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JP2018032029A - 液晶配向剤およびその製造方法 - Google Patents

液晶配向剤およびその製造方法 Download PDF

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JP2018032029A JP2017158698A JP2017158698A JP2018032029A JP 2018032029 A JP2018032029 A JP 2018032029A JP 2017158698 A JP2017158698 A JP 2017158698A JP 2017158698 A JP2017158698 A JP 2017158698A JP 2018032029 A JP2018032029 A JP 2018032029A
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Wan-Ting Huang
蔡宗沛
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Abstract

【課題】 インピーダンスおよびプレチルト角の安定性に優れた液晶配向膜を形成することができる液晶配向剤を提供する。それにより形成された液晶配向膜を液晶表示素子に適用した時により優れた表示品質を実現できるようにする。【解決手段】 本発明は、ポリアミック酸重合体、ポリイミド重合体、ポリイミド系ブロック共重合体および上記重合体の任意の組み合わせからなる群より選ばれる重合体(A)と、桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)と、溶媒(C)とを含む液晶配向剤およびその製造方法に関するものである。また、本発明は、前記液晶配向剤により形成された液晶配向膜、液晶配向膜の製造方法および上記配向膜を含む液晶表示素子も提供する。【選択図】なし

Description

本発明は、液晶配向剤、液晶配向膜および液晶表示素子に関するものであり、特に、優れたインピーダンスとプレチルト角安定性を有する液晶配向膜を形成することのできる液晶配向剤、その液晶配向剤により形成された液晶配向膜、およびその液晶配向膜を有する液晶表示素子に関するものである。
液晶ディスプレイが大型ディスプレイ仕様へと発展するにつれ、大型ディスプレイの視野角の問題を克服するために、液晶表示パネルの広視野角技術も進歩および発展する必要がある。マルチドメイン垂直配向(multi-domain vertical alignment, MVA)型液晶表示パネルは、一般的な広視野角技術である。MVA型液晶表示パネルは、液晶パネルに突起(protrusion)を形成し、突起が液晶分子の傾斜方向を規制することにより、広視野角の表示効果を達成することができる。しかしながら、MVA型液晶表示パネルは、突起に起因する透過率およびコントラストが不十分であり、さらに液晶分子の応答速度が遅い問題を回避することができない。
近年、上記の問題を解決するため、高分子維持配向(polymer-sustained alignment, PSA)型技術が開発された。この技術は、パターン状導電膜を有する基板とパターン状導電膜を有さない基板により形成された1対の基板の間隙、またはそれぞれパターン状導電膜を有する2つの基板により形成された1対の基板の間隙に重合性化合物含む液晶組成物を狭持させ、導電膜間に電圧を印加する時に液晶組成物に紫外線を照射して、重合性化合物を重合する技術である。その結果、プレチルト角特性が表れ、液晶配向の方向が制御される。この技術により、導電膜が特定の構造を形成して、広視野角および液晶分子の応答速度が向上する効果を達成することができるため、MVA型液晶表示パネルの透過率およびコントラストが不十分であるという必然的問題を解決することができる。
しかしながら、重合性化合物を重合させるためには、大量の紫外線(例えば、100,000J/m2)を照射する必要がある。そのため、液晶分子が分解される問題の他に、紫外線照射により重合されなかった未反応化合物も液晶層に残って不純物汚染(impurity contamination)を形成し、液晶表示素子にムラ(mura)欠陥の問題が生じるため、特に電気特性に対して悪い影響を与える。さらに、液晶層に使用する液晶分子の種類は、添加する重合性化合物に対応していなければならないため、種類が限定される。
同時に、非特許文献1は、反応性液晶を含有するポリイミド系液晶配向剤により液晶配向膜を形成する方法を提案した。
今の段階では、液晶表示素子の高精細化、および液晶表示素子のコントラスト低下抑制または残像現像低減に対する要求に伴い、液晶配向膜を使用する際に電圧保持率を増加させなければならないことや、直流電圧を印加した際の残留電荷の減少、および/または直流電圧により蓄積した残留電荷を早めに緩和するといった特性も次第に重要となりつつある。
電圧保持率を増加させ、かつ高温下で長時間曝された後でも、直流電圧により蓄積した残留電荷を早めに緩和することができるように、ポリアミック酸および/またはポリイミド、該ポリアミック酸およびポリイミドの原料として使用可能なジアミン化合物を含有する液晶配向剤を使用することが知られている(例えば、特許文献1参照)。
国際公開第2009/093704号
Y.−J.Lee et.al.SID 09 DIGEST,p.666(2009)
しかし、近年、大画面で高画質な液晶テレビが既に広く使用され、これらの用途の液晶表示素子においては、主に文字または静止画面を表示する従来のディスプレイの用途に比べ、過酷な使用環境下でインピーダンスおよびプレチルト角の優れた安定性特性を備えなければならない。
そのため、いかにして優れたインピーダンスとプレチルト角安定性を有する液晶配向膜を形成することのできる液晶配向剤を提供し、それにより形成された液晶配向膜を液晶表示素子に適用した時により優れた表示品質を実現できるようにするかが、本分野の技術者が早急に解決すべき課題となっている。
したがって、本発明は、特殊な重合体を含む、優れたインピーダンスとプレチルト角安定性を有する液晶配向膜を形成することのできる液晶配向剤、その液晶配向剤により形成された液晶配向膜、およびその液晶配向膜を有する液晶表示素子を提供する。
したがって、本発明は、
重合体(A)と、
桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)と、
溶媒(C)と
を含む液晶配向剤に関し、
該重合体(A)は、ポリアミック酸重合体、ポリイミド重合体、ポリイミド系ブロック共重合体、および上記重合体の任意の組み合わせからなる群より選ばれ、かつ
該重合体(A)は、式(Ia)で表される単位を含む。
[式(Ia)において、Yは、単結合、−COO−、−CONR−または−R−NR−であり、
は、水素原子、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、単結合、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、単結合、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
Htは、含窒素複素環であり、
は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のオキシアルキル基、ニトリル基またはカルボニル基であり、
は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、または
とRとは、互いに結合して単環を形成していてもよく、
a1は、0〜1の整数であり、
a2は、0〜2の整数であり、
Yが単結合である場合、a1は0であり、
Yが−COO−、−CONR−または−R−NR−である場合、a1は1であり、そして
*は、結合位置である。]
本発明は、さらに、上述した液晶配向剤により形成される液晶配向膜を提供する。
本発明は、さらに、上述した液晶配向膜を含む液晶表示素子を提供する。
本発明は、また、重合体(A)と、桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)と、溶媒(C)とを混合することを含む液晶配向剤の製造方法を提供する。
本発明は、また、液晶配向剤によって液晶配向膜を形成することを含む液晶配向膜の製造方法を提供し、該液晶配向剤は、前記の液晶配向剤の製造方法により形成される。
本発明は、また、液晶配向膜を含む液晶表示素子の製造方法を提供し、該製造方法は、前記の液晶配向剤の製造方法により形成された該液晶配向剤によって該液晶配向膜を形成することを含む。
本発明は、
重合体(A)と、
桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)と、
溶媒(C)と
を含む液晶配向剤を提供し、
該重合体(A)は、ポリアミック酸重合体、ポリイミド重合体、ポリイミド系ブロック共重合体、および上記重合体の任意の組み合わせからなる群より選ばれ、かつ
該重合体(A)は、式(Ia)で表される単位を含む。
[式(Ia)において、Yは、単結合、−COO−、−CONR−または−R−NR−であり、
は、水素原子、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、単結合、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、単結合、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
Htは、含窒素複素環であり、
は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のオキシアルキル基、ニトリル基またはカルボニル基であり、
は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、または
とRとは、互いに結合して単環を形成していてもよく、
a1は、0〜1の整数であり、
a2は、0〜2の整数であり、
Yが単結合である場合、a1は0であり、
Yが−COO−、−CONR−または−R−NR−である場合、a1は1であり、そして
*は、結合位置である。]
重合体(A)は、混合物を反応させることによって得られる。混合物は、テトラカルボン酸二無水物成分(a1)およびジアミン成分(a2)を含む。
具体的に説明すると、重合体(A)は、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリアミック酸−ポリイミドブロック共重合体、またはこれらの重合体の組み合わせを含む。特に、ポリイミド系ブロック共重合体は、ポリアミック酸ブロック共重合体、ポリイミドブロック共重合体、ポリアミック酸−ポリイミドブロック共重合体、またはこれらの重合体の組み合わせを含む。ポリアミック酸重合体、ポリイミド重合体、およびポリアミック酸−ポリイミドブロック共重合体は、いずれもテトラカルボン酸二無水物成分(a1)とジアミン成分(a2)の混合物を反応させることによって得ることができる。
該重合体(A)は、式(Ia)で表される単位を含む。
[式(Ia)において、Yは、単結合、−COO−、−CONR−または−R−NR−であり、
は、水素原子、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、単結合、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、単結合、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
Htは、含窒素複素環であり、
は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のオキシアルキル基、ニトリル基またはカルボニル基であり、
は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、または
とRとは、互いに結合して単環を形成していてもよく、
a1は、0〜1の整数であり、
a2は、0〜2の整数であり、
Yが単結合である場合、a1は0であり、
Yが−COO−、−CONR−または−R−NR−である場合、a1は1であり、そして
*は、結合位置である。]
好ましくは、該重合体(A)は、式(Ia−1)、式(Ia−2)または式(Ia−3)で表される単位を含む。
[Yは、単結合、−COO−、−CONR−または−R−NR−であり、
は、水素原子、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、単結合、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、単結合、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のオキシアルキル基、ニトリル基またはカルボニル基であり、
は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、または
とRとは、互いに結合して単環を形成していてもよく、
a1は、0〜1の整数であり、
a2は、0〜2の整数であり、
Yが単結合である場合、a1は0であり、
Yが−COO−、−CONR−または−R−NR−である場合、a1は1であり、そして
*は、結合位置である。]
テトラカルボン酸二無水物成分(a1)は、脂肪族テトラカルボン酸二無水物化合物、脂環式テトラカルボン酸二無水物化合物、芳香族テトラカルボン酸二無水物化合物、式(I−1)〜式(I−6)で表されるテトラカルボン酸二無水物化合物のうちの少なくとも1つ、またはこれらの化合物の組み合わせを含む。
脂肪族テトラカルボン酸二無水物化合物、脂環式テトラカルボン酸二無水物化合物、および芳香族テトラカルボン酸二無水物化合物の具体例は、下記の通りである。しかしながら、本発明はこれらの具体例に限定されない。
脂肪族テトラカルボン酸二無水物化合物の具体例は、エタンテトラカルボン酸二無水物(ethane tetracarboxylic dianhydride)、ブタンテトラカルボン酸二無水物(butane tetracarboxylic dianhydride)、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられるが、本発明はこれに限定されない。
脂環式テトラカルボン酸二無水物化合物の具体例は、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2−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、1,3−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、1,3−ジクロロ−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−テトラメチル−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−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物、シス−3,7−ジブチル−シクロへプチル−1,5−ジエン−1,2,5,6−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、ビシクロ[2,2,2]−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられるが、本発明はこれに限定されない。
芳香族テトラカルボン酸二無水物化合物の具体例は、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−1−コハク酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3’,3,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルエタンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジメチルジフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−テトラフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−フランテトラカルボン酸二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルフィド二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルホン二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルプロパン二無水物(4,4’-bis(3,4-dicarboxy phenoxy)diphenylpropane dianhydride)、3,3’,4,4’−パーフルオロイソプロピリデンジフェニルジカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(フタル酸)フェニルスルフィンオキシド二無水物、p−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、m−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルエーテル二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルメタン二無水物、エチレングリコール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、プロピレングリコール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,4−ブタンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,6−ヘキサンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、1,8−オクタンジオール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン−ビス(アンヒドロトリメリテート)、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン(1,3,3a,4,5,9b-hexahydro-5-(tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl)naphtho[1,2-c]furan-1,3-dione)、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−7−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−7−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−エチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5,8−ジメチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)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ル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸二無水物、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられるが、本発明はこれに限定されない。
式(I−1)〜式(I−6)で表されるテトラカルボン酸二無水物化合物は、以下の通りである。
式(I−5)において、A1は、芳香族環を含有する二価の基を示し;rは、1〜2の整数を示し;A2およびA3は、同じであっても、異なっていてもよく、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基を示すことができる。式(I−5)で表されるテトラカルボン酸二無水物化合物は、式(I−5−1)〜式(I−5−3)で表される化合物のうちの1つを含む。
式(I−6)において、A4は、芳香族環を含有する二価の基を示し;A5およびA6は、同じであっても、異なっていてもよく、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基を示す。式(I−6)で表されるテトラカルボン酸二無水物化合物は、好ましくは、式(I−6−1)で表される化合物である。
テトラカルボン酸二無水物成分(a1)は、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。
テトラカルボン酸二無水物成分(a1)は、好ましくは、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-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride)、1,2,3,4−シクロペン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(2,3,5-tricarboxycyclopentylacetic dianhydride)、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−1−コハク酸二無水物、ピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride)、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、および3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、またはこれらの化合物の組み合わせを含む。
ジアミン成分(a2)の合計モル数100モルに対し、テトラカルボン酸二無水物成分(a1)の使用量は、好ましくは、80モル〜120モルであり;テトラカルボン酸二無水物成分(a1)の使用量は、より好ましくは、85モル〜115モルである。
本発明によるジアミン成分(a2)は、式(Ib)で表されるジアミン化合物(a2−1)を少なくとも一種含む。
[式(Ib)において、
Yは、単結合、−COO−、−CONR−または−R−NR−であり、
は、水素原子、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、単結合、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、単結合、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
Htは、含窒素複素環であり、
は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のオキシアルキル基、ニトリル基またはカルボニル基であり、
は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、または
とRとは、互いに結合して単環を形成していてもよく、
a1は、0〜1の整数であり、
a2は、0〜2の整数であり、
Yが単結合である場合、a1は0であり、そして
Yが−COO−、−CONR−または−R−NR−である場合、a1は1である。]
好ましくは、該ジアミン成分(a2)は、式(Ib−1)、式(Ib−2)または式(Ib−3)で表されるジアミン化合物(a2−1)を含む。
[式中、
Yは、単結合、−COO−、−CONR−または−R−NR−であり、
は、水素原子、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、単結合、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、単結合、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のオキシアルキル基、ニトリル基またはカルボニル基であり、
は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、または
とRとは、互いに結合して単環を形成していてもよく、
a1は、0〜1の整数であり、
a2は、0〜2の整数であり、
Yが単結合である場合、a1は0であり、そして
Yが−COO−、−CONR−または−R−NR−である場合、a1は1である。]
該ジアミン化合物(a2−1)の具体例は
である。
ジアミン成分(a2)の合計使用量100モルに対し、ジアミン化合物(a2−1)の使用量は、20モル〜60モルであってもよく、好ましくは、25モル〜55モルであり、より好ましくは、30モル〜50モルである。
重合体(A)としてジアミン化合物(a2−1)を使用しない場合、製造された液晶配向剤は、インピーダンスおよびプレチルト角の安定性が良くないという欠陥を有する。
好ましくは、本発明のジアミン成分(a2)は、さらに他のジアミン化合物(a2−2)を含んでもよい。
他のジアミン化合物(a2−2)は、脂肪族ジアミン化合物、脂環式ジアミン化合物、芳香族ジアミン化合物、式(III−1)〜式(III−25)を有するジアミン化合物、またはその組み合わせを含む。
脂肪族ジアミン化合物の具体例は、1,2−ジアミノエタン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、4,4’−ジアミノヘプタン、1,3−ジアミノ−2,2−ジメチルプロパン、1,6−ジアミノ−2,5−ジメチルヘキサン、1,7−ジアミノ−2,5−ジメチルヘプタン、1,7−ジアミノ−4,4−ジメチルヘプタン、1,7−ジアミノ−3−メチルヘプタン、1,9−ジアミノ−5−メチルノナン、2,11−ジアミノドデカン、1,12−ジアミノオクタデカン、1,2−ビス(3−アミノプロポキシ)エタン、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられるが、本発明はこれに限定されない。
脂環式ジアミン化合物の具体例は、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルアミン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、テトラヒドロジシクロペンタジエニレンジアミン、トリシクロ[6.2.1.02,7]−ウンデシレンジメチルジアミン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられるが、本発明はこれに限定されない。
芳香族ジアミン化合物の具体例は、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スルホン、4,4’−ジアミノベンゾイルアニリン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、1,5−ジアミノナフタレン、5−アミノ−1−(4’−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、6−アミノ−1−(4’−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダン、ヘキサヒドロ−4,7−メタノインデニレンジメチレンジアミン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)−10−ヒドロアントラセン、9,10−ビス(4−アミノフェニル)アントラセン(9,10-bis(4-aminophenyl)anthracene)、2,7−ジアミノフルオレン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)、4,4’−(p−フェニレンイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’−(m−フェニレンイソプロピリデン)ビスアニリン、2,2’−ビス[4−(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ビス[(4−アミノ−2−トリフルオロメチル)フェノキシ]オクタフルオロビフェニル、5−[4−(4−n−ペンチルシクロヘキシル)シクロヘキシル]フェニルメチレン−1,3−ジアミノベンゼン(5-[4-(4-n-pentylcyclohexyl)cyclohexyl]phenylmethylene-1,3-diamino benzene)、1,1−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−4−(4−エチルフェニル)シクロヘキサン(1,1-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]-4-(4-ethylphenyl)cyclohexane)、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられるが、本発明はこれに限定されない。
式(a2−2−1)〜式(a2−2−26)を有するジアミン化合物は、以下の通りである。
式(a2−2−1)において、B1は、
を示し;
2は、ステロイド(steroid)骨格を有する基、トリフルオロメチル基、フッ素原子、炭素数2〜30のアルキル基、あるいはピリジン、ピリミジン、トリアジン、ピペリジンまたはピペラジン等から誘導された窒素原子含有環構造の一価の基を示す。
式(a2−2−1)で表されるジアミン化合物の具体例は、2,4−ジアミノフェニルギ酸エチル(2,4-diaminophenyl ethyl formate)、3,5−ジアミノフェニルギ酸エチル(3,5-diaminophenyl ethyl formate)、2,4−ジアミノフェニルギ酸プロピル(2,4-diaminophenyl propyl formate)、3,5−ジアミノフェニルギ酸プロピル(3,5-diaminophenyl propyl formate)、1−ドデコキシ−2,4−ジアミノベンゼン(1-dodecoxy-2,4-diaminobenzene)、1−ヘキサデコキシ−2,4−ジアミノベンゼン(1-hexadecoxy-2,4-diaminobenzene)、1−オクタデコキシ−2,4−ジアミノベンゼン(1-octadecoxy-2,4-diaminobenzene)、式(a2−2−1−1)〜式(a2−2−1−6)で表される化合物のうちの少なくとも1つ、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられるが、本発明はこれに限定されない。
式(a2−2−1−1)〜式(a2−2−1−6)で表される化合物は、以下の通りである。
式(a2−2−2)において、B1は、式(III−1)のB1と同義であり、B3およびB4は、それぞれ独立して、二価の脂肪族環、二価の芳香族環、または二価の複素環を示し;
5は、炭素数が3〜18のアルキル基、炭素数が3〜18のアルコキシ基、炭素数が1〜5のフルオロアルキル基、炭素数が1〜5のフルオロアルコキシ基、シアノ基、またはハロゲン原子を示す。
式(a2−2−2)で表される化合物の具体例は、式(a2−2−2−1)〜式(a2−2−2−13)で表される化合物のうちの少なくとも1つが挙げられる。具体的に説明すると、式(a2−2−2−1)〜式(a2−2−2−13)で表される化合物は、以下の通りである。
式(a2−2−2−10)〜式(a2−2−2−13)において、sは、3〜12の整数を示す。
式(a2−2−3)において、B6は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜5のアシル基、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のアルコキシ基、またはハロゲン原子を示し、各繰り返し単位中のB6は、同じであっても、異なっていてもよく;
uは、1〜3の整数を示す。
式(a2−2−3)で表されるジアミン化合物の具体例は、uが1の時:p−ジアミノベンゼン、m−ジアミノベンゼン、o−ジアミノベンゼン、または2,5−ジアミノトルエン等が挙げられ;uが2の時:4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’,5,5’−テトラクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジクロロ−4,4’−ジアミノ−5,5’−ジメトキシビフェニル、または4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル等が挙げられ;uが3の時:1,4−ビス(4’−アミノフェニル)ベンゼン等が挙げられる。
式(a2−2−3)で表されるジアミン化合物の具体例は、好ましくは、p−ジアミノベンゼン、2,5−ジアミノトルエン、4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、1,4−ビス(4’−アミノフェニル)ベンゼン、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられる。
式(a2−2−4)において、vは、2〜12の整数を示す。
式(a2−2−5)において、wは、1〜5の整数を示す。
式(a2−2−5)で表される化合物は、より好ましくは、4,4’−ジアミノ−ジフェニルスルフィドである。
式(a2−2−6)において、B7およびB9は、それぞれ独立して、二価の有機基を示し、B7およびB9は、同じであっても、異なっていてもよく;
8は、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、ピペリジン、またはピペラジン等から誘導された窒素原子含有環構造の二価の基を示す。
式(a2−2−7)において、B10、B11、B12およびB13は、それぞれ独立して、炭素数1〜12の炭化水素基を示し、B10、B11、B12およびB13は、同じであっても、異なっていてもよく;x1は、それぞれ独立して、1〜3の整数を示し;x2は、1〜20の整数を示す。
式(a2−2−8)において、B14は、酸素原子またはシクロへキシレン基を示し;
15は、メチレン(methylene)基(−CH2−)を示し;
16は、フェニレン基またはシクロへキシレン基を示し;
17は、水素原子またはヘプチル基を示す。
式(a2−2−8)で表されるジアミン化合物の具体例は、式(a2−2−8−1)で表される化合物、式(a2−2−8−2)で表されるジアミン化合物、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられる。
式(a2−2−9)〜式(a2−2−30)で表される化合物は、以下の通りである。
式(a2−2−17)〜式(a2−2−25)において、B18は、好ましくは、炭素数1〜10のアルキル基、または炭素数1〜10のアルコキシ基を示し;B19は、好ましくは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、または炭素数1〜10のアルコキシ基を示す。
[式(a2−2−26)において、B20、B22は、それぞれ独立して、単結合、−O−、−COO−または−OCO−を示し、B21は、炭素数1〜3のアルキレン基であり、B23は、単結合または炭素数1〜3のアルキレン基である。dとgとは、それぞれ独立して、0または1を示し、eは、0〜2の整数を示し、fは、1〜20の整数を示し、ただし、dとeとは同時に0ではない。]
式(a2−2−26)において、「−B20−(B21−B22−」で表される2価の基は、好ましくは、炭素数1〜3のアルキレン基、−O−、−COO−または−O−C−O−(ただし、*は、ジアミノフェニル基と結合する結合位置を示す)である。「−C2f+1」で表される基は、好ましくは、直鎖状である。ジアミノフェニル基の二つのアミノ基は、他の基の位置に対して、好ましくは、2,4位または3,5位である。
式(a2−2−26)で表される化合物の具体例は、下記式(a2−2−26−1)〜式(a2−2−26−4)で表される化合物を挙げることができる。
他のジアミン化合物(a2−2)は、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。
他のジアミン化合物(a2−2)の具体例は、好ましくは、1,2−ジアミノエタン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、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、5−[4−(4−n−ペンチルシクロヘキシル)シクロヘキシル]フェニルメチレン−1,3−ジアミノベンゼン、1,1−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−4−(4−エチルフェニル)シクロヘキサン、2,4−ジアミノフェニルギ酸エチル、式(III−1−1)で表される化合物、式(III−1−2)で表される化合物、式(III−1−5)で表される化合物、式(III−2−1)で表される化合物、式(III−2−11)で表される化合物、p−ジアミノベンゼン、m−ジアミノベンゼン、o−ジアミノベンゼン、式(III−8−1)で表される化合物、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられるが、本発明はこれに限定されない。
ジアミン成分(a2)の使用量100モルに対し、他のジアミン化合物(a2−2)の使用量は、40モル〜80モルであってもよく、好ましくは、45モル〜75モルであり、より好ましくは、50モル〜70モルである。
重合体(A)の作製方法
重合体(A)は、ポリアミック酸およびポリイミドのうちの少なくとも1つを含むことができる。また、重合体(A)は、さらに、ポリイミド系ブロック共重合体を含んでもよい。以下、上述した各重合体の作製方法について、さらに詳しく説明する。
ポリアミック酸の作製方法
ポリアミック酸の作製方法は、まず、テトラカルボン酸二無水物成分(a1)とジアミン成分(a2)を含む混合物を溶媒中に溶解する。そして、0℃〜100℃の温度で重縮合反応を行う。1時間〜24時間反応させた後、蒸発器で反応液を減圧蒸留することにより、ポリアミック酸が得られる。あるいは、反応液を大量の貧溶媒(poor solvent)に注入して、沈殿物を得た後、減圧乾燥の方法で沈殿物を乾燥させることにより、ポリアミック酸が得られる。
重縮合反応で使用する溶媒は、下記の液晶配向剤中の溶媒と同じであっても、異なっていてもよく、且つ重縮合反応で使用する溶媒は、反応物と生成物を溶解できる溶媒であれば、特に限定されない。溶媒は、好ましくは、(1)例えば、N−メチル−2−ピロリドン(N-methyl-2-pyrrolidinone, NMP)、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、またはヘキサメチルホスホルアミド等の非プロトン性極性溶媒;あるいは(2)例えば、m−クレゾール、キシレノール、フェノール、またはハロゲン化フェノール等のフェノール溶媒が挙げられるが、本発明はこれに限定されない。混合物の合計使用量100重量部に対し、重縮合反応で使用する溶媒の使用量は、好ましくは、200重量部〜2000重量部であり、より好ましくは、300重量部〜1800重量部である。
言及すべきこととして、重縮合反応において、溶媒は、ポリアミック酸を沈殿させない適切な量の貧溶媒と併用することができる。貧溶媒は、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよく、(1)メタノール、エタノール、イソプロパノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4 −ブタンジオール、またはトリグリコール等のアルコール;(2)アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、またはシクロヘキサノン等のケトン;(3)メチルアセテート、エチルアセテート、ブチルアセテート、ジエチルオキサレート、ジエチルマロネート、またはエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエステル;(4)ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールn−プロピルエーテル、エチレングリコールイソプロピルエーテル、エチレングリコールn−ブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、またはジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル;(5)ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、1,4−ジクロロブタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン、またはo−ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素;あるいは(6)テトラヒドロフラン、ヘキサン、へプタン、オクタン、ベンゼン、トルエン、またはキシレン等の炭化水素、またはこれらの溶媒の任意の組み合わせが挙げられるが、本発明はこれに限定されない。ジアミン成分(a2)の使用量100重量部に対し、貧溶媒の使用量は、好ましくは、0重量部〜60重量部であり、より好ましくは、0重量部〜50重量部である。
ポリイミドの作製方法
ポリイミドの作製方法は、上述したポリアミック酸の作製方法で得られたポリアミック酸を脱水剤および触媒の存在下で加熱することを含む。加熱プロセスにおいて、ポリアミック酸中のアミック酸官能基を脱水環化反応によりイミド官能基に変換(すなわち、イミド化)することができる。
脱水環化反応で使用する溶媒は、液晶配向剤中の溶媒(D)と同じであってもよいため、ここでは繰り返し説明しない。ポリアミック酸の使用量100重量部に対し、脱水環化反応で使用する溶媒の使用量は、好ましくは、200重量部〜2000重量部であり、より好ましくは、300重量部〜1800重量部である。
好ましいポリアミック酸のイミド化度を得るため、脱水環化反応の操作温度は、好ましくは、40℃〜200℃であり、より好ましくは、40℃〜150℃である。脱水環化反応の操作温度が40℃よりも低い時、イミド化の反応が不完全になるため、ポリアミック酸のイミド化度が下がる。しかしながら、脱水環化反応の操作温度が200℃よりも高い時、得られるポリイミドは、重量平均分子量が比較的低い。
脱水環化反応で使用する脱水剤は、酸無水物化合物から選ぶことができ、その具体例は、例えば、無水酢酸、プロピオン酸無水物、またはトリフルオロ酢酸無水物等が挙げられる。ポリアミック酸1モルに対し、脱水剤の使用量は、0.01モル〜20モルである。脱水環化反応で使用する触媒は、(1)ピリジン、トリメチルピリジン、またはジメチルピリジン等のピリジン化合物;(2)トリエチルアミン等の第三級アミン化合物から選ぶことができる。脱水剤の使用量1モルに対し、触媒の使用量は、0.5モル〜10モルであってもよい。
重合体(A)のイミド化率は、0%〜50%であってもよく、好ましくは、0%〜45%であり、より好ましくは、0%〜40%である。
ポリイミド系ブロック共重合体の作製方法
ポリイミド系ブロック共重合体は、ポリアミック酸ブロック共重合体、ポリイミドブロック共重合体、ポリアミック酸−ポリイミドブロック共重合体、またはこれらの重合体の任意の組み合わせから選ばれる。
ポリイミド系ブロック共重合体の作製方法は、好ましくは、まず、開始物質を溶媒中に溶解してから、重縮合反応を行うことを含む。開始物質は、少なくとも1種のポリアミック酸および/または少なくとも1種のポリイミドを含み、テトラカルボン酸二無水物成分およびジアミン成分をさらに含んでもよい。
開始物質中のカルボン酸無水物成分およびジアミン成分は、ポリアミック酸の作製方法で使用したテトラカルボン酸二無水物成分(a1)およびジアミン成分(a2)と同じであってもよい。また、重縮合反応で使用する溶媒は、下記の液晶配向剤中の溶媒(C)と同じであってもよいため、ここでは繰り返し説明しない。
開始物質の使用量100重量部に対し、重縮合反応で使用する溶媒の使用量は、好ましくは、200重量部〜2000重量部であり、より好ましくは、300重量部〜1800重量部である。重縮合反応の操作温度は、好ましくは、0℃〜200℃であり、より好ましくは、0℃〜100℃である。
開始物質は、好ましくは、(1)末端基が異なり、且つ構造が異なる2つのポリアミック酸;(2)末端基が異なり、且つ構造が異なる2つのポリイミド;(3)末端基が異なり、且つ構造が異なるポリアミック酸およびポリイミド;(4)カルボン酸無水物成分およびジアミン成分のうちの少なくとも1つがポリアミック酸の形成に使用したカルボン酸無水物成分およびジアミン成分の構造と異なるポリアミック酸、カルボン酸無水物成分、およびジアミン成分;(5)カルボン酸無水物成分およびジアミン成分のうちの少なくとも1つがポリイミドの形成に使用したカルボン酸無水物成分およびジアミン成分の構造と異なるポリイミド、カルボン酸無水物成分、およびジアミン成分;(6)カルボン酸無水物成分およびジアミン成分のうちの少なくとも1つがポリアミック酸またはポリイミドの形成に使用したカルボン酸無水物成分およびジアミン成分の構造と異なるポリアミック酸、ポリイミド、カルボン酸無水物成分、およびジアミン成分;(7)構造が異なる2つのポリアミック酸、カルボン酸無水物成分、およびジアミン成分;(8)構造が異なる2つのポリイミド、カルボン酸無水物成分、およびジアミン成分;(9)末端基として酸無水物基を有し、且つ構造が異なる2つのポリアミック酸、およびジアミン成分;(10)末端基としてアミン基を有し、且つ構造が異なる2つのポリアミック酸、およびカルボン酸無水物成分;(11)末端基として酸無水物基を有し、且つ構造が異なる2つのポリイミド、およびジアミン成分;あるいは(12)末端基としてアミン基を有し、且つ構造が異なる2つのポリイミド、およびカルボン酸無水物成分が挙げられるが、本発明はこれに限定されない。
本発明の効果に影響を与えなければ、ポリアミック酸、ポリイミドおよびポリイミド系ブロック共重合体は、予め分子量調節を行った末端変性型重合体であるのが好ましい。末端変性型の重合体を使用することによって、液晶配向剤の塗膜性能を向上させることができる。末端変性型重合体の作製方法は、ポリアミック酸の重縮合反応を行うのと同時に、単官能性化合物を追加することを含む。
単官能性化合物の具体例は、(1)無水マレイン酸、無水フタル酸、無水イタコン酸、n−デシルサクシニック酸無水物、n−ドデシルサクシニック酸無水物、n−テトラデシルサクシニック酸無水物、またはn−ヘキサデシルサクシニック酸無水物等の酸一無水物;(2)アニリン、シクロヘキシルアミン、n−ブチルアミン、n−アミルアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、n−ウンデシルアミン、n−ドデシルアミン、n−トリデシルアミン、n−テトラデシルアミン、n−ペンタデシルアミン、n−ヘキサデシルアミン、n−ヘプタデシルアミン、n−オクタデシルアミン、またはn−エイコシルアミン等のモノアミン化合物;あるいは(3)フェニルイソシアネートまたは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が挙げられるが、本発明はこれに限定されない。
本発明の桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)は、エポキシ基を含むポリシロキサン(b1)と桂皮酸誘導体(b2)を反応させることによって得られるエポキシ基を含むポリシロキサン(b1)および桂皮酸誘導体(b2)の具体例と合成は、下記の通りである。
好ましくは、該桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)は、式(IIa)で表される単位を含む。
(Rは、フッ素原子またはシアノ基であり、
aは、0〜4の整数であり、そして
*は、結合位置である。)
より好ましくは、該桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)は、式(IIa−1)または式(IIa−2)で表される単位を含む。
[式(IIa−1)および式(IIa−2)において、
Rは、フッ素原子またはシアノ基であり、
aは、0〜4の整数であり、そして
*は、結合位置であり、
式(IIa−1)において、Rは、水素原子、脂環式基を有するC〜C40の1価の有機基またはC〜C40のアルキル基であり、ただし、該アルキル基の水素原子の一部または全ては、フッ素原子で置換されていてもよく、
は、単結合、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、
は、2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環基または2価の縮合環式基であり、
は、単結合、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、そして
bは、0〜3の整数であり、
式(IIa−2)において、Rは、水素原子、脂環式基を有するC〜C40の1価の有機基またはC〜C40のアルキル基であり、ただし、該アルキル基の水素原子の一部または全ては、フッ素原子で置換されていてもよく、
は、酸素原子または2価の芳香族基であり、
は、2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環基または2価の縮合環式基であり、
は、単結合、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、そして
cは、0〜3の整数である。]
エポキシ基を含むポリシロキサン(b1)に含まれるエポキシ基含有基は、例えば、グリシジル基(glycidyl group)、グリシジルオキシ基(glycidyloxy group)、エポキシシクロヘキシル基(epoxycyclohexyl group)、またはオキセタニル基(oxetanyl group)である。
具体的に説明すると、エポキシ基を含むポリシロキサン(b1)は、式(2−1)で表される基、式(2−2)で表される基、および式(2−3)で表される基のうちの少なくとも1つを含む。
具体的に説明すると、式(2−1)で表される基は以下の通りである。
式(2−1)において、Bは、水素原子または単結合を示し;
mは、1〜3の整数を示し;
nは、0〜6の整数を示し、そのうち、dが0を示す時、Bは、単結合である。
さらに、式(2−2)で表される基は、以下の通りである。
式(2−2)において、pは、0〜6の整数を示す。
式(2−3)で表される基は、以下の通りである。
式(2−3)において、Dは、炭素数2〜6のアルキレン基を示し;Eは、水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を示す。
エポキシ基含有基は、好ましくは、式(2−1−1)で表される基、式(2−2−1)で表される基、および式(2−3−1)で表される基のうちの少なくとも1つを含む。
本発明の好ましい具体例において、本発明によるエポキシ基を含むポリシロキサン(a−1)は、第一混合物が加水分解および部分縮合を経て得られた共重合体を含み、該第一混合物は、式(1−1)で表される構造のシランモノマー(b1−1)を含む。
Si(Rw1(OR4−w1 式(1−1)
(式中:
は、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜15のアリール基、エポキシ基を含有するアルキル基またはエポキシ基を含有するアルコキシ基を示し、且つ少なくとも1つのRはエポキシ基を含有するアルキル基またはエポキシ基を含有するアルコキシ基であり、Rが複数である場合、それぞれは同じまたは異なり、
は、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアシル基または炭素数6〜15のアリール基を示し、Rが複数である場合、それぞれは同じまたは異なり、且つ
w1は、1〜3の整数を示す。)
式(1−1)におけるRが炭素数1〜10のアルキル基を示す場合、具体的には、Rは、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、n−ヘキシル基またはn−デシル基である。また、Rは、アルキル基に他の置換基を有するアルキル基であってもよく、具体的には、Rは、例えば、トリフルオロメチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、3−アミノプロピル基、3−メルカプトプロピル基または3−イソシアナトプロピル基であってもよい。
式(1−1)におけるRが炭素数2〜10のアルケニル基を示す場合、具体的には、Rは、例えば、ビニル基である。また、Rは、アルケニル基に他の置換基を有するアルケニル基であってもよく、具体的には、Rは、例えば、3−アクリロキシプロピル基または3−メチルアクリロキシプロピル基であってもよい。
式(1−1)におけるRが炭素数6〜15の芳香基を示す場合、具体的には、Rは、例えば、フェニル基、トリル基(tolyl)またはナフチル基(naphthyl)である。また、Rは、芳香基に他の置換基を有する芳香基であってもよく、具体的には、Rは、例えば、p−ヒドロキシフェニル基(p-hydroxyphenyl)、1−(p−ヒドロキシフェニル)エチル基(1-(p-hydroxyphenyl)ethyl)、2−(p−ヒドロキシフェニル)エチル基(2-(p-hydroxyphenyl)ethyl)または4−ヒドロキシ−5−(p−ヒドロキシフェニルカルボニルオキシ)ペンチル基(4-hydroxy-5-(p-hydroxyphenylcarbonyloxy)pentyl)である。
なお、式(1−1)におけるRがエポキシ基を含有するアルキル基またはエポキシ基を含有するアルコキシ基を示す場合、Rの具体例は、前記エポキシ基を含むポリシロキサン(b1)に含有されたエポキシ基であり、ここでこれ以上説明しない。
の定義において、炭素数1〜6のアルキル基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基等を含むが、これらに限定されない。炭素数1〜6のアシル基は、アセチル基を含むが、これに限定されない。炭素数6〜15の芳香基は、フェニル基を含むが、これに限定されない。
シランモノマー(b1−1)の具体例は、3−(N,N−ジグリシジル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3−(N−アリル−N−ジグリシジル)アミノ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メトキシシラン(3−グリシジルオ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、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルジメチルメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルジメチルエトキシシラン、2−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、2−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、2−グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、2−グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、2−グリシドキシエチルジメチルメトキシシラン、2−グリシドキシエチルジメチルエトキシシラン、4−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、4−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、4−グリシドキシブチルメチルジメトキシシラン、4−グリシドキシブチルメチルジエトキシシラン、4−グリシドキシブチルジメチルメトキシシラン、4−グリシドキシブチルジメチルエトキシシラン、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−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピルトリメトキシシラン、3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピルトリエトキシシラン、((3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ)プロピルトリメトキシシラン、((3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ)プロピルトリエトキシシラン、((3−メチル−3−オキセタニル)メトキシ)プロピルメチルジメトキシシラン、((3−メチル−3−オキセタニル)メトキシ)プロピルジメチルメトキシシラン、DMS−E01、DMS−E12、DMS−E21、およびDMS−32等の市販品(JNC製)、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられる。
式(1−1)で表されるシランモノマー(b1−1)の具体例は、好ましくは、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、2−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、4−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、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−エチル−3−オキセタニル)メトキシ)プロピルトリメトキシシラン、((3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ)プロピルトリエトキシシラン、DMS−E01、DMS−E12、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられる。
該混合物のモノマー全量1モルに対し、該シランモノマー(b1−1)の使用量は、0.5〜1.0モルであり、好ましくは、0.6〜1.0モルであり、より好ましくは、0.7〜1.0モルである。
該反応して本発明によるエポキシ基を含むポリシロキサン(b1)を生成するための該混合物は、式(1−2)で表される構造の他のシランモノマー(b1−2)をさらに含む。
Si(R)w2(OR4−w2 式(1−2)
(式中:
は、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜15のアリール基または酸無水物基を含有するアルキル基を示し、Rが複数である場合、それぞれは同じまたは異なり、
は、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアシル基または炭素数6〜15のアリール基を示し、Rが複数である場合、それぞれは同じまたは異なり、、且つ
w2は、0〜3の整数を示す。)
の定義において、該炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基または炭素数6〜15のアリール基は、前記Rで定義された炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基または炭素数6〜15のアリール基と同じであり、ここでこれ以上説明しない。
式(1−2)におけるRが酸無水物基を含有するアルキル基を示す場合、アルキル基は、好ましくは、炭素数1〜10のアルキル基である。具体的には、前記酸無水物基を含有するアルキル基は、例えば、式(1−2−1)で表されるエチルコハク酸無水物、式(1−2−2)で表されるプロピルコハク酸無水物または式(1−2−3)で表されるプロピルグルタル酸無水物である。特に取り上げたいのは、酸無水物基は、ジカルボン酸(dicarboxylic acid)が分子内脱水(intramolecular dehydration)を経て形成された基であるということであり、ただし、ジカルボン酸は、例えば、コハク酸またはグルタル酸である。
式(1−2)におけるRが炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアシル基または炭素数6〜15のアリール基を示す場合、その具体例と好ましい例は前記Rに示す通りであり、ここでこれ以上説明しない。
式(1−2)で表される他のシランモノマー(b1−2)は、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。式(1−2)で表される他のシランモノマー(b1−2)は、例えば、1つのシリコン原子を有する化合物である。1つのシリコン原子を有する化合物は、4つの加水分解基を有するシラン化合物、3つの加水分解基を有するシラン化合物、2つの加水分解基を有するシラン化合物、1つの加水分解基を有するシラン化合物、またはその組み合わせを含む。
4つの加水分解基を有するシラン化合物の具体例は、テトラクロロシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられる。
3つの水解性基を有するシランモノマーの具体例は、メチルトリメトキシシラン(methyltrimethoxysilane、MTMSと略称する)、メチルトリエトキシシラン(methyltriethoxysilane)、メチルトリイソプロポキシシラン(methyltriisopropoxysilane)、メチルトリ−n−ブトキシシラン(methyltri-n-butoxysilane)、エチルトリメトキシシラン(ethyltrimethoxysilane)、エチルトリエトキシシラン(ethyltriethoxysilane)、エチルトリイソプロポキシシラン(ethyltriisopropoxysilane)、エチルトリ−n−ブトキシシラン(ethyltri-n-butoxysilane)、n−プロピルトリメトキシシラン(n-propyltrimethoxysilane)、n−プロピルトリエトキシシラン(n-propyltriethoxysilane)、n−ブチルトリメトキシシラン(n-butyltrimethoxysilane)、n−ブチルトリエトキシシラン(n-butyltriethoxysilane)、n−ヘキシルトリメトキシシラン(n-hexyltrimethoxysilane)、n−ヘキシルトリエトキシシラン(n-hexyltriethoxysilane)、デシルトリメトキシシラン(decyltrimethoxysilane)、ビニルトリメトキシシラン(vinyltrimethoxysilane)、ビニルトリエトキシシラン(vinyltriethoxysilane)、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(3-acryoyloxypropyltrimethoxysilane)、3−メチルアクリロキシプロピルトリメトキシシラン(3-methylacryloyloxypropyltrimethoxysilane, MPTMS)、3−メチルアクリロキシプロピルトリエトキシシラン(3-methylacryloyloxypropyltriethoxysilane)、フェニルトリメトキシシラン(phenyltrimethoxysilane, PTMS)、フェニルトリエトキシシラン(phenyltriethoxysilane, PTES)、p−ヒドロキシフェニルトリメトキシシラン(p-hydroxyphenyltrimethoxysilane)、1−(p−ヒドロキシフェニル)エチルトリメトキシシラン(1-(p-hydroxyphenyl)ethyltrimethoxysilane)、2−(p−ヒドロキシフェニル)エチルトリメトキシシラン(2-(p-hydroxyphenyl)ethyltrimethoxysilane)、4−ヒドロキシ−5−(p−ヒドロキシフェニルカルボニルオキシ)ペンチルトリメトキシシラン(4-hydroxy-5-(p-hydroxyphenylcarbonyloxy)pentyltrimethoxysilane)、トリフルオロメチルトリメトキシシラン(trifluoromethyltrimethoxysilane)、トリフルオロメチルトリエトキシシラン(trifluoromethyltriethoxysilane)、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン(3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane)、3−アミノプロピルトリメトキシシラン(3-aminopropyltrimethoxysilane)、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(3-aminopropyltriethoxysilane)、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(3-mercaptopropyltrimethoxysilane)、3−(トリフェノキシシリル)プロピルコハク酸無水物(3-triphenoxysilyl propyl succinic anhydride)、信越化学により製造された市販品:3−(トリメトキシシリル)プロピルコハク酸無水物(3-trimethoxysilyl propyl succinic anhydride)(商品名:X−12−967)、WACKER社により製造された市販品:3−(トリエトキシシリル)プロピルコハク酸無水物(3-(triethoxysilyl) propyl succinic anhydride)(商品名:GF−20)、3−(トリメトキシシリル)プロピルグルタル酸無水物(3-(trimethoxysilyl) propyl glutaric anhydride, TMSG)、3−(トリエトキシシリル)プロピルグルタル酸無水物(3-(triethoxysilyl) propyl glutaric anhydride)、3−(トリフェノキシシリル)プロピルグルタル酸無水物(3-(triphenoxysilyl) propyl glutaric anhydride)またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられる。
2つの加水分解基を有するシラン化合物の具体例は、メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチル〔2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチル〕ジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジメチルジアセトキシシラン、ジ−n−ブチルジメトキシシラン、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられる。
1つの加水分解基を有するシラン化合物の具体例は、メトキシジメチルシラン、メトキシトリメチルシラン、メトキシメチルジフェニルシラン、トリ−n−ブチルジエトキシシラン、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられる。
式(1−2)で表される他のシランモノマー(b1−2)は、好ましくは、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトメチルトリメトキシシラン、メルカプトメチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられる。
該混合物のモノマー全量1モルに対し、該シランモノマー(b1−2)の使用量は、0〜0.5モルであり、好ましくは、0〜0.4モルであり、より好ましくは、0〜0.3モルである。
該混合物は、さらに市販されているシランモノマーを含むことができる。シランモノマーの市販品の具体例は、例えば、KC−89、KC−89S、X−21−3153、X−21−5841、X−21−5842、X−21−5843、X−21−5844、X−21−5845、X−21−5846、X−21−5847、X−21−5848、X−22−160AS、X−22−170B、X−22−170BX、X−22−170D、X−22−170DX、X−22−176B、X−22−176D、X−22−176DX、X−22−176F、X−40−2308、X−40−2651、X−40−2655A、X−40−2671、X−40−2672、X−40−9220、X−40−9225、X−40−9227、X−40−9246、X−40−9247、X−40−9250、X−40−9323、X−41−1053、X−41−1056、X−41−1805、X−41−1810、KF6001、KF6002、KF6003、KR212、KR−213、KR−217、KR220L、KR242A、KR271、KR282、KR300、KR311、KR401N、KR500、KR510、KR5206、KR5230、KR5235、KR9218、KR9706(信越化学社製);グラスレジン(昭和電工社製);SH804、SH805、SH806A、SH840、SR2400、SR2402、SR2405、SR2406、SR2410、SR2411、SR2416、SR2420(東レ・ダウコーニング社製);FZ3711、FZ3722(日本ユニカー社製);DMS−S12、DMS−S15、DMS−S21、DMS−S27、DMS−S31、DMS−S32、DMS−S33、DMS−S35、DMS−S38、DMS−S42、DMS−S45、DMS−S51、DMS−227、PSD−0332、PDS−1615、PDS−9931、XMS−5025(チッソ社製);MS51、MS56(三菱化学社製);GR100、GR650、GR908、GR950の部分縮合物(昭和電工社製)が挙げられる。
エポキシ基を含むポリシロキサンを形成する重縮合反応は、シラン化合物またはその混合物に有機溶媒または水を追加する、あるいは選択的にさらに触媒を追加した後、例えば、50℃〜150℃の油浴(oil bath)により加熱する等の一般的な方法を含むことができ、加熱時間は、30分〜120時間であるのが好ましい。加熱中は、混合液を撹拌してもよく、還流下に置いてもよい。
有機溶媒は、特に限定されず、本発明の液晶配向剤に含まれる溶媒(C)と同じであっても、異なっていてもよい。
有機溶媒の具体例は、トルエンまたはキシレン等の炭化水素化合物;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−n−ペンチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン、2−ブタノン、または2−ヘキサノン等のケトン化合物;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソペンチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、または乳酸エチル等のエステル化合物;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、またはジオキサン(dioxane)等のエーテル化合物;1−ヘキサノール、4−メチル−2−ペンタノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、またはプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル等のアルコール化合物;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、ヘキサメチルリン酸トリアミド、または1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等のアミド溶媒、またはこれらの有機溶媒の組み合わせが挙げられる。
有機溶媒は、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。
全てのシラン化合物100重量部に対し、有機溶媒の使用量は、好ましくは、10重量部〜1200重量部であり、より好ましくは、30重量部〜1000重量部である。
全てのシラン化合物の加水分解基1モルに対し、水の使用量は、好ましくは、0.5モル〜20モルである。
触媒は特に限定されず、触媒は、好ましくは、酸、アルカリ金属化合物、有機塩基、チタン化合物、ジルコニウム化合物、またはその組み合わせから選ばれる。
酸の具体例は、塩酸、硝酸、硫酸、フッ化水素酸、蓚酸、リン酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、蟻酸、多価カルボン酸、多塩基酸無水物、またはこれらの組み合わせが挙げられる。
アルカリ金属化合物の具体例は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド、またはこれらの組み合わせが挙げられる。
有機塩基の具体例は、エチルアミン、ジエチルアミン、ピペラジン(piperazine)、ピペリジン(piperidine)、ピロリジン(pyrrolidine)、またはピロール(pyrrole)等の1級または2級の有機アミン;トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、ピリジン(pyridine)、4−ジメチルアミノピリジン、またはジアザビシクロウンデセン(diazabicycloundecene)等の3級の有機アミン;テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の4級の有機アミン、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられる。
触媒の使用量は、例えば、種類や温度等の反応条件により異なり、適宜に設定することができる。例えば、全てのシラン化合物1モルに対し、触媒の添加量は、0.01モル〜5モルであり、好ましくは、0.03モル〜3モルであり、より好ましくは、0.05〜1モルである。
安定性を考慮して、重縮合反応が完了した後、反応液から分取した有機溶媒層を水で洗浄することが好ましい。洗浄を行う時は、少量の塩を含む水を用いるのが好ましく、例えば、0.2重量%程度の硝酸アンモニウム水溶液で洗浄を行う。洗浄は、洗浄後の水層が中性になるまで洗浄を行ってから、必要に応じて、無水硫酸カルシウムや分子篩(molecular sieves)等の乾燥剤で有機溶媒層を乾燥させた後、溶媒を除去することにより、エポキシ基を含むポリシロキサン(b1)を得ることができる。
桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)としてエポキシ基を含むポリシロキサン(b1)を使用しない場合、製造された液晶配向剤は、インピーダンスおよびプレチルト角の安定性が良くないという欠陥を有する。
該桂皮酸誘導体(b2)は、式(3−1)〜式(3−2)で表される化合物からなる群より選ばれた少なくとも1つである。

[式(3−1)および式(3−2)において、
Rは、フッ素原子またはシアノ基であり、そして
*は、結合位置であり、
式(3−1)において、Rは、水素原子、脂環式基を有するC〜C40の1価の有機基またはC〜C40のアルキル基であり、ただし、該アルキル基の水素原子の一部または全ては、フッ素原子で置換されていてもよく、
は、単結合、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、
は、2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環基または2価の縮合環式基であり、
は、単結合、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、そして
bは、0〜3の整数であり、
は、単結合、酸素原子、硫黄原子、メチレン基、C〜C10のアルキレン基、C〜C10のアルケニレン基または2価の芳香族基であり、
が単結合である場合、hは1で且つRは水素原子であり、
がメチレン基、アルキレン基、アルケニレン基または2価の芳香族基である場合、hは0または1で且つRはカルボキシル基、ヒドロキシル基、−SH、−NCO、−NHR’、−CH=CHまたは−SOClであり、ただし、R’は、水素原子またはC〜Cのアルキル基であり、
式(3−2)において、Rは、水素原子、脂環式基を有するC〜C40の1価の有機基またはC〜C40のアルキル基であり、ただし、該アルキル基の水素原子の一部または全ては、フッ素原子で置換されていてもよく、
は、酸素原子または2価の芳香族基であり、
は、2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環基または2価の縮合環式基であり、
は、単結合、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、そして
cは、0〜3の整数であり、
は、2価の芳香族基、2価の複素環基または2価の縮合環式基であり、
は、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、
kは、0〜3の整数であり、そして
は、カルボキシル基、ヒドロキシル基、−SH、−NCO、−NHR’、−CH=CHまたは−SOClであり、ただし、R’は、水素原子またはC〜Cのアルキル基であり、そして
は、単結合、−OCO−(CH)iまたは−O−(CH)jであり、ただし、iおよびjは、それぞれ0〜10の整数を示し、+は、Rと結合する位置を示す。
該式(3−1)で表される化合物において、好ましくは、Xは単結合で且つRはカルボキシル基を有する化合物であり、またはXはメチレン基、アルキレン基または2価の芳香族基で且つRはカルボキシル基を有する化合物である。該式(3−2)で表される化合物において、好ましくは、Rはカルボキシル基を有する化合物である。]
好ましくは、該式(3−1)で表される化合物の具体例は、下記の通りである。
上記Rは、前記定義と同じであり、ここで別途説明せず、dは、0〜10の整数である。
該式(3−2)で表される化合物の具体例は、下記の通りである。
上記Rは、前記定義と同じであり、ここで別途説明しない。
本発明の具体例において、該混合物のモノマー全量1モルに対し、該桂皮酸誘導体(b2)の使用量は、0.15〜0.5モルであり、好ましくは、0.15〜0.45モルであり、より好ましくは、0.2〜0.45モルである。
桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)として桂皮酸誘導体(b2)を使用しない場合、製造された液晶配向剤は、インピーダンスおよびプレチルト角の安定性が良くないという欠陥を有する。
桂皮酸誘導体(b2)を上記範囲内で使用した場合、プレチルト角の安定性は良い。
さらに、本発明の効果を阻害しなければ、桂皮酸誘導体の一部を下記の式(4)で表される化合物で置換してもよい。
W15-W16-W17 式(3−3)
式(3−3)において、W15は、炭素数4〜20のアルキル基またはアルコキシ基、または脂環式基を含む炭素数3〜40の1価の有機基を示し、アルキル基の水素原子の一部または全ての原子は、フッ素原子で置換されてもよく;W16は、単結合またはフェニレン基であり、W15がアルコキシ基の時、W16は、フェニレン基であり;W17は、カルボン酸基、ヒドロキシル基、−SH、−NCO、または−NHWを示し、Wは、水素原子または炭素数1〜6のアルキル基、−CH=CH2、および−SO2Clのうちの少なくとも1つを示す。
本発明の桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)は、触媒の存在下で、エポキシ基を含むポリシロキサン(b1)と桂皮酸誘導体(b2)を反応させることによって合成することができる。
触媒は、有機塩、またはエポキシ化合物と酸無水物の反応を容易にすることのできる硬化促進剤等の周知の化合物を含むことができる。
有機塩は、例えば、エチルアミン、ジエチルアミン、ピペラジン、ピペリジン、ピロリジン、またはピロール等の1級または2級の有機アミン;トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、またはジアザビシクロウンデセン等の3級の有機アミン;あるいは、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の4級の有機アミンを含むことができる。これらの有機アミンのうち、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、ピリジン、または4−ジメチルアミノピリジン等の3級の有機アミンまたはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の4級の有機アミンが好ましい。
硬化促進剤の具体例は、例えば、ベンジルジメチルアミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノ−ル、シクロへキシルジメチルアミン、またはトリエタノールアミン等の3級アミン;2−メチルイミダゾール、2−n−ヘプチルイミダゾール、2−n−アルカリイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−メチルイミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−5−n−ウンデシルイミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−フェニルイミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ビス(ヒドロキシメチル)イミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−フェニル−4,5−ビス〔(2’−シアノエトキシ)メチル〕イミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−n−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテート、1−(2−シアノエチル)−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテート、1−(2−シアノエチル)−2−エチル−4−メチルイミダゾリウムトリメリテート、2,4−ジアミノ−6−〔2 ’−メチルイミダゾリル−(1’)〕エチル−S−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−(2 ’−n−ウンデシルイミダゾリル)エチル−S−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−〔2’−エチル−4’−メチルイミダゾリル−(1’)〕エチル−S−トリアジン、2−メチルイミダゾールのイソシアヌル酸付加物、2−フェニルイミダゾールのイソシアヌル酸付加物、または2,4−ジアミノ−6−〔2’−メチルイミダゾリル−(1’)〕エチル−S−トリアジンのイソシアヌル酸付加物等のイミダゾール化合物;ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、または亜リン酸トリフェニル等の有機リン系化合物;ベンジルトリフェニルホスホニウムクロリド(benzyl triphenyl phosphonium chloride)、テトラ−n−ブチルホスホニウムブロミド、メチルトリフェニルホスホニウムブロミド、エチルトリフェニルホスホニウムブロミド、n−ブチルトリフェニルホスホニウムブロミド、テトラフェニルホスホニウムブロミド、エチルトリフェニルホスホニウムヨーダイド、エチルトリフェニルホスホニウムアセテート、テトラ−n−ブチルホスホニウム−O,O−ジエチルホスホロジチオネート(tetra-n-butyl phosphonium-O,O-diethyl phosphorodithionate)、テトラ−n−ブチルホスホニウムベンゾトリアゾレート(tetra-n-butylphosphonium benzotriazolate)、テトラ−n−ブチルホスホニウムテトラフルオロボレート、テトラ−n−ブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、またはテトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート等の4級ホスホニウム塩;1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7またはその有機酸塩等のジアザビシクロアルケン;オクチル酸亜鉛、アクチル酸錫、またはアルミニウムアセチルアセトン錯体(aluminium acetylacetone complex)等の有機金属化合物;テトラエチルアンモニウムブロミド、テトラ−n−ブチルアンモニウムブロミド、テトラエチルアンモニウムクロリド、またはテトラ−n−ブチルアンモニウムクロリド等の4級アンモニウム塩;三フッ化ホウ素(boron trifluoride)またはホウ酸トリフェニル等のホウ素化合物;塩化亜鉛または塩化第二錫等の金属ハロゲン化合物;ジシアンジアミド(dicyandiamide)またはアミンとエポキシ樹脂との付加物等のアミン付加型促進剤等の高融点分散型潜在性硬化促進剤;イミダゾール化合物、有機リン系化合物、または4級ホスホニウム塩類の硬化促進剤の表面を高分子で被覆したマイクロカプセル(microcapsule)型潜在性硬化促進剤;アミン塩型潜在性硬化剤促進剤;ルイス酸(Lewis acid)またはブレンステッド酸塩(Bronsted acid salt)等の高温解離型の熱カチオン重合型潜在性硬化促進剤等の潜在性硬化促進剤等が挙げられる。
硬化促進剤の具体例は、好ましくは、テトラエチルアンモニウムブロミド、テトラ−n−ブチルアンモニウムブロミド、テトラエチルアンモニウムクロリド、およびテトラ−n−ブチルアンモニウムクロリド等の4級アンモニウム塩が挙げられる。
桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)の100重量部に対し、触媒の使用量は、100重量部またはそれ以下であり、好ましくは、0.01重量部〜100重量部であり、より好ましくは、0.1重量部〜20重量部である。
反応温度は、好ましくは、0℃〜200℃であり、より好ましくは、50℃〜150℃である。反応時間は、好ましくは、0.1時間〜50時間であり、より好ましくは、0.5時間〜20時間である。
桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)の合成反応は、必要であれば、有機溶媒の存在下で行ってもよい。有機溶媒は、特に限定されず、エポキシ基を含むポリシロキサン(b1)の作製に使用した有機溶媒および本発明の液晶配向剤に含まれる溶媒(C)と同じであっても、異なっていてもよい。有機溶媒の具体例は、好ましくは、2−ブタノン、2−ヘキサノン、メチルイソブチルケトン、n−ブチルアセテート、またはその組み合わせが挙げられる。
重合体(A)の合計使用量100重量部に対し、桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)の使用量は、5重量部〜30重量部であり、好ましくは、5重量部〜28重量部であり、より好ましくは、8重量部〜28重量部である。
本発明の液晶配向剤に使用する溶媒は、重合体(A)、桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)、および任意の他の化合物と反応しない限り、特に限定されない。溶媒は、ポリアミック酸の合成で使用した溶媒と同じであるのが好ましく、同時に、ポリアミック酸の合成で使用した貧溶媒も一緒に使用することができる。
溶媒(C)の具体例は、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、γ−ブチロラクタム、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、エチレングリコールモノメチルエーテル、乳酸ブチル、酢酸ブチル、メチルメトキシプロピオネ−ト、エチルエトキシプロピオネ−ト、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールn−プロピルエーテル、エチレングリコールイソプロピルエーテル、エチレングリコールn−ブチルエーテル(ethylene glycol n-butyl ether)、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、N,N−ジメチルホルムアミド、またはN,N−ジメチルアセトアミド(N,N-dimethyl acetamide)が挙げられるが、本発明はこれに限定されない。溶媒(C)は、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。
重合体(A)の使用量100重量部に対し、溶媒(D)の使用量は、1500重量部〜4000重量部であり、好ましくは、1800重量部〜3800重量部であり、より好ましくは、2000重量部〜3500重量部である。
本発明の効果に影響しなければ、選択的にさらに添加剤(D)を液晶配向剤に添加してもよい。添加剤(D)は、少なくとも2つのエポキシ基を含む化合物、官能基を有するシラン化合物、またはその組み合わせを含む。
少なくとも2つのエポキシ基を含む化合物の具体例は、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、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセロールジ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、1,3,5,6−テトラグリシジル−2,4−ヘキサンジオール、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシレンジアミン、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−グリシジル−p−グリシジルオキシアニリン、3−(N,N−グリシジル)アミノプロピルトリメトキシシラン、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられるが、本発明はこれに限定されない。
少なくとも2つのエポキシ基を含む化合物は、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。
重合体(A)の使用量100重量部に対し、少なくとも2つのエポキシ基を含む化合物の使用量は、0重量部〜40重量部であってもよく、好ましくは、0.1重量部〜30重量部である。
官能基を有するシラン化合物の具体例は、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン(3-ureidopropyltrimethoxysilane)、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N−トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10−トリメトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、10−トリエトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、9−トリメトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、9−トリエトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、またはこれらの化合物の組み合わせが挙げられるが、本発明はこれに限定されない。
添加剤(D)は、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。
重合体(A)の使用量100重量部に対し、官能基を有するシラン化合物の使用量は、0重量部〜10重量部であってもよく、好ましくは、0.5重量部〜10重量部である。
重合体(A)の合計使用量100重量部に対し、添加剤(D)の使用量は、好ましくは、0.5重量部〜50重量部であり、より好ましくは、1重量部〜45重量部である。
<液晶配向剤の作製方法>
本発明の液晶配向剤の作製方法は、特に限定されず、一般的な混合方法を使用して製造することができる。例えば、上述した方法により形成された重合体(A)と桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)を均一に混合して、混合物を得る。そして、0℃〜200℃の温度条件で、溶媒(C)を添加する。次に、添加剤(D)を選択的に追加し、最後に、混合物が溶解するまで攪拌装置で攪拌し続ける。さらに、溶媒(C)は、20℃〜60℃の温度で添加するのが好ましい。
25℃において、本発明の液晶配向剤の粘度は、通常、15cps〜35cpsであり、好ましくは、17cps〜33cpsであり、より好ましくは、20cps〜30cpsである。
<液晶配向膜の形成方法>
本発明の液晶配向剤を基板に塗布した後、必要であれば、プリベーク(pre-bake)およびポストベーク(post-bake)等の加熱処理により得られた塗布膜を液晶配向膜として直接使用する。さらに、ラビング(rubbing)、偏光または特定波長の光等の照射、あるいはイオンビーム(ion beam)等の処理を塗布膜に行ってもよい。さらに、液晶を充填した後の液晶表示素子に電圧を印加する時に紫外線を照射して、SCVA膜を形成する。
この時、使用する基板は、透明度の高い基板であれば、特に限定されない。基板は、例えば、ガラス基板、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリレート、ポリエーテルスルホン、ポリアクリレート、ポリウレタン(polyurethane)、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、ポリメチルペンテン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、(メタ)アクリロニトリル、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、またはセルロースアセテートブチレート(cellulose acetate butyrate)である。プロセスを簡易化する観点から、基板は、液晶を駆動するためのインジウムスズ酸化物(Indium Tin Oxide,ITO)電極が形成された基板であるのが好ましい。さらに、反射液晶表示素子が片面基板である場合、シリコンウェハ等の不透明物体を使用してもよい。さらに、この場合の電極は、アルミニウム等の光反射材料を含むことができる。
液晶配向剤の塗布方法は、特に限定されず、例えば、スクリーン印刷(screen printing)、オフセット印刷(offset printing)、またはフレキソ印刷(flexo printing)等の印刷法、インクジェット法、スプレーコーティング法、ロールコーティング法、浸漬、スリットコーティング(slit coating)、またはスピンコーティングである。生産性の観点から、産業的に幅広く使用される転写印刷も、本発明に適している。
上述した方法で液晶配向剤を塗布した後、プリベーク処理およびポストベーク処理により塗布膜を形成する。液晶配向剤を塗布した後のプリベーク工程は必要ないが、塗布とポストベークの間の時間が各基板に対して固定されていない時、あるいは塗布した後すぐにポストベークを行わない時は、プリベーク工程をさらに行うのが好ましい。プリベーク工程の条件は、基板の搬送等により塗布膜の形状を変形させずに有機溶媒を揮発することのみである。プリベーク処理の条件は、特に限定されず、プリベーク処理を行う温度は、例えば、40℃〜150℃であり、好ましくは、50℃〜120℃であり、より好ましくは、60℃〜100℃である。プリベークを行う時間は、0.1分〜30分であり、好ましくは、0.5分〜15分であり、より好ましくは、1分〜5分である。
ポストベーク処理の条件は、特に限定されず、ポストベーク処理を行う温度は、例えば、100℃〜350℃であり、好ましくは、120℃〜300℃であり、より好ましくは、150℃〜250℃である。ポストベークを行う時間は、5分〜240分であり、好ましくは、10分〜100分であり、より好ましくは、20分〜90分である。加熱は、周知の方法で行うことができ、例えば、ホットプレート、熱風循環炉、または赤外線炉で行うことができる。
ポストベーク後に得られる液晶配向膜の厚さは、特に限定されず、例えば、1nm〜1000nmであってもよく、好ましくは、5nm〜500nmであり、より好ましくは、10nm〜300nmである。
<液晶表示素子およびその製造方法>
本発明の液晶表示素子は、本発明の液晶配向剤により形成された液晶配向膜を含む。本発明の液晶表示素子は、下記の方法に基づいて製造することができる。
具体的に説明すると、本発明の液晶表示素子は、上述した方法で基板に液晶配向膜を形成した後、周知の方法で液晶セルを製造することにより得られる。液晶表示素子の具体例は、例えば、液晶セルを備えた垂直配向型液晶表示素子が挙げられ、液晶セルは、互いに対向配置された2つの基板、基板の間に配置された液晶層、および本発明の液晶配向剤により形成され、基板と液晶層の間に配置された液晶配向膜を有する。
具体的に説明すると、液晶セルを備えた垂直配向型の液晶表示素子において、液晶セルは、下記の方法により製造される:2つの基板に本発明の液晶配向剤を塗布した後、プリベークおよびポストベークにより液晶配向膜を形成する。そして、液晶配向膜が互いに向き合うように2つの基板を配置する。液晶で形成された液晶層を2つの基板の間に狭持して、液晶層が液晶配向膜に接するよう配置する。最後に、液晶配向膜および液晶層に電圧を印加し、同時に紫外線を照射する。
本発明の液晶配向剤により形成された液晶配向膜および液晶層に紫外線を照射しながら電圧を印加して、重合性化合物を重合する。同時に、ポリシロキサンの重合性不飽和基を互いに反応させる、あるいは重合性不飽和基と重合性化合物を反応させることによって、液晶の配向がより効果的に固定される。その結果、耐紫外線劣化性に優れ、且つムラ欠陥のない液晶表示素子が形成される。
2つの基板の間に液晶層を狭持する方法は、例えば、以下の2つの周知の方法を含む:
(方法1)
液晶配向膜をそれぞれ形成した1対の基板を用意し、1つの基板の液晶配向膜にビーズ(bead)等のスペーサー(spacer)を散布する。そして、液晶配向膜が互いに向かい合うようにもう一方の基板を貼り合わせる後、液晶を減圧注入して封止する。
(方法2)
液晶配向膜をそれぞれ形成した1対の基板を用意して、1つの基板の液晶配向膜にビーズ等のスペーサーを散布した後、液晶を滴下してから、液晶配向膜が互いに向かい合うようにもう一方の基板を貼り合わせ、封止する。
これら2つの方法において、スペーサーの厚さは、好ましくは、1μm〜30μmであり、より好ましくは、2μm〜10μmである。
液晶配向膜および液晶層に紫外線を照射しながら電圧を印加して液晶セルを製造するステップは、例えば、基板に配置された電極の間に電圧をかけて、液晶配向膜および液晶層に電界を印加することと、電界を維持したまま紫外線を照射することを含む。特に、電極の間にかける電圧は、例えば、5Vp−p〜30Vp−pであり、好ましくは、5Vp−p〜20Vp−pである。紫外線の照射量は、例えば、1J〜60Jであり、好ましくは、40Jより少なく、より好ましくは、10Jより少ない。紫外線照射量が少なければ少ないほど、液晶表示素子を形成する液晶または材料の破壊により生じる信頼度の低下を抑制することができる。さらに、紫外線照射の時間を減らすことにより、製造効率を上げることができる。本発明は、紫外線照射量が少なくても応答速度を上げることができるため、例えば、5J等の低照射量でも応答速度が十分に速い液晶表示素子を形成することができる。
このように、液晶配向膜および液晶層に電圧を印加しながら紫外線を照射すると、重合性化合物を反応させて重合体を生成させることができ、この他に、ポリシロキサンが持つ重合性不飽和基は紫外線を照射する際に互いに反応することもでき、または重合性化合物と反応することもできる。上記反応によって、より優れた硬化構造を液晶配向膜に獲得させることができ、耐紫外線減衰性が優れ、かつ色相ムラがないという性質を、得られた液晶表示素子に持たせることができる。
さらに、液晶配向剤は、SCVA型液晶ディスプレイ等の垂直配向型の液晶表示素子の製造に使用できるだけでなく、ラビング(rubbing)処理や光配向処理により製造される液晶配向膜の応用にも適している。
上述液晶は、例えば、ネマチック液晶またはスメクチック液晶等を含む。液晶の具体例は、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶が挙げられ、その例は、例えば、ビフェニル系液晶(biphenyl-based liquid crystal)、フェニルシクロヘキサン系液晶(phenyl cyclohexane-based liquid crystal)、エステル系液晶、ターフェニル系液晶(terphenyl liquid crystal)、ビフェニルシクロヘキサン系液晶(biphenyl cyclohexane-based liquid crystal)、ピリミジン系液晶(pyrimidine-based liquid crystal)、ジオキサン系液晶(dioxane-based liquid crystal)、ビシクロオクタン系液晶(bicyclooctane-based liquid crystal)、キュバン系液晶(cubane-based liquid crystal)、またはこれらの液晶の組み合わせが挙げられるが、本発明はこれに限定されない。また、上述した液晶において、コレステリルクロライド(cholesteryl chloride)、コレステリルノナエート(cholesteryl nonabenzoate)、コレステリルカーボネート(cholesteryl carbonate)等のコレステリック液晶(cholesteric liquid crystal);商品名「C−15」または「CB−15」(メルク(Merck)社製)で販売されているカイラル剤(chiral agent);あるいは、p−デシロキシベンジリデン−p−アミノ−2−メチルブチルシンナメート(p-decyloxybenzylidene-p-amino-2-methyl butyl cinnamate)等の強誘電性液晶(ferroelectric liquid crystal)をさらに添加してもよい。
また、液晶の具体例は、負の誘電率異方性を有する液晶も挙げられ、その例は、例えば、ジシアノベンゼン系液晶(dicyanobenzene-based liquid crystal)、ピリダジン系液晶(pyridazine-based liquid crystal)、シッフベース系液晶(Schiff base-based liquid crystal)、アゾキシ系液晶(azoxy-based liquid crystal)、ビフェニル系液晶(biphenyl-based liquid crystal)、フェニルシクロヘキサン系液晶(phenyl cyclohexane-based liquid crystal)、またはこれらの液晶の組み合わせが挙げられる。
以下の例を用いて、本発明をさらに説明する。しかしながら、理解すべきこととして、これらの例は単なる例に過ぎず、本発明の実施を限定する意図はない。
重合体(A)の合成
合成例A−1−1
500mlの四つ口フラスコに、窒素注入口、攪拌機、冷却管、および温度計を設置して、窒素ガスを導入する。そして、四つ口フラスコの中に、0.01モルのa2−1−1、0.0375モルのp−ジアミノベンゼン(以下、a2−2−1とする)、0.0025モルのa2−2−6、および80gのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加して、成分を溶解するまで室温で攪拌する。次に、0.05モルの2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(以下、a1−1とする)および20gのNMPを添加して、混合物を室温で2時間反応させる。反応が完了した後、反応液を1500mlの水に注入して、重合体を沈殿させる。そして、得られた重合体を濾過し、メタノールによる洗浄と濾過を3回繰り返す。それから、重合体を真空オーブン内に置いて、60℃の温度で乾燥させることにより、重合体(A−1−1)を得る。
合成例A−1−2〜合成例A−1−10および比較合成例A−4−1〜比較合成例A−4−3
合成例A−1−2〜合成例A−1−10および比較合成例A−4−1〜比較合成例A−4−3の重合体は、合成例A−1−1と同じステップで作製され、異なる点は、テトラカルボン酸二無水物成分の種類と使用量、およびジアミン成分の種類と使用量を変えたことである(表1と表2に示す)。
合成例A−2−1
500mlの四つ口フラスコに、窒素注入口、攪拌機、冷却管、および温度計を設置して、窒素ガスを導入する。そして、四つ口フラスコの中に、0.01モルのa2−1−1、0.0375モルのp−ジアミノベンゼン(以下、a2−2−1とする)、0.0025モルのa2−2−6、および80gのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加して、成分を溶解するまで室温で攪拌する。次に、0.05モルの2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(以下、a1−1とする)および20gのNMPを添加する。混合物を室温で6時間反応させた後、97gのNMP、2.55gの無水酢酸、および19.75gのピリジンを添加する。そして、温度を60℃に上げて、混合物を2時間連続して攪拌し、イミド化反応を行う。反応が完了した後、反応液を1500mlの水に注入して、重合体を沈殿させる。そして、得られた重合体を濾過し、メタノールによる洗浄と濾過を3回繰り返す。それから、重合体を真空オーブン内に置いて、60℃の温度で乾燥させることにより、重合体(A−2−1)を得る。
合成例A−2−2〜合成例A−2−5
合成例A−2−2〜合成例A−2−5の重合体は、合成例A−2−1と同じステップで作製され、異なる点は、テトラカルボン酸二無水物成分の種類と使用量、およびジアミン成分の種類と使用量を変えたことである(表1に示す)。
合成例A−3−1
500mlの四つ口フラスコに、窒素注入口、攪拌機、冷却管、および温度計を設置して、窒素ガスを導入する。そして、四つ口フラスコの中に、0.025モルのp−ジアミノベンゼン(以下、a2−2−1とする)および40gのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加して、成分を溶解するまで室温で攪拌する。次に、0.025モルのピロメリット酸二無水物(以下、a1−3とする)および10gのNMPを添加する。混合物を室温で6時間反応させた後、50gのNMP、1。3gの無水酢酸、および10gのピリジンを添加する。そして、温度を60℃に上げて、混合物を2時間連続して攪拌し、イミド化反応を行う。反応が完了した後、反応液を1500mlの水に注入して、重合体を沈殿させる。そして、得られた重合体を濾過し、メタノールによる洗浄と濾過を3回繰り返す。それから、重合体を真空オーブン内に置いて、60℃の温度で乾燥させることにより、重合体(A−3−1−1)を得る。
別の500mlの四つ口フラスコに、窒素注入口、攪拌機、冷却管、および温度計を設置して、窒素ガスを導入する。そして、四つ口フラスコの中に、上記の重合体(A−3−1−1)、0.025モルのa2−1−4、および100gのNMPを添加して、成分を溶解するまで室温で攪拌する。次に、0.025モルの2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物(以下、a1−1とする)および10gのNMPを添加する。混合物を室温で6時間反応させた後、50gのNMP、1。3gの無水酢酸、および10gのピリジンを添加して、混合物を室温で2時間反応させる。反応が完了した後、反応液を1500mlの水に注入して、重合体を沈殿させる。そして、得られた重合体を濾過し、メタノールによる洗浄と濾過を3回繰り返す。それから、重合体を真空オーブン内に置いて、60℃の温度で乾燥させることにより、重合体(A−3−1)を得る。
表1および表2において
a1−1 2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物
a1−2 1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
a1−3 ピロメリト酸二無水物
a2−2−1 p−フェニレンジアミン
a2−2−2 4,4’−ジアミノジフェニルメタン
a2−2−3 4,4’−ジアミノジフェニルエーテル
桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)の合成例
合成例B−1
500mlの三つ口フラスコに、攪拌機、冷却器、および温度計を設置する。そして、三つ口フラスコの中に、0.5モルの2-グリシドキシエチルトリメトキシシラン(以下、GETMS)、0.4モルのメチルトリメトキシシラン(以下、MTMS)、0.1モルのジメチルジメトキシシラン(以下、DMDMS)、および600gのプロピレングリコールモノメチルエーテル(以下、PGME)を添加し、混合物を室温で攪拌しながら、トリエチルアミン(triethylamine、以下、TEA)の水溶液(20gのTEA/200gのH2O)を30分以内に添加する。そして、三つ口フラスコを30℃の油浴に浸して30分攪拌した後、油浴の温度を30分以内に90℃まで上昇させる。溶液の内部温度が75℃まで達した時、混合物を連続して加熱および攪拌し、重縮合を6時間行う。反応が完了した後、有機層を分離して、0.2質量%の硝酸アンモニウム水溶液で洗浄することにより、ポリシロキサン化合物を含む溶液が得られる。
そして、ポリシロキサン化合物を含む溶液に、0.15モルの桂皮酸誘導体5HBPA、0.05モルのOCTBA、および0.2gの硬化促進剤UCAT18X(SAN−APRO社製)を添加する。その後、三つ口フラスコを30℃の油浴に浸し、10分攪拌してから、油浴の温度を30分以内に115℃まで上昇させる。溶液の内部温度が100℃まで達した時、混合物を連続して24時間加熱および攪拌する。反応が完了した後、有機層を除去して水で洗浄する。その後、硫酸マグネシウムで乾燥を行って、溶媒を除去し、桂皮酸基を含むポリシロキサン(B−1)を得る。
合成例B−2〜合成例B−7および比較合成例B‘−1〜比較合成例B’−3
合成例B−2〜合成例B−7および比較合成例B‘−1〜比較合成例B’−3の重合体は、それぞれ合成例B−1と同じステップで作製されたものであり、異なる点は、エポキシ基を含むシラン化合物、他のシラン化合物、桂皮酸誘導体、溶媒、触媒、および硬化促進剤溶媒の種類と使用量を変えたこと、および反応温度と重縮合時間を変えたことである(表3に示す)。
表3の略称に対応する化合物は、以下の通りである。
GETMS 2-グリシドキシエチルトリメトキシシラン
(2-glycidoxyethyltrimethoxy silane)
GBTMS 4-グリシドキシブチルトリメトキシシラン
(4-glycidoxybutyltrimethoxysilane)
ECETS 2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン
(2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxy silane)
ECEES 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
(2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane)
OXTMS ((3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ)プロピルトリメトキシシラン
(((3-ethyl-3-oxetanyl)methoxy)propyltrimethoxysilane)
OXTES ((3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ)プロピルトリエトキシシラン
((3-ethyl-3-oxetanyl)methoxy)propyltriethoxysilane)
MTMS メチルトリメトキシシラン(methyltrimethoxy silane)
DMDMS ジメチルジメトキシシラン(dimethyldimethoxy silane)
PTMS フェニルトリメトキシシラン(phenyltrimethoxy silane)
PTES フェニルトリエトキシシラン(phenyltriethoxy silane)
PGME プロピレングリコールモノメチルエーテル
(propylene glycol monomethyl ether)
MIBK メチルイソブチルケトン(methylisobutylketone)
TEA トリエチルアミン(triethylamine)
液晶配向剤、液晶配向膜および液晶表示素子の実施例および比較例
実施例1
100重量部の重合体(A−1−1)、5重量部の桂皮酸基を含むポリシロキサン(B−1)、および3000重量部のN−メチル−2−ピロリドン(以下、C−1)を秤量する。そして、化合物を攪拌装置で溶解するまで室温で連続して攪拌し、実施例1の液晶配向剤を形成する。
実施例1の液晶表示素子を下記の評価方法で評価し、その結果を表4に示す。
実施例2〜実施例16および比較例1〜比較例8
実施例2〜実施例16および比較例1〜比較例8の液晶配向剤は、それぞれ実施例1と同じステップで作製され、異なる点は、表4と表5に示すように、成分の種類および使用量を変えたことである。実施例2〜実施例16および比較例1〜比較例8で得られた液晶配向剤を下記の評価方法で評価し、その結果を表4と表5に示す。
表4および表5中の略称に対応する化合物は、以下の通りである。
D−1 N-メチル-2-ピロリドン(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP)
D−2 エチレングリコールn−ブチルエーテル
(ethylene glycol n-butyl ether)
D−3 N,N-ジメチルアセタミド(N,N-dimethylacetamide)
E−1 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’-tetraglycidyl-4,4’-diaminodiphenyl methane)
E−2 N,N-グリシジル-p-グリシジルオキシアニリン
(N,N-glycidyl-p-glycidyloxyaniline)
<評価方法>
a.イミド化率
イミド化率は、アミド酸官能基の数と重合体におけるイミド環の数の合計量に対するイミド環の数の割合を%で表したものを指す。
検出方法は、合成例の重合体をそれぞれ減圧乾燥した後に適切な重水素化溶媒(deuteration solvent)(例えば、重水素化ジメチルスルホキシド)に溶解させることを含む。そして、室温(例えば、25℃)で1H−核磁気共鳴(1H-nuclear magnetic resonance, 1H-NMR)を検出して、テトラメチルシランを基準物質として使用し、数式(1)によりイミド化率(%)を求める。
Δ1:10ppm付近のNH基プロトンの化学シフト(chemical shift)により生成されるピーク(peak)面積
Δ2:その他のプロトン由来のピーク面積
α: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
<インピーダンス>
調製された液晶配向剤を直径32mmのアルミニウム皿に滴下し、加熱板でベークした後、膜厚約0.01mmの薄膜を得る。続いて抵抗計(AGILENT 4339b High resistance meter)で薄膜の抵抗値を測定し、抵抗計の正負電極を、薄膜を含むアルミニウム皿の両端に挟み、電圧50Vで、測定した抵抗値を記録し、その評価標準は下記の通りである。
○:抵抗値≧1.0×10−15
×:抵抗値<1.0×10−15
<プレチルト角の安定性>
調製された液晶配向剤を、ITO膜を含むガラス基板の透明電極面に塗布し(液晶配向膜印刷機は日本写真印刷株式会社製)、80℃の加熱板上で1分間加熱して(プリベーク)溶剤を除去した後、さらに150℃の加熱板上で10分間加熱すると(ポストベーク)、平均膜厚600Åの塗膜を得ることができる。該塗膜を、人造繊維布で巻かれた摩擦機に配置し、回転速度400rpm、横動速度3cm/秒、繊維長0.1mmで摩擦処理を行う。その後、超純水中で1分間超音波洗浄し、次いで、100℃のオーブン中で10分間乾燥させて、液晶配向膜を有する基板を得る。前記工程を繰り返して、液晶配向膜を有する1対(2枚)の基板を得る。
次いで、液晶配向膜を有する該基板の外縁に、直径5.5μmのアルミナ球を充填したエポキシ樹脂接着剤を塗布した後、該液晶配向膜の表面を向かい合わせで折りたたみ、接着剤の硬化を待つ。その後、1対の基板間の液晶注入口からネマティック液晶(nematic liquid crystal)(メルク社製、MLC−6608)を充填した後、アクリル系光硬化接著剤で該液晶注入口を封止すると、液晶表示素子を得ることができる。
上記で作製された液晶ユニットの初期プレチルト角をプレチルト角測定装置(Optipro,Shintech製)で測定し、初期プレチルト角が測定された液晶表示素子に照射量10,000 J/mで60℃の蛍光灯を照射し、かつ20Vp−pの交流電圧を20時間印加し、プレチルト角の前後変化量により評価を行い、その評価標準は下記の通りである。
◎:プレチルト角の変化量≦1°;
○:1°<プレチルト角の変化量≦2°;
×:プレチルト角の変化量>2°。
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲およびそれと均等な領域を基準として定めなければならない。

Claims (18)

  1. 重合体(A)と、
    桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)と、
    溶媒(C)と
    を含む液晶配向剤であって、
    該重合体(A)が、ポリアミック酸重合体、ポリイミド重合体、ポリイミド系ブロック共重合体、および上記重合体の任意の組み合わせからなる群より選ばれ、かつ
    該重合体(A)が、式(Ia)で表される単位を含む、液晶配向剤。
    [式(Ia)において、Yは、単結合、−COO−、−CONR−または−R−NR−であり、
    は、水素原子、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
    は、単結合、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
    は、単結合、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
    Htは、含窒素複素環であり、
    は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のオキシアルキル基、ニトリル基またはカルボニル基であり、
    は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、または
    とRとは、互いに結合して単環を形成していてもよく、
    a1は、0〜1の整数であり、
    a2は、0〜2の整数であり、
    Yが単結合である場合、a1は0であり、
    Yが−COO−、−CONR−または−R−NR−である場合、a1は1であり、そして
    *は、結合位置である。]
  2. 前記重合体(A)が、式(Ia−1)、式(Ia−2)または式(Ia−3)で表される単位を含む、請求項1に記載の液晶配向剤。
    [Yは、単結合、−COO−、−CONR−または−R−NR−であり、
    は、水素原子、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
    は、単結合、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
    は、単結合、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
    は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のオキシアルキル基、ニトリル基またはカルボニル基であり、
    は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、または
    とRとは、互いに結合して単環を形成していてもよく、
    a1は、0〜1の整数であり、
    a2は、0〜2の整数であり、
    Yが単結合である場合、a1は0であり、
    Yが−COO−、−CONR−または−R−NR−である場合、a1は1であり、そして
    *は、結合位置である。]
  3. 前記桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)が、式(IIa)で表される単位を含む、請求項1に記載の液晶配向剤。
    (Rは、フッ素原子またはシアノ基であり、
    aは、0〜4の整数であり、そして
    *は、結合位置である。)
  4. 前記桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)が、式(IIa−1)または式(IIa−2)で表される単位を含む、請求項1に記載の液晶配向剤。
    [式(IIa−1)および式(IIa−2)において、
    Rは、フッ素原子またはシアノ基であり、
    aは、0〜4の整数であり、そして
    *は、結合位置であり、
    式(IIa−1)において、Rは、水素原子、脂環式基を有するC〜C40の1価の有機基またはC〜C40のアルキル基であり、ただし、該アルキル基の水素原子の一部または全ては、フッ素原子で置換されていてもよく、
    は、単結合、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、
    は、2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環基または2価の縮合環式基であり、
    は、単結合、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、そして
    bは、0〜3の整数であり、
    式(IIa−2)において、Rは、水素原子、脂環式基を有するC〜C40の1価の有機基またはC〜C40のアルキル基であり、ただし、該アルキル基の水素原子の一部または全ては、フッ素原子で置換されていてもよく、
    は、酸素原子または2価の芳香族基であり、
    は、2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環基または2価の縮合環式基であり、
    は、単結合、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、そして
    cは、0〜3の整数である。]
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶配向剤により形成された液晶配向膜。
  6. 請求項5に記載の液晶配向膜を含む液晶表示素子。
  7. 重合体(A)と、桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)と、溶媒(C)とを混合することを含む液晶配向剤の製造方法であって、
    該重合体(A)が、テトラカルボン酸二無水物成分(a1)およびジアミン成分(a2)を含む混合物を反応させることによって作製され、
    該ジアミン成分(a2)が、式(Ib)で表されるジアミン化合物(a2−1)を少なくとも一種含む、液晶配向剤の製造方法。
    [式(Ib)において、
    Yは、単結合、−COO−、−CONR−または−R−NR−であり、
    は、水素原子、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
    は、単結合、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
    は、単結合、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
    Htは、含窒素複素環であり、
    は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のオキシアルキル基、ニトリル基またはカルボニル基であり、
    は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、または
    とRとは、互いに結合して単環を形成していてもよく、
    a1は、0〜1の整数であり、
    a2は、0〜2の整数であり、
    Yが単結合である場合、a1は0であり、そして
    Yが−COO−、−CONR−または−R−NR−である場合、a1は1である。]
  8. 前記ジアミン成分(a2)が、式(Ib−1)、式(Ib−2)または式(Ib−3)で表されるジアミン化合物(a2−1)を含む、請求項7に記載の液晶配向剤の製造方法。
    [式中、
    Yは、単結合、−COO−、−CONR−または−R−NR−であり、
    は、水素原子、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
    は、単結合、またはC〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
    は、単結合、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、
    は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のオキシアルキル基、ニトリル基またはカルボニル基であり、
    は、C〜C10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、または
    とRとは、互いに結合して単環を形成していてもよく、
    a1は、0〜1の整数であり、
    a2は、0〜2の整数であり、
    Yが単結合である場合、a1は0であり、そして
    Yが−COO−、−CONR−または−R−NR−である場合、a1は1である。]
  9. 前記桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)が、エポキシ基を含むポリシロキサン(b1)と桂皮酸誘導体(b2)とを反応させることによって得られる、請求項7に記載の液晶配向剤の製造方法。
  10. 前記エポキシ基を含むポリシロキサン(b1)が、式(2−1)で表される基、式(2−2)で表される基、および式(2−3)で表される基からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、請求項9に記載の液晶配向剤の製造方法。
    [式(2−1)において、Bは、酸素原子または単結合を示し、
    mは、1〜3の整数を示し、
    nは、0〜6の整数を示し、ただし、nが0を示す時、Bは、単結合である。]
    [式(2−2)において、pは、0〜6の整数を示す。]
    [式(2−3)において、Dは、炭素数2〜6のアルキレン基を示し、そして、
    Eは、水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を示す。]
  11. 前記エポキシ基を含むポリシロキサン(b1)が、下記構造式(1−1)で表されるシランモノマー(b1−1)を含む混合物が加水分解および部分縮合を経て形成された共重合体を含む、請求項9に記載の液晶配向剤の製造方法。
    Si(Rw1(OR4−w1 式(1−1)
    (式中:
    は、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜15のアリール基、エポキシ基を含有するアルキル基またはエポキシ基を含有するアルコキシ基を示し、且つ少なくとも1つのRは、エポキシ基を含有するアルキル基またはエポキシ基を含有するアルコキシ基であり、Rが複数であるとき、それぞれ同じであっても異なっていてもよく、
    は、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアシル基または炭素数6〜15のアリール基を示し、Rが複数であるとき、それぞれ同じであっても異なっていてもよく、そして
    w1は、1〜3の整数を示す。)
  12. 前記桂皮酸誘導体(b2)が、式(3−1)〜式(3−2)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つである、請求項9に記載の液晶配向剤の製造方法。
    [式(3−1)および式(3−2)において、
    Rは、フッ素原子またはシアノ基であり、そして
    aは、0〜4の整数であり、
    式(3−1)において、Rは、水素原子、脂環式基を有するC〜C40の1価の有機基またはC〜C40のアルキル基であり、ただし、該アルキル基の水素原子の一部または全ては、フッ素原子で置換されていてもよく、
    は、単結合、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、
    は、2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環基または2価の縮合環式基であり、
    は、単結合、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、そして
    bは、0〜3の整数であり、
    は、単結合、酸素原子、硫黄原子、メチレン基、C〜C10のアルキレン基、C〜C10のアルケニレン基または2価の芳香族基であり、
    が単結合である場合、hは1で且つRは水素原子であり、
    がメチレン基、アルキレン基、アルケニレン基または2価の芳香族基である場合、hは0または1で且つRはカルボキシル基、ヒドロキシル基、−SH、−NCO、−NHR’、−CH=CHまたは−SOClであり、ただし、R’は、水素原子またはC〜Cのアルキル基であり、
    式(3−2)において、Rは、水素原子、脂環式基を有するC〜C40の1価の有機基またはC〜C40のアルキル基であり、ただし、該アルキル基の水素原子の一部または全ては、フッ素原子で置換されていてもよく、
    は、酸素原子または2価の芳香族基であり、
    は、2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環基または2価の縮合環式基であり、
    は、単結合、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、そして
    cは、0〜3の整数であり、
    は、2価の芳香族基、2価の複素環基または2価の縮合環式基であり、
    は、酸素原子、−COO−または−OCO−であり、ただし、+は、Rと結合する位置を示し、
    kは、0〜3の整数であり、そして
    は、カルボキシル基、ヒドロキシル基、−SH、−NCO、−NHR’、−CH=CHまたは−SOClであり、ただし、R’は、水素原子またはC〜Cのアルキル基であり、そして
    は、単結合、−OCO−(CH)iまたは−O−(CH)jであり、ただし、iおよびjは、それぞれ0〜10の整数を示し、+は、Rと結合する位置を示す。]
  13. 前記ジアミン成分(a2)の合計モル数100モルに対し、前記式(Ib)で表されるジアミン化合物(a2−1)の使用量が20〜60モルである、請求項7に記載の液晶配向剤の製造方法。
  14. 前記混合物中のモノマー全量1モルに対し、前記シランモノマー(b1−1)の使用量が0.5〜1モルである、請求項11に記載の液晶配向剤の製造方法。
  15. 前記混合物中のモノマー全量が1モルであり、前記桂皮酸誘導体(b2)の使用量が0.15〜0.5モルである、請求項11に記載の液晶配向剤の製造方法。
  16. 前記ポリマー(A)100重量部に対し、前記桂皮酸基を含むポリシロキサン(B)の使用量が5〜30重量部であり、前記溶媒(C)の使用量が1500〜4000重量部である、請求項7に記載の液晶配向剤の製造方法。
  17. 液晶配向剤によって液晶配向膜を形成することを含む液晶配向膜の製造方法であって、該液晶配向剤が、請求項7〜16のいずれか1項に記載の液晶配向剤の製造方法により形成される、液晶配向膜の製造方法。
  18. 液晶配向膜を含む液晶表示素子の製造方法であって、請求項7〜16のいずれか1項に記載の液晶配向剤の製造方法により形成された液晶配向剤によって該液晶配向膜を形成することを含む、液晶表示素子の製造方法。
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