JP6160610B2 - Liquid crystal alignment agent, liquid crystal alignment film, and liquid crystal display element - Google Patents
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Description
本発明は、液晶配向剤、該液晶配向剤から形成される液晶配向膜及び液晶表示素子に関する。 The present invention relates to a liquid crystal aligning agent, a liquid crystal aligning film formed from the liquid crystal aligning agent, and a liquid crystal display element.
高分子材料からなる有機材料の膜は、形成の容易さや絶縁性能等が着目され、電子デバイスにおいて、層間絶縁膜や保護膜等として広く用いられている。材料としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂及びポリイミド樹脂等があり多様であるが、高い耐久性が求められる用途では、高い耐熱性を有するポリイミド樹脂が広く用いられている。例えば、表示デバイスとして良く知られた液晶表示素子では、ポリイミドからなる膜が液晶配向膜として使用されている。 An organic material film made of a polymer material has been widely used as an interlayer insulating film, a protective film, and the like in electronic devices because of its ease of formation and insulation performance. There are various materials such as an acrylic resin, an epoxy resin, and a polyimide resin, but polyimide resins having high heat resistance are widely used in applications that require high durability. For example, in a liquid crystal display element well known as a display device, a film made of polyimide is used as a liquid crystal alignment film.
液晶配向膜は、表示デバイスとして広く使用されている液晶表示素子の構成部材であり、液晶層を挟持する基板表面に形成される。
液晶配向膜は、液晶層を構成する液晶分子を一定の方向に配向させるという役割を担っており、加えて、配向する液晶分子のプレチルト角を制御するという役割がある。The liquid crystal alignment film is a constituent member of a liquid crystal display element widely used as a display device, and is formed on the surface of a substrate that sandwiches a liquid crystal layer.
The liquid crystal alignment film has a role of aligning liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer in a certain direction, and in addition, has a role of controlling the pretilt angle of the aligned liquid crystal molecules.
現在、工業的に利用されている液晶配向膜には、上述したように、耐久性に優れ、液晶のプレチルト角の制御に好適なポリイミド系の有機膜が広く用いられている。このポリイミド系の液晶配向膜は、通常、液晶配向剤等と称される樹脂組成物を用いて形成される。 樹脂組成物は、それぞれ所望とする構造のジアミン化合物とテトラカルボン酸誘導体とを用いて合成された重合体を含んだものとして調製される。含有される重合体としては、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸(ポリアミド酸と言われることもある。)、又はポリアミック酸をイミド化して形成されたポリイミド等がある。
液晶配向膜は、このような樹脂組成物を用いて塗膜を形成し、加熱等を行って、その塗膜を硬化させ、ポリイミドからなる硬化膜として形成される。As described above, polyimide-based organic films that are excellent in durability and suitable for controlling the pretilt angle of liquid crystals are widely used as liquid crystal alignment films that are currently used industrially. This polyimide-based liquid crystal alignment film is usually formed using a resin composition called a liquid crystal aligning agent or the like. The resin composition is prepared as a polymer containing a polymer synthesized using a diamine compound having a desired structure and a tetracarboxylic acid derivative. Examples of the polymer to be contained include polyamic acid that is a polyimide precursor (sometimes referred to as polyamic acid), polyimide formed by imidizing polyamic acid, and the like.
The liquid crystal alignment film is formed as a cured film made of polyimide by forming a coating film using such a resin composition and heating the coating film to cure the coating film.
ポリイミドは、高耐熱性であって耐久性に優れるという特徴を備えるものの、ポリイミド自体及びその前駆体であるポリアミック酸等が、通常、溶媒に溶け難いという課題を有する。したがって、ポリイミド及びポリアミック酸等の重合体を含む樹脂組成物は、例えば、基板等への塗布を行う場合等において、塗布性の改善が求められている。
また、ポリイミドからなる硬化膜が液晶分子の所望とする配向状態を実現して液晶配向膜として機能するためには、この硬化膜に配向処理を施す必要がある。Although polyimide has the characteristics of high heat resistance and excellent durability, there is a problem that polyimide itself and its precursor polyamic acid are usually difficult to dissolve in a solvent. Therefore, a resin composition containing a polymer such as polyimide and polyamic acid is required to improve applicability, for example, when applied to a substrate or the like.
Further, in order for the cured film made of polyimide to realize a desired alignment state of the liquid crystal molecules and to function as a liquid crystal alignment film, it is necessary to perform an alignment process on the cured film.
配向処理としては、布を用いてポリイミドからなる硬化膜の表面を一定方向に擦るラビング処理が知られている。しかし、ラビング処理は、硬化膜を擦ることにより塵を発生させるほか、形成される液晶配向膜の表面に傷を残して液晶分子の配向ムラを発生させる懸念がある等、多様な課題を有している。そこで、液晶表示素子の液晶配向膜の形成において、ラビング処理を必要としない光配向処理の技術が着目されている。 As the alignment treatment, a rubbing treatment is known in which the surface of a cured film made of polyimide is rubbed in a certain direction using a cloth. However, the rubbing treatment has various problems such as generation of dust by rubbing the cured film and the possibility of causing scratches on the surface of the formed liquid crystal alignment film to cause uneven alignment of liquid crystal molecules. ing. Thus, attention has been paid to a photo-alignment processing technique that does not require rubbing in the formation of the liquid crystal alignment film of the liquid crystal display element.
液晶表示素子では、液晶分子が、基板と液晶配向膜との間に設けられた電極への電圧印加により応答し、その液晶分子の配向変化を利用して所望とする画像の表示を行う。
液晶表示素子は、液晶分子の初期の配向状態や、電圧印加による配向変化の形態が異なる多様な表示方式がある。In a liquid crystal display element, liquid crystal molecules respond by applying a voltage to an electrode provided between a substrate and a liquid crystal alignment film, and display a desired image using the change in the alignment of the liquid crystal molecules.
The liquid crystal display element has various display methods in which the initial alignment state of liquid crystal molecules and the form of alignment change by voltage application are different.
近年、液晶表示素子の表示方式の中でも、負の誘電異方性を有する液晶分子を、基板に垂直に配向させる垂直配向(VA:Vertical Alignment)方式の液晶表示素子が、大画面の液晶テレビや高精細なモバイル用途(デジタルカメラや携帯電話の表示部)等に広く利用されている。このVA方式の液晶表示素子では、電圧印加により液晶分子が基板に平行な、所望とする一定の方向に向かって倒れるように配向変化することが求められる。そのため、VA方式の液晶表示素子は、電圧印加前の初期の液晶分子の配向状態として、液晶分子が基板の法線方向から基板面内の一方向に向かってわずかに傾くようにする必要がある。
VA方式の液晶表示素子においては、液晶配向膜を用い、液晶分子の電圧印加前の初期配向状態として、液晶分子がプレチルト角を伴って基板の法線方向から基板面内の一方向に向かってわずかに傾く配向状態を実現することができる。In recent years, among liquid crystal display element display methods, a vertical alignment (VA) type liquid crystal display element in which liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy are aligned perpendicularly to a substrate has been used in large-screen liquid crystal televisions and the like. Widely used for high-definition mobile applications (digital camera and mobile phone display). In this VA mode liquid crystal display element, it is required that the orientation change so that the liquid crystal molecules are tilted in a desired fixed direction parallel to the substrate by voltage application. Therefore, in the VA liquid crystal display element, the liquid crystal molecules need to be slightly inclined from the normal direction of the substrate toward one direction in the substrate surface as the initial alignment state of the liquid crystal molecules before voltage application. .
In a VA liquid crystal display element, a liquid crystal alignment film is used, and the liquid crystal molecules are aligned in the initial direction of the substrate from the normal direction of the substrate with a pretilt angle as the initial alignment state before voltage application. A slightly tilted alignment state can be realized.
VA方式の液晶表示素子には、液晶の倒れる方向を制御するための突起を、TFT基板やカラーフィルタ基板に形成するMVA方式(Multi Vertical Alignment)や、基板のITO(Indium Tin Oxide)電極にスリットを形成し、電界によって液晶の倒れる方向を制御するPVA(Paterned Vertical Alignment)方式が知られている。また、基板と液晶層との間に液晶配向膜を設け、これをラビング処理し、液晶分子を基板法線方向から基板面内の一方向に向けてわずかに傾けて配向させる方法のほか、特許文献1、特許文献2等に開示される光配向法等が知られている。
In a VA liquid crystal display element, a protrusion for controlling the direction in which the liquid crystal falls is formed on a TFT substrate or a color filter substrate, and a slit is formed on an ITO (Indium Tin Oxide) electrode on the substrate. A PVA (Patterned Vertical Alignment) system is known that controls the direction in which the liquid crystal falls by an electric field. In addition to providing a liquid crystal alignment film between the substrate and the liquid crystal layer and rubbing it to align the liquid crystal molecules with a slight tilt from the substrate normal direction to one direction in the substrate surface, a patent A photo-alignment method disclosed in
特許文献1及び特許文献2では、耐久性の高いポリイミドを用い、ポリイミドの分子構造において好適な設計を行い、VA方式の液晶表示素子に用いる液晶配向膜に求められる液晶分子の垂直配向性と光配向性を実現している。
特許文献1では、分子内に光二量化性を有するケイ皮酸エステル構造と、直鎖状の疎水性側鎖構造とを有するジアミン化合物を用いている。そして、そのジアミン化合物とテトラカルボン酸二無水物とからポリイミド前駆体であるポリアミック酸を合成し、そのポリアミック酸からポリイミドを形成して、光配向性の垂直配向型の液晶配向膜を得ている。In
In
ポリイミドは、高耐熱性の高分子材料であって、高信頼性であり、液晶配向膜の用途に好適な材料である。しかしながら、ポリイミド及びその前駆体であるポリアミック酸等は、通常、溶媒への溶解性が低いという課題を有している。さらに、VA方式の液晶表示素子用の液晶配向剤に使用されるポリイミドは、その側鎖に脂環構造、アルキル基、フッ素原子等を有していることが多いため、疎水性が高く、基板への塗布時に、ハジキや膜厚ムラなどが発生しやすいといった課題を有していた(特許文献3を参照)。
したがって、上記特許文献1に記載されたジアミン化合物から形成されたポリアミック酸及びポリイミドについても、同様に、溶剤への溶解性の改善や、基板への塗布性の改善が求められる。Polyimide is a high heat-resistant polymer material that has high reliability and is suitable for use as a liquid crystal alignment film. However, polyimide and its precursor polyamic acid or the like usually have a problem of low solubility in a solvent. Furthermore, polyimide used for a liquid crystal aligning agent for VA liquid crystal display elements often has an alicyclic structure, an alkyl group, a fluorine atom, etc. in its side chain. There is a problem that repelling, film thickness unevenness, and the like are likely to occur during application to the coating (see Patent Document 3).
Therefore, the polyamic acid and polyimide formed from the diamine compound described in
また、上記特許文献1に記載されたジアミン化合物は、分子内のケイ皮酸エステル構造に基づく光反応性を有している。そのため、例えば、液晶配向膜の形成工程において、途中、遮光が必要とされる等、ジアミン化合物の取扱いに注意が必要となる。すなわち、特許文献1等に記載された光反応性基を有するジアミン化合物からポリイミド前駆体及びポリイミドを得るに際しては、望まない光反応が進行しないように対策をする必要がある。同様に、得られたポリイミド前駆体又はポリイミドを用いて液晶配向膜を形成するに際しては、望まない光反応を抑える必要がある。したがって、特許文献1等に記載されたケイ皮酸エステル構造等、分子内に光反応性に富んだ構造を有するジアミン化合物並びにそれを用いて得られたポリイミド前駆体及びポリイミドは、その使用時において、光等に対する注意が必要とされ、液晶配向膜の形成工程を複雑なものとしていた。
Moreover, the diamine compound described in
電子デバイスの分野においては、高い耐久性のポリイミドを主要な構成部材として多用するが、元々の特徴に加え、具体的用途に適合するように分子構造の改善がなされ、特性の改善がなされている。例えば、上述したように、電子デバイスである液晶表示素子では、液晶配向膜として好適な特性を備えるようにポリイミドの分子構造の設計と制御がなされ、液晶配向膜に使用されている。 In the field of electronic devices, highly durable polyimide is frequently used as a main component, but in addition to the original features, the molecular structure has been improved to suit specific applications, and the characteristics have been improved. . For example, as described above, in a liquid crystal display element which is an electronic device, the molecular structure of polyimide is designed and controlled so as to have characteristics suitable as a liquid crystal alignment film, and is used for a liquid crystal alignment film.
ポリイミドにおける所望の分子構造の制御は、ポリイミドの形成に用いられるジアミン化合物等において、その分子構造を制御することにより実現される。例えば、ポリイミドの膜が液晶配向膜に求められる性能を発揮するためには、ジアミン化合物等における分子構造の制御がなされ、そのジアミン化合物を用いてポリイミド前駆体及びポリイミド等の重合体を合成する。このことにより、所望の分子構造のポリイミドからなる硬化膜を形成し、所望の特性を有する液晶配向膜の形成を実現する。 Control of a desired molecular structure in polyimide is realized by controlling the molecular structure of a diamine compound or the like used for forming a polyimide. For example, in order for a polyimide film to exhibit the performance required for a liquid crystal alignment film, the molecular structure of a diamine compound or the like is controlled, and a polyimide precursor or a polymer such as polyimide is synthesized using the diamine compound. Thereby, a cured film made of polyimide having a desired molecular structure is formed, and formation of a liquid crystal alignment film having desired characteristics is realized.
すなわち、ポリイミド前駆体やポリイミド等の重合体の形成に用いられるジアミン化合物等の分子構造は、ポリイミドにおける所望の特性の実現に重要な役割を果たし、非常に重要なものとなる。
しかし、ポリイミドの形成に用いられるジアミン化合物の段階で、所望の特性を実現するための特徴的な分子構造を分子内に導入した場合、ポリイミドを製造する工程において問題が生ずる場合がある。
例えば、ポリイミドからなる液晶配向膜の形成は、上述したように、ジアミン化合物から形成されたポリアミック酸等の重合体を含む樹脂組成物(液晶配向剤と同義であり、以下、液晶配向剤ともいう。)が調製され、その樹脂組成物が液晶配向膜の形成に用いられる。このとき、特徴的な分子構造を有するジアミン化合物が、その重合体や樹脂組成物の特性に影響し、ポリイミドからなる液晶配向膜の形成に対して影響を与えることがある。That is, the molecular structure of a diamine compound or the like used for forming a polyimide precursor or a polymer such as polyimide plays an important role in realizing desired properties in polyimide and is very important.
However, when a characteristic molecular structure for realizing desired characteristics is introduced into the molecule at the stage of the diamine compound used for forming the polyimide, there may be a problem in the process for producing the polyimide.
For example, the formation of a liquid crystal alignment film made of polyimide is, as described above, a resin composition containing a polymer such as polyamic acid formed from a diamine compound (synonymous with a liquid crystal alignment agent, hereinafter also referred to as a liquid crystal alignment agent). And the resin composition is used to form a liquid crystal alignment film. At this time, the diamine compound having a characteristic molecular structure may affect the properties of the polymer and the resin composition, and may affect the formation of a liquid crystal alignment film made of polyimide.
例えば、特許文献1に開示されているジアミン化合物は、液晶配向膜の光配向性を実現するために、ケイ皮酸エステル構造に基づく光反応性を有している。そのため、液晶配向膜の形成工程において、途中、遮光が必要とされる等、ジアミン化合物の取り扱いに注意が必要となる。すなわち、特許文献1等に開示されている光反応性基を有するジアミン化合物から、ポリイミド前駆体及びポリイミド等の重合体を得ようとする場合には、望まない光反応が進行しないように遮光等の対策をする必要がある。また、得られた重合体を用いて樹脂組成物を調製する場合においても、望まない光反応を抑える必要がある。さらに、樹脂組成物を用いて硬化膜を形成する場合においても、望まない光反応を抑える必要がある。
For example, the diamine compound disclosed in
特許文献1等で開示されているケイ皮酸エステル構造等の、分子内に光反応性に富んだ構造を有するジアミン化合物、並びにそれを用いて得られたポリイミド前駆体及びポリイミドは、その取り扱いに注意が必要とされ、硬化膜の形成工程を複雑なものとしていた。
さらに、特許文献1及び2に開示されているジアミン化合物を用いて形成されるポリイミド前駆体やポリイミドは、溶媒に対する溶解性が十分ではなく、ジアミン化合物の分子構造の改善が十分でなかった。その結果、それらを用いて樹脂組成物を調製した場合、その塗布性に課題を残していた。A diamine compound having a structure rich in photoreactivity in the molecule, such as a cinnamic acid ester structure disclosed in
Furthermore, the polyimide precursor and polyimide formed using the diamine compound disclosed in
また、光配向性を有する液晶配向膜の形成においては、遮光等の対応が不要で、取り扱いが容易であり、ポリイミド前駆体及びポリイミド等の重合体の合成に用いることができるジアミン化合物が強く求められる。さらに、形成されたポリイミド前駆体及びポリイミドにおいては、遮光等の対応が不要であり、取り扱いが容易で、溶媒への溶解性に優れ、ポリイミド膜形成のための、塗布性に優れた樹脂組成物を調製できることが求められる。
また、調製された樹脂組成物を用いて形成される液晶配向膜は、光配向処理によって、液晶分子が一定方向にわずかに傾く状態の垂直配向性と、光配向性を実現することが可能であることが求められる。In addition, in the formation of a liquid crystal alignment film having photo-alignment properties, there is a strong demand for a diamine compound that does not require measures such as shading, is easy to handle, and can be used for synthesis of a polymer such as a polyimide precursor and polyimide. It is done. Furthermore, the formed polyimide precursor and polyimide do not require light shielding and the like, are easy to handle, have excellent solubility in solvents, and have excellent coating properties for forming a polyimide film. Is required to be prepared.
In addition, the liquid crystal alignment film formed using the prepared resin composition can realize vertical alignment and photo-alignment in which the liquid crystal molecules are slightly tilted in a certain direction by photo-alignment treatment. It is required to be.
すなわち、本発明の目的は、取扱いが容易で、塗布性に優れ、垂直配向型の光配向性の液晶配向膜の形成することができる液晶配向剤、該液晶配向剤を調製するために用いられるポリイミド前駆体及びポリイミドの作製に供するジアミン化合物、垂直配向型の光配向性を有する液晶配向膜、及び該液晶配向膜を有する液晶表示素子を提供することである。 That is, the object of the present invention is to prepare a liquid crystal aligning agent that can be easily formed, has excellent coating properties, and can form a vertical alignment type photo-alignment liquid crystal alignment film, and the liquid crystal aligning agent. It is to provide a polyimide precursor and a diamine compound to be used for producing a polyimide, a liquid crystal alignment film having a vertical alignment type photo-alignment property, and a liquid crystal display element having the liquid crystal alignment film.
本発明は、以下の要旨を有するものである。
(1)β−ヒドロキシエステル構造を有するポリイミド前駆体及びβ−ヒドロキシエステル構造を有するポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1つの重合体を含有することを特徴とする液晶配向剤。
(2)前記β−ヒドロキシエステル構造を有するポリイミド前駆体及び前記β−ヒドロキシエステル構造を有するポリイミドが、β−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物から得られる上記(1)に記載の液晶配向剤。
(3)前記ジアミン化合物が、下記式(HE−1)で表される構造を有する上記(2)に記載の液晶配向剤。
(式(HE−1)中、X1は、原子数5若しくは6の単環式環、原子数5若しくは6の2つの隣接する単環式環、原子数8〜10の二環式の環系、及び原子数13若しくは14の三環式の環系からなる群より選択される、非置換若しくは置換の、炭素環式又は複素環式の芳香族基を表す。)The present invention has the following gist.
(1) A liquid crystal aligning agent comprising at least one polymer selected from the group consisting of a polyimide precursor having a β-hydroxyester structure and a polyimide having a β-hydroxyester structure.
(2) The liquid crystal aligning agent according to (1), wherein the polyimide precursor having the β-hydroxyester structure and the polyimide having the β-hydroxyester structure are obtained from a diamine compound having a β-hydroxyester structure.
(3) The liquid crystal aligning agent as described in said (2) in which the said diamine compound has a structure represented by a following formula (HE-1).
(In Formula (HE-1), X 1 represents a monocyclic ring having 5 or 6 atoms, two adjacent monocyclic rings having 5 or 6 atoms, or a bicyclic ring having 8 to 10 atoms. And an unsubstituted or substituted carbocyclic or heterocyclic aromatic group selected from the group consisting of a system and a tricyclic ring system having 13 or 14 atoms.
(4)前記ジアミン化合物が、下記式(HE−2)で表される構造を有する上記(2)又は(3)に記載の液晶配向剤。
(式(HE−2)中、X1は、原子数5若しくは6の単環式環、原子数5若しくは6の2つの隣接する単環式環、原子数8〜10の二環式の環系、及び原子数13若しくは14の三環式の環系からなる群より選択される、非置換若しくは置換の、炭素環式又は複素環式の芳香族基を表す。X2は、単結合又は、エーテル、エステル、アミド、及びウレタンからなる群より選ばれる少なくとも1種の2価の結合基を表す。X3は、炭素数3〜20の直鎖状アルキル基又は炭素数4〜40の脂環式骨格を有する1価の有機基を表す。ただし、このアルキル基の水素原子は、フッ素原子に置き換わっていてもよい。)(4) The liquid crystal aligning agent as described in said (2) or (3) in which the said diamine compound has a structure represented by a following formula (HE-2).
(In Formula (HE-2), X 1 represents a monocyclic ring having 5 or 6 atoms, two adjacent monocyclic rings having 5 or 6 atoms, or a bicyclic ring having 8 to 10 atoms. And an unsubstituted or substituted carbocyclic or heterocyclic aromatic group selected from the group consisting of a system and a tricyclic ring system having 13 or 14 atoms, X 2 represents a single bond or And at least one divalent linking group selected from the group consisting of ether, ester, amide, and urethane, X 3 represents a linear alkyl group having 3 to 20 carbon atoms or a fat having 4 to 40 carbon atoms. Represents a monovalent organic group having a cyclic skeleton, provided that the hydrogen atom of the alkyl group may be replaced by a fluorine atom.)
(5)前記ジアミン化合物が、下記式(DA)で表される化合物である上記(2)〜(4)のいずれかに記載の液晶配向剤。
(式(DA)中、X1は、原子数5若しくは6の単環式環、原子数5若しくは6の2つの隣接する単環式環、原子数8〜10の二環式の環系、及び原子数13若しくは14の三環式の環系からなる群より選択される、非置換若しくは置換の、炭素環式又は複素環式の芳香族基を表す。X2は、単結合又は、エーテル、エステル、アミド、及びウレタンからなる群より選ばれる少なくとも1種の2価の結合基を表す。X3は、炭素数3〜20の直鎖状アルキル基又は炭素数4〜40の脂環式骨格を有する1価の有機基を表す。ただし、このアルキル基の水素原子は、フッ素原子に置き換わっていてもよい。X4は単結合、メチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基を表す。ただし、このアルキレン基は、水酸基によって置換されていてもよい。X5は、単結合、酸素原子、*−OCO−又は*−OCH2−(ただし、「*」を付した結合手がX4と結合する。)を表す。ただし、X4が単結合であるときX5は単結合である。)(5) The liquid crystal aligning agent in any one of said (2)-(4) whose said diamine compound is a compound represented by a following formula (DA).
(In the formula (DA), X 1 is a monocyclic ring having 5 or 6 atoms, two adjacent monocyclic rings having 5 or 6 atoms, a bicyclic ring system having 8 to 10 atoms, And an unsubstituted or substituted carbocyclic or heterocyclic aromatic group selected from the group consisting of a tricyclic ring system having 13 or 14 atoms, X 2 represents a single bond or an ether Represents at least one divalent linking group selected from the group consisting of ester, amide, and urethane, X 3 is a C 3-20 linear alkyl group or C 4-40 alicyclic. A monovalent organic group having a skeleton, wherein a hydrogen atom of the alkyl group may be replaced by a fluorine atom, X 4 represents a single bond, a methylene group or an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms. However, this alkylene group may be substituted with a hydroxyl group. X 5 represents a single bond, an oxygen atom, * —OCO— or * —OCH 2 — (where a bond marked with “*” is bonded to X 4 ), provided that X 4 is a single bond. When it is a bond, X 5 is a single bond.)
(6)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の液晶配向剤から得られる液晶配向膜。
(7)上記(6)に記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
(8)下記式(HE−1)で表される構造を有することを特徴とするジアミン化合物。
(式(HE−1)中、X1は、原子数5若しくは6の単環式環、原子数5若しくは6の2つの隣接する単環式環、原子数8〜10の二環式の環系、及び原子数13若しくは14の三環式の環系からなる群より選択される、非置換若しくは置換の、炭素環式又は複素環式の芳香族基を表す。)(6) The liquid crystal aligning film obtained from the liquid crystal aligning agent in any one of said (1)-(5).
(7) A liquid crystal display device having the liquid crystal alignment film according to (6).
(8) A diamine compound having a structure represented by the following formula (HE-1).
(In Formula (HE-1), X 1 represents a monocyclic ring having 5 or 6 atoms, two adjacent monocyclic rings having 5 or 6 atoms, or a bicyclic ring having 8 to 10 atoms. And an unsubstituted or substituted carbocyclic or heterocyclic aromatic group selected from the group consisting of a system and a tricyclic ring system having 13 or 14 atoms.
(9)下記式(HE−3)で表される構造を有する上記(8)に記載のジアミン化合物。
(10)下記式(DIA)で表される上記(8)又は(9)に記載のジアミン化合物。
(式(DIA)中、X1は、原子数5若しくは6の単環式環、原子数5若しくは6の2つの隣接する単環式環、原子数8〜10の二環式の環系、及び原子数13若しくは14の三環式の環系からなる群より選択される、非置換若しくは置換の、炭素環式又は複素環式の芳香族基を表す。X2は、単結合又は、エーテル、エステル、アミド、及びウレタンからなる群より選ばれる少なくとも1種の2価の結合基を表す。X6は、単結合又は炭素数4〜40の脂環式骨格を有する2価の有機基を表す。X7は、単結合又は炭素数4〜40の脂環式骨格を有する2価の有機基を表す。X8は、炭素数1〜20の直鎖状アルキル基を表す。X9は、単結合、メチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基を表す。ただし、このアルキレン基は水酸基によって置換されていてもよい。X10は、単結合、酸素原子、*−OCO−、*−OCH2−、*−COO−、*−NHCO−、又は*−CONH−(ただし、「*」を付した結合手がX9と結合する。)を表す。ただし、X9が単結合であるときX10は単結合である。)(10) The diamine compound according to the above (8) or (9) represented by the following formula (DIA).
(In the formula (DIA), X 1 is a monocyclic ring having 5 or 6 atoms, two adjacent monocyclic rings having 5 or 6 atoms, a bicyclic ring system having 8 to 10 atoms, And an unsubstituted or substituted carbocyclic or heterocyclic aromatic group selected from the group consisting of a tricyclic ring system having 13 or 14 atoms, X 2 represents a single bond or an ether X 6 represents at least one divalent linking group selected from the group consisting of ester, amide, and urethane, and X 6 represents a divalent organic group having a single bond or an alicyclic skeleton having 4 to 40 carbon atoms. X 7 represents a single bond or a divalent organic group having an alicyclic skeleton having 4 to 40 carbon atoms, X 8 represents a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, X 9 Represents a single bond, a methylene group or an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms, provided that the alkylene group is a hydroxyl group. Therefore substituted .X 10 represents a single bond, an oxygen atom, * - OCO -, * - OCH 2 -, * - COO -, * - NHCO-, or * -CONH- (where "*" bond marked with binds to X 9.) represents a. However, X 10 when X 9 is a single bond is a single bond.)
(11)上記(8)〜(10)のいずれかに記載のジアミン化合物を用いて得られる、分子内にβ−ヒドロキシエステル構造を有する重合体。
(12)上記(11)に記載の重合体を含有する液晶配向剤。
(13)上記(12)に記載の液晶配向剤から得られる液晶配向膜。
(14)下記式(DIA)で表されるジアミン化合物の製造方法であって、
下記式(C−1)で表される化合物とメルドラム酸との反応により、下記式(C−2)で表される化合物を得る工程と、
式(C−2)で表される化合物と下記式(C−3)との反応により、下記式(C−4)で表される化合物を得る工程と、
式(C−4)で表される化合物のニトロ基を還元し、β−ケトエステル構造のケトン構造部分を還元する工程と
を含むことを特徴とするジアミン化合物の製造方法。(11) A polymer having a β-hydroxyester structure in the molecule, obtained by using the diamine compound according to any one of (8) to (10) above.
(12) A liquid crystal aligning agent containing the polymer described in (11) above.
(13) A liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal aligning agent according to (12).
(14) A method for producing a diamine compound represented by the following formula (DIA),
A step of obtaining a compound represented by the following formula (C-2) by a reaction between the compound represented by the following formula (C-1) and Meldrum's acid;
A step of obtaining a compound represented by the following formula (C-4) by a reaction between the compound represented by the formula (C-2) and the following formula (C-3);
Reducing the nitro group of the compound represented by the formula (C-4), and reducing the ketone structure part of the β-ketoester structure.
本発明によれば、取り扱いが容易であって、溶解性に優れたポリイミド前駆体及びポリイミド等の重合体を形成できるジアミン化合物を提供することができる。
さらに、本発明によれば、取り扱いが容易であって、塗布性に優れ、垂直配向型の光配向性の液晶配向膜の形成することができる液晶配向剤、該液晶配向剤から形成され、垂直配向型の光配向性の液晶配向膜、及び該液晶配向膜を有する液晶表示素子を提供することが可能となり、高精細な画像を表示する表示素子として用いることができる。ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the diamine compound which can be easily handled and can form polymers, such as a polyimide precursor excellent in solubility, and a polyimide, can be provided.
Furthermore, according to the present invention, a liquid crystal aligning agent that is easy to handle, has excellent coating properties, and can form a vertical alignment type photo-alignment liquid crystal alignment film, is formed from the liquid crystal aligning agent, and is vertically An alignment-type photo-alignment liquid crystal alignment film and a liquid crystal display element having the liquid crystal alignment film can be provided, and can be used as a display element that displays a high-definition image.
本発明者らは、鋭意研究を行った結果、以下の知見を得て本発明を完成するに至った。
表示デバイスである液晶表示素子においては、上述したように、液晶分子を配向させるための液晶配向膜に、高耐熱性で高強度のポリイミド膜が多く用いられている。As a result of intensive studies, the present inventors have obtained the following knowledge and completed the present invention.
In a liquid crystal display element as a display device, as described above, a polyimide film having high heat resistance and high strength is often used as a liquid crystal alignment film for aligning liquid crystal molecules.
さらに、液晶表示素子を構成する基板上に液晶配向膜となるポリイミド膜を形成する場合、次のような液晶配向剤を使用する方法が好適に用いられている。
その方法としては、ポリアミック酸等のポリイミド前駆体を含有する液晶配向剤を調製する。次いで、得られた液晶配向剤を使用してその塗膜を形成し、基板上でイミド化させてポリイミド膜を得る方法が知られている。また、別の方法としては、予め、イミド化させてあるポリイミドを溶媒に溶解して、溶媒可溶型の液晶配向剤を調製し、該液晶配向剤を使用して塗膜を形成して、ポリイミド膜を得る方法がある。Furthermore, when forming the polyimide film used as a liquid crystal aligning film on the board | substrate which comprises a liquid crystal display element, the method of using the following liquid crystal aligning agents is used suitably.
As the method, a liquid crystal aligning agent containing a polyimide precursor such as polyamic acid is prepared. Next, a method of forming a coating film using the obtained liquid crystal aligning agent and imidizing on a substrate to obtain a polyimide film is known. As another method, previously imidized polyimide is dissolved in a solvent to prepare a solvent-soluble liquid crystal aligning agent, and a coating film is formed using the liquid crystal aligning agent. There is a method for obtaining a polyimide film.
VA方式の液晶表示素子についても、液晶配向膜となるポリイミド膜を形成する方法は同様である。
VA方式の液晶表示素子は、液晶分子が基板の法線方向から基板面内の一方向に向かって、わずかに傾くようにする垂直配向型の液晶配向膜が必要となる。そうした液晶配向膜を得るには、ポリイミド前駆体やポリイミドを含有した液晶配向剤を使用して、液晶分子を基板の法線方向に配向させるポリイミド膜を得る。次いで、このポリイミド膜に配向処理を施し、液晶分子が基板の法線方向から基板面内の一方向に向かって、わずかに傾くようにすることにより、所望の垂直配向型の液晶配向膜を形成している。The method for forming a polyimide film to be a liquid crystal alignment film is the same for the VA liquid crystal display element.
The VA liquid crystal display element requires a vertical alignment type liquid crystal alignment film in which liquid crystal molecules are slightly inclined from the normal direction of the substrate toward one direction in the substrate surface. In order to obtain such a liquid crystal alignment film, a polyimide film that aligns liquid crystal molecules in the normal direction of the substrate is obtained using a liquid crystal alignment agent containing a polyimide precursor or polyimide. Next, this polyimide film is subjected to an alignment treatment so that the liquid crystal molecules are slightly inclined from the normal direction of the substrate toward one direction in the substrate surface, thereby forming a desired vertical alignment type liquid crystal alignment film. doing.
配向処理については、布を用いてポリイミド膜の表面を、一定方向に擦るラビング処理が知られている。しかし、ラビング処理は、ポリイミド膜を擦ることにより塵を発生させるほか、液晶配向膜表面に傷を残して、液晶分子の配向ムラを発生させる懸念があり、多様な課題を有している。
そのため、VA方式の液晶表示素子の製造においては、ラビング処理を必要としない、液晶配向膜の光配向技術が用いられるようになってきている。すなわち、垂直配向型の光配向性の液晶配向膜の開発が進められている。As for the alignment treatment, a rubbing treatment is known in which the surface of a polyimide film is rubbed in a certain direction using a cloth. However, the rubbing treatment has various problems because it generates dust by rubbing the polyimide film and may cause scratches on the surface of the liquid crystal alignment film to cause uneven alignment of liquid crystal molecules.
Therefore, in the manufacture of a VA liquid crystal display element, a liquid crystal alignment film photo-alignment technique that does not require a rubbing process has been used. That is, development of a vertical alignment type photo-alignment liquid crystal alignment film is underway.
垂直配向型の光配向性の液晶配向膜は、液晶分子の垂直配向を実現するための構造と、光配向性を実現するための構造とを内部に有している。例えば、液晶配向剤がポリイミド膜からなる場合は、ポリイミド膜を形成するためのジアミン化合物やテトラカルボン酸誘導体に、そうした垂直配向性や光配向性を実現するための、特定構造を含有するものを使用することが好ましい。この場合、形成されたポリイミドは、垂直配向性と光配向性を有する液晶配向膜を実現することができる。 The vertical alignment type photo-alignment liquid crystal alignment film has a structure for realizing vertical alignment of liquid crystal molecules and a structure for realizing photo-alignment inside. For example, when the liquid crystal aligning agent is composed of a polyimide film, a diamine compound or a tetracarboxylic acid derivative for forming the polyimide film contains a specific structure for realizing such vertical alignment and photoalignment. It is preferable to use it. In this case, the formed polyimide can realize a liquid crystal alignment film having vertical alignment and photo alignment.
上記特許文献1及び2では、光二量化性を有するケイ皮酸エステル構造と、直鎖状の疎水性側鎖構造とを分子内に有するジアミン化合物を用いて、ポリイミド膜を形成する。次いで、ポリイミド膜に光配向処理を施して、垂直配向型の光配向性の液晶配向膜を実現している。
In
しかしながら、特許文献1及び2に開示される技術では、ポリイミドを形成するためのジアミン化合物が、ケイ皮酸エステル構造を分子内に有しており、光反応性に富む構造となっている。そのため、その取り扱いには、遮光等の注意が必須となる。すなわち、ポリイミド前駆体の形成工程やポリイミドの形成工程においては、望まれない光反応を抑制するための注意や対策が必要となる。
However, in the techniques disclosed in
また、上述したように、特許文献1及び2に開示されているようなポリイミド前駆体やポリイミドの構造においては、溶媒に対する溶解性や基板への塗布性を改善するための分子構造上の改善が十分ではない。したがって、それらを用いて液晶配向剤を調製した場合、得られた液晶配向剤の塗布性には課題が残る。
In addition, as described above, in the polyimide precursor and polyimide structures as disclosed in
本発明のジアミン化合物は、特徴ある分子構造を有する新規化合物であり、ポリイミド前駆体およりポリイミド等の重合体の合成に好適に用いることができる。
本発明のジアミン化合物は、それ自体では光反応性を有しないが、それを用いて形成された重合体から得られる硬化膜は、光反応性を備えることができる。すなわち、光配向処理に適した構造を有するポリイミドからなる液晶配向膜の提供に好適に用いることができる。特に、VA方式の液晶表示素子の形成に好適な、垂直配向型の光配向性の液晶配向膜の提供に用いることができる。The diamine compound of the present invention is a novel compound having a characteristic molecular structure, and can be suitably used for the synthesis of polymers such as polyimide precursors and polyimides.
Although the diamine compound of the present invention does not have photoreactivity by itself, a cured film obtained from a polymer formed using the diamine compound can have photoreactivity. That is, it can be suitably used to provide a liquid crystal alignment film made of polyimide having a structure suitable for photo-alignment processing. In particular, it can be used to provide a vertical alignment type photo-alignment liquid crystal alignment film suitable for forming a VA liquid crystal display element.
本発明のジアミン化合物は、分子内にβ−ヒドロキシエステル構造を有する。また、該ジアミン化合物を用いて形成された液晶配向膜は、液晶分子の垂直配向を実現するのに好適な構造を有することになる。
分子内のβ−ヒドロキシエステル構造は、加熱によって脱水反応し、光反応性の二重結合を形成する。
本発明のβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物は、テトラカルボン酸誘導体と反応して、ポリイミド前駆体及びポリイミド等の重合体を提供することができる。得られた重合体を含有する液晶配向剤を用いて形成された塗膜は、形成された後の加熱によって、分子構造内に光反応性の二重結合を生成することができる。The diamine compound of the present invention has a β-hydroxyester structure in the molecule. In addition, the liquid crystal alignment film formed using the diamine compound has a structure suitable for realizing vertical alignment of liquid crystal molecules.
The β-hydroxyester structure in the molecule undergoes a dehydration reaction by heating to form a photoreactive double bond.
The diamine compound having a β-hydroxyester structure of the present invention can react with a tetracarboxylic acid derivative to provide a polymer such as a polyimide precursor and polyimide. The coating film formed using the obtained liquid crystal aligning agent containing the polymer can produce | generate a photoreactive double bond in molecular structure by the heating after forming.
例えば、β−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物から、ポリイミド前駆体を合成し、得られたポリイミド前駆体を含有する液晶配向剤を調製することができる。その場合、液晶配向剤の塗膜を加熱してポリイミド前駆体成分のイミド化反応を行うと同時に、β−ヒドロキシエステル構造の部分で脱水反応を起こして、分子内に光反応性の二重結合を導入することができる。 For example, a polyimide precursor is synthesized from a diamine compound having a β-hydroxy ester structure, and a liquid crystal aligning agent containing the obtained polyimide precursor can be prepared. In that case, the coating film of the liquid crystal aligning agent is heated to perform the imidation reaction of the polyimide precursor component, and at the same time, a dehydration reaction is caused in the β-hydroxy ester structure portion, and a photoreactive double bond is formed in the molecule Can be introduced.
また、液晶配向剤の塗膜を局所的に加熱することで、光反応性を有する硬化膜部分と、光反応性を有しないポリイミド前駆体を有する部分が混在した硬化膜を調製することもできる。
すなわち、同一膜上で光反応性基を有する部分と、光反応性を有しない部分を作り分けることが可能となる。これにより従来行われていた、樹脂表面をマスク等で覆って光照射を行い、ネガ型のパターン形成を行う工程を、マスク無しに加熱工程のみで作り分けることが可能となる。In addition, by locally heating the coating film of the liquid crystal aligning agent, a cured film in which a cured film portion having photoreactivity and a portion having a polyimide precursor not having photoreactivity are mixed can be prepared. .
That is, it is possible to make a part having a photoreactive group and a part having no photoreactivity on the same film. As a result, the conventional process of forming a negative pattern by covering the resin surface with a mask or the like and irradiating the resin with a mask or the like can be made by only the heating process without a mask.
さらに、β−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物から、ポリイミドを合成し、得られたポリイミドを含有する液晶配向剤を調製することができる。その場合、液晶配向剤の塗膜を加熱してポリイミド膜を形成すると同時に、β−ヒドロキシエステル構造部で脱水反応を起こし、分子内に光反応性の二重結合を導入することができる。 Furthermore, a polyimide is synthesized from a diamine compound having a β-hydroxyester structure, and a liquid crystal aligning agent containing the obtained polyimide can be prepared. In that case, the coating film of the liquid crystal aligning agent can be heated to form a polyimide film, and at the same time, a dehydration reaction can be caused in the β-hydroxyester structure and a photoreactive double bond can be introduced into the molecule.
上記のような分子内への二重結合の導入により、本発明にかかるポリイミド前駆体及びポリイミド等の重合体は、ポリイミドからなる硬化膜を形成するとともに、その分子内に、例えば、ケイ皮酸エステル構造等の光反応性部位を導入することができる。その結果、重合体から形成された硬化膜は光反応性を発現することができる。すなわち、これらの硬化膜を用いて形成されている液晶配向膜においては、光配向性を実現することができる。
併せて、本発明にかかるジアミン化合物は、液晶配向膜を形成した場合、液晶分子を基板の法線方向に配向するのに好適な分子構造も有している。本発明のβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物から合成されて得られた、ポリイミド前駆体及びポリイミドのうちの少なくとも一方の重合体から形成された硬化膜は、垂直配向型の光反応性の液晶配向膜として用いることができる。By introducing the double bond into the molecule as described above, the polyimide precursor and the polymer such as polyimide according to the present invention form a cured film made of polyimide and, for example, cinnamic acid in the molecule. Photoreactive sites such as ester structures can be introduced. As a result, the cured film formed from the polymer can exhibit photoreactivity. That is, in a liquid crystal alignment film formed using these cured films, photoalignment can be realized.
In addition, the diamine compound according to the present invention has a molecular structure suitable for aligning liquid crystal molecules in the normal direction of the substrate when a liquid crystal alignment film is formed. A cured film formed from at least one of a polyimide precursor and a polyimide obtained by synthesis from a diamine compound having a β-hydroxyester structure according to the present invention is a vertically aligned photoreactive liquid crystal. It can be used as an alignment film.
本発明のβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物は、分子内に光反応性の構造を有しておらず、光に対して安定である。したがって、その取扱いについては、注意や対策等が必要とされない。 The diamine compound having a β-hydroxyester structure of the present invention does not have a photoreactive structure in the molecule and is stable to light. Therefore, no care or countermeasure is required for its handling.
本発明のβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物は、β−ヒドロキシエステル構造を有するポリイミド前駆体及びポリイミド等の重合体を合成することができる。得られた重合体は、分子内に光反応性の構造を有しておらず、二重結合を導入する前においては、光反応性を有していない。したがって、本発明の重合体は、光に対して安定であり、その取扱いについては、従来のような、注意や対策等が必要とされない。光反応性の二重結合は、重合体を用いた硬化膜が形成された後、構造内に導入することができる。 The diamine compound having a β-hydroxy ester structure of the present invention can synthesize a polyimide precursor and a polymer such as polyimide having a β-hydroxy ester structure. The obtained polymer does not have a photoreactive structure in the molecule, and does not have photoreactivity before introducing a double bond. Therefore, the polymer of the present invention is stable with respect to light, and conventional handling, measures, etc. are not required for its handling. The photoreactive double bond can be introduced into the structure after the cured film using the polymer is formed.
また、本発明のポリイミド前駆体及びポリイミド等の重合体は、分子内にβ−ヒドロキシエステル構造を有し、該構造に由来のヒドロキシ基を分子内に有することにより、溶剤に対する高い溶解性を備える。したがって、本発明の液晶配向剤は、含有するポリイミド前駆体及びポリイミド等の重合体が高い溶解性を有し、優れた塗布性を有している。 そのため、塗布性を向上させるために含有されるブチルセロソルブ等の貧溶媒の量を多くすることが可能である。また、重合体自体も側鎖部位にヒドロキシ基を有しているため、親水性が高く、基板への塗布性も優れている。 In addition, the polyimide precursor and the polymer such as polyimide of the present invention have a β-hydroxyester structure in the molecule, and have a high solubility in a solvent by having a hydroxy group derived from the structure in the molecule. . Therefore, the liquid crystal aligning agent of this invention has high solubility with polymers, such as a polyimide precursor to contain and a polyimide, and has the outstanding applicability | paintability. Therefore, it is possible to increase the amount of a poor solvent such as butyl cellosolve contained in order to improve applicability. In addition, since the polymer itself has a hydroxy group at the side chain site, the polymer itself has high hydrophilicity and excellent coating property to the substrate.
本発明のジアミン化合物は、分子内にβ−ヒドロキシエステル構造と直鎖状の疎水性側鎖構造を有する。
本発明のジアミン化合物は、テトラカルボン酸誘導体と反応して、ポリイミド前駆体、ポリイミド等の重合体を提供することができる。
本発明の重合体は、溶剤等に溶解されて液晶配向剤を構成し、塗膜を形成した後、硬化膜を形成することができる。
本発明の硬化膜は、ジアミン化合物の有するβ−ヒドロキシエステル構造に由来して、分子内に光反応性の二重結合を有し、併せて、直鎖状の疎水性側鎖構造を有する。したがって、本発明の硬化膜は、液晶配向膜を形成することが可能であって、液晶配向膜における光配向処理に好適であり、垂直配向型の光配向性の液晶配向膜を提供することができる。The diamine compound of the present invention has a β-hydroxyester structure and a linear hydrophobic side chain structure in the molecule.
The diamine compound of the present invention can react with a tetracarboxylic acid derivative to provide a polymer such as a polyimide precursor or polyimide.
The polymer of the present invention can be dissolved in a solvent or the like to form a liquid crystal aligning agent, and after forming a coating film, a cured film can be formed.
The cured film of the present invention is derived from the β-hydroxyester structure of the diamine compound, has a photoreactive double bond in the molecule, and has a linear hydrophobic side chain structure. Therefore, the cured film of the present invention can form a liquid crystal alignment film, is suitable for a photo-alignment treatment in the liquid crystal alignment film, and provides a vertical alignment type photo-alignment liquid crystal alignment film. it can.
本発明者らは、垂直配向型の光配向性の液晶配向膜に用いる、新規構造を有する、ポリイミド及びポリイミド前駆体を開発した。
本発明のポリイミド及びポリイミド前駆体は、それぞれ、分子内にβ−ヒドロキシエステル構造を有し、併せて、液晶分子の垂直配向を実現するための構造を有する。
本発明の新規構造を有する、垂直配向型の光配向性の液晶配向膜に用いる、ポリイミド及びポリイミド前駆体の形成には、多様な方法が可能である。特に、新規構造のジアミン化合物を用いる方法が好適であることを見出した。
本発明のジアミン化合物は、分子内にβ−ヒドロキシエステル構造を有し、併せて、液晶分子の垂直配向を実現するための構造を有する。The present inventors have developed a polyimide and a polyimide precursor having a novel structure for use in a vertical alignment type photo-alignment liquid crystal alignment film.
The polyimide and the polyimide precursor of the present invention each have a β-hydroxy ester structure in the molecule, and also have a structure for realizing vertical alignment of liquid crystal molecules.
Various methods can be used to form the polyimide and the polyimide precursor used for the vertical alignment type photo-alignment liquid crystal alignment film having the novel structure of the present invention. In particular, it has been found that a method using a diamine compound having a novel structure is suitable.
The diamine compound of the present invention has a β-hydroxy ester structure in the molecule, and also has a structure for realizing vertical alignment of liquid crystal molecules.
本発明のポリイミド前駆体及びそれをイミド化して得られるポリイミドは、分子内にβ−ヒドロキシエステル構造を有する。
分子内にβ−ヒドロキシエステル構造を有するポリイミド前駆体を得る方法としては、分子内にβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物を用いる方法により実現できる。また、分子内にβ−ヒドロキシエステル構造を有するテトラカルボン酸誘導体を用いる方法により実現できる。
さらに、ジアミン化合物とテトラカルボン酸誘導体とを重合反応させてポリイミド前駆体を得るに際し、分子内にβ−ヒドロキシエステル構造を有する化合物を添加剤として併用し、形成されるポリイミド前駆体にβ−ヒドロキシエステル構造を導入する方法がある。The polyimide precursor of the present invention and the polyimide obtained by imidizing it have a β-hydroxyester structure in the molecule.
A method for obtaining a polyimide precursor having a β-hydroxy ester structure in the molecule can be realized by a method using a diamine compound having a β-hydroxy ester structure in the molecule. Moreover, it is realizable by the method of using the tetracarboxylic acid derivative which has (beta) -hydroxyester structure in a molecule | numerator.
Further, when a polyimide precursor is obtained by polymerization reaction of a diamine compound and a tetracarboxylic acid derivative, a compound having a β-hydroxyester structure in the molecule is used as an additive, and β-hydroxy is added to the formed polyimide precursor. There is a method for introducing an ester structure.
上記のようなβ−ヒドロキシエステル構造の導入のための方法の中で、確実性の観点からは、特に、分子内にβ−ヒドロキシエステル構造を有する本発明のジアミン化合物を用いる方法が好ましい。
以下、分子内にβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物を用いる本発明について詳しく説明する。
なお、本発明においては、ポリイミド前駆体としては、ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル等が含まれる。Among the methods for introducing the β-hydroxyester structure as described above, the method using the diamine compound of the present invention having a β-hydroxyester structure in the molecule is particularly preferable from the viewpoint of certainty.
Hereinafter, the present invention using a diamine compound having a β-hydroxyester structure in the molecule will be described in detail.
In the present invention, the polyimide precursor includes polyamic acid, polyamic acid ester, and the like.
<β−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物>
本発明のジアミン化合物は、β−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物である。β−ヒドロキシエステル構造は、下記式(HE)で表すことができる。
The diamine compound of the present invention is a diamine compound having a β-hydroxyester structure. The β-hydroxyester structure can be represented by the following formula (HE).
上記式(HE−1)の構造において、特に好ましい構造は、下記式(HE−1−1)で表される構造である。下記式(HE−1−1)で表される構造を有するジアミン化合物を用いて形成されたポリイミド前駆体及びポリイミドにおいては、加熱がなされた場合に、分子内に光反応性を有する二重結合を形成することができる。二重結合の形成されたポリイミド前駆体及びポリイミド前駆体をイミド化したポリイミドは、液晶配向膜の形成に用いられた場合、特に優れた光配向性能を発現することができる。
本発明のジアミン化合物としては、β−ヒドロキシエステル構造を有し、併せて、液晶分子の垂直配向を実現するための構造を有する、下記式(HE−2)の構造を有することが好ましい。
上記式(HE−2)中、X2は、単結合又は、エーテル、エステル、アミド、及びウレタンからなる群より選ばれる少なくとも1種の2価の結合基を表す。
X2としては、単結合、エーテル基、エステル基又はアミド基が好ましく、単結合、エーテル基又はエステル基がより好ましい。
X3は、炭素数3〜20の直鎖状アルキル基又は炭素数4〜40の脂環式骨格を有する1価の有機基を表す。ただし、このアルキル基の水素原子は、フッ素原子に置き換わっていてもよい。
X3としては、例えば、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、アダマンチル基、スピロ[5.5]ウンデシル基、ビシクロ[2.2.2]オクチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、シクロへキシル−n−ヘプチル基、ビシクロヘキシル−n−ペンチル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、シクロヘキシルフェニル基、n−ペンチル−シクロヘキシルフェニル基、n−ヘプチル−シクロヘキシルフェニル基、シクロヘキシロキシフェニル基、又はn−ペンチル−シクロヘキシロキシフェニル基が好ましく、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、シクロヘキシル基、シクロへキシル−n−ヘプチル基、ビシクロヘキシル−n−ペンチル基、シクロヘキシロキシフェニル基、又はn−ペンチル−シクロヘキシロキシフェニル基がより好ましい。
X3としての炭素数3〜20の直鎖状アルキル基は、本発明における疎水性側鎖構造としての機能を有する。In the formula (HE-2), X 2 represents a single bond or at least one divalent linking group selected from the group consisting of ether, ester, amide, and urethane.
X 2 is preferably a single bond, an ether group, an ester group or an amide group, more preferably a single bond, an ether group or an ester group.
X 3 represents a monovalent organic group having a linear alkyl group having 3 to 20 carbon atoms or an alicyclic skeleton having 4 to 40 carbon atoms. However, the hydrogen atom of this alkyl group may be replaced with a fluorine atom.
Examples of X 3 include n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, and n-undecyl. Group, n-dodecyl group, n-tridecyl group, n-tetradecyl group, n-pentadecyl group, n-hexadecyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group, adamantyl group, spiro [5.5] undecyl group, bicyclo [2.2.2] octyl group, bicyclo [2.2.1] heptyl group, cyclohexyl-n-heptyl group, bicyclohexyl-n-pentyl group, phenyl group, Naphthyl group, anthracenyl group, cyclohexylphenyl group, n-pentyl-cyclohexylphenyl group, n-heptyl-cyclohexylphenyl group, A cyclohexyloxyphenyl group or an n-pentyl-cyclohexyloxyphenyl group is preferred, and an n-octyl group, an n-nonyl group, an n-decyl group, an n-undecyl group, an n-dodecyl group, a cyclohexyl group, a cyclohexyl- An n-heptyl group, a bicyclohexyl-n-pentyl group, a cyclohexyloxyphenyl group, or an n-pentyl-cyclohexyloxyphenyl group is more preferable.
The linear alkyl group having 3 to 20 carbon atoms as X 3 has a function as a hydrophobic side chain structure in the present invention.
本発明のジアミン化合物の好ましい例としては、下記式(DA)で表される化合物等を挙げることができる。
上記式(DA)中、X1は、上記式(HE−1)における定義と同義であり、好ましい例についても同様である。Preferable examples of the diamine compound of the present invention include compounds represented by the following formula (DA).
In the above formula (DA), X 1 has the same definition as in the above formula (HE-1), and the same applies to the preferred examples.
X2は、上記式(HE−2)における定義と同義であり、好ましい例についても同様である。
X3は、上記式(HE−2)における定義と同義であり、好ましい例についても同様である。X 2 has the same definition as in the above formula (HE-2), and the same applies to the preferred examples.
X 3 has the same definition as in the above formula (HE-2), and the same applies to the preferred examples.
X4は単結合、メチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基を表す。ただし、このアルキレン基は水酸基によって置換されていてもよい。
X4としては、単結合、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基、が好ましく、単結合、又はエチレン基がより好ましい。
X5は、単結合、酸素原子、*−OCO−又は*−OCH2−(ただし、「*」を付した結合手がX4と結合する。)を表す。ただし、X4が単結合であるとき、X5は単結合である。
X5としては、単結合、酸素原子、又は*−OCH2−が好ましく、*−OCH2−又は酸素原子がより好ましい。X 4 represents a single bond, a methylene group or an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms. However, this alkylene group may be substituted with a hydroxyl group.
X 4 is preferably a single bond, a methylene group, an ethylene group, an n-propylene group, or an n-butylene group, and more preferably a single bond or an ethylene group.
X 5 represents a single bond, an oxygen atom, * —OCO— or * —OCH 2 — (wherein a bond marked with “*” is bonded to X 4 ). However, when X 4 is a single bond, X 5 is a single bond.
X 5 is preferably a single bond, an oxygen atom, or * —OCH 2 —, more preferably * —OCH 2 — or an oxygen atom.
上記式(DA)で表されるジアミン化合物の好ましい例としては、下記式(DA−1)〜(DA−8)で表されるジアミン化合物を挙げることができる。
上記式(DA−1)〜(DA−8)中、Raは、水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい炭素数3〜20のアルキル基である。
Xaとしては、炭素数3〜16の直鎖状アルキル基、例えば、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、又はn−ヘキサデシル基、が好ましく、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、又はn−ドデシル基がより好ましい。
Rbは炭素数1〜20のアルキル基、又は水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい炭素数1〜20のアルキル基である。
Xbとしては炭素数1〜12の直鎖状アルキル基、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、又はn−ドデシル基が好ましく、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、又はn−ヘプチル基がより好ましい。In the above formulas (DA-1) to (DA-8), R a is an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms in which a hydrogen atom may be substituted with a fluorine atom.
The X a, linear alkyl group having 3 to 16 carbon atoms, for example, n- propyl, n- butyl, n- pentyl, n- hexyl, n- heptyl, n- octyl radical, n -Nonyl group, n-decyl group, n-undecyl group, n-dodecyl group, n-tridecyl group, n-tetradecyl group, n-pentadecyl group, or n-hexadecyl group are preferable, n-octyl group, n- A nonyl group, an n-decyl group, an n-undecyl group, or an n-dodecyl group is more preferable.
R b is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms in which a hydrogen atom may be substituted with a fluorine atom.
Xb is a linear alkyl group having 1 to 12 carbon atoms such as methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n -An octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, n-undecyl group or n-dodecyl group is preferable, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, or n- A heptyl group is more preferred.
また、本発明のジアミン化合物は、β−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物であり、併せて、液晶分子の垂直配向を実現するための構造を有する、下記式(HE−3)の構造を有することが好ましい。
式(HE−3)中、X1は、原子数5若しくは6の単環式環、原子数5若しくは6の2つの隣接する単環式環、原子数8〜10の二環式の環系、及び原子数13若しくは14の三環式の環系からなる群より選択される、非置換若しくは置換の、炭素環式又は複素環式の芳香族基を表す。
X1としては、ベンゼン環、ナフタレン環、ペンタレン環、インデン環、アズレン環、アントラセン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ベンゾフラン環、インドール環、キノリン環、ベンズイミダゾール環、キノキサリン環、カルバゾール環、フルオレン環、又はキサンテン環が好ましく、ベンゼン環又は、ナフタレン環がより好ましい。In formula (HE-3), X 1 represents a monocyclic ring having 5 or 6 atoms, two adjacent monocyclic rings having 5 or 6 atoms, or a bicyclic ring system having 8 to 10 atoms. And an unsubstituted or substituted carbocyclic or heterocyclic aromatic group selected from the group consisting of 13 or 14 tricyclic ring systems.
X 1 includes benzene ring, naphthalene ring, pentalene ring, indene ring, azulene ring, anthracene ring, furan ring, thiophene ring, pyrrole ring, pyridine ring, pyridazine ring, benzofuran ring, indole ring, quinoline ring, benzimidazole ring , A quinoxaline ring, a carbazole ring, a fluorene ring, or a xanthene ring, and a benzene ring or a naphthalene ring is more preferable.
X2は、単結合又は、エーテル、エステル、アミド、及びウレタンからなる群より選ばれる少なくとも1種の2価の結合基を表す。
X2としては、単結合、エーテル基、エステル基、又はアミド基が好ましく、単結合、エーテル基、又はエステル基がより好ましい。
X6は、単結合又は炭素数4〜40の脂環式骨格を有する2価の有機基を表す。
X6としては、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、アダマンチル基、スピロ[5.5]ウンデシル基、ビシクロ[2.2.2]オクチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、フェニル基、ナフチル基、又はアントラセニル基が好ましく、シクロへキシル基又はフェニル基がより好ましい。X 2 represents a single bond or at least one divalent linking group selected from the group consisting of ethers, esters, amides, and urethanes.
X 2 is preferably a single bond, an ether group, an ester group or an amide group, more preferably a single bond, an ether group or an ester group.
X 6 represents a divalent organic group having a single bond or an alicyclic skeleton having 4 to 40 carbon atoms.
X 6 is cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, adamantyl, spiro [5.5] undecyl, bicyclo [2.2.2] octyl, bicyclo [2 2.1] A heptyl group, a phenyl group, a naphthyl group, or an anthracenyl group is preferable, and a cyclohexyl group or a phenyl group is more preferable.
X7は、単結合又は炭素数4〜40の脂環式骨格を有する2価の有機基を表す。
X7としては、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、アダマンチル基、スピロ[5.5]ウンデシル基、ビシクロ[2.2.2]オクチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基が好ましく、シクロへキシル基、又はフェニル基がより好ましい。
X8は、炭素数1〜20の直鎖状アルキル基を表す。
X8としては、炭素数1〜12の直鎖状アルキル基、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、又はn−ドデシル基、が好ましく、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、又はn−ヘプチル基がより好ましい。
X8としての炭素数1〜20の直鎖状アルキル基において、炭素数1〜20の直鎖状アルキル基は、本発明における疎水性側鎖構造としての機能を有する。X 7 represents a divalent organic group having a single bond or an alicyclic skeleton having 4 to 40 carbon atoms.
X 7 includes a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a cyclooctyl group, an adamantyl group, a spiro [5.5] undecyl group, a bicyclo [2.2.2] octyl group, and a bicyclo [2 2.1] A heptyl group, a phenyl group, a naphthyl group, and an anthracenyl group are preferable, and a cyclohexyl group or a phenyl group is more preferable.
X 8 represents a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
X 8 is a linear alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, An n-octyl group, an n-nonyl group, an n-decyl group, an n-undecyl group, or an n-dodecyl group is preferable, and an n-propyl group, an n-butyl group, an n-pentyl group, an n-hexyl group, or An n-heptyl group is more preferable.
In the linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms as X 8 , the linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms has a function as a hydrophobic side chain structure in the present invention.
上記の構造を有する本発明のジアミン化合物としては、好ましくは、下記式(DIA)で表されるジアミン化合物を挙げることができる。
式(DIA)中、X1は、上記式(HE−3)における定義と同義であり、好ましい例についても同様である。Preferred examples of the diamine compound of the present invention having the above structure include a diamine compound represented by the following formula (DIA).
In the formula (DIA), X 1 has the same definition as in the above formula (HE-3), and the same applies to the preferred examples.
X2は、上記式(HE−3)における定義と同義であり、好ましい例についても同様である。
X6は、上記式(HE−3)における定義と同義であり、好ましい例についても同様である。
X7は、上記式(HE−3)における定義と同義であり、好ましい例についても同様である。
X8は、上記式(HE−3)における定義と同義であり、好ましい例についても同様である。X 2 has the same definition as in the above formula (HE-3), and the same applies to the preferred examples.
X 6 has the same definition as in the above formula (HE-3), and the same applies to the preferred examples.
X 7 has the same definition as in the above formula (HE-3), and the same applies to the preferred examples.
X 8 has the same definition as in the above formula (HE-3), and the same applies to the preferred examples.
X9は、単結合、メチレン基又は炭素数2〜6のアルキレン基を表す。ただし、このアルキレン基は水酸基によって置換されていてもよい。
X9としては、単結合、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、又はn−ブチレン基が好ましく、単結合又はエチレン基がより好ましい。
X10は、単結合、酸素原子、*−OCO−、*−OCH2−、*−COO−、*−NHCO−、又は*−CONH−(ただし、「*」を付した結合手がX9と結合する。)を表す。ただし、X9が単結合であるときX10は単結合である。
X10としては、単結合、酸素原子、*−OCO−、*−OCH2−、又は*−COO−が好ましく、−OCH2−又は酸素原子がより好ましい。X 9 represents a single bond, a methylene group or an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms. However, this alkylene group may be substituted with a hydroxyl group.
X 9 is preferably a single bond, a methylene group, an ethylene group, an n-propylene group, or an n-butylene group, and more preferably a single bond or an ethylene group.
X 10 represents a single bond, an oxygen atom, * —OCO—, * —OCH 2 —, * —COO—, * —NHCO—, or * —CONH— (where the bond marked with “*” is X 9 It is combined with.) However, when X 9 is a single bond, X 10 is a single bond.
X 10 is preferably a single bond, an oxygen atom, * —OCO—, * —OCH 2 —, or * —COO—, more preferably —OCH 2 — or an oxygen atom.
式(DIA)で表されるジアミン化合物の例としては、下記式(DIA−1)〜(DIA−7)で表されるジアミン化合物を挙げることができる。
尚、本発明においては、β−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物以外にも、好ましいジアミン化合物として、例えば、下記式(HK−1)で表されるような、β−ヒドロキシケトン構造を有するジアミン化合物を例示することができる。このβ−ヒドロキシケトン構造を有するジアミン化合物は、本発明のポリイミド前駆体およりポリイミド等の重合体の合成に用いることができる。
このジアミン化合物自体は光反応性を有しないが、該ジアミン化合物を用いて合成された重合体から形成される硬化膜は、加熱等によって光反応性の二重結合構造を分子内に導入することができ、光反応性を有する。したがって、光配向処理に好適な構造の、ポリイミドからなる液晶配向膜の提供に好適に用いることができる。特に、VA方式の液晶表示素子の形成に好適な、垂直配向型の光配向性の液晶配向膜の提供に用いることができる。In the present invention, in addition to the diamine compound having a β-hydroxyester structure, as a preferred diamine compound, for example, a diamine compound having a β-hydroxyketone structure as represented by the following formula (HK-1) Can be illustrated. The diamine compound having this β-hydroxyketone structure can be used for the synthesis of a polymer such as the polyimide precursor and the polyimide of the present invention.
Although this diamine compound itself does not have photoreactivity, a cured film formed from a polymer synthesized using the diamine compound introduces a photoreactive double bond structure into the molecule by heating or the like. And has photoreactivity. Therefore, it can be suitably used for providing a liquid crystal alignment film made of polyimide having a structure suitable for optical alignment treatment. In particular, it can be used to provide a vertical alignment type photo-alignment liquid crystal alignment film suitable for forming a VA liquid crystal display element.
本発明のジアミン化合物におけるβ−ヒドロキシエステル構造の形成方法は、特に限定されない。例えば、Reformatsky反応により、対応するα−ハロエステル類から亜鉛エノラートを調製し、アルデヒドと反応させることで形成することができる。
また、α−ハロエステル類とアルデヒドを金属アルコキシド存在下で反応させ、エポキシド体を合成するDarzens縮合を行った後、加水分解によりβ-ヒドロキシエステルに誘導する方法等が挙げられる。The formation method of (beta) -hydroxyester structure in the diamine compound of this invention is not specifically limited. For example, it can be formed by preparing zinc enolate from the corresponding α-haloester by a Reformatsky reaction and reacting with an aldehyde.
In addition, a method of reacting an α-haloester with an aldehyde in the presence of a metal alkoxide, performing Darzens condensation for synthesizing an epoxide, and then deriving the β-hydroxyester by hydrolysis is exemplified.
また、別の方法としては、β−ヒドロキシエステルの前駆体となるβ−ケトエステルから、水素化ホウ素ナトリウムや、水素化シアノホウ素ナトリウム等を用いて、エステル存在下でケトン部分のみを選択的に還元しても、β-ヒドロキシエステルを合成することができる。また、ケトン部分をRu等の金属触媒下で還元することにより、目的のβ-ヒドロキシエステルを得る方法が知られている。 Another method is to selectively reduce only the ketone moiety in the presence of an ester from β-ketoester, which is a precursor of β-hydroxy ester, using sodium borohydride, sodium cyanoborohydride, or the like. Even so, β-hydroxyesters can be synthesized. Also known is a method of obtaining the target β-hydroxy ester by reducing the ketone moiety under a metal catalyst such as Ru.
β-ヒドロキシエステル類の前駆体となるβ-ケトエステル類の合成法としては、一方のエステルに酸性のα水素が無い場合において、交差Claisen縮合により目的とするβ−ケトエステル、又はβ−ヒドロキシエステルを合成する方法、ケトンエノラートにシアノギ酸アルキル(Mander反応剤)を反応させる方法、カルボニルジイミダゾールとカルボン酸から酸イミダゾリドを生成し、マロン酸モノアルキルマグネシウムと反応させる方法等が挙げられる。 As a method for synthesizing β-ketoesters, which are precursors of β-hydroxyesters, the target β-ketoester or β-hydroxyester is obtained by cross-Claisen condensation when there is no acidic αhydrogen in one ester. Examples thereof include a synthesis method, a method in which an alkyl cyanoformate (Mander reagent) is reacted with a ketone enolate, a method in which an acid imidazolide is produced from carbonyldiimidazole and a carboxylic acid, and a monoalkylmagnesium malonate is reacted.
本発明においては、好ましいβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物の合成方法は、以下のとおりである。
まず、目的とする骨格を有するカルボン酸クロリドから、メルドラム酸を塩基触媒存在下で反応させ、メルドラム酸誘導体を合成する。次いで、そのメルドラム酸誘導体を、後にアミノ基に還元されるニトロ基を備えた、該当する構造のアルコールと反応させることで、目的とするβ−ケトエステル体を合成する。その後、分子内のニトロ基を水素添加によって還元し、水素化ホウ素ナトリウムでケトンを還元することにより、β-ヒドロキシエステル構造を形成し、新規構造を有するジアミン化合物を合成することができる。In the present invention, a method for synthesizing a diamine compound having a preferable β-hydroxyester structure is as follows.
First, Meldrum's acid derivative is synthesized from carboxylic acid chloride having a target skeleton by reacting Meldrum's acid in the presence of a base catalyst. Next, the Meldrum's acid derivative is reacted with an alcohol having a corresponding structure having a nitro group that is subsequently reduced to an amino group, thereby synthesizing a target β-ketoester. Thereafter, by reducing the nitro group in the molecule by hydrogenation and reducing the ketone with sodium borohydride, a β-hydroxyester structure can be formed, and a diamine compound having a novel structure can be synthesized.
特に、上記のようなジアミン化合物を合成する場合においては、分子内に、後にアミノ基に還元されるニトロ基のような電子吸引基を有する芳香環と、さらにベンジル構造を有する場合がある。その場合、ベンジル位の酸性度が高くなり、強塩基存在下ではしばしば副反応が生じ、望んだ合成反応がうまく進行しないことがある。β−ヒドロキシエステルや、β−ケトエステルを合成する際に一般的に行われるClaisen縮合等は、強塩基触媒存在下で反応が行われることが多いため、α水素のプロトン引き抜きの際に、先に述べたようにベンジル位のプロトンが引き抜かれ、望まない副反応が生じたり、反応が進行しないことがある。 In particular, in the case of synthesizing the diamine compound as described above, the molecule may have an aromatic ring having an electron withdrawing group such as a nitro group that is subsequently reduced to an amino group, and a benzyl structure. In this case, the acidity at the benzyl position becomes high, and side reactions often occur in the presence of a strong base, and the desired synthesis reaction may not proceed well. Claisen condensation or the like generally performed when synthesizing β-hydroxyesters or β-ketoesters is often performed in the presence of a strong base catalyst. As described above, the proton at the benzyl position may be withdrawn, causing an undesirable side reaction or preventing the reaction from proceeding.
本発明のβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物の合成方法においては、強塩基の使用を回避した製造法を選択するのが望まれる。例えば、原料としてジニトロベンジルアルコールを使用した場合でも、その副反応を抑えることで、目的とする化合物の合成を高効率で達成することができる。
上記式(DIA)で表されるジアミン化合物の製造方法の主要な工程は、以下の通りである。In the method for synthesizing a diamine compound having a β-hydroxyester structure of the present invention, it is desirable to select a production method that avoids the use of a strong base. For example, even when dinitrobenzyl alcohol is used as a raw material, the synthesis of the target compound can be achieved with high efficiency by suppressing the side reaction.
The main steps of the method for producing a diamine compound represented by the above formula (DIA) are as follows.
下記式(C−1)で表される化合物とメルドラム酸との反応により、下記式(C−2)で表される化合物を得る工程と、
式(C−2)で表される化合物と下記式(C−3)との反応により、下記式(C−4)で表される化合物を得る工程と、
式(C−4)で表される化合物のニトロ基を還元し、さらにβ−ケトエステル構造のケトン構造部分を還元する工程と
を含むものである。A step of obtaining a compound represented by the following formula (C-2) by a reaction between the compound represented by the following formula (C-1) and Meldrum's acid;
A step of obtaining a compound represented by the following formula (C-4) by a reaction between the compound represented by the formula (C-2) and the following formula (C-3);
Reducing the nitro group of the compound represented by formula (C-4), and further reducing the ketone structure portion of the β-ketoester structure.
式(DIA)、式(C−1)、式(C−2)、式(C−3)、及び式(C−4)中のX1、X2、X6、X7、X8、X9、及びX10は、上記式(HE−3)及び式(DIA)における定義と同義であり、好ましい例についても同様である。
ただし、X9が単結合であるときX10は単結合である。X 1 , X 2 , X 6 , X 7 , X 8 , in formula (DIA), formula (C-1), formula (C-2), formula (C-3), and formula (C-4), X 9 and X 10 are synonymous with the definitions in the above formula (HE-3) and formula (DIA), and the same applies to preferred examples.
However, when X 9 is a single bond, X 10 is a single bond.
<その他のジアミン化合物>
テトラカルボン酸誘導体と反応させ、本発明の液晶配向剤の含有可能な成分であるポリイミド前駆体及びポリイミドを合成するためのジアミンとしては、上記式(DA)又は式(DIA)で表されるジアミン化合物を単独で用いてもよい。また、上記式(DA)又は式(DIA)で表される化合物と、下記式(AM)で表されるその他のジアミン化合物とを組み合わせて用いてもよい。<Other diamine compounds>
As a diamine for reacting with a tetracarboxylic acid derivative to synthesize a polyimide precursor and a polyimide that can be contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention, a diamine represented by the above formula (DA) or formula (DIA) A compound may be used alone. Moreover, you may use combining the compound represented by the said formula (DA) or a formula (DIA), and the other diamine compound represented by a following formula (AM).
より具体的には、上記式(AM)において、R1〜R2は、それぞれ独立して、水素原子、又は置換基を有してもよい炭素数1〜10のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基である。
More specifically, in the above formula (AM), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or an optionally substituted alkyl group, alkenyl group, alkynyl group having 1 to 10 carbon atoms. It is a group.
置換基を有してもよい炭素数1〜10のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ビシクロヘキシル基等が挙げられる。
置換基を有してもよい炭素数1〜10のアルケニル基としては、上記のアルキル基に存在する1つ以上のCH2−CH2構造を、CH=CH構造に置き換えたものが挙げられる。より具体的には、ビニル基、アリル基、1−プロペニル基、イソプロペニル基、2−ブテニル基、1,3−ブタジエニル基、2−ペンテニル基、2−ヘキセニル基、シクロプロペニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられる。 Specific examples of the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms that may have a substituent include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a t-butyl group, a hexyl group, an octyl group, a decyl group, and a cyclopentyl group. , A cyclohexyl group, a bicyclohexyl group, and the like.
Examples of the alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms which may have a substituent include those in which one or more CH 2 —CH 2 structures present in the above alkyl group are replaced with a CH═CH structure. More specifically, vinyl group, allyl group, 1-propenyl group, isopropenyl group, 2-butenyl group, 1,3-butadienyl group, 2-pentenyl group, 2-hexenyl group, cyclopropenyl group, cyclopentenyl group And cyclohexenyl group.
置換基を有してもよい炭素数1〜10のアルキニル基としては、前記のアルキル基に存在する1つ以上のCH2−CH2構造をC≡C構造に置き換えたものが挙げられる。より具体的には、エチニル基、1−プロピニル基、2−プロピニル基等が挙げられる。
上記のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基は、全体として炭素数が1〜10であれば置換基を有していてもよく、さらには置換基によって環構造を形成してもよい。尚、置換基によって環構造を形成するとは、置換基同士又は置換基と母骨格の一部とが結合して環構造となることを意味する。Examples of the alkynyl group having 1 to 10 carbon atoms which may have a substituent include those obtained by replacing one or more CH 2 —CH 2 structures present in the alkyl group with a C≡C structure. More specifically, an ethynyl group, 1-propynyl group, 2-propynyl group and the like can be mentioned.
The above alkyl group, alkenyl group, and alkynyl group may have a substituent as long as it has 1 to 10 carbon atoms as a whole, and may further form a ring structure with the substituent. The formation of a ring structure by a substituent means that the substituents or a substituent and a part of the mother skeleton are bonded to form a ring structure.
置換基の例としては、ハロゲン基、水酸基、チオール基、ニトロ基、アリール基、オルガノオキシ基、オルガノチオ基、オルガノシリル基、アシル基、エステル基、チオエステル基、リン酸エステル基、アミド基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基を挙げることができる。 Examples of substituents include halogen groups, hydroxyl groups, thiol groups, nitro groups, aryl groups, organooxy groups, organothio groups, organosilyl groups, acyl groups, ester groups, thioester groups, phosphate ester groups, amide groups, alkyls. A group, an alkenyl group and an alkynyl group.
置換基であるハロゲン基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
置換基であるアリール基としては、フェニル基が挙げられる。このアリール基には前述した他の置換基がさらに置換していてもよい。Examples of the halogen group as a substituent include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
A phenyl group is mentioned as an aryl group which is a substituent. This aryl group may be further substituted with the other substituent described above.
置換基であるオルガノオキシ基としては、O−Rで表される構造を示すことができる。Rは同一でも異なってもよく、前述したアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基などを例示することができる。これらのRには、前述した置換基がさらに置換していてもよい。オルガノオキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基等が挙げられる。 The organooxy group which is a substituent can have a structure represented by OR. R may be the same or different, and examples thereof include the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, and aryl group described above. These Rs may be further substituted with the substituent described above. Specific examples of the organooxy group include methoxy group, ethoxy group, propyloxy group, butoxy group, pentyloxy group, hexyloxy group, heptyloxy group, octyloxy group and the like.
置換基であるオルガノチオ基としては、−S−Rで表される構造を示すことができる。Rとしては、前述したアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基等を例示することができる。これらのRには、前述した置換基がさらに置換していてもよい。オルガノチオ基の具体例としては、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基等が挙げられる。 As the organothio group which is a substituent, the structure represented by -S-R can be shown. Examples of R include the aforementioned alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group and the like. These Rs may be further substituted with the substituent described above. Specific examples of the organothio group include a methylthio group, an ethylthio group, a propylthio group, a butylthio group, a pentylthio group, a hexylthio group, a heptylthio group, and an octylthio group.
置換基であるオルガノシリル基としては、−Si−(R)3で表される構造を示すことができる。Rは同一でも異なってもよく、前述したアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基等を例示することができる。これらのRには、前述した置換基がさらに置換していてもよい。オルガノシリル基の具体例としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピルシリル基、トリブチルシリル基、トリペンチルシリル基、トリヘキシルシリル基、ペンチルジメチルシリル基、ヘキシルジメチルシリル基等が挙げられる。As the organosilyl group which is a substituent, a structure represented by -Si- (R) 3 can be shown. R may be the same or different, and examples thereof include the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, and aryl group described above. These Rs may be further substituted with the substituent described above. Specific examples of the organosilyl group include a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group, a tripropylsilyl group, a tributylsilyl group, a tripentylsilyl group, a trihexylsilyl group, a pentyldimethylsilyl group, and a hexyldimethylsilyl group.
置換基であるアシル基としては、−C(O)−Rで表される構造を示すことができる。Rとしては、前述したアルキル基、アルケニル基、アリール基等を例示することができる。これらのRには、前述した置換基がさらに置換していてもよい。アシル基の具体例としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ベンゾイル基等が挙げられる。 As an acyl group which is a substituent, the structure represented by -C (O) -R can be shown. Examples of R include the alkyl groups, alkenyl groups, and aryl groups described above. These Rs may be further substituted with the substituent described above. Specific examples of the acyl group include formyl group, acetyl group, propionyl group, butyryl group, isobutyryl group, valeryl group, isovaleryl group, benzoyl group and the like.
置換基であるエステル基としては、−C(O)O−R、又はOC(O)−Rで表される構造を示すことができる。Rとしては、前述したアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基等を例示することができる。これらのRには、前述した置換基がさらに置換していてもよい。
置換基であるチオエステル基としては、−C(S)O−R、又はOC(S)−Rで表される構造を示すことができる。Rとしては、前述したアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基などを例示することができる。これらのRには、前述した置換基がさらに置換していてもよい。As an ester group which is a substituent, the structure represented by -C (O) O-R or OC (O) -R can be shown. Examples of R include the aforementioned alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group and the like. These Rs may be further substituted with the substituent described above.
As a thioester group which is a substituent, the structure represented by -C (S) O-R or OC (S) -R can be shown. Examples of R include the aforementioned alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group and the like. These Rs may be further substituted with the substituent described above.
置換基であるリン酸エステル基としては、−OP(O)−(OR)2で表される構造を示すことができる。Rは同一でも異なってもよく、前述したアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基等を例示することができる。これらのRには、前述した置換基がさらに置換していてもよい。
置換基であるアミド基としては、−C(O)NH2、又は、−C(O)NHR、−NHC(O)R、−C(O)N(R)2、−NRC(O)Rで表される構造を示すことができる。Rは同一でも異なってもよく、前述したアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基などを例示することができる。これらのRには、前述した置換基がさらに置換していてもよい。As a phosphate group which is a substituent, the structure represented by -OP (O)-(OR) 2 can be shown. R may be the same or different, and examples thereof include the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, and aryl group described above. These Rs may be further substituted with the substituent described above.
As the amide group as a substituent, —C (O) NH 2 , or —C (O) NHR, —NHC (O) R, —C (O) N (R) 2 , —NRC (O) R The structure represented by can be shown. R may be the same or different, and examples thereof include the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, and aryl group described above. These Rs may be further substituted with the substituent described above.
置換基であるアリール基としては、前述したアリール基と同じものを挙げることができる。アリール基には、前述した他の置換基がさらに置換していてもよい。
置換基であるアルキル基としては、前述したアルキル基と同じものを挙げることができる。アルキル基には、前述した他の置換基がさらに置換していてもよい。
置換基であるアルケニル基としては、前述したアルケニル基と同じものを挙げることができる。アルケニル基には、前述した他の置換基がさらに置換していてもよい。
置換基であるアルキニル基としては、前述したアルキニル基と同じものを挙げることができる。アルキニル基には、前述した他の置換基がさらに置換していてもよい。Examples of the aryl group as a substituent include the same aryl groups as described above. The aryl group may be further substituted with the other substituent described above.
Examples of the alkyl group as a substituent include the same alkyl groups as described above. The alkyl group may be further substituted with the other substituent described above.
Examples of the alkenyl group as a substituent include the same alkenyl groups as described above. The alkenyl group may be further substituted with the other substituent described above.
Examples of the alkynyl group that is a substituent include the same alkynyl groups as described above. The alkynyl group may be further substituted with the other substituent described above.
一般に、嵩高い構造を導入すると、アミノ基の反応性や液晶配向性を低下させる可能性があるため、R1及びR2としては、水素原子、又は置換基を有してもよい炭素数1〜5のアルキル基がより好ましく、水素原子、メチル基又はエチル基が特に好ましい。In general, when a bulky structure is introduced, there is a possibility that the reactivity of the amino group and the liquid crystal orientation may be lowered. Therefore, as R 1 and R 2 , a hydrogen atom or a carbon atom that may have a substituent is 1 The alkyl group of ˜5 is more preferable, and a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group is particularly preferable.
上記式(AM)において、Y1の具体的な構造の例を示すならば、以下に示すY−1〜Y−106が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
<テトラカルボン酸誘導体>
上述したジアミン化合物との反応に用いられ、本発明の液晶配向剤に含有可能なポリイミド前駆体又はポリイミドを合成するテトラカルボン酸誘導体は、特に限定されない。
テトラカルボン酸誘導体としては、例えば、テトラカルボン酸二無水物(下記式(CB1)で表わされる。)、テトラカルボン酸一無水物(下記式(CB2)で表わされる。)、テトラカルボン酸(下記式(CB3)で表わされる。)、ジカルボン酸ジアルキルエステル(下記式(CB4)で表わされる。)、ジカルボン酸クロライドジアルキルエステル(下記式(CB5)で表わされる。)等を挙げることができる。テトラカルボン酸誘導体としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。<Tetracarboxylic acid derivative>
The tetracarboxylic acid derivative used for the reaction with the diamine compound described above and for synthesizing the polyimide precursor or polyimide that can be contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention is not particularly limited.
Examples of the tetracarboxylic acid derivative include tetracarboxylic dianhydride (represented by the following formula (CB1)), tetracarboxylic monoanhydride (represented by the following formula (CB2)), and tetracarboxylic acid (represented by the following formula (CB1)). And a dicarboxylic acid dialkyl ester (represented by the following formula (CB4)), a dicarboxylic acid chloride dialkyl ester (represented by the following formula (CB5)), and the like. As the tetracarboxylic acid derivative, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
上記式(CB4)及び(CB5)中、R3は炭素数1〜5、好ましくは炭素数1〜2のアルキル基を表す。
上記式(CB1)〜(CB5)中、Z1の具体例としては、以下の式(Z−1)〜式(Z−46)を挙げることができる。In the above formulas (CB4) and (CB5), R 3 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, preferably 1 to 2 carbon atoms.
In the above formulas (CB1) to (CB5), specific examples of Z 1 include the following formulas (Z-1) to (Z-46).
<ポリイミド前駆体>
本発明の液晶配向剤に含有するポリイミド前駆体は、β−ヒドロキシエステル構造を有する上記式(DA)、上記式(DIA)等のジアミン化合物を必須の成分として含むジアミン成分を用いて合成されたものである。
ポリイミド前駆体としては、例えば、ポリアミック酸及びポリアミック酸エステルであり、下記式(PA)で表される構造単位を有する。<Polyimide precursor>
The polyimide precursor contained in the liquid crystal aligning agent of this invention was synthesize | combined using the diamine component which contains diamine compounds, such as said Formula (DA) which has a beta-hydroxyester structure, and said Formula (DIA) as an essential component. Is.
Examples of the polyimide precursor include polyamic acid and polyamic acid ester, and have a structural unit represented by the following formula (PA).
上記式(PA)において、Zは、上述したテトラカルボン酸誘導体の例である、テトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸一無水物、テトラカルボン酸、ジカルボン酸ジアルキルエステル、及びジカルボン酸クロライドジアルキルエステルの中のZ1基に由来する基である。
また、RCは、水素原子、又は上述したテトラカルボン酸誘導体若しくは後述するエステル化剤に由来する1価の有機基であり、好ましくは、炭素数1〜5、より好ましくは炭素数1〜2のアルキル基を表す。
式(PA)中、Yは、上述したβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物の対応する基及び上記式(AM)で表されるその他のジアミン化合物のY1基に由来する基である。A1及びA2は水素原子、又は、上記式(AM)で表されるその他のジアミン化合物のR1基及びR2基に由来する1価の有機基を表す。In the above formula (PA), Z is an example of the above-described tetracarboxylic acid derivative, tetracarboxylic dianhydride, tetracarboxylic monoanhydride, tetracarboxylic acid, dicarboxylic acid dialkyl ester, and dicarboxylic acid chloride dialkyl ester. It is a group derived from the Z 1 group.
R C is a hydrogen atom or a monovalent organic group derived from the above-described tetracarboxylic acid derivative or esterifying agent described later, preferably having 1 to 5 carbon atoms, more preferably 1 to 2 carbon atoms. Represents an alkyl group.
Wherein (PA), Y is a group derived from Y 1 groups corresponding other diamine compound represented by the group and the formula (AM) of the diamine compound having the above-described β- hydroxy ester structure. A 1 and A 2 represent a hydrogen atom or a monovalent organic group derived from the R 1 group and the R 2 group of the other diamine compound represented by the above formula (AM).
本発明のポリイミド前駆体であるポリアミック酸は、例えば、上記式(DA)、上記式(DIA)等のジアミン化合物のβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物を必須の成分として含むジアミン成分(以下、単にジアミン成分と言う。)と、テトラカルボン酸誘導体であるテトラカルボン酸二無水物との反応により得られる。
本発明の液晶配向剤に含有されるポリアミック酸を得る、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物との反応方法としては、公知の方法を利用することができる。その反応方法は、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物とを、有機溶媒中で反応させる方法である。ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物との反応は、有機溶媒中で比較的容易に進行し、かつ副生成物が発生しない点で有利である。The polyamic acid which is a polyimide precursor of the present invention includes, for example, a diamine component (hereinafter, referred to as a diamine compound having a β-hydroxy ester structure of a diamine compound such as the above formula (DA) or the above formula (DIA) as an essential component. It is simply referred to as a diamine component.) And a tetracarboxylic dianhydride that is a tetracarboxylic acid derivative.
As a reaction method of the diamine component and tetracarboxylic dianhydride for obtaining the polyamic acid contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention, a known method can be used. The reaction method is a method in which a diamine component and tetracarboxylic dianhydride are reacted in an organic solvent. The reaction between the diamine component and tetracarboxylic dianhydride is advantageous in that it proceeds relatively easily in an organic solvent and no by-products are generated.
有機溶媒としては、生成したポリアミック酸が溶解するものであれば特に限定されない。その具体例を以下に挙げる。
N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−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、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、ジペンテン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール−tert−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3−メチル−3−メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、n−へキサン、n−ペンタン、n−オクタン、ジエチルエーテル、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、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、ジグライム、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−エトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド等。The organic solvent is not particularly limited as long as the generated polyamic acid dissolves. Specific examples are given below.
N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, dimethyl sulfoxide, tetramethyl urea, pyridine, dimethyl sulfone, hexamethyl sulfoxide , Γ-butyrolactone, isopropyl alcohol, methoxymethylpentanol, dipentene, ethyl amyl ketone, methyl nonyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl isoamyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, butyl Carbitol, ethyl carbitol, ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethyl Glycol monobutyl ether, propylene glycol, propylene glycol monoacetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol-tert-butyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol, diethylene glycol monoacetate, diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol monoacetate monomethyl ether, dipropylene glycol Monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monoacetate monoethyl ether, dipropylene glycol monopropyl ether, dipropylene glycol monoacetate monopropyl ether, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, tripropylene Glycol methyl ether, 3-methyl-3-methoxybutanol, diisopropyl ether, ethyl isobutyl ether, diisobutylene, amyl acetate, butyl butyrate, butyl ether, diisobutyl ketone, methylcyclohexene, propyl ether, dihexyl ether, dioxane, n- Hexane, n-pentane, n-octane, diethyl ether, cyclohexanone, ethylene carbonate, propylene carbonate, methyl lactate, ethyl lactate, methyl acetate, ethyl acetate, n-butyl acetate, propylene glycol monoethyl ether, methyl pyruvate, Ethyl pyruvate, methyl 3-methoxypropionate, methyl ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, 3-ethoxypropion , 3-methoxypropionic acid, propyl 3-methoxypropionate, butyl 3-methoxypropionate, diglyme, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, 3-methoxy-N, N-dimethylpropanamide, 3-ethoxy -N, N-dimethylpropanamide, 3-butoxy-N, N-dimethylpropanamide and the like.
上記有機溶媒は、単独で使用しても、混合して使用してもよい。さらに、ポリアミック酸を溶解させない溶媒であっても、生成したポリアミック酸が析出しない範囲で、上記有機溶媒に混合して使用してもよい。
また、有機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アミック酸を加水分解させる原因となるので、有機溶媒はなるべく脱水乾燥させたものを用いることが好ましい。The above organic solvents may be used alone or in combination. Furthermore, even if the solvent does not dissolve the polyamic acid, it may be used by mixing with the organic solvent as long as the generated polyamic acid does not precipitate.
In addition, since water in the organic solvent inhibits the polymerization reaction and further causes hydrolysis of the generated polyamic acid, it is preferable to use a dehydrated and dried organic solvent as much as possible.
ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物とを有機溶媒中で反応させる際には、ジアミン成分を有機溶媒に分散あるいは溶解させた溶液を攪拌させ、テトラカルボン酸二無水物をそのまま、又は有機溶媒に分散あるいは溶解させて添加する方法、逆にテトラカルボン酸二無水物を有機溶媒に分散あるいは溶解させた溶液にジアミン成分を添加する方法、テトラカルボン酸二無水物とジアミン成分とを交互に添加する方法等が挙げられ、これらのいずれの方法を用いても良い。また、ジアミン成分又はテトラカルボン酸二無水物が複数種の化合物からなる場合は、あらかじめ混合した状態で反応させても良く、個別に順次反応させても良く、さらに個別に反応させた低分子量体を混合反応させ高分子量体としても良い。 When the diamine component and tetracarboxylic dianhydride are reacted in an organic solvent, the solution in which the diamine component is dispersed or dissolved in the organic solvent is stirred, and the tetracarboxylic dianhydride is used as it is or in an organic solvent. A method of adding by dispersing or dissolving, a method of adding a diamine component to a solution in which tetracarboxylic dianhydride is dispersed or dissolved in an organic solvent, and alternately adding a tetracarboxylic dianhydride and a diamine component. Any of these methods may be used. Further, when the diamine component or tetracarboxylic dianhydride is composed of a plurality of types of compounds, they may be reacted in a premixed state, may be individually reacted sequentially, or may be further reacted individually. May be mixed and reacted to form a high molecular weight product.
反応(重合反応)温度は−20〜150℃の任意の温度を選択することができるが、好ましくは−5〜100℃である。また、反応は任意の濃度で行うことができるが、濃度が低すぎると高分子量の重合体を得ることが難しくなり、濃度が高すぎると反応液の粘性が高くなり過ぎて均一な攪拌が困難となる。したがって、反応濃度としては、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物の反応溶液中での合計濃度が、好ましくは1〜50質量%、より好ましくは5〜30質量%である。反応初期は高濃度で行い、その後、有機溶媒を追加することができる。 Although the reaction (polymerization reaction) temperature can select arbitrary temperature of -20-150 degreeC, Preferably it is -5-100 degreeC. The reaction can be carried out at any concentration, but if the concentration is too low, it is difficult to obtain a high molecular weight polymer, and if the concentration is too high, the viscosity of the reaction solution becomes too high and uniform stirring is difficult. It becomes. Therefore, as the reaction concentration, the total concentration of the diamine component and the tetracarboxylic dianhydride in the reaction solution is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 5 to 30% by mass. The initial stage of the reaction is carried out at a high concentration, and then an organic solvent can be added.
反応(重合反応)においては、テトラカルボン酸二無水物の合計モル数と、ジアミン成分の合計モル数の比は0.8〜1.2であることが好ましい。通常の重縮合反応と同様に、このモル比が1.0に近いほど、生成するポリアミック酸の分子量は大きくなる。 In the reaction (polymerization reaction), the ratio of the total number of moles of tetracarboxylic dianhydride and the total number of moles of the diamine component is preferably 0.8 to 1.2. Similar to a normal polycondensation reaction, the closer the molar ratio is to 1.0, the greater the molecular weight of the polyamic acid produced.
<ポリアミック酸エステル>
本発明の液晶配向剤に含有可能なポリイミド前駆体としては、上述したように、ポリアミック酸及びポリアミック酸エステル等である。ポリイミド前駆体であるポリアミック酸エステルは、例えば、上記式(DA)、上記式(DIA)等のジアミン化合物のβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物を必須の成分として含むジアミン成分とテトラカルボン酸誘導体を用いて、以下に示す(1)〜(3)の方法で合成することができる。<Polyamic acid ester>
Examples of the polyimide precursor that can be contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention include polyamic acid and polyamic acid ester as described above. The polyamic acid ester which is a polyimide precursor includes, for example, a diamine component and a tetracarboxylic acid derivative containing a diamine compound having a β-hydroxy ester structure of a diamine compound such as the above formula (DA) or the above formula (DIA) as an essential component. Can be synthesized by the following methods (1) to (3).
(1)ポリアミック酸から合成する方法
ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物から得られるポリアミック酸をエステル化することによって合成することができる。
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分間〜24時間、好ましくは1〜4時間反応させることによって合成することができる。(1) Method of synthesizing from polyamic acid The polyamic acid obtained from a diamine component and tetracarboxylic dianhydride can be synthesized by esterification.
Specifically, it is synthesized by reacting a polyamic acid and an esterifying agent in the presence of an organic solvent at -20 to 150 ° C, preferably 0 to 50 ° C, for 30 minutes to 24 hours, preferably 1 to 4 hours. can do.
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−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、2〜10モル当量が好ましく、2〜6モル当量がより好ましい。As the esterifying agent, those that can be easily removed by purification are preferred, 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 10 molar equivalents and more preferably 2 to 6 molar equivalents per 1 mol of the polyamic acid repeating unit.
反応に用いる有機溶媒は、ポリマーの溶解性の観点からは、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。
反応時のポリアミック酸の濃度は、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観点から、1〜30質量%が好ましく、5〜20質量%がより好ましい。The organic solvent used in the reaction is preferably N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, or γ-butyrolactone from the viewpoint of polymer solubility. These may be used alone or in combination. May be.
The concentration of the polyamic acid during the reaction is preferably 1 to 30% by mass, and more preferably 5 to 20% by mass from the viewpoint that polymer precipitation is unlikely to occur and a high molecular weight body is easily obtained.
(2)テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミン成分との反応により合成する方法
テトラカルボン酸ジエステルジクロリドと、上述のジアミン成分との反応により合成することができる。
具体的には、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミン成分とを、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分間〜24時間、好ましくは1〜4時間反応させることによって合成することができる。
塩基としては、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観点から、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドに対して、2〜10モル倍であることが好ましく、2〜4モル倍がより好ましい。(2) Method of synthesizing by reaction of tetracarboxylic acid diester dichloride and diamine component It can be synthesized by reaction of tetracarboxylic acid diester dichloride and the above-mentioned diamine component.
Specifically, the tetracarboxylic acid diester dichloride and the diamine component are -20 to 150 ° C., preferably 0 to 50 ° C. in the presence of a base and an organic solvent, for 30 minutes to 24 hours, preferably 1 to 4 hours. It can synthesize | combine by making it react for time.
As the base, pyridine, triethylamine, 4-dimethylaminopyridine and the like can be used, but pyridine is preferable because the reaction proceeds gently.
The addition amount of the base is preferably 2 to 10 times, more preferably 2 to 4 times the amount of tetracarboxylic acid diester dichloride, from the viewpoint of easy removal and high molecular weight. More preferred.
有機溶媒としては、モノマー及びポリマーの溶解性の観点からは、N−メチル−2−ピロリドン、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。
反応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観点から、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合成に用いる溶媒は、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。The organic solvent is preferably N-methyl-2-pyrrolidone or γ-butyrolactone from the viewpoint of solubility of the monomer and polymer, and these may be used alone or in combination of two or more.
The polymer concentration during the reaction is preferably 1 to 30% by mass and more preferably 5 to 20% by mass from the viewpoint that polymer precipitation is difficult to occur and a high molecular weight body is easily obtained.
In order to prevent hydrolysis of the tetracarboxylic acid diester dichloride, the solvent used for the synthesis of the polyamic acid ester is preferably dehydrated as much as possible, and it is preferable to prevent mixing of outside air in a nitrogen atmosphere.
(3)テトラカルボン酸ジエステルとジアミン成分との反応により合成する方法
テトラカルボン酸ジエステルと上述のジアミン成分とを重縮合することにより合成することができる。
具体的には、テトラカルボン酸ジエステルと上述のジアミン成分とを、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分間〜24時間、好ましくは3〜15時間反応させることによって合成することができる。(3) Method of synthesizing by reaction of tetracarboxylic acid diester and diamine component It can be synthesized by polycondensation of tetracarboxylic acid diester and the above-mentioned diamine component.
Specifically, tetracarboxylic acid diester and the above-mentioned diamine component are added in the presence of a condensing agent, a base, and an organic solvent at 0 ° C. to 150 ° C., preferably at 0 to 100 ° C., for 30 minutes to 24 hours, Preferably, it can be synthesized by reacting for 3 to 15 hours.
縮合剤としては、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、2〜10モル倍であることが好ましく、2〜3モル倍がより好ましい。Examples of condensing agents include triphenyl phosphite, dicyclohexylcarbodiimide, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, N, N′-carbonyldiimidazole, dimethoxy-1,3,5-triazinyl. Methylmorpholinium, O- (benzotriazol-1-yl) -N, N, N ′, N′-tetramethyluronium tetrafluoroborate, O- (benzotriazol-1-yl) -N, N, N ′, N′-tetramethyluronium hexafluorophosphate, (2,3-dihydro-2-thioxo-3-benzoxazolyl) phosphonate diphenyl, and the like can be used.
It is preferable that the addition amount of a condensing agent is 2-10 times mole with respect to tetracarboxylic-acid diester, and 2-3 mole times is more preferable.
塩基としては、ピリジン、トリエチルアミン等の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観点から、ジアミン成分に対して2〜10モル倍が好ましく、2〜4モル倍がより好ましい。
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により、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、臭化リチウム等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0.1〜3.0モル倍が好ましく、0.1〜1.0モル倍がより好ましい。As the base, tertiary amines such as pyridine and triethylamine can be used. The addition amount of the base is preferably 2 to 10 mol times, more preferably 2 to 4 mol times with respect to the diamine component, from the viewpoint of easy removal and high molecular weight.
In the above reaction, the reaction proceeds efficiently by adding Lewis acid as an additive.
As the Lewis acid, lithium halides such as lithium chloride and lithium bromide are preferable. The addition amount of the Lewis acid is preferably 0.1 to 3.0 mol times, more preferably 0.1 to 1.0 mol times relative to the diamine component.
上述した3つのポリアミック酸エステルの合成方法の中でも、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(2)の合成方法が特に好ましい。
上述した方法で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。溶解、析出を数回行い、貧溶媒で洗浄した後、常温又は加熱乾燥して、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。
貧溶媒としては、特に限定されないが、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、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、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールが好ましい。Among the above-mentioned three polyamic acid ester synthesis methods, a high molecular weight polyamic acid ester is obtained, and therefore the synthesis method (1) or (2) is particularly preferable.
The solution of the polyamic acid ester obtained by the above-described method can precipitate a polymer by being poured into a poor solvent while being well stirred. After dissolving and precipitating several times and washing with a poor solvent, purified polyamic acid ester powder can be obtained by drying at room temperature or by heating.
Although it does not specifically limit as a poor solvent, Water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, hexane, butyl cellosolve, acetone, toluene etc. are mentioned, Methanol, ethanol, and isopropyl alcohol are preferable.
<ポリイミド>
本発明の液晶配向剤は、上述したポリイミド前駆体及びポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体を含有する。
ポリイミドとしては、上述したポリイミド前駆体としてのポリアミック酸を脱水閉環させて得られるポリイミドとすることができる。すなわち、上記式(DA)、上記式(DIA)等のジアミン化合物のβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物を必須の成分として含むジアミン成分を用いて合成されたポリイミド前駆体としてのポリアミック酸を脱水閉環させて得られる。得られたポリイミドは本発明の液晶配向膜を得るための重合体として有用であり、溶媒等に溶解されて液晶配向剤を構成し、その塗膜を硬化させることにより、ポリイミドからなる硬化膜を提供することができる。
尚、本発明の液晶配向剤が含有するポリイミドにおいては、アミド酸基の脱水閉環率(イミド化率)は、必ずしも100%である必要はなく、用途や目的に応じて任意に調整することができる。<Polyimide>
The liquid crystal aligning agent of this invention contains the at least 1 sort (s) of polymer chosen from the group which consists of the polyimide precursor mentioned above and a polyimide.
As a polyimide, it can be set as the polyimide obtained by carrying out dehydration ring closure of the polyamic acid as a polyimide precursor mentioned above. That is, polyamic acid as a polyimide precursor synthesized using a diamine component containing a diamine compound having a β-hydroxyester structure of a diamine compound such as the above formula (DA) or the above formula (DIA) as an essential component is dehydrated. Obtained by ring closure. The obtained polyimide is useful as a polymer for obtaining the liquid crystal alignment film of the present invention, and is dissolved in a solvent to constitute a liquid crystal aligning agent. By curing the coating film, a cured film made of polyimide is obtained. Can be provided.
In addition, in the polyimide which the liquid crystal aligning agent of this invention contains, the dehydration ring closure rate (imidation rate) of an amic acid group does not necessarily need to be 100%, It can adjust arbitrarily according to a use and the objective. it can.
<ポリイミドの製造方法>
ポリアミック酸をイミド化させる方法としては、ポリアミック酸の溶液を、そのまま加熱する熱イミド化、ポリアミド酸の溶液に触媒を添加する触媒イミド化が挙げられる。
イミド化に用いるポリアミック酸は、合成の時に使用されたβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物に由来するβ−ヒドロキシエステル構造を有している。そのため、ポリアミック酸をポリイミド化させる方法としては、該ポリアミック酸内部のβ−ヒドロキシエステル構造を維持できるように、比較的低温での反応が可能な、触媒イミド化が望ましい。<Production method of polyimide>
Examples of the method for imidizing a polyamic acid include thermal imidization in which a polyamic acid solution is heated as it is, and catalytic imidation in which a catalyst is added to a polyamic acid solution.
The polyamic acid used for imidation has a β-hydroxy ester structure derived from a diamine compound having a β-hydroxy ester structure used at the time of synthesis. Therefore, as a method for polyimidizing the polyamic acid, catalytic imidation that allows a reaction at a relatively low temperature is desirable so that the β-hydroxyester structure inside the polyamic acid can be maintained.
ポリアミック酸の触媒イミド化は、ポリアミック酸の溶液に、塩基性触媒と酸無水物とを添加し、−20〜250℃、好ましくは0〜180℃で攪拌することにより行うことができる。
塩基性触媒の量は、アミド酸基の0.5〜30モル倍、好ましくは2〜20モル倍であり、酸無水物の量は、アミド酸基の1〜50モル倍、好ましくは3〜30モル倍である。
塩基性触媒としては、ピリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン、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。The catalytic imidation of the polyamic acid can be performed by adding a basic catalyst and an acid anhydride to the polyamic acid solution and stirring at -20 to 250 ° C, preferably 0 to 180 ° C.
The amount of the basic catalyst is 0.5 to 30 mol times, preferably 2 to 20 mol times of the amic acid group, and the amount of the acid anhydride is 1 to 50 mol times of the amido group, preferably 3 to 3 times. 30 mole times.
Examples of the basic catalyst include pyridine, triethylamine, trimethylamine, tributylamine, trioctylamine and the like. Of these, pyridine is preferable because it has an appropriate basicity for proceeding with the reaction.
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る。中でも無水酢酸を用いると反応終了後の精製が容易となるので好ましい。
触媒イミド化によるイミド化率は、触媒量と反応温度、反応時間を調節することにより制御することができる。
以上、本発明の液晶配向剤に含有可能な成分について説明したが、次にそれら成分を用いて調製される本発明の液晶配向剤について説明をする。Examples of the acid anhydride include acetic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, and the like. Of these, use of acetic anhydride is preferred because purification after completion of the reaction is facilitated.
The imidization rate by catalytic imidation can be controlled by adjusting the amount of catalyst, reaction temperature, and reaction time.
As mentioned above, although the component which can be contained in the liquid crystal aligning agent of this invention was demonstrated, the liquid crystal aligning agent of this invention prepared using those components is demonstrated next.
<液晶配向剤>
本発明の液晶配向剤は、液晶配向膜を形成するための塗布液であり、樹脂被膜を形成するための樹脂成分が有機溶媒に溶解した溶液である。ここで、樹脂成分は、上述したポリイミド前駆体及びポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体を含む。
樹脂成分の含有量は、1〜20質量%が好ましく、より好ましくは3〜15質量%、さらに好ましくは3〜10質量%である。
本発明においては、樹脂成分としては、全てが上述した重合体であってもよく、それ以外の他の重合体が混合されていてもよい。その際、樹脂成分中における上述した重合体以外の他の重合体の含有量は、0.5〜15質量%、好ましくは1〜10質量%である。<Liquid crystal aligning agent>
The liquid crystal aligning agent of this invention is a coating liquid for forming a liquid crystal aligning film, and is a solution which the resin component for forming a resin film melt | dissolved in the organic solvent. Here, the resin component includes at least one polymer selected from the group consisting of the polyimide precursor and polyimide described above.
As for content of a resin component, 1-20 mass% is preferable, More preferably, it is 3-15 mass%, More preferably, it is 3-10 mass%.
In the present invention, the resin component may be all the above-described polymers, or other polymers may be mixed. In that case, content of other polymers other than the polymer mentioned in the resin component is 0.5-15 mass%, Preferably it is 1-10 mass%.
本発明の液晶配向剤に用いる有機溶媒は、上述した重合体等を含む樹脂成分を溶解させる有機溶媒であれば特に限定されない。その具体例を以下に挙げる。
N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N−メチルカプロラクタム、2−ピロリドン、N−エチルピロリドン、N−ビニルピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−エトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、1,3−ジメチル−イミダゾリジノン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジグライム、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン等。
これらは単独で使用しても、混合して使用してもよい。The organic solvent used for the liquid crystal aligning agent of this invention will not be specifically limited if it is an organic solvent in which the resin component containing the polymer etc. which were mentioned above is dissolved. Specific examples are given below.
N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, 2-pyrrolidone, N-ethylpyrrolidone, N-vinylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, tetramethylurea, pyridine, Dimethylsulfone, hexamethylsulfoxide, γ-butyrolactone, 3-methoxy-N, N-dimethylpropanamide, 3-ethoxy-N, N-dimethylpropanamide, 3-butoxy-N, N-dimethylpropanamide, 1,3 -Dimethyl-imidazolidinone, ethyl amyl ketone, methyl nonyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl isoamyl ketone, methyl isopropyl ketone, cyclohexanone, ethylene carbonate, propylene carbonate, diglyme, 4-hydroxy-4 Methyl-2-pentanone and the like.
These may be used alone or in combination.
本発明の液晶配向剤は、上記以外の成分を含有してもよい。その例としては、液晶配向剤を塗布した際の膜厚均一性や表面平滑性を向上させる溶媒や化合物、液晶配向膜と基板との密着性を向上させる化合物などである。
膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる溶媒(貧溶媒)の具体例としては、次のものが挙げられる。The liquid crystal aligning agent of this invention may contain components other than the above. Examples thereof include solvents and compounds that improve the film thickness uniformity and surface smoothness when a liquid crystal aligning agent is applied, and compounds that improve the adhesion between the liquid crystal aligning film and the substrate.
The following are mentioned as a specific example of the solvent (poor solvent) which improves the uniformity of film thickness and surface smoothness.
例えば、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール−tert−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3−メチル−3−メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、1−ヘキサノール、n−へキサン、n−ペンタン、n−オクタン、ジエチルエーテル、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、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、1−ブトキシ−2−プロパノール、1−フェノキシ−2−プロパノール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテル−2−アセテート、プロピレングリコール−1−モノエチルエーテル−2−アセテート、ジプロピレングリコール、2−(2−エトキシプロポキシ)プロパノール、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等の低表面張力を有する溶媒等が挙げられる。 For example, isopropyl alcohol, methoxymethylpentanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, butyl carbitol, ethyl carbitol, ethyl carbitol acetate, ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol monoacetate Isopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol, propylene glycol monoacetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol-tert-butyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol, diethylene glycol monoacetate, diethylene glycol dimethyl ether, dipro Lenglycol monoacetate monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monoacetate monoethyl ether, dipropylene glycol monopropyl ether, dipropylene glycol monoacetate monopropyl ether, 3-methyl-3 -Methoxybutyl acetate, tripropylene glycol methyl ether, 3-methyl-3-methoxybutanol, diisopropyl ether, ethyl isobutyl ether, diisobutylene, amyl acetate, butyl butyrate, butyl ether, diisobutyl ketone, methylcyclohexene, propyl ether, dihexyl Ether, 1-hexanol, n-hexane, n-pentane, n-octane Diethyl ether, methyl lactate, ethyl lactate, methyl acetate, ethyl acetate, n-butyl acetate, propylene glycol monoethyl ether, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methyl 3-methoxypropionate, methyl ethyl 3-ethoxypropionate, Ethyl 3-methoxypropionate, 3-ethoxypropionic acid, 3-methoxypropionic acid, propyl 3-methoxypropionate, butyl 3-methoxypropionate, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, 1 -Butoxy-2-propanol, 1-phenoxy-2-propanol, propylene glycol monoacetate, propylene glycol diacetate, propylene glycol-1-monomethyl ether-2-acetate, propylene glycol- Low 1-monoethyl ether-2-acetate, dipropylene glycol, 2- (2-ethoxypropoxy) propanol, lactate methyl ester, lactate ethyl ester, lactate n-propyl ester, lactate n-butyl ester, lactate isoamyl ester Examples include solvents having surface tension.
これらの貧溶媒は1種類でも複数種類を混合して用いてもよい。上記のような溶媒を用いる場合は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の5〜80質量%であることが好ましく、より好ましくは20〜60質量%である。 These poor solvents may be used alone or in combination. When using the above solvent, it is preferable that it is 5-80 mass% of the whole solvent contained in a liquid crystal aligning agent, More preferably, it is 20-60 mass%.
膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる化合物としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、ノ二オン系界面活性剤等が挙げられる。
より具体的には、例えば、エフトップ(登録商標)EF301、EF303、EF352(トーケムプロダクツ社製))、メガファック(登録商標)F171、F173、R−30(大日本インキ社製)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム社製)、アサヒガード(登録商標)AG710、サーフロン(登録商標)S−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子社製)等が挙げられる。
これらの界面活性剤の使用割合は、液晶配向剤に含有される樹脂成分の100質量部に対して、好ましくは0.01〜2質量部、より好ましくは0.01〜1質量部である。Examples of compounds that improve film thickness uniformity and surface smoothness include fluorine-based surfactants, silicone-based surfactants, and nonionic surfactants.
More specifically, for example, EFTOP (registered trademark) EF301, EF303, EF352 (manufactured by Tochem Products), MegaFac (registered trademark) F171, F173, R-30 (manufactured by Dainippon Ink), Florard FC430, FC431 (manufactured by Sumitomo 3M), Asahi Guard (registered trademark) AG710, Surflon (registered trademark) S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) and the like.
The use ratio of these surfactants is preferably 0.01 to 2 parts by mass, more preferably 0.01 to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the resin component contained in the liquid crystal aligning agent.
液晶配向膜と基板との密着性を向上させる化合物の具体例としては、次に示す官能性シラン含有化合物やエポキシ基含有化合物等が挙げられる。
例えば、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N−トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10−トリメトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、10−トリエトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、9−トリメトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、9−トリエトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、2,2−ジブロモネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,3,5,6−テトラグリシジル−2,4−ヘキサンジオール、N,N,N’,N’,−テトラグリシジル−m−キシレンジアミン、1,3−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’,−テトラグリシジル−4、4’−ジアミノジフェニルメタン等。Specific examples of the compound for improving the adhesion between the liquid crystal alignment film and the substrate include the following functional silane-containing compounds and epoxy group-containing compounds.
For example, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 2-aminopropyltrimethoxysilane, 2-aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-ureidopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxysilane, N-ethoxycarbonyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-ethoxy Carbonyl-3-aminopropyltriethoxysilane, N-triethoxysilylpropyltriethylenetriamine, N-trimethoxysilylpropyltriethylenetriamine, 10-trimethoxysilyl-1,4,7-triazadecane, 10-to Ethoxysilyl-1,4,7-triazadecane, 9-trimethoxysilyl-3,6-diazanonyl acetate, 9-triethoxysilyl-3,6-diazanonyl acetate, N-benzyl-3-aminopropyltri Methoxysilane, N-benzyl-3-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltriethoxysilane, N-bis (oxyethylene) -3-amino Propyltrimethoxysilane, N-bis (oxyethylene) -3-aminopropyltriethoxysilane, ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, tripropylene glycol diglycidyl ether , Polypropylene glycol diglycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether, glycerin diglycidyl ether, 2,2-dibromoneopentyl glycol diglycidyl ether, 1,3,5,6-tetra Glycidyl-2,4-hexanediol, N, N, N ′, N ′,-tetraglycidyl-m-xylenediamine, 1,3-bis (N, N-diglycidylaminomethyl) cyclohexane, N, N, N ', N',-tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethane and the like.
基板との密着性を向上させる化合物を使用する場合、その使用量は、液晶配向処理剤に含有される樹脂成分の100質量部に対して0.1〜30質量部であることが好ましく、より好ましくは1〜20質量部である。使用量が0.1質量部未満であると、密着性向上の効果は期待できず、30質量部よりも多くなると、形成される液晶配向膜の液晶配向性が低下する場合がある。 When using the compound which improves adhesiveness with a board | substrate, it is preferable that the usage-amount is 0.1-30 mass parts with respect to 100 mass parts of the resin component contained in a liquid-crystal aligning agent, and more. Preferably it is 1-20 mass parts. If the amount used is less than 0.1 parts by mass, the effect of improving the adhesion cannot be expected, and if it exceeds 30 parts by mass, the liquid crystal alignment of the liquid crystal alignment film to be formed may be lowered.
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、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で、誘電体や導電物質、さらには、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を添加してもよい。
次に、本発明の液晶配向膜及び該液晶配向膜を有する液晶表示素子について説明する。In addition to the above, the liquid crystal aligning agent of the present invention has a dielectric or conductive material for the purpose of changing the electrical properties such as the dielectric constant and conductivity of the liquid crystal aligning film, as long as the effects of the present invention are not impaired. Further, a crosslinkable compound for the purpose of increasing the hardness and density of the liquid crystal alignment film may be added.
Next, the liquid crystal alignment film of the present invention and the liquid crystal display element having the liquid crystal alignment film will be described.
<液晶配向膜及び液晶表示素子>
本発明の液晶配向剤は、上記式(DA)、上記式(DIA)等のジアミン化合物のβ−ヒドロキシエステル構造を有するジアミン化合物を必須の成分として含むジアミン成分を用いて合成された、ポリイミド前駆体及びポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体を含有する。液晶配向剤は、好ましくは基板に塗布する前に濾過し、その後塗布され、プリベークによる乾燥の後、加熱焼成をすることにより、ポリイミド膜を形成することができる。
加熱焼成する際、本発明の液晶配向剤が含有するポリイミド前駆体及び/又はポリイミドは、分子内にβ−ヒドロキシエステル構造を有していることで、分子内に光反応性の二重結合を形成することができる。<Liquid crystal alignment film and liquid crystal display element>
The liquid crystal aligning agent of this invention is the polyimide precursor synthesize | combined using the diamine component which contains the diamine compound which has (beta) -hydroxyester structure of diamine compounds, such as said formula (DA) and said formula (DIA), as an essential component. And at least one polymer selected from the group consisting of polyimide and polyimide. The liquid crystal aligning agent is preferably filtered before being applied to the substrate, then applied, dried by pre-baking, and then heated and fired to form a polyimide film.
When baking with heat, the polyimide precursor and / or polyimide contained in the liquid crystal aligning agent of the present invention has a β-hydroxy ester structure in the molecule, so that a photoreactive double bond is formed in the molecule. Can be formed.
すなわち、本発明の液晶配向剤においては、液晶配向剤の塗膜を加熱焼成してポリイミド前駆体成分のイミド化反応を行うときに、同時にβ−ヒドロキシエステル構造部で脱水反応が行われ、形成されるポリイミド膜内に光反応性の二重結合を導入することができる。
また、ポリイミドを含む本発明の液晶配向剤においては、液晶配向剤を塗布、乾燥して得られた塗膜を加熱焼成してポリイミド膜を形成するときに、同時にβ−ヒドロキシエステル構造部で脱水反応が行われ、ポリイミド膜内に光反応性の二重結合を導入することができる。That is, in the liquid crystal aligning agent of the present invention, when the coating film of the liquid crystal aligning agent is heated and baked to perform the imidization reaction of the polyimide precursor component, a dehydration reaction is simultaneously performed in the β-hydroxyester structure part, A photoreactive double bond can be introduced into the polyimide film.
In addition, in the liquid crystal aligning agent of the present invention containing polyimide, when a polyimide film is formed by heating and baking a coating film obtained by applying and drying the liquid crystal aligning agent, dehydration is simultaneously performed in the β-hydroxyester structure part. The reaction takes place and photoreactive double bonds can be introduced into the polyimide film.
以上のように、本発明の液晶配向剤は、液晶配向剤を塗布、乾燥して得られた塗膜の加熱焼成により、ポリイミド膜を形成するとともに二重結合を導入することができ、ポリイミド膜内に、例えば、ケイ皮酸エステル構造等の光反応性部位を導入することができる。その結果、ポリイミド前駆体及び/又はポリイミドを含有する本発明の液晶配向剤から形成されるポリイミド膜を用いた液晶配向膜においては、光配向性を実現することができる。 As described above, the liquid crystal aligning agent of the present invention can form a polyimide film and introduce a double bond by heating and baking the coating obtained by applying and drying the liquid crystal aligning agent. For example, a photoreactive site such as a cinnamic acid ester structure can be introduced. As a result, in the liquid crystal alignment film using the polyimide film formed from the liquid crystal aligning agent of this invention containing a polyimide precursor and / or a polyimide, photo-alignment property is realizable.
本発明の液晶配向剤を基板に塗布する場合、使用する基板としては、透明性の高い基板を使用することができる。
基板としては、例えば、ガラス基板の他、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を用いることができる。
液晶表示素子の製造において本発明の液晶配向剤を用いる場合は、液晶駆動のためのITO(Indium Tin Oxide)電極等が形成された基板を用い、液晶配向膜を形成することが好ましい。また、反射型の液晶表示素子を製造する場合は、片側の基板のみにならばシリコンウエハ等の不透明な基板も使用することでき、この場合の電極は、アルミニウム等の光を反射する材料を使用することもできる。When applying the liquid crystal aligning agent of this invention to a board | substrate, a highly transparent board | substrate can be used as a board | substrate to be used.
As the substrate, for example, a plastic substrate such as an acrylic substrate or a polycarbonate substrate can be used in addition to a glass substrate.
When using the liquid crystal aligning agent of this invention in manufacture of a liquid crystal display element, it is preferable to form a liquid crystal aligning film using the board | substrate with which the ITO (Indium Tin Oxide) electrode etc. for a liquid crystal drive were formed. In the case of manufacturing a reflective liquid crystal display element, an opaque substrate such as a silicon wafer can be used as long as only one substrate is used. In this case, a material that reflects light such as aluminum is used for the electrode. You can also
液晶配向剤を基板上に塗布する塗布方法としては、特に限定されないが、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、インクジェット法等が一般的である。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、スピンナー法、スプレー法等があり、目的に応じてこれらを用いてもよい。
本発明の液晶配向剤は、上記の塗布法を用いた場合であっても塗布性は良好である。Although it does not specifically limit as a coating method which apply | coats a liquid crystal aligning agent on a board | substrate, Industrially, screen printing, offset printing, flexographic printing, the inkjet method etc. are common. As other coating methods, there are a dipping method, a roll coater method, a slit coater method, a spinner method, a spray method, and the like, and these may be used according to the purpose.
The liquid crystal aligning agent of the present invention has good coating properties even when the above coating method is used.
液晶配向剤を塗布した後のプリベークによる乾燥工程は、必ずしも必要とされないが、塗布後から加熱焼成までの時間が基板ごとに一定していない場合や、塗布後ただちに加熱焼成されない場合には、乾燥工程を含めることが好ましい。このプリベークによる乾燥は、基板の搬送等により塗膜形状が変形しない程度に溶媒が蒸発していればよい。また、液晶配向剤に含有されるポリイミド前駆体及び/又はポリイミドの有するβ−ヒドロキシエステル構造において、脱水反応が生じない温度の範囲で行われることが好ましい。
プリベークによる乾燥手段については特に限定されない。具体例を挙げるならば、50〜120℃、好ましくは80〜120℃のホットプレート上で、0.5〜30分間、好ましくは1〜5分間乾燥させる方法が好ましい。A drying step by pre-baking after applying the liquid crystal aligning agent is not necessarily required, but if the time from application to heating and baking is not constant for each substrate, or if heating and baking is not performed immediately after application, drying is performed. It is preferable to include a process. The drying by this pre-bake should just evaporate the solvent to such an extent that a coating-film shape does not deform | transform by conveyance of a board | substrate. Moreover, it is preferable to carry out in the temperature range in which a dehydration reaction does not occur in the β-hydroxyester structure of the polyimide precursor and / or polyimide contained in the liquid crystal aligning agent.
The drying means by pre-baking is not particularly limited. As a specific example, a method of drying on a hot plate at 50 to 120 ° C., preferably 80 to 120 ° C. for 0.5 to 30 minutes, preferably 1 to 5 minutes is preferable.
液晶配向剤を塗布した基板の焼成は、ホットプレート、熱循環型オーブン、IR(赤外線)型オーブンなどの加熱手段により、120〜350℃の温度で行うことができる。焼成温度は、ポリイミド膜の形成に好適な温度であって、液晶配向剤に含有されるポリイミド前駆体及び/又はポリイミドの有するβ−ヒドロキシエステル構造において、脱水反応が進行する温度が選択される。焼成温度は、好ましくは140〜300℃であり、さらに好ましくは180〜250℃である。ただし、液晶表示素子の製造工程で必要とされる、シール剤硬化などの熱処理温度より、10℃以上高い温度で焼成することが好ましい。 Firing of the substrate coated with the liquid crystal aligning agent can be performed at a temperature of 120 to 350 ° C. by a heating means such as a hot plate, a thermal circulation oven, or an IR (infrared) oven. The baking temperature is a temperature suitable for forming a polyimide film, and a temperature at which a dehydration reaction proceeds is selected in the polyimide precursor and / or the β-hydroxyester structure of the polyimide contained in the liquid crystal aligning agent. The firing temperature is preferably 140 to 300 ° C, more preferably 180 to 250 ° C. However, firing is preferably performed at a temperature higher by 10 ° C. or more than the heat treatment temperature required for the manufacturing process of the liquid crystal display element such as sealing agent curing.
焼成後に得られるポリイミド膜の厚みは、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10〜200nm、より好ましくは50〜100nmである。 If the thickness of the polyimide film obtained after firing is too thick, it is disadvantageous in terms of power consumption of the liquid crystal display element, and if it is too thin, the reliability of the liquid crystal display element may be lowered. Is 50-100 nm.
上記のようにして基板上に形成されたポリイミド膜に対し光配向処理がなされ、本発明の液晶配向膜が形成される。
光配向処理の方法は特に限定されないが、偏光した紫外線を用いることが、均一な液晶配向を得る上で好ましい。この場合、偏光した紫外線を照射する方法は特に限定されない。例えば、ポリイミド膜の形成された基板に対し、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ことが可能である。また、偏光した紫外線の入射角を変えて2回以上照射してもよい。また、実質的に偏光が得られるならば、無偏光の紫外線を基板の法線から一定角度傾けて照射してもよい。The polyimide film formed on the substrate as described above is subjected to photo-alignment treatment, and the liquid crystal alignment film of the present invention is formed.
The method of the photo-alignment treatment is not particularly limited, but it is preferable to use polarized ultraviolet rays for obtaining uniform liquid crystal alignment. In this case, the method of irradiating polarized ultraviolet rays is not particularly limited. For example, it is possible to irradiate a substrate on which a polyimide film is formed with polarized ultraviolet rays through a polarizing plate from a certain direction. Moreover, you may irradiate twice or more, changing the incident angle of the polarized ultraviolet-ray. Further, if polarized light can be obtained substantially, non-polarized ultraviolet rays may be irradiated at a certain angle from the normal line of the substrate.
使用する紫外線の波長としては、一般には100〜400nm、好ましくは250〜370nmの範囲の紫外線を使用することができるが、特に好ましくは使用するポリイミドの種類により、フィルター等を介して最適な波長を選択することが好ましい。
また、紫外線の照射量は、一般に数mJ/cm2〜数J/cm2、好ましくは5mJ/cm2〜500mJ/cm2の範囲である。特に、工業的な生産性や、照射量の増大により、その後に製造される液晶表示素子の電圧保持率の低下を引き起こす可能性を考えると、良好な配向性が得られる必要量を、使用するポリイミドの種類により選択することが好ましい。As the wavelength of the ultraviolet rays to be used, ultraviolet rays in the range of generally 100 to 400 nm, preferably 250 to 370 nm can be used, but particularly preferably, the optimum wavelength is selected through a filter or the like depending on the type of polyimide used. It is preferable to select.
The irradiation amount of ultraviolet rays is generally several mJ / cm 2 ~ number J / cm 2, preferably in the range of 5mJ / cm 2 ~500mJ / cm 2 . In particular, considering the possibility of causing a decrease in the voltage holding ratio of a liquid crystal display device manufactured thereafter due to industrial productivity and an increase in irradiation amount, a necessary amount that can provide good orientation is used. It is preferable to select according to the type of polyimide.
本発明の液晶配向剤は、上記した方法により、基板上に垂直配向型の光配向性の液晶配向膜を形成することができる。形成された液晶配向膜は、光配向処理が可能であり、従来の配向処理法であるラビング処理において、液晶配向膜が削れることで発生する粉塵の問題や、液晶配向膜に付いた傷が液晶表示素子の表示品位を低下させるという問題を低減することができる。
本発明の液晶配向剤は、上記した方法により、基板上に液晶配向膜を形成した後は、該液晶配向膜付き基板を用い、公知の方法で液晶表示素子を製造することができる。The liquid crystal aligning agent of the present invention can form a vertical alignment type photo-alignment liquid crystal alignment film on a substrate by the method described above. The formed liquid crystal alignment film can be photo-aligned, and in the rubbing process, which is a conventional alignment processing method, the problem of dust generated when the liquid crystal alignment film is scraped and scratches on the liquid crystal alignment film are liquid crystal. The problem of reducing the display quality of the display element can be reduced.
After the liquid crystal aligning agent of this invention forms a liquid crystal aligning film on a board | substrate by an above-described method, a liquid crystal display element can be manufactured by a well-known method using this board | substrate with a liquid crystal aligning film.
液晶表示素子の製造の一例を以下に説明する。
本発明の液晶配向剤を用いて形成された、垂直配向型の液晶配向膜を配置した1対の基板を用意する。次いで、好ましくは1〜30μm、より好ましくは2〜10μmのスペーサを挟んで、それぞれの基板に照射された偏光紫外線の光軸の投影方向が、例えば、逆平行となるように設置し、周囲をシール剤で固定する。次いで、基板間に液晶を注入して封止する。液晶封入の方法については特に制限されず、作製した液晶セル内を減圧にした後に液晶を注入する真空法、液晶を滴下した後に封止を行う滴下法等が例示できる。An example of manufacturing a liquid crystal display element will be described below.
A pair of substrates on which a vertical alignment type liquid crystal alignment film is formed using the liquid crystal alignment agent of the present invention is prepared. Next, it is preferably placed so that the projection direction of the optical axis of the polarized ultraviolet light irradiated on each substrate is antiparallel, for example, with a spacer of 1 to 30 μm, more preferably 2 to 10 μm sandwiched between them. Fix with sealant. Next, liquid crystal is injected between the substrates and sealed. The method for enclosing the liquid crystal is not particularly limited, and examples thereof include a vacuum method in which liquid crystal is injected after reducing the pressure inside the manufactured liquid crystal cell, and a dropping method in which sealing is performed after dropping the liquid crystal.
製造された液晶表示素子は、本発明の液晶配向剤から形成された液晶配向膜を有し、該液晶表示素子はVA方式液晶表示素子を構成することができる。
本発明の液晶表示素子は、液晶配向膜の傷等に起因する表示品位の低下が無く、優れた表示品位を備え、さらに、高い信頼性を有している。The manufactured liquid crystal display element has the liquid crystal aligning film formed from the liquid crystal aligning agent of this invention, and this liquid crystal display element can comprise a VA system liquid crystal display element.
The liquid crystal display element of the present invention has no deterioration in display quality due to scratches on the liquid crystal alignment film, has excellent display quality, and has high reliability.
以下に実施例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明する。尚、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
実施例及び比較例で使用する主な化合物の構造と略号は以下のとおりである。
尚、ジアミン化合物(DA−1−1)は、上述した式(DA−1)で表されるジアミン化合物の一例である。また、ジアミン化合物(DAM−1)は、ケイ皮酸エステル構造を分子内に有する従来のジアミン化合物である。
<構造式と略号>The following examples further illustrate the present invention. The present invention is not construed as being limited to these.
The structures and abbreviations of main compounds used in Examples and Comparative Examples are as follows.
The diamine compound (DA-1-1) is an example of a diamine compound represented by the formula (DA-1) described above. The diamine compound (DAM-1) is a conventional diamine compound having a cinnamic acid ester structure in the molecule.
<Structural formulas and abbreviations>
<テトラカルボン酸誘導体>
CBDA:1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
PMDA:ピロメリット酸二無水物
<ジアミン化合物>
DA−1−1:3,5−ジアミノベンジル 3−(4−(デシロキシ)フェニル)−3−ヒドロキシプロパネート
DAM−1:(E)−3,5−ジアミノベンジル 3−(4−(デシロキシ)フェニル)アクリレート
DMAP:N,N’−ジメチル−4−アミノピリジン
<溶媒>
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
BC:ブチルセロソルブ
DMF:N,N’−ジメチルホルムアミド<Tetracarboxylic acid derivative>
CBDA: 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride PMDA: pyromellitic dianhydride <diamine compound>
DA-1-1: 3,5-diaminobenzyl 3- (4- (decyloxy) phenyl) -3-hydroxypropanoate DAM-1: (E) -3,5-diaminobenzyl 3- (4- (decyloxy) Phenyl) acrylate DMAP: N, N′-dimethyl-4-aminopyridine <solvent>
NMP: N-methyl-2-pyrrolidone BC: Butyl cellosolve DMF: N, N′-dimethylformamide
実施例1〜6においては、例示する反応式(1)〜(6)に従い、化合物[2]〜[7]の合成を行った。得られた化合物[7]は、ジアミン化合物(DA−1−1)の合成に用いた。 In Examples 1 to 6, compounds [2] to [7] were synthesized according to the reaction formulas (1) to (6) exemplified. The obtained compound [7] was used for the synthesis of a diamine compound (DA-1-1).
<実施例1>
4−ヒドロキシ安息香酸エチル[1](19.9g、0.120mol)と、1−ブロモデカン(22.1g、0.100mol)と、炭酸カリウム(27.6g、0.200mol)とジメチルホルムアミド120gを四つ口フラスコ中に添加し、窒素雰囲気下で攪拌し、80℃に昇温した。4時間攪拌した後、1H−NMR(nuclear magnetic resonance:核磁気共鳴)法により、反応液中の1−ブロモデカンの消失を確認した。その後、溶媒を留去し、トルエンと2規定のNaOH水溶液にて水洗操作を実施し、水層を除去した。得られた有機層を、純水で2回水洗し、得られた有機層を無水硫酸マグネシウムにて乾燥した。乾燥後、硫酸マグネシウムをろ取し、得られた有機層を減圧下、溶媒を留去して、化合物[2]を得た(収量27.7g、0.090mol、収率90.3%)。
化合物[2]の構造は、1H−NMR分析により以下のスペクトルデータを得て確認した。
1H−NMR(溶媒;CDCl3):δ7.98(d,2H,J=10.8Hz),6.89(d,2H,J=10.8Hz),4.34(q,2H,J=7.2Hz),3.99(t,2H,J=6.8Hz),1.82−1.75(m,2H),1.47−1.26(m,17H),0.89(t,3H,J=6.8Hz).<Example 1>
Ethyl 4-hydroxybenzoate [1] (19.9 g, 0.120 mol), 1-bromodecane (22.1 g, 0.100 mol), potassium carbonate (27.6 g, 0.200 mol) and dimethylformamide 120 g. The mixture was added to a four-necked flask, stirred under a nitrogen atmosphere, and heated to 80 ° C. After stirring for 4 hours, disappearance of 1-bromodecane in the reaction solution was confirmed by 1 H-NMR (nuclear magnetic resonance) method. Thereafter, the solvent was distilled off, and a water washing operation was performed with toluene and a 2N NaOH aqueous solution, and the aqueous layer was removed. The obtained organic layer was washed twice with pure water, and the obtained organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate. After drying, magnesium sulfate was filtered off, and the resulting organic layer was evaporated under reduced pressure to remove the solvent to obtain compound [2] (yield 27.7 g, 0.090 mol, yield 90.3%). .
The structure of the compound [2] was confirmed by obtaining the following spectral data by 1 H-NMR analysis.
1 H-NMR (solvent; CDCl 3 ): δ 7.98 (d, 2H, J = 10.8 Hz), 6.89 (d, 2H, J = 10.8 Hz), 4.34 (q, 2H, J = 7.2 Hz), 3.99 (t, 2H, J = 6.8 Hz), 1.82-1.75 (m, 2H), 1.47-1.26 (m, 17H), 0.89 (T, 3H, J = 6.8 Hz).
<実施例2>
化合物[2](10.8g、0.0354mol)と、水酸化カリウム(10.0g)と、エタノール118gと水20.0gを、四つ口フラスコ中に添加し、室温で3日間攪拌した。その後、さらに80℃に加温して1時間攪拌した。その溶液を冷却し、HPLC(High performance liquid chromatography:高速液体クロマトグラフィ)にて原料の消失を確認した。その後、12規定塩酸水溶液18mlを氷浴下で加えて、さらに攪拌した。次いで、水300gを加えて結晶を析出させた。結晶をろ取した後、結晶を乾燥させて化合物[3]を得た(収量9.05g、0.0325mol、収率91.8%)。
化合物[3]の構造は、1H−NMR分析により以下のスペクトルデータを得て確認した。
1H−NMR(溶媒;CDCl3):δ8.05(d,2H,J=10.8Hz),6.93(d,2H,J=10.8Hz),4.03(t,2H,J=6.8Hz),1.84−1.77(m,2H),1.48−1.28(m,14H),0.89(t,3H,J=6.8Hz).<Example 2>
Compound [2] (10.8 g, 0.0354 mol), potassium hydroxide (10.0 g), 118 g of ethanol and 20.0 g of water were added to a four-necked flask and stirred at room temperature for 3 days. Thereafter, the mixture was further heated to 80 ° C. and stirred for 1 hour. The solution was cooled, and disappearance of the raw material was confirmed by HPLC (High performance liquid chromatography: high performance liquid chromatography). Thereafter, 18 ml of 12N hydrochloric acid aqueous solution was added in an ice bath and further stirred. Next, 300 g of water was added to precipitate crystals. After the crystals were collected by filtration, the crystals were dried to obtain compound [3] (yield 9.05 g, 0.0325 mol, yield 91.8%).
The structure of the compound [3] was confirmed by obtaining the following spectral data by 1 H-NMR analysis.
1 H-NMR (solvent: CDCl 3 ): δ 8.05 (d, 2H, J = 10.8 Hz), 6.93 (d, 2H, J = 10.8 Hz), 4.03 (t, 2H, J = 6.8 Hz), 1.84-1.77 (m, 2H), 1.48-1.28 (m, 14H), 0.89 (t, 3H, J = 6.8 Hz).
<実施例3>
化合物[3](52.2g、0.188mol)と、テトラヒドロフラン200mlとDMF(5.19g)を、四つ口フラスコ中に添加し、その溶液にオキザリルクロリド(39.5g、0.311mol)をゆっくり滴下した。4時間室温で攪拌した後、溶媒を留去し、化合物[4]の酸クロリド体の粗物を得た。また、予めメルドラム酸(21.6g、0.150mol)と、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン(36.7g、0.300mol)と、ジクロロメタン250mlとを添加してある四つ口フラスコ中へ、化合物[4]の粗物を溶解しているジクロロメタン120mlを、シリンジを用いてゆっくり滴下し、氷浴下1時間攪拌した。その後、室温で15時間攪拌した。反応終了後、クロロホルム300mlと2規定塩酸水溶液300mlを加えて溶液中の塩基を塩として水に溶解させて除去し、さらに純水で3回有機層を洗浄した。得られた有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、硫酸マグネシウムをろ取した後、得られた有機層を減圧下、溶媒を留去し、化合物[5]の粗物を得た(収量72.7g、収率95.8%)。
化合物[5]の構造は、1H−NMR分析により以下のスペクトルデータを得て確認した。
1H−NMR(溶媒;CDCl3):δ8.09−8.03(m,2H),6.98−6.91(m,2H),4.03(q,2H,J=6.8Hz),3.64(s,1H,),1.86−1.77(m,8H),1.48−1.24(m,14H),0.89(t,3H,J=6.8Hz).<Example 3>
Compound [3] (52.2 g, 0.188 mol), 200 ml of tetrahydrofuran and DMF (5.19 g) were added into a four-necked flask, and oxalyl chloride (39.5 g, 0.311 mol) was added to the solution. Was slowly added dropwise. After stirring at room temperature for 4 hours, the solvent was distilled off to obtain a crude acid chloride of compound [4]. In a four-necked flask to which Meldrum's acid (21.6 g, 0.150 mol), N, N-dimethyl-4-aminopyridine (36.7 g, 0.300 mol), and 250 ml of dichloromethane were added in advance. To the solution, 120 ml of dichloromethane in which the crude product of compound [4] was dissolved was slowly added dropwise using a syringe and stirred for 1 hour in an ice bath. Then, it stirred at room temperature for 15 hours. After completion of the reaction, 300 ml of chloroform and 300 ml of 2N aqueous hydrochloric acid were added to dissolve and remove the base in the solution as a salt in water, and the organic layer was washed three times with pure water. The obtained organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and magnesium sulfate was collected by filtration. Then, the solvent was distilled off from the obtained organic layer under reduced pressure to obtain a crude product of compound [5] (yield 72. 7 g, yield 95.8%).
The structure of the compound [5] was confirmed by obtaining the following spectral data by 1 H-NMR analysis.
1 H-NMR (solvent; CDCl 3 ): δ 8.09-8.03 (m, 2H), 6.98-6.91 (m, 2H), 4.03 (q, 2H, J = 6.8 Hz) ), 3.64 (s, 1H,), 1.86-1.77 (m, 8H), 1.48-1.24 (m, 14H), 0.89 (t, 3H, J = 6. 8 Hz).
<実施例4>
化合物[6]の構造は、1H−NMR分析により以下のスペクトルデータを得て確認した。
1H−NMR(様ない;CDCl3):δ8.99(s,1H),8.54(s,2H),7.89(d,2H,J=10.8Hz),6.92(d,2H,J=10.8Hz),5.39(s,2H),4.09(s,2H),4.02(t,2H,J=6.4Hz),1.85−1.78(m,2H),1.50−1.28(m,14H),0.88(t,3H,J=6.8Hz).<Example 4>
The structure of the compound [6] was confirmed by obtaining the following spectral data by 1 H-NMR analysis.
1 H-NMR (not shown; CDCl 3 ): δ 8.99 (s, 1H), 8.54 (s, 2H), 7.89 (d, 2H, J = 10.8 Hz), 6.92 (d , 2H, J = 10.8 Hz), 5.39 (s, 2H), 4.09 (s, 2H), 4.02 (t, 2H, J = 6.4 Hz), 1.85-1.78. (M, 2H), 1.50-1.28 (m, 14H), 0.88 (t, 3H, J = 6.8 Hz).
<実施例5>
化合物[6](29.9g、0.0597mol)と、白金カーボン粉末(3%)7.54gとテトラヒドロフラン260gを、四つ口フラスコ中に添加し、水素ガス雰囲気下、室温で21時間攪拌した。原料である化合物[6]の消失をHPLCで確認した後、1H−NMRにより、主生成物が目的物であることを確認した。その後、反応液をろ過し、白金カーボン粉末を取り除いた。得られたろ液を濃縮し、メタノール300mlで1回のスラリー洗浄を行った。次いで、結晶をろ取し、乾燥させて化合物[7]を得た(収量14.1g、0.0320mol,収率53.6%)。
化合物[7]の構造は、1H−NMR分析により以下のスペクトルデータを得て確認した。
1H−NMR(溶媒;CDCl3):δ7.90(d,2H,J=8.8Hz),6.92(d,2H,J=8.8Hz),6.04−5.96(m,2H),5.96(s,1H),5.00(s,2H),4.03−3.99(m,4H),3.57−3.49(broad,4H),1.82−1.77(m,2H),1.47−1.28(m,14H),0.88(t,3H,J=6.8Hz).<Example 5>
Compound [6] (29.9 g, 0.0597 mol), 7.54 g of platinum carbon powder (3%) and 260 g of tetrahydrofuran were added to a four-necked flask and stirred at room temperature for 21 hours in a hydrogen gas atmosphere. . After confirming disappearance of the starting compound [6] by HPLC, it was confirmed by 1 H-NMR that the main product was the target product. Thereafter, the reaction solution was filtered to remove platinum carbon powder. The obtained filtrate was concentrated and washed once with 300 ml of methanol. Next, the crystals were collected by filtration and dried to obtain compound [7] (yield 14.1 g, 0.0320 mol, yield 53.6%).
The structure of the compound [7] was confirmed by obtaining the following spectral data by 1 H-NMR analysis.
1 H-NMR (solvent: CDCl 3 ): δ 7.90 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.92 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.04-5.96 (m , 2H), 5.96 (s, 1H), 5.00 (s, 2H), 4.03-3.99 (m, 4H), 3.57-3.49 (road, 4H), 1. 82-1.77 (m, 2H), 1.47-1.28 (m, 14H), 0.88 (t, 3H, J = 6.8 Hz).
<実施例6>
化合物[7](11.6g、0.0263mol)と、テトラヒドロフラン50.0gとエタノール50.0gを、四つ口フラスコ中に添加し、0℃に冷却した。その後、NaBH4(1.00g、0.0264mol)を加えて15分攪拌した後、さらに追加のNaBH4(0.384g、0.0102mol)を少しずつ加えて40分攪拌を行った。原料である化合物[7]の減少が停止したのを、HPLCにより確認した後、テトラヒドロフラン18mlと飽和塩化アンモニウム水溶液をゆっくり加え、反応を停止(クエンチ)させた。反応液からの発熱が見られなくなったのを、反応液中にさしこんだ温度計により確認し、さらにテトラヒドロフラン400mlと飽和塩化アンモニウム水溶液を300ml加えて、有機層と水層の2層に分離させた。2層を分離後、有機層を無水硫酸マグネシウムにて乾燥し、その後硫酸マグネシウムをろ取した。得られた有機層を減圧下、溶媒を留去した。得られた結晶のメタノール100gによるスラリー洗浄を1回実施し、結晶をろ取して、さらに乾燥させ、ジアミン化合物(DA−1−1)を得た(収量5.93g、0.0134mol,収率51.0%)。
ジアミン化合物(DA−1−1)の構造は、1H−NMR分析により以下のスペクトルデータを得て確認した。
1H−NMR(CDCl3):δ7.27(d,2H,J=10.8Hz),6.87(d,2H,J=10.8Hz),6.04(s,2H),5.97(s,1H),5.11−5.08(m,1H),4.96(S,2H),3.94(t,2H,J=6.8Hz),3.56(broad,4H),3.15(broad,1H),2.85−2.70(m,2H),1.80−1.73(m,2H),1.46−1.27(m,14H),0.88(t,3H,J=6.8Hz)。<Example 6>
Compound [7] (11.6 g, 0.0263 mol), 50.0 g of tetrahydrofuran and 50.0 g of ethanol were added to a four-necked flask and cooled to 0 ° C. Then, NaBH 4 (1.00g, 0.0264mol) was stirred for 15 minutes by the addition of further additional NaBH 4 (0.384g, 0.0102mol) was subjected to 40 minutes stirring was added little by little. After confirming by HPLC that the reduction of the starting compound [7] stopped, 18 ml of tetrahydrofuran and a saturated aqueous ammonium chloride solution were slowly added to stop the reaction. It was confirmed that heat generation from the reaction solution was stopped with a thermometer inserted in the reaction solution, and further 400 ml of tetrahydrofuran and 300 ml of saturated aqueous ammonium chloride solution were added to separate the organic layer and the aqueous layer into two layers. I let you. After separating the two layers, the organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then magnesium sulfate was collected by filtration. The solvent was distilled off from the obtained organic layer under reduced pressure. The obtained crystals were washed once with 100 g of methanol, and the crystals were collected by filtration and further dried to obtain a diamine compound (DA-1-1) (yield 5.93 g, 0.0134 mol, yield). Rate 51.0%).
The structure of the diamine compound (DA-1-1) was confirmed by obtaining the following spectral data by 1 H-NMR analysis.
1 H-NMR (CDCl 3 ): δ 7.27 (d, 2H, J = 10.8 Hz), 6.87 (d, 2H, J = 10.8 Hz), 6.04 (s, 2H), 5. 97 (s, 1H), 5.11-5.08 (m, 1H), 4.96 (S, 2H), 3.94 (t, 2H, J = 6.8 Hz), 3.56 (broad, 4H), 3.15 (road, 1H), 2.85-2.70 (m, 2H), 1.80-1.73 (m, 2H), 1.46-1.27 (m, 14H) , 0.88 (t, 3H, J = 6.8 Hz).
<実施例7>
CBDA(0.471g、2.40mmol)、及びジアミン化合物(DA−1−1)(1.107g、2.5mmol)をNMP(8.94g)中で混合し、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。このポリアミック酸溶液にNMP(7.89g)、及びBC(7.89g)を加え、6質量%に希釈した。次いで、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤(A1)を得た。液晶配向剤(A1)に含有されるポリアミック酸の数平均分子量は6700であり、重量平均分子量は24400であった。<Example 7>
CBDA (0.471 g, 2.40 mmol) and diamine compound (DA-1-1) (1.17 g, 2.5 mmol) were mixed in NMP (8.94 g) and reacted at room temperature for 10 hours to obtain polyamic acid. A solution was obtained. NMP (7.89 g) and BC (7.89 g) were added to the polyamic acid solution and diluted to 6% by mass. Subsequently, the liquid crystal aligning agent (A1) was obtained by stirring at room temperature for 5 hours. The number average molecular weight of the polyamic acid contained in the liquid crystal aligning agent (A1) was 6700, and the weight average molecular weight was 24400.
<実施例8>
PMDA(0.518g、2.40mmol)、及びDA−1−1(1.107g、2.5mmol)をNMP(10.83g)中で混合し、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。このポリアミック酸溶液にNMP(8.12g)、及びBC(8.12g)を加え、6質量%に希釈した。次いで、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤(A2)を得た。液晶配向剤(A2)に含有されるポリアミック酸の数平均分子量は8500であり、重量平均分子量は24500であった。<Example 8>
PMDA (0.518 g, 2.40 mmol) and DA-1-1 (1.17 g, 2.5 mmol) were mixed in NMP (10.83 g) and reacted at room temperature for 10 hours to obtain a polyamic acid solution. . NMP (8.12 g) and BC (8.12 g) were added to this polyamic acid solution, and diluted to 6% by mass. Subsequently, the liquid crystal aligning agent (A2) was obtained by stirring at room temperature for 5 hours. The number average molecular weight of the polyamic acid contained in the liquid crystal aligning agent (A2) was 8500, and the weight average molecular weight was 24500.
<比較例1>
CBDA(0.577g、2.9mmol)、及びDAM−1(1.274g、3.0mmol)をNMP(10.48g)中で混合し、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。このポリアミック酸溶液にNMP(9.25g)、及びBC(9.25g)を加え、6質量%に希釈した。次いで、室温で5時間攪拌することにより、比較例である液晶配向剤(A3)を得た。液晶配向剤(A3)に含有されるポリアミック酸の数平均分子量は9700であり、重量平均分子量は19200であった。<Comparative Example 1>
CBDA (0.577 g, 2.9 mmol) and DAM-1 (1.274 g, 3.0 mmol) were mixed in NMP (10.48 g) and reacted at room temperature for 10 hours to obtain a polyamic acid solution. NMP (9.25 g) and BC (9.25 g) were added to the polyamic acid solution and diluted to 6% by mass. Subsequently, the liquid crystal aligning agent (A3) which is a comparative example was obtained by stirring at room temperature for 5 hours. The number average molecular weight of the polyamic acid contained in the liquid crystal aligning agent (A3) was 9700, and the weight average molecular weight was 19,200.
実施例7、実施例8及び比較例1で得られたポリアミック酸の分子量の測定は、以下のように行った。
[分子量の測定]
センシュー科学社製の常温ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)装置(SSC−7200)、Shodex社製カラム(KD−803、KD−805)を用い以下のようにして測定した。
カラム温度:50℃
溶離液:N,N’−ジメチルホルムアミド(添加剤として、臭化リチウム−水和物(LiBr・H2O)が30mmol/L(リットル)、リン酸・無水結晶(o−リン酸)が30mmol/L、テトラヒドロフラン(THF)が10ml/L)
流速:1.0mL/分
検量線作成用標準サンプル:東ソー社製 TSK 標準ポリエチレンオキサイド(分子量約9000000、150000、100000、及び30000)、及びポリマーラボラトリー社製 ポリエチレングリコール(分子量 約12000、4000、及び1000)。The molecular weight of the polyamic acid obtained in Example 7, Example 8 and Comparative Example 1 was measured as follows.
[Measurement of molecular weight]
It measured as follows using the normal temperature gel permeation chromatography (GPC) apparatus (SSC-7200) by a Senshu scientific company, and the column (KD-803, KD-805) by Shodex.
Column temperature: 50 ° C
Eluent: N, N′-dimethylformamide (as additives, lithium bromide-hydrate (LiBr · H 2 O) is 30 mmol / L (liter), phosphoric acid / anhydrous crystal (o-phosphoric acid) is 30 mmol / L, 10 ml / L of tetrahydrofuran (THF))
Flow rate: 1.0 mL / min Standard sample for preparing a calibration curve: TSK standard polyethylene oxide (molecular weight: about 9000000, 150,000, 100,000, and 30000) manufactured by Tosoh Corporation, and polyethylene glycol (molecular weight: about 12000, 4000, and 1000) manufactured by Polymer Laboratory ).
<実施例9>
実施例7で得られた液晶配向剤(A1)を用いて形成された硬化膜に関して、以下に示すように、紫外(UV)吸収スペクトルの測定、塗布性の評価を行った。
また、実施例7で得られた液晶配向剤(A1)を用いて形成された硬化膜(ポリイミド膜)を有し、直線偏光の照射量が、それぞれ0mJ、20mJ、50mJ、100mJの各液晶セルを以下の方法で作製し、プレチルト角の評価を行った。<Example 9>
With respect to the cured film formed using the liquid crystal aligning agent (A1) obtained in Example 7, the ultraviolet (UV) absorption spectrum was measured and the coating property was evaluated as described below.
Also, each liquid crystal cell having a cured film (polyimide film) formed using the liquid crystal aligning agent (A1) obtained in Example 7 and having linearly polarized light irradiation doses of 0 mJ, 20 mJ, 50 mJ, and 100 mJ, respectively. Was prepared by the following method, and the pretilt angle was evaluated.
[紫外(UV)吸収スペクトルの測定]
実施例7で得られた液晶配向剤(A1)を石英基板にスピンコートし、80℃のホットプレートで90秒間乾燥した後、200℃の熱風循環式オーブンで30分間焼成を行い、膜厚100nmのポリイミド膜を形成した。このとき、この基板を用い、島津製作所社製のUV吸収スペクトル測定器(UV−3600)を用いて、200℃の熱風循環式オーブンでの30分間焼成の前(「焼成前」とも言う。)と後「焼成後」とも言う。)に、UV吸収スペクトルを測定した。
図1には、焼成前後のUV吸収スペクトルの測定結果を示した。[Measurement of ultraviolet (UV) absorption spectrum]
The liquid crystal aligning agent (A1) obtained in Example 7 was spin-coated on a quartz substrate, dried on a hot plate at 80 ° C. for 90 seconds, and then baked in a hot air circulation oven at 200 ° C. for 30 minutes to obtain a film thickness of 100 nm. The polyimide film was formed. At this time, using this substrate, using a UV absorption spectrum measuring instrument (UV-3600) manufactured by Shimadzu Corporation, before baking in a hot air circulation oven at 200 ° C. for 30 minutes (also referred to as “before baking”). Also called “after firing”. The UV absorption spectrum was measured.
In FIG. 1, the measurement result of the UV absorption spectrum before and behind baking was shown.
次に、200℃の熱風循環式オーブンで30分間焼成した後の基板を用い、この基板に対して、照射強度11.0mW/cm−2の313nmの直線偏光を300mJ及び1J(1000mJ)照射した。入射光線の方向は、それぞれ基板法線方向に対して40°傾斜していた。この直線偏光は高圧水銀ランプの紫外光に313nmのバンドパスフィルターを通した後、313nmの偏光板を通すことで調整した。そして、300mJ及び1J(1000mJ)の直線偏光が照射された基板を用い、上述した方法で、UV吸収スペクトルを測定した。UV吸収スペクトルの測定結果を図3に示した。Next, a substrate after being baked in a hot air circulation oven at 200 ° C. for 30 minutes was irradiated with 300 mJ and 1 J (1000 mJ) of 313 nm linearly polarized light with an irradiation intensity of 11.0 mW / cm −2 . . The direction of incident light was inclined by 40 ° with respect to the normal direction of the substrate. The linearly polarized light was adjusted by passing a 313 nm polarizing plate through a 313 nm bandpass filter through the ultraviolet light of a high-pressure mercury lamp. And the UV absorption spectrum was measured by the method mentioned above using the board | substrate with which 300 mJ and 1J (1000mJ) linearly polarized light were irradiated. The measurement result of the UV absorption spectrum is shown in FIG.
図3において、上記のようにして得られたUV吸収スペクトルは「300mJ」と標記し、図1に示した焼成後のUV吸収スペクトルとともに図3に示した。
尚、図1に示した焼成後のUV吸収スペクトルの測定に用いられた基板は、上述のように、直線偏光の照射はなされていない。したがって、直線偏光の照射量が0mJである場合に該当し、図3では、「0mJ」と標記した。In FIG. 3, the UV absorption spectrum obtained as described above is labeled “300 mJ” and is shown in FIG. 3 together with the UV absorption spectrum after firing shown in FIG. 1.
The substrate used for measurement of the UV absorption spectrum after firing shown in FIG. 1 is not irradiated with linearly polarized light as described above. Therefore, this corresponds to the case where the irradiation amount of linearly polarized light is 0 mJ, and in FIG. 3, “0 mJ” is indicated.
[塗布性の評価]
実施例7で得られた液晶配向剤(A1)を、ITO膜からなるITO電極付きガラス基板のITO電極面にスピンコートし、80℃のホットプレートで90秒間乾燥し、塗布面を観察した。塗布面にムラやハジキが発生している場合を「不良」、ハジキやムラが無く均一な場合を「良好」として、液晶配向剤(A1)の塗布性を評価した。[Evaluation of applicability]
The liquid crystal aligning agent (A1) obtained in Example 7 was spin-coated on the ITO electrode surface of a glass substrate with an ITO electrode made of an ITO film, dried on a hot plate at 80 ° C. for 90 seconds, and the coated surface was observed. The applicability of the liquid crystal aligning agent (A1) was evaluated as “bad” when unevenness or repellency occurred on the coated surface and “good” when uniform without repellency or unevenness.
[液晶セルの作製]
実施例7で得られた液晶配向剤(A1)を用い、液所表示素子である液晶セルを以下のようにして作製した。
実施例7で得られた液晶配向剤(A1)を、ITO膜からなるITO電極付きガラス基板のITO電極面にスピンコートし、80℃のホットプレートで90秒間乾燥した後、200℃の熱風循環式オーブンで30分間焼成を行い、膜厚100nmのポリイミド膜を形成した。
この基板に対して、照射強度11.0mW/cm−2の313nmの直線偏光を20mJ照射した。上述したUV吸収スペクトルの測定において直線偏光を照射したのと同様に、入射光線の方向は基板法線方向に対して40°傾斜していた。この直線偏光は高圧水銀ランプの紫外光に313nmのバンドパスフィルターを通した後、313nmの偏光板を通すことで調製した。[Production of liquid crystal cell]
Using the liquid crystal aligning agent (A1) obtained in Example 7, a liquid crystal cell as a liquid place display element was produced as follows.
The liquid crystal aligning agent (A1) obtained in Example 7 was spin coated on the ITO electrode surface of a glass substrate with an ITO electrode made of an ITO film, dried on a hot plate at 80 ° C. for 90 seconds, and then heated at 200 ° C. for circulating hot air. Baking was performed for 30 minutes in a type oven to form a polyimide film having a thickness of 100 nm.
This substrate was irradiated with 20 mJ of 313 nm linearly polarized light having an irradiation intensity of 11.0 mW / cm −2 . In the above-described measurement of the UV absorption spectrum, the direction of the incident light was inclined by 40 ° with respect to the normal direction of the substrate, similarly to the irradiation with linearly polarized light. This linearly polarized light was prepared by passing a 313 nm bandpass filter through the ultraviolet light of a high-pressure mercury lamp and then passing it through a 313 nm polarizing plate.
上記の基板を2枚用意し、一方の基板の液晶配向膜上に6μmのビーズスペーサを散布した後、その上からシール剤を印刷した。次いで、2枚の基板の液晶配向面を対向させ、各基板への直線偏光の光軸の投影方向が逆平行となるように圧着し、150℃で105分かけてシール剤(協立化学製 XN−1500T)を熱硬化させた。この空セルに負の誘電異方性を有するネガ形液晶(メルク社製、MLC−6608)を減圧注入法によって注入し、直線偏光の照射量が20mJである液晶セルを作製した。
次いで、直線偏光の照射量を50mJとした以外は上記と同様の方法に従い、直線偏光の照射量が50mJである液晶セルを作製した。
また、直線偏光の照射量を100mJとした以外は上記と同様の方法に従い、直線偏光の照射量が100mJである液晶セルを作製した。
また、直線偏光を照射しないこと以外は上記と同様の方法に従い、直線偏光の照射量が0mJである液晶セルを作製した。Two substrates were prepared, and 6 μm bead spacers were sprayed on the liquid crystal alignment film of one substrate, and then a sealant was printed thereon. Next, the liquid crystal alignment surfaces of the two substrates are made to face each other, and pressure-bonded so that the projection direction of the optical axis of the linearly polarized light on each substrate is antiparallel, and a sealant (manufactured by Kyoritsu Chemical Co., Ltd.) is taken at 150 ° C. for 105 minutes. XN-1500T) was heat cured. A negative liquid crystal having negative dielectric anisotropy (MLC, MLC-6608) having a negative dielectric anisotropy was injected into this empty cell by a reduced pressure injection method, and a liquid crystal cell having a linear polarized light irradiation amount of 20 mJ was produced.
Next, a liquid crystal cell having a linearly polarized light irradiation amount of 50 mJ was produced in the same manner as described above except that the linearly polarized light irradiation amount was 50 mJ.
In addition, a liquid crystal cell having a linearly polarized light irradiation amount of 100 mJ was produced in the same manner as described above except that the linearly polarized light irradiation amount was 100 mJ.
Further, a liquid crystal cell having a linearly polarized light irradiation amount of 0 mJ was produced in the same manner as described above except that the linearly polarized light was not irradiated.
[プレチルト角の評価]
直線偏光の照射量の異なる各液晶セルを用い、液晶配向におけるプレチルト角の測定を行った。プレチルト角の測定は、Axo Metrix社製の「Axo Scan」を用いてミューラーマトリックス法により行った。
プレチルト角の測定結果において、直線偏光の照射量が20mJである液晶セルでは、プレチルト角が89.1度であり、液晶分子が基板の法線方向から基板面内の一方向に向かってわずかに傾いて配向していた。
一方、直線偏光の照射量が0mJである液晶セルでは、プレチルト角が90.0度であり、液晶分子は液晶分子が基板の法線方向に配向し、傾いて配向することはなかった。
以上の評価結果は、実施例10、及び比較例2の結果とあわせて表1にまとめて示した。[Evaluation of pretilt angle]
Using each liquid crystal cell with a different amount of linearly polarized light, the pretilt angle in the liquid crystal alignment was measured. The pretilt angle was measured by the Mueller matrix method using “Axo Scan” manufactured by Axo Metrix.
In the measurement result of the pretilt angle, in the liquid crystal cell in which the irradiation amount of the linearly polarized light is 20 mJ, the pretilt angle is 89.1 degrees, and the liquid crystal molecules are slightly shifted from the normal direction of the substrate toward one direction in the substrate surface. It was tilted and oriented.
On the other hand, in the liquid crystal cell in which the irradiation amount of linearly polarized light was 0 mJ, the pretilt angle was 90.0 degrees, and the liquid crystal molecules were aligned in the normal direction of the substrate, and were not tilted.
The above evaluation results are shown in Table 1 together with the results of Example 10 and Comparative Example 2.
<実施例10>
実施例2で得られた液晶配向剤(A2)を用いて得られた硬化膜について、実施例9と同様に、紫外(UV)吸収スペクトルの測定、塗布性の評価を行った。
また、液晶配向剤(A1)を液晶配向剤(A2)に変更した以外は実施例9と同様の方法に従い、液晶セルを作製し、プレチルト角の測定を行なった。<Example 10>
About the cured film obtained using the liquid crystal aligning agent (A2) obtained in Example 2, the ultraviolet (UV) absorption spectrum was measured and the coating property was evaluated in the same manner as in Example 9.
A liquid crystal cell was prepared and the pretilt angle was measured according to the same method as in Example 9 except that the liquid crystal aligning agent (A1) was changed to the liquid crystal aligning agent (A2).
<比較例2>
比較例1で得られた液晶配向剤(A3)を用いて得られた硬化膜について、実施例9と同様に、紫外(UV)吸収スペクトルの測定、塗布性の評価を行った。
また、液晶配向剤(A1)を液晶配向剤(A3)に変更した以外は、実施例9と同様の方法に従い、液晶セルを作製し、プレチルト角の測定を行なった。
図2には、比較例1の液晶配向剤(A3)を用いて形成されたポリイミドからなる硬化膜の紫外吸収スペクトルを示す。<Comparative example 2>
The cured film obtained using the liquid crystal aligning agent (A3) obtained in Comparative Example 1 was measured for ultraviolet (UV) absorption spectrum and evaluated for coating properties in the same manner as Example 9.
A liquid crystal cell was prepared and the pretilt angle was measured in the same manner as in Example 9 except that the liquid crystal aligning agent (A1) was changed to the liquid crystal aligning agent (A3).
In FIG. 2, the ultraviolet absorption spectrum of the cured film which consists of a polyimide formed using the liquid crystal aligning agent (A3) of the comparative example 1 is shown.
図1に示した結果から、実施例7の液晶配向剤(A1)を用いて形成された硬化膜は、焼成によりポリイミド膜を形成するとともに、紫外領域に新たな吸収を発生することが確認された。この紫外領域の吸収は、図2に示した比較例1の液晶配向剤(A3)を用いて形成された硬化膜のUVスペクトルとの比較から、硬化膜中に形成された二重結合構造に由来するものと解釈される。
また、図3に示すように、実施例7の液晶配向剤(A1)を用いて形成された硬化膜においては、直線偏光である紫外線を照射することにより、紫外領域の吸収の吸光度が低下することが確認できた。これは、紫外線の照射を受けて、硬化膜中に形成された二重結合構造の一部が失われたためと解釈される。From the results shown in FIG. 1, it was confirmed that the cured film formed using the liquid crystal aligning agent (A1) of Example 7 formed a polyimide film by baking and generated new absorption in the ultraviolet region. It was. The absorption in the ultraviolet region is based on a comparison with the UV spectrum of the cured film formed using the liquid crystal aligning agent (A3) of Comparative Example 1 shown in FIG. Interpreted as derived.
Moreover, as shown in FIG. 3, in the cured film formed using the liquid crystal aligning agent (A1) of Example 7, the absorbance of absorption in the ultraviolet region is reduced by irradiating with ultraviolet rays that are linearly polarized light. I was able to confirm. This is interpreted as a part of the double bond structure formed in the cured film was lost due to the irradiation of ultraviolet rays.
図1に示した結果から、本発明の液晶配向剤は、焼成によりポリイミド膜を形成するとともに紫外領域に新たな吸収を発生させることが確認された。この紫外領域の吸収は、ポリイミド膜中に形成された二重結合構造に由来するものと解釈される。
また、図3に示すように、本発明の液晶配向剤から形成されたポリイミド膜は、直線偏光である紫外線の照射によって、新たに発生した紫外領域の吸収の吸光度が低下することを確認することができた。直線偏光の紫外線の照射を受けて、ポリイミド膜中に形成された二重結合構造の一部が失われたためと解釈される。From the results shown in FIG. 1, it was confirmed that the liquid crystal aligning agent of the present invention forms a polyimide film by firing and generates new absorption in the ultraviolet region. This absorption in the ultraviolet region is interpreted as originating from the double bond structure formed in the polyimide film.
In addition, as shown in FIG. 3, it is confirmed that the polyimide film formed from the liquid crystal aligning agent of the present invention decreases the absorbance of newly generated ultraviolet region absorption by irradiation with ultraviolet rays that are linearly polarized light. I was able to. It is interpreted that a part of the double bond structure formed in the polyimide film was lost due to the irradiation of the linearly polarized ultraviolet ray.
表1に示す結果において、本発明の液晶配向剤から形成されたポリイミド膜は、直線偏光を照射すること無く、そのまま使用することにより、液晶分子が基板の法線方向に配向する液晶配向膜を構成することがわかった。
また、本発明の液晶配向剤から形成されたポリイミド膜は、直線偏光の照射によって、液晶分子が基板の法線方向から基板面内の一方向に向かって少し傾くような、垂直配向型の光反応性の液晶配向膜を構成することがわかった。In the results shown in Table 1, the polyimide film formed from the liquid crystal aligning agent of the present invention can be used as it is without irradiating linearly polarized light, whereby a liquid crystal aligning film in which liquid crystal molecules are aligned in the normal direction of the substrate. I found it to be composed.
In addition, the polyimide film formed from the liquid crystal aligning agent of the present invention is a vertical alignment type light in which liquid crystal molecules are slightly tilted from the normal direction of the substrate toward one direction in the substrate plane by irradiation of linearly polarized light. It was found to constitute a reactive liquid crystal alignment film.
本発明の液晶配向剤から得られる液晶配向膜は、VA方式の液晶表示素子の液晶配向膜として好適に利用することが可能であり、従来から課題とされてきた塗布性の面でも優れていることが確認された。また、均一性に優れた垂直配向型の光反応性の液晶配向膜として用いることが可能であることがわかった。 The liquid crystal alignment film obtained from the liquid crystal alignment agent of the present invention can be suitably used as a liquid crystal alignment film of a VA liquid crystal display element, and is excellent in terms of coating properties that have been considered as a problem in the past. It was confirmed. It was also found that the film can be used as a vertically aligned photoreactive liquid crystal alignment film having excellent uniformity.
本発明の液晶配向剤は、塗布性にも優れ、遮光等の対応を必要とせず、垂直配向型の光配向性の液晶配向膜を提供することが可能であり、高い生産性で、優れた表示品位を備えたVA方式の液晶表示素子を製造することができる。すなわち、本発明の液晶表素子は、大型の液晶TVや、高精細な画像を表示するスマートフォン等の携帯用情報端末用の液晶表示素子として好適に利用することができる。
なお、2012年3月21日に出願された日本特許出願2012−064186号、及び2012年3月21日に出願された日本特許出願2012−064187号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。The liquid crystal aligning agent of the present invention is excellent in coatability, does not require light-shielding and the like, and can provide a vertical alignment type photo-alignment liquid crystal alignment film, which is excellent in high productivity. A VA liquid crystal display element having display quality can be manufactured. That is, the liquid crystal surface element of the present invention can be suitably used as a liquid crystal display element for a portable information terminal such as a large liquid crystal TV or a smartphone displaying a high-definition image.
The specification, claims, drawings and abstract of Japanese Patent Application No. 2012-064186, filed on March 21, 2012, and Japanese Patent Application No. 2012-064187, filed on March 21, 2012. The entire contents of this document are hereby incorporated by reference as the disclosure of the specification of the present invention.
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