KR102801375B1 - 액정 배향제, 그것을 얻기 위한 중합체, 액정 배향막, 및 그것을 이용한 액정 표시 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하기 식 (1)로 표시되는 구조를 갖는, 폴리우레아 및 폴리우레아 공중합체인 중합체를 함유하는, 액정 배향제를 제공한다.　
[화학식 1]　

식 중, X는 디이소시아네이트 유도체에서 유래하는 2가의 유기기를 나타내고, Y는 디아민 유도체에서 유래하는 2가의 유기기를 나타낸다. R₁은 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 분기하고 있어도 된다. R₂는 수소 원자, 탄소수 1∼4의 지방족 탄화수소기, 또는 하기 식 (1-1)로 표시되는 유기기를 나타낸다. Ra 및 Rb는 각각 독립하여, 수소 원자, 또는 탄소수 1∼2의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
[화학식 2]

식 중, 흑점은 질소 원자에의 결합 개소를 의미하고, R₁, Ra 및 Rb는 상기의 R₁, Ra 및 Rb와 동의이다.

Description

액정 배향제, 그것을 얻기 위한 중합체, 액정 배향막, 및 그것을 이용한 액정 표시 소자

본 발명은, 액정 배향제, 그것을 얻기 위한 중합체, 액정 배향막, 및 그것을 이용한 액정 표시 소자에 관한 것이다.

액정 표시 소자에 있어서 액정 배향막은, 액정을 일정한 방향으로 배향시키는 역할을 담당한다. 현재, 공업적으로 이용되고 있는 주된 액정 배향막은, 폴리아미드산(폴리이미드 전구체나 폴리아믹산이라고도 불린다.)이나 폴리이미드 용액으로 이루어지는 폴리이미드계의 액정 배향제를 기판에 도포하고, 소성함으로써 성막된다. 또, 기판면에 대하여 액정을 평행 배향 또는 경사 배향시키는 경우, 성막한 후, 러빙에 의한 표면 연신 처리(러빙 처리)가 행해지고 있다. 러빙 처리를 대신하는 방법으로서, 편광 자외선의 조사 등에 의한 이방성 광화학 반응을 이용하는 방법도 제안되어 있다.

액정 표시 소자의 표시 특성의 향상을 위해, 수많은 기술이 제안되어 왔다. 예를 들면, 특허문헌 1(일본국 특개평2-287324호 공보)에서는, 높은 전압 보유율(VHR)을 얻기 위해, 특정의 반복 구조를 갖는 폴리이미드 수지를 이용하는 것이 제안되어 있다. 또, 특허문헌 2(일본국 특개평10-104633호 공보)에서는, 잔상이 소거되기까지의 시간을 짧게 하기 위해, 이미드기 이외에 질소 원자를 갖는 가용성 폴리이미드를 이용하는 것이 제안되어 있다.

일본국 특개평2-287324호 공보 일본국 특개평10-104633호 공보

최근, 액정 디스플레이(LCD 패널)의 다기능화·다양화에 수반하여, 유리 기판을 이용한 디스플레이로부터, 수지 기판(플라스틱 기판, 즉 필름 기판)을 이용한 플렉시블한 디스플레이로, 개발이 진행되고 있다. 그에 따라, 저온에서의 소성으로 얻을 수 있는 액정 배향막이 필요하게 되고 있고, 더하여, 액정 배향막에 요구되는 신뢰성(높은 전압 보유율 등)도 요구되게 되고 있다.

액정 배향막에 이용되는 재료로는, 폴리아미드산이나 폴리아미드산 에스테르 등의 폴리이미드 전구체나, 그들을 소성에 의해 또는 화학 반응에 의해 탈수함으로써 얻어지는 폴리이미드 등을 들 수 있다. 이 중, 폴리아미드산은, 그 합성이 용이하고, 또한 용매에의 용해성이 뛰어나기 때문에, 기판에의 도포성·성막성이 뛰어난 액정 배향제를 얻을 수 있다. 그러나, 폴리아미드산은, 그 구조상, 가수분해 등에 의해 분해되기 쉽기 때문에, 이것을 이용하여 얻은 액정 배향막에서는, 장기에 걸쳐 신뢰성을 확보하는 것이 어렵다.

한편, 가용성 폴리이미드(폴리아미드산의 탈수 반응에 의해 얻어지는 용매에 가용인 폴리이미드)는, 프리이미드화되어 있기 때문에, 가열하여 이미드화시키는 열경화 공정이 필요없으며, 그 때문에, 비교적 저온에서의 소성이 가능해진다. 또, 화학적 안정성·내열성이 뛰어나기 때문에, 가용성 폴리이미드를 이용하여 얻은 액정 배향막에서는, 장기에 걸쳐 신뢰성을 확보하기 쉬워진다. 그러나, 가용성 폴리이미드는, 용해시킬 수 있는 용매의 선택지가 적고, 그러므로, 사용할 수 있는 용매가 한정되며, 그 결과, 가용성 폴리이미드를 이용하는 경우, 도포 중·성막 중에 석출 등이 발생하여, 도막(塗膜)에 결함이 생기기 쉽다. 최근의, LCD 패널의 대형화·고정세화(高精細化)·사용 환경의 다양화에 수반하여, 각각의 문제를 해결하는 동시에, 각종 특성을 향상시킬 수 있는 수법의 탐색이 요구되고 있다.

본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 과제는, 저온에서의 소성이 가능하고, 또한 인쇄성(얻어지는 중합체의, 유기 용매에의 용해성)이 양호한 액정 배향제를 제공하는 것에 있다. 또, 상기 액정 배향제를 얻을 수 있는 중합체를 제공하는 것에 있다. 또, 러빙 처리를 행하는 경우에는 러빙 내성이 뛰어난 데다가 액정 배향성이 양호하고(즉, 저(低)프리틸트각을 실현할 수 있고), 또한 전압 보유율이 높은 액정 배향막을 제공하는 것에 있다. 또한, 상기 액정 배향막을 갖는 액정 표시 소자를 제공하는 것에 있다.

본 발명자는, 예의 연구한 결과, 특정의 구조를 갖는 중합체, 및 그것을 이용한 액정 배향제가, 상기의 목적을 달성하기 위해 유효한 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 또한, 상기 중합체는 신규이며, 상기 중합체를 얻기 위한 모노머도, 신규 화합물을 포함하고 있다.

즉, 본 발명은, 이하 1.∼9.를 요지로 한다.

1. 하기 식 (1)로 표시되는 구조를 갖는, 폴리우레아 및 폴리우레아 공중합체인 중합체를 함유하는, 액정 배향제:

[화학식 1]

식 중, X는 디이소시아네이트 유도체에서 유래하는 2가의 유기기를 나타내고, Y는 디아민 유도체에서 유래하는 2가의 유기기를 나타낸다. R₁은 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 분기하고 있어도 된다. R₂는 수소 원자, 탄소수 1∼4의 지방족 탄화수소기, 또는 하기 식 (1-1)로 표시되는 유기기를 나타낸다. Ra 및 Rb는 각각 독립하여, 수소 원자, 또는 탄소수 1∼2의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.

[화학식 2]

식 중, 흑점은 질소 원자에의 결합 개소를 의미하고, R₁, Ra 및 Rb는 상기의 R₁, Ra 및 Rb와 동의(同意)이다.

２. 하기 식 (2)로 표시되는 디아민 유도체와, 디이소시아네이트 유도체로부터 얻어지는, 폴리우레아 및 폴리우레아 공중합체인 중합체를 함유하는, 1.에 기재된 액정 배향제:

[화학식 3]

식 중, A는 지방족 탄화수소기 또는 방향족 탄화수소기의, 2가의 유기기를 나타내고, B 및 C는 각각 독립하여, 단(單)결합, 또는 탄소수 1∼5의 지방족 탄화수소기를 나타낸다. R₁, R₂, Ra 및 Rb는 상기의 R₁, R₂, Ra 및 Rb와 동의이다.

3. 상기 디아민 유도체 중 하기 식 (3)으로 표시되는 디아미노 화합물과, 디이소시아네이트 유도체로부터 얻어지는, 폴리우레아 및 폴리우레아 공중합체인 중합체를 함유하는, 2.에 기재된 액정 배향제:

[화학식 4]

식 중, Ar은 아릴기를 나타내고, D는 단결합, 또는 탄소수 1∼5의 탄화수소기를 나타낸다. R₁, R₂, Ra 및 Rb는 상기의 R₁, R₂, Ra 및 Rb와 동의이다.

4. 상기 디아민 유도체 중 하기 식 (3-a)로 표시되는 디아미노 화합물과, 디이소시아네이트 유도체로부터 얻어지는, 폴리우레아 및 폴리우레아 공중합체인 중합체를 함유하는, 3.에 기재된 액정 배향제:

[화학식 5]

식 중, D 및 R₁은 상기의 D 및 R₁과 동의이다.

5. 하기 식 (3-1)로 표시되는 디아미노 화합물과, 디이소시아네이트 유도체로부터 얻어지는, 중합체:

[화학식 6]

식 중, R₁은 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 분기하고 있어도 된다. B는 단결합, 또는 탄소수 1∼5의 지방족 탄화수소기를 나타낸다. Ra 및 Rb는 각각 독립하여, 수소 원자, 또는 탄소수 1∼2의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.

6. 상기 디아미노 화합물과, 하기 식 (4-1)∼식 (4-11) 및 식 (4-13)으로 표시되는 디이소시아네이트 유도체 중 적어도 하나로부터 얻어지는, 5.에 기재된 중합체:

[화학식 7]

7. 5. 또는 6.에 기재된 중합체를 이용한, 액정 배향제.

8. １.∼4. 및 7. 중 어느 하나에 기재된 액정 배향제로부터 얻어지는, 액정 배향막.

９. ８.에 기재된 액정 배향막을 이용한, 액정 표시 소자.

본 발명에 의하면, 저온에서의 소성이 가능하며, 고품위의 액정 배향막을 얻을 수 있는 데다가, 인쇄성이 뛰어난 액정 배향제를 제공할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 상기 액정 배향제를 얻기 위한 신규한 중합체를 제공할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 러빙 처리를 행하는 경우에는 러빙 내성이 뛰어난 데다가, 저프리틸트각을 실현할 수 있는 것에 더하여, 전압 보유율이 높은 액정 배향막을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 상기 액정 배향막을 이용한 액정 표시 소자를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 양태인 액정 배향제는, 식 (2)로 표시되는 디아민 유도체(이하 「디아민」이라고 칭하는 경우가 있다)와, 디이소시아네이트 유도체(이하 「디이소시아네이트」라고 칭하는 경우가 있다)로부터 얻어지는, 본 발명의 일 양태인 중합체를 함유한다.

＜본 발명에 사용하는 디아민＞

본 발명에 사용하는 디아민은, 식 (2)로 표시된다.

[화학식 8]

식 중, A는 지방족 탄화수소기 또는 방향족 탄화수소기의, 2가의 유기기를 나타내고, B 및 C는 각각 독립하여, 단결합, 또는 탄소수 1∼5의 지방족 탄화수소기를 나타낸다. R₁은 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 분기하고 있어도 된다. R₂는 수소 원자, 탄소수 1∼4의 지방족 탄화수소기, 또는 식 (1-1)로 표시되는 유기기를 나타낸다. Ra 및 Rb는 각각 독립하여, 수소 원자, 또는 탄소수 1∼2의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.

모노머의 중합 반응성이나, 내열성이나 액정 배향성이 뛰어난 액정 배향막을 얻을 수 있는 등의 관점에서는, 식 (2) 중, A는 방향족 탄화수소기, B는 탄소수 1∼3의 지방족 탄화수소기, C는 단결합이면 바람직하다. 식 (2)는, 구체적으로는 이하의 구조를 들 수 있다.

[화학식 9]

　

식 중, Ar은 아릴기를 나타내고, D는 단결합, 또는 탄소수 1∼5의 탄화수소기를 나타낸다. R₁, R₂, Ra 및 Rb는 상기의 R₁, R₂, Ra 및 Rb와 동의이다.

디아민을 합성하기 위한 시약을 입수하는 것이 용이한 점, 디이소시아네이트와의 반응성이 양호한 점, 얻어지는 상기 중합체의 물성이 양호해지는 점 등의 관점을 감안한 경우, 식 (3) 중, Ar은 페닐기가 바람직하고, R₂는 수소 원자가 바람직하다. 따라서, 식 (3)은, 바람직하게는 이하의 식 (3-a)'로 표시되는 구조이다. 그 중에서도, 식 (3) 중, Ra 및 Rb는 각각 수소 원자인 것이 바람직하다. 따라서, 식 (3)은, 특히 바람직하게는 식 (3-a)로 표시된다.

[화학식 10]

식 중, D 및 R₁은 상기의 D 및 R₁과 동의이다.

목적으로 하는 모노머를 적합하게 얻을 수 있는 점, 상기의 특성의 전부가 양호해지기 쉬운 점 등의 관점에서는, 상기 식 (3-a)'는, 바람직하게는 하기 식 (3-1)로 표시된다.

[화학식 11]

식 중, B, R₁, Ra 및 Rb는 상기의 B, R₁, Ra 및 Rb와 동의이다. 식 (3-1) 중, B가 탄소수 1 및 2이고, Ra 및 Rb가 각각 수소 원자이면, 식 (3-1)은, 식 (3-1a) 및 식 (3-1b)로 표시된다.

[화학식 12]

식 중, R₁은 상기의 R₁과 동의이다.

단, 식 (2)로 표시되는 디아민의 구체예는, 식 (3)으로 표시되는 디아민으로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과(예를 들면, 저프리틸트각을 실현할 수 있는 것)가 손상되지 않는 범위이면, 상기 중합체를 합성하는 데 있어서, 식 (2) 또는 식 (3)으로 표시되는 디아민의 일부를, 후술하는 식 (5)으로 표시되는 디아민으로 치환해도 된다.

＜본 발명에 사용하는 디이소시아네이트＞

본 발명에 사용하는 디이소시아네이트는, 식 (4)로 표시된다.

[화학식 13]

식 중, X는 2가의 유기기를 나타낸다. 식 (4)는, 바람직하게는 식 (4-1)∼식 (4-11) 및 식 (4-13)으로 표시된다.

[화학식 14]

식 (4-1)∼식 (4-5)로 표시되는 지방족 디이소시아네이트를 이용하는 경우는, 식 (4-6)∼식 (4-13)으로 표시되는 방향족 디이소시아네이트를 이용하는 경우에 비해, 얻어지는 중합체가 용매에 양호하게 용해하게 된다. 한편, 상기 방향족 디이소시아네이트는, 상기 지방족 디이소시아네이트에 비해, 디아민과 양호하게 반응한다. 예를 들면, 식 (4-6)이나 식 (4-7)에 나타내는 것과 같은 방향족 디이소시아네이트는, 디아민과 양호하게 반응하여, 얻어지는 액정 배향막의 내열성을 향상시킬 수 있다.

상기 중합체를 얻는 데에 범용성이 높은 화합물인 점, 얻어지는 상기 중합체의 특성이 양호해지는 점 등의 관점에서는, 식 (4)는, 식 (4-1), 식 (4-7), 식 (4-8), 식 (4-9) 또는 식 (4-10)이 바람직하다. 또, 식 (4)는, 얻어지는 액정 배향막의 액정 배향성이 양호해지는 관점에서는, 식 (4-13)이 바람직하다.

단, 본 발명의 취지의 범위 내이면, 식 (4)는 상기에 한정되지 않는다. 얻어지는 중합체, 액정 배향제, 및 액정 배향막 등의 목표로 하는 특성에 따라서, 입수가 용이한 디이소시아네이트를 적합하게 사용할 수 있다. 디이소시아네이트는, 2종 이상을 병용하여 사용해도 된다.

＜디아민＞

상기 중합체를 얻는 데 있어서, 식 (2)로 표시되는 디아민의 일부를, 그 이외의 디아민(다른 디아민)으로 치환해도 된다. 일반적으로, 디아민은 종류가 풍부하고, 또한, 다양한 기능을 갖는 유기기를 갖는 화합물이 많기 때문에, 다른 디아민을 병용함으로써, 상기 중합체에 추가의 효과를 부여할 수 있거나, 상기 디아민의 상기 효과를 더욱 향상시킬 수 있거나 하는 경우가 있다. 식 (2)로 표시되는 디아민의 몰수에 대한, 다른 디아민의 몰수의 비는, 본 발명의 효과(예를 들면, 저프리틸트각을 실현할 수 있는 것)가 손상되지 않는 범위 내에서 임의이다. 예를 들면, 상기 비는, 0.5 이하로 할 수 있다. 물론, 다른 디아민을 병용하지 않아도 된다. 이와 같은 다른 디아민으로는, 예를 들면, 하기 식 (5)로 표시되는 디아민을 들 수 있다.

[화학식 15]

식 중, Y는 2가의 유기기를 나타낸다. Y의 구조의 예는, 하기 식 (Y-1)∼식 (Y-49) 및 식 (Y-57)∼식 (Y-175)와 같이 열거되지만, 이들에 한정되지 않는다. R₅는 각각 독립하여, 수소 원자, 메틸기 또는 에틸기를 나타낸다. 테트라카르본산 이무수물과, 디아민과의 반응에서는 폴리아미드산을 주고, 디이소시아네이트와, 디아민과의 반응에서는 폴리우레아를 준다.

[화학식 16]

[화학식 17]

[화학식 18]

[화학식 19]

[화학식 20]

[화학식 21]

[화학식 22]

[화학식 23]

식 중, 특별히 언급이 없는 한, n은 1 내지 6의 정수이다.

＜중합체＞

폴리우레아 및 폴리우레아 공중합체인 중합체는, 폴리우레아 및/또는 폴리우레아 공중합체인 중합체를 의미한다. 이러한 중합체는, 식 (1)로 표시된다.

[화학식 24]

식 중, X는 디이소시아네이트에서 유래하는 2가의 유기기를 나타내고, Y는 디아민에서 유래하는 2가의 유기기를 나타낸다. R₁은 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 분기하고 있어도 된다. R₂는, 수소 원자, 탄소수 1∼4의 지방족 탄화수소기, 또는 하기 식 (1-1)로 표시되는 유기기를 나타낸다. Ra 및 Rb는 각각 독립하여, 수소 원자, 또는 탄소수 1∼2의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.

[화학식 25]

식 중, 흑점은 질소 원자에의 결합 개소를 의미하고, R₁, Ra 및 Rb는 상기의 R₁, Ra 및 Rb와 동의이다.

폴리우레아는, 우레아 결합 부위의 극성에 의해 강고한 수소 결합을 맺기 때문에, 얻어지는 막은 기계 강도가 뛰어나다. 한편, 그 강한 수소 결합력이 폴리머의 응집 요인이 되어, 폴리머 용액의 안정성 등을 나쁘게 하는 경우가 있다(폴리머 용액의 점도가 증가하거나, 폴리머의 일부가 석출하거나, 폴리머 용액이 겔화하는 등). 그 때문에, 폴리우레아의 구조에 따라서는, 사용 가능한 용매가 제한되며, 예를 들면, 고극성 그리고 고비점의 용매를 사용할 필요가 있다.

상기 중합체는, 식 (1)로 표시되는 구조, 즉, 폴리우레아의 N 원자 상에 식 (1-1)로 표시되는 유기기가 치환된 구조를 갖고 있다. 식 (1-1)로 표시되는 유기기가 수소 결합의 형성을 저해하고, 이것에 의해, 폴리머끼리의 응집을 막을 수 있다. 이 때문에, 폴리머 용액의 안정성이 크게 향상된다. 따라서, 폴리우레아의 폴리머 용액을 얻는 데 있어서, 사용 가능한 용매의 선택의 폭을 넓힐 수 있으며, 더 나아가서는, 저온에서의 소성이나, 인쇄성의 큰 개선도 가능해진다. 또한, 우레아 결합의 부위는, 성막 시의 소성 온도에 따라서는, 히단토인 고리나 분자 간 가교를 형성하는 경우가 있다.

＜반응 용액＞

반응 용액(상기 중합체를 얻기 위한 반응에 이용하는 유기 용매)로는, 상기 중합체가 용해하는 용액이면 특별히 한정되지 않는다. 그 구체예로는, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, N-에틸-2-피롤리돈, N-메틸카프로락탐, 디메틸술폭시드, 테트라메틸요소, 피리딘, 디메틸술폰, 헥사메틸술폭시드, γ-부티로락톤, 이소프로필알코올, 메톡시메틸펜타놀, 디펜텐, 에틸아밀케톤, 메틸노닐케톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소아밀케톤, 메틸이소프로필케톤, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 부틸카르비톨, 에틸카르비톨, 에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜모노아세테이트, 에틸렌글리콜모노이소프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜모노아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜-tert-부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜모노아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노아세테이트모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노아세테이트모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노프로필에테르, 디프로필렌글리콜모노아세테이트모노프로필에테르, 3-메틸-3-메톡시부틸아세테이트, 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 3-메틸-3-메톡시부타놀, 디이소프로필에테르, 에틸이소부틸에테르, 디이소부틸렌, 아밀아세테이트, 부틸부티레이트, 부틸에테르, 디이소부틸케톤, 메틸시클로헥센, 프로필에테르, 디헥실에테르, 디옥산, n-헥산, n-펜탄, n-옥탄, 디에틸에테르, 시클로헥사논, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 유산메틸, 유산에틸, 초산(酢酸)메틸, 초산에틸, 초산n-부틸, 초산프로필렌글리콜모노에틸에테르, 피루빈산메틸, 피루빈산에틸, 3-메톡시프로피온산메틸, 3-에톡시프로피온산메틸에틸, 3-메톡시프로피온산에틸, 3-에톡시프로피온산, 3-메톡시프로피온산, 3-메톡시프로피온산프로필, 3-메톡시프로피온산부틸, 디글라임, 4-히드록시-4-메틸-2-펜타논, 3-메톡시-N,N-디메틸프로판아미드, 3-에톡시-N,N-디메틸프로판아미드, 3-부톡시-N,N-디메틸프로판아미드 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 상기 중합체가 석출하지 않는 범위이면, 상기 중합체를 용해시키지 않는 용액이어도, 상기 반응 용액에 혼합하여 사용할 수 있다.

또, 반응 용액 중의 수분은 중합 반응을 저해하고, 더 나아가서는 생성된 중합체를 가수분해시키는 원인이 되므로, 탈수 건조시킨 반응 용액을 이용하는 것이 바람직하다. 디이소시아네이트와 디아민을 반응 용액 중에서 반응시킬 때에는, 디아민을 분산 또는 용해시킨 반응 용액을 교반시키고, 디이소시아네이트를 그대로, 또는 반응 용액에 분산 또는 용해시켜 첨가하는 방법, 반대로 디이소시아네이트를 분산 또는 용해시킨 반응 용액에 디아민을 첨가하는 방법, 디이소시아네이트와 디아민을 반응 용액에 교대로 첨가하는 방법 등을 들 수 있고, 이들 중 어느 방법을 이용해도 된다.

또, 디이소시아네이트 또는 디아민이 복수종의 화합물로 이루어지는 경우는, 미리 혼합한 상태에서 반응시켜도 되고, 개별적으로 순차 반응시켜도 되며, 또한 개별적으로 반응시킨 저분자량체를 혼합 반응시켜 고분자량체로 해도 된다. 그 때의 중합 온도는 －20℃ 내지 150℃의 임의의 온도를 선택할 수 있지만, 바람직하게는 －5℃ 내지 100℃의 범위이다. 또, 반응은 임의의 농도로 행할 수 있지만, 농도가 너무 낮으면 고분자량의 중합체를 얻는 것이 어려워지고, 농도가 너무 높으면 반응 용액의 점성이 너무 높아져서 균일한 교반이 곤란해지므로, 디이소시아네이트와 디아민의 반응 용액 중에서의 합계 농도는, 바람직하게는 1 질량％ 내지 50 질량％, 보다 바람직하게는 5 질량％ 내지 30 질량％이다. 반응 초기는 고농도로 행하고, 그 후, 반응 용액을 추가할 수도 있다.

폴리우레아의 중합 반응에 있어서는, 디이소시아네이트의 합계 몰수와, 디아민의 합계 몰수의 비는 0.8 내지 1.2인 것이 바람직하다. 통상의 중축합 반응과 마찬가지로, 이 몰비가 1.0에 가까울수록, 생성되는 중합체의 분자량은 커진다.

[중합체의 회수]

반응 용액으로부터, 생성된 상기 중합체를 회수하려면, 반응 용액을 빈(貧)용매에 투입하여 상기 중합체를 침전시키면 된다. 빈용매로는, 메타놀, 아세톤, 헥산, 부틸셀로솔브, 헵탄, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 에타놀, 톨루엔, 벤젠, 물 등을 들 수 있다. 빈용매에 투입하여 침전시킨 상기 중합체는, 여과하여 회수한 후, 상압 또는 감압하에서, 상온 또는 가열하여 건조시킬 수 있다. 또, 회수한 상기 중합체를 유기 용매에 재용해시키고, 재침전 및 재회수하는 조작을 2회 내지 10회 반복하면, 상기 중합체 중의 불순물을 줄일 수 있다. 이때의 빈용매로서, 예를 들면, 알코올류, 케톤류, 탄화수소 등을 들 수 있고, 이들 중에서 선택되는 3종 이상의 빈용매를 이용하면, 정제의 효율이 한층 더 오르므로 바람직하다.

상기 중합체의 분자량은, 상기 중합체로부터 얻어지는 도막의 강도, 및 도막을 형성할 때의 작업의 용이성, 도막의 막 두께의 균일성 등을 고려한 경우, GPC(Gel Permeation Chromatography)법으로 측정한 중량 평균 분자량으로 5,000 내지 1,000,000으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 10,000 내지 150,000이다.

＜액정 배향제＞

본 발명의 일 양태인 액정 배향제는, 액정 배향막을 형성하기 위한 도포액이며, 도막(수지 피막)을 형성하기 위한 수지 성분이 유기 용매에 용해되어 있다. 수지 성분은, 적어도 1종의 상기 중합체를 포함한다. 액정 배향제 중의, 수지 성분의 함유량은 2 질량％ 내지 20 질량％가 바람직하고, 보다 바람직하게는 3 질량％ 내지 15 질량％, 특히 바람직하게는 3 질량％ 내지 10 질량％이다. 본 발명에 있어서, 수지 성분에 포함되는 중합체는, 그 모두가 상기 중합체여도 되고, 본 발명의 취지의 범위 내이면, 그 이외의 중합체(다른 중합체)가 포함되어 있어도 된다. 수지 성분 중, 다른 중합체의 함유량은 0.5 질량％ 내지 15 질량％, 바람직하게는 1 질량％ 내지 10 질량％이다. 이러한 다른 중합체는, 예를 들면, 아크릴폴리머, 메타크릴폴리머, 노볼락 수지, 폴리히드록시스티렌, 폴리이미드 전구체, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에스테르, 셀룰로오스, 폴리실록산 등을 들 수 있다.

상기 액정 배향제에 이용하는 유기 용매는, 수지 성분을 용해시키는 유기 용매이면 특별히 한정되지 않는다. 그 구체예로는, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, N-메틸카프로락탐, 2-피롤리돈, N-에틸피롤리돈, N-비닐피롤리돈, 디메틸술폭시드, 테트라메틸요소, 피리딘, 디메틸술폰, 헥사메틸술폭시드, γ-부티로락톤, 3-메톡시-N,N-디메틸프로판아미드, 3-에톡시-N,N-디메틸프로판아미드, 3-부톡시-N,N-디메틸프로판아미드, 1,3-디메틸-이미다졸리디논, 에틸아밀케톤, 메틸노닐케톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소아밀케톤, 메틸이소프로필케톤, 시클로헥사논, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디글라임, 4-히드록시 -4-메틸-2-펜타논 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.

상기 액정 배향제는, 상기 이외의 성분을 함유해도 된다. 그 예로는, 액정 배향제를 도포하여 형성되는 도막의, 막 두께의 균일성이나 표면의 평활성을 향상시키는 용매나 화합물, 또는 액정 배향막과 기판과의 밀착성을 향상시키는 화합물 등이다.

막 두께의 균일성이나 표면의 평활성을 향상시키는 용매(빈용매)로는, 저표면장력을 갖는 용매, 예를 들면, 이소프로필알코올, 메톡시메틸펜타놀, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 부틸카르비톨, 에틸카르비톨, 에틸카르비톨아세테이트, 에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜모노아세테이트, 에틸렌글리콜모노이소프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜모노아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜-tert-부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜모노아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노아세테이트모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노아세테이트모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노프로필에테르, 디프로필렌글리콜모노아세테이트모노프로필에테르, 3-메틸-3-메톡시부틸아세테이트, 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 3-메틸-3-메톡시부타놀, 디이소프로필에테르, 에틸이소부틸에테르, 디이소부틸렌, 아밀아세테이트, 부틸부티레이트, 부틸에테르, 디이소부틸케톤, 메틸시클로헥센, 프로필에테르, 디헥실에테르, 1-헥사놀, n-헥산, n-펜탄, n-옥탄, 디에틸에테르, 유산메틸, 유산에틸, 초산메틸, 초산에틸, 초산n-부틸, 초산프로필렌글리콜모노에틸에테르, 피루빈산메틸, 피루빈산에틸, 3-메톡시프로피온산메틸, 3-에톡시프로피온산메틸에틸, 3-메톡시프로피온산에틸, 3-에톡시프로피온산, 3-메톡시프로피온산, 3-메톡시프로피온산프로필, 3-메톡시프로피온산부틸, 1-메톡시-2-프로파놀, 1-에톡시-2-프로파놀, 1-부톡시-2-프로파놀, 1-페녹시-2-프로파놀, 프로필렌글리콜모노아세테이트, 프로필렌글리콜디아세테이트, 프로필렌글리콜-1-모노메틸에테르-2-아세테이트, 프로필렌글리콜-1-모노에틸에테르-2-아세테이트, 디프로필렌글리콜, 2-(2-에톡시프로폭시)프로파놀, 유산메틸에스테르, 유산에틸에스테르, 유산n-프로필에스테르, 유산n-부틸에스테르, 유산이소아밀에스테르 등을 들 수 있다. 이들 빈용매는 1종이어도 복수종을 혼합하여 이용해도 된다. 상기 빈용매를 이용하는 경우는, 액정 배향제에 포함되는 유기 용매 전체의 5 질량％ 내지 80 질량％인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20 질량％ 내지 60 질량％이다.

막 두께의 균일성이나 도막 표면의 평활성을 향상시키는 화합물로는, 불소계 계면활성제, 실리콘계 계면활성제, 비이온계 계면활성제 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면, 에프톱 EF301, EF303, EF352(도켐 프로덕츠사 제조), 메가팍 F171, F173, R-30(다이니폰잉크사 제조), 플로라드 FC430, FC431(스미토모 3M사 제조), 아사히가드 AG710, 서프론 S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106(아사히가라스사 제조) 등을 들 수 있다. 이들 계면활성제의 사용 비율은, 액정 배향제에 포함되는 수지 성분의 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 0.01 질량부 내지 2 질량부, 보다 바람직하게는 0.01 질량부 내지 1 질량부이다.

액정 배향막과 기판과의 밀착성을 향상시키는 화합물의 구체예로는, 다음에 나타내는 관능성 실란 함유 화합물이나 에폭시기 함유 화합물 등을 들 수 있다. 예를 들면, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 2-아미노프로필트리메톡시실란, 2-아미노프로필트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, 3-우레이도프로필트리메톡시실란, 3-우레이도프로필트리에톡시실란, N-에톡시카르보닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-에톡시카르보닐-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-트리에톡시실릴프로필트리에틸렌트리아민, N-트리메톡시실릴프로필트리에틸렌트리아민, 10-트리메톡시실릴-1,4,7-트리아자데칸, 10-트리에톡시실릴-1,4,7-트리아자데칸, 9-트리메톡시실릴-3,6-디아자노닐아세테이트, 9-트리에톡시실릴-3,6-디아자노닐아세테이트, N-벤질-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-벤질-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-페닐-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-비스(옥시에틸렌)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-비스(옥시에틸렌)-3-아미노프로필트리에톡시실란, 에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 트리프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,6-헥산디올디글리시딜에테르, 글리세린디글리시딜에테르, 2,2-디브로모네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,3,5,6-테트라글리시딜-2,4-헥산디올, N,N,N',N'-테트라글리시딜-m-크실렌디아민, 1,3-비스(N,N-디글리시딜아미노메틸)시클로헥산, N,N,N',N'-테트라글리시딜-4,4'-디아미노디페닐메탄 등을 들 수 있다.

또한, 기판과 막의 밀착성의 향상에 더하여, 백라이트에 의한 광의 조사가 원인이 되는 전기 특성의 저하 등을 방지하는 목적으로, 이하와 같은 페노플라스트계의 첨가제를 첨가해도 된다. 구체적인 페노플라스트계 첨가제를 이하에 나타내지만, 이 구조로 한정되지 않는다.

[화학식 26]

기판과 막과의 밀착성을 향상시키는 화합물을 사용하는 경우, 그 화합물의 사용량은, 액정 배향제에 포함되는 수지 성분의 100 질량부에 대하여 0.1 질량부 내지 30 질량부인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 질량부 내지 20 질량부이다. 사용량이 상기 값 미만이면 밀착성이 향상하기 어려워지고, 상기 값보다도 많아지면 액정 배향성이 나빠지는 경우가 있다.

상기 액정 배향제에는, 상기와 같은 용매나 화합물 외, 본 발명의 효과가 손상되지 않는 범위이면, 액정 배향막의 유전율이나 도전성 등의 전기 특성을 변화시키는 목적으로, 유전체나 도전 물질, 더 나아가서는, 액정 배향막으로 했을 때의 막의 경도나 치밀도를 높이는 목적으로, 소정의 가교성 화합물을 첨가해도 된다.

＜액정 배향막·액정 표시 소자＞

상기 액정 배향제를, 기판 상에 도포하여 소성한 후, 러빙이나 광조사 등으로 배향 처리를 함으로써, 본 발명의 일 양태인 액정 배향막을 얻을 수 있다. 기판으로는, 투명성이 높은 유리 기판, 또는 플라스틱 기판(예를 들면, 아크릴 기판이나 폴리카보네이트 기판) 등을 이용할 수 있다. 또, 액정을 구동시키기 위한 ITO 전극 등이 형성된 기판을 이용하는 것이, 액정 표시 소자를 제조하는 프로세스를 간소화시키는 관점에서 바람직하다. 또, 반사형의 액정 표시 소자에서는, 편측(片側)의 기판에 실리콘 웨이퍼 등의 불투명한 것이어도 사용할 수 있고, 이 경우의 전극은, 알루미늄 등의 광을 반사하는 재료도 사용할 수 있다. 액정 배향제를 도포하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 공업적으로는, 스핀 코트 인쇄, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 플렉소 인쇄, 잉크젯 인쇄 등이 일반적이다. 그 외의 도포 방법으로는, 딥, 롤 코터, 슬릿 코터, 스피너 등이 있으며, 목적에 따라서 이들 방법을 이용해도 된다.

소성은, 핫플레이트 등의 가열 수단에 의해 50℃ 내지 300℃, 바람직하게는 80℃ 내지 250℃에서 행할 수 있다. 액정 배향제 중의 유기 용매를 증발시킴으로써, 도막을 형성시킬 수 있다. 도막의 두께는, 너무 두꺼우면 액정 표시 소자의 소비 전력이 증가하기 쉽고, 너무 얇으면 액정 표시 소자의 신뢰성이 저하하는 경우가 있으므로, 바람직하게는 5nm 내지 300nm, 보다 바람직하게는 10nm 내지 150nm이다. 액정을 수평 배향이나 경사 배향시키는 경우는, 소성 후의 도막을, 러빙 또는 편광 자외선 조사 등으로 배향 처리한다.

상기한 수법에 의해, 상기 액정 배향제로부터, 액정 배향막 부착 기판을 얻은 후, 공지의 방법으로 액정 셀을 제작함으로써, 본 발명의 일 양태인 액정 표시 소자를 얻을 수 있다. 액정 셀을 제작하는 수법의 일례로는, 액정 배향막이 형성된 1쌍의 기판을 준비하여, 한쪽의 기판의 액정 배향막 상에 스페이서를 산포(散布)하고, 액정 배향막면이 내측이 되도록 하여, 또 한쪽의 기판을 첩합하고, 액정을 감압 주입하여 밀봉(封止)하는 방법을 들 수 있다. 또는, 스페이서를 산포한 액정 배향막면에 액정을 적하한 후에, 기판을 첩합하여 밀봉을 행하는 방법을 들 수 있다. 이때의 스페이서의 두께는, 바람직하게는 1㎛ 내지 30㎛, 보다 바람직하게는 2㎛ 내지 10㎛이다. 상기 액정 배향제를 이용하여 제작된 상기 액정 표시 소자는, 신뢰성이 뛰어나기 때문에, 대화면(大畵面)이고 고정세(高精細)한 액정 TV 등에 적합하게 이용할 수 있다.

실시예

＜디아민의 합성＞

실시예 1

에틸(4-아미노벤질)글리시네이트[NG4ABA]의 합성

[화학식 27]

제 1 공정

질소 도입관과 환류관을 구비한 1L의 4구 플라스크에, 글리신에틸염산염 105.6g(0.694mol), THF 500g, 트리에틸아민 93.6g(0.925mol)을 첨가하고, 메커니컬 스터러를 이용하여 실온에서 1시간 교반한 후, THF가 환류하는 온도(설정 70℃)에서 가열하여, 4-니트로벤질브로마이드 50.0g(0.231mol)을 THF 500.0g에 용해시켜 이것을 천천히 적하하고, 적하 종료 후, 추가로 24시간 반응시켰다. 4-니트로벤질브로마이드가 소실된 시점에서 반응 종료로 하고, 석출되어 있는 고체를 여과에 의해 제거하고, THF를 로터리 에바포레이터로 제거하여, 얻어진 조물(組物)을 초산에틸 300.0g으로 재용해시켰다. 이 용액을 순수(純水) 100g으로 3회 세정하고, 10％ 염산 수용액 300g을 첨가하여, 1시간 교반하고, 수층(水層)측을 회수하여, 그 수층을 초산에틸 100g으로 3회 세정했다. 수층에 추가로 초산에틸 300g을 첨가하고, 탄산칼륨을 천천히 첨가해, pH를 10 정도로 하여 1시간 교반하고, 유기상(有機相)측을 회수하여, 순수 100g으로 3회 세정했다. 이 유기상에 무수 황산 마그네슘을 첨가하여 건조시키고, 여과하고, 활성탄을 첨가하여 잠시 교반한 후, 여과에 의해 활성탄을 없애고, 로터리 에바포레이터로 용매를 제거하고, 목적물(니트로체)인 엷은 황색의 점체(粘體) 46.0g(0.193mol)을 얻었다. 목적물이 얻어진 것을, ¹H-NMR로 확인했다.

¹H NMR(500MHz, CDCl₃): δ 8.2(2H), 7.53(2H), 4.22(2H), 3.93(2H), 3.42(2H), 1.89(1H), 1.27(3H)

제 2 공정

질소 도입관과 교반자를 구비한 500ml의 4구 플라스크에, 상기에서 얻어진 니트로체 45.0g(0.19mol), THF 300.0g, 철 도프형 백금 카본 4.5g을 첨가하고, 용기 내를 주의 깊게 수소 분위기하로 치환하여, 실온에서 24시간 반응시켰다. 원료가 소실된 시점에서 반응 종료로 하고, 백금 카본을 멤브레인 필터로 제거하고, 여액(濾液)에 활성탄(시라사기(白鷺)제)을 첨가하여, 40℃에서 30분 교반했다. 그 후, 다시 여과하고, 로터리 에바포레이터로 용매를 제거한 후, 고진공 펌프로 건조시켜, 목적물인 엷은 황색의 점체 35.4g(0.17mol: 수율 89％)을 얻었다. 목적물(NG4ABA)이 얻어진 것을, ¹H-NMR로 확인했다.

¹H NMR(500MHz, CDCl₃): δ 6.99(2H), 6.63(2H), 4.15(2H), 3.70(2H), 3.38(2H), 3.00(2H), 1.24(3H)

실시예 2

에틸(3-아미노벤질)글리시네이트[NG3ABA]의 합성

[화학식 28]

실시예 1로부터, 원료인 4-니트로벤질브로마이드를 3-니트로벤질브로마이드로 변경하여 합성했다. 목적물(NG3ABA)은 엷은 황색의 고체로서 얻어지고, 그 수량(收量)은 37.4g(0.18mol: 94％)이었다. 목적물이 얻어진 것은, ¹H-NMR로 확인했다.

¹H NMR(500MHz, CDCl₃): δ 7.10(1H), 6.65(1H), 6.57(1H), 4.16(2H), 3.70(2H), 3.39(2H), 3.09(2H), 1.25(3H)

실시예 3

에틸(4-아미노페네틸)글리시네이트[NG4APhA]의 합성

[화학식 29]

제 1 공정

질소 도입관과 환류관을 구비한 1L의 4구 플라스크에, 4-니트로페네틸아민 염산염 50g(0.246mol), THF 500g, 트리에틸아민 62.1g(0.604mol)을 첨가하고, 메커니컬 스터러를 이용하여 실온에서 1시간 교반하고, THF가 환류하는 온도(설정 70℃)에서 가열하고, 2-클로로초산에틸 25.1g(0.205mol)을 THF 300g에 용해시켜 이것을 천천히 적하하고, 적하 종료 후, 추가로 24시간 반응시켰다. 2-클로로초산에틸이 소실(HPLC로 확인)된 시점에서 반응 종료로 하고, 석출되어 있는 고체를 여과에 의해 제거하고, THF를 로터리 에바포레이터로 제거하여, 얻어진 조물을 초산에틸 500g으로 재용해시켰다. 이 용액을 순수 100g으로 3회 세정하고, 10％ 염산 수용액 500g을 첨가하여, 1시간 교반하고, 수층측을 회수하여, 그 수층을 초산에틸 100g으로 3회 세정했다. 수층에 추가로 초산에틸 500g을 첨가하고, 탄산칼륨을 천천히 첨가해, pH를 10 정도로 하여 1시간 교반하고, 유기상측을 회수하여, 순수 100g으로 3회 세정했다. 이 유기상에 무수 황산 마그네슘을 첨가하여 건조시키고, 여과하고, 활성탄을 첨가하여 잠시 교반한 후, 여과에 의해 활성탄을 없애고, 로터리 에바포레이터로 용매를 제거하여, 목적물인 엷은 황색의 점체 34.2g(0.136mol: 수율 66％)을 얻었다. 목적물(니트로체)이 얻어진 것을, ¹H-NMR로 확인했다.

¹H NMR(500MHz, CDCl₃): δ 8.14(2H), 7.37(2H), 4.16(2H), 3.43(2H), 2.95(4H), 2.19(1H), 1.25(3H)

제 2 공정

질소 도입관과 교반자를 구비한 500ml의 4구 플라스크에, 상기에서 얻어진 니트로체 30.0g, THF 300g, 철 도프형 백금 카본 3.0g을 첨가하고, 용기 내를 주의 깊게 수소 분위기하로 치환하여, 실온에서 24시간 반응시켰다. 원료가 소실된 시점에서 반응 종료로 하고, 백금 카본을 멤브레인 필터로 제거하고, 여액에 활성탄(시라사기제)을 첨가하여, 40℃에서 30분 교반했다. 그 후, 다시 여과하고, 로터리 에바포레이터로 용매를 제거한 후, 고진공 펌프로 건조시켜, 목적물(NG4APhA)인 엷은 황색의 점체 25.1g(0.113mol: 수율 95％)을 얻었다. 목적물이 얻어진 것을 ¹H-NMR로 확인했다.

¹H NMR(500MHz, CDCl₃): δ 6.99(2H), 6.60(2H), 4.18(2H), 3.42(2H), 2.89(2H), 2.86(2H), 2.75(2H), 1.24(3H)

＜약어(略語)＞

액정 배향제의 조제에서 이용하는 약호(略號)는 이하와 같다.

(디이소시아네이트)

IDI: 이소포론 디이소시아네이트

4IBI: (이소시아네이토메틸)페닐-이소시아네이트

DI-3MG: 1,3-비스(4-이소시아네이토페녹시)프로판

DI-2MG: 1,2-비스(4-이소시아네이토페녹시)에탄

[화학식 30]

(디아민)

NG4ABA: 에틸(4-아미노벤질)글리시네이트

NG3ABA: 에틸(3-아미노벤질)글리시네이트

NG4APhA: 에틸(4-아미노페네틸)글리시네이트

Me3ABA: N-메틸-3-아미노벤질아민

Me4APhA: N-메틸-4-아미노페네틸아민

DA-3MG: 1,3-디(4-아미노페녹시)프로판

[화학식 31]

(용매)

NMP: N-메틸-2-피롤리돈

BCS: 부틸셀로솔브

GBL: γ-부티로락톤

또, 폴리이미드의 분자량 측정 조건은, 이하와 같다.

장치: 센슈 가가쿠사 제조 상온 겔 침투 크로마토그래피(GPC) 장치(SSC-7200)

컬럼: Shodex사 제조 컬럼(KD-803, KD-805)

컬럼 온도: 50℃

용리(溶離)액: N,N'-디메틸포름아미드(첨가제로서, 브롬화 리튬-수화물(LiBr·H₂O)이 30mmol/L, 인산·무수 결정(o-인산)이 30mmol/L, THF가 10ml/L)

유속: 1.0ml/분

검량선 작성용 표준 샘플: 도소사 제조 TSK 표준 폴리에틸렌옥사이드(분자량 약 9000,000, 150,000, 100,000, 30,000), 및 폴리머 래버러토리사 제조 폴리에틸렌글리콜(분자량 약 12,000, 4,000, 1,000)

＜중합체의 합성＞

실시예 4

DI-2MG/NG3ABA

질소 도입관과 교반자를 구비한 50ml의 2구 플라스크에, NG3ABA 1.00g(4.80mmol)을 재어 취하고, NMP 13.43g을 첨가하여 용해시키고, DI-2MG 1.37g(4.60mmol)을 첨가하여, 질소 분위기하 40℃에서 24시간 반응시켰다. 이것에 의해, 농도 15 질량％, 점도 420mPas의 중합체(폴리머 용액: P-1)를 얻었다. 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량은 Mw: 46200이었다.

실시예 5

DI-2MG/NG4ABA

질소 도입관과 교반자를 구비한 50ml의 2구 플라스크에, NG4ABA 1.00g(4.80mmol)을 재어 취하고, NMP 13.32g을 첨가하여 용해시키고, DI-2MG 1.35g(4.56mmol)을 첨가하여, 질소 분위기하 40℃에서 24시간 반응시켰다. 이것에 의해, 농도 15 질량％, 점도 370mPas의 중합체(폴리머 용액: P-2)를 얻었다. 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량은 Mw: 39800이었다.

실시예 6

DI-3MG/NG4APhA

질소 도입관과 교반자를 구비한 50ml의 2구 플라스크에, NG4APhA 1.00g(4.50mmol)을 재어 취하고, NMP 13.20g을 첨가하여 용해시키고, DI-3MG 1.33g(4.28mmol)을 첨가하여, 질소 분위기하 40℃에서 24시간 반응시켰다. 이것에 의해, 농도 15 질량％, 점도 440mPas의 중합체(폴리머 용액: P-3)를 얻었다. 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량은 Mw: 46300이었다.

실시예 7

4IBI/NG4APhA, DA-3MG

질소 도입관과 교반자를 구비한 50ml의 2구 플라스크에, NG4APhA 0.50g(2.25mmol), DA-3MG 0.58g(2.25mmol)을 재어 취하고, NMP 10.48g을 첨가하여 용해시키고, 4IBI 0.77g(4.41mmol)을 첨가하여, 질소 분위기하 40℃에서 24시간 반응시켰다. 이것에 의해, 농도 15 질량％, 점도 280mPas의 중합체(폴리머 용액: P-4)를 얻었다. 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량은 Mw: 37300이었다.

실시예 8

IDI, DI-3MG/NG4ABA, DA-3MG

질소 도입관과 교반자를 구비한 50ml의 2구 플라스크에, NG4ABA 0.50g(2.40mmol), DA-3MG 0.62g(2.40mmol)을 재어 취하고, NMP 13.60g을 첨가하여 용해시키고, DI-3MG 0.74g(2.40mmol), IDI 0.54g(2.42mmol)을 첨가하여, 질소 분위기하 40℃에서 24시간 반응시켰다. 이것에 의해, 농도 15 질량％, 점도 330mPas의 중합체(폴리머 용액: P-5)를 얻었다. 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량은 Mw: 41600이었다.

비교예 1

DI-2MG/Me3ABA

질소 도입관과 교반자를 구비한 50ml의 2구 플라스크에, Me3ABA 1.00g(7.34mmol)을 재어 취하고, NMP 19.36g을 첨가하여 용해시키고, DI-2MG 2.24g(7.57mmol)을 첨가하여, 질소 분위기하 40℃에서 24시간 반응시켰다. 이것에 의해, 농도 15 질량％, 점도 530mPas의 중합체(폴리머 용액: PRef-1)를 얻었다. 얻어진 중합체의 중량 평균 분자량은 Mw: 39900이었다.

비교예 2

DI-2MG/Me4APhA

질소 도입관과 교반자를 구비한 50ml의 2구 플라스크에, Me4APhA 1.00g(6.66mmol)을 재어 취하고, NMP 16.38g을 첨가하여 용해시키고, DI-2MG 1.89g(6.39mmol)을 첨가하여, 질소 분위기하 40℃에서 24시간 반응시켰다. 이것에 의해, 농도 15 질량％, 점도 490mPas의 중합체(폴리머 용액: PRef-2)를 얻었다. 얻어진 폴리머의 중량 평균 분자량은 Mw: 41300이었다.

＜액정 배향제의 조제＞

실시예 9

교반자를 구비한 50ml의 삼각 플라스크에, 실시예 4에서 얻어진 중합체(P-1) 10.0g을 재어 취하고, NMP 2.5g, GBL 5.0g, BCS 7.5g을 첨가하여 실온에서 30분 교반하고, 고형분 6.0 질량％, NMP 44 질량％, GBL 20 질량％, BCS 30 질량％의 액정 배향제(AL-1)를 얻었다.

실시예 10

교반자를 구비한 50ml의 삼각 플라스크에, 실시예 5에서 얻어진 중합체(P-2) 10.0g을 재어 취하고, NMP 2.5g, GBL 5.0g, BCS 7.5g을 첨가하여 실온에서 30분 교반하고, 고형분 6.0 질량％, NMP 44 질량％, GBL 20 질량％, BCS 30 질량％의 액정 배향제(AL-2)를 얻었다.

실시예 11

교반자를 구비한 50ml의 삼각 플라스크에, 실시예 6에서 얻어진 중합체(P-3) 10.0g을 재어 취하고, NMP 2.5g, GBL 5.0g, BCS 7.5g을 첨가하여 실온에서 30분 교반하고, 고형분 6.0 질량％, NMP 44 질량％, GBL 20 질량％, BCS 30 질량％의 액정 배향제(AL-3)를 얻었다.

실시예 12

교반자를 구비한 50ml의 삼각 플라스크에, 실시예 7에서 얻어진 중합체(P-4) 10.0g을 재어 취하고, NMP 2.5g, GBL 5.0g, BCS 7.5g을 첨가하여 실온에서 30분 교반하고, 고형분 6.0 질량％, NMP 44 질량％, GBL 20 질량％, BCS 30 질량％의 액정 배향제(AL-4)를 얻었다.

실시예 13

교반자를 구비한 50ml의 삼각 플라스크에, 실시예 8에서 얻어진 중합체(P-5) 10.0g을 재어 취하고, NMP 2.5g, GBL 5.0g, BCS 7.5g을 첨가하여 실온에서 30분 교반하고, 고형분 6.0 질량％, NMP 44 질량％, GBL 20 질량％, BCS 30 질량％의 액정 배향제(AL-5)를 얻었다.

비교예 3

교반자를 구비한 50ml의 삼각 플라스크에, 비교예 1에서 얻어진 중합체(PRef-1) 10.0g을 재어 취하고, NMP 2.5g, GBL 5.0g, BCS 7.5g을 첨가하여 실온에서 30분 교반하고, 고형분 6.0 질량％, NMP 44 질량％, GBL 20 질량％, BCS 30 질량％의 액정 배향제(AL-6)를 얻었다.

비교예 4

교반자를 구비한 50ml의 삼각 플라스크에, 비교예 2에서 얻어진 중합체(PRef-2) 10.0g을 재어 취하고, NMP 2.5g, GBL 5.0g, BCS 7.5g을 첨가하여 실온에서 30분 교반하고, 고형분 6.0 질량％, NMP 44 질량％, GBL 20 질량％, BCS 30 질량％의 액정 배향제(AL-7)를 얻었다.

비교예 5

닛산 가가쿠(주)사 제조의 SE-6414를, 액정 배향제(AL-8)로서 이용했다.

실시예 9∼13의 액정 배향제(AL-1∼AL-5) 및 비교예 3∼5의 액정 배향제(AL-6∼AL-8)를 이용하고, 하기 수법에 의거하여, 액정 배향막을 평가했다.

＜백화 내성 및 도포성(인쇄성)의 평가＞

얻어진 액정 배향제를, 잘 세정한 Cr 기판에 각각 1방울 떨어뜨리고, 실온 25℃, 습도 60％에서 방치하여, 하얗게 되기(백화하기) 까지의 시간을 측정했다. 측정한 시간에 의거하여, 백화 내성을 평가했다.

액정 배향제를 1.0㎛의 필터로 여과한 후, 세정한 Cr 기판 상에 배향막 인쇄기(니혼 샤신 인사츠사 제조 「옹스트로머」)를 이용하여 플렉소 인쇄를 행함으로써, 도포성 시험을 행하였다.

아니록스 롤에 약 1.0ml의 액정 배향제를 적하하고, 공운전을 10회 실시한 후, 10분간 인쇄기를 멈춰, 인쇄판을 건조시켰다. 그 후, Cr 기판 1장에 인쇄를 행하고, 인쇄 후의 기판을 70℃의 핫플레이트 상에 5분간 방치하여, 도막의 임시(假) 건조를 행하고, 막 상태를 관찰했다. 육안과, 광학 현미경(니콘사 제조 「ECLIPSE ME600」)에서의 배율 50배로, 주로 막 두께 불균일이나 에지부의 막 두께 불균일을 관찰했다.

＜액정 배향성, 전압 보유율, 및 프리틸트각의 평가＞

[액정 배향성의 관찰, 및 액정 셀의 제작]

액정 배향제를 1.0㎛의 필터로 여과한 후, 전극 부착 기판(가로 30mm×세로 40mm의 크기이고, 두께가 1.1mm인 유리 기판. 전극은 폭 10mm×길이 40mm의 직사각형(矩形)이고, 두께 35nm의 ITO 전극)에, 스핀 코트 인쇄에 의해 도포했다. 50℃의 핫플레이트 상에서 5분간 건조시킨 후, 180℃의 IR식 오븐에서 20분간 소성을 행하여, 막 두께 100nm의 도막을 형성시켰다. 이 막을 레이온 직물(요시카와 가코 제조 YA-20R)로 러빙(롤러 직경: 120mm, 롤러 회전수: 1000rpm, 이동 속도: 20mm/sec, 압입(壓入) 길이: 0.4mm)한 후, 순수 중에서 1분간 초음파를 조사하여 세정하고, 에어 블로우로 물방울을 제거한 후, 80℃에서 15분간 건조하여 액정 배향막 부착 기판을 얻었다.

상기의 액정 배향막 부착 기판을 2장 준비하고, 그 1장의 액정 배향막면 상에 4㎛의 스페이서를 산포한 후, 그 위에서부터 시일제를 인쇄하고, 또 1장의 기판을 러빙 방향이 역방향, 또한 막면이 마주보도록 하여 붙인 후, 시일제를 경화시켜 빈(空) 셀을 제작했다. 이 빈 셀에 감압 주입법에 의해, MLC-2041(머크 가부시키가이샤 제조)을 주입하고, 주입구를 밀봉하여 액정 셀을 얻었다. 그 후, 액정 배향성을 관찰한 후, 액정 셀을 110℃에서 1시간 가열하고, 23℃에서 하룻밤 방치하여, 전압 보유율 측정용의 액정 셀을 얻었다.

상기의 순서로 얻어진 전압 보유율 측정용의 액정 셀을 이용하여, 60℃의 온도하에서 1V의 전압을 60㎲간 인가(印加)하고, 166.7ms 후의 전압을 측정하여, 전압이 어느 정도 보유되어 있는지를 전압 보유율로 하여 계산했다. 또한, 전압 보유율의 측정에는 도요 테크니카사 제조의 VHR-1 전압 보유율 측정 장치를 사용했다.

[프리틸트각의 평가]

프리틸트각의 측정에는 옵토매트릭스사 제조 Axo Scan 뮬러 매트릭스 폴라리미터를 이용했다.

[러빙 내성의 평가]

액정 배향제를 1.0㎛의 필터로 여과한 후, 전극 부착 기판(가로 30mm×세로 40mm의 크기이고, 두께가 1.1mm인 유리 기판. 전극은 폭 10mm×길이 40mm의 직사각형이고, 두께 35nm의 ITO 전극)에, 스핀 코트 인쇄에 의해 도포했다. 50℃의 핫플레이트 상에서 5분간 건조시킨 후, 180℃의 IR식 오븐에서 20분간 소성을 행하여, 막 두께 100nm의 도막을 형성시켰다. 이 막을 레이온 직물(요시카와 가코 제조 YA-20R)로 러빙(롤러 직경: 120mm, 롤러 회전수: 1000rpm, 이동 속도: 20mm/sec, 압입 길이: 0.4mm)한 후, 공초점 레이저 현미경을 이용하여 러빙 내성을 평가했다. 막이 박리되어 있는 경우는 ×, 막 상에 깎인 찌꺼기나 흠집이 많이 보인 경우는 △, 양호한 경우(막의 박리가 보이지 않고, 또한 막 상에 깎인 찌꺼기나 흠집이 많이 보이지 않는 경우)는 ○로 한다. 각종 평가의 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

실시예 9∼13의 액정 배향제는, 비교예와 비교하여 대폭으로 백화 내성이 뛰어나고, 또 인쇄성도 양호하다. 비교예 5는, 폴리아믹산계의 재료이기 때문에, 백화 내성이나 인쇄성은 양호한 재료계이기는 하다. 실시예 9∼13은, 백화 내성이나 인쇄성에 대해서, 비교예 5와 동등 이상의 특성을 얻을 수 있다고 기대된다. 식 (1-1)로 표시되는 유기기는, 분자 내에서의 반응이나 분자 간의 가교 등에도 소비되는 것이 생각되기 때문에, 비교예 3 및 4와 비교해도, 실시예 9∼13은 러빙 내성이 매우 양호하다. 비교예 5는 이미드화 반응이 진행되지 않기 때문에, 러빙 내성이 나쁜 결과가 되었다고 생각된다.

또, 실시예 9∼13의 액정 배향제를 이용하여 얻어진 액정 셀에서는, 저(低)프리틸트각 그리고 높은 전압 보유율이 얻어지고 있다. 이것은, 식 (1-1)로 표시되는 유기기가 여러 가지 반응에 이용되는 것과, 폴리아믹산과 같이 분해 반응을 수반하지 않는 결과라고 고찰할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 양태인 액정 배향막은, 저온에서의 소성으로 얻을 수 있는 액정 배향막으로서 매우 유망하다고 생각된다. 또한, 실시예 7∼10의 어느 액정 배향제를 이용해도, 액정 배향막 및 액정 표시 소자를 적합하게 얻을 수 있었다.

산업상 이용 가능성

본 발명의 액정 배향제를 이용하여 제작한 액정 표시 소자는, 신뢰성이 높은 액정 표시 디바이스로 할 수 있고, IPS 액정 표시 소자, FFS 액정 표시 소자 등, 여러 가지 방식에 의한 표시 소자에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (9)

1. 하기 식 (1)로 표시되는 구조를 갖는, 폴리우레아 및 폴리우레아 공중합체인 중합체로서, 하기 식 (3-a)로 표시되는 디아민 유도체인 디아미노 화합물과, 디이소시아네이트 유도체로부터 얻어지는, 중합체를 함유하는, 액정 배향제:
   [화학식 1]
   
   (식 중, X는 디이소시아네이트 유도체에서 유래하는 2가의 유기기를 나타내고, Y는 디아민 유도체에서 유래하는 2가의 유기기를 나타낸다. R₁은 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 분기하고 있어도 된다. R₂는 수소 원자, 탄소수 1∼4의 지방족 탄화수소기, 또는 하기 식 (1-1)로 표시되는 유기기를 나타낸다. Ra 및 Rb는 각각 독립하여, 수소 원자, 또는 탄소수 1∼2의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
   [화학식 2]
   
   식 중, 흑점은 질소 원자에의 결합 개소를 의미하고, R₁, Ra 및 Rb는 상기의 R₁, Ra 및 Rb와 동의(同意)이다.
   [화학식 3]
   
   식 중, D는 단결합, 또는 탄소수 1∼5의 지방족 탄화수소기를 나타내며, R₁은 상기의 R₁과 동의이다.).
2. 하기 식 (3-a)로 표시되는 디아미노 화합물과, 디이소시아네이트 유도체로부터 얻어지는, 중합체:
   [화학식 4]
   
   식 중, R₁은 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 분기하고 있어도 되며, D는 단결합, 또는 탄소수 1∼5의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 디아미노 화합물과, 하기 식 (4-1)∼식 (4-11) 및 식 (4-13)으로 표시되는 디이소시아네이트 유도체 중 적어도 하나로부터 얻어지는, 중합체:
   [화학식 5]
   
4. 제 2 항에 기재된 중합체를 이용한, 액정 배향제.
5. 제 1 항에 기재된 액정 배향제로부터 얻어지는, 액정 배향막.
6. 제 5 항에 기재된 액정 배향막을 이용한, 액정 표시 소자.
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