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WO2025121189A1 - 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子 - Google Patents

液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子 Download PDF

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Publication number
WO2025121189A1
WO2025121189A1 PCT/JP2024/041624 JP2024041624W WO2025121189A1 WO 2025121189 A1 WO2025121189 A1 WO 2025121189A1 JP 2024041624 W JP2024041624 W JP 2024041624W WO 2025121189 A1 WO2025121189 A1 WO 2025121189A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid crystal
group
polymer
crystal alignment
diamine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2024/041624
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雅倫 尹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Chemical Corp
Original Assignee
Nissan Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Chemical Corp filed Critical Nissan Chemical Corp
Publication of WO2025121189A1 publication Critical patent/WO2025121189A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L79/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
    • C08L79/04Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08L79/08Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal alignment agent, a liquid crystal alignment film, and a liquid crystal display element.
  • Liquid crystal display devices are widely used as display units for personal computers, smartphones, mobile phones, televisions, etc.
  • Liquid crystal display devices usually include a liquid crystal layer sandwiched between a display element substrate and a color filter substrate, pixel electrodes and a common electrode that apply an electric field to the liquid crystal layer, an alignment film that controls the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer, and thin film transistors (TFTs) that switch the electrical signals supplied to the pixel electrodes.
  • Known methods for driving liquid crystal molecules include vertical electric field methods such as the TN method and the VA method, and horizontal electric field methods such as the IPS (In Plane Switching) driving method and the FFS (Fringe Field Switching) driving method.
  • the most widely used liquid crystal alignment film industrially is produced by rubbing the surface of a film made of polyamic acid and/or polyimide formed by imidizing polyamic acid on an electrode substrate in one direction with a cloth such as cotton, nylon, or polyester, a so-called rubbing treatment.
  • the rubbing treatment is an industrially useful method that is simple and has excellent productivity.
  • a photoalignment method is known in which liquid crystal alignment ability is imparted by irradiating polarized radiation.
  • the photoalignment method methods using photoisomerization reaction, photocrosslinking reaction, photodecomposition reaction, etc. have been proposed (for example, see Non-Patent Document 1, Patent Documents 1 and 2).
  • the size of mother glass for liquid crystal displays has become very large, and currently the size of mother glass is as large as 10.5 generation (approximately 3000 mm x approximately 3400 mm), so the deflection due to vibration during transportation of the mother glass has become large.
  • the display has become thinner, and a process of polishing and thinning the completed liquid crystal display panel (also called a slimming process) may be performed.
  • a process of polishing and thinning the completed liquid crystal display panel also called a slimming process
  • collisions between components occur inside the liquid crystal display panel, and the liquid crystal alignment film is scraped off, resulting in the problem of display defects such as bright spots (hereinafter, these bright spots are also called vibration bright spots).
  • liquid crystal display elements made using conventional liquid crystal alignment agents are prone to the occurrence of scraping of the liquid crystal alignment film and oscillating bright spots.
  • they have investigated liquid crystal alignment agents containing two types of polymers, and although the scraping of the liquid crystal alignment film and the oscillating bright spots have been somewhat improved, they have not been able to find a solution that can solve these problems at a high level.
  • the demand for higher quality liquid crystal display elements is greater than ever before, and liquid crystal alignment films used in liquid crystal display elements, such as those of the IPS and FFS modes, require a high alignment control force to suppress image retention (hereinafter also referred to as AC image retention) that occurs due to long-term AC driving.
  • the object of the present invention is to provide a liquid crystal aligning agent capable of obtaining a liquid crystal alignment film having excellent film strength and few vibrating bright spots, a liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal aligning agent, and a liquid crystal display element using the liquid crystal alignment film.
  • Another object of the present invention is to provide a liquid crystal aligning agent capable of obtaining a liquid crystal alignment film that suppresses AC afterimages at a high level, the liquid crystal alignment film, and a liquid crystal display element using the liquid crystal alignment film.
  • the present invention has the following aspects:
  • a liquid crystal aligning agent comprising the following polymer (P) and polymer (B).
  • R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 6 carbon atoms, a monovalent organic group having 1 to 6 carbon atoms containing a fluorine atom, or a phenyl group, and at least one of R 1 to R 4 represents a group other than a hydrogen atom as defined above.
  • halogen atoms include fluorine, chlorine, bromine, and iodine atoms, and * represents a bond.
  • Boc represents a tert-butoxycarbonyl group.
  • tert- is also referred to as "t-”.
  • Fmoc represents a 9-fluorenylmethyloxycarbonyl group.
  • liquid crystal alignment agent of the present invention By using the liquid crystal alignment agent of the present invention, a liquid crystal alignment film with excellent film strength and few vibrating bright spots can be obtained. In addition, a liquid crystal alignment film that suppresses AC afterimages to a high level can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a lateral electric field type liquid crystal display element of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of a lateral electric field type liquid crystal display element of the present invention.
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention contains a tetracarboxylic acid component (also referred to as a specific alicyclic tetracarboxylic acid component (p) in the present invention) containing at least one selected from the group consisting of tetracarboxylic dianhydrides represented by the above formula (1) and derivatives thereof, and at least one polymer (P) selected from the group consisting of polyimide precursors obtained by using a diamine component and polyimides which are imidized products of the polyimide precursors.
  • the polymer (P) may be one type or two or more types.
  • the polyimide precursor is a polymer that can give a polyimide by imidizing a polyamic acid, a polyamic acid ester, or the like.
  • the polyamic acid (P') which is a polyimide precursor of the polymer (P) can be obtained, for example, by a polymerization reaction between a diamine component and a tetracarboxylic dianhydride component represented by the above formula (1).
  • the tetracarboxylic acid component to be reacted with the diamine component may be not only a tetracarboxylic acid dianhydride but also a derivative of a tetracarboxylic acid dianhydride such as a tetracarboxylic acid, a tetracarboxylic acid dihalide, a tetracarboxylic acid dialkyl ester, or a tetracarboxylic acid dialkyl ester dihalide.
  • alkyl group having 1 to 6 carbon atoms in R 1 to R 4 of formula (1) include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, an n-pentyl group, etc.
  • alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms in R 1 to R 4 include a vinyl group, a propenyl group, a butenyl group, etc., which may be linear or branched.
  • alkynyl group having 2 to 6 carbon atoms in R 1 to R 4 include an ethynyl group, a 1-propynyl group, a 2-propynyl group, a 1-butynyl group, a 2-butynyl group, a 3-butynyl group, etc.
  • Examples of the fluorine atom-containing monovalent organic group having 1 to 6 carbon atoms in R 1 to R 4 include a fluoromethyl group, a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a pentafluoropropyl group, a trifluoromethoxy group, a 2,2,2-trifluoroethyl group, and a 2,2,2-trifluoroethoxy group. From the viewpoint of high photoreactivity, it is more preferable that at least two of R 1 to R 4 represent a group other than a hydrogen atom as defined above.
  • R 1 and R 4 represent a group other than a hydrogen atom
  • R 2 and R 3 represent a hydrogen atom
  • R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom or a methyl group, more preferably at least one of R 1 to R 4 is a methyl group, and even more preferably at least two of R 1 to R 4 are methyl groups. Most preferably, R 1 and R 4 are methyl groups, and R 2 and R 3 are hydrogen atoms.
  • tetracarboxylic dianhydride represented by the above formula (1) or a derivative thereof examples include 1,2-dimethyl-1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride, 1,3-dimethyl-1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride, 1,3-dichloro-1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-tetramethyl-1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride, 1,3-difluoro-1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride, 1,3-bis(trifluoromethyl)-1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic dianhydride, and derivatives thereof.
  • the proportion of the specific alicyclic tetracarboxylic acid component (p) used is more preferably 10 mol % or more, further preferably 20 mol % or more, and most preferably 50 mol % or more, based on 1 mol of the total tetracarboxylic acid components used in the polymer (P).
  • the tetracarboxylic acid component used in the production of the polymer (P) may contain a tetracarboxylic acid component other than the specific alicyclic tetracarboxylic acid component (p) (hereinafter, also referred to as other tetracarboxylic acid component (p)).
  • the content of the specific alicyclic tetracarboxylic acid component (p) is more preferably 95 mol % or less, and even more preferably 90 mol % or less, based on 1 mol of the total tetracarboxylic acid components used in the polymer (P).
  • the content of the other tetracarboxylic acid component (p) is more preferably 5 mol % to 90 mol %, further preferably 10 to 80 mol %, and most preferably 10 to 50 mol %, based on 1 mol of the total tetracarboxylic acid components used in the polymer (P).
  • the other tetracarboxylic acid component (p) include acyclic aliphatic tetracarboxylic acid dianhydrides, alicyclic tetracarboxylic acid dianhydrides other than the tetracarboxylic acid dianhydride represented by the above formula (1), aromatic tetracarboxylic acid dianhydrides, and derivatives thereof.
  • the acyclic aliphatic tetracarboxylic acid dianhydride is an acid dianhydride obtained by intramolecular dehydration of four carboxy groups bonded to a chain hydrocarbon structure, but is not necessarily composed of a chain hydrocarbon structure alone, and may have an alicyclic structure or an aromatic ring structure as a part thereof.
  • Alicyclic tetracarboxylic dianhydrides are acid dianhydrides obtained by intramolecular dehydration of four carboxy groups, including at least one carboxy group bonded to an alicyclic structure. However, none of these four carboxy groups are bonded to an aromatic ring. In addition, they do not necessarily have to be composed of an alicyclic structure alone, and may have a chain hydrocarbon structure or an aromatic ring structure as part of them.
  • the aromatic tetracarboxylic acid dianhydride is not particularly limited as long as it is an acid dianhydride obtained by intramolecular dehydration of four carboxy groups, including at least one carboxy group bonded to an aromatic ring.
  • the acyclic aliphatic or alicyclic tetracarboxylic dianhydride or derivative thereof is preferably a tetracarboxylic dianhydride having at least one partial structure selected from the group consisting of a cyclopentane ring structure and a cyclohexane ring structure, or a derivative thereof, from the viewpoint of enhancing liquid crystal alignment.
  • the aromatic tetracarboxylic dianhydride or derivative thereof is preferably a tetracarboxylic dianhydride having a benzene ring structure, or a derivative thereof, from the viewpoint of enhancing liquid crystal alignment.
  • the diamine component used in the production of the polymer (P) contains a compound having at least two amino groups in the molecule (hereinafter also referred to as diamine (p)).
  • the content of the diamine (p) in the diamine component is preferably 5 mol% or more, and preferably 10 mol% or more, per mol of the diamine component used in the production of the polymer (P).
  • the content of the diamine (p) in the diamine component may be 95 mol% or less, 90 mol% or less, or 85 mol% or less, per mol of the diamine component used in the production of the polymer (P).
  • diamine (p) examples include diamine (p) and diamine (p) examples.
  • the diamine (p) may be used alone or in combination of two or more, or in combination of three or more.
  • Phenylenediamines such as p-phenylenediamine, 2,3,5,6-tetramethyl-p-phenylenediamine, 2,5-dimethyl-p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 2,4-dimethyl-m-phenylenediamine, 2,5-diaminotoluene, and 2,6-diaminotoluene; 2,2'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-dihydroxy-4,4'- diaminobiphenyl compounds such as diaminobiphenyl, 2,2
  • N,N'-bis(4-aminophenyl)-cyclobutane-(1,2,3,4)-tetracarboxylic acid diimide N,N'-bis(4-aminophenyl)-1,3-dimethylcyclobutane-(1,2,3,4)-tetracarboxylic acid diimide, N,N'-bis(2,2'-bis(trifluoromethyl)-4'-amino-1,1'-biphenyl-4-yl)-cyclobutane-(1,2 diamines having a tetracarboxylic diimide structure such as 4,4'-tetracarboxylic diimide; aromatic diamines having an azobenzene structure such as 4,4'-diaminoazobenzene, aromatic diamines having a stilbene structure such as 4,4'-diaminostilbene, aromatic diamines having a tolan structure such as
  • the specific nitrogen atom-containing structure is a functional group other than the two amino groups involved in the polycondensation reaction.
  • diamines having the above formula (provided that the molecule does not have an amino group bonded with a protecting group that is cleaved by heating and replaced with a hydrogen atom); 2,4-diaminophenol, 3,5-diaminophenol, 3,5-diaminobenzyl alcohol, 2,4-diaminobenzyl alcohol, 4,6-diaminoresorcinol, 4,4'-diamino-3,3'-dihydroxybiphenyl; 2,4-diaminobenzoic acid, 2,5-diaminobenzoic acid, 3,5-diaminobenzoic acid, 4,4'-diamino 4,4'-diaminobiphenyl-3-carboxylic acid, 4,4'-diaminodiphenylmethane-3-carboxylic acid, 1,2-bis(4-amin
  • Ar 1 and Ar 1' each represent a benzene ring, a biphenyl structure, or a naphthalene ring, and one or more hydrogen atoms on the benzene ring, the biphenyl structure, or the naphthalene ring may be substituted with a monovalent group.
  • One or more hydrogen atoms on the benzene ring, biphenyl structure, or naphthalene ring of Ar 1 and Ar 1′ may be substituted with a monovalent group, and examples of the monovalent group include a halogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 3 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, a fluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a fluoroalkenyl group having 2 to 3 carbon atoms, a fluoroalkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, an alkyloxycarbonyl group having 2 to 3 carbon atoms, a cyano group, and a nitro group.
  • the monovalent group include a halogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 3 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms,
  • k is an integer of 1 to 2.
  • k is an integer of 1 to 2.
  • the sum of l, m and n is 1 to 12.
  • the sum of m1, m2 and n is 1 to 12.
  • the sum of m1, m2 and n is 3 to 12.
  • the sum of l, m and n is 3 to 12.
  • one or more hydrogen atoms on the benzene ring may be substituted with a monovalent group, and specific examples of the monovalent group include the monovalent groups exemplified above for Ar 1 and Ar 1' .
  • m and n are integers of 0 to 3, and satisfy 1 ⁇ m+n ⁇ 4.
  • j is an integer of 0 or 1.
  • X 1 represents -(CH 2 ) a - (a is an integer of 1 to 15), -CONH-, -NHCO-, -CO-N(CH 3 )-, -NH-, -O-, -CH 2 O-, -CH 2 -OCO-, -COO-, or -OCO-.
  • R 1 represents a monovalent group such as a fluorine atom, a fluorine atom-containing alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a fluorine atom-containing alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, and an alkoxyalkyl group having 2 to 10 carbon atoms.
  • X 2 represents —O—, —CH 2 O—, —CH 2 —OCO—, —COO—, or —OCO—, and when there are two of m, n, X 1 and R 1 , each independently has the above definition.
  • nitrogen atom-containing heterocycle examples include pyrrole, imidazole, pyrazole, triazole, pyridine, pyrimidine, pyridazine, pyrazine, indole, benzimidazole, purine, quinoline, isoquinoline, naphthyridine, quinoxaline, phthalazine, triazine, carbazole, acridine, piperidine, piperazine, pyrrolidine, and hexamethyleneimine.
  • pyridine, pyrimidine, pyrazine, piperidine, piperazine, quinoline, carbazole, and acridine are preferred.
  • the diamine (p) a diamine selected from the group consisting of the first diamine, a diamine having a tetracarboxylic diimide structure, the diamine having an amide bond, the diamine having a urea bond, and a diamine having a group "-N(D)-".
  • the content of each diamine constituting each of the other diamines may be 30 mol % or less.
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention is a polymer different from the polymer (P), and contains at least one polymer (B) selected from the group consisting of a polyimide precursor obtained by using a tetracarboxylic acid component (also referred to as a specific alicyclic tetracarboxylic acid component (b) in the present invention) containing at least one selected from the group consisting of tetracarboxylic acid dianhydrides represented by the above formula (T2) and derivatives thereof, and a diamine component, and a polyimide which is an imidized product of the polyimide precursor.
  • the polymer (B) may be one type or two or more types.
  • the polyimide precursor is a polymer that can give a polyimide by imidizing a polyamic acid, a polyamic acid ester, or the like.
  • the tetracarboxylic acid component to be reacted with the diamine component may be not only a tetracarboxylic acid dianhydride but also a derivative of a tetracarboxylic acid dianhydride such as a tetracarboxylic acid, a tetracarboxylic acid dihalide, a tetracarboxylic acid dialkyl ester, or a tetracarboxylic acid dialkyl ester dihalide.
  • the proportion of the specific alicyclic tetracarboxylic acid component (b) used is more preferably 10 mol % or more, and even more preferably 20 mol % or more, per mol of the total tetracarboxylic acid components used in the polymer (B).
  • the tetracarboxylic acid component used in the production of the polymer (B) may contain a tetracarboxylic acid component other than the specific alicyclic tetracarboxylic acid component (b) (hereinafter, also referred to as other tetracarboxylic acid component (b)).
  • the content of the specific alicyclic tetracarboxylic acid component (b) is more preferably 95 mol % or less, and even more preferably 90 mol % or less, based on 1 mol of all tetracarboxylic acid components used in polymer (B).
  • the content of the other tetracarboxylic acid components (b) is more preferably 5 mol % to 90 mol %, and even more preferably 10 mol % to 80 mol %, based on 1 mol of all tetracarboxylic acid components used in polymer (B).
  • Preferred specific examples of the other tetracarboxylic acid component (b) include acyclic aliphatic tetracarboxylic acid dianhydrides, alicyclic tetracarboxylic acid dianhydrides other than the tetracarboxylic acid dianhydride represented by the above formula (T2), aromatic tetracarboxylic acid dianhydrides, or derivatives thereof, and more preferred specific examples include acyclic aliphatic tetracarboxylic acid dianhydrides, alicyclic tetracarboxylic acid dianhydrides, aromatic tetracarboxylic acid dianhydrides, or derivatives thereof exemplified for the polymer (P).
  • the other tetracarboxylic acid component (b) used in the production of the polymer (B) preferably contains a tetracarboxylic acid dianhydride having at least one partial structure selected from the group consisting of a benzene ring, a cyclobutane ring, a cyclopentane ring, and a cyclohexane ring, or a derivative thereof.
  • the diamine component for obtaining polymer (B) may, for example, be the diamines exemplified for polymer (P) above. Among them, it is preferable to include at least one diamine selected from the group consisting of diamines having a urea bond, diamines having an amide bond, diamines having the specific nitrogen atom-containing structure described above, diamines having a carboxy group described above, 4-(2-(methylamino)ethyl)aniline, and 4-(2-aminoethyl)aniline (these are also referred to as specific diamine (b) in the present invention).
  • the diamine component one type of diamine may be used alone, or two or more types may be used in combination.
  • the specific diamine (b) When the specific diamine (b) is used, its content is preferably 10 mol % or more, more preferably 20 mol % or more, based on the total diamine components used in the production of the polymer (B). When a diamine other than the specific diamine (b) is used, the content of the specific diamine (b) is preferably 90 mol % or less, more preferably 80 mol % or less, based on 1 mole of the total diamine components used in the production of the polymer (B).
  • the mass ratio of the content of the polymer (P) to the content of the polymer (B) is preferably 10/90 to 90/10, more preferably 20/80 to 90/10, and even more preferably 20/80 to 80/20.
  • the polyamic acid is produced by reacting a diamine component with a tetracarboxylic acid component in an organic solvent.
  • the ratio of the tetracarboxylic acid component and the diamine component used in the reaction for producing the polyamic acid is preferably such that the acid anhydride group of the tetracarboxylic acid component is 0.5 to 2 equivalents, more preferably 0.8 to 1.2 equivalents, per equivalent of the amino group of the diamine component.
  • the closer the equivalent of the acid anhydride group of the tetracarboxylic acid component is to 1 equivalent the higher the molecular weight of the polyamic acid produced.
  • the reaction temperature in the production of polyamic acid is preferably -20 to 150°C, more preferably 0 to 100°C.
  • the reaction time is preferably 0.1 to 24 hours, more preferably 0.5 to 12 hours.
  • the production of polyamic acid can be carried out at any concentration, but the concentration of polyamic acid is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 5 to 30% by mass.
  • the reaction can be carried out at a high concentration in the early stages, and then solvent can be added.
  • organic solvent examples include cyclohexanone, cyclopentanone, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, ⁇ -butyrolactone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, and 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone.
  • solvents such as methyl ethyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, and diethylene glycol monoethyl ether can be used.
  • the polyamic acid ester can be obtained by a known method such as, for example, [I] a method of reacting the polyamic acid obtained by the above-mentioned method with an esterifying agent, [II] a method of reacting a tetracarboxylic acid diester with a diamine, or [III] a method of reacting a tetracarboxylic acid diester dihalide with a diamine.
  • Polyimide can be obtained by ring-closing (imidization) a polyimide precursor such as the polyamic acid or polyamic acid ester.
  • the imidization ratio in this specification refers to the ratio of imide groups to the total amount of imide groups derived from tetracarboxylic dianhydride or its derivatives and carboxyl groups (or their derivatives).
  • the imidization ratio does not necessarily have to be 100% and can be adjusted as desired depending on the application or purpose.
  • Methods for imidizing a polyimide precursor include thermal imidization, in which a solution of the polyimide precursor is heated as is, and catalytic imidization, in which a catalyst is added to a solution of the polyimide precursor.
  • the temperature is preferably 100 to 400°C, more preferably 120 to 250°C, and it is preferable to carry out the process while removing the water produced by the imidization reaction from the system.
  • Catalytic imidization of polyimide precursors can be carried out by adding a basic catalyst and an acid anhydride to a solution of the polyimide precursor and stirring the solution at preferably -20 to 250°C, more preferably 0 to 180°C.
  • the amount of the basic catalyst is preferably 0.5 to 30 molar times, more preferably 2 to 20 molar times
  • the amount of the acid anhydride is preferably 1 to 50 molar times, more preferably 3 to 30 molar times, the amount of the amic acid group.
  • Examples of basic catalysts include pyridine, triethylamine, trimethylamine, tributylamine, and trioctylamine, and among these, pyridine is preferred because it has a suitable basicity for promoting the reaction.
  • acid anhydrides examples include acetic anhydride, trimellitic anhydride, and pyromellitic anhydride, and among these, acetic anhydride is preferred because it facilitates purification after the reaction.
  • the imidization rate by catalytic imidization can be controlled by adjusting the amount of catalyst, reaction temperature, and reaction time.
  • the reaction solution may be poured into a solvent to cause precipitation.
  • solvents used for precipitation include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, acetone, hexane, butyl cellosolve, heptane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, benzene, and water.
  • the polymer precipitated by pouring into the solvent can be recovered by filtration, and then dried at room temperature or by heating under normal or reduced pressure.
  • the recovered polymer can be redissolved in an organic solvent and reprecipitated and recovered 2 to 10 times to reduce impurities in the polymer.
  • the solvent used in this case include alcohols, ketones, and hydrocarbons. Using three or more solvents selected from these is preferable because it further increases the efficiency of purification.
  • a terminal-capping type polymer may be produced using a suitable terminal-capping agent together with a tetracarboxylic acid component containing a tetracarboxylic dianhydride or a derivative thereof, and a diamine component containing a diamine.
  • the terminal-capping type polymer has the effect of improving the film hardness of the liquid crystal alignment film obtained by coating, and improving the adhesion properties between the sealant and the liquid crystal alignment film.
  • terminals of the polyimide precursor or polyimide in the present invention include amino groups, carboxy groups, acid anhydride groups, and groups derived from terminal blocking agents described below.
  • the amino groups, carboxy groups, and acid anhydride groups can be obtained by a normal condensation reaction, or by blocking the terminals with the terminal blocking agents described below.
  • end-capping agents include acid anhydrides such as acetic anhydride, maleic anhydride, nadic anhydride, phthalic anhydride, itaconic anhydride, 1,2-cyclohexanedicarboxylic anhydride, 3-hydroxyphthalic anhydride, trimellitic anhydride, 3-(3-trimethoxysilyl)propyl)-3,4-dihydrofuran-2,5-dione, 4,5,6,7-tetrafluoroisobenzofuran-1,3-dione, and 4-ethynylphthalic anhydride; dicarbonate diester compounds such as di-tert-butyl dicarbonate and diallyl dicarbonate; chlorocarbonyl compounds such as acryloyl chloride, methacryloyl chloride, and nicotinic acid chloride; Examples of the monoamine compounds include aniline, 2-aminophenol, 3-aminophenol, 4-aminosalicylic acid, 5-aminosalicylic acid
  • the proportion of the end-capping agent used is preferably 0.01 to 20 molar parts, and more preferably 0.01 to 10 molar parts, per 100 molar parts of the total diamine components used.
  • the polystyrene-equivalent weight average molecular weight (Mw) of the polyimide precursor and polyimide measured by gel permeation chromatography (GPC) is preferably 1,000 to 500,000, and more preferably 2,000 to 300,000.
  • the molecular weight distribution (Mw/Mn), expressed as the ratio of Mw to the polystyrene-equivalent number average molecular weight (Mn) measured by GPC, is preferably 15 or less, and more preferably 10 or less. Having the molecular weight within this range ensures good liquid crystal alignment in the liquid crystal display element.
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention is a liquid composition obtained by dispersing or dissolving the polymer (P), the polymer (B) and other components used as necessary, preferably in a suitable solvent.
  • the liquid crystal alignment agent of the present invention may contain other polymers in addition to the polymer (P) and the polymer (B).
  • other polymers include at least one polymer selected from the group consisting of polyimide precursors and polyimides which are imidized products of the polyimide precursors, polysiloxanes, polyesters, polyamides, polyureas, polyorganosiloxanes, cellulose derivatives, polyacetals, polystyrene derivatives, poly(styrene-maleic anhydride) copolymers, poly(isobutylene-maleic anhydride) copolymers, poly(vinyl ether-maleic anhydride) copolymers, poly(styrene-phenylmaleimide) derivatives, and polymers selected from the group consisting of poly(meth)acrylates.
  • poly(styrene-maleic anhydride) copolymers include SMA1000, SMA2000, SMA3000 (manufactured by Cray Valley Corporation) and GSM301 (manufactured by Gifu Ceramics Manufacturing Co., Ltd.), and a specific example of poly(isobutylene-maleic anhydride) copolymers includes ISOBAM-600 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.).
  • a specific example of poly(vinyl ether-maleic anhydride) copolymers includes Gantrez AN-139 (methyl vinyl ether maleic anhydride resin, manufactured by Ashland Corporation).
  • the other polymers may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the other polymers is preferably 90 parts by mass or less, more preferably 10 to 90 parts by mass, and even more preferably 20 to 80 parts by mass, based on 100 parts by mass of the total of the polymers contained in the liquid crystal alignment agent.
  • the organic solvent contained in the liquid crystal alignment agent according to the present invention is not particularly limited as long as it uniformly dissolves the polymer (P) and polymer (B) and other polymers added as necessary.
  • suitable solvents include N-(n-propyl)-2-pyrrolidone, N-isopropyl-2-pyrrolidone, N-(n-butyl)-2-pyrrolidone, N-(tert-butyl)-2-pyrrol
  • N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, 3-methoxy-N,N-dimethylpropanamide, 3-butoxy-N,N-dimethylpropanamide, and ⁇ -butyrolactone are preferred.
  • the content of the good solvent is preferably 20 to 99% by mass, more preferably 20 to 90% by mass, and particularly preferably 30 to 80% by mass, of the total solvent contained in the liquid crystal alignment agent.
  • the organic solvent contained in the liquid crystal alignment agent is preferably a mixed solvent that uses, in addition to the above-mentioned solvent, a solvent (also called a poor solvent) that improves the applicability when applying the liquid crystal alignment agent and the surface smoothness of the coating film.
  • a solvent also called a poor solvent
  • Specific examples of poor solvents are listed below, but are not limited to these.
  • the content of the poor solvent is preferably 1 to 80 mass % of the total solvent contained in the liquid crystal alignment agent, more preferably 10 to 80 mass %, and particularly preferably 20 to 70 mass %.
  • the type and content of the poor solvent are appropriately selected depending on the application device, application conditions, application environment, etc. of the liquid crystal alignment agent.
  • Examples of poor solvents include diisopropyl ether, diisobutyl ether, diisobutyl carbinol (2,6-dimethyl-4-heptanol), ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, 1,2-dibutoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, 3-ethoxybutyl acetate, 1-methylpentyl acetate, 2-ethylbutyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol diacetate, propylene carbonate, ethylene carbonate, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monoisoamyl ether, ethylene glycol monohexyl
  • 2-(2-butoxyethoxy)-1-propanol propylene glycol monomethyl ether acetate, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, 2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acetate, diethylene Examples include glycol acetate, propylene glycol diacetate, n-butyl acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, cyclohexyl acetate, 4-methyl-2-pentyl acetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, propyl 3-methoxypropionate, but
  • diisobutyl carbinol propylene glycol monobutyl ether, propylene glycol diacetate, diethylene glycol diethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether acetate, and diisobutyl ketone are preferred.
  • Preferred solvent combinations of good and poor solvents include N-methyl-2-pyrrolidone and ethylene glycol monobutyl ether, N-methyl-2-pyrrolidone, ⁇ -butyrolactone and ethylene glycol monobutyl ether, N-methyl-2-pyrrolidone, ⁇ -butyrolactone and propylene glycol monobutyl ether, N-ethyl-2-pyrrolidone and propylene glycol monobutyl ether, N-ethyl-2-pyrrolidone and 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, N-ethyl-2-pyrrolidone and propylene glycol diacetate, N,N-dimethyl lactamide and diisobutyl ketone, and N-methyl-2-pyrrolidone.
  • N-ethyl-2-pyrrolidone and ethyl 3-ethoxypropionate N-ethyl-2-pyrrolidone and ethyl 3-ethoxypropionate
  • N-methyl-2-pyrrolidone and ethyl 3-ethoxypropionate and dipropylene glycol monomethyl ether N-ethyl-2-pyrrolidone and ethyl 3-ethoxypropionate and propylene glycol monobutyl ether
  • N-methyl-2-pyrrolidone and ethyl 3-ethoxypropionate and diethylene glycol monopropyl ether N-ethyl-2-pyrrolidone and ethyl 3-ethoxypropionate and diethylene glycol monopropyl ether
  • N-methyl-2-pyrrolidone and ethylene glycol monobutyl ether acetate ether N-ethyl-2-pyrrolidone and dipropylene glycol dimethyl ether, N,
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention contains the above-mentioned polymer (P), polymer (B), and, if necessary, the above-mentioned other polymers and the above-mentioned organic solvent.
  • the total content of the polymers contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention can be appropriately changed depending on the thickness of the coating film to be formed, but it is preferably 1% by mass or more from the viewpoint of forming a uniform and defect-free coating film, and is preferably 10% by mass or less from the viewpoint of storage stability of the solution.
  • the particularly preferred total content of the polymers is 2 to 8% by mass.
  • the total content of the polymer (P) and the polymer (B) used in the present invention is preferably 1 to 100 mass%, more preferably 10 to 100 mass%, and particularly preferably 20 to 100 mass%, based on the total content of the polymers contained in the liquid crystal alignment agent.
  • the liquid crystal alignment agent of the present invention may contain other components (hereinafter also referred to as additive components) in addition to the above polymer (P), polymer (B), the above other polymers, and the above organic solvent.
  • additive components include at least one crosslinking compound selected from the group consisting of a crosslinking compound having at least one substituent selected from an oxiranyl group, an oxetanyl group, a blocked isocyanate group, an oxazoline group, a cyclocarbonate group, a hydroxyalkyl group, and an alkoxy group, and a crosslinking compound having a polymerizable unsaturated group, a functional silane compound, a metal chelate compound, a curing accelerator, a surfactant, an antioxidant, a sensitizer, a preservative, a compound for adjusting the dielectric constant or electrical resistance of the resulting liquid crystal alignment film, a compound for promoting imidization, and the like.
  • a crosslinking compound selected from the group consisting of a crosslinking compound having at least one substituent selected from an oxiranyl group, an oxetanyl group, a blocked isocyanate group, an oxazoline group, a
  • crosslinkable compounds include ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, tripropylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether, glycerin diglycidyl ether, dibromoneopentyl glycol diglycidyl ether, 1,3,5,6-tetraglycidyl-2,4-hexanediol, bisphenol A type epoxy resins such as Epicoat 828 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), bisphenol F type epoxy resins such as Epicoat 807 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), hydrogenated bisphenol A type epoxy resins such as YX-8000 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and biphenyl skeleton epoxy resins
  • epoxy resins containing glyceryl ether phenol novolac type epoxy resins such as EPPN-201 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), (o, m, p-)cresol novolac type epoxy resins such as EOCN-102S (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), triglycidyl isocyanurates such as TEPIC (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.), alicyclic epoxy resins such as Celloxide 2021P (manufactured by Daicel Corporation), N,N,N',N'-tetraglycidyl-m-xylylenediamine, 1,3-bis(N compounds having two or more oxiranyl groups, such as compounds containing a tertiary nitrogen atom, such as N,N,N',N'-tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, and tetrakis
  • the content of the crosslinking compound is preferably 0.1 to 30 parts by mass, and more preferably 0.1 to 20 parts by mass, per 100 parts by mass of the polymer component contained in the liquid crystal alignment agent.
  • the compound for adjusting the dielectric constant and electrical resistance may be a monoamine having a nitrogen atom-containing aromatic heterocycle, such as 3-picolylamine.
  • the content of the monoamine having a nitrogen atom-containing aromatic heterocycle is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 0.1 to 20 parts by mass, per 100 parts by mass of the polymer component contained in the liquid crystal alignment agent.
  • Preferred specific examples of the functional silane compounds include 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyldiethoxymethylsilane, 2-aminopropyltrimethoxysilane, 2-aminopropyltriethoxysilane, N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-(2-aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-ureidopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, Examples of the functional silane include 3-glycidoxypropyl trime
  • the compound for promoting the imidization is preferably a compound having a basic site (e.g., a primary amino group, an aliphatic heterocycle (e.g., a pyrrolidine skeleton), an aromatic heterocycle (e.g., an imidazole ring, an indole ring), or a guanidino group, etc.) (excluding the crosslinkable compound and the compound for adjusting the dielectric constant or electrical resistance of the liquid crystal alignment film), or a compound that generates the basic site upon baking. More preferably, it is a compound that generates the basic site upon baking, and a preferred specific example is an amino acid in which part or all of the basic site of the amino acid is protected.
  • a basic site e.g., a primary amino group, an aliphatic heterocycle (e.g., a pyrrolidine skeleton), an aromatic heterocycle (e.g., an imidazole ring, an indole ring), or a guanidino group
  • Examples of the protecting group for the basic site of the amino acid include a carbamate-based protecting group such as a Boc group.
  • Specific examples of the amino acid include glycine, alanine, cysteine, methionine, asparagine, glutamine, valine, leucine, phenylalanine, tyrosine, tryptophan, proline, hydroxyproline, arginine, histidine, lysine, and ornithine.
  • a more preferred specific example of the compound for promoting imidization is N- ⁇ -(9-fluorenylmethoxycarbonyl)-N- ⁇ -(tert-butoxycarbonyl)-L-histidine.
  • the content of the compound for promoting imidization contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 0.1 to 20 parts by mass, and even more preferably 5 to 20 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the polymer component contained in the liquid crystal aligning agent.
  • the solids concentration in the liquid crystal alignment agent (the ratio of the total mass of the components other than the solvent in the liquid crystal alignment agent to the total mass of the liquid crystal alignment agent) is appropriately selected taking into consideration the viscosity, volatility, etc., but is preferably 1 to 10 mass%.
  • the particularly preferred range of solid content concentration varies depending on the method used to apply the liquid crystal alignment agent to the substrate. For example, when using a spin coating method, a solid content concentration of 1.5 to 6.0 mass% is particularly preferred. When using a printing method, a solid content concentration of 3 to 9 mass% is particularly preferred, thereby resulting in a solution viscosity of 12 to 50 mPa ⁇ s. When using an inkjet method, a solid content concentration of 1 to 5 mass% is particularly preferred, thereby resulting in a solution viscosity of 3 to 15 mPa ⁇ s.
  • the temperature at which the liquid crystal alignment agent is prepared is preferably 10 to 50°C, more preferably 20 to 30°C.
  • liquid crystal alignment film By using the liquid crystal alignment agent, a liquid crystal alignment film can be produced.
  • the liquid crystal alignment agent is preferably used for forming a liquid crystal alignment film that is imparted with liquid crystal alignment ability by a photo-alignment treatment method.
  • the liquid crystal display element of the present invention is provided with the liquid crystal alignment film.
  • the operation mode of the liquid crystal display element according to the present invention is not particularly limited, and it can be applied to various operation modes such as TN mode, STN (Super Twisted Nematic) mode, vertical alignment mode (including VA-MVA mode, VA-PVA mode, etc.), IPS mode, FFS mode, optical compensation bend mode (OCB mode), etc.
  • the liquid crystal alignment film of the present invention is a liquid crystal alignment film suitable for liquid crystal display elements of horizontal alignment mode such as IPS mode or FFS mode.
  • the liquid crystal display element of the present invention can be produced, for example, by a method including the following steps (1) to (3), a method including steps (1) to (4), a method including steps (1) to (3), (3b), and (4), a method including steps (1) to (2) and (4), a method including steps (1) to (3), (4), and (5), or a method including steps (1) to (3), (4), and (6).
  • Step (1) Step of applying a liquid crystal alignment agent to at least one of the first substrate and the second substrate>
  • Step (1) is a step of applying the liquid crystal aligning agent of the present invention onto a substrate. Specific examples of step (1) are as follows.
  • the liquid crystal alignment agent of the present invention is applied to at least one surface of a substrate (hereinafter also referred to as the first substrate) on which a patterned transparent conductive film is provided and an opposing substrate of the first substrate (hereinafter also referred to as the second substrate) by an appropriate application method such as a roll coater method, a spin coat method, a printing method, or an inkjet method.
  • the substrate is not particularly limited as long as it is a highly transparent substrate, and plastic substrates such as acrylic substrates and polycarbonate substrates can be used in addition to glass substrates and silicon nitride substrates.
  • an opaque material such as a silicon wafer can be used for only one substrate, and in this case, a material that reflects light such as aluminum can be used for the electrode.
  • a substrate on which an electrode made of a transparent conductive film or a metal film patterned into a comb-tooth shape is provided and an opposing substrate on which no electrode is provided are used.
  • the transparent conductive film can be formed by a known method using, for example, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), or a mixture thereof.
  • Methods for applying the liquid crystal alignment agent to a substrate and forming a film include screen printing, offset printing, flexographic printing, the inkjet method, and the spray method.
  • the inkjet method is the most suitable for application and film formation.
  • Step (2) Step of baking the applied liquid crystal alignment agent>
  • the liquid crystal alignment agent applied on the substrate is baked to form a film.
  • Specific examples of the step (2) are as follows. After the liquid crystal alignment agent is applied to the substrate in step (1), the solvent can be evaporated or the polyamic acid or polyamic acid ester can be thermally imidized by a heating means such as a hot plate, a heat circulation type oven, or an IR (infrared) type oven.
  • the drying and baking process after the application of the liquid crystal alignment agent of the present invention can be performed at any temperature and time, and may be performed multiple times.
  • the temperature for reducing the solvent of the liquid crystal alignment agent can be, for example, 40 to 180°C.
  • the baking time is not particularly limited, but may be 1 to 10 minutes or 1 to 5 minutes.
  • a baking process (hereinafter also referred to as the main baking process) may be added after the above process, for example, at a temperature range of 150 to 300°C or 150 to 250°C.
  • the baking time of the main baking process is not particularly limited, but may be 5 to 40 minutes or 5 to 30 minutes.
  • the firing step may be carried out after step (3) described below, or step (3b) described below may be the firing step.
  • the film thickness after firing is too thin, the reliability of the liquid crystal display element may decrease, so it is preferable for the film thickness to be 5 to 300 nm, and more preferably 10 to 200 nm.
  • Step (3) is a step of, in some cases, performing an alignment treatment on the film obtained in step (2). That is, in a horizontal alignment type liquid crystal display element such as an IPS type or FFS type, an alignment ability imparting treatment is performed on the coating film. On the other hand, in a vertical alignment type liquid crystal display element such as a VA type or PSA type, the formed coating film can be used as it is as a liquid crystal alignment film, but the coating film may also be subjected to an alignment ability imparting treatment. Examples of the alignment treatment method for the liquid crystal alignment film include a rubbing treatment method and a photo-alignment treatment method, and more preferably, a photo-alignment treatment method.
  • the photo-alignment treatment method includes a method in which the surface of the film-like material is irradiated with radiation (more preferably with polarized radiation) to impart liquid crystal alignment properties (also referred to as liquid crystal alignment ability).
  • the radiation may be ultraviolet light or visible light having a wavelength of 100 to 800 nm, preferably ultraviolet light having a wavelength of 100 to 400 nm, more preferably ultraviolet light having a wavelength of 200 to 400 nm.
  • the rubbing treatment may be, for example, a treatment in which the coating film is rubbed in a certain direction with a roll wrapped with a cloth made of fibers such as nylon, rayon, or cotton.
  • the radiation when the radiation is polarized, it may be linearly polarized or partially polarized. Furthermore, when the radiation used is linearly polarized or partially polarized, irradiation may be performed from a direction perpendicular to the substrate surface, from an oblique direction, or a combination of these. When irradiating with unpolarized radiation, it is preferable that the irradiation direction is oblique.
  • the radiation dose is more preferably 1 to 10,000 mJ/cm 2 , further preferably 100 to 1,000 mJ/cm 2 , and most preferably 100 to 500 mJ/cm 2 .
  • the substrate having the film-like material may be irradiated while being heated, for example, at 50 to 250°C in order to improve the liquid crystal alignment.
  • the liquid crystal alignment film produced in this way can stably align the liquid crystal molecules in a certain direction.
  • Step of performing heat treatment> The coating film irradiated with the above-mentioned radiation may be subjected to a heat treatment.
  • the temperature for such heat treatment is preferably 50 to 300° C., more preferably 120 to 250° C.
  • the time for the heat treatment is preferably 1 to 30 minutes.
  • Step (4) is a step of preparing a liquid crystal cell by disposing a liquid crystal layer between the first substrate and the second substrate so as to be adjacent to the alignment-treated film.
  • Step (4) is a step of preparing a liquid crystal cell by disposing a liquid crystal layer between the first substrate and the second substrate so as to be adjacent to the alignment-treated film.
  • first method first, two substrates are arranged facing each other with a gap (cell gap) between them so that the liquid crystal alignment films face each other, and then the peripheries of the two substrates are bonded together using a sealant, and a liquid crystal composition is injected into the substrate surfaces and the cell gap defined by the sealant so that the liquid crystal composition comes into contact with the film surface, and then the injection hole is sealed.
  • the second method is called the ODF (One Drop Fill) method.
  • a UV-curable resin composition (hereinafter also referred to as a sealant) is applied to a predetermined location on one of the two substrates on which a liquid crystal alignment film has been formed, and the liquid crystal composition is then dropped onto several predetermined locations on the liquid crystal alignment film surface.
  • the other substrate is then attached so that the liquid crystal alignment film faces the other substrate, and the liquid crystal composition is spread over the entire surface of the substrate and brought into contact with the film surface.
  • the entire surface of the substrate is irradiated with UV light to cure the sealant.
  • the two substrates are placed facing each other so that the rubbing directions of each coating film are at a predetermined angle to each other, for example, perpendicular or anti-parallel.
  • an epoxy resin containing a hardener and aluminum oxide spheres as spacers can be used.
  • the liquid crystal composition there are no particular limitations on the liquid crystal composition, and any liquid crystal composition containing at least one liquid crystal compound (liquid crystal molecule) and having positive or negative dielectric anisotropy can be used.
  • a liquid crystal composition with positive dielectric anisotropy is also called a positive liquid crystal
  • a liquid crystal composition with negative dielectric anisotropy is also called a negative liquid crystal.
  • the liquid crystal composition may contain a liquid crystal compound having a fluorine atom, a hydroxy group, an amino group, a fluorine atom-containing group (e.g., a trifluoromethyl group), a cyano group, an alkyl group, an alkoxy group, an alkenyl group, an isothiocyanate group, a heterocycle, a cycloalkane, a cycloalkene, a steroid skeleton, a benzene ring, or a naphthalene ring, and may contain a compound having two or more rigid portions (mesogenic skeletons) that exhibit liquid crystallinity within the molecule (e.g., a bimesogenic compound in which two rigid biphenyl structures or terphenyl structures are linked by an alkylene group).
  • a fluorine atom-containing group e.g., a trifluoromethyl group
  • a cyano group e.g., an alky
  • the liquid crystal composition may be a liquid crystal composition exhibiting a nematic phase, a liquid crystal composition exhibiting a smectic phase, or a liquid crystal composition exhibiting a cholesteric phase.
  • the liquid crystal composition may further contain additives from the viewpoint of improving the liquid crystal alignment.
  • additives include photopolymerizable monomers such as compounds having a polymerizable group; optically active compounds (e.g., S-811 manufactured by Merck Ltd.); antioxidants; UV absorbers; dyes; antifoaming agents; polymerization initiators; and polymerization inhibitors.
  • positive liquid crystals examples include ZLI-2293, ZLI-4792, MLC-2003, MLC-2041, MLC-3019, and MLC-7081 manufactured by Merck; and PA-1492 manufactured by DIC.
  • Examples of negative liquid crystals include MLC-6608, MLC-6609, MLC-6610, and MLC-7026-100 manufactured by Merck.
  • liquid crystal containing a compound with a polymerizable group is MLC-3023 manufactured by Merck.
  • the liquid crystal alignment agent of the present invention is also preferably used in a liquid crystal display element (PSA type liquid crystal display element) manufactured through a process (hereinafter, this process is also referred to as process (5)) in which a liquid crystal composition containing a polymerizable compound that is polymerized by at least one of active energy rays and heat is placed between the pair of substrates having a liquid crystal layer and a voltage is applied between the electrodes while the polymerizable compound is polymerized by at least one of irradiation with active energy rays and heating.
  • PSA type liquid crystal display element manufactured through a process (hereinafter, this process is also referred to as process (5)) in which a liquid crystal composition containing a polymerizable compound that is polymerized by at least one of active energy rays and heat is placed between the pair of substrates having a liquid crystal layer and a voltage is applied between the electrodes while the polymerizable compound is polymerized by at least one of irradiation with active energy rays
  • the liquid crystal alignment agent of the present invention is also preferably used in a liquid crystal display element (SC-PVA type liquid crystal display element) that has a liquid crystal layer between a pair of substrates equipped with electrodes, and is manufactured through a process of disposing a liquid crystal alignment film between the pair of substrates that contains a polymerizable group that is polymerized by at least one of active energy rays and heat, and applying a voltage between the electrodes (hereinafter, this process is also referred to as process (6)).
  • SC-PVA type liquid crystal display element that has a liquid crystal layer between a pair of substrates equipped with electrodes, and is manufactured through a process of disposing a liquid crystal alignment film between the pair of substrates that contains a polymerizable group that is polymerized by at least one of active energy rays and heat, and applying a voltage between the electrodes (hereinafter, this process is also referred to as process (6)).
  • a polarizing plate can be attached to the outer surface of the liquid crystal cell to obtain a liquid crystal display element.
  • polarizing plates that can be attached to the outer surface of the liquid crystal cell include a polarizing film called an "H film" made by absorbing iodine while stretching and aligning polyvinyl alcohol, sandwiched between cellulose acetate protective films, and a polarizing plate made of the H film itself.
  • the IPS substrate which is a comb-tooth electrode substrate used in the IPS system, has a base material, a number of linear electrodes formed on the base material and arranged in a comb-tooth pattern, and a liquid crystal alignment film formed on the base material so as to cover the linear electrodes.
  • the FFS substrate which is a comb-tooth electrode substrate used in the FFS method, has a base material, a surface electrode formed on the base material, an insulating film formed on the surface electrode, a plurality of linear electrodes formed on the insulating film and arranged in a comb-tooth shape, and a liquid crystal alignment film formed on the insulating film so as to cover the linear electrodes.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a horizontal electric field type liquid crystal display element of the present invention, which is an example of an IPS type liquid crystal display element.
  • liquid crystal 3 is sandwiched between a comb-tooth electrode substrate 2 having a liquid crystal alignment film 2c and a counter substrate 4 having a liquid crystal alignment film 4a.
  • the comb-tooth electrode substrate 2 has a base material 2a, a plurality of linear electrodes 2b formed on the base material 2a and arranged in a comb-tooth shape, and a liquid crystal alignment film 2c formed on the base material 2a so as to cover the linear electrodes 2b.
  • the counter substrate 4 has a base material 4b and a liquid crystal alignment film 4a formed on the base material 4b.
  • the liquid crystal alignment film 2c is, for example, the liquid crystal alignment film of the present invention.
  • the liquid crystal alignment film 4a is also the liquid crystal alignment film of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of a horizontal electric field type liquid crystal display element of the present invention, which is an example of an FFS type liquid crystal display element.
  • liquid crystal 3 is sandwiched between a comb-tooth electrode substrate 2 having a liquid crystal alignment film 2h and a counter substrate 4 having a liquid crystal alignment film 4a.
  • the comb-tooth electrode substrate 2 has a base material 2d, a surface electrode 2e formed on the base material 2d, an insulating film 2f formed on the surface electrode 2e, a plurality of linear electrodes 2g formed on the insulating film 2f and arranged in a comb-tooth shape, and a liquid crystal alignment film 2h formed on the insulating film 2f so as to cover the linear electrodes 2g.
  • the counter substrate 4 has a base material 4b and a liquid crystal alignment film 4a formed on the base material 4b.
  • the liquid crystal alignment film 2h is, for example, the liquid crystal alignment film of the present invention.
  • the liquid crystal alignment film 4a is also the liquid crystal alignment film of the present invention.
  • liquid crystal alignment film of the present invention can be applied to various applications other than the above-mentioned applications, for example, a liquid crystal alignment film for a retardation film, a liquid crystal alignment film for a scanning antenna or a liquid crystal array antenna, or a liquid crystal alignment film for a transparent scattering type liquid crystal dimming element.
  • liquid crystal alignment films such as a protective film (e.g., a protective film for a color filter), a spacer film, an interlayer insulating film, an antireflection film, a wiring covering film, an antistatic film, and an insulating film for an electric motor (a gate insulating film for a flexible display).
  • a protective film e.g., a protective film for a color filter
  • spacer film e.g., a spacer film
  • an interlayer insulating film e.g., an interlayer insulating film
  • an antireflection film e.g., a wiring covering film
  • an antistatic film e.g., a driving film for a driving film
  • an insulating film for an electric motor e.g., a gate insulating film for a flexible display
  • the liquid crystal display element of the present invention can be effectively applied to various devices, such as watches, portable games, word processors, notebook computers, car navigation systems, camcorders, PDAs, digital cameras, mobile phones, smartphones, various monitors, liquid crystal televisions, and information displays.
  • AD-1 to AD-2 Compounds represented by the following formulas (AD-1) to (AD-2), respectively.
  • GPC gel permeation chromatography
  • Mn number average molecular weight
  • Mw weight average molecular weight
  • GPC device GPC-101 (manufactured by Resonaq (formerly Showa Denko) Co., Ltd.), Column: GPC KD-803 and GPC KD-805 (manufactured by Resonac (formerly Showa Denko)) in series; Column temperature: 50 ° C.
  • PAA-A1 polyamic acid
  • the Mn of this polyamic acid was 8,978 and the Mw was 19,639.
  • the specifications of the polyamic acid obtained in the above synthesis example are shown in Table 1.
  • the values for the tetracarboxylic acid component and diamine component represent the amount (parts by mole) of each compound used per 100 parts by mole of the total amount of the diamine components used in each polymerization step.
  • the values for the solvent represent the amount (parts by mass) of each compound used per 100 parts by mass of the total amount of the organic solvent used in each polymerization step.
  • Example 1 The solution (21.7 g) of the polyamic acid (PAA-A1) obtained in Synthesis Example 1 above was mixed with the solution (21.7 g) of the polyamic acid (PAA-B1) obtained in Synthesis Example 2, NMP (21.9 g), BCS (30.0 g), and a 10 mass% NMP solution (5.20 g) of AD-2, and stirred at room temperature (23 ° C.) for 2 hours to obtain a liquid crystal alignment agent (AL-1) in which the mass ratio of the polymer solid content to each solvent (polymer solid content: NMP: BCS) was 5.2: 64.8: 30 and the blending ratio of AD-2 was 10 parts by mass relative to a total of 100 parts by mass of the polymer.
  • A-1 liquid crystal alignment agent in which the mass ratio of the polymer solid content to each solvent (polymer solid content: NMP: BCS) was 5.2: 64.8: 30 and the blending ratio of AD-2 was 10 parts by mass relative to a total of 100 parts by mass of the polymer.
  • Example 2 The solution (21.7 g) of the polyamic acid (PAA-A1) obtained in Synthesis Example 1 above was mixed with the solution (21.7 g) of the polyamic acid (PAA-B1) obtained in Synthesis Example 2, NMP (21.9 g), BCS (30.0 g), AD-1 (0.52 g), and a 10 mass% NMP solution (5.20 g) of AD-2, and stirred at room temperature (23 ° C.) for 2 hours.
  • a liquid crystal alignment agent (AL-2) was obtained in which the mass ratio of the polymer solid content to each solvent (polymer solid content: NMP: BCS) was 5.2: 64.8: 30, and the blending ratio of AD-1 was 10 parts by mass and the blending ratio of AD-2 was 10 parts by mass relative to a total of 100 parts by mass of the polymer.
  • the numbers in parentheses for the polymer components indicate the amount (parts by mass) of each polymer solid per 100 parts by mass of the total polymer solids.
  • the numbers in the additives indicate the amount (parts by mass) of each additive per 100 parts by mass of the total polymer solids.
  • the coating surface was irradiated with 400 mJ/ cm2 polarized ultraviolet light through a 254 nm bandpass filter and a polarizer, and further baked for 30 minutes in an IR oven at 230°C to perform an alignment treatment, thereby obtaining a substrate with a liquid crystal alignment film.
  • the substrate with the liquid crystal alignment film was subjected to a rubbing alignment treatment once with a rayon cloth (HY-5318, manufactured by Hyperflex Co., Ltd.) (roller diameter: 120 mm, roller rotation speed: 1000 rpm, moving speed: 20 mm/sec, indentation length: 0.4 mm), and then the haze value (turbidity) of the film was evaluated using a haze meter (HZ-V3, manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.). The smaller the haze value, the less the film is scraped, that is, the higher the film hardness.
  • the FFS substrate used was a rectangular glass substrate measuring 30 mm x 35 mm and 0.7 mm thick.
  • a solid pattern of ITO electrode was formed on the substrate as a common electrode, and a 300 nm SiN (silicon nitride) film was formed on the common electrode as an interlayer insulating film by CVD (chemical vapor deposition) so as to cover the common electrode.
  • a comb-shaped pixel electrode formed by patterning the ITO film as a pixel electrode was arranged on the SiN film, and two pixels, a first pixel and a second pixel, were formed. The size of each pixel was 6 mm long and 5 mm wide.
  • the pixel electrode had a comb-like shape with a central portion bent at an internal angle of 160° and multiple electrode wires 3 ⁇ m wide arranged in parallel at intervals of 6 ⁇ m.
  • One pixel was formed by multiple electrode wires, and had a first region and a second region separated by a line connecting the bent portions.
  • liquid crystal alignment agents (AL-1) to (AL-2) and (AL-C1) to (AL-C7) obtained in the above Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 7 were each filtered through a filter with a pore size of 1.0 ⁇ m, and then applied by spin coating to the above electrode-attached substrate (hereinafter referred to as FFS substrate) and a substrate (hereinafter referred to as opposing substrate) having a columnar spacer with a height of 3.3 ⁇ m on the glass surface of a 30 mm x 35 mm glass substrate with an ITO film formed on the back surface. After drying for 2 minutes on a hot plate at 80 ° C., it was baked for 20 minutes in a hot air circulation oven at 230 ° C.
  • FFS substrate electrode-attached substrate
  • opposing substrate a substrate having a columnar spacer with a height of 3.3 ⁇ m on the glass surface of a 30 mm x 35 mm glass substrate with an ITO film formed on the back surface.
  • This coating surface was irradiated with polarized ultraviolet light through a 254 nm bandpass filter and a polarizer at the exposure amount described in Table 3, and further baked for 30 minutes in an IR oven at 230 ° C. to perform an alignment treatment, and a substrate with a liquid crystal alignment film was obtained.
  • the liquid crystal alignment film formed on the FFS substrate was subjected to an alignment treatment so that the direction dividing the inner angles of the pixel bends was perpendicular to the alignment direction of the liquid crystal, and the alignment film formed on the opposing substrate was subjected to an alignment treatment so that the alignment direction of the liquid crystal on the electrode substrate coincided with the alignment direction of the liquid crystal on the opposing substrate when the liquid crystal cell was produced.
  • the above two substrates were combined into a set, a sealant (Mitsui Chemicals XN-1500T) was applied onto one substrate using a dispenser, and another substrate was attached to the set so that the alignment directions of the liquid crystal alignment films of the substrates faced each other at 0°.
  • the attached substrates were then pressed together and heated in a hot air circulating oven at 150°C for 60 minutes to harden the sealant, producing an empty cell.
  • a positive liquid crystal PA-1492 (DIC Corporation) was injected into this empty cell by a reduced pressure injection method, and the injection port was sealed to obtain an FFS drive liquid crystal cell.
  • the obtained liquid crystal cell was then heated at 120°C for 1 hour and allowed to stand overnight at 23°C before being used for evaluation.
  • the FFS drive liquid crystal cell prepared above was applied with an AC voltage of ⁇ 4.4V at a frequency of 30Hz for 144 hours on a high-luminance backlight (light source: LED, luminance: 27000cd/ m2 ) with a surface temperature of 50°C. Thereafter, the pixel electrode and the common electrode of the liquid crystal cell were shorted, and the cell was left at room temperature (23°C) for one day.
  • the deviation between the alignment direction of the liquid crystal in the first region of the pixel and the alignment direction of the liquid crystal in the second region of the pixel in a voltage-free state was calculated as an angle.
  • the liquid crystal cell was placed between two polarizing plates arranged so that the polarization axes are perpendicular to each other, the backlight was turned on, and the arrangement angle of the liquid crystal cell was adjusted so that the transmitted light intensity of the first region of the first pixel was minimized.
  • the rotation angle required when the liquid crystal cell was then rotated so that the transmitted light intensity of the second region of the first pixel was minimized was calculated as an angle ⁇ .
  • the first region and the second region of the second pixel were compared, and a similar angle ⁇ was calculated.
  • the average value of the angles ⁇ between the first pixel and the second pixel was calculated as the liquid crystal cell rotation angle ⁇ .
  • the liquid crystal alignment films obtained from the liquid crystal alignment agents (AL-1) to (AL-2) using specific tetracarboxylic dianhydrides had higher film hardness, fewer vibration bright spots, and superior liquid crystal alignment stability compared to the liquid crystal alignment films obtained from the liquid crystal alignment agents (AL-C1) to (AL-C7) not using specific tetracarboxylic dianhydrides.
  • liquid crystal alignment agent of the present invention By using the liquid crystal alignment agent of the present invention, it is possible to obtain a liquid crystal alignment film that has good film hardness and few vibrating bright spots even when stress is applied to the liquid crystal cell, and that suppresses AC afterimages to a high level. Therefore, it is expected to be used in liquid crystal display elements that require high display quality, particularly liquid crystal display elements using the IPS drive system and FFS drive system. These elements are also useful in liquid crystal displays for display purposes, dimming windows that control the transmission and blocking of light, optical shutters, etc.

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Abstract

膜強度に優れ、振動輝点が少なく、且つ、AC残像を高いレベルで抑制する液晶配向膜を得ることのできる液晶配向剤を提供する。 重合体(P)及び重合体(B)を含有する、液晶配向剤。 重合体(P):式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種類を含むテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分を用いて得られるポリイミド前駆体及びポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体。 重合体(B):式(T2)で表されるテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種類を含むテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分を用いて得られるポリイミド前駆体及びポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体。 (上記式における各記号の意味は、明細書に定義されたとおりである。)

Description

液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子
 本発明は、液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子に関する。
 液晶表示装置は、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、携帯電話、テレビジョン等の表示部として幅広く用いられている。液晶表示装置は、通常、表示素子基板とカラーフィルタ基板との間に挟持された液晶層、液晶層に電界を印加する画素電極及び共通電極、液晶層の液晶分子の配向性を制御する配向膜、画素電極に供給される電気信号をスイッチングする薄膜トランジスタ(TFT)等を備えている。液晶分子の駆動方式としては、TN方式、VA方式等の縦電界方式や、IPS(In Plane Switching)駆動方式、FFS(FringeField Switching)駆動方式等の横電界方式が知られている。
 工業的に最も普及している液晶配向膜は、電極基板上に形成された、ポリアミック酸及び/又はこれをイミド化したポリイミドからなる膜の表面を、綿、ナイロン、ポリエステル等の布で一方向に擦る、いわゆるラビング処理を行うことで作製されている。ラビング処理は、簡便で生産性に優れた工業的に有用な方法である。ラビング処理に代わる配向処理方法としては、偏光された放射線を照射することにより、液晶配向能を付与する光配向法が知られている。光配向法は、光異性化反応を利用したもの、光架橋反応を利用したもの、光分解反応を利用したもの等が提案されている(例えば、非特許文献1、特許文献1、2参照)。
特開平9-297313号公報 特開2004-206091号公報
「機能材料」、1997年11月号、Vol.17、 No.11、13~22ページ
 近年、液晶ディスプレイのマザーガラスのサイズが非常に大きくなっており、現在はマザーガラスサイズが10.5世代(約3000mm×約3400mm)にもなるため、マザーガラス運搬時の振動によるたわみが大きくなってきている。また、モバイルディスプレイや大型テレビなどの用途では、薄型化が進み、完成した液晶ディスプレイパネルを研磨し薄くする工程(スリミング工程ともいう。)が行われることがある。そのため、液晶ディスプレイパネルの内部で部材同士の衝突が発生し、液晶配向膜が削れることで、輝点(以下、この輝点を振動輝点ともいう。)などの表示不良が発生する問題が顕在化している。
 本発明者が検討したところ、従来の液晶配向剤を用いて作成した液晶表示素子では、液晶配向膜の削れや振動輝点が発生しやすいことが明らかとなった。そこで、2種類の重合体を含有する液晶配向剤を検討したところ、液晶配向膜の削れや振動輝点が多少は改善するものの、これらの課題を高いレベルで解決するものは得られなかった。
 また、液晶表示素子に対する高品質化の要求は従来よりも増して高まっており、IPS方式やFFS方式に代表される液晶表示素子に用いられる液晶配向膜には、長期交流駆動によって発生する残像(以下、AC残像ともいう)を抑制するための、高い配向規制力が必要とされる。
 以上のようなことから、本発明の目的は、液晶配向膜の膜強度に優れ、振動輝点が少ない液晶配向膜を得ることができる液晶配向剤、該液晶配向剤から得られる液晶配向膜、及び該液晶配向膜を用いた液晶表示素子を提供することにある。また、AC残像を高いレベルで抑制する液晶配向膜を得ることのできる液晶配向剤、該液晶配向膜、及び該液晶配向膜を用いた液晶表示素子を提供することを目的とする。
 本発明者は、鋭意研究を進めたところ、特定の重合体成分を含有する液晶配向剤を使用することにより、上記課題を解決可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
 本発明は、具体的には、下記の態様を有するものである。
 下記の重合体(P)及び重合体(B)を含有する、液晶配向剤。
 重合体(P):下記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種類を含むテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分を用いて得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体。
 重合体(B):重合体(P)とは異なる重合体であって、下記式(T2)で表されるテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種類を含むテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分を用いて得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(式(1)中、R~Rはそれぞれ独立して、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、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基、又はフェニル基を表し、R~Rの少なくとも一つは上記定義中の水素原子以外の基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 なお、本明細書全体を通して、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、*は結合手を表す。Bocはtert-ブトキシカルボニル基を表す。また、「tert-」を「t-」ともいう。Fmocは9-フルオレニルメチルオキシカルボニル基を表す。
 本発明の液晶配向剤を用いることで、膜強度に優れ、振動輝点が少ない液晶配向膜が得られる。また、AC残像を高いレベルで抑制する液晶配向膜が得られる。
本発明の横電界方式の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。 本発明の横電界方式の液晶表示素子の他の例を示す概略断面図である。
<重合体(P)>
 本発明の液晶配向剤は、上記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種類を含むテトラカルボン酸成分(本発明では、特定の脂環式テトラカルボン酸成分(p)ともいう。)と、ジアミン成分を用いて得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(P)を含有する。重合体(P)は一種あるいは二種以上であってもよい。
 ここにおいて、ポリイミド前駆体は、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステルなどのイミド化することによりポリイミドを得ることができる重合体である。
(テトラカルボン酸成分)
 重合体(P)のポリイミド前駆体であるポリアミック酸(P’)は、例えばジアミン成分と上記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物成分との重合反応により得ることができる。
 重合体(P)を製造する場合、ジアミン成分と反応させるテトラカルボン酸成分は、テトラカルボン酸二無水物だけでなく、テトラカルボン酸、テトラカルボン酸ジハライド、テトラカルボン酸ジアルキルエステル、又はテトラカルボン酸ジアルキルエステルジハライドなどのテトラカルボン酸二無水物の誘導体を用いることもできる。
 上記式(1)のR~Rにおける炭素数1~6のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基等が挙げられる。上記R~Rにおける炭素数2~6のアルケニル基の具体例としては、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基等が挙げられ、これらは直鎖状でも分岐状でもよい。上記R~Rにおける炭素数2~6のアルキニル基の具体例としては、エチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基、1-ブチニル基、2-ブチニル基、3-ブチニル基等が挙げられる。上記R~Rにおける、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基としては、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロプロピル基、トリフルオロメトキシ基、2,2,2-トリフルオロエチル基、2,2,2-トリフルオロエトキシ基等が挙げられる。
 光反応性が高い観点から、R~Rの少なくとも2つは上記定義中の水素原子以外の基を表すことがより好ましい。また、光反応性が高い観点から、R及びRが水素原子以外の基を表し、R及びRが水素原子を表す場合がより好ましい。
 光反応性が高い観点から、R~Rがそれぞれ独立して水素原子又はメチル基であり、R~Rの少なくとも1つがメチル基であることがより好ましく、R~Rの少なくとも2つがメチル基であることが更に好ましい。最も好ましいのは、R及びRがメチル基であり、R及びRが水素原子である場合である。
 上記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体の好ましい具体例として、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、1,3-ジフルオロ-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ビス(トリフルオロメチル)-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、又はこれらの誘導体、等が挙げられる。
 上記特定の脂環式テトラカルボン酸成分(p)の使用割合は、重合体(P)に使用される全テトラカルボン酸成分1モルに対して、10モル%以上がより好ましく、20モル%以上が更に好ましく、50モル%以上が最も好ましい。
 重合体(P)の製造に用いられるテトラカルボン酸成分は、上記特定の脂環式テトラカルボン酸成分(p)以外のテトラカルボン酸成分(以下、その他のテトラカルボン酸成分(p)ともいう。)を含んでいてもよい。
 上記特定の脂環式テトラカルボン酸成分(p)に加えて、その他のテトラカルボン酸成分(p)を併用する場合は、特定の脂環式テトラカルボン酸成分(p)の含有量は、重合体(P)に使用される全テトラカルボン酸成分1モルに対して、95モル%以下がより好ましく、90モル%以下が更に好ましい。
 また、その他のテトラカルボン酸成分(p)の含有量は、重合体(P)に使用される全テトラカルボン酸成分1モルに対して、5モル%~90モル%がより好ましく、10~80モル%が更に好ましく、10~50モル%が最も好ましい。
 上記その他のテトラカルボン酸成分(p)として、非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物、上記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物以外の脂環式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、又はこれらの誘導体が挙げられる。
 ここで、非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物は、鎖状炭化水素構造に結合する4つのカルボキシ基が分子内脱水することにより得られる酸二無水物である。但し、鎖状炭化水素構造のみで構成されている必要はなく、その一部に脂環式構造や芳香環構造を有していてもよい。
 脂環式テトラカルボン酸二無水物は、脂環式構造に結合する少なくとも1つのカルボキシ基を含めて4つのカルボキシ基が分子内脱水することにより得られる酸二無水物である。但し、これら4つのカルボキシ基はいずれも芳香環には結合していない。また、脂環式構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状炭化水素構造や芳香環構造を有していてもよい。
 芳香族テトラカルボン酸二無水物は、芳香環に結合する少なくとも1つのカルボキシ基を含めて4つのカルボキシ基が分子内脱水することにより得られる酸二無水物であれば特に限定されない。
 上記非環式脂肪族若しくは脂環式テトラカルボン酸二無水物、又はこれらの誘導体は、中でも液晶配向性を高める高い観点から、シクロペンタン環構造及びシクロヘキサン環構造よりなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造を有するテトラカルボン酸二無水物又はこれらの誘導体であることが好ましい。上記芳香族テトラカルボン酸二無水物、又はその誘導体は、中でも液晶配向性を高める観点から、ベンゼン環構造を有するテトラカルボン酸二無水物又はこれらの誘導体であることが好ましい。
 上記その他のテトラカルボン酸成分(p)に用いることのできるテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体の具体例として、以下の態様が挙げられる。その他のテトラカルボン酸成分(p)に用いられるテトラカルボン酸二無水物又はその誘導体の具体例として、以下の態様が挙げられる;
 1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物、又は(Q)-A(Qは1価の無水コハク酸構造を表し、Aは、-CH-、炭素数2~18のアルキレン基、又は該アルキレン基が有する-CH-の一部が、フェニレン基、-O-、-NR-(Rは水素原子又はメチル基を表す。)、-C(=O)-NR-(Rは水素原子又はメチル基を表す。)、-C(=O)-O-、及び-O-C(=O)-の少なくともいずれかの基で置き換えてなる2価の有機基を表す。)等の非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物;1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-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、2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、4-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)テトラヒドロナフタレン-1,2-ジカルボン酸無水物、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、ビシクロ[2.2.2]オクタ-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、2,4,6,8-テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン-2:4,6:8-二無水物等の脂環式テトラカルボン酸二無水物;ピロメリット酸二無水物、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’-ジ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’-ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ビフェニル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)-2,2-ジフェニルプロパン二無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、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、4,4’-カルボニルジフタル酸無水物、4,4’-(1,4-フェニレンジオキシ)ビス(フタル酸無水物)、又は4,4’-(1,4-フェニレンジメチレン)ビス(フタル酸無水物)等の芳香族テトラカルボン酸二無水物;そのほか、特開2010-97188号公報に記載のテトラカルボン酸二無水物等。
(ジアミン成分)
 上記重合体(P)の製造に用いられるジアミン成分は、少なくとも2つのアミノ基を分子内に有する化合物(以下、ジアミン(p)ともいう。)を含有する。ジアミン成分に対するジアミン(p)の含有量は、重合体(P)の製造に使用されるジアミン成分1モルに対して、5モル%以上が好ましく、10モル%以上が好ましい。また、ジアミン成分に対するジアミン(p)の含有量は、重合体(P)の製造に使用されるジアミン成分1モルに対して、95モル%以下であってもよく、90モル%以下であってもよく、85モル%以下であってもよい。
 以下にジアミン(p)の例を挙げるが、これらに限定されるものではない。上記ジアミン(p)は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよく、三種以上を組み合わせて用いてもよい。
 p-フェニレンジアミン、2,3,5,6-テトラメチル-p-フェニレンジアミン、2,5-ジメチル-p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、2,4-ジメチル-m-フェニレンジアミン、2,5-ジアミノトルエン、2,6-ジアミノトルエンなどのフェニレンジアミン、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、3,3’-ジヒドロキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジフルオロ-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジフルオロ-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、3,3’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル、3,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジアミノビフェニル、2,3’-ジアミノビフェニルなどのジアミノビフェニル化合物、下記式(dAL)で表されるジアミン(好ましくは、下記式(dAL-1)~(dAL-8)で表されるジアミン、1,7-ビス(4-アミノフェノキシ)ヘプタン、1,7-ビス(3-アミノフェノキシ)ヘプタン、1,8-ビス(4-アミノフェノキシ)オクタン、1,8-ビス(3-アミノフェノキシ)オクタン、1,9-ビス(4-アミノフェノキシ)ノナン、1,9-ビス(3-アミノフェノキシ)ノナン、1,10-ビス(4-アミノフェノキシ)デカン、1,10-ビス(3-アミノフェノキシ)デカン、1,11-ビス(4-アミノフェノキシ)ウンデカン、1,11-ビス(3-アミノフェノキシ)ウンデカン、1,12-ビス(4-アミノフェノキシ)ドデカン、1,12-ビス(3-アミノフェノキシ)ドデカン、1,2-ビス(6-アミノ-2-ナフチルオキシ)エタン、1,2-ビス(6-アミノ-2-ナフチル)エタン、又は、6-[2-(4-アミノフェノキシ)エトキシ]-2-ナフチルアミンである。)、下記式(dBZ-1)~(dBZ-2)で表されるジアミン、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、1,4-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ジフェニルエーテル、1,4-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ]ベンゼンなどのジフェニルエーテル構造を有するジアミン(以下、これらを総称して第一のジアミンともいう。);N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-シクロブタン-(1,2,3,4)-テトラカルボン酸ジイミド、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-1,3-ジメチルシクロブタン-(1,2,3,4)-テトラカルボン酸ジイミド、N,N’-ビス(2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4’-アミノ-1,1’-ビフェニル-4-イル)-シクロブタン-(1,2,3,4)-テトラカルボン酸ジイミドなどのテトラカルボン酸ジイミド構造を有するジアミン;4,4’-ジアミノアゾベンゼンなどのアゾベンゼン構造を有する芳香族ジアミン、4,4’-ジアミノスチルベンなどのスチルベン構造を有する芳香族ジアミン、ジアミノトランなどのトラン構造を有する芳香族ジアミン、4,4’-ジアミノカルコンなどのカルコン構造を有する芳香族ジアミン、1,4-フェニレンビス(4-アミノベンゾエート)、1,4-フェニレンビス(3-アミノベンゾエート)、1,3-フェニレンビス(4-アミノベンゾエート)、1,3-フェニレンビス(3-アミノベンゾエート)、ビス(4-アミノフェニル)テレフタレート、ビス(3-アミノフェニル)テレフタレート、ビス(4-アミノフェニル)イソフタレート、ビス(3-アミノフェニル)イソフタレートなどのフェニルベンゾエート構造を有する芳香族ジアミン、又は(E)-4-アミノフェニル 3-(4-アミノフェニル)アクリレート、(E)-4-アミノ-2-メチルフェニル 3-(4-アミノフェニル)アクリレート、(E)-4-アミノフェネチル 3-(4-アミノフェニル)アクリレート、(E,E)-ビス-(4’-アミノフェニル) 1,3-ベンゼンジアクリレート、(E,E)-ビス-(4’-アミノフェニル) 1,4-ベンゼンジアクリレート、若しくは4-アミノフェニル (2E)-3-(4-アミノフェニル)-2-メチル-2-プロペノエートなどのシンナメート構造を有する芳香族ジアミンに代表される光配向性基を有するジアミン;メタクリル酸2-(2,4-ジアミノフェノキシ)エチル又は2,4-ジアミノ-N,N-ジアリルアニリン等の光重合性基を末端に有するジアミン;1-(4-(2-(2,4-ジアミノフェノキシ)エトキシ)フェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノン、2-(4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノイル)フェノキシ)エチル 3,5-ジアミノベンゾエートなどのラジカル重合開始剤機能を有するジアミン;4,4’-ジアミノベンズアニリドなどのアミド結合を有するジアミン、1,3-ビス(4-アミノフェニル)ウレア、1,3-ビス(4-アミノベンジル)ウレア、1,3-ビス(4-アミノフェネチル)ウレアなどのウレア結合を有するジアミン;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(3-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-メチルフェニル)プロパン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン;2,6-ジアミノピリジン、3,4-ジアミノピリジン、2,4-ジアミノピリミジン、3,6-ジアミノカルバゾール、N-メチル-3,6-ジアミノカルバゾール、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、3,6-ジアミノアクリジン、N-エチル-3,6-ジアミノカルバゾール、N-フェニル-3,6-ジアミノカルバゾール、N-[3-(1H-イミダゾール-1-イル)プロピル] 3,5-ジアミノベンズアミド、4-[4-[(4-アミノフェノキシ)メチル]-4,5-ジヒドロ-4-メチル-2-オキサゾリル]-ベンゼンアミン、若しくは下記式(z-1)~式(z-13)で表されるジアミンなどの複素環含有ジアミン、又は、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、4,4’-ジアミノジフェニル-N-メチルアミン、下記式(z-14)で表されるジアミン、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-ベンジジン、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-N,N’-ジメチルベンジジン、若しくは、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-N,N’-ジメチル-1,4-ベンゼンジアミンなどのジフェニルアミン構造を有するジアミンに代表される、窒素原子含有複素環、第二級アミノ基及び第三級アミノ基よりなる群から選ばれる少なくとも一種の窒素原子含有構造(以下、特定の窒素原子含有構造ともいう。ただし、特定の窒素原子含有構造は、重縮合反応に関与する2つのアミノ基以外の官能基である。)を有するジアミン(但し、加熱によって脱離し、水素原子に置き換わる保護基が結合したアミノ基を分子内に有しない。);2,4-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノベンジルアルコール、2,4-ジアミノベンジルアルコール、4,6-ジアミノレゾルシノール、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジヒドロキシビフェニル;2,4-ジアミノ安息香酸、2,5-ジアミノ安息香酸、3,5-ジアミノ安息香酸、4,4’-ジアミノビフェニル-3-カルボン酸、4,4’-ジアミノジフェニルメタン-3-カルボン酸、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン-3-カルボン酸、4,4’-ジアミノビフェニル-3,3’-ジカルボン酸、4,4’-ジアミノビフェニル-2,2’-ジカルボン酸、3,3’-ジアミノビフェニル-4,4’-ジカルボン酸、3,3’-ジアミノビフェニル-2,4’-ジカルボン酸、4,4’-ジアミノジフェニルメタン-3,3’-ジカルボン酸、1,2-ビス(4-アミノフェニル)エタン-3,3’-ジカルボン酸、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル-3,3’-ジカルボン酸などのカルボキシ基を有するジアミン;4-(2-(メチルアミノ)エチル)アニリン、4-(2-アミノエチル)アニリン、1-(4-アミノフェニル)-1,3,3-トリメチル-1H-インダン-5-アミン、1-(4-アミノフェニル)-2,3-ジヒドロ-1,3,3-トリメチル-1H-インデン-6-アミン;下記式(5-1)~(5-9)などの基「-N(D)-」(Dは加熱によって脱離し水素原子に置き換わる保護基を表し、好ましくはカルバメート系保護基であり、より好ましくはtert-ブトキシカルボニル基である。)を有するジアミン、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、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及び3,6-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)コレスタン等のステロイド骨格を有するジアミン、下記式(V-1)~(V-2)で表されるジアミン;2,7-ジアミノフルオレン、又は9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレンなどのフルオレン骨格を有するジアミンなどに代表される芳香族ジアミン;1,3-ビス(3-アミノプロピル)-テトラメチルジシロキサン等のシロキサン結合を有するジアミン;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などに代表される非環式脂肪族ジアミン;1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、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)などに代表される脂環式ジアミンの他、WO2018/117239号に記載の式(Y-1)~(Y-167)のいずれかで表される基に2つのアミノ基が結合したジアミン等。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(Ar、及びAr1’は、それぞれ、ベンゼン環、ビフェニル構造、又はナフタレン環を表し、該ベンゼン環、該ビフェニル構造、又は該ナフタレン環上の1つ以上の水素原子は、1価の基で置換されてもよい。L及びL1’は、それぞれ、単結合、-O-、-C(=O)-、又は-O-C(=O)-を表す。Aは、-CH-、炭素数2~12のアルキレン基、又は該アルキレン基の炭素-炭素結合の間に、-O-、-C(=O)-O-、及び-O-C(=O)-の少なくともいずれかの基が挿入されてなる2価の有機基を表す。Aが有する任意の水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
 上記Ar及びAr1’のベンゼン環、ビフェニル構造、又はナフタレン環上の1つ以上の水素原子は1価の基で置換されてもよく、該1価の基としては、ハロゲン原子、炭素数1~3のアルキル基、炭素数2~3のアルケニル基、炭素数1~3のアルコキシ基、炭素数1~3のフルオロアルキル基、炭素数2~3のフルオロアルケニル基、炭素数1~3のフルオロアルコキシ基、炭素数2~3のアルキルオキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 (式(dAL-1)において、kは、1~2の整数である。
 式(dAL-2)において、l、m及びnの合計は、1~12である。
 式(dAL-5)において、m1、m2及びnの合計は、1~12である。
 式(dAL-7)において、m1、m2及びnの合計は、3~12である。
 式(dAL-8)において、l、m及びnの合計は、3~12である。
 上記式(dAL-1)~(dAL-8)中、ベンゼン環上の1つ以上の水素原子は1価の基で置換されてもよく、該1価の基の具体例としては、上記したAr及びAr1’で例示した1価の基が挙げられる。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 上記式(V-1)中、m、nは0~3の整数であり、1≦m+n≦4を満たす。jは0又は1の整数である。Xは、-(CH-(aは1~15の整数である。)、-CONH-、-NHCO-、-CO-N(CH)-、-NH-、-O-、-CHO-、-CH-OCO-、-COO-、又は-OCO-を表す。Rは、フッ素原子、炭素数1~10のフッ素原子含有アルキル基、炭素数1~10のフッ素原子含有アルコキシ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、及び炭素数2~10のアルコキシアルキル基などの1価の基を表す。上記式(V-2)中、Xは-O-、-CHO-、-CH-OCO-、-COO-、又は-OCO-を表す。m、n、X、Rが2つ存在する場合、それぞれ独立して上記定義を有する。
 上記特定の窒素原子含有構造を有するジアミンが有してもよい窒素原子含有複素環としては、例えば、ピロール、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、インドール、ベンゾイミダゾール、プリン、キノリン、イソキノリン、ナフチリジン、キノキサリン、フタラジン、トリアジン、カルバゾール、アクリジン、ピペリジン、ピペラジン、ピロリジン、ヘキサメチレンイミンが挙げられる。これらのなかでも、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピペリジン、ピペラジン、キノリン、カルバゾール又はアクリジンが好ましい。
 上記ジアミン(p)は、AC残像を抑制する液晶配向膜を得る観点から、上記第一のジアミン、テトラカルボン酸ジイミド構造を有するジアミン、上記アミド結合を有するジアミン、上記ウレア結合を有するジアミン、及び基「-N(D)-」を有するジアミンからなる群から選ばれるジアミンを用いることが好ましい。
 その他のジアミンを二種又は三種以上含む場合、各その他のジアミンを構成する各ジアミンの含有量は、30モル%以下であってもよい。
<重合体(B)>
 本発明の液晶配向剤は、重合体(P)とは異なる重合体であって、上記式(T2)で表されるテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種類を含むテトラカルボン酸成分(本発明では、特定の脂環式テトラカルボン酸成分(b)ともいう。)と、ジアミン成分を用いて得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(B)を含有する。重合体(B)は一種あるいは二種以上であってもよい。
 ここにおいて、ポリイミド前駆体は、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステルなどのイミド化することによりポリイミドを得ることができる重合体である。
 また、重合体(B)を製造する場合、ジアミン成分と反応させるテトラカルボン酸成分は、テトラカルボン酸二無水物だけでなく、テトラカルボン酸、テトラカルボン酸ジハライド、テトラカルボン酸ジアルキルエステル、又はテトラカルボン酸ジアルキルエステルジハライドなどのテトラカルボン酸二無水物の誘導体を用いることもできる。
 上記特定の脂環式テトラカルボン酸成分(b)の使用割合は、重合体(B)に使用される全テトラカルボン酸成分1モルに対して、10モル%以上がより好ましく、20モル%以上が更に好ましい。
 重合体(B)の製造に用いられるテトラカルボン酸成分は、上記特定の脂環式テトラカルボン酸成分(b)以外のテトラカルボン酸成分(以下、その他のテトラカルボン酸成分(b)ともいう。)を含んでいてもよい。
 上記特定の脂環式テトラカルボン酸成分(b)に加えて、その他のテトラカルボン酸成分(b)を併用する場合は、特定の脂環式テトラカルボン酸成分(b)の含有量は、重合体(B)に使用される全テトラカルボン酸成分1モルに対して、95モル%以下がより好ましく、90モル%以下が更に好ましい。また、その他のテトラカルボン酸成分(b)の含有量は、重合体(B)に使用される全テトラカルボン酸成分1モルに対して、5モル%~90モル%がより好ましく、10~80モル%が更に好ましい。
 上記その他のテトラカルボン酸成分(b)の好ましい具体例として、非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物、上記式(T2)で表されるテトラカルボン酸二無水物以外の脂環式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、又はこれらの誘導体が挙げられ、より好ましい具体例として、重合体(P)で例示した非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物、脂環式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、又はこれらの誘導体が挙げられる。
 重合体(B)の製造に用いられるその他のテトラカルボン酸成分(b)は、好ましくは、ベンゼン環、シクロブタン環、シクロペンタン環及びシクロヘキサン環よりなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造を有するテトラカルボン酸二無水物又はこれらの誘導体を含むことがより好ましい。
 重合体(B)を得るためのジアミン成分としては、例えば、上記重合体(P)で例示したジアミンが挙げられる。中でも、ウレア結合を有するジアミン、アミド結合を有するジアミン、上記特定の窒素原子含有構造を有するジアミン、上記カルボキシ基を有するジアミン、4-(2-(メチルアミノ)エチル)アニリン、及び4-(2-アミノエチル)アニリンからなる群から選ばれる少なくとも1種のジアミン(本発明では、これらを特定ジアミン(b)ともいう。)を含むことが好ましい。上記ジアミン成分は、一種のジアミンを単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
 上記特定ジアミン(b)を用いる場合、その含有量は、重合体(B)の製造に用いられる全ジアミン成分の10モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましい。特定ジアミン(b)以外のジアミンを用いる場合、特定ジアミン(b)の含有量は、重合体(B)の製造に用いられる全ジアミン成分1モルに対して90モル%以下が好ましく、80モル%以下がより好ましい。
 本発明の効果を好適に得る観点から、重合体(B)の含有量に対する重合体(P)の含有量の質量比率(重合体(P)の含有量/重合体(B)の含有量)は、10/90~90/10が好ましく、20/80~90/10がより好ましく、20/80~80/20が更に好ましい。
(ポリアミック酸の製造)
 ポリアミック酸の製造は、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを有機溶媒中で反応させることにより行われる。ポリアミック酸の製造反応に供されるテトラカルボン酸成分とジアミン成分との使用割合は、ジアミン成分のアミノ基1当量に対して、テトラカルボン酸成分の酸無水物基が0.5~2当量となる割合が好ましく、さらに好ましくは0.8~1.2当量である。通常の重縮合反応と同様に、このテトラカルボン酸成分の酸無水物基の当量が1当量に近いほど、生成するポリアミック酸の分子量は大きくなる。
 ポリアミック酸の製造における反応温度は-20~150℃が好ましく、0~100℃がより好ましい。また、反応時間は0.1~24時間が好ましく、0.5~12時間がより好ましい。ポリアミック酸の製造は任意の濃度で行うことができるがポリアミック酸の濃度は好ましくは1~50質量%、より好ましくは5~30質量%である。反応初期は高濃度で行い、その後、溶媒を追加することもできる。
 上記有機溶媒の具体例としては、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノンが挙げられる。また、重合体の溶媒溶解性が高い場合は、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、プロピ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プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、又はジエチレングリコールモノエチルエーテルなどの溶媒を用いることができる。
(ポリアミック酸エステルの製造)
 ポリアミック酸エステルは、例えば、[I]上記の方法で得られた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ジアミンとを反応させる方法、[III]テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物とジアミンとを反応させる方法、などの既知の方法によって得ることができる。
(ポリイミドの製造)
 ポリイミドは、上記ポリアミック酸又はポリアミック酸エステルなどのポリイミド前駆体を閉環(イミド化)させることにより得ることができる。なお、本明細書でいうイミド化率とは、テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体由来のイミド基とカルボキシ基(又はその誘導体)との合計量に占めるイミド基の割合のことである。イミド化率は、必ずしも100%である必要はなく、用途や目的に応じて任意に調整できる。
 ポリイミド前駆体をイミド化させる方法としては、ポリイミド前駆体の溶液をそのまま加熱する熱イミド化又はポリイミド前駆体の溶液に触媒を添加する触媒イミド化が挙げられる。
 ポリイミド前駆体を溶液中で熱イミド化させる場合の温度は、好ましくは100~400℃であり、より好ましくは120~250℃であり、イミド化反応により生成する水を系外に除きながら行う方が好ましい。
 ポリイミド前駆体の触媒イミド化は、ポリイミド前駆体の溶液に、塩基性触媒と酸無水物とを添加し、好ましくは-20~250℃、より好ましくは0~180℃で撹拌することにより行うことができる。塩基性触媒の量はアミック酸基の好ましくは0.5~30モル倍、より好ましくは2~20モル倍であり、酸無水物の量はアミック酸基の好ましくは1~50モル倍、より好ましくは3~30モル倍である。塩基性触媒としてはピリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン又はトリオクチルアミンなどを挙げることができ、なかでも、ピリジンは反応を進行させるのに適度な塩基性を持つので好ましい。酸無水物としては、無水酢酸、無水トリメリット酸又は無水ピロメリット酸などを挙げることができ、中でも無水酢酸を用いると反応終了後の精製が容易となるので好ましい。触媒イミド化によるイミド化率は、触媒量と反応温度、反応時間を調節することにより制御することができる。
 ポリイミド前駆体又はポリイミドの反応溶液から、生成したポリイミド前駆体又はポリイミドを回収する場合には、反応溶液を溶媒に投入して沈殿させればよい。沈殿に用いる溶媒としてはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ヘキサン、ブチルセルソルブ、ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、ベンゼン、水などを挙げることができる。溶媒に投入して沈殿させた重合体は濾過して回収した後、常圧又は減圧下で、常温又は加熱して乾燥することができる。また、回収した重合体を、有機溶媒に再溶解させ、再沈殿回収する操作を2~10回繰り返すと、重合体中の不純物を少なくすることができる。この際の溶媒として、例えば、アルコール、ケトン又は炭化水素などが挙げられ、これらのうちから選ばれる3種類以上の溶媒を用いると、より一層精製の効率が上がるので好ましい。
 本発明におけるポリイミド前駆体やポリイミドを製造するに際して、テトラカルボン酸二無水物又はその誘導体を含むテトラカルボン酸成分、及びジアミンを含むジアミン成分とともに、適当な末端封止剤を用いて末端封止型の重合体を製造してもよい。末端封止型の重合体は、塗膜によって得られる液晶配向膜の膜硬度の向上や、シール剤と液晶配向膜の密着特性の向上という効果を有する。
 本発明におけるポリイミド前駆体やポリイミドの末端の例としては、アミノ基、カルボキシ基、酸無水物基又は後述する末端封止剤に由来する基が挙げられる。アミノ基、カルボキシ基、酸無水物基は通常の縮合反応により得るか、又は以下の末端封止剤を用いて末端を封止することにより得ることができる。
 末端封止剤としては、例えば、無水酢酸、無水マレイン酸、無水ナジック酸、無水フタル酸、無水イタコン酸、1,2-シクロヘキサンジカルボン酸無水物、3-ヒドロキシフタル酸無水物、トリメリット酸無水物、3-(3-トリメトキシシリル)プロピル)-3,4-ジヒドロフラン-2,5-ジオン、4,5,6,7-テトラフルオロイソベンゾフラン-1,3-ジオン、4-エチニルフタル酸無水物などの酸無水物;二炭酸ジ-tert-ブチル、二炭酸ジアリルなどの二炭酸ジエステル化合物;アクリロイルクロリド、メタクリロイルクロリド、ニコチン酸クロリドなどのクロロカルボニル化合物;アニリン、2-アミノフェノール、3-アミノフェノール、4-アミノサリチル酸、5-アミノサリチル酸、6-アミノサリチル酸、2-アミノ安息香酸、3-アミノ安息香酸、4-アミノ安息香酸、シクロヘキシルアミン、n-ブチルアミン、n-ペンチルアミン、n-ヘキシルアミン、n-ヘプチルアミン、n-オクチルアミンなどのモノアミン化合物;エチルイソシアネート、フェニルイソシアネート、ナフチルイソシアネート、又は、2-アクリロイルオキシエチルイソシアネ-ト、2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネ-トなどの不飽和結合を有するイソシアネートなどを挙げることができる。
 末端封止剤の使用割合は、使用するジアミン成分の合計100モル部に対して、0.01~20モル部とすることが好ましく、0.01~10モル部とすることがより好ましい。
 ポリイミド前駆体及びポリイミドのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000~500,000であり、より好ましくは2,000~300,000である。また、Mwと、GPCにより測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは15以下であり、より好ましくは10以下である。かかる分子量範囲にあることで、液晶表示素子の良好な液晶配向性を確保することができる。
(液晶配向剤)
 本発明の液晶配向剤は、重合体(P)、重合体(B)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である。
 本発明の液晶配向剤は、重合体(P)及び重合体(B)以外のその他の重合体を含有してもよい。その他の重合体の具体例を挙げると、ポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体、ポリシロキサン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレア、ポリオルガノシロキサン、セルロース誘導体、ポリアセタール、ポリスチレン誘導体、ポリ(スチレン-マレイン酸無水物)共重合体、ポリ(イソブチレン-マレイン酸無水物)共重合体、ポリ(ビニルエーテル-マレイン酸無水物)共重合体、ポリ(スチレン-フェニルマレイミド)誘導体、ポリ(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる重合体などが挙げられる。
 ポリ(スチレン-マレイン酸無水物)共重合体の具体例としては、SMA1000、SMA2000、SMA3000(Cray Valley社製)、GSM301(岐阜セラツク製造所社製)などが挙げられ、ポリ(イソブチレン-マレイン酸無水物)共重合体の具体例としては、イソバン-600(クラレ社製)が挙げられる。ポリ(ビニルエーテル-マレイン酸無水物)共重合体の具体例としては、Gantrez AN-139(メチルビニルエーテル無水マレイン酸樹脂、アシュランド社製)が挙げられる。
 上記その他の重合体は、一種を単独で使用してもよく、また二種以上を組み合わせて使用してもよい。その他の重合体の含有割合は、液晶配向剤中に含まれる重合体の合計100質量部に対して、90質量部以下が好ましく、10~90質量部がより好ましく、20~80質量部が更に好ましい。
 本発明に係る液晶配向剤に含有される有機溶媒は、重合体(P)及び重合体(B)や必要に応じて添加されるその他の重合体が均一に溶解するものであれば特に限定されない。例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルラクトアミド、N,N-ジメチルプロピオンアミド、テトラメチル尿素、N,N-ジエチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、N-(n-プロピル)-2-ピロリドン、N-イソプロピル-2-ピロリドン、N-(n-ブチル)-2-ピロリドン、N-(tert-ブチル)-2-ピロリドン、N-(n-ペンチル)-2-ピロリドン、N-メトキシプロピル-2-ピロリドン、N-エトキシエチル-2-ピロリドン、N-メトキシブチル-2-ピロリドン、N-シクロヘキシル-2-ピロリドン(これらを総称して、良溶媒ともいう)などが挙げられる。なかでも、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド又はγ-ブチロラクトンが好ましい。良溶媒の含有量は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の20~99質量%であることが好ましく、20~90質量%がより好ましく、特に好ましいのは、30~80質量%である。
 また、液晶配向剤に含有される有機溶媒は、上記溶媒に加えて液晶配向剤を塗布する際の塗布性や塗膜の表面平滑性を向上させる溶媒(貧溶媒ともいう。)を併用した混合溶媒の使用が好ましい。貧溶媒の具体例を下記するが、これらに限定されない。貧溶媒の含有量は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の1~80質量%が好ましく、10~80質量%がより好ましく、20~70質量%が特に好ましい。貧溶媒の種類及び含有量は、液晶配向剤の塗布装置、塗布条件、塗布環境などに応じて適宜選択される。
 貧溶媒としては、例えば、ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジイソブチルカルビノール(2,6-ジメチル-4-ヘプタノール)、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、エチレングリコールジブチルエーテル、1,2-ジブトキシエタン、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、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、3-エトキシブチルアセタート、1-メチルペンチルアセタート、2-エチルブチルアセタート、2-エチルヘキシルアセタート、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールジアセタート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソアミルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、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ブチルエーテル、1-(2-ブトキシエトキシ)-2-プロパノール、2-(2-ブトキシエトキシ)-1-プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、2-(2-エトキシエトキシ)エチルアセタート、ジエチレングリコールアセタート、プロピレングリコールジアセテート、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸シクロヘキシル、酢酸4-メチル-2-ペンチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、乳酸n-ブチル、乳酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジイソブチルケトン(2,6-ジメチル-4-ヘプタノン)などが挙げられる。
 なかでも、ジイソブチルカルビノール、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、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ブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、又はジイソブチルケトンが好ましい。
 良溶媒と貧溶媒との好ましい溶媒の組み合わせとしては、N-メチル-2-ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールジアセテート、N,N-ジメチルラクトアミドとジイソブチルケトン、N-メチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチル、N-エチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチル、N-メチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチルとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチルとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチルとジエチレングリコールモノプロピルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチルとジエチレングリコールモノプロピルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、N-エチル-2-ピロリドンとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N,N-ジメチルラクトアミドとエチレングリコールモノブチルエーテル、N,N-ジメチルラクトアミドとプロピレングリコールジアセテート、N-エチル-2-ピロリドンとジエチレングリコールジエチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとジエチレングリコールモノエチルエーテルとブチルセロソルブアセテート、N-メチル-2-ピロリドンとジエチレングリコールモノメチルエーテルとブチルセロソルブアセテート、N,N-ジメチルラクトアミドとジエチレングリコールジエチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジエチレングリコールジエチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとN-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、N-エチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジイソブチルケトン、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールジアセテート、N-エチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジプロピレングリコールジメチルエーテル、γ-ブチロラクトンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジイソブチルケトン、γ-ブチロラクトンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールジアセテート、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソブチルケトン、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソプロピルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソブチルカルビノール、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとジエチレングリコールジエチルエーテルとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとプロピレングリコールジアセテート、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソブチルケトン、N-エチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとジイソブチルケトン、N-エチル-2-ピロリドンとN,N-ジメチルラクトアミドとジイソブチルケトン、N-メチル-2-ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテルとエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、γ-ブチロラクトンとエチレングリコールモノブチルエーテルアセタートとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテルアセタートとプロピレングリコールジメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと酢酸4-メチル-2-ペンチルとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンと酢酸シクロヘキシルと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、シクロヘキサノンとプロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロペンタノンとプロピレングリコールモノメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとシクロヘキサノンとプロピレングリコールモノメチルエーテルなどを挙げることができる。
(液晶配向剤)
 本発明の液晶配向剤は、上記重合体(P)、重合体(B)、ならびに必要に応じて上記その他の重合体、および上記有機溶媒を含有する。
 本発明の液晶配向剤に含まれる重合体の合計含有量は、形成させようとする塗膜の厚みの設定によっても適宜変更できるが、均一で欠陥のない塗膜を形成させるという点から1質量%以上が好ましく、溶液の保存安定性の点からは、10質量%以下が好ましい。特に好ましい重合体の合計含有量は、2~8質量%である。
 本発明に用いられる重合体(P)及び重合体(B)の含有量の合計は、液晶配向剤に含有される重合体の合計に対し、1~100質量%が好ましく、10~100質量%がより好ましく、20~100質量%が特に好ましい。
 本発明の液晶配向剤は、上記重合体(P)、重合体(B)、上記その他の重合体、及び上記有機溶媒に加えて、それ以外の成分(以下、添加剤成分ともいう。)を含有してもよい。かかる添加剤成分としては、例えば、オキシラニル基、オキセタニル基、ブロックイソシアネート基、オキサゾリン基、シクロカーボネート基、ヒドロキシアルキル基及びアルコキシ基から選ばれる少なくとも1種の置換基を有する架橋性化合物、並びに重合性不飽和基を有する架橋性化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の架橋性化合物、官能性シラン化合物、金属キレート化合物、硬化促進剤、界面活性剤、酸化防止剤、増感剤、防腐剤、得られる液晶配向膜の誘電率や電気抵抗を調整するための化合物、イミド化を促進するための化合物、などが挙げられる。
 上記架橋性化合物の好ましい具体例としては、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、グリセリンジグリシジルエーテル、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、エピコート828(三菱ケミカル社製)などのビスフェノールA型エポキシ樹脂、エピコート807(三菱ケミカル社製)などのビスフェノールF型エポキシ樹脂、YX-8000(三菱ケミカル社製)などの水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、YX6954BH30(三菱ケミカル社製)などのビフェニル骨格含有エポキシ樹脂、EPPN-201(日本化薬社製)などのフェノールノボラック型エポキシ樹脂、EOCN-102S(日本化薬社製)などの(o,m,p-)クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、TEPIC(日産化学社製)などのトリグリシジルイソシアヌレート、セロキサイド2021P(ダイセル社製)などの脂環式エポキシ樹脂、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-m-キシリレンジアミン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、又は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に代表される第三級窒素原子を含有する化合物、テトラキス(グリシジルオキシメチル)メタンなどのオキシラニル基を2つ以上有する化合物;WO2011/132751号公報の段落[0170]~[0175]に記載の2個以上のオキセタニル基を2つ以上有する化合物;コロネートAPステーブルM、コロネート2503、2515、2507、2513、2555、ミリオネートMS-50(以上、東ソー社製)、タケネートB-830、B-815N、B-820NSU、B-842N、B-846N、B-870N、B-874N、B-882N(以上、三井化学社製)等のブロックイソシアネート基を有する化合物;2,2’-ビス(2-オキサゾリン)、2,2’-ビス(4-メチル-2-オキサゾリン)、2,2’-ビス(5-メチル-2-オキサゾリン)、1,2,4-トリス(2-オキサゾリニル)-ベンゼン、エポクロス(日本触媒社製)のようなオキサゾリン基を有する化合物;WO2011/155577号公報の段落[0025]~[0030]、[0032]に記載のシクロカーボネート基を有する化合物;N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)アジポアミド、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジヒドロキシメチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメトキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジヒドロキシメチルフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパンなどのヒドロキシ基やアルコキシ基を有する化合物;グリセリンモノ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート(1,2-,1,3-体混合物)、グリセリントリス(メタ)アクリレート、グリセリン1,3-ジグリセロラートジ(メタ)アクリレート、ペンタエリストールトリ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ペンタエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコールモノ(メタ)アクリレートで示される化合物が挙げられる。
 架橋性化合物の含有量は液晶配向剤に含まれる重合体成分100質量部に対して0.1~30質量部であることが好ましく、より好ましくは0.1~20質量部である。
 上記誘電率や電気抵抗を調整するための化合物としては、3-ピコリルアミンなどの窒素原子含有芳香族複素環を有するモノアミンが挙げられる。窒素原子含有芳香族複素環を有するモノアミンの含有量は液晶配向剤に含まれる重合体成分100質量部に対して0.1~30質量部であることが好ましく、より好ましくは0.1~20質量部である。
 上記官能性シラン化合物の好ましい具体例としては、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、3-アミノプロピルジエトキシメチルシラン、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-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、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、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トリメトキシシラン、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トリエトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリス[3-(トリメトキシシリル)プロピル]イソシアヌレート、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。官能性シラン化合物の含有量は、液晶配向剤に含まれる重合体成分100質量部に対して0.1~30質量部であることが好ましく、より好ましくは0.1~20質量部である。
 上記イミド化を促進するための化合物としては、塩基性の部位(例:第一級アミノ基、脂肪族ヘテロ環(例:ピロリジン骨格)、芳香族ヘテロ環(例:イミダゾール環、インドール環)、又はグアニジノ基等)を有する化合物(但し、上記架橋性化合物や、液晶配向膜の誘電率や電気抵抗を調整するための化合物は除く。)、又は、焼成時に上記塩基性の部位が発生する化合物が好ましい。より好ましくは、焼成時に上記塩基性の部位が発生する化合物であり、好ましい具体例を挙げると、アミノ酸が有する塩基性の部位の一部又は全てが保護されたアミノ酸が挙げられる。上記アミノ酸が有する塩基性の部位の保護基としては、Boc基などのカルバメート系保護基が挙げられる。上記アミノ酸の具体例としては、グリシン、アラニン、システイン、メチオニン、アスパラギン、グルタミン、バリン、ロイシン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、プロリン、ヒドロキシプロリン、アルギニン、ヒスチジン、リシン、オルニチンが挙げられる。イミド化を促進するための化合物のより好ましい具体例を挙げると、N-α-(9-フルオレニルメトキシカルボニル)-N-τ-(tert-ブトキシカルボニル)-L-ヒスチジンが挙げられる。
 本発明の液晶配向剤に含有される上記イミド化を促進するための化合物の含有量は、液晶配向剤に含まれる重合体成分100質量部に対して、0.1~30質量部が好ましく、より好ましくは0.1~20質量部、さらに好ましくは5~20質量部である。
 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、揮発性などを考慮して適宜に選択されるが、好ましくは1~10質量%である。
 特に好ましい固形分濃度の範囲は、基板に液晶配向剤を塗布する際に用いる方法によって異なる。例えばスピンコート法を用いる場合には、固形分濃度が1.5~6.0質量%であることが特に好ましい。印刷法による場合には、固形分濃度を3~9質量%とし、それにより溶液粘度を12~50mPa・sとすることが特に好ましい。インクジェット法による場合には、固形分濃度を1~5質量%とし、それにより、溶液粘度を3~15mPa・sとすることが特に好ましい。液晶配向剤を調製する際の温度は、好ましくは10~50℃であり、より好ましくは20~30℃である。
<液晶配向膜・液晶表示素子>
 上記液晶配向剤を用いることにより、液晶配向膜を製造することができる。上記液晶配向剤は、光配向処理法用によって液晶配向能を付与する液晶配向膜の形成に用いることが好ましい。本発明の液晶表示素子は、上記液晶配向膜を具備するものである。本発明に係る液晶表示素子の動作モードは特に限定せず、例えばTN方式、STN(Super Twisted Nematic)方式、垂直配向方式(VA-MVA方式、VA-PVA方式などを含む。)、IPS方式、FFS方式、光学補償ベンド方式(OCB方式)など種々の動作モードに適用することができる。本発明の液晶配向膜は、中でもIPS方式又はFFS方式等の水平配向方式の液晶表示素子に好適な液晶配向膜である。
 本発明の液晶表示素子は、例えば以下の工程(1)~(3)を含む方法、工程(1)~(4)を含む方法、工程(1)~(3)、(3b)及び(4)を含む方法、工程(1)~(2)及び(4)を含む方法、工程(1)~(3)、(4)及び(5)を含む方法、又は工程(1)~(3)、(4)及び(6)を含む方法により製造することができる。
<工程(1):第1基板及び第2基板のうち少なくとも一方に液晶配向剤を塗布する工程>
 工程(1)は、本発明の液晶配向剤を基板上に塗布する工程である。工程(1)の具体例は以下のとおりである。
 パターニングされた透明導電膜が設けられている基板(以下、第1基板ともいう)および第1基板の対向基板(以下、第2基板ともいう)のうち少なくとも一方の面に、本発明の液晶配向剤を、例えばロールコーター法、スピンコート法、印刷法、インクジェット法などの適宜の塗布方法により塗布する。ここで基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板、窒化珪素基板とともに、アクリル基板やポリカーボネート基板等のプラスチック基板等を用いることもできる。また、反射型の液晶表示素子では、片側の基板のみにならば、シリコンウエハー等の不透明な物でも使用でき、この場合の電極にはアルミニウム等の光を反射する材料も使用できる。さらに、IPS方式又はFFS方式の液晶表示素子を製造する場合には、櫛歯型にパターニングされた透明導電膜又は金属膜からなる電極が設けられている基板と、電極が設けられていない対向基板とを用いる。透明導電膜は、例えば、インジウム錫酸化物(ITO、Indium Tin Oxide)、インジウム亜鉛酸化物(IZO、Indium Zinc Oxide)、またはこれらの混合物を用いて公知の方法で形成され得る。
 液晶配向剤を基板に塗布し、成膜する方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット法、又はスプレー法等が挙げられる。なかでも、インクジェット法による塗布、成膜法が好適に使用できる。
<工程(2):塗布した液晶配向剤を焼成する工程>
 工程(2)は、基板上に塗布した液晶配向剤を焼成し、膜を形成する工程である。工程(2)の具体例は以下のとおりである。
 工程(1)において液晶配向剤を基板上に塗布した後は、ホットプレート、熱循環型オーブン又はIR(赤外線)型オーブンなどの加熱手段により、溶媒を蒸発させたり、ポリアミック酸又はポリアミック酸エステルの熱イミド化を行ったりすることができる。本発明の液晶配向剤を塗布した後の乾燥、焼成工程は、任意の温度と時間を選択することができ、複数回行ってもよい。液晶配向剤の溶媒を低減する温度としては、例えば40~180℃で行うことができる。プロセスを短縮する観点で、40~150℃で行ってもよい。焼成時間としては特に限定されないが、1~10分又は、1~5分が挙げられる。ポリアミック酸又はポリアミック酸エステルの熱イミド化を行う場合には、上記工程の後、例えば150~300℃、又は150~250℃の温度範囲で焼成する工程(以下、本焼成工程ともいう。)を追加してもよい。本焼成工程の焼成時間としては特に限定されないが、5~40分、又は、5~30分の焼成時間が挙げられる。
 なお、本焼成工程は、後述する工程(3)の後に行っても良く、後述する工程(3b)が本焼成工程であっても良い。
 焼成後の膜状物の膜厚は、薄すぎると液晶表示素子の信頼性が低下する場合があるので、5~300nmが好ましく、10~200nmがより好ましい。
 <工程(3):工程(2)で得られた膜に配向処理する工程>
 工程(3)は、場合により、工程(2)で得られた膜に配向処理する工程である。即ち、IPS方式又はFFS方式等の水平配向方式の液晶表示素子では該塗膜に対し配向能付与処理を行う。一方、VA方式又はPSA方式等の垂直配向型の液晶表示素子では、形成し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が、該塗膜に対し配向能付与処理を施してもよい。液晶配向膜の配向処理方法としては、ラビング処理法、光配向処理法が挙げられ、より好ましくは、光配向処理法である。
 光配向処理法としては、上記膜状物の表面に、放射線(より好ましくは偏光状態の放射線)を照射し、液晶配向性(液晶配向能ともいう)を付与する方法が挙げられる。
 放射線としては、100~800nmの波長を有する紫外線又は可視光線を用いることができる。なかでも、好ましくは100~400nm、より好ましくは、200~400nmの波長を有する紫外線である。
 上記ラビング処理法としては、塗膜を例えばナイロン、レーヨン、コットンなど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処理が挙げられる。
 上記光配向処理法において、放射線が偏光である場合、直線偏光であっても部分偏光であってもよい。また、用いる放射線が直線偏光又は部分偏光である場合には、照射は基板面に垂直の方向から行ってもよく、斜め方向から行ってもよく、又はこれらを組み合わせて行ってもよい。非偏光状態の放射線を照射する場合には、照射の方向は斜め方向とすることが好ましい。
 上記放射線の照射量は、1~10,000mJ/cmがより好ましく、100~1,000mJ/cmが更に好ましく、100~500mJ/cmが最も好ましい。
 また、上記光配向処理法において放射線を照射する場合、液晶配向性を改善するために、上記膜状物を有する基板を、例えば、50~250℃で加熱しながら照射してもよい。このようにして作製した上記液晶配向膜は、液晶分子を一定の方向に安定して配向させることができる。
<工程(3b):加熱処理を行う工程>
 上記の放射線を照射した塗膜に対して加熱処理を行ってもよい。かかる加熱処理の温度は、50~300℃が好ましく、120~250℃がより好ましい。加熱処理の時間としては、それぞれ1~30分とすることが好ましい。
<工程(4):第1基板と第2基板との間に、前記配向処理された膜に隣接するように液晶層を配置して液晶セルを作製する工程>
 工程(4)は、第1基板と第2基板との間に、前記配向処理された膜に隣接するように液晶層を配置して液晶セルを作製する工程である。尚、以下では、第一基板と第二基板のそれぞれに液晶配向膜を形成した場合を例示する。具体的には以下の2つの方法が挙げられる。
 第一の方法は、先ず、それぞれの液晶配向膜が対向するように間隙(セルギャップ)を介して2枚の基板を対向配置する。次いで、2枚の基板の周辺部をシール剤を用いて貼り合わせ、基板表面及びシール剤により区画されたセルギャップ内に液晶組成物を注入充填して膜面に接触した後、注入孔を封止する。
 また、第二の方法は、ODF(One Drop Fill)方式と呼ばれる手法である。液晶配向膜を形成した2枚の基板のうちの一方の基板上の所定の場所に、例えば紫外線硬化性の樹脂組成物(以下、シール剤ともいう。)を塗布し、更に液晶配向膜面上の所定の数箇所に液晶組成物を滴下する。その後、液晶配向膜が対向するように他方の基板を貼り合わせて液晶組成物を基板の全面に押し広げて膜面に接触させる。次いで、基板の全面に紫外光を照射してシール剤を硬化する。いずれの方法による場合でも、更に、用いた液晶組成物が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷することにより、液晶充填時の流動配向を除去することが望ましい。
 なお、塗膜に対してラビング処理を行った場合には、2枚の基板は、各塗膜におけるラビング方向が互いに所定の角度、例えば直交又は逆平行となるように対向配置される。
 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。上記液晶組成物としては、特に制限はなく、少なくとも一種の液晶化合物(液晶分子)を含む組成物であって、誘電率異方性が正または負の各種の液晶組成物を用いることができる。なお、以下では、誘電率異方性が正の液晶組成物を、ポジ型液晶ともいい、誘電率異方性が負の液晶組成物を、ネガ型液晶ともいう。
 上記液晶組成物は、フッ素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、フッ素原子含有基(例えば、トリフルオロメチル基)、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、イソチオシアネート基、複素環、シクロアルカン、シクロアルケン、ステロイド骨格、ベンゼン環、又はナフタレン環を有する液晶化合物を含んでもよく、分子内に液晶性を発現する剛直な部位(メソゲン骨格)を2つ以上有する化合物(例えば、剛直な二つのビフェニル構造、又はターフェニル構造がアルキレン基で連結されたバイメソゲン化合物)を含んでもよい。
 液晶組成物は、ネマチック相を呈する液晶組成物、スメクチック相を呈する液晶組成物、又はコレステリック相を呈する液晶組成物であってもよい。
 また、上記液晶組成物は、液晶配向性を向上させる観点から、添加物をさらに含有してもよい。このような添加物は、重合性基を有する化合物などの光重合性モノマー;光学活性な化合物(例:メルク(株)社製のS-811など);酸化防止剤;紫外線吸収剤;色素;消泡剤;重合開始剤;又は重合禁止剤などが挙げられる。
 ポジ型液晶としては、例えば、メルク社製のZLI-2293、ZLI-4792、MLC-2003、MLC-2041、MLC-3019、又はMLC-7081など;DIC社製のPA-1492が挙げられる。
 ネガ型液晶としては、例えば、メルク社製のMLC-6608、MLC-6609、MLC-6610、又はMLC-7026-100などが挙げられる。
 また、重合性基を有する化合物を含有する液晶として、例えば、メルク社製のMLC-3023が挙げられる。
 本発明の液晶配向剤は、電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性化合物を含む液晶組成物を配置し、電極間に電圧を印加しつつ、活性エネルギー線の照射及び加熱の少なくとも一方により、重合性化合物を重合させる工程(以下、本工程を工程(5)ともいう。)を経て製造される液晶表示素子(PSA方式の液晶表示素子)にも好ましく用いられる。
 また、本発明の液晶配向剤は、電極を備えた一対の基板の間に液晶層を有してなり、上記一対の基板の間に活性エネルギー線及び熱の少なくとも一方により重合する重合性基を含む液晶配向膜を配置し、電極間に電圧を印加する工程(以下、本工程を工程(6)ともいう。)を経て製造される液晶表示素子(SC-PVA方式の液晶表示素子)にも好ましく用いられる。
 そして、必要に応じて液晶セルの外側表面に偏光板を貼り合わせることにより液晶表示素子を得ることができる。液晶セルの外表面に貼り合わされる偏光板としては、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を挙げることができる。
 IPS方式において使用される櫛歯電極基板であるIPS基板は、基材と、基材上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極と、基材上に線状電極を覆うように形成された液晶配向膜とを有する。
 なお、FFS方式において使用される櫛歯電極基板であるFFS基板は、基材と、基材上に形成された面電極と、面電極上に形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極と、絶縁膜上に線状電極を覆うように形成された液晶配向膜とを有する。
 図1は、本発明の横電界方式の液晶表示素子の一例を示す概略断面図であり、IPS方式の液晶表示素子の例である。
 図1に例示する横電界方式の液晶表示素子1においては、液晶配向膜2cを具備する櫛歯電極基板2と液晶配向膜4aを具備する対向基板4との間に、液晶3が挟持されている。櫛歯電極基板2は、基材2aと、基材2a上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極2bと、基材2a上に線状電極2bを覆うように形成された液晶配向膜2cとを有している。対向基板4は、基材4bと、基材4b上に形成された液晶配向膜4aとを有している。液晶配向膜2cは、例えば、本発明の液晶配向膜である。液晶配向膜4aも同様に本発明の液晶配向膜である。
 この横電界方式の液晶表示素子1においては、線状電極2bに電圧が印加されると、電気力線Lで示すように線状電極2b間で電界が発生する。
 図2は、本発明の横電界方式の液晶表示素子の他の例を示す概略断面図であり、FFS方式の液晶表示素子の例である。
 図2に例示する横電界方式の液晶表示素子1においては、液晶配向膜2hを具備する櫛歯電極基板2と液晶配向膜4aを具備する対向基板4との間に、液晶3が挟持されている。櫛歯電極基板2は、基材2dと、基材2d上に形成された面電極2eと、面電極2e上に形成された絶縁膜2fと、絶縁膜2f上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極2gと、絶縁膜2f上に線状電極2gを覆うように形成された液晶配向膜2hとを有している。対向基板4は、基材4bと、基材4b上に形成された液晶配向膜4aとを有している。液晶配向膜2hは、例えば、本発明の液晶配向膜である。液晶配向膜4aも同様に本発明の液晶配向膜である。
 この横電界方式の液晶表示素子1においては、面電極2eおよび線状電極2gに電圧が印加されると、電気力線Lで示すように面電極2eおよび線状電極2g間で電界が発生する。
 本発明の液晶配向膜は、上記用途の液晶配向膜以外に、種々の用途に適用することができ、例えば、位相差フィルム用の液晶配向膜、走査アンテナや液晶アレイアンテナ用の液晶配向膜又は透過散乱型の液晶調光素子用としての液晶配向膜に用いることもできる。さらには、液晶配向膜以外の用途、例えば、保護膜(例:カラーフィルタ用の保護膜)、スペーサー膜、層間絶縁膜、反射防止膜、配線被覆膜、帯電防止フィルム、電動機絶縁膜(フレキシブルディスプレイのゲート絶縁膜)にも用いることができる。
 本発明の液晶表示素子は、種々の装置に有効に適用することができ、例えば、時計、携帯型ゲーム、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、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などの各種表示装置に用いることができる。
 以下に実施例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、これらに限定して解釈されるものではない。使用した化合物の略号及び各物性の測定方法は、以下の通りである。
(有機溶媒)
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
BCS:エチレングリコールモノブチルエーテル
(テトラカルボン酸二無水物)
TC-1~TC-5:それぞれ、下記式(TC-1)~(TC-5)で表される化合物
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
(ジアミン)
DA-1~DA-6:それぞれ、下記式(DA-1)~(DA-6)で表される化合物
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
(添加剤)
AD-1~AD-2:それぞれ、下記式(AD-1)~(AD-2)で表される化合物
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
<粘度の測定>
 E型粘度計TVE-22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL、コーンロータTE-1(1°34’、R24)を用いて、温度25℃で測定した。
<分子量の測定>
 下記の常温GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)装置によって以下の条件に従って測定し、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド換算値としてMn(数平均分子量)及びMw(重量平均分子量)を算出した。 GPC装置:GPC-101(レゾナック(旧昭和電工)社製)、
  カラム:GPC KD-803、GPC KD-805(レゾナック(旧昭和電工)社製)の直列、
  カラム温度:50℃、
  溶離液:N,N-ジメチルホルムアミド(添加剤として、臭化リチウム一水和物(LiBr・HO)が30mmol/L、リン酸・無水結晶(o-リン酸)が30mmol/L、テトラヒドロフラン(THF)が10mL/L)、
  流速:1.0mL/分
  検量線作成用標準サンプル:TSK 標準ポリエチレンオキサイド(分子量;約900,000、約150,000、約100,000及び約30,000)(東ソー社製)及びポリエチレングリコール(分子量;約12,000、約4,000及び約1,000)(ポリマーラボラトリー社製)。
[重合体の合成]
<合成例1>
 撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに、DA-1(0.865g、8.00mmol)、DA-2(2.93g、12.0mmol)、DA-3(3.84g、12.0mmol)、DA-4(3.19g、8.00mmol)及びNMP(129g)を加えて、窒素を送りながら室温(25℃)で撹拌して溶解させた。その後、TC-1(8.70g、38.8mmol)及びNMP(14.4g)を加えて、40℃で18時間撹拌することで、固形分濃度12質量%のポリアミック酸(PAA-A1)の溶液(粘度:220mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは8,978、Mwは19,639であった。
<合成例2>
 撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-5(2.39g、12.0mmol)、DA-6(2.39g、8.00mmol)及びNMP(53.6g)を加えて、窒素を送りながら室温(25℃)で撹拌して溶解させた。その後、TC-2(2.55g、13.0mmol)及びNMP(6.70g)を加えて、室温(25℃)で0.5時間撹拌した。その後、TC-3(1.81g、6.00mmol)及びNMP(6.70g)を加えて、40℃で18時間撹拌することで、固形分濃度12質量%のポリアミック酸(PAA-B1)の溶液(粘度:235mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは7,614、Mwは16,212であった。
<合成例3>
 撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-5(2.39g、12.0mmol)、DA-6(2.39g、8.00mmol)及びNMP(53.6g)を加えて、窒素を送りながら室温(25℃)で撹拌して溶解させた。その後、TC-2(3.65g、18.6mmol)及びNMP(8.20g)を加えて、40℃で18時間撹拌することで、固形分濃度12質量%のポリアミック酸(PAA-B2)の溶液(粘度:252mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは10,601、Mwは28,194であった。
<合成例4>
 撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-5(2.39g、12.0mmol)、DA-6(2.39g、8.00mmol)及びNMP(51.1g)を加えて、窒素を送りながら室温(25℃)で撹拌して溶解させた。その後、TC-2(2.59g、13.2mmol)及びNMP(6.40g)を加えて、室温(25℃)で0.5時間撹拌した。その後、TC-4(1.35g、6.00mmol)及びNMP(6.40g)を加えて、40℃で18時間撹拌することで、固形分濃度12質量%のポリアミック酸(PAA-B3)の溶液(粘度:212mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは11,211、Mwは29,400であった。
<合成例5>
 撹拌装置付き及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-5(2.39g、12.0mmol)、DA-6(2.39g、8.00mmol)及びNMP(52.3g)を加えて、窒素を送りながら室温(25℃)で撹拌して溶解させた。その後、TC-2(2.63g、13.4mmol)及びNMP(6.50g)を加えて、室温(25℃)で0.5時間撹拌した。その後、TC-5(1.50g、6.00mmol)及びNMP(6.50g)を加えて、40℃で18時間撹拌することで、固形分濃度12質量%のポリアミック酸(PAA-B4)の溶液(粘度:209mPa・s)を得た。このポリアミック酸のMnは9,157、Mwは23,785であった。
 上記合成例で得られたポリアミック酸の仕様を表1に示す。表1において、テトラカルボン酸成分及びジアミン成分の数値は、各重合工程において使用したジアミン成分の合計量100モル部に対する、各化合物の使用量(モル部)を表す。溶媒の数値は、各重合工程において使用した有機溶媒の合計量100質量部に対する、各化合物の使用量(質量部)を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
[液晶配向剤の調製]
<実施例1>
 上記合成例1で得られたポリアミック酸(PAA-A1)の溶液(21.7g)に、合成例2で得られたポリアミック酸(PAA-B1)の溶液(21.7g)、NMP(21.9g)、BCS(30.0g)、及びAD-2の10質量%NMP溶液(5.20g)を加え、室温(23℃)で2時間撹拌することで、重合体固形分と各溶媒の質量比(重合体固形分:NMP:BCS)が5.2:64.8:30であり、重合体の合計100質量部に対してAD-2の配合割合が10質量部となる液晶配向剤(AL-1)を得た。
<実施例2>
 上記合成例1で得られたポリアミック酸(PAA-A1)の溶液(21.7g)に、合成例2で得られたポリアミック酸(PAA-B1)の溶液(21.7g)、NMP(21.9g)、BCS(30.0g)、AD-1(0.52g)、及びAD-2の10質量%NMP溶液(5.20g)を加え、室温(23℃)で2時間撹拌することで、重合体固形分と各溶媒の質量比(重合体固形分:NMP:BCS)が5.2:64.8:30であり、重合体の合計100質量部に対してAD-1の配合割合が10質量部、AD-2の配合割合が10質量部となる液晶配向剤(AL-2)を得た。
<比較例1~7>
 表2に示すように使用する重合体の種類及び添加剤の種類や量を変更した点を除いては実施例1~2と同様の手法で調製することにより、液晶配向剤(AL-C1)~(AL-C7)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
 表2において、重合体成分中の括弧内の数値は、重合体固形分の合計100質量部に対する、各重合体固形分の量(質量部)を表す。添加剤中の数値は、重合体固形分の合計100質量部に対する、各添加剤の量(質量部)を表す。
[液晶配向膜、液晶表示素子の作製]
<液晶配向膜の形成>
(実施例1~2、比較例1~7)
 上記実施例1~2及び比較例1~7で得られた液晶配向剤(AL-1)~(AL-2)及び(AL-C1)~(AL-C7)をITO基板にスピンコート法にて塗布した。80℃のホットプレート上で2分間乾燥させた後、230℃の熱風循環式オーブンで20分間焼成を行い、厚み100nmの液晶配向膜付き基板を得た。この塗膜面に、254nmバンドパスフィルターと偏光子を介した偏光紫外線を400mJ/cm照射し、さらに230℃のIRオーブンで30分間焼成を行って配向処理を施し、液晶配向膜付き基板を得た。
(1)膜硬度評価
 上記液晶配向膜付き基板をレーヨン布(Hyperflex社製、HY-5318)で1回ラビング配向処理(ローラー直径:120mm、ローラー回転数:1000rpm、移動速度:20mm/sec、押し込み長:0.4mm)した後、ヘーズメーター(スガ試験機社製、HZ-V3)を用いて膜のHaze値(濁り度)を評価した。Haze値が小さいほど、膜が削れていない、即ち膜硬度が高いと言える。評価基準として、Haze値が0.1未満の場合を「A」、0.1以上0.2未満の場合を「B」、0.2以上の場合を「C」とした。結果を表3に示す。
<FFS駆動液晶セルの作製>
(実施例1~2、比較例1~7)
 FFSモード液晶表示素子の構成を備えた液晶セルを作製した。
 用いたFFS基板は、30mm×35mmの長方形かつ厚みが0.7mmのガラス基板であった。上記基板上に、共通電極としてベタ状パターンのITO電極が形成され、共通電極の上に相関絶縁膜として、CVD(化学蒸着)法により300nmのSiN(窒化珪素)膜が共通電極を覆うように形成されていた。SiN膜の上には、画素電極としてITO膜をパターニングして形成された櫛歯状の画素電極が配置され、第1画素及び第2画素の2つの画素が形成されていた。尚、各画素のサイズは、縦6mm、横5mmであった。
 画素電極は、中央部分が内角160°で屈曲し、幅が3μmの電極線が6μmの間隔で平行になるように複数配列された櫛歯形状を有していた。1つの画素は、複数の電極線によって形成されており、屈曲部を結ぶ線を境に第1領域と第2領域を有していた。
 次に、上記実施例1~2及び比較例1~7で得られた液晶配向剤(AL-1)~(AL-2)及び(AL-C1)~(AL-C7)をそれぞれ孔径1.0μmのフィルターで濾過した後、上記電極付き基板(以後、FFS基板と呼ぶ)と、裏面にITO膜が成膜された30mm×35mmのガラス基板のガラス面上に高さ3.3μmの柱状スペーサーを有する基板(以後、対向基板と呼ぶ)に、スピンコート法にて塗布した。80℃のホットプレート上で2分間乾燥させた後、230℃の熱風循環式オーブンで20分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。この塗膜面に、254nmバンドパスフィルターと偏光子を介した偏光紫外線を表3に記載の露光量で照射し、さらに230℃のIRオーブンで30分間焼成を行って配向処理を施し、液晶配向膜付き基板を得た。
 なお、上記FFS基板に形成された液晶配向膜は、画素屈曲部の内角を等分する方向と、液晶の配向方向とが直交するように配向処理が施されており、対向基板に形成された配向膜は、液晶セルを作製する際に電極基板上の液晶の配向方向と、対向基板上の液晶の配向方向とが一致するように配向処理が施されていた。
 上記2枚の基板を一組とし、基板上にシール剤(三井化学社製 XN-1500T)をディスペンサーにて塗布し、もう1枚の基板を、それぞれの液晶配向膜の配向方向が0°になって向かい合うようにして張り合わせた。その後、張り合わせた基板を圧着し、150℃の熱風循環式オーブンで60分間加熱しシール剤を硬化させ、空セルを作製した。
 この空セルに減圧注入法によって、ポジ型液晶PA-1492(DIC社製)を注入し、注入口を封止することによりFFS駆動液晶セルを得た。その後、得られた液晶セルを120℃で1時間加熱し、23℃で一晩放置してから評価に使用した。
 目視による観察により、実施例1~2及び比較例1~7で得られた液晶配向剤(AL-1)~(AL-2)及び(AL-C1)~(AL-C7)を用いた全てのFFS駆動液晶セルは、均一な液晶配向性を示していることを確認した。
(2)振動輝点の評価
 上記で作製したFFS駆動液晶セルを用い、振動輝点評価を実施した。FFS駆動液晶セルの中央に約1.0mmの面積に1kgの加重がかかるペン型の重りを載せ、液晶セルを固定した状態で10Hzの振動を与えながら10分間放置し、直後の液晶の配向状態を偏光顕微鏡(Nikon社製、商品名:Eclipse LV100N POL)で確認し、300μm×300μmの領域内の輝点(配向不良)の発生数を評価することにより振動輝点を評価した。なお、振動発生装置としては、試験管ミキサー(アズワン製、商品名:TRIO TM-2N)を使用した。
 輝点の数が5個未満の場合は「A」、5個以上10個未満の場合を「B」、10個以上の場合を「C」とした。結果を表3に示す。
(3)液晶配向の安定性評価
 上記で作製したFFS駆動液晶セルを用い、液晶配向の安定性評価を実施した。本評価は、長期交流駆動において液晶配向膜の配向性能が低下することによって生ずる残像(AC残像ともいう。)を評価するものである。
 上記で作製したFFS駆動液晶セルに対し、表面温度が50℃の高輝度バックライト(光源:LED、輝度:27000cd/m)の上で、±4.4Vの交流電圧を周波数30Hzで144時間印加した。その後、液晶セルの画素電極と共通電極との間をショートさせた状態にし、室温(23℃)下で一日放置した。上記の処理を行った液晶セルについて、電圧無印加状態における、画素の第1領域の液晶の配向方向と、画素の第2領域の液晶の配向方向とのずれを角度として算出した。具体的には、偏光軸が直交するように配置された2枚の偏光板の間に液晶セルを設置し、バックライトを点灯させ、第1画素の第1領域の透過光強度が最も小さくなるように液晶セルの配置角度を調整し、次に第1画素の第2領域の透過光強度が最も小さくなるように液晶セルを回転させたときに要する回転角度を角度Δとして算出した。第2画素でも同様に、第1領域と第2領域とを比較し、同様の角度Δを算出した。そして、第1画素と第2画素の角度Δの平均値を液晶セルの回転角度Δとして算出した。液晶配向の安定性は、この回転角度Δの値が小さいほど良好であると言える。
 評価基準として、上記で得られた液晶セルの回転角度Δの値が、0.3°未満の場合を「A」、0.3°以上の場合を「C」とした。結果を表3に示す。なお、以下の表3において、比較例1~2の「-」は、液晶配向の安定性を測定していないことを表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
 表3に示されるように、特定テトラカルボン酸二無水物を用いた液晶配向剤(AL-1)~(AL-2)から得られた液晶配向膜は、特定テトラカルボン酸二無水物を用いていない液晶配向剤(AL-C1)~(AL-C7)から得られた液晶配向膜に比べ、膜硬度が高く、振動輝点が少なく、かつ液晶配向の安定性に優れていた。
 本発明の液晶配向剤を用いることにより、膜硬度が良好で、且つ、液晶セルに応力を与えても振動輝点が少ない液晶配向膜が得られ、AC残像を高いレベルで抑制する液晶配向膜を得ることができる。そのため、高い表示品位が求められる液晶表示素子、特にIPS駆動方式、FFS駆動方式の液晶表示素子における利用が期待できる。そして、これらの素子は、表示を目的とする液晶ディスプレイ、光の透過と遮断を制御する調光窓、光シャッター等においても有用である。
1: 横電界液晶表示素子、2: 櫛歯電極基板、2a: 基材、2b: 線状電極、2c: 液晶配向膜、2d: 基材、2e: 面電極、2f: 絶縁膜、2g: 線状電極、2h: 液晶配向膜、3: 液晶、4: 対向基板、4a: 液晶配向膜、4b: 基材、L: 電気力線
 なお、2023年12月8日に出願された日本特許出願2023-207918号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (13)

  1.  下記の重合体(P)及び重合体(B)を含有する、液晶配向剤。
     重合体(P):下記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種類を含むテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分を用いて得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体。
     重合体(B):重合体(P)とは異なる重合体であって、下記式(T2)で表されるテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種類を含むテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分を用いて得られるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(1)中、R~Rはそれぞれ独立して、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、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基、又はフェニル基を表し、R~Rの少なくとも一つは上記定義中の水素原子以外の基を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
  2.  前記重合体(P)の製造に用いられるジアミン成分が、少なくとも2つのアミノ基を分子内に有する化合物であるジアミン(p)を含み、
     前記ジアミン(p)が、フェニレンジアミン、ジアミノビフェニル化合物、下記式(dAL)で表されるジアミン、テトラカルボン酸ジイミド構造を有するジアミン、アミド結合を有するジアミン、ウレア結合を有するジアミン、及び基「-N(D)-」(Dは加熱によって脱離し水素原子に置き換わる保護基を表す。)を有するジアミンからなる群から選ばれる、請求項1に記載の液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (Ar、及びAr1’は、それぞれ、ベンゼン環、ビフェニル構造、又はナフタレン環を表し、該ベンゼン環、該ビフェニル構造、又は該ナフタレン環上の1つ以上の水素原子は、1価の基で置換されてもよい。L及びL1’は、それぞれ、単結合、-O-、-C(=O)-、又は-O-C(=O)-を表す。Aは、-CH-、炭素数2~12のアルキレン基、又は該アルキレン基の炭素-炭素結合の間に、-O-、-C(=O)-O-、及び-O-C(=O)-の少なくともいずれかの基が挿入されてなる2価の有機基を表す。Aが有する任意の水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
  3.  前記ジアミン(p)の含有量が、重合体(P)の製造に使用されるジアミン成分1モルに対して、5モル%以上である、請求項2に記載の液晶配向剤。
  4.  前記重合体(B)の製造に用いられるテトラカルボン酸成分が、前記式(T2)で表されるテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体とは異なるその他のテトラカルボン酸二無水物及び/又はその誘導体を含み、
     前記その他のテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体が、非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物、脂環式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、又はこれらの誘導体から選ばれる、請求項1に記載の液晶配向剤。
  5.  前記非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物、脂環式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、又はこれらの誘導体の含有量が、重合体(B)の製造に使用されるテトラカルボン酸成分1モルに対して、10モル%以上である、請求項4に記載の液晶配向剤。
  6.  前記重合体(B)の製造に用いられるジアミン成分が、ウレア結合を有するジアミン、アミド結合を有するジアミン、窒素原子含有構造を有するジアミン、カルボキシ基を有するジアミン、4-(2-(メチルアミノ)エチル)アニリン、及び4-(2-アミノエチル)アニリンからなる群から選ばれる少なくとも1種のジアミンを含有する、請求項1に記載の液晶配向剤。
  7.  前記液晶配向剤が、光配向処理法によって液晶配向能を付与する液晶配向膜の形成に用いられる、請求項1~6のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  8.  請求項1~6のいずれか一項に記載の液晶配向剤から得られる液晶配向膜。
  9.  請求項8の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
  10.  下記の工程(1)~(4)を含む、液晶表示素子の製造方法。
     工程(1):第1基板及び第2基板のうち少なくとも一方に請求項1~6のいずれか一項に記載の液晶配向剤を塗布する工程
     工程(2):塗布した前記液晶配向剤を焼成し、膜を得る工程
     工程(3):工程(2)で得られた前記膜に配向処理する工程
     工程(4):前記第1基板と前記第2基板との間に、前記配向処理された膜に隣接するように液晶層を配置して液晶セルを作製する工程
  11.  前記配向処理が光配向処理である、請求項10に記載の液晶表示素子の製造方法。
  12.  工程(3)と工程(4)の間に、更に加熱処理を行う工程(3b)を含む、請求項11に記載の液晶表示素子の製造方法。
  13.  前記液晶表示素子が、IPS方式又はFFS方式の液晶表示素子である請求項12に記載の液晶表示素子の製造方法。
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