化合物により構成することにより、液晶配向剤により形成された塗膜や液晶セルに対する光照射に伴い発生した光分解物が液晶中に析出することが抑制され、液晶配向性(配向信頼性、配向均一性)の更なる向上を図ることができる。第1重合体が構造単位(I)を含めて4種類以上のジアミン化合物により構成されている場合、第1重合体を構成するジアミン化合物は、第1の特定ジアミンのほか、下記式(5)で表される部分構造を有するジアミン及び上記式(2)で表される部分構造を有するジアミンよりなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。下記式(5)で表される部分構造を有するジアミンは、光に対する感度が高く、上記式(3)で表される化合物(置換シクロブタンテトラカルボン酸二無水物)と併用することにより感度の向上を図ることができる点で好適である。
【化11】
(式(5)中、Ar
3及びAr
4は、互いに独立して、置換又は無置換のフェニレン基、ナフタレンジイル基、ビフェニレン基、ピリジンジイル基、ピリミジンジイル基又はピラジンジイル基である。Z
1及びZ
2は、互いに独立して、単結合、-NR
20-、-O-、-S-、-CO-、*
1-NH-CO-、*
1-CO-NH-、*
1-NH-CO-NH-、*
1-CO-O-又は*
1-O-CO-である。ただし、Z
1及びZ
2が同時に単結合になることはない。R
20は水素原子又は1価の有機基である。「*
1」は、Ar
3又はAr
4との結合手を表す。L
1は、-NR
22-、-O-、-S-、-CO-、*
2-NH-CO-、*
2-CO-NH-、-NH-CO-NH-、*
2-CO-O-又は*
2-O-CO-である。R
22は水素原子又は1価の有機基である。「*
2」は、B
1との結合手を表す。B
1は炭素数1~20の2価の脂肪族炭化水素基である。B
2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
1は同一又は異なり、複数のL
1は同一又は異なる。「*」は結合手を表す。)
【0041】
上記式(5)において、Z1又はZ2が-NR20-である場合、R20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。R20は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基又は熱脱離性基が好ましく、熱脱離性基がより好ましい。
【0042】
第1重合体の主鎖に光配向性部位(好ましくは、置換シクロブタン環構造)を導入する場合に第1重合体の光反応性を高める観点から、Z1及びZ2は、隣接する芳香族(Ar3、Ar4)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、Z1及びZ2のうち少なくとも一方は、-O-、-S-又は-NR24-(R24は水素原子又は1価の有機基である。)であることが好ましく、-O-又は-NR24-であることがより好ましい。また、上記観点から、Z1及びZ2の両方が-O-、-S-又は-NR24-であることが更に好ましく、-O-又は-NR24-であることがより更に好ましい。R24は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基又は熱脱離性基が好ましく、熱脱離性基がより好ましい。
【0043】
B1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、B2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。
【0044】
B1で表される2価の脂肪族炭化水素基は、力学特性及び電気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。
【0045】
B2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。力学特性及び電気特性の改善効果が高い液晶配向膜を形成できる点で、B2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。B2の炭素数は、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。
【0046】
L1が-NR22-である場合、R22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R20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。L1は、-NR22-、-O-、*2-NH-CO-、-NH-CO-NH-、*2-CO-O-又は*2-O-CO-が好ましく、-NR22-がより好ましい。
nは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。
【0047】
上記式(5)で表される部分構造を有するジアミンの具体例としては、下記式(5-1)~式(5-11)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。
【化12】
(式(5-1)~式(5-11)中、kは3~10の整数である。)
【0048】
第1重合体の合成に際し、上記式(5)で表される部分構造を有するジアミンを用いる場合、第1重合体において、上記式(5)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(以下、「構造単位(III)」ともいう。)の含有割合は、第1重合体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%以上が好ましく、2モル%以上がより好ましく、5モル%以上が更に好ましい。また、第1重合体における構造単位(III)の含有割合は、第1重合体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%以下が好ましく、80モル%以下がより好ましい。なお、上記式(5-3)、式(5-6)、式(5-7)及び式(5-9)で表される化合物は、上記式(2)で表される部分構造を有するジアミンにも該当する。
【0049】
第1重合体の合成に際し、上記式(2)で表される部分構造を有するジアミンを用いる場合、第1重合体における構造単位(II)の含有割合は、第1重合体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%以上が好ましく、2モル%以上がより好ましく、5モル%以上が更に好ましい。また、第1重合体における構造単位(II)の含有割合は、第1重合体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、50モル%以下が好ましく、40モル%以下がより好ましい。
【0050】
・ポリアミック酸の合成
ポリアミック酸は、上記のような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。ポリアミック酸の合成反応に供される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。
【0051】
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、炭化水素等を挙げることができる。特に好ましい有機溶媒は、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルトリアミド、m-クレゾール、キシレノール及びハロゲン化フェノールよりなる群から選択される1種以上を溶媒として使用するか、あるいはこれらの1種以上と、他の有機溶媒(例えば、ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールジエチルエーテル等)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(a)は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物の合計量(b)が、反応溶液の全量(a+b)に対して、0.1~50質量%になる量とすることが好ましい。
【0052】
以上のようにして、ポリアミック酸を溶解してなる反応溶液が得られる。この反応溶液はそのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、反応溶液中に含まれるポリアミック酸を単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。
【0053】
(ポリアミック酸エステル)
第1重合体がポリアミック酸エステルである場合、第1重合体としてのポリアミック酸エステルは、例えば、[I]構造単位(I)を有するポリアミック酸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、第1の特定ジアミンを含むジアミン化合物とを反応させる方法、[III]テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物と、第1の特定ジアミンを含むジアミン化合物とを反応させる方法、等によって得ることができる。ポリアミック酸エステルは、アミック酸エステル構造のみを有していてもよく、アミック酸構造とアミック酸エステル構造とが併存する部分エステル化物であってもよい。ポリアミック酸エステルを溶解してなる反応溶液は、そのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、反応溶液中に含まれるポリアミック酸エステルを単離したうえで液晶配向剤の調製に供してもよい。
【0054】
(ポリイミド)
第1重合体がポリイミドである場合、第1重合体としてのポリイミドは、例えば、構造単位(I)を有する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、イミド化率が20~90%であることが好ましく、30~85%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。
【0055】
ポリアミック酸の脱水閉環は、好ましくはポリアミック酸を有機溶媒に溶解し、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。
【0056】
脱水閉環反応に用いられる有機溶媒としては、ポリアミック酸の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒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、ポリイミドを含有する反応溶液は、そのまま液晶配向剤の調製に用いられてもよい。また、反応溶液中からポリイミドを単離し、単離したポリイミドを液晶配向剤の調製に用いてもよい。ポリイミドはポリアミック酸エステルの脱水閉環により得ることもできる。
【0057】
<第2重合体>
第2重合体は、上記式(2)で表される部分構造を有するジアミン(以下、「第2の特定ジアミン」ともいう。)に由来する構造単位(II)を有する。上記式(2)において、D2で表される炭素数5以上の1価の有機基の具体例及び好ましい例については、上記式(1)中のD1の説明において示した具体例及び好ましい例と同様の基が挙げられる。
【0058】
dが1であり、R6又はR7が「-C(R11)(R12)-」である場合、R11又はR12で表される1価の炭化水素基は、炭素数1~3のアルキル基が好ましい。R11又はR12で表される置換基としては、炭素数1~3のアルコキシ基、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)、1級アミノ基、シアノ基、ニトロ基、水酸基、カルボキシ基等が挙げられる。R11及びR12は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、ハロゲン原子又は水酸基が好ましく、水素原子がより好ましい。
【0059】
R6又はR7で表される2価の脂環式基は、置換又は無置換の脂肪族環の環部分から2個の水素原子を取り除いた基である。当該脂肪族環としては、炭素数3~12の飽和又は不飽和の炭化水素環が挙げられる。これらのうち、シクロペンタン環又はシクロヘキサン環が好ましい。
【0060】
R6又はR7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。当該芳香環は、芳香族炭化水素環又は窒素含有芳香族複素環であることが好ましい。これらの具体例としては、芳香族炭化水素環として、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等を;窒素含有芳香族複素環として、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、イミダゾール環、ベンズイミダゾール環、カルバゾール環等を、それぞれ挙げることができる。
【0061】
R6又はR7が2価の脂環式基又は芳香環基であって、環部分に置換基が結合している場合、当該置換基としては、炭素数1~3のアルキル基、及びR11又はR12で表される置換基として例示した基と同様の基が挙げられる。なお、上記式(2)中のR6の結合手(*)及びR7の結合手(*)は、第2の特定ジアミンが有する2個の1級アミノ基のいずれかとの結合手であってもよい。
【0062】
dが2であって、R
6が「>C(R
10)-*
1」で表される3価の基(すなわち、下記式(6)で表される基)、3価の脂環式基又は3価の芳香環基である場合のR
6の具体例としてはそれぞれ、dが1である場合の「-C(R
11)(R
12)-」からR
12を取り除いた基、2価の脂環式基又は2価の芳香環基の環部分から1個の水素原子を取り除いた基が挙げられる。R
7が「-C(R
11)(R
12)-」、2価の脂環式基又は2価の芳香環基である場合のR
7の具体例としては、dが1である場合の具体例と同様の基が挙げられる。
【化13】
(式(6)中、R
10は水素原子、1価の炭化水素基又は置換基である。「*
1」は窒素側の結合手を表す。「*」は結合手を表す。)
【0063】
R6及びR7が互いに合わせられてR6及びR7が結合する窒素原子と共に構成される単環式又は縮合環式の複素環構造を表す場合、当該複素環構造は、窒素含有芳香族複素環構造であることが好ましい。その具体例としては、R6又はR7が2価の芳香環基である場合の説明において窒素含有芳香族複素環として例示した環を有する構造等が挙げられる。
【0064】
R8は、水素原子又は炭素数1~4の1価の有機基である。膜形成時の加熱により上記式(2)で表される部分構造と同一分子内の他の基とが縮合して上記式(2)中の窒素原子を環骨格中に含む窒素含有芳香族複素環構造が形成される場合に、立体障害を小さくして環構造が形成されやすくする観点から、R8は、水素原子又は炭素数1~3のアルキル基が好ましく、水素原子又はメチル基がより好ましく、水素原子が更に好ましい。また、膜形成時の加熱による環形成後の塩基性度をより高め、液晶素子の電気特性に対する信頼性を高くする観点から、R8は炭素数1~3のアルキル基が好ましい。
【0065】
bが1の場合、R6及びR7の少なくとも一方は芳香環基とは異なる基であることが好ましい。R6及びR7が共に芳香環基である場合、上記式(2)で表される部分構造の塩基性度が低くなり、液晶素子の電気特性に対する信頼性の改善効果が小さくなる傾向がある。具体的には、液晶素子の電気特性に対する信頼性の改善効果を十分に高くする観点から、R6及びR7は、dが1の場合に、R6及びR7の少なくとも一方が「-C(R11)(R12)-」であるか、又は、R6及びR7が互いに合わせられてR6及びR7が結合する窒素原子と共に構成される単環式若しくは縮合環式の複素環構造を表すことが好ましい。また、dが2の場合、R6が「>C(R10)-*1」であるか、R7が「-C(R11)(R12)-」であるか、若しくはその両方を満たすか、又は、R6及びR7が互いに合わせられてR6及びR7が結合する窒素原子と共に構成される単環式若しくは縮合環式の複素環構造を表すことが好ましい。
【0066】
第2重合体は、上記式(2)で表される部分構造の少なくとも一部を重合体の主鎖中に有していてもよく、上記式(2)で表される部分構造を側鎖に有していてもよい。また、第1重合体において、上記式(2)中の窒素原子は重合体の主鎖の一部を構成していてもよく、側鎖に含まれていてもよい。液晶素子の電気特性に対する信頼性をより高める観点から、上記式(2)中の窒素原子は、重合体の主鎖の一部を構成するか、又は重合体の主鎖の一部を構成する炭素原子に結合していることが好ましい。
【0067】
第2重合体を配合することによって、液晶素子において良好な液晶配向性を維持しつつ、液晶素子の電気特性に対する信頼性を改善する効果をより高める観点から、構造単位(II)は、以下に示す構造単位(II-1)及び構造単位(II-2)よりなる群から選択されることが好ましい。
構造単位(II-1):上記式(2)中の窒素原子に「-C(R11)(R12)-」又は「>C(R10)-*1」が結合した部分構造を有するジアミンに由来する構造単位
構造単位(II-2):窒素含有芳香族複素環を有するか又は加熱により窒素含有芳香族複素環が形成される部分構造を有するジアミンに由来する構造単位
以下、各構造単位について説明する。
【0068】
・構造単位(II-1)
第2重合体が構造単位(II-1)を有することにより、塩基性度が高い部位が重合体中に導入される。これにより、液晶素子の電気特性に対する信頼性の改善効果をより高めることができる。また、上記式(2)で表される部分構造が架橋性を示しやすくなり、液晶配向膜の力学特性の向上に寄与し得る点で好ましい。構造単位(II-1)を与えるジアミンは、下記式(2A)で表される部分構造を有することが好ましい。
【化14】
(式(2A)中、D
2Aは1価の熱脱離性基である。dは1又は2である。dが1の場合、R
6及びR
7は、互いに独立して、「-C(R
11)(R
12)-」、2価の脂環式基若しくは2価の芳香環基である。ただし、R
6及びR
7のうち少なくとも一方は「-C(R
11)(R
12)-」である。dが2の場合、R
6及びR
7は、R
6が「>C(R
10)-*
1」で表される3価の基、3価の脂環式基若しくは3価の芳香環基であり(ただし、「*
1」は窒素側の結合手を表す。)、R
7が「-C(R
11)(R
12)-」、2価の脂環式基若しくは2価の芳香環基である。ただし、R
6が3価の脂環式基又は3価の芳香環基である場合、R
7は「-C(R
11)(R
12)-」であり、R
7が2価の脂環式基又は2価の芳香環基である場合、R
6は「>C(R
10)-*
1」で表される3価の基である。R
11及びR
12は、互いに独立して、水素原子、炭素数1~3のアルキル基又は置換基である。R
8は水素原子又は炭素数1~4の1価の有機基である。aは1又は2である。bは0又は1である。cは0又は1である。ただし、a+b+c=2を満たす。bが0の場合、R
6は「-C(R
11)(R
12)-」又は「>C(R
10)-*
1」である。「*」は結合手を表す。)
【0069】
上記式(2A)で表される部分構造の具体例としては、下記式(2A-1)~式(2A-8)のそれぞれで表される部分構造が挙げられる。
【化15】
(式(2A-1)~式(2A-8)中、「*」は結合手を表す。)
【0070】
bが1の場合のR6及びR7は、塩基部位の導入により液晶素子の電気特性に対する信頼性をより高める観点から、dが1の場合には、R6及びR7が共に「-C(R11)(R12)-」であることが好ましく、dが2の場合には、R6が「>C(R10)-*1」であってR7が「-C(R11)(R12)-」であることが好ましい。具体的には、上記式(2A)で表される部分構造は、上記式(2A-1)~式(2A-5)のうち上記式(2A-3)~式(2A-5)が好ましく、上記式(2A-3)がより好ましい。
【0071】
液晶素子の信頼性に優れるとともに、更に力学特性に優れた液晶素子を得ることができる点で、構造単位(II-1)を与えるジアミンの好ましい具体例としては、下記式(4)で表される化合物が挙げられる。
【化16】
(式(4)中、Ar
1及びAr
2は、互いに独立して、2価の芳香環基である。X
1及びX
2は、互いに独立して、2価の鎖状炭化水素基又は鎖状炭化水素基における一部のメチレン基が-O-、-S-、-CO-若しくは-COO-に置き換えられた2価の基である。Y
1及びY
2は、互いに独立して、上記式(2)中の窒素原子に「-C(R
11)(R
12)-」又は「>C(R
10)-*
1」が結合した部分構造を有する基である。X
3は2価の有機基である。rは0~3の整数である。rが2又は3の場合、式中の複数のX
3、Y
2は互いに同一又は異なる。)
【0072】
上記式(4)において、Ar1又はAr2で表される2価の芳香環基としては、R6又はR7が2価の芳香環基である場合の具体例として例示した基と同様の基が挙げられる。Ar1又はAr2は、芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基が好ましく、中でも、ベンゼン環、ナフタレン環又はピリジン環を有する基が好ましい。Ar1又はAr2は環部分に置換基を有していてもよい。当該置換基としては、炭素数1~3のアルキル基、及びR11又はR12が置換基である場合として例示した基と同様の基が挙げられる。
【0073】
X1又はX2で表される2価の鎖状炭化水素基としては、炭素数1~20のアルカンジイル基、炭素数1~20のアルケンジイル基等が挙げられる。これらのうち、炭素数1~10のアルカンジイル基が好ましく、炭素数1~5の直鎖状のアルカンジイル基がより好ましい。X1又はX2が、鎖状炭化水素基における一部のメチレン基が-O-、-S-、-CO-又は-COO-に置き換えられた2価の基である場合、当該鎖状炭化水素基は、炭素数2~12のアルカンジイル基が好ましく、炭素数2~6の直鎖状のアルカンジイル基がより好ましい。
【0074】
X3で表される2価の有機基としては、炭素数1~20の2価の鎖状炭化水素基、炭素数3~20の2価の脂環式炭化水素基、炭素数6~20の2価の芳香族炭化水素基、炭素数2~20の鎖状炭化水素基における一部のメチレン基が-O-、-S-、-CO-又は-COO-に置き換えられた2価の基、炭化水素基又は当該2価の基の一部の水素原子が置換基に置き換えられた基が挙げられる。置換基としては、ハロゲン原子、水酸基、カルボキシ基等が挙げられる。
【0075】
Y1又はY2は、上記式(2A)で表される部分構造を有することが好ましく、具体的には、上記式(2A-1)~式(2A-8)のそれぞれで表される部分構造を有する基が挙げられる。Y1又はY2は、中でも、上記式(2)中の窒素原子が主鎖の一部を構成するか、又は、主鎖の一部を構成する炭素原子に対し上記式(2)中の窒素原子が結合した構造(例えば、上記式(2A-1)~式(2A-7)のそれぞれで表される部分構造)を有することが好ましい。Y1又はY2がこのような構造を有することにより、液晶素子の信頼性をより高めることができる。
rは0~2が好ましく、0又は1がより好ましい。
【0076】
・構造単位(II-2)
第2重合体が構造単位(II-2)を有することにより、液晶素子の電気特性に対する信頼性の向上を図りつつ、液晶配向性を良好にできる点で好適である。構造単位(II-2)を与えるジアミンが有する窒素含有芳香族複素環としては、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、トリアジン環、イミダゾール環、ベンズイミダゾール環、カルバゾール環等が挙げられ、これらのうち、イミダゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ベンズイミダゾール環又はカルバゾール環が好ましい。加熱により形成される窒素含有芳香族複素環は、好ましくはベンズイミダゾール環である。
【0077】
構造単位(II-2)を与えるジアミンの具体例としては、上記式(2)中の窒素原子に窒素含有芳香族複素環基が結合した部分構造を有するジアミン(以下、「第1の複素環ジアミン」ともいう);上記式(2)中のR6及びR7が互いに合わせられてR6及びR7が結合する窒素原子と共に構成される単環式若しくは縮合環式の窒素含有芳香族複素環構造を有するジアミン(以下、「第2の複素環ジアミン」ともいう);加熱により上記式(2)中の窒素原子を環骨格中に含む窒素含有芳香族複素環構造を形成可能な部分構造を有するジアミン(以下、「第3の複素環ジアミン」ともいう)等が挙げられる。
【0078】
第1の複素環ジアミンとしては、例えば、下記式(2B-1)~式(2B-6)のそれぞれで表される部分構造を有する化合物が挙げられる。第2の複素環ジアミンとしては、例えば、下記式(2B-7)~式(2B-10)のそれぞれで表される部分構造を有する化合物が挙げられる。第3の複素環ジアミンとしては、例えば、下記式(2B-11)~式(2B-14)のそれぞれで表される部分構造を有する化合物が挙げられる。
【化17】
(式(2B-1)~式(2B-14)中、「*」は結合手を表す。)
【0079】
第2の特定ジアミンの具体例としては、下記式(2-1)~式(2-30)のそれぞれで表される化合物等が挙げられる。
【化18】
【化19】
【化20】
【化21】
【0080】
液晶素子の電気特性に対する信頼性及び液晶配向性の効果への寄与が高い点で、第2の特定ジアミンは、上記式(2)中の窒素原子に「-C(R11)(R12)-」又は「>C(R10)-*1」が結合した部分構造を有するジアミンを含むことが好ましく、上記式(4)で表されるジアミンを含むことがより好ましい。なお、上記式(2-1)~式(2-30)のうち、上記式(2-1)~式(2-10)及び式(2-29)のそれぞれで表される化合物は構造単位(II-1)を与えるジアミンである。また、上記式(2-11)~式(2-23)及び式(2-30)のそれぞれで表される化合物は構造単位(II-2)を与えるジアミンである。
【0081】
液晶素子の電気特性に対する信頼性及び力学特性の改善効果が高く、しかも良好な液晶配向性を示す液晶素子を得ることができる点で、第2重合体は、構造単位(II)として、上記式(2)中の窒素原子に「-C(R11)(R12)-」又は「>C(R10)-*1」が結合した部分構造を有するジアミンに由来する構造単位を含むことが好ましい。中でも特に、上記式(2)中の窒素原子に「-C(R11)(R12)-」又は「>C(R10)-*1」が結合し、かつ上記式(2)中の窒素原子が主鎖の一部を構成するか、又は、上記式(2)中の窒素原子が主鎖の一部を構成する炭素原子に結合した部分構造を有するジアミンを含むことが好ましい。
【0082】
第2重合体において、構造単位(II)の含有割合は、液晶素子の電気特性に対する信頼性の改善効果を十分に得る観点から、第2重合体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、構造単位(II)とは異なる構造単位を重合体中に導入して電圧保持率や液晶配向性等の各種特性を調整する場合、第2重合体における構造単位(II)の含有割合は、第2重合体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、例えば95モル%以下である。
【0083】
第2重合体もまた、合成方法は特に限定されない。第2重合体は、テトラカルボン酸誘導体とジアミン化合物とを縮重合する工程を含む方法により得ることができる。例えば、第2重合体としてポリアミック酸を得る場合、第1重合体の合成に使用することができるテトラカルボン酸二無水物として例示したテトラカルボン酸二無水物と、第2の特定ジアミンを含むジアミン化合物とを反応させることにより得ることができる。その際、ジアミン化合物としては、第2の特定ジアミンのみを使用してもよいし、第2の特定ジアミンとは異なるジアミン化合物(以下、「第2の他のジアミン」ともいう。)を併用してもよい。第2の他のジアミンとしては、第1重合体の説明において例示した第1の特定ジアミン及び第1の他のジアミンと同様のものが挙げられる。第2重合体の合成方法の詳細については第1重合体の説明が適用される。
【0084】
ただし、液晶配向膜中での第1重合体と第2重合体との相分離を促進させる観点から、第2重合体における構造単位(I)の含有割合は、第1重合体における構造単位(I)の含有割合と同等か又はそれよりも少ないことが好ましい。具体的には、第2重合体における構造単位(I)の含有割合は、第2重合体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く、10モル%以下であることが更に好ましく、5モル%以下であることがより更に好ましい。
【0085】
電気特性の改善効果を更に高める観点から、第2の他のジアミンは、*3-CO-NH-*3又は*3-NH-CO-NH-*3を重合体主鎖に導入可能なジアミン(ただし、「*3は」脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基との結合手を表す。)、*-Ar5-N(R13)-Ar6-*で表される部分構造を重合体主鎖に導入可能なジアミン(ただし、Ar5及びAr6は互いに独立して2価の芳香環基であり、R13は水素原子又は1価の炭化水素基である。「*」は結合手を表す。)、及び窒素含有芳香族縮合環構造を重合体主鎖に導入可能なジアミンよりなる群から選択される少なくとも1種(以下、「ジアミン(D2)」ともいう)を含むことが好ましい。
【0086】
*
3-CO-NH-*
3又は*
3-NH-CO-NH-*
3を重合体主鎖に導入可能なジアミンとしては、下記式で表される化合物が挙げられる。
【化22】
【0087】
*-Ar
5-N(R
13)-Ar
6-*で表される部分構造を重合体主鎖に導入可能なジアミンとしては、下記式で表される化合物が挙げられる。
【化23】
【0088】
窒素含有芳香族縮合環構造を重合体主鎖に導入可能なジアミンとしては、下記式で表される化合物が挙げられる。
【化24】
【0089】
第2重合体の合成に際しジアミン(D2)を使用する場合、第2重合体におけるジアミン(D2)に由来する構造単位の含有割合は、第2重合体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%以上とすることが好ましく、5モル%以上とすることがより好ましい。また、第2重合体におけるジアミン(D2)に由来する構造単位の含有割合は、第2重合体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、80モル%以下とすることが好ましく、70モル%以下とすることがより好ましい。
【0090】
第1重合体の配合による液晶配向性の向上効果と、第2重合体の配合による電気特性に対する信頼性の向上効果とを十分に発現可能にしつつ、力学特性に優れた液晶配向膜を得る観点から、上記式(1)中のD1及び上記式(2)中のD2は1価の熱脱離性基であることが好ましい。上記式(1)中のD1及び上記式(2)中のD2が1価の熱脱離性基である場合、重合体鎖同士の分離が抑制され、これにより力学特性の向上を図ることができたものと考えられる。熱付与により脱離した構造の膜中における残存量を少なくでき、膜の力学特性の低下や性能低下を抑制できる点で、上記式(1)中のD1及び上記式(2)中のD2は中でもBoc基が好ましい。
【0091】
第1重合体及び第2重合体の溶液粘度はそれぞれ、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、第1重合体及び第2重合体の良溶媒(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。
【0092】
第1重合体及び第2重合体につき、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。GPCにより測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)に対するMw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。
【0093】
液晶配向剤中における第1重合体の含有割合は、液晶配向剤に含まれる第1重合体と第2重合体との合計量100質量部に対して、5質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましく、15質量部以上が更に好ましい。また、第1重合体の含有割合は、液晶配向剤に含まれる第1重合体と第2重合体との合計量100質量部に対して、70質量部以下が好ましく、60質量部以下がより好ましく、50質量部以下が更に好ましい。換言すると、第2重合体の含有割合は、液晶配向剤に含まれる第1重合体と第2重合体との合計量100質量部に対して、30質量部以上が好ましく、40質量部以上がより好ましく、50質量部以上が更に好ましい。また、第2重合体の含有割合は、液晶配向剤に含まれる第1重合体と第2重合体との合計量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く、85質量部以下が更に好ましい。液晶配向剤中の第1重合体と第2重合体との含有割合を上記範囲とすることにより、液晶配向性と電気特性と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。
【0094】
液晶配向剤中における第1重合体及び第2重合体の合計の含有割合は、液晶配向性と電気特性とがバランス良く改善された液晶素子を得る観点から、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)に対して、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上が更に好ましい。
【0095】
<その他の成分>
本開示の液晶配向剤に配合されるその他の成分としては、例えば、第1重合体及び第2重合体とは異なる重合体(以下、「その他の重合体」ともいう。)、架橋剤等が挙げられる。
【0096】
・その他の重合体
その他の重合体は、構造単位(I)及び構造単位(II)のいずれも有しない重合体であればよく、その主骨格は特に限定されない。その他の重合体としては、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。電気特性や液晶配向性等の各種性能における信頼性の高い液晶素子を得る観点から、その他の重合体は、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル、ポリイミド、ポリウレア、ポリアミドイミド、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種が好ましく、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種がより好ましい。
【0097】
本開示の液晶配向剤におけるその他の重合体の含有量は、第1重合体と第2重合体とその他の重合体との合計量に対して、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましい。
【0098】
・架橋剤
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「-CR31=CR32-R33-」(ただし、R31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。R32は水素原子又はアルキル基、R33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が挙げられる。
【0099】
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。架橋剤としては、上記のうち、アミノ基又はカルボキシ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、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種を1分子内に合計2個以上有する化合物を好ましく使用することができる。
【0100】
架橋剤が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観点から、2~12個が好ましく、2~10個がより好ましい。架橋剤の分子量は、良好な保存安定性を確保する観点から、好ましくは2,000以下、より好ましくは1,000以下、更に好ましくは800以下である。
【0101】
架橋剤の具体例としては、環状エーテル基を有する化合物として、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,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、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、グリシジル基を2個以上有する環状シロキサン、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテルの過酸化水素によるエポキシ化反応生成物等を;
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、下記式(c-1)~式(c-3)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、下記式(c-4)~式(c-9)で表される化合物等を;
保護されたイソシアネート基を有する化合物として、下記式(c-10)~式(c-14)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-15)~式(c-18)のそれぞれで表される化合物等を;
アルコキシシリル基を有する化合物として、グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン等を、それぞれ挙げることができる。
【化25】
【化26】
(式(c-8)中、Acはアセチル基である。)
【化27】
(式(c-10)及び式(c-11)中、R
34はtert-ブトキシ基である。)
【化28】
【0102】
本開示の液晶配向剤に架橋剤を配合する場合、架橋剤の含有割合は、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、第1重合体と第2重合体とその他の重合体との合計量)100質量部に対して、0.5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、1質量部以上がより好ましく、2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、並びに液晶配向剤の保存安定性を確保する観点から、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、30質量部以下が好ましく、20質量部以下がより好ましい。
【0103】
・溶剤
本開示の液晶配向剤は、第1重合体、第2重合体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。
【0104】
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。
【0105】
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、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。
【0106】
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。液晶配向剤の固形分濃度は、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く、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。
【0107】
≪液晶配向膜及びその製造方法≫
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。液晶配向膜は、以下の塗膜形成工程を含む方法により製造することができる。また、本開示の液晶配向膜は、塗膜形成工程により得られた有機膜に対し、以下の配向処理工程により液晶配向処理を行い、液晶配向能を付与してもよい。
【0108】
・塗膜形成工程
液晶配向膜の製造に際しては、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。
【0109】
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。
【0110】
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30~200℃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。
【0111】
・配向処理工程
配向処理工程では、液晶配向剤を基板上に塗布し、該塗布した後、好ましくは加熱処理を行い、その後、ラビング処理又は光照射処理を施して液晶配向能を付与することが好ましい。ラビング処理では、基板上に形成した塗膜に対し、例えばナイロン、レーヨン、コットン等の繊維からなる布を巻き付けたロールで一定方向に擦ることにより、塗膜に液晶配向能を付与する。光配向処理では、基板上に形成した塗膜に光照射を行って塗膜に液晶配向能を付与する。
【0112】
光配向処理において、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。
【0113】
使用する光源としては、例えば低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、重水素ランプ、メタルハライドランプ、アルゴン共鳴ランプ、キセノンランプ、エキシマーレーザー等が挙げられる。放射線の照射量は、好ましくは400~50,000J/m2であり、より好ましくは1,000~20,000J/m2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。
【0114】
≪液晶素子≫
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型、STN型、VA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(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、上述した塗膜形成工程及び配向処理工程、並びに以下のセル構築工程を含む方法により製造することができる。
【0115】
塗膜形成工程において使用する基板は、所望の動作モードによって異なる。例えば、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。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(SnO2)からなるNESA膜(米国PPG社登録商標)、酸化インジウム-酸化スズ(In2O3-SnO2)からなるITO膜等を用いることができる。
【0116】
なお、TN型、STN型、IPS型又はFFS型の液晶素子を製造する場合には、塗膜形成工程により得られ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。一方、垂直配向(VA)型の液晶素子を製造する場合には、塗膜形成工程により得られた塗膜をそのまま液晶配向膜として使用することができる。また、液晶配向能を更に高めるために、該塗膜に対し配向処理を施してもよい。垂直配向型の液晶素子に好適な液晶配向膜はPSA型の液晶素子にも好適である。
【0117】
・セル構築工程
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、2枚の基板間に液晶配向膜に隣接して液晶が配置されるように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、ネマチック液晶及びスメクチック液晶を挙げることができ、その中でもネマチック液晶が好ましい。PSAモードでは、液晶セルの構築後に、一対の基板の有する導電膜間に電圧を印加した状態で液晶セルに光照射する処理を行う。
【0118】
PSA型の液晶素子は、以下の工程を含む方法により製造することができる。
・本開示の液晶配向剤を、導電膜を有する一対の基板のそれぞれの導電膜上に塗布して塗膜を形成する工程。
・液晶配向剤を塗布した一対の基板を、液晶層を挟んで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。
・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工程。
【0119】
具体的には、まず、導電膜を有する一対の基板間に、液晶と共に光重合性モノマーを注入又は滴下する点以外は上記工程1~工程3と同様にして液晶セルを構築する。液晶と共に注入又は滴下する光重合性モノマーとしては、従来公知の化合物を用いることができる。好ましくは、多官能性(メタ)アクリルモノマーである。
【0120】
PSA型液晶素子の製造においては、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。印加する電圧は、例えば5~50Vの直流又は交流とすることができる。照射する光としては、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。これらのうち、300~400nmの波長の光を含む紫外線が好ましい。照射光の光源としては、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を使用することができる。光の照射量としては、好ましくは1,000~200,000J/m2であり、より好ましくは1,000~100,000J/m2である。
【0121】
各モードの液晶セルにつき、続いて、必要に応じて、液晶セルの外側表面に偏光板を貼り合わせ、液晶素子とする。偏光板としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させながらヨウ素を吸収させた「H膜」と称される偏光フィルムを酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板又はH膜そのものからなる偏光板が挙げられる。
【0122】
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。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。
【0123】
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。
【0124】
以上説明した本開示によれば、次の手段が提供される。
〔手段1〕 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イミド系重合体として第1重合体と第2重合体とを含有し、前記第1重合体は、上記式(1)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(I)と、上記式(3)で表される化合物に由来する構造単位(T)とを有し、前記構造単位(T)の含有割合が、前記第1重合体が有するテトラカルボン酸誘導体に由来する構造単位の全量に対して75モル%以上であり、前記第2重合体は、上記式(2)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(II)を有し、かつ前記第1重合体とは異なる重合体である、液晶配向剤。
〔手段2〕 上記式(1)中のD1及び上記式(2)中のD2が1価の熱脱離性基である、〔手段1〕に記載の液晶配向剤。
〔手段3〕 上記式(1)中のR4及びR5のうち一方又は両方は、置換又は無置換の2価の鎖状炭化水素基を有し、当該鎖状炭化水素基が上記式(1)中のR1又はR2に結合している、〔手段1〕又は〔手段2〕に記載の液晶配向剤。
〔手段4〕 前記第1重合体は、上記式(1)で表される部分構造を主鎖に有する、〔手段1〕~〔手段3〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段5〕 前記第1重合体は、前記構造単位(I)を含めて4種類以上のジアミン化合物に由来する構造単位を有する、〔手段1〕~〔手段4〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段6〕 上記式(2)中の窒素原子が前記第2重合体の主鎖の一部を構成しているか、又は、前記第2重合体の主鎖の一部を構成する炭素原子に上記式(2)中の窒素原子が結合している、〔手段1〕~〔手段5〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段7〕 前記第2重合体は、前記構造単位(II)として、上記式(2)中の窒素原子に「-C(R11)(R12)-」又は「>C(R10)-*1」が結合した部分構造を有するジアミンに由来する構造単位(II-1)を含む、〔手段1〕~〔手段6〕のいずれかに記載の液晶配向剤。
〔手段8〕 前記構造単位(II-1)は、上記式(4)で表されるジアミンに由来する構造単位である、〔手段7〕に記載の液晶配向剤。
〔手段9〕 架橋剤を更に含有する、〔手段1〕~〔手段8〕に記載の液晶配向剤。
〔手段10〕 〔手段1〕~〔手段9〕のいずれかに記載の液晶配向剤を用いて形成された液晶配向膜。
〔手段11〕 〔手段10〕に記載の液晶配向膜を備える液晶素子。
【実施例0125】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、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。
【0126】
以下の例では、重合体溶液中のポリイミドのイミド化率を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1H-NMR測定を行った。得られた1H-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-(A1/(A2×α)))×100 …(1)
(数式(1)中、A1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る。A2はその他のプロトン由来のピーク面積である。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。)
【0127】
以下の例では、下記の合成例に示す合成スケールでの合成を必要に応じて繰り返すことにより原料化合物及び重合体の必要量を確保した。なお、実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。
【0128】
化合物の略号は以下のとおりである。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。
【0129】
【0130】
(ジアミン化合物)
・第1の特定ジアミン
【化30】
【0131】
【0132】
・その他のジアミン
【化32】
【化33】
【化34】
【0133】
【0134】
<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(化合物(b-1))100モル部、ジアミン化合物として化合物(DA-1)20モル部、化合物(a-1)10モル部、化合物(a-4)20モル部、及び化合物(a-7)50モル部をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解し、40℃で6時間反応を行い、ポリアミック酸(これを重合体(PAA-1)とする)を15質量%含有する溶液を得た。
【0135】
[合成例2~55]
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(PAA-2)~(PAA-48)及び重合体(pa-1)~(pa-7))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1~3)の数値は、各ポリアミック酸の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(モル比)を表す。ジアミン化合物(ジアミン1~4)の数値は、各ポリアミック酸の合成に使用したジアミン化合物の全量100モル部に対する各化合物の割合(モル比)を表す。
【0136】
【0137】
2.ポリイミドの合成
[合成例56]
合成例1と同様の操作を行い、重合体(PAA-1)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80%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。
【0138】
[合成例57]
ピリジン及び無水酢酸の添加量を、合成例56で使用した量に対してそれぞれ0.6倍量とした以外は合成例56と同様の操作を行いイミド化率約60%のポリイミド(これを重合体(PI-2)とする)を15質量%含有する溶液を得た。
【0139】
[合成例58]
合成例4と同様の操作を行い、重合体(PAA-4)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。その際、ピリジン及び無水酢酸の添加量を、合成例56で使用した量に対して0.6倍量となるよう調整した。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-3)とする)を15質量%含有する溶液を得た。
【0140】
[合成例59]
合成例11と同様の操作を行い、重合体(PAA-11)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。その際、ピリジン及び無水酢酸の添加量を、合成例56で使用した量に対して0.6倍量となるよう調整した。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50%のポリイミド(これを重合体(PI-4)とする)を15質量%含有する溶液を得た。
【0141】
[合成例60]
合成例12と同様の操作を行い、重合体(PAA-12)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。その際、ピリジン及び無水酢酸の添加量を、合成例56で使用した量に対して0.6倍量となるよう調整した。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50%のポリイミド(これを重合体(PI-5)とする)を15質量%含有する溶液を得た。
【0142】
[合成例61]
テトラカルボン酸二無水物として化合物(b-1)70モル部及び化合物(b-2)30モル部、ジアミン化合物として化合物(DA-1)20モル部、化合物(DA-11)20モル部及び化合物(a-7)60モル部をNMPに溶解し、40℃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80%のポリイミド(これを重合体(pii-1)とする)を15質量%含有する溶液を得た。
【0143】
<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1で得た重合体(PAA-1)を含む溶液を固形分として30質量部、合成例17で得た重合体(PAA-14)を含む溶液を固形分として70質量部、化合物(N-1)を2質量部、及び化合物(N-3)を1質量部混合し、NMP、N-エチル-2-ピロリドン(NEP)、ガンマブチロラクトン(BL)、及びブチルセロソルブ(BC)により希釈して、溶剤組成がNMP/NEP/BL/BC=15/45/20/20(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。
【0144】
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5,000J/m2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対し、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。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/m2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個以上の液晶セルを製造し、最も良好な配向特性を示した露光量(最適露光量)の液晶セルを、以下の液晶配向性、配向均一性及びVHR信頼性の評価に用いた。
【0145】
3.リタデーション変化率による液晶配向性の評価
上記2.で製造した液晶セルを、27,000cd/m2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。まず、上記2.で製造した液晶セルにつき、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(z-1)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を算出した。変化率αが小さいほど、液晶配向性が安定しており信頼性が良好であるといえる。変化率αが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 …(z-1)
(式(z-1)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(配向安定性)の評価は「良好(○)」の評価であった。
【0146】
4.配向均一性の評価
上記2.で製造した液晶セルを用い、オプトサイエンス社製Axoscanにより一画素面内の任意の20点でリタデーションを測定し、その標準偏差を算出した。評価は、リタデーションの標準偏差が0.05以下の場合を「良好(○)」、0.05よりも大きく0.07以下であった場合を「可(△)」、0.07よりも大きかった場合を「不良(×)」とした。その結果、この実施例の配向均一性は「良好(○)」の評価であった。
【0147】
5.VHR信頼性の評価
上記2.で製造した液晶セルにつき、電圧保持率についての信頼性を評価した。評価は以下のようにして行った。まず、液晶セルに1Vの電圧を60マイクロ秒印加した後、印加解除から1670ミリ秒後の電圧保持率(VHR1)を測定した。次いで、液晶セルにCCFL(バックライト)を60℃で1週間照射した後、室温中に静置して室温まで自然冷却した。冷却後、液晶セルに1Vの電圧を60マイクロ秒印加した後、印加解除から1670ミリ秒後の電圧保持率(VHR2)を測定した。なお、測定装置には、東陽テクニカ社製VHR測定装置「VHR-1」を使用した。このときのVHRの変化率(ΔVHR)をVHR1とVHR2との差分(ΔVHR=VHR1-VHR2)により算出し、ΔVHRによってVHR信頼性を評価した。ΔVHRが15%未満であった場合を「良好(○)」、15%以上20%以下であった場合を「可(△)」、20%よりも大きかった場合を「不良(×)」と判定した。その結果、この実施例のVHR信頼性は「可(△)」の評価であった。
【0148】
6.膜強度(基板への密着性)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)をシール剤の幅が1mmになるように塗布し、もう1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/m2(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。加熱後、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、基板に対する膜の密着性を評価した。評価は、密着力が200N/cm2以上であった場合を「良好(○)」、100N/cm2以上200N/cm2未満であった場合を「可(△)」、100N/cm2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212N/cm2であり、「良好(○)」の評価であった。
【0149】
7.膜強度(ラビング耐性)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、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。この塗膜につき、ヘイズメーター(hazemeter)を用いて塗膜のヘイズ値を測定した。次いで、塗膜に対し、コット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5回実施した。その後、ヘイズメーターを用いて液晶配向膜のヘイズ値を測定し、ラビング処理前のヘイズ値との差(ヘイズ変化値)を計算した。ラビング処理前の膜のヘイズ値をHz1(%)、ラビング処理後の膜のヘイズ値をHz2(%)とした場合、ヘイズ変化値は下記数式(z-2)で表される。
ヘイズ変化値(%)=Hz2-Hz1 …(z-2)
液晶配向膜におけるヘイズ変化値が0.5未満であった場合を「良好(○)」、ヘイズ変化値が0.5以上1.5以下であった場合を「可(△)」、1.5よりも大きかった場合を「不良(×)」と評価した。ヘイズ変化値が1.5以下(より好ましくは0.5未満)であれば膜強度が十分に高くラビング耐性が高い、すなわち膜の力学特性が良好であるといえる。その結果、この実施例では「良好(○)」の評価であった。
【0150】
[実施例2~70及び比較例1~8]
液晶配向剤の組成を表2及び表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。また、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型液晶セルを製造し、各種評価を行った。それらの結果を表2及び表3に示す。なお、質量比欄の数値は、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(重合体、添加剤)の固形分での配合割合(質量部)を表す。
【0151】
【0152】
【0153】
表2及び表3に示すように、上記式(1)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(I)を有し、かつ上記式(3)で表される化合物に由来する構造単位(T)を所定割合以上有するイミド系重合体(第1重合体)と、上記式(2)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(II)を有するイミド系重合体(第2重合体)とを含有する液晶配向剤を用いた実施例1~70では、第1重合体及び第2重合体のうち少なくとも一方を含まない液晶配向剤を用いた比較例1~8に比べて、液晶配向性(配向安定性及び配向均一性)、VHR信頼性、膜強度(膜の密着性及びラビング耐性)がバランスよく改善された。
【0154】
中でも、実施例1~70のうち、実施例2~6、9~21、24~32、41、50~51では、液晶配向性、VHR信頼性及び膜強度が「良好(○)」の評価であり、液晶配向性を維持しながら、電気特性(VHR信頼性)及び膜強度を改善できることが示された。これは、構造単位(I)を含む第1重合体が4種類以上のジアミン化合物を用いて得られた重合体であることにより、液晶配向性及び膜強度をより改善できたとともに、構造単位(II)を含む第2重合体中に、脱離性基で保護された強い塩基性の窒素含有基を有することにより、液晶配向性を維持しながら電気特性を改善できたことによるものと考えられる。
【0155】
[実施例71:ラビングFFS型液晶表示素子]
1.液晶配向剤の調製
合成例1で得た重合体(PAA-1)を含む溶液を固形分として40質量部、合成例17で得た重合体(PAA-14)を含む溶液を固形分として60質量部、化合物(N-1)を2質量部、及び化合物(N-3)を1質量部混合し、NMP、NEP及びブチルセロソルブ(BC)により希釈して、溶剤組成がNMP/NEP/BC=20/40/40(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-79)を調製した。
【0156】
2.ラビング法を用いた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基板の片面のそれぞれに液晶配向剤(AL-79)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。
【0157】
3.評価
上記2.で製造した液晶セルにつき、実施例1と同様の方法により液晶配向性を評価した。また、液晶配向剤(AL-79)を用いて、実施例1と同様にして膜強度(膜の密着性及びラビング耐性)を評価した。評価結果を表3に示す。
【0158】
[実施例72~82及び比較例9~12]
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71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71と同様にしてラビング法によりFFS型液晶セルを製造し、各種評価を行った。それらの結果を表4に示した。なお、表4中、質量比欄の数値は、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(重合体、添加剤)の固形分での配合割合(質量部)を表す。
【0159】
【0160】
表4に示すように、上記式(1)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(I)を有し、かつ上記式(3)で表される化合物に由来する構造単位(T)を所定割合以上有するイミド系重合体(第1重合体)と、上記式(2)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(II)を有するイミド系重合体(第2重合体)とを含有する液晶配向剤を用いた実施例71~82では、第1重合体及び第2重合体のうち少なくとも一方を含まない液晶配向剤を用いた比較例9~12に比べて、液晶配向性(配向安定性及び配向均一性)、VHR信頼性、膜強度(膜の密着性及びラビング耐性)がバランスよく改善された。
【0161】
以上の結果から、上記式(1)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(I)を有し、かつ上記式(3)で表される化合物に由来する構造単位(T)を所定割合以上有するイミド系重合体と、上記式(2)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(II)を有するイミド系重合体とを含有する液晶配向剤によれば、液晶配向性(配向安定性、配向均一性)及びVHR信頼性に優れた液晶素子を得ることができるとともに、力学特性に優れた液晶配向膜を形成できることが明らかになった。