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WO2019044795A1 - 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

Info

Publication number
WO2019044795A1
WO2019044795A1 PCT/JP2018/031670 JP2018031670W WO2019044795A1 WO 2019044795 A1 WO2019044795 A1 WO 2019044795A1 JP 2018031670 W JP2018031670 W JP 2018031670W WO 2019044795 A1 WO2019044795 A1 WO 2019044795A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid crystal
substrate
acid dianhydride
tetracarboxylic acid
aligning agent
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/031670
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
秀則 石井
達哉 名木
Original Assignee
日産化学株式会社
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 日産化学株式会社 filed Critical 日産化学株式会社
Priority to KR1020207007943A priority Critical patent/KR102635627B1/ko
Priority to CN201880070410.XA priority patent/CN111344630B/zh
Priority to JP2019539509A priority patent/JP7196847B2/ja
Publication of WO2019044795A1 publication Critical patent/WO2019044795A1/ja

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal aligning agent, a liquid crystal alignment film, and a liquid crystal display element for producing a liquid crystal display element having excellent sticking characteristics.
  • Liquid crystal display devices are known as light-weight, thin and low power consumption display devices, and in recent years they have achieved remarkable development such as being used for large-sized television applications.
  • the liquid crystal display element is configured, for example, by sandwiching a liquid crystal layer by a pair of transparent substrates provided with electrodes. And in a liquid crystal display element, the organic film which consists of organic materials is used as a liquid crystal aligning film so that a liquid crystal may be in a desired orientation state between board
  • the liquid crystal alignment film is a component of the liquid crystal display element, and is formed on the surface of the substrate holding the liquid crystal in contact with the liquid crystal, and plays a role of orienting the liquid crystal in a certain direction between the substrates.
  • the liquid crystal alignment film may be required to control the pretilt angle of the liquid crystal, in addition to the function of aligning the liquid crystal in a fixed direction such as a direction parallel to the substrate.
  • alignment control ability The ability to control the alignment of liquid crystal (hereinafter referred to as alignment control ability) in such a liquid crystal alignment film is given by performing an alignment process on the organic film constituting the liquid crystal alignment film.
  • a rubbing method is conventionally known as an alignment treatment method of a liquid crystal alignment film for imparting alignment controllability.
  • the surface of the liquid crystal alignment film made of polyimide or the like is rubbed, generation of dust or static electricity may be a problem.
  • the surface of the liquid crystal alignment film can not be rubbed uniformly with a cloth, and is uniform. In some cases, alignment of the liquid crystal can not be realized.
  • the photo alignment method is actively examined as another alignment processing method of the liquid crystal aligning film which does not perform rubbing.
  • the anisotropy is formed in the organic film constituting the liquid crystal alignment film by the linearly polarized light or the collimated light, and the liquid crystal is aligned according to the anisotropy.
  • a decomposition type photoalignment method As a main photoalignment method, a decomposition type photoalignment method is known. For example, polarized ultraviolet light is irradiated to a polyimide film, and anisotropic decomposition is caused by utilizing the polarization direction dependency of the ultraviolet absorption of the molecular structure. Then, the liquid crystal is oriented by the polyimide left without being decomposed (see, for example, Patent Document 1).
  • photocrosslinking and photoisomerization photoalignment methods are also known. For example, using polyvinyl cinnamate, it is irradiated with polarized ultraviolet light to cause a dimerization reaction (crosslinking reaction) at the double bond portion of two side chains parallel to the polarized light. Then, the liquid crystal is aligned in a direction orthogonal to the polarization direction (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • the liquid crystal cell of the lateral electric field type is excellent in viewing angle characteristics, a sufficient voltage can not be applied to the liquid crystal if the voltage holding ratio of the liquid crystal alignment film is weak because there are few electrodes formed in the substrate. Display contrast is reduced.
  • static electricity is likely to be accumulated in the liquid crystal cell, and charges are also accumulated in the liquid crystal cell by application of an asymmetric voltage generated by driving, and these accumulated charges (residual DC) cause disturbance in the alignment of the liquid crystal or residual image or It affects the display as burn-in and significantly reduces the display quality of the liquid crystal element.
  • the control of the liquid crystal molecules is not properly performed in the initial stage, and flicker or the like is generated.
  • the horizontal electric field method since the distance between the pixel electrode and the common electrode is shorter than that in the vertical electric field method, a strong electric field acts on the alignment film and the liquid crystal layer, and such a problem tends to be remarkable. there were.
  • Patent No. 3893659 Korean Patent Application Publication 10-2016-0042614 Korean Patent Application Publication 10-2017-0127966 Korean Patent Application Publication 10-2018-0020722
  • the photoalignment method eliminates the rubbing step itself as compared with the rubbing method conventionally used industrially as an alignment treatment method of liquid crystal display elements, and therefore has a great advantage. Then, as compared with the rubbing method in which the alignment control ability is substantially constant by rubbing, in the photo alignment method, the irradiation control amount of polarized light can be changed to control the alignment control ability.
  • the photoalignment method when it is intended to realize the same degree of alignment control ability as in the rubbing method, a large amount of polarized light irradiation may be required, or stable liquid crystal alignment may not be realized. .
  • liquid crystal alignment film As a measure against display burn-in caused by residual DC, when a liquid crystal alignment film is formed, as a component other than polyamic acid or polyimide to which the alignment control ability of liquid crystal is imparted by polarized ultraviolet irradiation, volume resistivity The technique of adding low polyamic acid to the orienting agent has been utilized. However, by storing the liquid crystal aligning agent in which two types of polyamic acid or polyimide are mixed at 23 ° C., the liquid crystal alignment stability may decrease with the passage of storage time. Therefore, there is a demand for a liquid crystal alignment film and a liquid crystal alignment agent that do not reduce liquid crystal alignment stability while eliminating display sticking due to residual DC.
  • the present invention provides a substrate having a liquid crystal alignment film for a liquid crystal display element for a lateral electric field drive type, which is highly efficiently imparted with an orientation controllability and excellent in burn-in characteristics due to liquid crystal alignment deviation and residual DC;
  • An object of the present invention is to provide a drive type liquid crystal display device.
  • polyamic acid or polyamic acid imidized polymer obtained from carboxylic acid dianhydride and diamine having a specific structure orientation controllability is imparted with high efficiency, and burn-in characteristics attributed to liquid crystal alignment deviation and residual DC
  • the present invention has been completed by finding that a liquid crystal alignment film excellent in
  • (Ab) A polyamic acid obtained by using a tetracarboxylic acid dianhydride component containing aliphatic tetracarboxylic acid dianhydride and a diamine component containing a diamine represented by the following formula (2), and the polyamic acid At least one polymer selected from imidized polymers, And an organic solvent, and the weight ratio of (A-a) to (A-b) is (A-a) :( A-b) 55: 45 to 90:10, preferably 60:40 to 90.
  • i is 0 or 1
  • X is a single bond, ether bond, carbonyl, ester bond, phenylene, linear alkylene having 1 to 20 carbon atoms, branched alkylene having 2 to 20 carbon atoms, A C 3 to C 12 cyclic alkylene, sulfonyl, amide bond or a combination thereof, wherein the C 1 to C 20 alkylene is interrupted by a bond selected from an ester bond and an ether bond And the carbon atoms of phenylene and alkylene may be substituted with one or more of the same or different substituents selected from halogen atoms, cyano groups, alkyl groups, haloalkyl groups, alkoxy groups and haloalkoxy groups .
  • the tetracarboxylic acid dianhydride represented by the above formula (1) is at least one selected from pyromellitic acid dianhydride and 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride
  • the liquid crystal aligning agent as described in any one of the above. 6.
  • the liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment agent of the present invention can align the liquid crystal with a small amount of polarized ultraviolet radiation, and the liquid crystal alignment film deteriorates in liquid crystal alignment stability even when stored at 23 ° C. It is possible to accelerate the alleviation of the residual DC accumulated by the DC voltage without causing the problem.
  • i is 0 or 1
  • X is a single bond, ether bond, carbonyl, ester bond, phenylene, linear alkylene having 1 to 20 carbon atoms, branched alkylene having 2 to 20 carbon atoms, A C 3 to C 12 cyclic alkylene, sulfonyl, amide bond or a combination thereof, wherein the C 1 to C 20 alkylene is interrupted by a bond selected from an ester bond and an ether bond And the carbon atoms of phenylene and alkylene may be substituted with one or more of the same or different substituents selected from halogen atoms, cyano groups, alkyl groups, haloalkyl groups, alkoxy groups and haloalkoxy groups .
  • substituents selected from halogen atoms, cyano groups, alkyl groups, haloalkyl groups, alkoxy groups and haloalkoxy groups .
  • the component (Aa) used for the liquid crystal aligning agent of the present invention can be obtained using a tetracarboxylic acid dianhydride component including the tetracarboxylic acid dianhydride represented by the above formula (1) and a diamine component. It is at least one polymer selected from polyamic acids and imidized polymers of the polyamic acids.
  • ⁇ Tetracarboxylic acid dianhydride component Although the following compounds are mentioned as a tetracarboxylic acid dianhydride represented by said Formula (1), It is not limited to these. In the following formulae, q represents an integer of 1 to 20.
  • the above formulas (1-1), (1-2), (1-3), ( 1-4), (1-5) and (1-7) are preferable, and in terms of stable supply, the above formulas (1-1) and (1-5) are particularly preferable.
  • the amount of the tetracarboxylic acid dianhydride represented by the formula (1) in the entire tetracarboxylic acid dianhydride component is too small, the effect of the present invention can not be obtained. Therefore, the amount of the tetracarboxylic acid dianhydride represented by the formula (1) is 30 to 100 mol% relative to 1 mol of all the tetracarboxylic acid dianhydrides used for the preparation of the component (Aa). Preferably, it is 50 to 100 mol%, more preferably 70 to 100 mol%.
  • the tetracarboxylic acid dianhydride represented by the formula (1) may be used alone or in combination of two or more, but also in this case, the tetracarboxylic acid dianhydride represented by the formula (1) It is preferred to use the above-mentioned preferred amounts as a total.
  • ⁇ Diamine component> As a diamine component used for manufacture of the (Aa) component of this invention, the diamine represented by following formula (5) is used.
  • W 2 in the formula (5) is a divalent organic group, and the structure is not particularly limited, and two or more types may be mixed. If specific examples are shown, structures represented by the following Formula [W 2 -1] to Formula [W 2 -152] can be mentioned.
  • R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and a hydrogen atom or a methyl group is more preferable.
  • W2-49, W2-51, W2-65, W2-67, W2-68, W2-69, W2-70, W2-71, W2-142, W2-144, W2-148, W2-151 are preferred.
  • W2-65, W2-67, W2-68, W2-69, W2-70, W2-71, W2-142, W2-144, W2-148, and W2-151 are more preferable.
  • the component (Ab) used for the liquid crystal aligning agent of the present invention is a tetracarboxylic acid dianhydride component containing aliphatic tetracarboxylic acid dianhydride, and a diamine component containing a diamine represented by the above formula (2) And at least one polymer selected from the polyamic acid and the imidized polymer of the polyamic acid.
  • X 1 is any of the following (X-1) to (X-28).
  • R 3 to R 6 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a phenyl group, and a hydrogen atom or a methyl group is more preferable.
  • (X-1) most preferred in terms of light orientation is, as R 4 and R 6 R 3 and R 5 is a methyl group is a hydrogen atom (X-1), R 3 ⁇ A structure in which R 6 is a hydrogen atom is preferable, and a structure in which R 3 to R 6 are a hydrogen atom is particularly preferable.
  • the amount of aliphatic tetracarboxylic acid dianhydride is preferably 50 to 100 mol%, more preferably, 1 mol of all tetracarboxylic acid dianhydrides used for producing the component (Ab). It is 60 to 100 mol%, more preferably 80 to 100 mol%.
  • the proportion of the diamine represented by the formula (2) in the polyamic acid and the imidized polymer of the polyamic acid, which is the component (Ab) of the present invention is 1 mole of all diamines used in the production of the component (Ab). It is preferably 10 to 100% by mole, more preferably 30 to 100% by mole, and still more preferably 50 to 100% by mole.
  • the polyamic acid and the imidized polymer of the polyamic acid which are the (Ab) component contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention have a surface represented by the above formula (5) in addition to the diamine represented by the above formula (2). May be used.
  • the effect of the present invention can be obtained by increasing the proportion of the diamine represented by the formula (5) in the polyamic acid and the imidized polymer of the polyamic acid which is the component (Ab) contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention. It is not preferable because it may be damaged. Accordingly, the proportion of the diamine represented by the formula (5) is preferably 0 to 90% by mole, more preferably 0 to 70% by mole, still more preferably 0 to 50% by mole, relative to 1 mole of all diamines. .
  • the polyamic acid which is a polyimide precursor used for this invention can be synthesize
  • an organic solvent used for the above reaction is preferably N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, ⁇ -butyrolactone, etc. in view of solubility of monomers and polymers, and one or more of these may be mixed You may use it.
  • the concentration of the polymer is preferably 1 to 30% by mass, and more preferably 5 to 20% by mass, from the viewpoint that precipitation of the polymer hardly occurs and a polymer can be easily obtained.
  • the polyamic acid obtained as described above can be recovered by precipitating a polymer by pouring the reaction solution into a poor solvent while well stirring it. Further, precipitation is carried out several times, and after washing with a poor solvent, it is possible to obtain a purified polyamic acid powder by normal temperature or heat drying.
  • the poor solvent is not particularly limited, and water, methanol, ethanol, 2-propanol, hexane, butyl cellosolve, acetone, toluene and the like can be mentioned, and water, methanol, ethanol, 2-propanol and the like are preferable.
  • the polyimide used in the present invention can be produced by imidizing the polyamic acid.
  • chemical imidization which adds a catalyst to the solution of the said polyamic acid obtained by reaction of a diamine component and tetracarboxylic dianhydride is simple.
  • Chemical imidization is preferable because the imidization reaction proceeds at a relatively low temperature, and molecular weight reduction of the polymer does not easily occur in the imidization process.
  • Chemical imidization can be carried out by stirring a polymer to be imidized in an organic solvent in the presence of a basic catalyst and an acid anhydride.
  • the solvent used at the time of the polymerization reaction mentioned above can be used.
  • basic catalysts include pyridine, triethylamine, trimethylamine, tributylamine and trioctylamine. Among them, pyridine is preferable because it has a suitable basicity to allow the reaction to proceed.
  • acid anhydride acetic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride and the like can be mentioned, and it is preferable to use acetic anhydride among them because purification after completion of the reaction becomes easy.
  • the temperature at which the imidization reaction is carried out is -20 to 140 ° C, preferably 0 to 100 ° C, and the reaction time can be 1 to 100 hours.
  • the amount of basic catalyst is 0.5 to 30 times mol, preferably 2 to 20 times mol of polyamic acid group, and the amount of acid anhydride is 1 to 50 times mol, preferably 3 to 30 times mol of polyamic acid group. It is a mole.
  • the imidation ratio of the resulting polymer can be controlled by adjusting the amount of catalyst, temperature and reaction time. Since the added catalyst and the like remain in the solution after the imidization reaction of the polyamic acid, the obtained imidized polymer is recovered by the means described below, and redissolved in an organic solvent to obtain the present invention. It is preferable to use as the liquid crystal aligning agent of
  • the solution of the polyimide obtained as mentioned above can precipitate a polymer by inject
  • the poor solvent is not particularly limited, and methanol, 2-propanol, acetone, hexane, butyl cellosolve, heptane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethanol, toluene, benzene and the like can be mentioned, and methanol, ethanol, 2-propanol, Acetone is preferred.
  • the polyimide precursor used in the present invention is obtained from the reaction of a diamine component and a tetracarboxylic acid derivative, and examples thereof include polyamic acid and polyamic acid ester.
  • the polyamic acid ester which is a polyimide precursor to be used in the present invention can be produced by the following production method (1), (2) or (3).
  • Polyamic acid ester can be manufactured by esterifying the polyamic acid manufactured as mentioned above. Specifically, the polyamic acid and the esterifying agent are reacted in the presence of an organic solvent at -20 ° C to 150 ° C, preferably 0 ° C to 50 ° C, for 30 minutes to 24 hours, preferably 1 to 4 hours. It can be manufactured.
  • esterifying agent those which can be easily removed by purification are preferable, and N, N-dimethylformamide dimethyl acetal, N, N-dimethylformamide diethyl acetal, N, N-dimethylformamide dipropyl acetal, N, N-dimethylformamide Dineopentyl butyl acetal, N, N-dimethylformamide di-t-butyl acetal, 1-methyl-3-p-tolyltriazene, 1-ethyl-3-p-tolyltriazene, 1-propyl-3-p -Tolyltriazene, 4- (4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl) -4-methylmorpholinium chloride and the like.
  • the addition amount of the esterifying agent is preferably 2 to 6 molar equivalents with respect to 1 mole of the repeating unit of the polyamic acid.
  • organic solvent for example, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone or ⁇ -butyrolactone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide or 1,3-dimethyl- And imidazolidinone.
  • solvent solubility of the polyimide precursor is high, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, or the formula [D-1] to the formula [D-3] described later
  • the solvent shown by can be used. These solvents may be used alone or in combination.
  • the solvent used for the above reaction is preferably N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, or ⁇ -butyrolactone in view of the solubility of the polymer, and these may be used alone or in combination of two or more. Good.
  • the concentration at the time of production is preferably 1 to 30% by mass, and more preferably 5 to 20% by mass, from the viewpoint that precipitation of a polymer hardly occurs and a polymer can be easily obtained.
  • Polyamic acid ester can be manufactured from tetracarboxylic-acid diester dichloride and diamine. Specifically, tetracarboxylic acid diester dichloride and diamine in the presence of a base and an organic solvent at -20 ° C to 150 ° C, preferably 0 ° C to 50 ° C, for 30 minutes to 24 hours, preferably 1 to 4 hours It can be produced by reacting.
  • a base pyridine, triethylamine, 4-dimethylaminopyridine and the like can be used, but pyridine is preferable because the reaction proceeds mildly.
  • the addition amount of the base is preferably 2 to 4 times the molar amount of the tetracarboxylic acid diester dichloride from the viewpoint of easy removal and high molecular weight.
  • the solvent used for the above reaction is preferably N-methyl-2-pyrrolidone or ⁇ -butyrolactone in view of the solubility of monomers and polymers, and these may be used alone or in combination of two or more.
  • the polymer concentration at the time of production is preferably 1 to 30% by mass, and more preferably 5 to 20% by mass from the viewpoint that precipitation of the polymer hardly occurs and a polymer can be easily obtained.
  • the solvent used for producing the polyamic acid ester is preferably dehydrated as much as possible, and it is preferable to prevent mixing of the outside air in a nitrogen atmosphere.
  • Polyamic acid ester can be manufactured by polycondensing tetracarboxylic acid diester and diamine. Specifically, a tetracarboxylic acid diester and a diamine in the presence of a condensing agent, a base and an organic solvent at 0 ° C. to 150 ° C., preferably 0 ° C. to 100 ° C., for 30 minutes to 24 hours, preferably 3 to 15 It can be produced by reacting for time.
  • the condensing agent examples include triphenyl phosphite, dicyclohexyl carbodiimide, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, N, N′-carbonyldiimidazole, dimethoxy-1,3,5-triadidi Nylmethylmorpholinium, O- (benzotriazol-1-yl) -N, N, N ', N'-tetramethyluronium tetrafluoroborate, O- (benzotriazol-1-yl) -N, N And N ′, N′-tetramethyluronium hexafluorophosphate, diphenyl (2,3-dihydro-2-thioxo-3-benzoxazolyl) phosphonate and the like can be used.
  • the addition amount of the condensing agent is preferably 2 to 3 moles per mol of the tetracarboxylic acid die
  • tertiary amines such as pyridine and triethylamine can be used.
  • the amount of the base added is preferably 2 to 4 moles per mole of the diamine component, in terms of easy removal and high molecular weight.
  • the reaction proceeds efficiently by adding a Lewis acid as an additive.
  • the Lewis acid lithium halides such as lithium chloride and lithium bromide are preferable.
  • the addition amount of the Lewis acid is preferably 0 to 1.0 times the molar amount with respect to the diamine component.
  • a high molecular weight polyamic acid ester can be obtained, and therefore the production method of the above (1) or the above (2) is particularly preferable.
  • the solution of the polyamic acid ester obtained as described above can precipitate the polymer by pouring it into a poor solvent while stirring well. Precipitation is carried out several times, and after washing with a poor solvent, it is possible to obtain a purified polyamic acid ester powder at room temperature or by heating and drying.
  • the poor solvent is not particularly limited, and water, methanol, ethanol, hexane, butyl cellosolve, acetone, toluene and the like can be mentioned.
  • the liquid crystal aligning agent used in the present invention has the form of a solution in which a polymer component is dissolved in an organic solvent.
  • the molecular weight of the polymer is preferably 2,000 to 500,000, more preferably 5,000 to 300,000, and still more preferably 10,000 to 100,000, in terms of weight average molecular weight.
  • the number average molecular weight is preferably 1,000 to 250,000, more preferably 2,500 to 150,000, and still more preferably 5,000 to 50,000.
  • the concentration of the polymer of the liquid crystal aligning agent used in the present invention can be appropriately changed by setting the thickness of the coating film to be formed, but from the point of forming a uniform and defect-free coating film, 1 mass % Or more, and in terms of storage stability of the solution, 10% by mass or less.
  • the particularly preferred concentration of the polymer is 2 to 8% by mass.
  • the organic solvent contained in the liquid crystal aligning agent used in the present invention is not particularly limited as long as the polymer component dissolves uniformly.
  • Specific examples thereof include N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, Examples include 2-pyrrolidone, N-vinyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfone, ⁇ -butyrolactone, 1,3-dimethyl-imidazolidinone, 3-methoxy-N, N-dimethylpropanamide and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Moreover, even if it is a solvent which can not melt
  • the organic solvent contained in a liquid crystal aligning agent uses the mixed solvent which used together the solvent which improves the surface smoothness of the coating property at the time of applying a liquid crystal aligning agent in addition to the above solvents and a liquid crystal aligning agent.
  • a mixed solvent is suitably used also in the liquid crystal aligning agent of the present invention.
  • ethanol isopropyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, isopentyl alcohol, tert-pentyl alcohol, 3-methyl-2-butanol, neopentyl alcohol, 1-hexanol, 2-methyl-1-pentanol, 2-methyl-2-pentanol, 2-ethyl-1-butanol, 1-heptanol 2-heptanol, 3-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 2-ethyl-1-hexanol, cyclohexanol, 1-methylcyclohexanol, 2-methylcyclohexanol, 3-methylcyclohexanol, 2,6- Dimethyl 4-heptanol, 1,2-ethanediol,
  • D 1 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms
  • D 2 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms
  • Formula [D-3] among, D 3 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
  • additives may be added to the liquid crystal aligning agent of the present invention in order to increase the mechanical strength of the film.
  • the additive is preferably 0.1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer component contained in the liquid crystal aligning agent. If the amount is less than 0.1 part by mass, no effect can be expected. If the amount is more than 30 parts by mass, the orientation of the liquid crystal is reduced.
  • the purpose is to change the electrical characteristics such as the dielectric constant and the conductivity of the polymer other than the polymer and the liquid crystal alignment film as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • Dielectrics or conductive substances Dielectrics or conductive substances, silane coupling agents for the purpose of improving the adhesion between the liquid crystal alignment film and the substrate, crosslinkable compounds for the purpose of enhancing the hardness and density of the film when the liquid crystal alignment film is formed, and When firing the film, an imidization promoter may be added for the purpose of efficiently advancing imidization of polyamic acid.
  • the liquid crystal aligning film of this invention is a film
  • the substrate to which the liquid crystal alignment agent of the present invention is applied is not particularly limited as long as it is a highly transparent substrate, and plastic substrates such as glass substrates, silicon nitride substrates, acrylic substrates, and polycarbonate substrates can be used. It is preferable from the viewpoint of process simplification to use a substrate on which an ITO electrode or the like for the above is formed. Further, in the reflection type liquid crystal display device, an opaque material such as a silicon wafer can be used if it is only on one substrate, and in this case, a material that reflects light such as aluminum can also be used.
  • a spin coat method, the printing method, the inkjet method etc. are mentioned.
  • the drying and baking steps after the application of the liquid crystal aligning agent of the present invention can be performed at any temperature and time. Usually, drying is carried out at 50 ° C. to 120 ° C. for 1 minute to 10 minutes in order to sufficiently remove the contained organic solvent, followed by calcination at 150 ° C. to 300 ° C. for 5 minutes to 120 minutes.
  • the thickness of the coating after firing is not particularly limited, but if it is too thin, the reliability of the liquid crystal display element may be reduced, so it is 5 to 300 nm, preferably 10 to 200 nm.
  • the rubbing method As a method of carrying out the alignment process of the obtained liquid crystal aligning film, the rubbing method, the photo alignment treatment method, etc. are mentioned.
  • the rubbing process can be performed using an existing rubbing apparatus. Cotton, nylon, rayon etc. are mentioned as a material of the rubbing cloth in this case.
  • the conditions for the rubbing treatment generally, conditions of a rotational speed of 300 to 2000 rpm, a feed speed of 5 to 100 mm / s, and a pressing amount of 0.1 to 1.0 mm are used. After that, the residue generated by rubbing is removed by ultrasonic cleaning using pure water, alcohol or the like.
  • the coating film surface is irradiated with radiation deflected in a certain direction, and in some cases, heat treatment is performed at a temperature of 150 to 250 ° C. to impart liquid crystal alignment ability.
  • radiation ultraviolet light and visible light having a wavelength of 100 nm to 800 nm can be used. Among these, ultraviolet light having a wavelength of 100 nm to 400 nm is preferable, and one having a wavelength of 200 nm to 400 nm is particularly preferable.
  • radiation may be applied while heating the coated substrate at 50 to 250.degree.
  • Dose of the radiation is preferably 1 ⁇ 10,000mJ / cm 2, particularly preferably 100 ⁇ 5,000mJ / cm 2.
  • the liquid crystal alignment film produced as described above can stably align liquid crystal molecules in a certain direction.
  • the extinction ratio of the linearly polarized ultraviolet light is preferably 10: 1 or more, more preferably 20: 1 or more.
  • the film irradiated with polarized radiation may then be contact-treated with a solvent containing at least one selected from water and an organic solvent. It will not specifically limit, if it is a solvent which melt
  • the contact treatment between a film irradiated with polarized radiation and a solution containing an organic solvent is a treatment such as immersion treatment, spray treatment, etc., in which the film and the solution are preferably in sufficient contact. It takes place.
  • a method of immersing the membrane in a solution containing an organic solvent preferably for 10 seconds to 1 hour, more preferably for 1 to 30 minutes.
  • the contact treatment may be performed at normal temperature or may be heated, but is preferably performed at 10 to 80 ° C., more preferably 20 to 50 ° C.
  • means for enhancing contact such as ultrasonic waves can be provided as necessary.
  • a low boiling point solvent such as water, methanol, ethanol, 2-propanol, acetone, methyl ethyl ketone or drying, or both You may
  • the film which has been subjected to the above-mentioned solvent contact treatment may be heated at 150 ° C. or higher for the purpose of drying the solvent and reorientation of molecular chains in the film.
  • the heating temperature is preferably 150 to 300.degree. A higher temperature promotes reorientation of molecular chains, but too high a temperature may involve decomposition of molecular chains. Therefore, the heating temperature is more preferably 180 to 250 ° C., and particularly preferably 200 to 230 ° C. If the heating time is too short, the effect of molecular chain reorientation may not be obtained, and if it is too long, the molecular chain may be decomposed. 10 minutes is more preferable.
  • a method for producing a substrate having a liquid crystal alignment film of the present invention a method including the steps of the following [I] to [IV] is preferable.
  • [A] (Aa) A polyamic acid obtained by using a tetracarboxylic acid dianhydride component containing a tetracarboxylic acid dianhydride represented by the formula (1) and a diamine component, and imidization heavy weight of the polyamic acid Using at least one polymer selected from coalescence, a tetracarboxylic acid dianhydride component including (Ab) aliphatic tetracarboxylic acid dianhydride, and a diamine component including a diamine represented by formula (2) A liquid crystal aligning agent containing at least one polymer selected from polyamic acid and an imidized polymer of the polyamic acid, and an organic solvent, coated on a substrate having a conductive film for driving a horizontal electric field Forming a coating film; [II] a step of irradiating
  • a transverse electric field drive liquid crystal display element can be obtained by preparing a second substrate.
  • the second substrate uses the substrate having no conductive film for driving a lateral electric field instead of the substrate having a conductive film for driving a horizontal electric field, except that the above steps [I] to [III] (for In order to use a substrate having no conductive film, for convenience, a liquid crystal alignment film having an orientation control ability is provided by using steps [I ′] to [III ′] in the present application. Two substrates can be obtained.
  • the manufacturing method of the lateral electric field drive type liquid crystal display device is [IV] a step of obtaining a liquid crystal display element by opposingly arranging the first and second substrates obtained above so that the liquid crystal alignment films of the first and second substrates face each other via liquid crystal; Have. Thereby, a transverse electric field drive type liquid crystal display device can be obtained.
  • Step [I] a polymer composition containing a photosensitive main polymer and an organic solvent is coated on a substrate having a conductive film for driving a transverse electric field to form a coating film.
  • the substrate is not particularly limited, but in the case where the liquid crystal display device to be produced is of a transmission type, it is preferable to use a substrate with high transparency. In that case, there is no particular limitation, and a glass substrate or a plastic substrate such as an acrylic substrate or a polycarbonate substrate can be used. In addition, an opaque substrate such as a silicon wafer can be used in consideration of application to a reflective liquid crystal display device.
  • the substrate has a conductive film for driving a lateral electric field.
  • a conductive film for driving a lateral electric field.
  • the conductive film when the liquid crystal display element is of a transmission type, ITO (Indium Tin Oxide: Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide: Indium Zinc Oxide), and the like can be mentioned, but it is not limited thereto.
  • examples of the conductive film include materials such as aluminum that reflect light, but the present invention is not limited thereto.
  • a conventionally known method can be used as a method of forming a conductive film on a substrate.
  • substrate which has a conductive film for horizontal electric field drive is not specifically limited.
  • the coating method is generally industrially performed by screen printing, offset printing, flexographic printing, an inkjet method or the like.
  • Other coating methods include a dip method, a roll coater method, a slit coater method, a spinner method (rotation coating method) or a spray method, and these may be used according to the purpose.
  • the polymer composition After the polymer composition is coated on a substrate having a conductive film for driving a transverse electric field, it is heated to 50 to 300 ° C., preferably 50 to 300 ° C. by heating means such as a hot plate, a heat circulating oven or an IR (infrared) oven.
  • the solvent can be evaporated at 180 ° C. to obtain a coating.
  • the drying temperature at this time is preferably lower than that in the step [III] from the viewpoint of liquid crystal alignment stability. If the thickness of the coating film is too thick, the power consumption of the liquid crystal display device will be disadvantageous, and if it is too thin, the reliability of the liquid crystal display device may be reduced, preferably 5 nm to 300 nm, more preferably 10 nm to 150 nm. It is. In addition, it is also possible to provide the process of cooling the board
  • the ultraviolet-ray which polarized to the coating film obtained at the process [I] is irradiated.
  • the substrate is irradiated with ultraviolet light polarized through a polarizing plate from a certain direction.
  • ultraviolet rays to be used ultraviolet rays in the wavelength range of 100 nm to 400 nm can be used.
  • the optimum wavelength is selected via a filter or the like depending on the type of coating film used.
  • ultraviolet rays in the wavelength range of 240 nm to 400 nm can be selected and used so that a photolytic reaction can be selectively induced.
  • the ultraviolet light for example, light emitted from a high pressure mercury lamp or a metal halide lamp can be used.
  • the dose of polarized UV light depends on the coating used.
  • the irradiation dose is a polarized UV light that achieves the maximum value of ⁇ A (hereinafter also referred to as ⁇ Amax), which is the difference between the UV absorbance in the direction parallel to the polarization direction of polarized UV light and the UV absorbance in the perpendicular direction.
  • ⁇ Amax the maximum value of ⁇ A
  • it is in the range of 1% to 70%, and more preferably in the range of 1% to 50%.
  • step [III] the coating film irradiated with ultraviolet light polarized in step [II] is heated.
  • the coating film can be provided with orientation controllability. Heating can be performed using a heating means such as a hot plate, a heat circulating oven, or an IR (infrared) oven.
  • the heating temperature can be determined in consideration of the temperature at which good liquid crystal alignment stability and electrical properties are exhibited in the used coating film.
  • the heating temperature is preferably in a temperature range in which the main chain polymer exhibits good liquid crystal alignment stability. If the heating temperature is too low, the amplification effect of thermal anisotropy or thermal imidization tends to be insufficient, and if the heating temperature is too high than the temperature range, the anisotropy imparted by polarized light exposure becomes It tends to disappear and in this case self-assembly may make it difficult to reorient in one direction.
  • the thickness of the coating film formed after heating is preferably 5 nm to 300 nm, more preferably 50 nm to 150 nm, for the same reason as described in step [I].
  • Step [IV] is the same as the step (I ') to [III'] in the same manner as the substrate (first substrate) having a liquid crystal alignment film on the conductive film for lateral electric field drive obtained in the step [III]. And a liquid crystal alignment film-provided substrate (second substrate) having no conductive film, and the liquid crystal alignment film facing each other with the liquid crystal interposed therebetween, and the liquid crystal is formed by a known method It is a process of producing a cell and producing a horizontal electric field drive type liquid crystal display element.
  • Steps [I '] to [III'] in place of the substrate having a conductive film for driving a horizontal electric field in Step [I], a substrate not having the conductive film for driving a horizontal electric field is used, It can be carried out in the same manner as steps [I] to [III]. Since the difference between steps [I] to [III] and steps [I '] to [III'] is only the presence or absence of the conductive film described above, the description of steps [I '] to [III'] is omitted. Do.
  • a substrate with a liquid crystal alignment film is obtained from the liquid crystal alignment agent of the present invention by the method for producing a liquid crystal alignment film, and then a liquid crystal cell is produced by a known method. It is used as a display element.
  • a liquid crystal cell manufacturing method a liquid crystal display element having a passive matrix structure will be described as an example. It may be a liquid crystal display element of an active matrix structure in which switching elements such as TFTs (Thin Film Transistors) are provided in respective pixel parts constituting an image display.
  • TFTs Thin Film Transistors
  • These electrodes can be, for example, ITO electrodes, and are patterned to provide a desired image display. Then, an insulating film is provided on each substrate so as to cover the common electrode and the segment electrode.
  • the insulating film can be, for example, a film made of SiO 2 -TiO 2 formed by a sol-gel method.
  • the liquid crystal alignment film of the present invention is formed on each substrate by the above method.
  • the other substrate is superimposed on one substrate so that the alignment film surfaces face each other, and the periphery is bonded with a sealing material.
  • spacers are mixed into the sealing material in order to control the substrate gap.
  • spacers for controlling the substrate gap be dispersed also in the in-plane portion where the sealing material is not provided.
  • an opening capable of being filled with liquid crystal from the outside is provided.
  • a liquid crystal material is injected into a space surrounded by the two substrates and the sealant through an opening provided in the sealant. Thereafter, the opening is sealed with an adhesive.
  • a vacuum injection method may be used, or a method utilizing capillary action in the atmosphere may be used.
  • the polarizing plate is installed. Specifically, a pair of polarizing plates is attached to the surface of the two substrates opposite to the liquid crystal layer.
  • the liquid crystal display element of the present invention can be obtained through the above steps.
  • the sealing agent for example, a resin which is cured by ultraviolet irradiation or heating having a reactive group such as an epoxy group, an acryloyl group, a methacryloyl group, a hydroxyl group, an allyl group or an acetyl group is used.
  • a cured resin system having reactive groups of both epoxy group and (meth) acryloyl group.
  • an inorganic filler may be blended for the purpose of improving adhesion and moisture resistance.
  • the inorganic filler that can be used is not particularly limited, and specific examples thereof include spherical silica, fused silica, crystalline silica, titanium oxide, titanium black, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, calcium carbonate, magnesium carbonate, barium sulfate, Calcium sulfate, mica, talc, clay, alumina, magnesium oxide, zirconium oxide, aluminum hydroxide, calcium silicate, aluminum silicate, lithium aluminum silicate, lithium aluminum silicate, zirconium silicate, barium titanate, glass fiber, carbon fiber, molybdenum disulfide, asbestos, etc.
  • the inorganic fillers may be used as a mixture of two or more.
  • the substrate for a lateral electric field drive type liquid crystal display device manufactured using the polymer of the present invention or the lateral electric field drive type liquid crystal display device having the substrate is an excellent liquid crystal with a small amount of polarized ultraviolet radiation. Since the alignment stability and the relaxation characteristics of residual DC are exhibited, it can be suitably used for a large screen and high definition liquid crystal television.
  • the liquid crystal alignment film manufactured by the method of the present invention is excellent in reliability, and can be used also for a variable phase shifter using liquid crystal, and this variable phase shifter can change, for example, a resonance frequency. It can be suitably used as an antenna or the like.
  • the viscosity of the solution of this polyamic acid-polyimide copolymer at a temperature of 25 ° C. was 178 mPa ⁇ s.
  • the liquid crystal aligning agent (A-1) was obtained.
  • Synthesis Example 2 5.10 g (12.6 mmol) of DA-1 and 1.32 g (5.40 mmol) of DA-3 are added to a 100 mL four-necked flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, and 61.8 g of NMP is added. The mixture was stirred and dispersed while feeding nitrogen. While stirring this diamine solution under water cooling, 2.19 g (11.2 mmol) of CA-1 and 1.21 g (5.40 mmol) of CA-2 were added, and 26.5 g of NMP was further added, and the mixture was subjected to a nitrogen atmosphere. The mixture was stirred at 40 ° C. for 6 hours to obtain a polyamic acid-polyimide copolymer solution.
  • the viscosity of the solution of this polyamic acid-polyimide copolymer at a temperature of 25 ° C. was 193 mPa ⁇ s.
  • the liquid crystal aligning agent (A-2) was obtained.
  • Synthesis Example 6 Add 3.19 g (16.0 mmol) of DA-4, 0.977 g (4.00 mmol) of DA-3 to a 100 mL four-necked flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, and add 41.0 g of NMP. The mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. While stirring this diamine solution under water cooling, 1.65 g (8.40 mmol) of CA-1 is added, and after stirring for 4 hours at 23.degree. C. under a nitrogen atmosphere, 2.18 g (10.0 mmol) of CA-4. Then, 17.6 g of NMP was added, and the mixture was stirred at 50 ° C. for 18 hours under a nitrogen atmosphere to obtain a polyamic acid solution.
  • the viscosity of the solution of this polyamic acid at a temperature of 25 ° C. was 246 mPa ⁇ s.
  • This solution of polyamic acid is separated into 29.7 g in a 100 mL Erlenmeyer flask containing a stirrer, 25.7 g of NMP and 23.8 g of BCS are added, and stirred with a magnetic stirrer for 2 hours to obtain a liquid crystal aligning agent ( I got A-6).
  • Synthesis Example 7 In a 100 mL four-necked flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, 3.97 g (20.0 mmol) of DA-7 was weighed, 49.1 g of NMP was added, and the mixture was stirred and dissolved while feeding nitrogen. While stirring the diamine solution under water cooling, 5.59 g (19.0 mmol) of CA-3 was added, 21.0 g of NMP was further added, and the solution of polyamic acid was stirred at 50 ° C. for 20 hours under a nitrogen atmosphere. Obtained. The viscosity of the solution of this polyamic acid at a temperature of 25 ° C. was 376 mPa ⁇ s.
  • Synthesis Example 8 8.07 g of the liquid crystal aligning agent (A-1) obtained in Synthesis Example 1 and 12.1 g of the liquid crystal aligning agent (A-3) obtained in Synthesis Example 3 were added to a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stirrer. The resultant was stirred for 2 hours with a magnetic stirrer to obtain a liquid crystal aligning agent (A-8).
  • Synthesis Example 9 8.12 g of the liquid crystal aligning agent (A-1) obtained in Synthesis Example 1 and 12.2 g of the liquid crystal aligning agent (A-4) obtained in Synthesis Example 4 were added to a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stirrer. The resultant was stirred for 2 hours with a magnetic stirrer to obtain a liquid crystal aligning agent (A-9).
  • Synthesis Example 10 8.21 g of the liquid crystal aligning agent (A-1) obtained in Synthesis Example 1 and 12.3 g of the liquid crystal aligning agent (A-5) obtained in Synthesis Example 5 were added to a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stirrer. The resultant was stirred for 2 hours with a magnetic stirrer to obtain a liquid crystal aligning agent (A-10).
  • Synthesis Example 11 6.02 g of the liquid crystal aligning agent (A-2) obtained in Synthesis Example 2 and 14.0 g of the liquid crystal aligning agent (A-6) obtained in Synthesis Example 6 were added to a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stirrer. The resultant was stirred for 2 hours with a magnetic stirrer to obtain a liquid crystal aligning agent (A-11).
  • Synthesis Example 12 6.11 g of the liquid crystal aligning agent (A-2) obtained in Synthesis Example 2 and 14.3 g of the liquid crystal aligning agent (A-7) obtained in Synthesis Example 7 were weighed in a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stirrer. The resultant was stirred for 2 hours with a magnetic stirrer to obtain a liquid crystal aligning agent (A-12).
  • Synthesis Example 13 4.24 g of the liquid crystal aligning agent (A-1) obtained in Synthesis Example 1 and 16.96 g of the liquid crystal aligning agent (A-3) obtained in Synthesis Example 3 were added to a 50 mL conical flask containing a stirrer. The resultant was stirred for 2 hours with a magnetic stirrer to obtain a liquid crystal aligning agent (A-13).
  • the viscosity of the solution of this polyamic acid-polyimide copolymer at a temperature of 25 ° C. was 269 mPa ⁇ s. Separate 30.6 g of this polyamic acid-polyimide copolymer solution into a 100 mL Erlenmeyer flask containing a stirrer, add 17.0 g of NMP, and 20.4 g of BCS, and stir with a magnetic stirrer for 2 hours. The liquid crystal aligning agent (B-1) was obtained.
  • Comparative Synthesis Example 3 8.14 g of the liquid crystal aligning agent (B-1) obtained in Comparative Synthesis Example 1 and 12.2 g of the liquid crystal aligning agent (A-3) obtained in Synthesis Example 3 in a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stirrer. The mixture was weighed and stirred with a magnetic stirrer for 2 hours to obtain a liquid crystal aligning agent (B-3).
  • Comparative Synthesis Example 4 6.07 g of the liquid crystal aligning agent (A-2) obtained in Synthesis Example 2 and 14.2 g of the liquid crystal aligning agent (B-2) obtained in Comparative Synthesis Example 2 in a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stirrer. The mixture was weighed and stirred with a magnetic stirrer for 2 hours to obtain a liquid crystal aligning agent (B-4).
  • a liquid crystal cell having the configuration of a liquid crystal display element of the FFS system was manufactured.
  • a substrate with an electrode was prepared.
  • the substrate is a glass substrate of 30 mm ⁇ 35 mm in size and 0.7 mm in thickness.
  • a SiN (silicon nitride) film formed by a CVD method was formed on the first counter electrode.
  • the film thickness of the second SiN film is 500 nm and functions as an interlayer insulating film.
  • a comb-like pixel electrode formed by patterning an IZO film is disposed on the second layer SiN film, and two pixels of a first pixel and a second pixel are formed. .
  • the size of each pixel is 10 mm long and about 5 mm wide. At this time, the first opposing electrode and the third pixel electrode are electrically insulated by the action of the second SiN film.
  • the pixel electrode of the third layer is a comb-tooth formed by arranging a plurality of V-shaped electrode elements whose central portion is bent as in the case described in JP-A-2014-77845 (Japanese Patent Application Publication) It has a letter shape.
  • the width in the short direction of each electrode element is 3 ⁇ m, and the distance between the electrode elements is 6 ⁇ m. Since the pixel electrode forming each pixel is configured by arranging a plurality of bent, V-shaped electrode elements in the central portion, the shape of each pixel is not rectangular but is bent at the central portion like the electrode elements. , Bold, with a letter-like shape.
  • each pixel is divided up and down bordering on the central bending part, and has the 1st field of the upper part of a bending part, and the 2nd field of the lower side.
  • the forming directions of the electrode elements of the pixel electrodes constituting them are different. That is, when the polarization plane of polarized ultraviolet light described later is based on the direction of the line segment projected onto the substrate, in the first region of the pixel, the electrode element of the pixel electrode is formed to form an angle of + 10 ° (clockwise). In the second region of the pixel, the electrode element of the pixel electrode was formed to form an angle of -10 ° (clockwise).
  • the direction of the rotation operation (in-plane switching) in the substrate plane of the liquid crystal induced by the voltage application between the pixel electrode and the counter electrode is It comprised so that it might become mutually reverse direction.
  • the liquid crystal aligning agent obtained in Synthesis Examples 8 to 12 and Comparative Synthesis Examples 3 to 4 was filtered with a 1.0 ⁇ m filter, and then applied to the prepared electrode-equipped substrate by spin coating. . It was then dried for 90 seconds on a hot plate set at 70 ° C. Then, using an exposure apparatus: APL-L050121S1S-APW01 manufactured by Ushio Electric Co., Ltd., the substrate was irradiated with linearly polarized ultraviolet light through the wavelength selection filter and the polarizing plate from the vertical direction.
  • the polarization plane direction was set such that the direction of the line segment obtained by projecting the polarization plane of the polarized ultraviolet light onto the substrate was inclined by 10 ° with respect to the third layer IZO comb electrode.
  • baking was performed for 30 minutes in an IR (infrared) type oven set at 230 ° C., to obtain a substrate with a polyimide liquid crystal alignment film having a film thickness of 100 nm subjected to alignment treatment.
  • a substrate with a polyimide liquid crystal alignment film subjected to the alignment treatment in the same manner as described above was obtained also on a glass substrate having a columnar spacer with a height of 4 ⁇ m and having an ITO electrode on the back surface.
  • a sealing agent is printed on one of the two substrates with the liquid crystal alignment film with the liquid crystal injection port left, and the liquid crystal alignment film face of the other substrate faces the polarized ultraviolet light.
  • the polarization planes were pasted and crimped so that the directions of the line segments projected onto the substrate were parallel.
  • the sealing agent was cured to produce an empty cell having a cell gap of 4 ⁇ m.
  • a liquid crystal MLC-7026-100 (Melck negative liquid crystal) was injected into the empty cell by a pressure reduction injection method, and the injection port was sealed to obtain an FFS liquid crystal cell. Thereafter, the obtained liquid crystal cell was heated at 120 ° C. for 30 minutes, allowed to stand at 23 ° C. overnight, and then used for evaluation of liquid crystal alignment stability and relaxation property of residual DC.
  • the rotation angle when the liquid crystal cell is rotated from the angle at which the second region of the first pixel is the darkest to the angle at which the first region is the dark is calculated as the angle ⁇ .
  • the second area and the first area were compared, and the similar angle ⁇ was calculated.
  • the average value of the angle ⁇ values of the first pixel and the second pixel was calculated as the angle ⁇ of the liquid crystal cell.
  • the liquid crystal cell is disposed between two polarizing plates disposed so that the polarization axes are orthogonal to each other, and the pixel electrode and the counter electrode are short-circuited to have the same potential.
  • the backlight was illuminated, and the angle of the liquid crystal cell was adjusted so as to minimize the brightness of the LED backlight transmitted light measured on the two polarizing plates.
  • the VT characteristic voltage-transmittance characteristic
  • the AC voltage with a relative transmittance of 23% is measured. Calculated. Since this AC voltage corresponds to a region where the change in luminance with respect to the voltage is large, it is convenient to evaluate the residual DC through the luminance.
  • Example 1 A liquid crystal cell was prepared as described above using two types of liquid crystal aligning agent (A-8) obtained in Synthesis Example 8 stored at ⁇ 20 ° C. for 8 days and stored at 23 ° C. for 8 days. did.
  • the irradiation of polarized ultraviolet light was performed using a high pressure mercury lamp through a wavelength selection filter: 240 LCF and a polarizing plate of 254 nm type.
  • the irradiation amount of polarized ultraviolet light is measured by using an illuminance meter UVD-S254SB manufactured by Ushio Inc., and the irradiation amounts of 200, 300, 400, 600, 900, 1500 and 2000 mJ / cm 2 at a wavelength of 254 nm, respectively.
  • the polarized ultraviolet irradiation dose at which the angle ⁇ was the best is 300 mJ / cm 2
  • the angle ⁇ [1] is 0.18 °
  • the angle ⁇ [2] is The degree of deterioration of the angle ⁇ due to storage at 0.19 ° and 23 ° C. was 106, which was good.
  • the relaxation characteristics of the residual DC of the same polarized ultraviolet radiation dose, which was previously evaluated before the evaluation of the liquid crystal alignment stability is excellent with a relative transmittance of 26.1% after 30 minutes of DC voltage superposition.
  • Comparative Examples 1 to 3 The alignment stability of the liquid crystal and the relaxation characteristics of the residual DC were evaluated in the same manner as in Example 1 except that the liquid crystal aligning agent obtained in Comparative Synthesis Examples 3 to 5 was used.
  • the liquid crystal aligning agent used in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 is a liquid crystal aligning agent containing the polymer represented by (A-a), and a liquid crystal containing the polymer represented by (A-b)
  • the weight% of each in the liquid crystal aligning agent containing the aligning agent and the polymer represented by (Aa) and (Ab) is shown in Table 1.
  • Table 2 when the liquid crystal aligning agents obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 were used, the amount of polarized ultraviolet light with the best angle ⁇ was evaluated as a result of evaluation of liquid crystal alignment stability, and residual DC The results of the evaluation of the relaxation characteristics of
  • the angle ⁇ which is the difference between the orientation azimuths before and after AC driving, was good at less than 0.4 °, and the liquid crystal aligning agent was stored at 23 ° C. for 8 days
  • the degree of deterioration of the angle ⁇ is also good at less than 150, and the angle ⁇ is best with a small polarized ultraviolet radiation dose of 300 mJ / cm 2 , and the relative transmittance after 30 minutes of DC voltage superposition showing relaxation characteristics of residual DC is Since it is favorable at less than 29.0% and all have good afterimage characteristics, it is excellent in the display quality improvement of a liquid crystal display element.
  • the substrate for a lateral electric field drive-type liquid crystal display device manufactured using the polymer of the present invention or the lateral electric field drive-type liquid crystal display device having the substrate has excellent liquid crystal alignment stability and residual DC with a small amount of polarized ultraviolet radiation. It is excellent in productivity and afterimage characteristics because it exhibits the relaxation characteristics of Therefore, it can be suitably used for a large screen and high definition liquid crystal television.

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Abstract

本発明は、高効率に配向制御能が付与され、液晶配向ズレや残留DCに起因する焼き付き特性に優れた、横電界駆動型液晶表示素子用液晶配向膜を有する基板及び該基板を有する横電界駆動型液晶表示素子を提供する。本発明は、(A-a)下記式(1)(式(1)において、iは0又は1であり、Xは単結合、エーテル結合等である。)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを用いて得られるポリアミック酸及び該ポリアミック酸のイミド化重合体から選ばれる少なくとも1種類の重合体、(A-b)脂肪族テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と下記式(2)で表されるジアミンを含むジアミン成分とを用いて得られるポリアミック酸及び該ポリアミック酸のイミド化重合体から選ばれる少なくとも1種類の重合体、及び有機溶媒を含有し、(A-a)及び(A-b)の重量比が、(A-a):(A-b)=55:45~90:10である液晶配向剤を提供する。

Description

液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子
 本発明は、焼き付き特性に優れる液晶表示素子を製造するための液晶配向剤、液晶配向膜および液晶表示素子に関する。
 液晶表示素子は、軽量、薄型かつ低消費電力の表示デバイスとして知られ、近年では大型のテレビ用途に用いられるなど、目覚ましい発展を遂げている。液晶表示素子は、例えば、電極を備えた透明な一対の基板により液晶層を挟持して構成される。そして、液晶表示素子では、液晶が基板間で所望の配向状態となるように有機材料からなる有機膜が液晶配向膜として使用されている。
 すなわち、液晶配向膜は、液晶表示素子の構成部材であって、液晶を挟持する基板の液晶と接する面に形成され、その基板間で液晶を一定の方向に配向させるという役割を担っている。そして、液晶配向膜には、液晶を、例えば、基板に対して平行な方向など、一定の方向に配向させるという役割に加え、液晶のプレチルト角を制御するという役割を求められることがある。こうした液晶配向膜における、液晶の配向を制御する能力(以下、配向制御能と言う。)は、液晶配向膜を構成する有機膜に対して配向処理を行うことによって与えられる。
 配向制御能を付与するための液晶配向膜の配向処理方法としては、従来からラビング法が知られている。
 しかしながら、ポリイミドなどからなる液晶配向膜の表面を擦るラビング法は、発塵や静電気の発生が問題となることがあった。また、近年の液晶表素子の高精細化や、対応する基板上の電極や液晶駆動用のスイッチング能動素子による凹凸のため、液晶配向膜の表面を布で均一に擦ることができず、均一な液晶の配向を実現できないことがあった。
 そこで、ラビングを行わない液晶配向膜の別の配向処理方法として、光配向法が盛んに検討されている。光配向法には様々な方法があるが、直線偏光またはコリメートした光によって液晶配向膜を構成する有機膜内に異方性を形成し、その異方性に従って液晶を配向させる。
 主な光配向法としては、分解型の光配向法が知られている。例えば、ポリイミド膜に偏光紫外線を照射し、分子構造の紫外線吸収の偏光方向依存性を利用して異方的な分解を生じさせる。そして、分解せずに残されたポリイミドにより液晶を配向させるようにする(例えば、特許文献1を参照のこと。)。
 また、光架橋型や光異性化型の光配向法も知られている。例えば、ポリビニルシンナメートを用い、偏光紫外線を照射し、偏光と平行な2つの側鎖の二重結合部分で二量化反応(架橋反応)を生じさせる。そして、偏光方向と直交した方向に液晶を配向させる(例えば、非特許文献1を参照のこと。)。また、アゾベンゼンを側鎖に有する側鎖型高分子を用いた場合、偏光紫外線を照射し、偏光と平行な側鎖のアゾベンゼン部で異性化反応を生じさせ、偏光方向と直交した方向に液晶を配向させる(例えば、非特許文献2を参照のこと。)。
 また、交流駆動による残像特性を改善する光配向膜として、シクロブタン環およびイミド基を含有するジアミンを用いて製造したポリアミック酸を用いる方法が知られている(例えば、特許文献2、3及び4を参照のこと)。
 以上の例のように、光配向法による液晶配向膜の配向処理方法では、ラビングを不要とし、発塵や静電気の発生の懸念が無い。そして、表面に凹凸のある液晶表示素子の基板に対しても配向処理を施すことができ、工業的な生産プロセスに好適な液晶配向膜の配向処理の方法となる。
 一方、横電界方式の液晶セルは視野角特性に優れているものの、基板内に形成される電極部分が少ないために、液晶配向膜の電圧保持率が弱いと液晶に十分な電圧がかからず表示コントラストが低下してしまう。また、静電気が液晶セル内に蓄積されやすく、駆動によって生じる非対称電圧の印加によっても液晶セル内に電荷が蓄積され、これらの蓄積された電荷(残留DC)が液晶の配向の乱れ、あるいは残像や焼き付きとして表示に影響を与え、液晶素子の表示品位を著しく低下させる。このような状態で、再度通電した場合、初期段階において、液晶分子の制御が良好に行われずにフリッカ(ちらつき)等を生じてしまう。特に、横電界方式では、縦電界方式よりも画素電極と共通電極との距離が近いため、配向膜や液晶層に強い電界が作用してしまい、このような不都合が顕著となりやすいという問題点があった。
特許第3893659号公報 韓国特許出願公開10-2016-0042614号公報 韓国特許出願公開10-2017-0127966号公報 韓国特許出願公開10-2018-0020722号公報
M. Shadt et al., Jpn. J. Appl. Phys. 31, 2155 (1992). K. Ichimura et al., Chem. Rev. 100, 1847 (2000).
 以上のように、光配向法は、液晶表示素子の配向処理方法として従来から工業的に利用されてきたラビング法と比べてラビング工程そのものを不要とし、そのため大きな利点を備える。そして、ラビングによって配向制御能がほぼ一定となるラビング法に比べ、光配向法では、偏光した光の照射量を変化させて配向制御能を制御することができる。しかしながら、光配向法では、ラビング法による場合と同程度の配向制御能を実現しようとする場合、大量の偏光した光の照射量が必要となったり、安定な液晶の配向が実現できない場合がある。
 例えば、上記した特許文献1に記載の分解型の光配向法では、ポリイミド膜に出力500Wの高圧水銀灯からの紫外光を60分間照射する必要があるなど、長時間かつ大量の紫外線照射が必要となる。また、二量化型や光異性化型の光配向法の場合においても、数J(ジュール)~数十J程度の多くの量の紫外線照射が必要となる場合がある。さらに、光架橋型や光異性化型の光配向法の場合、液晶の配向の熱安定性や光安定性に劣るため、液晶表示素子とした場合に、配向不良や表示焼き付きが発生するといった問題があった。特に横電界駆動型の液晶表示素子では液晶分子を面内でスイッチングするため、液晶駆動後の液晶の配向ズレが発生しやすく、液晶配向ズレに起因する表示焼き付きが大きな課題とされている。
 したがって、光配向法では、配向処理の高効率化や安定な液晶配向の実現が求められており、液晶配向膜への高い配向制御能の付与を高効率に行うことができる液晶配向膜や液晶配向剤が求められている。
 また、残留DCに起因する表示焼き付きへの対策として、液晶配向膜としたときに、偏光紫外線照射によって液晶の配向制御能が付与されるポリアミック酸又はポリイミドとは別の成分として、体積抵抗率の低いポリアミック酸を配向剤に加えるという手法が利用されてきた。しかしながら、2種類のポリアミック酸又はポリイミドが混在する液晶配向剤を、23℃で保存することで、保存時間の経過と共に液晶配向安定性が低下していく場合がある。したがって、残留DC起因の表示焼き付きを解消しつつ、液晶配向安定性を低下させない液晶配向膜や液晶配向剤が求められている。
 本発明は、高効率に配向制御能が付与され、液晶配向ズレや残留DCに起因する焼き付き特性に優れた、横電界駆動型液晶表示素子用液晶配向膜を有する基板及び該基板を有する横電界駆動型液晶表示素子を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、特定の芳香族テトラカルボン酸二無水物とジアミンから得られるポリアミック酸又はポリアミック酸のイミド化重合体、及び脂肪族テトラカルボン酸二無水物と特定構造を有するジアミンから得られるポリアミック酸又はポリアミック酸のイミド化重合体を用いることにより、高効率に配向制御能が付与され、液晶配向ズレや残留DCに起因する焼き付き特性に優れた液晶配向膜が得られることを見出し、本発明を完成させた。
 かくして、本発明は、上記の知見に基づくものであり、下記の要旨を有する。
 1.(A-a)下記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを用いて得られるポリアミック酸及び該ポリアミック酸のイミド化重合体から選ばれる少なくとも1種類の重合体、
(A-b)脂肪族テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と下記式(2)で表されるジアミンを含むジアミン成分とを用いて得られるポリアミック酸及び該ポリアミック酸のイミド化重合体から選ばれる少なくとも1種類の重合体、
及び有機溶媒を含有し、(A-a)及び(A-b)の重量比が、(A-a):(A-b)=55:45~90:10、好ましくは60:40~90:10、より好ましくは60:40~85:15であることを特徴とする液晶配向剤。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 式(1)において、iは0又は1であり、Xは単結合、エーテル結合、カルボニル、エステル結合、フェニレン、炭素原子数1乃至20の直鎖アルキレン、炭素原子数2乃至20の分岐アルキレン、炭素原子数3乃至12の環状アルキレン、スルホニル、アミド結合またはそれらの組みあわせからなる基であり、ここで、炭素原子数1乃至20のアルキレンは、エステル結合及びエーテル結合から選ばれる結合によって中断されていてもよく、フェニレン及びアルキレンの炭素原子はハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、ハロアルキル基、アルコキシ基及びハロアルコキシ基から選ばれる1又は複数の同一または相異なる置換基で置換されていてもよい。
 2.前記(A-a)のテトラカルボン酸二無水物成分中の10~100モル%が式(1)のテトラカルボン酸二無水物であることを特徴とする、1に記載の液晶配向剤。
 3.前記(A-b)のテトラカルボン酸二無水物成分中の10~100モル%が脂肪族テトラカルボン酸二無水物であることを特徴とする、1又は2に記載の液晶配向剤。
 4.前記(A-b)のジアミン成分中の10~100モル%が、式(2)のジアミンであることを特徴とする、1から3のいずれか1つに記載の液晶配向剤。
 5.前記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物がピロメリット酸二無水物および3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物から選ばれる少なくとも一種である1から4のいずれか1つに記載の液晶配向剤。
 6.前記脂肪族テトラカルボン酸二無水物がシクロブタンテトラカルボン酸二無水物または1,3-ジメチルシクロブタンテトラカルボン酸二無水物である1から5のいずれか1つに記載の液晶配向剤。
 7.[I]上記1乃至6のいずれかに記載の組成物を、横電界駆動用の導電膜を有する基板上に塗布して塗膜を形成する工程;
 [II] [I]で得られた塗膜に偏光した紫外線を照射する工程;及び
 [III] [II]で得られた塗膜を加熱する工程;
を有することによって配向制御能が付与された横電界駆動型液晶表示素子用液晶配向膜を得る、前記液晶配向膜を有する基板の製造方法。
 8.上記7に記載の方法により製造された横電界駆動型液晶表示素子用液晶配向膜を有する基板。
 9.上記8に記載の基板を有する横電界駆動型液晶表示素子。
 10.上記8記載の基板(第1の基板)を準備する工程;
 [I’] 第2の基板上に請求項1乃至6記載の組成物を、塗布して塗膜を形成する工程;
 [II’] [I’]で得られた塗膜に偏光した紫外線を照射する工程;
 [III’] [II’]で得られた塗膜を加熱する工程;を有することによって配向制御能が付与された液晶配向膜を得る、前記液晶配向膜を有する第2の基板を得る工程;及び
 [IV] 液晶を介して前記第1及び第2の基板の液晶配向膜が相対するように、前記第1及び第2の基板を対向配置して液晶表示素子を得る工程;を有することにより、横電界駆動型液晶表示素子を得る、該液晶表示素子の製造方法。
 11.上記10記載の方法により製造された横電界駆動型液晶表示素子。
 本発明の液晶配向剤から得られる液晶配向膜は、少ない偏光紫外線照射量で液晶を配向させることができ、液晶配向剤を23℃で保存しても、液晶配向膜の液晶配向安定性を悪化させることなく、直流電圧により蓄積した残留DCの緩和を速くすることができる。
 本発明の液晶配向剤は、(A-a)下記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを用いて得られるポリアミック酸及び該ポリアミック酸のイミド化重合体から選ばれる少なくとも1種類の重合体、(A-b)脂肪族テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と下記式(2)で表されるジアミンを含むジアミン成分とを用いて得られるポリアミック酸及び該ポリアミック酸のイミド化重合体から選ばれる少なくとも1種類の重合体、及び有機溶剤を含有し、(A-a)及び(A-b)の重量比が、(A-a):(A-b)=55:45~90:10、好ましくは60:40~90:10、より好ましくは60:40~85:15であることを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 式(1)において、iは0又は1であり、Xは単結合、エーテル結合、カルボニル、エステル結合、フェニレン、炭素原子数1乃至20の直鎖アルキレン、炭素原子数2乃至20の分岐アルキレン、炭素原子数3乃至12の環状アルキレン、スルホニル、アミド結合またはそれらの組みあわせからなる基であり、ここで、炭素原子数1乃至20のアルキレンは、エステル結合及びエーテル結合から選ばれる結合によって中断されていてもよく、フェニレン及びアルキレンの炭素原子はハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、ハロアルキル基、アルコキシ基及びハロアルコキシ基から選ばれる1又は複数の同一または相異なる置換基で置換されていてもよい。
 以下、各構成要件について詳述する。
<(A-a)成分>
 本発明の液晶配向剤に用いられる(A-a)成分は、上記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを用いて得られるポリアミック酸及び該ポリアミック酸のイミド化重合体から選ばれる少なくとも1種類の重合体である。
<テトラカルボン酸二無水物成分>
 上記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物としては、次のような化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、下記式中、qは1乃至20の整数を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物のうち、直流電圧により蓄積した残留DCの緩和という点から上記式(1-1)、(1-2)、(1-3)、(1-4)、(1-5)、(1-7)が好ましく、安定供給という点から、上記式(1-1)、(1-5)が特に好ましい。
 (A-a)成分において、テトラカルボン酸二無水物成分全体に占める式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物の量は、少なすぎると、本発明の効果が得られない。よって、式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物の量は、(A-a)成分の製造に用いられる全テトラカルボン酸二無水物1モルに対して、30~100モル%が好ましく、より好ましくは、50~100モル%、さらに好ましくは、70~100モル%である。
 式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物は、それぞれ、単独で用いても、複数を併用してもよいが、その場合も、式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物は、合計として上記の好ましい量を用いることが好ましい。
<ジアミン成分>
 本発明の(A-a)成分の製造に用いられるジアミン成分としては、下記式(5)で表されるジアミンが用いられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 式(5)におけるWは、2価の有機基であり、その構造は特に限定されるものではなく、2種類以上が混在していてもよい。あえて、その具体例を示すならば、下記の式[W-1]~式[W-152]で表される構造が挙げられる。R、Rは、それぞれ独立して水素原子、又は炭素数1~4のアルキル基であり、水素原子、又はメチル基がより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
 中でも、直流電圧により蓄積した残留DCの緩和の観点で、W2-7、W2-8、W2-20、W2-21、W2-23、W2-24、W2-26、W2-40、W2-41、W2-49、W2-51、W2-65、W2-67、W2-68、W2-69、W2-70、W2-71、W2-142、W2-144、W2-148、W2-151が好ましく、W2-65、W2-67、W2-68、W2-69、W2-70、W2-71、W2-142、W2-144、W2-148、W2-151がより好ましい。
<(A-b)成分>
 本発明の液晶配向剤に用いられる(A-b)成分は、脂肪族テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と上記式(2)で表されるジアミンを含むジアミン成分とを用いて得られるポリアミック酸及び該ポリアミック酸のイミド化重合体から選ばれる少なくとも1種類の重合体である。
 本発明で用いられる特定脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては、下記式(3)で表されるテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。なお、式中、Xとしては下記(X-1)~(X-28)の何れかである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
 式(X-1)において、R~Rは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1~6のアルキル基、又はフェニル基であり、水素原子、又はメチル基がより好ましい。
 上記のうち、(X-1)が光配向性の点から最も好ましく、(X-1)においてR及びRがメチル基でR及びRが水素原子であるものと、R~Rが水素原子である構造が好ましく、中でも、R~Rが水素原子である構造が特に好ましい。
 (A-b)成分において、テトラカルボン酸二無水物成分全体に占める脂肪族酸二無水物の量は、少なすぎると、本発明の効果が得られない。よって、脂肪族テトラカルボン酸二無水物の量は、(A-b)成分の製造に用いられる全テトラカルボン酸二無水物1モルに対して、50~100モル%が好ましく、より好ましくは、60~100モル%、さらに好ましくは、80~100モル%である。
 本発明の(A-b)成分であるポリアミック酸及びポリアミック酸のイミド化重合体における式(2)で表されるジアミンの割合は、(A-b)成分の製造に用いられる全ジアミン1モルに対して、10~100モル%であることが好ましく、より好ましくは30~100モル%、さらに好ましくは50~100モル%である。
 本発明の液晶配向剤に含有される(A-b)成分であるポリアミック酸及びポリアミック酸のイミド化重合体は、上記式(2)で表されるジアミン以外に、上記式(5)で表されるジアミンを用いてもよい。
 本発明の液晶配向剤に含有される(A-b)成分であるポリアミック酸及びポリアミック酸のイミド化重合体において、式(5)で表されるジアミンの割合が多くなると、本発明の効果を損なう可能性があるため、好ましくない。したがって、式(5)で表されるジアミンの割合は、全ジアミン1モルに対して、0~90モル%が好ましく、より好ましくは0~70モル%、さらに好ましくは0~50モル%である。
<ポリアミック酸の製造方法>
 本発明に用いられるポリイミド前駆体であるポリアミック酸は、以下に示す方法により合成することができる。
 具体的には、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを有機溶媒の存在下で-20~150℃、好ましくは0~70℃において、30分~24時間、好ましくは1~12時間反応させることによって合成できる。
 上記の反応に用いる有機溶媒は、モノマーおよび重合体の溶解性からN,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトンなどが好ましく、これらは1種又は2種以上を混合して用いてもよい。
 重合体の濃度は、重合体の析出が起こりにくく、かつ高分子量体が得やすいという観点から、1~30質量%が好ましく、5~20質量%がより好ましい。
 上記のようにして得られたポリアミック酸は、反応溶液をよく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、重合体を析出させて回収することができる。また、析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥することで精製されたポリアミック酸の粉末を得ることができる。貧溶媒は、特に限定されないが、水、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ヘキサン、ブチルセロソルブ、アセトン、トルエン等が挙げられ、水、メタノール、エタノール、2-プロパノールなどが好ましい。
<ポリイミドの製造方法>
 本発明に用いられるポリイミドは、前記ポリアミック酸をイミド化することにより製造することができる。
 ポリアミック酸からポリイミドを製造する場合、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物との反応で得られた前記ポリアミック酸の溶液に触媒を添加する化学的イミド化が簡便である。化学的イミド化は、比較的低温でイミド化反応が進行し、イミド化の課程で重合体の分子量低下が起こりにくいので好ましい。
 化学的イミド化は、イミド化させたい重合体を、有機溶媒中において塩基性触媒と酸無水物の存在下で攪拌することにより行うことができる。有機溶媒としては前述した重合反応時に用いる溶媒を使用することができる。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、トリオクチルアミン等を挙げることができる。中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。また、酸無水物としては無水酢酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等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。
 イミド化反応を行うときの温度は、-20~140℃、好ましくは0~100℃であり、反応時間は1~100時間で行うことができる。塩基性触媒の量はポリアミック酸基の0.5~30倍モル、好ましくは2~20倍モルであり、酸無水物の量はポリアミック酸基の1~50倍モル、好ましくは3~30倍モルである。得られる重合体のイミド化率は、触媒量、温度、反応時間を調節することで制御することができる。
 ポリアミック酸のイミド化反応後の溶液には、添加した触媒等が残存しているので、以下に述べる手段により、得られたイミド化重合体を回収し、有機溶媒で再溶解して、本発明の液晶配向剤とすることが好ましい。
 上記のようにして得られるポリイミドの溶液は、よく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、重合体を析出させることができる。析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥して精製された重合体の粉末を得ることができる。
 前記貧溶媒は、特に限定されないが、メタノール、2-プロパノール、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、エタノール、トルエン、ベンゼン等が挙げられ、メタノール、エタノール、2-プロパノール、アセトンなどが好ましい。
 このようにして製造された(A-a)成分及び(A-b)成分の重量比は、(A-a):(A-b)=55:45~90:10、好ましくは60:40~90:10、より好ましくは60:40~85:15であれば、発明の効果を発揮する。即ち、上記範囲であれば、直流電流により蓄積した残留DCの緩和が速く、かつ液晶配向安定性に優れるため、焼き付き特性に優れる。
 本発明に用いるポリイミド前駆体は、ジアミン成分とテトラカルボン酸誘導体との反応から得られるものであり、ポリアミック酸やポリアミック酸エステル等が挙げられる。
<ポリイミド前駆体-ポリアミック酸の製造>
 (A-a)成分及び(A-b)成分の項に記載したポリアミック酸の製造方法の記載に準じる。
<ポリイミド前駆体-ポリアミック酸エステルの製造>
 本発明に用いられるポリイミド前駆体であるポリアミック酸エステルは、以下に示す(1)、(2)又は(3)の製法で製造することができる。
(1)ポリアミック酸から製造する場合
 ポリアミック酸エステルは、前記のように製造されたポリアミック酸をエステル化することによって製造できる。具体的には、ポリアミック酸とエステル化剤を有機溶剤の存在下で-20℃~150℃、好ましくは0℃~50℃において、30分~24時間、好ましくは1~4時間反応させることによって製造することができる。
 エステル化剤としては、精製によって容易に除去できるものが好ましく、N,N-ジメチルホルムアミドジメチルアセタール、N,N-ジメチルホルムアミドジエチルアセタール、N,N-ジメチルホルムアミドジプロピルアセタール、N,N-ジメチルホルムアミドジネオペンチルブチルアセタール、N,N-ジメチルホルムアミドジ-t-ブチルアセタール、1-メチル-3-p-トリルトリアゼン、1-エチル-3-p-トリルトリアゼン、1-プロピル-3-p-トリルトリアゼン、4-(4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンー2-イル)-4-メチルモルホリニウムクロリドなどが挙げられる。エステル化剤の添加量は、ポリアミック酸の繰り返し単位1モルに対して、2~6モル当量が好ましい。
 有機溶剤としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドンまたは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または1,3-ジメチル-イミダゾリジノンが挙げられる。また、ポリイミド前駆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、又は後述の式[D-1]~式[D-3]で示される溶媒を用いることができる。
 これら溶媒は単独で使用しても、混合して使用してもよい。さらに、ポリイミド前駆体を溶解させない溶媒であっても、生成したポリイミド前駆体が析出しない範囲で、前記溶媒に混合して使用してもよい。また、溶媒中の水分は重合反応を阻害し、さらには生成したポリイミド前駆体を加水分解させる原因となるので、溶媒は脱水乾燥させたものを用いることが好ましい。
 上記の反応に用いる溶媒は、ポリマーの溶解性からN,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、又はγ-ブチロラクトンが好ましく、これらは1種又は2種以上を混合して用いてもよい。製造時の濃度は、ポリマーの析出が起こりにくく、かつ高分子量体が得やすいという点から、1~30質量%が好ましく、5~20質量%がより好ましい。
(2)テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンとの反応により製造する場合
 ポリアミック酸エステルは、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンから製造することができる。
 具体的には、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンとを塩基と有機溶剤の存在下で-20℃~150℃、好ましくは0℃~50℃において、30分~24時間、好ましくは1~4時間反応させることによって製造することができる。
 前記塩基には、ピリジン、トリエチルアミン、4-ジメチルアミノピリジンなどが使用できるが、反応が穏和に進行するためにピリジンが好ましい。塩基の添加量は、除去が容易な量で、かつ高分子量体が得やすいという点から、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドに対して、2~4倍モルであることが好ましい。
 上記の反応に用いる溶媒は、モノマーおよびポリマーの溶解性からN-メチル-2-ピロリドン、又はγ-ブチロラクトンが好ましく、これらは1種又は2種以上を混合して用いてもよい。製造時のポリマー濃度は、ポリマーの析出が起こりにくく、かつ高分子量体が得やすいという点から、1~30質量%が好ましく、5~20質量%がより好ましい。また、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドの加水分解を防ぐため、ポリアミック酸エステルの製造に用いる溶媒はできるだけ脱水されていることが好ましく、窒素雰囲気中で、外気の混入を防ぐのが好ましい。
(3)テトラカルボン酸ジエステルとジアミンから製造する場合
 ポリアミック酸エステルは、テトラカルボン酸ジエステルとジアミンを重縮合することにより製造することができる。
 具体的には、テトラカルボン酸ジエステルとジアミンを縮合剤、塩基、及び有機溶剤の存在下で0℃~150℃、好ましくは0℃~100℃において、30分~24時間、好ましくは3~15時間反応させることによって製造することができる。
 前記縮合剤には、トリフェニルホスファイト、ジシクロヘキシルカルボジイミド、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩、N,N’-カルボニルジイミダゾール、ジメトキシ-1,3,5-トリアジニルメチルモルホリニウム、O-(ベンゾトリアゾール-1-イル)-N,N,N’,N’-テトラメチルウロニウム テトラフルオロボラート、O-(ベンゾトリアゾール-1-イル)-N,N,N’,N’-テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスファート、(2,3-ジヒドロ-2-チオキソ-3-ベンゾオキサゾリル)ホスホン酸ジフェニルなどが使用できる。縮合剤の添加量は、テトラカルボン酸ジエステルに対して2~3倍モルが好ましい。
 前記塩基には、ピリジン、トリエチルアミンなどの3級アミンが使用できる。塩基の添加量は、除去が容易な量で、かつ高分子量体が得やすいという点から、ジアミン成分に対して2~4倍モルが好ましい。
 また、上記反応において、ルイス酸を添加剤として加えることで反応が効率的に進行する。ルイス酸としては、塩化リチウム、臭化リチウムなどのハロゲン化リチウムが好ましい。ルイス酸の添加量はジアミン成分に対して0~1.0倍モルが好ましい。
 上記3つのポリアミック酸エステルの製造方法の中でも、高分子量のポリアミック酸エステルが得られるため、上記(1)又は上記(2)の製法が特に好ましい。
 上記のようにして得られるポリアミック酸エステルの溶液は、よく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、ポリマーを析出させることができる。析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥して精製されたポリアミック酸エステルの粉末を得ることができる。貧溶媒は、特に限定されないが、水、メタノール、エタノール、ヘキサン、ブチルセロソルブ、アセトン、トルエン等が挙げられる。
<液晶配向剤>
 本発明に用いられる液晶配向剤は、重合体成分が有機溶媒中に溶解された溶液の形態を有する。重合体の分子量は、重量平均分子量で2,000~500,000が好ましく、より好ましくは5,000~300,000であり、さらに好ましくは、10,000~100,000である。また、数平均分子量は、好ましくは、1,000~250,000であり、より好ましくは、2,500~150,000であり、さらに好ましくは、5,000~50,000である。
 本発明に用いられる液晶配向剤の重合体の濃度は、形成させようとする塗膜の厚みの設定によって適宜変更することができるが、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%以上であることが好ましく、溶液の保存安定性の点からは10質量%以下とすることが好ましい。特に好ましい重合体の濃度は、2~8質量%である。
 本発明に用いられる液晶配向剤に含有される有機溶媒は、重合体成分が均一に溶解するものであれば特に限定されない。その具体例を挙げるならば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N-メチルカプロラクタム、2-ピロリドン、N-ビニル-2-ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、γ-ブチロラクトン、1,3-ジメチル-イミダゾリジノン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド等を挙げることができる。これらは1種又は2種以上を混合して用いてもよい。また、単独では重合体成分を均一に溶解できない溶媒であっても、重合体が析出しない範囲であれば、上記の有機溶媒に混合してもよい。
 また、液晶配向剤に含有される有機溶媒は、上記のような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を併用した混合溶媒を使用することが一般的であり、本発明の液晶配向剤においてもこのような混合溶媒は好適に用いられる。併用する有機溶媒の具体例を下記に挙げるが、これらの例に限定されるものではない。
 例えば、エタノール、イソプロピルアルコール、1-ブタノール、2-ブタノール、イソブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、2-メチル-1-ブタノール、イソペンチルアルコール、tert-ペンチルアルコール、3-メチル-2-ブタノール、ネオペンチルアルコール、1-ヘキサノール、2-メチル-1-ペンタノール、2-メチル-2-ペンタノール、2-エチル-1-ブタノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、3-ヘプタノール、1-オクタノール、2-オクタノール、2-エチル-1-ヘキサノール、シクロヘキサノール、1-メチルシクロヘキサノール、2-メチルシクロヘキサノール、3-メチルシクロヘキサノール、2,6-ジメチル-4-ヘプタノール、1,2-エタンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、ジイソプロピルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、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-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、2-ペンタノン、3-ペンタノン、2-ヘキサノン、2-ヘプタノン、4-ヘプタノン、2,6-ジメチル-4-ヘプタノン、4,6-ジメチル-2-ヘプタノン、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、2-(メトキシメトキシ)エタノール、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、2-(ヘキシルオキシ)エタノール、フルフリルアルコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、1-(ブトキシエトキシ)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、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、トリ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アセタート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、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、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、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、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、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、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-エトキシプロピオン酸メチルエチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸、3-メトキシプロピオン酸、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、乳酸メチルエステル、乳酸エチルエステル、乳酸n-プロピルエステル、乳酸n-ブチルエステル、乳酸イソアミルエステル、下記式[D-1]~[D-3]で表される溶媒などを挙げることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
 式[D-1]中、Dは炭素数1~3のアルキル基を示し、式[D-2]中、Dは炭素数1~3のアルキル基を示し、式[D-3]中、Dは炭素数1~4のアルキル基を示す。
 なかでも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-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-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2,6-ジメチル-4-ヘプタノン、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2,6-ジメチル-4-ヘプタノール、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、などを挙げることができる。このような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。
 また、本発明の液晶配向剤には、膜の機械的強度を上げるために以下のような添加物を添加してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
 これらの添加剤は、液晶配向剤に含有される重合体成分の100質量部に対して0.1~30質量部であることが好ましい。0.1質量部未満であると効果が期待できず、30質量部を超えると液晶の配向性を低下させるため、より好ましくは0.5~20質量部である。
 本発明の液晶配向剤には、上記の他、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、重合体以外の重合体、液晶配向膜の誘電率や導電性などの電気特性を変化させる目的の誘電体若しくは導電物質、液晶配向膜と基板との密着性を向上させる目的のシランカップリング剤、液晶配向膜にした際の膜の硬度や緻密度を高める目的の架橋性化合物、さらには塗膜を焼成する際にポリアミック酸のイミド化を効率よく進行させる目的のイミド化促進剤等を添加しても良い。
<液晶配向膜>及び<液晶配向膜の製造方法>
 本発明の液晶配向膜は、上記液晶配向剤を基板に塗布し、乾燥、焼成して得られる膜である。本発明の液晶配向剤を塗布する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、アクリル基板、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ができ、液晶駆動のためのITO電極等が形成された基板を用いることがプロセスの簡素化の点から好ましい。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、この場合の電極はアルミニウム等の光を反射する材料も使用できる。
 本発明の液晶配向剤の塗布方法としては、スピンコート法、印刷法、インクジェット法などが挙げられる。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る。通常は、含有される有機溶媒を十分に除去するために50℃~120℃で1分~10分間乾燥させ、その後150℃~300℃で5分~120分間焼成される。焼成後の塗膜の厚みは、特に限定されないが、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、好ましくは10~200nmである。
 得られた液晶配向膜を配向処理する方法としては、ラビング法、光配向処理法などが挙げられる。
 ラビング処理は既存のラビング装置を利用して行うことができる。この際のラビング布の材質としては、コットン、ナイロン、レーヨンなどが挙げられる。ラビング処理の条件としては一般に、回転速度300~2000rpm、送り速度5~100mm/s、押し込み量0.1~1.0mmという条件が用いられる。その後、純水やアルコールなどを用いて超音波洗浄によりラビングにより生じた残渣が除去される。
 光配向処理法の具体例としては、前記塗膜表面に、一定方向に偏向した放射線を照射し、場合によってはさらに150~250℃の温度で加熱処理を行い、液晶配向能を付与する方法が挙げられる。放射線としては、100nm~800nmの波長を有する紫外線および可視光線を用いることができる。このうち、100nm~400nmの波長を有する紫外線が好ましく、200nm~400nmの波長を有するものが特に好ましい。また、液晶配向性を改善するために、塗膜基板を50~250℃で加熱しつつ、放射線を照射してもよい。前記放射線の照射量は、1~10,000mJ/cmが好ましく、100~5,000mJ/cmが特に好ましい。上記のようにして作製した液晶配向膜は、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。
 偏光された紫外線の消光比が高いほど、より高い異方性が付与できるため、好ましい。具体的には、直線に偏光された紫外線の消光比は、10:1以上が好ましく、20:1以上がより好ましい。
 上記で、偏光された放射線を照射した膜は、次いで水及び有機溶媒から選ばれる少なくとも1種を含む溶媒で接触処理してもよい。
 接触処理に使用する溶媒としては、光照射によって生成した分解物を溶解する溶媒であれば、特に限定されるものではない。具体例としては、水、メタノール、エタノール、2-プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、1-メトキシ-2-プロパノール、1-メトキシ-2-プロパノールアセテート、ブチルセロソルブ、乳酸エチル、乳酸メチル、ジアセトンアルコール、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、酢酸プロピル、酢酸ブチル、及び酢酸シクロヘキシルなどが挙げられる。これらの溶媒は2種以上を併用してもよい。
 汎用性や安全性の点から、水、2-プロパノール、1-メトキシ-2-プロパノール及び乳酸エチルからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。水、2-プロパンール、及び水と2-プロパノールの混合溶媒が特に好ましい。
 本発明において、偏光された放射線を照射した膜と有機溶媒を含む溶液との接触処理は、浸漬処理、噴霧(スプレー)処理などの、膜と液とが好ましくは十分に接触するような処理で行なわれる。なかでも、有機溶媒を含む溶液中に膜を、好ましくは10秒~1時間、より好ましくは1~30分浸漬処理する方法が好ましい。接触処理は常温でも加温してもよいが、好ましくは10~80℃、より好ましくは20~50℃で実施される。また、必要に応じて超音波などの接触を高める手段を施すことができる。
 上記接触処理の後に、使用した溶液中の有機溶媒を除去する目的で、水、メタノール、エタノール、2-プロパノール、アセトン、メチルエチルケトンなどの低沸点溶媒によるすすぎ(リンス)や乾燥のいずれか、又は両方を行ってよい。
 さらに、上記で溶媒による接触処理をした膜は、溶媒の乾燥及び膜中の分子鎖の再配向を目的に150℃以上で加熱してもよい。
 加熱の温度としては、150~300℃が好ましい。温度が高いほど、分子鎖の再配向が促進されるが、温度が高すぎると分子鎖の分解を伴う恐れがある。そのため、加熱温度としては、180~250℃がより好ましく、200~230℃が特に好ましい。
 加熱する時間は、短すぎると分子鎖の再配向の効果が得られない可能性があり、長すぎると分子鎖が分解してしまう可能性があるため、10秒~30分が好ましく、1分~10分がより好ましい。
 本発明の液晶配向膜を有する基板の製造方法としては、下記[I]ないし[IV]の工程を含むものが好ましい。
 [I] (A-a)式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを用いて得られるポリアミック酸及び該ポリアミック酸のイミド化重合体から選ばれる少なくとも1種類の重合体、(A-b)脂肪族テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と式(2)で表されるジアミンを含むジアミン成分とを用いて得られるポリアミック酸及び該ポリアミック酸のイミド化重合体から選ばれる少なくとも1種類の重合体、及び有機溶媒を含有する液晶配向剤を、横電界駆動用の導電膜を有する基板上に塗布して塗膜を形成する工程;
 [II] [I]で得られた塗膜に偏光した紫外線を照射する工程;及び
 [III] [II]で得られた塗膜を加熱する工程;
を有する。
 上記工程により、配向制御能が付与された横電界駆動型液晶表示素子用液晶配向膜を得ることができ、該液晶配向膜を有する基板を得ることができる。
 また、上記得られた基板(第1の基板)の他に、第2の基板を準備することにより、横電界駆動型液晶表示素子を得ることができる。
 第2の基板は、横電界駆動用の導電膜を有する基板に代わって、横電界駆動用の導電膜を有しない基板を用いる以外、上記工程[I]~[III](横電界駆動用の導電膜を有しない基板を用いるため、便宜上、本願において、工程[I’]~[III’]と略記する場合がある)を用いることにより、配向制御能が付与された液晶配向膜を有する第2の基板を得ることができる。
 横電界駆動型液晶表示素子の製造方法は、
 [IV] 上記で得られた第1及び第2の基板を、液晶を介して第1及び第2の基板の液晶配向膜が相対するように、対向配置して液晶表示素子を得る工程;
を有する。これにより横電界駆動型液晶表示素子を得ることができる。
 以下、本発明の製造方法の有する[I]~[III]、および[IV]の各工程について説明する。
<工程[I]>
 工程[I]では、横電界駆動用の導電膜を有する基板上に、感光性の主型高分子及び有機溶媒を含有する重合体組成物を塗布して塗膜を形成する。
<基板>
 基板については、特に限定はされないが、製造される液晶表示素子が透過型である場合、透明性の高い基板が用いられることが好ましい。その場合、特に限定はされず、ガラス基板、または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ができる。
 また、反射型の液晶表示素子への適用を考慮し、シリコンウェハなどの不透明な基板も使用できる。
<横電界駆動用の導電膜>
 基板は、横電界駆動用の導電膜を有する。
 該導電膜として、液晶表示素子が透過型である場合、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムスズ)、IZO(Indium Zinc Oxide:酸化インジウム亜鉛)などを挙げることができるが、これらに限定されない。
 また、反射型の液晶表示素子の場合、導電膜として、アルミなどの光を反射する材料などを挙げることができるがこれらに限定されない。
 基板に導電膜を形成する方法は、従来公知の手法を用いることができる。
 上述した重合体組成物を横電界駆動用の導電膜を有する基板上に塗布する方法は特に限定されない。
 塗布方法は、工業的には、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷またはインクジェット法などで行う方法が一般的である。その他の塗布方法としては、ディップ法、ロールコータ法、スリットコータ法、スピンナ法(回転塗布法)またはスプレー法などがあり、目的に応じてこれらを用いてもよい。
 横電界駆動用の導電膜を有する基板上に重合体組成物を塗布した後は、ホットプレート、熱循環型オーブンまたはIR(赤外線)型オーブンなどの加熱手段により50~300℃、好ましくは50~180℃で溶媒を蒸発させて塗膜を得ることができる。このときの乾燥温度は、液晶配向安定性の観点から[III]工程よりも低いことが好ましい。
 塗膜の厚みは、厚すぎると液晶表示素子の消費電力の面で不利となり、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、好ましくは5nm~300nm、より好ましくは10nm~150nmである。
 尚、[I]工程の後、続く[II]工程の前に塗膜の形成された基板を室温にまで冷却する工程を設けることも可能である。
<工程[II]>
 工程[II]では、工程[I]で得られた塗膜に偏光した紫外線を照射する。塗膜の膜面に偏光した紫外線を照射する場合、基板に対して一定の方向から偏光板を介して偏光された紫外線を照射する。使用する紫外線としては、波長100nm~400nmの範囲の紫外線を使用することができる。好ましくは、使用する塗膜の種類によりフィルター等を介して最適な波長を選択する。そして、例えば、選択的に光分解反応を誘起できるように、波長240nm~400nmの範囲の紫外線を選択して使用することができる。紫外線としては、例えば、高圧水銀灯又はメタルハライドランプから放射される光を用いることができる。
 偏光した紫外線の照射量は、使用する塗膜に依存する。照射量は、該塗膜における、偏光した紫外線の偏光方向と平行な方向の紫外線吸光度と垂直な方向の紫外線吸光度との差であるΔAの最大値(以下、ΔAmaxとも称する)を実現する偏光紫外線の量の1%~70%の範囲内とすることが好ましく、1%~50%の範囲内とすることがより好ましい。
<工程[III]>
 工程[III]では、工程[II]で偏光した紫外線の照射された塗膜を加熱する。加熱により、塗膜に配向制御能を付与することができる。
 加熱は、ホットプレート、熱循環型オーブンまたはIR(赤外線)型オーブンなどの加熱手段を用いることができる。加熱温度は、使用する塗膜で良好な液晶配向安定性及び電気特性を発現させる温度を考慮して決めることができる。
 加熱温度は、主鎖型高分子が良好な液晶配向安定性を発現する温度範囲内であることが好ましい。加熱温度が低すぎる場合、熱による異方性の増幅効果や熱イミド化が不十分となる傾向があり、また加熱温度が温度範囲よりも高すぎると、偏光露光によって付与された異方性が消失してしまう傾向があり、この場合自己組織化によって一方向に再配向することが困難になることがある。
 加熱後に形成される塗膜の厚みは、工程[I]で記した同じ理由から、好ましくは5nm~300nm、より好ましくは50nm~150nmであるのがよい。
 以上の工程を有することにより、本発明の製造方法では、高効率な、塗膜への異方性の導入を実現することができる。そして、高効率に液晶配向膜付基板を製造することができる。
<工程[IV]>
 工程[IV]は、工程[III]で得られた、横電界駆動用の導電膜上に液晶配向膜を有する基板(第1の基板)と、同様に上記工程[I’]~[III’]で得られた、導電膜を有しない液晶配向膜付基板(第2の基板)とを、液晶を介して、双方の液晶配向膜が相対するように対向配置して、公知の方法で液晶セルを作製し、横電界駆動型液晶表示素子を作製する工程である。
 なお、工程[I’]~[III’]は、工程[I]において、横電界駆動用の導電膜を有する基板の代わりに、該横電界駆動用導電膜を有しない基板を用いた以外、工程[I]~[III]と同様に行うことができる。工程[I]~[III]と工程[I’]~[III’]との相違点は、上述した導電膜の有無だけであるため、工程[I’]~[III’]の説明を省略する。
<液晶表示素子>
 本発明の液晶表示素子は、本発明の液晶配向剤から前記液晶配向膜の製造方法によって液晶配向膜付きの基板を得た後、公知の方法で液晶セルを作製し、それを使用して液晶表示素子としたものである。
 液晶セル作製方法の一例として、パッシブマトリクス構造の液晶表示素子を例にとり説明する。尚、画像表示を構成する各画素部分にTFT(Thin Film Transistor)などのスイッチング素子が設けられたアクティブマトリクス構造の液晶表示素子であってもよい。
 まず、透明なガラス製の基板を準備し、一方の基板の上にコモン電極を、他方の基板の上にセグメント電極を設ける。これらの電極は、例えばITO電極とすることができ、所望の画像表示ができるようパターニングされる。次いで、各基板の上に、コモン電極とセグメント電極を被覆するようにして絶縁膜を設ける。絶縁膜は、例えば、ゾル-ゲル法によって形成されたSiO-TiOからなる膜とすることができる。
 次に、各基板の上に、本発明の液晶配向膜を上記の方法で形成する。
 一方の基板に他方の基板を互いの配向膜面が対向するようにして重ね合わせ、周辺をシール材で接着する。シール材には、基板間隙を制御するために、通常、スペーサーを混入しておく。また、シール材を設けない面内部分にも、基板間隙制御用のスペーサーを散布しておくことが好ましい。シール材の一部には、外部から液晶を充填可能な開口部を設けておく。
 次に、シール材に設けた開口部を通じて、2枚の基板とシール材で包囲された空間内に液晶材料を注入する。その後、この開口部を接着剤で封止する。注入には、真空注入法を用いてもよいし、大気中で毛細管現象を利用した方法を用いてもよい。次に、偏光板の設置を行う。具体的には、2枚の基板の液晶層とは反対側の面に一対の偏光板を貼り付ける。以上の工程を経ることにより、本発明の液晶表示素子が得られる。
 本発明において、シール剤としては、例えば、エポキシ基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、ヒドロキシル基、アリル基、アセチル基などの反応性基を有する紫外線照射や加熱によって硬化する樹脂が用いられる。特に、エポキシ基と(メタ)アクリロイル基の両方の反応性基を有する硬化樹脂系を用いるのが好ましい。
 本発明のシール剤には接着性、耐湿性の向上を目的として無機充填剤を配合してもよい。使用しうる無機充填剤としては特に限定されないが、具体的には球状シリカ、溶融シリカ、結晶シリカ、酸化チタン、チタンブラック、シリコンカーバイド、窒化珪素、窒化ホウ素、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、マイカ、タルク、クレー、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、水酸化アルミニウム、珪酸カルシウム、珪酸アルミニウム、珪酸リチウムアルミニウム、珪酸ジルコニウム、チタン酸バリウム、硝子繊維、炭素繊維、二硫化モリブデン、アスベスト等が挙げられ、好ましくは球状シリカ、溶融シリカ、結晶シリカ、酸化チタン、チタンブラック、窒化珪素、窒化ホウ素、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、マイカ、タルク、クレー、アルミナ、水酸化アルミニウム、珪酸カルシウム、珪酸アルミニウムである。前記の無機充填剤は2種以上を混合して用いても良い。
 以上のようにして、本発明の重合体を用いて製造された横電界駆動型液晶表示素子用基板又は該基板を有する横電界駆動型液晶表示素子は、少ない偏光紫外線照射量で、優れた液晶配向安定性と残留DCの緩和特性を発現することから、大画面で高精細の液晶テレビなどに好適に利用できる。また、本発明の方法によって製造された液晶配向膜は、信頼性に優れたものとなり、液晶を用いた可変位相器にも利用することができ、この可変位相器は、例えば共振周波数を可変できるアンテナなどに好適に利用できる。
 以下に、本発明について実施例等を挙げて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。なお、化合物、溶媒の略号は、以下のとおりである。
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
BCS:ブチルセロソルブ
DA-1:下記構造式(DA-1)で表される化合物
DA-2:下記構造式(DA-2)で表される化合物
DA-3:下記構造式(DA-3)で表される化合物
DA-4:下記構造式(DA-4)で表される化合物
DA-5:下記構造式(DA-5)で表される化合物
DA-6:下記構造式(DA-6)で表される化合物
DA-7:下記構造式(DA-7)で表される化合物
CA-1:下記構造式(CA-1)で表される化合物
CA-2:下記構造式(CA-2)で表される化合物
CA-3:下記構造式(CA-3)で表される化合物
CA-4:下記構造式(CA-4)で表される化合物
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
<粘度の測定>
 合成例において、重合体溶液の粘度は、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)、温度25℃で測定した。
<合成例1>
 撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに、DA-1を2.18g(5.40mmol)、DA-2を3.43g(12.6mmol)量り取り、NMPを55.8g加え、窒素を送りながら撹拌して分散させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-1を3.25g(16.6mmol)添加し、さらにNMPを23.9g加え、窒素雰囲気下23℃で5時間撹拌してポリアミック酸-ポリイミド共重合体の溶液を得た。このポリアミック酸-ポリイミド共重合体の溶液の温度25℃における粘度は178mPa・sであった。
 このポリアミック酸-ポリイミド共重合体の溶液を撹拌子の入った100mL三角フラスコに30.2g分取し、NMPを16.8g、およびBCSを20.1g加え、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-1)を得た。
<合成例2>
 撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに、DA-1を5.10g(12.6mmol)、DA-3を1.32g(5.40mmol)量り取り、NMPを61.8g加え、窒素を送りながら撹拌して分散させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-1を2.19g(11.2mmol)、CA-2を1.21g(5.40mmol)添加し、さらにNMPを26.5g加え、窒素雰囲気下40℃で6時間撹拌してポリアミック酸-ポリイミド共重合体の溶液を得た。このポリアミック酸-ポリイミド共重合体の溶液の温度25℃における粘度は193mPa・sであった。
 このポリアミック酸-ポリイミド共重合体の溶液を撹拌子の入った100mL三角フラスコに31.3g分取し、NMPを17.4g、およびBCSを20.9g加え、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-2)を得た。
<合成例3>
 撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに、DA-4を2.79g(14.0mmol)、DA-3を1.47g(6.00mmol)量り取り、NMPを50.5g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-3を5.59g(19.0mmol)添加し、さらにNMPを21.7g加え、窒素雰囲気下50℃で20時間撹拌してポリアミック酸の溶液を得た。このポリアミック酸の溶液の温度25℃における粘度は480mPa・sであった。
 このポリアミック酸の溶液を撹拌子の入った100mL三角フラスコに29.0g分取し、NMPを25.1g、およびBCSを23.2g加え、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-3)を得た。
<合成例4>
 撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに、DA-4を3.19g(16.0mmol)、DA-5を0.433g(4.00mmol)量り取り、NMPを47.3g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-3を5.59g(19.0mmol)添加し、さらにNMPを20.3g加え、窒素雰囲気下50℃で20時間撹拌してポリアミック酸の溶液を得た。このポリアミック酸の溶液の温度25℃における粘度は455mPa・sであった。
 このポリアミック酸の溶液を撹拌子の入った100mL三角フラスコに30.7g分取し、NMPを26.6g、およびBCSを24.6g加え、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-4)を得た。
<合成例5>
 撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに、DA-4を3.19g(16.0mmol)、DA-6を0.433g(4.00mmol)量り取り、NMPを47.3g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-3を5.59g(19.0mmol)添加し、さらにNMPを20.3g加え、窒素雰囲気下50℃で20時間撹拌してポリアミック酸の溶液を得た。このポリアミック酸の溶液の温度25℃における粘度は418mPa・sであった。
 このポリアミック酸の溶液を撹拌子の入った100mL三角フラスコに30.1g分取し、NMPを26.1g、およびBCSを24.1g加え、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-5)を得た。
<合成例6>
 撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに、DA-4を3.19g(16.0mmol)、DA-3を0.977g(4.00mmol)量り取り、NMPを41.0g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-1を1.65g(8.40mmol)添加し、窒素雰囲気下23℃で4時間撹拌した後に、CA-4を2.18g(10.0mmol)添加し、さらにNMPを17.6g加え、窒素雰囲気下50℃で18時間撹拌してポリアミック酸の溶液を得た。このポリアミック酸の溶液の温度25℃における粘度は246mPa・sであった。
 このポリアミック酸の溶液を撹拌子の入った100mL三角フラスコに29.7g分取し、NMPを25.7g、およびBCSを23.8g加え、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-6)を得た。
<合成例7>
 撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに、DA-7を3.97g(20.0mmol)量り取り、NMPを49.1g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-3を5.59g(19.0mmol)添加し、さらにNMPを21.0g加え、窒素雰囲気下50℃で20時間撹拌してポリアミック酸の溶液を得た。このポリアミック酸の溶液の温度25℃における粘度は376mPa・sであった。
 このポリアミック酸の溶液を撹拌子の入った100mL三角フラスコに30.4g分取し、NMPを26.4g、およびBCSを24.3g加え、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-7)を得た。
<合成例8>
 撹拌子を入れた50mL三角フラスコに、合成例1で得られた液晶配向剤(A-1)を8.07g、合成例3で得られた液晶配向剤(A-3)を12.1g量り取り、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-8)を得た。
<合成例9>
 撹拌子を入れた50mL三角フラスコに、合成例1で得られた液晶配向剤(A-1)を8.12g、合成例4で得られた液晶配向剤(A-4)を12.2g量り取り、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-9)を得た。
<合成例10>
 撹拌子を入れた50mL三角フラスコに、合成例1で得られた液晶配向剤(A-1)を8.21g、合成例5で得られた液晶配向剤(A-5)を12.3g量り取り、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-10)を得た。
<合成例11>
 撹拌子を入れた50mL三角フラスコに、合成例2で得られた液晶配向剤(A-2)を6.02g、合成例6で得られた液晶配向剤(A-6)を14.0g量り取り、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-11)を得た。
<合成例12>
 撹拌子を入れた50mL三角フラスコに、合成例2で得られた液晶配向剤(A-2)を6.11g、合成例7で得られた液晶配向剤(A-7)を14.3g量り取り、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-12)を得た。
<合成例13>
 撹拌子を入れた50mL三角フラスコに、合成例1で得られた液晶配向剤(A-1)を4.24g、合成例3で得られた液晶配向剤(A-3)を16.96g量り取り、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(A-13)を得た。
<比較合成例1>
 撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに、DA-1を2.18g(5.40mmol)、DA-2を3.43g(12.6mmol)量り取り、NMPを58.1g加え、窒素を送りながら撹拌して分散させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-4を3.61g(16.6mmol)添加し、さらにNMPを24.9g加え、窒素雰囲気下50℃で18時間撹拌してポリアミック酸-ポリイミド共重合体の溶液を得た。このポリアミック酸-ポリイミド共重合体の溶液の温度25℃における粘度は269mPa・sであった。
 このポリアミック酸-ポリイミド共重合体の溶液を撹拌子の入った100mL三角フラスコに30.6g分取し、NMPを17.0g、およびBCSを20.4g加え、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(B-1)を得た。
<比較合成例2>
 撹拌装置及び窒素導入管付きの100mLの四つ口フラスコに、DA-7を3.97g(20.0mmol)量り取り、NMPを39.5g加え、窒素を送りながら撹拌して溶解させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながら、CA-1を3.73g(19.0mmol)添加し、さらにNMPを16.9g加え、窒素雰囲気下23℃で4時間撹拌してポリアミック酸の溶液を得た。このポリアミック酸の溶液の温度25℃における粘度は265mPa・sであった。
 このポリアミック酸の溶液を撹拌子の入った100mL三角フラスコに29.9g分取し、NMPを25.9g、およびBCSを23.9g加え、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(B-2)を得た。
<比較合成例3>
 撹拌子を入れた50mL三角フラスコに、比較合成例1で得られた液晶配向剤(B-1)を8.14g、合成例3で得られた液晶配向剤(A-3)を12.2g量り取り、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(B-3)を得た。
<比較合成例4>
 撹拌子を入れた50mL三角フラスコに、合成例2で得られた液晶配向剤(A-2)を6.07g、比較合成例2で得られた液晶配向剤(B-2)を14.2g量り取り、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(B-4)を得た。
<比較合成例5>
 撹拌子を入れた50mL三角フラスコに、合成例2で得られた液晶配向剤(A-2)を10.1g、合成例7で得られた液晶配向剤(A-7)を10.1g量り取り、マグネチックスターラーで2時間撹拌して、液晶配向剤(B-5)を得た。
<液晶配向安定性、及び残留DCの緩和特性評価用液晶セルの作製>
 以下に、液晶配向安定性、及び残留DCの緩和特性を評価するための液晶セルの作製方法を示す。
 FFS方式の液晶表示素子の構成を備えた液晶セルを作製した。初めに、電極付きの基板を準備した。基板は、30mm×35mmの大きさで、厚さが0.7mmのガラス基板である。基板上には第1層目として対向電極を構成する、IZO電極を全面に形成した。第1層目の対向電極の上には、第2層目として、CVD法により成膜したSiN(窒化珪素)膜を形成した。第2層目のSiN膜の膜厚は500nmであり、層間絶縁膜として機能する。第2層目のSiN膜の上には、第3層目として、IZO膜をパターニングして形成した櫛歯状の画素電極を配置し、第1画素及び第2画素の2つの画素を形成した。各画素のサイズは、縦10mm、横約5mmである。このとき、第1層目の対向電極と第3層目の画素電極とは、第2層目のSiN膜の作用により、電気的に絶縁されている。
 第3層目の画素電極は、特開2014-77845(日本国公開特許公報)に記載の図と同様、中央部分が屈曲したくの字形状の電極要素を複数配列して構成された櫛歯状の形状を有する。各電極要素の短手方向の幅は3μmであり、電極要素間の間隔は6μmである。各画素を形成する画素電極を、中央部分の屈曲した、くの字形状の電極要素を複数配列して構成したため、各画素の形状は長方形状ではなく、電極要素と同様に中央部分で屈曲する、太字の、くの字に似た形状を備える。そして、各画素は、その中央の屈曲部分を境にして上下に分割され、屈曲部分の上側の第1領域と下側の第2領域を有する。
 各画素の第1領域と第2領域とを比較すると、それらを構成する画素電極の電極要素の形成方向が異なるものとなっている。すなわち、後述する偏光紫外線の偏光面を基板に投影した線分の方向を基準とした場合、画素の第1領域では、画素電極の電極要素が+10°の角度(時計回り)をなすように形成し、画素の第2領域では、画素電極の電極要素が-10°の角度(時計回り)をなすように形成した。すなわち、各画素の第1領域と第2領域とでは、画素電極と対向電極との間の電圧印加によって誘起される液晶の、基板面内での回転動作(インプレーン・スイッチング)の方向が、互いに逆方向となるように構成した。
 次に、合成例8~12および比較合成例3~4で得られた液晶配向剤を、1.0μmのフィルターで濾過した後、準備された上記電極付き基板に、スピンコート塗布にて塗布した。次いで、70℃に設定したホットプレート上で90秒間乾燥させた。次いで、ウシオ電機(株)製露光装置:APL-L050121S1S-APW01を用いて、基板に対して鉛直方向から、波長選択フィルターおよび偏光板を介して紫外線の直線偏光を照射した。このとき、偏光紫外線の偏光面を基板に投影した線分の方向が、3層目IZO櫛歯電極に対して10°傾いた方向となるように偏光面方向を設定した。次いで、230℃に設定したIR(赤外線)型オーブンで30分間焼成を行い、配向処理が施された膜厚100nmのポリイミド液晶配向膜付き基板を得た。また、対向基板として、裏面にITO電極が形成されている、高さ4μmの柱状スペーサーを有するガラス基板にも、上記と同様にして配向処理が施されたポリイミド液晶配向膜付き基板を得た。これら2枚の液晶配向膜付き基板を1組とし、片方の基板上に液晶注入口を残した形でシール剤を印刷し、もう1枚の基板を、液晶配向膜面が向き合い、偏光紫外線の偏光面を基板に投影した線分の方向が平行になるようにして張り合わせて圧着した。その後、シール剤を硬化させて、セルギャップが4μmの空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、液晶MLC-7026-100(メルク社製ネガ液晶)を注入し、注入口を封止して、FFS方式の液晶セルを得た。その後、得られた液晶セルを120℃で30分間加熱し、23℃で一晩放置してから、液晶配向安定性及び残留DCの緩和特性の評価に使用した。
<液晶配向安定性の評価>
 上記液晶セルを用い、60℃の恒温環境下、周波数30Hzで14VPPの交流電圧を96時間印加した。その後、液晶セルの画素電極と対向電極との間を短絡させた状態にし、そのまま23℃で一晩放置した。
 放置の後、液晶セルを偏光軸が直交するように配置された2枚の偏光板の間に設置し、電圧無印加の状態でバックライトを点灯させておき、透過光の輝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た。そして、第1画素の第2領域が最も暗くなる角度から第1領域が最も暗くなる角度まで液晶セルを回転させたときの回転角度を角度Δとして算出した。第2画素でも同様に、第2領域と第1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値の平均値を液晶セルの角度Δとして算出した。この液晶セルの角度Δの値が0.4°未満の場合には「良好」、角度Δの値が0.4°以上の場合には「不良」と定義し評価した。
 また、-20℃で8日間保存した液晶配向剤を使用した場合の角度Δの値をΔ[1]、23℃で8日間保存した液晶配向剤を使用した場合の角度Δの値をΔ[2]と定義して、23℃保存による角度Δの悪化度合いを、以下の計算式で算出した。
 23℃保存による角度Δの悪化度合い=Δ[2]÷Δ[1]×100
 この値が150未満の場合には「良好」、150以上の場合には「不良」と定義し評価した。
<残留DCの緩和特性の評価>
 上記液晶セルを、偏光軸が直交するように配置された2枚の偏光板の間に設置し、画素電極と対向電極とを短絡して同電位にした状態で、2枚の偏光板の下からLEDバックライトを照射しておき、2枚の偏光板の上で測定するLEDバックライト透過光の輝度が最小となるように、液晶セルの角度を調節した。
 次に、この液晶セルに周波数30Hzの矩形波を印加しながら、23℃の温度下でのV-T特性(電圧-透過率特性)を測定し、相対透過率が23%となる交流電圧を算出した。この交流電圧は電圧に対する輝度の変化が大きい領域に相当するため、輝度を介して残留DCを評価するのに都合がよい。
 次に、23℃の温度下において相対透過率が23%となる交流電圧で、なおかつ周波数30Hzの矩形波を5分間印加した後、+1.0Vの直流電圧を重畳し30分間駆動させた。その後、直流電圧を切り、再び相対透過率が23%となる交流電圧で、なおかつ周波数30Hzの矩形波のみを30分間印加した。
 蓄積した電荷の緩和が速いほど、直流電圧を重畳したときの液晶セルへの電荷蓄積も速いことから、残留DCの緩和特性は、直流電圧を重畳した直後の相対透過率が30%以上の状態から、30分後の相対透過率がどの程度まで低下したのかで評価した。すなわち、直流電圧重畳30分後の相対透過率が29%未満まで低下した場合には「良好」、相対透過率が29%以上だった場合には「不良」と定義して評価を行った。
<実施例1>
 合成例8で得られた液晶配向剤(A-8)を-20℃で8日間保存したもの、及び23℃で8日間保存したものの2種類を用いて、上記記載のように液晶セルを作製した。偏光紫外線の照射は、高圧水銀灯を用いて、波長選択フィルター:240LCF、および254nmタイプの偏光板を介して行った。偏光紫外線の照射量は、ウシオ電機(株)製照度計UVD-S254SBを用いて光量を測定し、波長254nmで200、300、400、600、900、1500、2000mJ/cmの照射量でそれぞれ変更して実施することにより、偏光紫外線照射量が異なる7個の液晶セルを作製した。
 これらの液晶セルについて、液晶配向安定性を評価した結果、角度Δが最良だった偏光紫外線照射量は300mJ/cmであり、角度Δ[1]は0.18°、角度Δ[2]は0.19°、23℃保存による角度Δの悪化度合いは106であり良好であった。
 また、液晶配向安定性の評価の前に予め評価しておいた同じ偏光紫外線照射量の残留DCの緩和特性は、直流電圧重畳30分後の相対透過率が26.1%であり良好であった。
<実施例2~6>
 合成例9~13で得られた液晶配向剤を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、液晶配向安定性、残留DCの緩和特性を評価した。
<比較例1~3>
 比較合成例3~5で得られた液晶配向剤を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、液晶配向安定性、残留DCの緩和特性を評価した。
 実施例1~6および比較例1~3で用いた液晶配向剤について、(A-a)で表される重合体を含む液晶配向剤、(A-b)で表される重合体を含む液晶配向剤、(A-a)及び(A-b)で表される重合体を含む液晶配向剤中の、各々の重量%を、表1に示す。
 表2に、実施例1~6および比較例1~3で得られた液晶配向剤を用いた際の、角度Δが最良だった偏光紫外線照射量、液晶配向安定性の評価の結果、残留DCの緩和特性の評価の結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000033
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000034
 表1に示すように、実施例1~6においては、交流駆動前後の配向方位角の差である角度Δは0.4°未満で良好であり、液晶配向剤を23℃で8日間保存した際の角度Δの悪化度合いも150未満で良好であり、300mJ/cmという少ない偏光紫外線照射量で角度Δが最良となり、残留DCの緩和特性を示す直流電圧重畳30分後の相対透過率は29.0%未満で良好であり、いずれも良好な残像特性であることから、液晶表示素子の表示品質向上に優れる。一方、比較例1~3においては、角度Δ、角度Δの23℃保存による悪化度合い、偏光紫外線照射量、直流電圧重畳30分後の相対透過率の全てが良好な結果にはならなかった。
 このように本発明の方法によって製造された液晶表示素子は、非常に優れた残像特性を示すことが確認された。
 本発明の重合体を用いて製造された横電界駆動型液晶表示素子用基板又は該基板を有する横電界駆動型液晶表示素子は、少ない偏光紫外線照射量で、優れた液晶配向安定性と残留DCの緩和特性を発現することから、生産性や残像特性に優れる。よって、大画面で高精細の液晶テレビなどに好適に利用できる。

Claims (11)

  1.  (A-a)下記式(1)(式(1)において、iは0又は1であり、Xは単結合、エーテル結合、カルボニル、エステル結合、フェニレン、炭素原子数1乃至20の直鎖アルキレン、炭素原子数2乃至20の分岐アルキレン、炭素原子数3乃至12の環状アルキレン、スルホニル、アミド結合またはそれらの組みあわせからなる基であり、ここで、炭素原子数1乃至20のアルキレンは、エステル結合及びエーテル結合から選ばれる結合によって中断されていてもよく、フェニレン及びアルキレンの炭素原子はハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、ハロアルキル基、アルコキシ基及びハロアルコキシ基から選ばれる1又は複数の同一または相異なる置換基で置換されていてもよい。)で表されるテトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを用いて得られるポリアミック酸及び該ポリアミック酸のイミド化重合体から選ばれる少なくとも1種類の重合体、
     (A-b)脂肪族テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と下記式(2)で表されるジアミンを含むジアミン成分とを用いて得られるポリアミック酸及び該ポリアミック酸のイミド化重合体から選ばれる少なくとも1種類の重合体、及び
     有機溶媒を含有し、(A-a)及び(A-b)の重量比が、(A-a):(A-b)=55:45~90:10であることを特徴とする液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
  2.  前記(A-a)のテトラカルボン酸二無水物成分中の10~100モル%が前記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物であることを特徴とする請求項1に記載の液晶配向剤。
  3.  前記(A-b)のテトラカルボン酸二無水物成分中の10~100モル%が脂肪族テトラカルボン酸二無水物であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶配向剤。
  4.  前記(A-b)のジアミン成分中の10~100モル%が、式(2)のジアミンであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
  5.  前記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物がピロメリット酸二無水物および3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物から選ばれる少なくとも一種である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
  6.  前記脂肪族テトラカルボン酸二無水物がシクロブタンテトラカルボン酸二無水物または1,3-ジメチルシクロブタンテトラカルボン酸二無水物である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
  7.  [I]請求項1乃至6のいずれか1項記載の組成物を、横電界駆動用の導電膜を有する基板上に塗布して塗膜を形成する工程;
     [II] [I]で得られた塗膜に偏光した紫外線を照射する工程;及び
     [III] [II]で得られた塗膜を加熱する工程;
    を有することによって配向制御能が付与された横電界駆動型液晶表示素子用液晶配向膜を得る、前記液晶配向膜を有する基板の製造方法。
  8.  請求項7に記載の方法により製造された横電界駆動型液晶表示素子用液晶配向膜を有する基板。
  9.  請求項8記載の基板を有する横電界駆動型液晶表示素子。
  10.  請求項8記載の基板(第1の基板)を準備する工程;
     [I’] 第2の基板上に請求項1乃至6のいずれか1項記載の組成物を、塗布して塗膜を形成する工程;
     [II’] [I’]で得られた塗膜に偏光した紫外線を照射する工程;及び
     [III’] [II’]で得られた塗膜を加熱する工程;
    を有することによって配向制御能が付与された液晶配向膜を得る、前記液晶配向膜を有する第2の基板を得る工程;及び
     [IV] 液晶を介して前記第1及び第2の基板の液晶配向膜が相対するように、前記第1及び第2の基板を対向配置して液晶表示素子を得る工程;
    を有することにより、横電界駆動型液晶表示素子を得る、該液晶表示素子の製造方法。
  11.  請求項10記載の方法により製造された横電界駆動型液晶表示素子。
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