(57)【要約】  波長３００ｎｍ以上の偏光紫外線を照射することで高い異方性と良好な液晶配向性、更に高い液晶配向規制力を有する液晶配向膜、その製造方法を提供する。  式（１）で表される構造単位を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化重合体からなる群から選ばれる少なくとも１種の重合体を含む液晶配向剤の焼成膜に、波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外線を含む偏光された紫外線を照射してなる液晶配向膜。（化１）2013081067.tif 000047（Ｘ１は脂環構造を有する４価の有機基、Ｙ１は式（Ａ）表される２価の有機基、Ｒ１は水素原子等。式（Ａ）中、Ａ１、Ａ２は、（Ａ−１）〜（Ａ−５）の少なくとも１種である。Ｂ１は、単結合等、ｎは０〜１）（化２）2013081067.tif 000048（Ｄは、加熱によって水素に置き換わるアミノ基の保護基である）
2013081067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記式（１）で表される構造単位を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化重合体からなる群から選ばれる少なくとも１種の重合体を含む液晶配向剤の焼成膜に、波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外線を含む偏光された紫外線を照射してなることを特徴とする液晶配向膜。
【化１】
2013081067.tif 000041
（式（１）において、Ｘ１は脂環構造を有する４価の有機基であり、Ｙ１は下記式（Ａ）で表される２価の有機基であり、Ｒ１は水素原子、又は炭素数１〜４のアルキル基である。）
【化２】
2013081067.tif 000042
（式（Ａ）において、Ａ１及びＡ２は下記式（Ａ−１）〜（Ａ−５）からなる群から選ばれる少なくとも１種類の構造であり、同一でも異なってもよい。Ｂ１は、単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−ＮＲ−、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合、ウレア結合、カーボネート結合、カルバメート結合、又は炭素数１〜１０の2価の有機基であり、ｎは０〜１の整数である。Ｒは炭素数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、若しくはこれらの組み合わせである。）
【化３】
2013081067.tif 000043
（式（Ａ−１）〜（Ａ−５）において、Ｄは、加熱によって水素に置き換わるアミノ基の保護基である。）
【請求項２】
上記式（１）のＸ１が、下記式（Ｘ−１）〜（Ｘ−１０）で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも１種類である請求項１に記載の液晶配向膜。
【化４】
2013081067.tif 000044
（上記式において、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及びＲ５はそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数２〜６のアルケニル基、アルキニル基、又はフェニル基である。）
【請求項３】
Ｘ１が、下記式（Ｘ１−１）及び（Ｘ１−２）で表される構造からなる群から選らばれる少なくとも１種類である請求項１または２のいずれかに記載の液晶配向膜。
【化５】
2013081067.tif 000045
【請求項４】
上記式（Ａ−１）〜（Ａ−５）において、Ｄがｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基、又は９−フルオレニルメトキシカルボニル基である請求項１〜３のいずれかに記載の液晶配向膜。
【請求項５】
Ｙ１が、下記（Ｙ１−１）〜（Ｙ１−４）で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも１種類である請求項４に記載の液晶配向膜。
【化６】
2013081067.tif 000046
【請求項６】
上記液晶配向剤の焼成膜が、焼成によって生成したアミノ基とイミドカルボニル酸素との縮合反応による環構造を有する請求項１〜５のいずれかに記載の液晶配向膜。
【請求項７】
上記式（１）で表される構造単位を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化重合体からなる群から選ばれる少なくとも１種の重合体と有機溶媒とを含む液晶配向剤を塗布、焼成して得られる膜に、波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外線を含む偏光された紫外線を照射する請求項１〜６のいずれかに記載の液晶配向膜の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶配向膜、該液晶配向膜の製造方法、及び該液晶配向膜を具備する液晶表示素子に関する。さらに詳しくは、ラビング処理に代わり、光配向処理法、すなわち、偏光された紫外線、特に波長３００ｎｍ以上の紫外線を含む偏光された紫外線の照射によって液晶配向能を付与された液晶配向膜、該液晶配向膜の製造方法、及び該液晶配向膜を具備する液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶テレビ、液晶ディスプレイなどに用いられる液晶表示素子は、通常、液晶の配列状態を制御するための液晶配向膜が素子内に設けられている。
現在、工業的に最も普及している方法によれば、液晶配向膜は、電極基板上に形成されたポリアミック酸及び／又はこれをイミド化したポリイミドからなる膜の表面を、綿、ナイロン、ポリエステル等の布で一方向に擦る、いわゆるラビング処理を行うことで作製されている。【０００３】
液晶配向膜の配向過程において膜面をラビング処理する方法は、簡便で生産性に優れた工業的に有用な方法である。しかし、液晶表示素子の高性能化、高精細化、大型化への要求は益々高まり、ラビング処理によって発生する配向膜の表面の傷、発塵、機械的な力や静電気による影響、さらには、配向処理面内の不均一性など種々の問題が明らかとなってきている。【０００４】
ラビング処理に代わる方法としては、偏光された放射線を照射することにより、液晶配向能を付与する光配向法が知られている。光配向法による液晶配向処理は、光異性化反応を利用したもの、光架橋（光二量化）反応を利用したもの、光分解反応を利用したものなどが提案されている（非特許文献１参照）。【０００５】
液晶配向膜中の重合体として、ポリイミドを光配向用液晶配向膜に用いた場合、他に比べて高い耐熱性を有することからその有用性が期待されており、主鎖にシクロブタン環などの脂環構造を有するポリイミド膜を光配向法に用いることが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２９７３１３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「液晶光配向膜」木戸脇、市村  機能材料  １９９７年１１月号    Ｖｏｌ．１７  Ｎｏ．１１  １３−２２ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１で使用されているシクロブタン環などの脂環構造を有するポリイミド膜は、短波長の紫外線、特に２５４ｎｍ付近の偏光紫外線を照射することにより、高い異方性を発現し、液晶配向性に優れた液晶配向膜が得られる。しかし、２５４ｎｍ付近の紫外線は、エネルギーが高く、照射には多くの電力を必要するため、光配向処理するためのコストが大きいことだけでなく、環境への負荷が大きい。また、よりエネルギーの強い短波長の紫外線を使用するため、基板に形成された電極や薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ）にダメージを与える可能性も考えられる。【０００９】
一方、光異性化や光二量化を利用した光配向法は、波長３００ｎｍ以上の偏光紫外線を照射することにより、異方性を付与できる。しかし、光異性化や光二量化を利用した光配向法で得られた液晶配向膜は、配向規制力が弱く、液晶表示素子に用いた場合に、残像が発生してしまうという問題があった。【００１０】
本発明は、波長３００ｎｍ以上の偏光紫外線を照射することで、異方性が付与される液晶配向膜であって、高い異方性と良好な液晶配向性、更には高い液晶配向規制力を有する液晶配向膜、該液晶配向膜の製造方法、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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記の目的を達成するため、鋭意研究を進めたところ、脂環構造を有するテトラカルボン酸二無水物及び／又はその誘導体と、熱脱離する保護基で保護されたアミノ基を有する特定構造のジアミンと、の重縮合反応により得られるポリイミド前駆体、又は該ポリイミド前駆体のイミド化重合体を含有する液晶配向剤から得られる膜が、波長３００nm以上の紫外線を含む偏光された紫外線の照射により光配向して高い異方性と良好な液晶配向性、更には高い液晶配向規制力を有する液晶配向膜が得られることを見出した。【００１２】
かくして、本発明は、下記を要旨とするものである。
１．下記式（１）で表される構造単位を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化重合体からなる群から選ばれる少なくとも１種の重合体を含む液晶配向剤の焼成膜に、波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外線を含む偏光された紫外線を照射してなる液晶配向膜。
【化１】
2013081067.tif 000003
（式（１）において、Ｘ１は脂環構造を有する４価の有機基であり、Ｙ１は下記式（Ａ）で表される２価の有機基であり、Ｒ１は水素原子、又は炭素数１〜４のアルキル基である。）
【化２】
2013081067.tif 000004
（式（Ａ）において、Ａ１及びＡ２は下記式（Ａ−１）〜（Ａ−５）からなる群から選ばれる少なくとも１種類の構造であり、同一でも異なってもよい。Ｂ１は、単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−ＮＲ−、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合、ウレア結合、カーボネート結合、カルバメート結合、又は炭素数１〜１０の2価の有機基であり、ｎは０〜１の整数である。Ｒは炭素数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、若しくはこれらの組み合わせである。）
【化３】
2013081067.tif 000005
（式（Ａ−１）〜（Ａ−５）において、Ｄは、加熱によって水素に置き換わるアミノ基の保護基である。）【００１３】
２．上記式（１）のＸ１が、下記式（Ｘ−１）〜（Ｘ−１０）で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも１種類である上記１に記載の液晶配向膜。
【化４】
2013081067.tif 000006
（上記式において、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及びＲ５はそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数２〜６のアルケニル基、アルキニル基、又はフェニル基である。）【００１４】
３．Ｘ１が、下記式（Ｘ１−１）及び（Ｘ１−２）で表される構造からなる群から選らばれる少なくとも１種類である上記１または２のいずれかに記載の液晶配向膜。
【化５】
2013081067.tif 000007
４．上記式（Ａ−１）〜（Ａ−５）において、Ｄがｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基、又は９−フルオレニルメトキシカルボニル基である上記１〜３のいずれかに記載の液晶配向膜。
５．Ｙ１が、下記（Ｙ１−１）〜（Ｙ１−４）で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも１種類である上記４に記載の液晶配向膜。
【化６】
2013081067.tif 000008
６．上記液晶配向剤の焼成膜が、焼成によって生成したアミノ基とイミドカルボニル酸素との縮合反応による環構造を有する上記１〜５のいずれかに記載の液晶配向膜。
７．上記式（１）で表される構造単位を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化重合体からなる群から選ばれる少なくとも１種の重合体と有機溶媒とを含む液晶配向剤を塗布、焼成して得られる膜に、波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外線を含む偏光された紫外線を照射する請求項１〜６のいずれかに記載の液晶配向膜の製造方法。
８．上記１〜６のいずれかに記載の液晶配向膜を有する液晶表示素子。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の液晶配向膜は、上記の特定の構造を有するポリイミド前駆体又は該ポリイミド前駆体のイミド化重合体を含む液晶配向剤の焼成膜に、波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外線を含む偏光された紫外線を照射することにより得られ、高い異方性が付与でき、優れた液晶配向性及び配向規制力を有する。そのため、液晶表示素子として用いた場合に、残像特性に優れた液晶表示素子が得られる。使用される紫外線は、従来の短波長ではなく、波長３００ｎｍ以上のよりエネルギーの低い紫外線を使用できるため、光配向処理するための電力が小さく、環境への負荷も低減することができる。また、よりエネルギーの弱い長波長の紫外線を使用するため、基板に形成された電極やＴＦＴへのダメージを低減することができる。【００１６】
本発明の液晶配向剤から得られる液晶配向膜において、何故に上記のような優れた効果が得られるかについては、必ずしも明らかではないが、ほぼ次のように考えられる。
主鎖に脂環構造を有するポリイミドは、偏光された紫外線を照射することにより、異方性を付与することができる。特に、脂環構造がシクロブタンである場合、偏光された放射線を照射することにより、分子鎖の長軸方向が偏光方向と平行な分子鎖のイミド部位に結合した芳香環のみが光を吸収し、励起され、エネルギー移動することにより、下記式（ｉ）の開環反応が進行し、異方性が付与される。
【化７】
2013081067.tif 000009
【００１７】
上記のシクロブタンの構造は、２５４ｎｍ付近に強い吸収を持つため、２５４ｎｍ付近の偏光紫外線を照射することにより、光分解反応が効率的に進行する。しかし、吸収波長を長波長化するためには、ビフェニルや縮環構造などの限定された構造が必要であり、これらの限定された構造は必ずしも液晶配向性や液晶配向規制力が良好ではない場合がある。また、これらのビフェニルや縮環構造は剛直な骨格であるため、得られたポリマーの有機溶媒に対する溶解性が乏しい場合がほとんどである。【００１８】
これに対して、本発明において、上記の特定構造を有するポリイミド前駆体又はポリイミド前駆体のイミド化重合体を含む液晶配向剤を焼成した場合は、加熱による溶媒の揮発やイミド化が進行するだけでなく、熱脱離性基が脱離して生成したアミノ基とイミドカルボニル酸素との縮合反応が進行する。これにより、得られる膜には、下記式（ii）に示すようなイミド環ではない環構造が存在すると考えられる。
【化８】
2013081067.tif 000010
【００１９】
上記（ii）の環構造が形成されることにより、波長３００ｎｍ以上の偏光された紫外線の照射によって反応する光分解反応が進行し、異方性が付与できると考えられる。
さらに、本発明の液晶配向膜は、イミド環との縮合反応により、上記した新たな環構造を形成するため、イミド環よりも、更に剛直な構造となる。そのため、液晶の駆動によって、液晶配向膜中の分子鎖が動きにくく、高い液晶配向規制力を示す。また、本発明に記載の液晶配向剤は、アミノ基の保護基として嵩高い置換基を有し、さらに上記の環構造が塗膜、焼成後に形成されるため、溶解性に優れ、塗布性が良好であり、得られる膜は、塗布不良のない均質なものとなる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜液晶配向膜＞
本発明の液晶配向膜では、下記式（１）で表される構造単位を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化重合体からなる群から選ばれる少なくとも１種の重合体を含む液晶配向剤から形成される。
【化９】
2013081067.tif 000011
式（１）において、Ｘ１は脂環構造を有する４価の有機基であり、公知のものであれば、その構造は特に限定されるものではない。あえて、Ｘ１の具体例を挙げるならば、下記式（Ｘ−１）〜（Ｘ−１０）で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも１種類である。
【００２１】
【化１０】
2013081067.tif 000012
式（Ｘ−１）において、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及びＲ５は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数２〜６のアルケニル基、アルキニル基、又はフェニル基である。液晶配向性の観点から、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及びＲ５は、水素原子、ハロゲン原子、メチル基又はエチル基が好ましく、水素原子又はメチル基がより好ましく、さらに好ましくは、下記式（Ｘ１−１）〜（Ｘ１−２）で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも１種である。
【００２２】
【化１１】
2013081067.tif 000013
Ｒ１は水素原子、又は炭素数１〜４のアルキル基である。加熱によるイミド化のしやすさの観点から、水素原子、又はメチル基が特に好ましい。
【００２３】
式（１）において、Ｙ１は、下記式（Ａ）で表される２価の有機基である。
【化１２】
2013081067.tif 000014
式（Ａ）において、Ａ１及びＡ２は、それぞれ独立して、下記式（Ａ−１）〜（Ａ−５）からなる群から選ばれる少なくとも１種類の構造である。合成の容易さから、式（Ａ−１）又は（Ａ−２）が好ましく、式（Ａ−１）が特に好ましい。
【００２４】
【化１３】
2013081067.tif 000015
【００２５】
式（Ａ−１）〜（Ａ−５）において、Ｄは、加熱によって水素に置き換わるアミノ基の保護基である。上記Ｄは、加熱により水素原子に置き換わる官能基であれば、その構造は特に限定されない。Ｄとしては、液晶配向膜を得る際の焼成温度である、好ましくは１５０℃〜３００℃、より好ましくは１５０〜２５０℃で効率よく脱離反応が進行する構造が好ましく、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基又は９−フルオレニルメトキシカルボニル基がより好ましく、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基が特に好ましい。
【００２６】
Ｂ１は、単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−ＮＲ−、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合、ウレア結合、カーボネート結合、カルバメート結合、又は炭素数１〜１０の２価の有機基であり、ｎは０〜１の整数である。Ｒは炭素数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、若しくはこれらの組み合わせである。
上記エステル結合としては、−Ｃ（Ｏ）Ｏ−、又は−ＯＣ（Ｏ）−で表される。アミド結合としては、−Ｃ（Ｏ）ＮＨ−、又は、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ−、−ＮＨＣ（Ｏ）−、−ＮＲＣ（Ｏ）−で表される構造を示すことができる。Ｒは炭素数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、若しくはこれらの組み合わせである。
【００２７】
上記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、ｔｅｒｔ−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、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などが挙げられる。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ＣＨ−ＣＨ構造を、Ｃ＝Ｃ構造に置き換えたものが挙げられ、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などが挙げられる。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、より具体的には、エチニル基、１−プロピニル基、２−プロピニル基などが挙げられる。アリール基としては、例えばフェニル基が挙げられる。
【００２８】
上記ウレア結合としては、−ＮＨ−Ｃ（Ｏ）ＮＨ−、又は−ＮＲ−Ｃ（Ｏ）ＮＲ−で表される構造を示すことができる。Ｒは炭素数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、若しくはこれらの組み合わせであり、前記のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基と同様の例を挙げることができる。
上記カーボネート結合としては、−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｏ−で表される構造を示すことができる。
上記カルバメート結合としては、−ＮＨ−Ｃ（Ｏ）−Ｏ−、−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＮＨ−、−ＮＲ−Ｃ（Ｏ）−Ｏ−、又は−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＮＲ−で表される構造を示すことができる。Ｒは炭素数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、若しくはこれらの組み合わせであり、前記のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基と同様の例を挙げることができる。
【００２９】
Ｂ１が炭素数２〜１０の２価の有機基である場合、下記式（２）の構造で表すことができる。
【化１４】
2013081067.tif 000016
式（２）における、Ｚ4、Ｚ５及びＺ６はそれぞれ独立して、単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＲ11−、又はエステル結合、アミド結合、チオエステル結合、ウレア結合、カーボネート結合、カルバメート結合である。Ｒ11は水素原子、メチル基、又はｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基である。
【００３０】
Ｚ４、Ｚ５及びＺ６において、エステル結合、アミド結合、チオエステル結合、ウレア結合、カーボネート結合、及びカルバメート結合は、前記のエステル結合、アミド結合、チオエステル結合、ウレア結合、カーボネート結合、及びカルバメート結合の同様の構造を示すことができる。
式（２）におけるＲ９及びＲ１０は、それぞれ独立して単結合、炭素数１〜１０のアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基、又はこれらを組み合わせた基である。Ｒ９とＲ１０の何れかが単結合の場合、Ｒ９又はＲ１０は炭素数２〜１０のアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基、又はこれらを組み合わせた基である。
【００３１】
上記アルキレン基としては、前記アルキル基から水素原子を１つ除いた構造が挙げられる。より具体的には、メチレン基、１，１−エチレン基、１，２−エチレン基、１，２−プロピレン基、１，３−プロピレン基、１，４−ブチレン基、１，２−ブチレン基、１，２−ペンチレン基、１，２−へキシレン基、２，３−ブチレン基、２，４−ペンチレン基、１，２−シクロプロピレン基、１，２−シクロブチレン基、１，３−シクロブチレン基、１，２−シクロペンチレン基、１，２−シクロへキシレン基などが挙げられる。
【００３２】
上記アルケニレン基としては、上記アルケニル基から水素原子を１つ除いた構造が挙げられる。より具体的には、１，１−エテニレン基、１，２−エテニレン基、１，２−エテニレンメチレン基、１−メチル−１，２−エテニレン基、１，２−エテニレン−１，１−エチレン基、１，２−エテニレン−１，２−エチレン基、１，２−エテニレン−１，２−プロピレン基、１，２−エテニレン−１，３−プロピレン基、１，２−エテニレン−１，４−ブチレン基、１，２−エテニレン−１，２−ブチレン基などが挙げられる。
上記アルキニレン基としては、前記アルキニル基から水素原子を１つ除いた構造が挙げられる。より具体的には、エチニレン基、エチニレンメチレン基、エチニレン−１，１−エチレン基、エチニレン−１，２−エチレン基、エチニレン−１，２−プロピレン基、エチニレン−１，３−プロピレン基、エチニレン−１，４−ブチレン基、エチニレン−１，２−ブチレン基などが挙げられる。
【００３３】
上記アリーレン基としては、前記アリール基から水素原子を１つ除いた構造が挙げられる。より具体的には、１，２−フェニレン基、１，３−フェニレン基、１，４−フェニレン基などが挙げられる。
Ｙ１の構造が、直線性が高い構造や剛直な構造を有する場合、良好な液晶配向性を有する液晶配向膜が得られるため、Ｂ１としては、単結合、又は下記式（Ａ１−１）〜（Ａ１−２５）の構造がより好ましい。
【００３４】
【化１５】
2013081067.tif 000017
【００３５】
【化１６】
2013081067.tif 000018
【００３６】
【化１７】
2013081067.tif 000019
【００３７】
【化１８】
2013081067.tif 000020
【００３８】
なかでも、Ｙ１としては、下記（Ｙ１−１）〜（Ｙ１−４）が特に好ましい。
【００３９】
【化１９】
2013081067.tif 000021
【００４０】
上記式（１）で表される構造単位を含有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化重合体において、上記式（１）で表される構造単位の比率は、重合体中の全構造単位１モルに対して、６０モル％〜１００モル％が好ましい。上記式（１）で表される構造単位の比率が高いほど、波長３００nm以上４００nm以下の偏光された紫外線を照射することにより、高い異方性が付与できる。そのため、上記式（１）で表される構造単位の比率は、良好な液晶配向性を有する液晶配向膜が得られるため、８０モル％〜１００モル％がより好ましく、９０モル％〜１００モル％がさらに好ましい。
【００４１】
本発明の液晶配向剤には、上記式（１）で表される構造単位以外に下記式（３）で表される構造単位を含有していてもよい。
【化２０】
2013081067.tif 000022
式（３）において、Ｒ１は上記式（１）のＲ１と同様の定義である。Ｘ２は４価の有機基であり、その構造は特に限定されない。具体例を挙げるならば、下記式（Ｘ−１１）〜（Ｘ−４３）が挙げられる。化合物の入手性の観点から、Ｘ２は、Ｘ−１７、Ｘ−２６，Ｘ−２７、Ｘ−２８、Ｘ−３２又はＸ−３９が好ましい。また、直流電圧により蓄積した残留電荷の緩和が早い液晶配向膜を得られるという観点から芳香族環構造を有するテトラカルボン酸二無水物を用いることが好ましく、Ｘ２の構造としては、Ｘ−２６，Ｘ−２７、Ｘ−２８、Ｘ−３２、Ｘ−３５又はＸ−３７がより好ましい。
【００４２】
【化２１】
2013081067.tif 000023
【００４３】
【化２２】
2013081067.tif 000024
【００４４】
上記式（３）において、Ｙ２は２価の有機基であり、その構造は特に限定されない。Ｙ２の具体例を挙げるならば、下記記式（Ｙ−１）〜（Ｙ−７１）が挙げられる。
【化２３】
2013081067.tif 000025
【００４５】
【化２４】
2013081067.tif 000026
【００４６】
【化２５】
2013081067.tif 000027
【００４７】
【化２６】
2013081067.tif 000028
【００４８】
【化２７】
2013081067.tif 000029
【００４９】
【化２８】
2013081067.tif 000030
【００５０】
【化２９】
2013081067.tif 000031
【００５１】
【化３０】
2013081067.tif 000032
【００５２】
ポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化重合体の有機溶剤に対する溶解性の向上が期待できるため、Ｙ−８、Ｙ−２０、Ｙ−２１、Ｙ−２２、Ｙ−２８、Ｙ−２９又はＹ−３０の構造を有する構造単位を有することが好ましい。
本発明の液晶配向剤は、上記式（３）で表される構造単位の比率が高い場合、波長３００ｎｍの偏光された紫外線で異方性が付与できない可能性があるため、上記式（３）で表される構造単位の比率は、全構造単位１モルに対して０〜２０モル％が好ましく、０〜１０モル％がさらに好ましい。
【００５３】
本発明の液晶配向剤に使用されるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化重合体の分子量は、重量平均分子量で２，０００〜５００，０００が好ましく、より好ましくは５，０００〜３００，０００であり、さらに好ましくは、１０，０００〜１００，０００である。また、数平均分子量は、好ましくは、１，０００〜２５０，０００であり、より好ましくは、２，５００〜１５０，０００であり、さらに好ましくは、５，０００〜５０，０００である。
【００５４】
本発明の液晶配向剤に含有される有機溶媒は、使用されるポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化重合体が均一に溶解するものであれば特に限定されない。その具体例を挙げるならば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−エチル−２−ピロリドン、Ｎ−メチルカプロラクタム、２−ピロリドン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、γ−ブチロラクトン、１，３−ジメチル−イミダゾリジノン、３−メトキシ−Ｎ，Ｎ−ジメチルプロパンアミド等を挙げることができる。これらは１種又は２種以上を混合して用いてもよい。また、単独ではポリマー成分を均一に溶解できない溶媒であっても、ポリマーが析出しない範囲であれば、上記の有機溶媒に混合してもよい。
【００５５】
本発明の液晶配向剤は、重合体成分を溶解させるための有機溶媒の他に、液晶配向剤を基板へ塗布する際の塗膜均一性を向上させるための溶媒を含有してもよい。かかる溶媒は、一般的に上記有機溶媒よりも低表面張力の溶媒が用いられる。その具体例を挙げるならば、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、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、ブチルセロソルブアセテート、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が挙げられる。これらの溶媒は２種類上を併用してもよい。
【００５６】
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、前述の重合体以外の重合体、液晶配向膜の誘電率や導電性などの電気特性を変化させる目的の誘電体若しくは導電物質、液晶配向膜と基板との密着性を向上させる目的のシランカップリング剤、液晶配向膜にした際の膜の硬度や緻密度を高める目的の架橋性化合物、さらには塗膜を焼成する際にポリイミド前駆体のイミド化を効率よく進行させる目的のイミド化促進剤等を添加しても良い。
【００５７】
＜ポリイミド前駆体の製造方法＞
本発明に用いられるポリイミド前駆体であるポリアミック酸エステルは、以下に示す（１）〜（３）の方法で合成することができる。
（１）ポリアミック酸から合成する場合
ポリアミック酸エステルは、テトラカルボン酸二無水物とジアミンから得られるポリアミック酸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〜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。
【００５８】
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−ジメトキシー１，３，５−トリアジンー２−イル）−４−メチルモルホリニウムクロリドなどが挙げられる。エステル化剤の添加量は、ポリアミック酸の繰り返し単位１モルに対して、２〜６モル当量が好ましい。
【００５９】
上記の反応に用いる溶媒は、ポリマーの溶解性からＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、N−メチル−２−ピロリドン、又はγ−ブチロラクトンが好ましく、これらは１種又は２種以上を混合して用いてもよい。合成時の濃度は、ポリマーの析出が起こりにくく、かつ高分子量体が得やすいという観点から、１〜３０質量％が好ましく、５〜２０質量％がより好ましい。
【００６０】
（２）テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンとの反応により合成する場合
ポリアミック酸エステルは、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドとジアミンから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とを塩基と有機溶剤の存在下で−２０℃〜１５０℃、好ましくは０℃〜５０℃において、３０分〜２４時間、好ましくは１〜４時間反応させることによって合成することができる。
【００６１】
前記塩基には、ピリジン、トリエチルアミン、４−ジメチルアミノピリジンなどが使用できるが、反応が穏和に進行するためにピリジンが好ましい。塩基の添加量は、除去が容易な量で、かつ高分子量体が得やすいという観点から、テトラカルボン酸ジエステルジクロリドに対して、２〜４倍モルであることが好ましい。
上記の反応に用いる溶媒は、モノマーおよびポリマーの溶解性からN−メチル−２−ピロリドン、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。合成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。
【００６２】
（３）テトラカルボン酸ジエステルとジアミンからポリアミック酸を合成する場合
ポリアミック酸エステルは、テトラカルボン酸ジエステルとジアミンを重縮合することにより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ジアミンを縮合剤、塩基、有機溶剤の存在下で０℃〜１５０℃、好ましくは０℃〜１００℃において、３０分〜２４時間、好ましくは３〜１５時間反応させることによって合成することができる。
【００６３】
前記縮合剤には、トリフェニルホスファイト、ジシクロヘキシルカルボジイミド、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩、Ｎ，Ｎ’−カルボニルジイミダゾール、ジメトキシ−１，３，５−トリアジニルメチルモルホリニウム、Ｏ−（ベンゾトリアゾール−1−イル)−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルウロニウム テトラフルオロボラート、Ｏ−（ベンゾトリアゾール−１−イル)−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスファート、（２，３−ジヒドロ−２−チオキソ−３−ベンゾオキサゾリル)ホスホン酸ジフェニルなどが使用できる。縮合剤の添加量は、テトラカルボン酸ジエステルに対して２〜３倍モルであることが好ましい。
【００６４】
前記塩基には、ピリジン、トリエチルアミンなどの３級アミンが使用できる。塩基の添加量は、除去が容易な量で、かつ高分子量体が得やすいという観点から、ジアミン成分に対して２〜４倍モルが好ましい。
また、上記反応において、ルイス酸を添加剤として加えることで反応が効率的に進行する。ルイス酸としては、塩化リチウム、臭化リチウムなどのハロゲン化リチウムが好ましい。ルイス酸の添加量はジアミン成分に対して０〜１．０倍モルが好ましい。
【００６５】
上記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）又は上記（２）の合成法が特に好ましい。
上記のようにして得られるポリアミック酸エステルの溶液は、よく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、ポリマーを析出させることができる。析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥して精製されたポリアミック酸エステルの粉末を得ることができる。貧溶媒は、特に限定されないが、水、メタノール、エタノール、ヘキサン、ブチルセロソルブ、アセトン、トルエン等が挙げられる。
【００６６】
また、別のポリイミド前駆体であるポリアミック酸は、以下に示す方法により合成することができる。
具体的には、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを有機溶媒の存在下で−２０℃〜１５０℃、好ましくは０℃〜５０℃において、３０分〜２４時間、好ましくは１〜１２時間反応させることによって合成できる。
上記の反応に用いる有機溶媒は、モノマーおよびポリマーの溶解性からＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、N−メチル−２−ピロリドン、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。ポリマーの濃度は、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。
【００６７】
上記のようにして得られたポリアミック酸は、反応溶液をよく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、ポリマーを析出させて回収することができる。また、析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥することで精製されたポリアミック酸の粉末を得ることができる。貧溶媒は、特に限定されないが、水、メタノール、エタノール、ヘキサン、ブチルセロソルブ、アセトン、トルエン等が挙げられる。
【００６８】
＜ポリイミドの製造方法＞
本発明における上記ポリイミド前駆体のイミド化重合体は、前記ポリアミック酸エステル又はポリアミック酸をイミド化することにより製造できる。ポリアミック酸エステルからポリイミドを製造する場合、前記ポリアミック酸エステル溶液、又はポリアミック酸エステル樹脂粉末を有機溶媒に溶解させて得られるポリアミック酸溶液に塩基性触媒を添加する化学的イミド化が簡便である。化学的イミド化は、比較的低温でイミド化反応が進行し、イミド化の課程で重合体の分子量低下が起こりにくいので好ましい。
【００６９】
化学的イミド化は、イミド化させたいポリアミック酸エステルを、有機溶媒中において塩基性触媒存在下で撹拌することにより行うことができる。有機溶媒としては前述した重合反応時に用いる溶媒を使用することができる。塩基性触媒としてはピリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン等を挙げることができる。中でもトリエチルアミンは反応を進行させるのに充分な塩基性を持つので好ましい。
【００７０】
イミド化反応を行うときの温度は、−２０℃〜１４０℃、好ましくは０℃〜１００℃であり、反応時間は１〜１００時間で行うことができる。塩基性触媒の量はアミック酸エステル基の０．５〜３０モル倍、好ましくは２〜２０モル倍である。得られる重合体のイミド化率は、触媒量、温度、反応時間を調節することで制御することができる。イミド化反応後の溶液には、添加した触媒等が残存しているので、以下に述べる手段により、得られたイミド化重合体を回収し、有機溶媒で再溶解して、本発明の液晶配向剤とすることが好ましい。
【００７１】
ポリアミック酸からポリイミドを製造する場合、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物との反応で得られた前記ポリアミック酸の溶液に触媒を添加する化学的イミド化が簡便である。化学的イミド化は、比較的低温でイミド化反応が進行し、イミド化の課程で重合体の分子量低下が起こりにくいので好ましい。
化学的イミド化は、イミド化させたい重合体を、有機溶媒中において塩基性触媒と酸無水物の存在下で攪拌することにより行うことができる。有機溶媒としては前述した重合反応時に用いる溶媒を使用することができる。塩基性触媒としてはピリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン等を挙げることができる。中でもピリジンは反応を進行させるのに適度な塩基性を持つので好ましい。また、酸無水物としては無水酢酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等を挙げることができ、中でも無水酢酸を用いると反応終了後の精製が容易となるので好ましい。
【００７２】
イミド化反応を行うときの温度は、−２０℃〜１４０℃、好ましくは０℃〜１００℃であり、反応時間は１〜１００時間で行うことができる。塩基性触媒の量はアミック酸基の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ック酸基の１〜５０モル倍、好ましくは３〜３０モル倍である。得られる重合体のイミド化率は、触媒量、温度、反応時間を調節することで制御することができる。
ポリアミック酸エステル又はポリアミック酸のイミド化反応後の溶液には、添加した触媒等が残存しているので、以下に述べる手段により、得られたイミド化重合体を回収し、有機溶媒で再溶解して、本発明の液晶配向剤とすることが好ましい。
【００７３】
上記のようにして得られるポリイミドの溶液は、よく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、重合体を析出させることができる。析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥して精製されたポリアミック酸エステルの粉末を得ることができる。
前記貧溶媒は、特に限定されないが、メタノール、アセトン、ヘキサン、ブチルセルソルブ、ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、トルエン、ベンゼン等が挙げられる。
【００７４】
＜液晶配向膜の製造＞
本発明の液晶配向膜は、式（１）で表される構造単位を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化重合体からなる群から選ばれる少なくとも１種の重合体を含む液晶配向剤の焼成膜に、波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外線を含むほぼ直線に偏光した紫外線を照射することで得られる。通常は、液晶配向剤を基板に塗布し、乾燥、焼成して得られた塗膜であり、この塗膜面に上記の紫外線を照射することで得られる。
【００７５】
液晶配向剤を塗布する基板としては透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板、窒化珪素基板、アクリル基板やポリカーボネート基板等のプラスチック基板等を用いることができ、液晶駆動のためのＩＴＯ電極等が形成された基板を用いることがプロセスの簡素化の点から好ましい。また、反射型の液晶表示素子では片側の基板のみにならばシリコンウエハー等の不透明な物でも使用でき、この場合の電極はアルミ等の光を反射する材料も使用できる。本発明に記載の液晶配向剤の塗布方法としては、スピンコート法、印刷法、インクジェット法などが挙げられる。
【００７６】
液晶配向剤を塗布した後の乾燥、焼成工程は、ポリイミド前駆体をポリイミド化してイミド化重合体を転換し、また、ポリイミド前駆体の有する熱によって水素原子に転換するアミノの保護基をアミノ基に転換するための工程であり、そのための任意の温度と時間を選択することができる。通常は、含有される有機溶媒を十分に除去するために好ましくは５０℃〜１２０℃で好ましくは１分〜１０分乾燥させ、次いで、好ましくは１５０℃〜３００℃で好ましくは５分〜１２０分焼成される。焼成後の塗膜の厚みは、特に限定されないが、薄すぎると液晶表示素子の信頼性が低下する場合があるので、好ましくは５〜３００ｎｍ、より好ましくは１０〜２００ｎｍである。
【００７７】
光配向処理法の好ましい具体例としては、前記塗膜表面に、波長３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下、好ましくは３１０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下の紫外線を含む一定方向に偏光した紫外線を照射し、場合によっては、さらに１５０〜２５０℃の温度で加熱処理を行い、液晶配向能を付与する方法が挙げられる。また、液晶配向性を改善するために、塗膜基板を５０〜２５０℃で加熱しつつ、紫外線を照射してもよい。前記紫外線の照射量は、１〜１０，０００ｍＪ／ｃｍ２の範囲にあることが好ましく、５０〜５，０００ｍＪ／ｃｍ２の範囲にあることが特に好ましい。
【００７８】
さらに、上記で偏光された紫外線を照射した膜は、次いで水、又は特定の有機溶媒を含む溶液で接触処理してもよい。上記の有機溶媒は、特に限定されるものではないが、水、メタノール、エタノール、２−プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、１−メトキシ−２−プロパノール、１−メトキシ−２−プロパノールアセテート、ブチルセロソルブ、乳酸エチル、乳酸メチル、ジアセトンアルコール、３−メトキシプロピオン酸メチル、３−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、及び酢酸シクロヘキシルなどが挙げられる。上記の溶媒のなかでも、異方性が高く、ムラのない液晶配向膜が得られ易いことから、１−メトキシ−２−プロパノール、１−メトキシ−２−プロパノールアセテート、ブチルセロソルブ、乳酸エチル、乳酸メチル、ジアセトンアルコール、３−メトキシプロピオン酸メチル、３−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、及び酢酸シクロヘキシルからなる群から選ばれる少なくとも１種が好ましい。特に、１−メトキシ−２−プロパノール及び乳酸エチルからなる群から選ばれる少なくとも１種が好ましい。
【００７９】
偏光された紫外線を照射した膜と有機溶媒を含む溶液との接触処理は、浸漬処理、噴霧（スプレー）処理などの、膜と液とが好ましくは十分に接触するような処理で行なわれる。なかでも、有機溶媒を含む溶液中に膜を、好ましくは１０秒〜１時間、より好ましくは１分〜３０分浸漬処理する方法が好ましい。接触処理は常温でも加温してもよいが、好ましくは１０〜８０℃、より好ましくは２０〜５０℃で実施される。また、必要に応じて超音波などの接触を高める手段を施すことができる。
【００８０】
上記接触処理の後に、使用した溶液中の有機溶媒を除去する目的で、水、メタノール、エタノール、２−プロパノール、アセトン、メチルエチルケトンなどの低沸点溶媒によるすすぎ（リンス）や乾燥のいずれか、又は両方を行ってよい。乾燥する場合の温度としては、８０〜２５０℃が好ましく、８０〜１５０度がより好ましい。
上記のようにして得られる液晶配向膜は、液晶分子を一定の方向に安定して配向させることができる。
【００８１】
＜液晶表示素子＞
本発明の液晶表示素子は、上記の液晶配向膜付きの基板を得た後、既知の方法で液晶セルを作製し、該液晶セルを使用して液晶表示素子としたものである。
液晶セルの作製方法の一例として、パッシブマトリクス構造の液晶表示素子を例にとり説明する。尚、画像表示を構成する各画素部分にＴＦＴ（Thin  Film  Ｔransistor）などのスイッチング素子を設けたアクティブマトリクス構造の液晶表示素子であってもよい。
【００８２】
まず、透明なガラス製の基板を準備し、一方の基板の上にコモン電極を、他方の基板の上にセグメント電極を設ける。これらの電極は、例えばＩＴＯ電極とすることができ、所望の画像表示ができるようパターニングされる。次いで、各基板の上に、コモン電極とセグメント電極を被覆するようにして絶縁膜を設ける。絶縁膜は、例えば、ゾル−ゲル法によって形成されたＳｉＯ２−ＴｉＯ２からなる膜とすることができる。
【００８３】
各基板の上には、本発明の液晶配向膜を形成する。次に、一方の基板に他方の基板を互いの配向膜面が対向するようにして重ね合わせ、周辺をシール材で接着する。シール材には、基板間隙を制御するために、通常、スペーサを混入しておく。また、シール材を設けない面内部分にも、基板間隙制御用のスペーサを散布しておくことが好ましい。シール材の一部には、外部から液晶を充填可能な開口部を設けておく。
【００８４】
次に、シール材に設けた開口部を通じて、２枚の基板とシール材で包囲された空間内に液晶材料を注入する。その後、この開口部を接着剤で封止する。注入には、真空注入法を用いてもよいし、大気中で毛細管現象を利用した方法を用いてもよい。次に、偏光板の設置を行う。具体的には、２枚の基板の液晶層とは反対側の面に一対の偏光板を貼り付ける。以上の工程を経ることにより、本発明の液晶表示素子が得られる。この液晶表示素子は、液晶配向膜として本発明の液晶配向膜の製造方法により得られた液晶配向膜を使用していることから、残像特性に優れたものとなり、大画面で高精細の液晶テレビなどに好適に利用可能である。
【実施例】
【００８５】
以下に実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本実施例及び比較例で使用した化合物の略号、及び各特性の測定方法は、以下のとおりである。
１，３ＤＭ−ＣＢＤＥ−Ｃｌ：ジメチル  １,３−ビス（クロロカルボニル）−１,３−ジ  メチルシクロブタン−２,４−ジカルボキシレート
ＤＡ−１：（下記式（ＤＡ−１））
【化３１】
2013081067.tif 000033
【００８６】
添加剤Ａ：Ｎ−α―（９−フルオレニルメトキシカルボニル）−Ｎ−τ−ｔ−ブトキシカルボニル−Ｌ−ヒスチジン 
ＮＭＰ：Ｎ−メチル−２−ピロリドン
ＧＢＬ：γ−ブチロラクトン
ＤＭＦ：Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド
ＢＣＳ：ブチルセロソルブ
ＴＨＦ：テトラヒドロフラン
ＤＡ−２：下記式（ＤＡ−２）
2013081067.tif 000034
【００８７】
［分子量］
ポリマーの分子量はＧＰＣ（常温ゲル浸透クロマトグラフィー）装置によって測定し、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド換算値として数平均分子量（以下、Ｍｎとも言う。）と重量平均分子量（以下、Ｍｗとも言う。）を算出した。
ＧＰＣ装置：Ｓｈｏｄｅｘ社製（ＧＰＣ−１０１）
カラム：Ｓｈｏｄｅｘ社製（ＫＤ８０３、ＫＤ８０５の直列）
カラム温度：５０℃
溶離液：Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（添加剤として、臭化リチウム−水和物（ＬｉＢｒ・Ｈ２Ｏ）が３０ｍｍｏｌ／Ｌ、リン酸・無水結晶（ｏ−リン酸）が３０ｍｍｏｌ／Ｌ、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）が１０ｍｌ／Ｌ）
流速：１．０ｍｌ／分【００８８】
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（重量平均分子量（Ｍｗ）  約９００，０００、１５０，０００、１００，０００、３０，０００）、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（ピークトップ分子量（Ｍｐ）約１２，０００、４，０００、１，０００）。測定は、ピークが重なるのを避けるため、９００，０００、１００，０００、１２，０００、１，０００の４種類を混合したサンプル、及び１５０，０００、３０，０００、４，０００の３種類を混合したサンプルの２サンプルを別々に測定した。【００８９】
［異方性の大きさ］
配向膜の異方性の測定は以下のようにして行った。
膜厚１００ｎｍのポリイミド膜に偏光板を介して紫外線を照射し、得られた配向膜の配向方向に対する異方性の大きさを液晶配向膜評価システム（モリテックス社製、レイ・スキャン  ラボＨ、ＬＹＳ−ＬＨ３０Ｓ−１Ａ）を用いて測定を行った。
［ＦＴ−ＩＲ］
装置：ＮＩＣＯＬＥＴ５７００（Ｔｈｅｒｍｏ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ社製）
Ｓｍａｒｔ  Ｏｒｂｉｔアクセサリー
測定法：ＡＴＲ法
［１Ｈ−ＮＭＲ］
装置：フーリエ変換型超伝導核磁気共鳴装置（ＦＴ−ＮＭＲ）ＩＮＯＶＡ−４００（Ｖａｒｉａｎ社製）４００ＭＨｚ
溶媒：重水素化ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ−ｄ６）
標準物質：テトラメチルシラン（ＴＭＳ）【００９０】
［液晶配向性］
液晶配向剤を透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、温度８０℃のホットプレート上での５分間の乾燥、２３０℃の熱風循環式オーブンで２０分間の焼成を経て膜厚１００ｎｍの塗膜を形成させた。この塗膜面に、光配向処理を施し、液晶配向膜付き基板を得た。このような液晶配向膜付き基板を２枚用意し、一方の基板の液晶配向膜面に６μｍのスペーサーを散布した後、２枚の基板の配向が逆平行になるように組み合わせ、液晶注入口を残して周囲をシールし、セルギャップが６μｍの空セルを作製した。この空セルに液晶（ＭＬＣ−２０４１、メルク社製）を常温で真空注入し、注入口を封止して液晶セルとした。この液晶セルを用いて、液晶配向性を偏光顕微鏡にて液晶の配向状態を観察した。【００９１】
（合成例１）
攪拌装置付きの５００ｍＬ四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、ＤＡ−１を５．００ｇ（２２．３９ｍｍｏｌ）入れ、ＮＭＰを１７１ｇ、及び塩基としてピリジンを４．００ｇ（５０．５２ｍｍｏｌ）加え、攪拌して溶解させた。次にこのジアミン溶液を攪拌しながら１，３ＤＭ−ＣＢＤＥ−Ｃｌを６．８４ｇ（２１．０５ｍｍｏｌ）添加し、水冷下４時間反応させた。得られたポリアミド酸エステル溶液を８４７ｇの２−プロパノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取した。続いて、２１２ｇの２−プロパンールで５回洗浄し、乾燥することで白色のポリアミド酸エステル樹脂粉末を得た。このポリアミック酸エステルの分子量はＭｎ＝１７４５１、Ｍｗ＝４０６５１であった。
得られたポリアミック酸エステル樹脂粉末７．５０ｇを１００ｍｌ三角フラスコに取り、ＧＢＬを６７．５０ｇ加え、室温で２４時間撹拌し溶解させて、ポリアミック酸エステル溶液(ＰＡＥ−１)を得た。【００９２】
（合成例２）
撹拌子を入れた５０ｍＬ三角フラスコに、合成例１で得られたポリアミック酸エステル溶液（ＰＡＥ−１）を１９．５８ｇとり、ＧＢＬを１１．８２ｇ、ＢＣＳを７．９０ｇ、添加剤Ａを０．２８ｇ加え、マグネチックスターラーで３０分間攪拌し液晶配向剤（Ａ−１）を得た。【００９３】
（合成例３）
撹拌装置付きの５０ｍＬ四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、ｐ−フェニレンジアミンを６．９９ｇ（６４．６ｍｍｏｌ）取り、NMPを３８５ｇ、塩基としてピリジンを１１．６６ｇ（１４７ｍｍｏｌ）加え、撹拌して溶解させた。次にこのジアミン溶液を撹拌しながら１，３ＤＭ−ＣＢＤＥ−Ｃｌを１９．９７ｇ（６１．４１ｍｍｏｌ）添加し、水冷下２時間反応させた。得られたポリアミック酸エステルの溶液を、１８６２ｇの２−プロパノールに撹拌しながら投入し、析出した白色沈殿をろ取し、続いて、９３１ｇの２−プロパノールで５回洗浄し、乾燥することで白色のポリアミック酸エステル樹脂粉末を得た。また、このポリアミック酸エステルの分子量はＭｎ＝１６,８１３、Ｍｗ＝３８,５８５であった。
得られたポリアミック酸エステル樹脂粉末８．１２ｇを１００ｍｌ三角フラスコに取り、ＤＭＦを７３．１０ｇ加え、室温で２４時間撹拌し溶解させて、ポリアミック酸エステル溶液(ＰＡＥ−２)を得た。【００９４】
（合成例４）
攪拌子を入れた２０ｍＬサンプル管に、合成例３で得られたポリアミック酸エステル溶液（ＰＡＥ−２）を７．３４ｇとり、ＧＢＬを４．４１ｇ、ＢＣＳを２．９４ｇ、添加剤Ａを０．２５ｇ加え、マグネチックスターラーで３０分間攪拌し液晶配向剤（Ｂ−１）を得た。【００９５】
（実施例１）
合成例２で得られた液晶配向剤（Ａ−１）を１．０μｍのフィルターで濾過した後、透明電極付ガラス基板上にスピンコートし、温度８０℃のホットプレート上で３分間の乾燥後、２３０℃の熱風循環式オーブンで２０分焼成し、膜厚１００ｎｍの膜を得た。この塗膜面に偏光板を介して波長３１３ｎｍの紫外線を０．８Ｊ／ｃｍ２照射した。次いで、膜付き基板を、２３０℃の熱風循環式オーブンで２０分焼成し、液晶配向膜を得た。
得られた液晶配向膜の配向方向に対する異方性を測定した結果、異方性の大きさは０．３３であった。【００９６】
（比較例１）
合成例４で得られた液晶配向剤（Ｂ−１）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で、液晶配向膜を作製した。
得られた液晶配向膜の配向方向に対する異方性を測定した結果、異方性の大きさは０．０３であった。【００９７】
（実施例２）
合成例２で得られた液晶配向剤（Ａ−１）を１．０μｍのフィルターで濾過した後、透明電極付ガラス基板上に、スピンコート塗布にて塗布した。８０℃のホットプレート上で５分間乾燥させた後、２３０℃の熱風循環式オーブンで２０分間焼成を行い、膜厚１００ｎｍの塗膜を形成させた。この塗膜面に偏光板を介して波長３１３ｎｍの紫外線を１．０Ｊ／ｃｍ２照射し、２３０℃の熱風循環式オーブンで２０分間焼成して、液晶配向膜付き基板を得た。このような液晶配向膜付き基板を２枚用意し、一方の基板の液晶配向膜面に６μｍのスペーサーを散布した後、２枚の基板の配向方向が逆平行になるように組み合わせ、液晶注入口を残して周囲をシールし、セルギャップが６μｍの空セルを作製した。この空セルに液晶（ＭＬＣ−２０４１、メルク社製）を常温で真空注入し、注入口を封止して液晶セルとした。偏光顕微鏡にて、この液晶セルの配向状態をクロスニコル下で観察したところ、欠陥のない均一な配向をし、光抜けもないことが確認された。【００９８】
（比較例２）
合成例４で得られた液晶配向剤（Ｂ−１）を用いた以外は、実施例２と同様の方法で、液晶セルを作製した。
偏光顕微鏡にて、この液晶セルの配向状態をクロスニコル下で観察したところ、液晶は配向しておらず、セルを回転させても明暗の変化ができなかった。また、光抜けも発生していた。
上記した実施例１と比較例１、及び実施例２と比較例２の比較より、本発明の液晶配向膜は、高い異方性を発現し、液晶配向性に優れることが確認された。【００９９】
（参考例１）
式（ＤＡ−１）と無水コハク酸をＮＭＰ中で反応させた後、ピリジン、無水酢酸を添加して、40℃にてイミド化させて、下記式（Ｍ−１）の化合物を得た。また、ｐ−フェニレンジアミンと無水コハク酸をＮＭＰ中で反応させた後、ピリジン、無水酢酸を添加して、40℃にてイミド化させて、下記式（Ｍ−２）の化合物を得た。
【化３２】
2013081067.tif 000035
【０１００】
次に式（Ｍ−１）をＮＭＰに溶解させ、固形分濃度１０質量％の（Ｍ−１）溶液を得た。次に、230℃に加熱したホットプレートにガラス基板を置き、加熱した。１０分後、ガラス基板上に上記の（Ｍ−１）溶液を約１ｍｌ滴下し、２３０℃にて２０分間加熱した。２０分後、ガラス基板上に残った固体を回収し、重ジメチルスルホキシドに溶解させて、１Ｈ−ＮＭＲを測定した。ＮＭＲより、得られた固体が下記式（Ｍ−３）であることが確認された。【０１０１】
【化３３】
2013081067.tif 000036
１Ｈ−ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６，δｐｐｍ）：２．５０〜３．００（ｍ，８Ｈ）、４．７０（ｓ，２Ｈ）、６．９９（ｄ, ２．１Ｈｚ，１Ｈ），７．０４（ｄｄ，Ｊ＝２．１Ｈｚ，８．０Ｈｚ，１Ｈ）、７．１２（ｄ，Ｊ＝８．１Ｈｚ，１Ｈ）．【０１０２】
続いて、上記式（Ｍ−１）〜（Ｍ−３）について、ＡＴＲ法を用いてＦＴ−ＩＲを測定した。その結果、式（Ｍ−３）のみ１６５０〜１６００ｃｍ−１の領域にイミノ基に由来する吸収バンドが確認された。
以上のことから、式（Ｍ−１）を２３０℃で加熱することにより、熱脱離性基が脱離して生成したアミノ基とイミドカルボニル酸素が縮合し、環構造を形成することが確認された。
次に、合成例２で得られた液晶配向剤（Ａ−１）を１．０μｍのフィルターで濾過した後、透明電極付ガラス基板上にスピンコートし、温度８０℃のホットプレート上で３分間の乾燥後、２３０℃の熱風循環式オーブンで２０分焼成し、厚み１００ｎｍの膜を得た。得られた膜を削り取り、ＡＴＲ法にてＦＴ−ＩＲを測定した。結果、上記式（Ｍ−３）と同様に１６５０〜１６００ｃｍ−１の領域にイミノ基に由来する吸収バンドが確認された。このことから、ポリマー中においても、加熱によって生成したアミノ基とイミドカルボニル酸素との縮合反応が進行し、環構造が形成されていることが確認された。【０１０３】
（合成例５）
［ジアミン化合物（ＤＡ−２）の合成］
【化３４】
2013081067.tif 000037
エチレングリコール（２．６２ｇ、４２．１ｍｍｏｌ）のＤＭＦ（１７０ｇ）溶液に０℃で水素化ナトリウム（４．０ｇ，１０１ｍｍｏｌ）を加え、３０分間反応させた後、化合物１−１（１５．４ｇ，９２．７ｍｍｏｌ）を加え３時間後に、反応液を水（５６０ｇ）へ注ぎ、析出物をろ過し、２−プロパノール、および、ヘキサンで洗浄し乾燥して化合物１−２を茶色固体として得た（収量１５．６ｇ, 収率９５%）。
1H NMR (DMSO-d6):δ 8.38, (d, J = 9.3 Hz, 2H, C6H3), 7.83 (d, J = 2.9 Hz, 2H, C6H3), 7.52 (dd, J = 9.3, 2.9 Hz, 2H, C6H3), 4.64 (s, 4H, CH2CH2). 13C{1H} NMR (DMSO-d6):δ162.8, 141.8, 128.6, 121.7, 120.2, 115.8, 109.4, 68.1 (each s)
【化３５】
2013081067.tif 000038
【０１０４】
化合物１−２（１５．５ｇ、４３．９ｍｍｏｌ）をＴＨＦ（３１１ｇ）に懸濁させ、１．０ｍｍｏｌ／ＬのボランＴＨＦ錯体（１３２ｍＬ、１３２ｍｍｏｌ）を加え、加熱還流下１時間撹拌した。その後、反応混合物に水（３１．３ｇ）を加え、さらに３ｍｏｌ／Ｌ塩酸（１２４ｇ）を加え、１時間撹拌後、３ｍｏｌ／Ｌ水酸化ナトリウム水溶液（１５７ｇ）を加え塩基性とし１時間撹拌後、有機相を分離した。この有機相を一部採取し、濃縮乾燥して、化合物１−３の同定と粗収率の算出を行った（収率８８％）。残りの溶液は、そのまま次工程へ使用した。
1H NMR (DMSO-d6):δ 8.01, (d, J = 9.1 Hz, 2H, C6H3), 7.36 (d, J = 2.9 Hz, 2H, C6H3), 7.02 (dd, J = 9.1, 2.9 Hz, 2H, C6H3), 4.48 (s, 4H, CH2CH2), 3.96 (s, 4H, NH2). 13C{1H} NMR (DMSO-d6):δ162.7, 143.5, 141.2, 127.8, 115.7, 113.1, 67.3, 43.6 (each s)
【化３６】
2013081067.tif 000039
【０１０５】
化合物１−３（１５．９ｇ、４３．９ｍｍｏｌ）のＴＨＦ（３１８ｇ）溶液へ、室温でトリエチルアミン（２．６６ｇ、２６．３ｍｍｏｌ）、および、二炭酸ジ−ｔ−ブチル（１７．３ｇ、７９．０ｍｍｏｌ）を加え、室温で１時間反応させた。その後、反応液を濃縮後、トルエン（１５９ｇ）を加え、析出した固体をろ過し、シリカゲルカラム（ジクロロエタン／酢酸エチル＝９／１、Ｒｆ=０．４）で精製し、化合物１−４を薄黄色固体（収量６．２ｇ、収率２５％）として得た。
1H NMR (DMSO-d6):δ 8.14, (d, J = 7.8 Hz, 2H, C6H3), 7.48 (t, J = 6.0 Hz, 2H, CH2NH), 7.14 (dd, J = 9.0, 2.5 Hz, 2H, C6H3), 7.02 (d, J = 2.5 Hz, 2H, C6H3), 4.50 (s, 4H, CH2CH2), 4.47 (d, J = 6.0 Hz, 2H, CH2NH), 1.34 (s, 18H, t-Bu). 13C{1H} NMR (DMSO-d6):δ 162.7, 156.2, 141.1, 139.0, 128.3, 115.1, 113.1, 78.7, 67.3, 41.8, 28.6 (each s)
【化３７】
2013081067.tif 000040
【０１０６】
化合物１−４（６．２ｇ、１１ｍｍｏｌ）のＴＨＦ（６２０ｇ）の懸濁液に３％Ｐｔ−Ｃ（０．６２ｇ）を加え、水素雰囲気下５０℃で１８時間撹拌した。その後、５０℃で反応液をろ過し、ろ液を３７ｇまで濃縮し、０℃に冷却し析出した固体をろ過、回収することでジアミン化合物（ＤＡ−２）を白色固体として得た（収量４．８５ｇ、収率８８％）。
1H NMR (DMSO-d6):δ 7.21 (t, J = 6.0 Hz, 2H, CH2NH), 6.59 (d, J = 8.2 Hz, C6H3), 6.58 (s, 2H, C6H3), 6.52 (d, J = 8.2 Hz, 2H, C6H3), 4.56 (s, 4H, CH2CH2), 4.04, (s, 4H, NH2), 3.90 (d, J = 6.0 Hz, 2H, CH2NH), 1.35 (s, 18H, t-Bu). 13C{1H} NMR (DMSO-d6):δ 156.4, 150.1, 140.2, 124.9, 116.0, 115.6, 114.2, 78.2, 67.3, 40.9, 28.7 (each s).【０１０７】
（合成例６）
攪拌装置付きの１００ｍＬ四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、ＤＡ−２を２．００ｇ（３．９８ｍｍｏｌ）入れ、ＮＭＰを５６．４２ｇ、及び塩基としてピリジンを０．７１ｇ（８．９８ｍｍｏｌ）加え、攪拌して溶解させた。次にこのジアミン溶液を攪拌しながら１，３ＤＭ−ＣＢＤＥ−Ｃｌを１．２２ｇ（３．７４ｍｍｏｌ）添加し、水冷下４時間反応させた。得られたポリアミド酸エステル溶液を２４１ｇの２−プロパノールに撹拌しながら投入し、析出した沈殿物をろ取した。続いて、１２０ｇの２−プロパンールで５回洗浄し、乾燥することで白色のポリアミド酸エステル樹脂粉末を得た。このポリアミック酸エステルの分子量はＭｎ＝１４５６４、Ｍｗ＝２９１５３であった。
得られたポリアミック酸エステル樹脂粉末２．０３ｇを５０ｍｌ三角フラスコに取り、ＮＭＰを１８．３０ｇ加え、室温で２４時間撹拌し溶解させて、ポリアミック酸エステル溶液(ＰＡＥ−３)を得た。【０１０８】
（合成例７）
撹拌子を入れた５０ｍＬ三角フラスコに、合成例６で得られたポリアミック酸エステル溶液（ＰＡＥ−３）を１２．０３ｇとり、ＮＭＰを４．００ｇ、ＢＣＳを４．０２ｇ、添加剤Ａを０．１７ｇ加え、マグネチックスターラーで３０分間攪拌し液晶配向剤（Ａ−２）を得た。
（実施例３）
合成例７で得られた液晶配向剤（Ａ−２）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で、液晶配向膜を作製した。
得られた液晶配向膜の配向方向に対する異方性を測定した結果、異方性の大きさは０．０９であった。【０１０９】
（実施例４）
合成例７で得られた液晶配向剤（Ａ−２）を用いた以外は、実施例２と同様の方法で、液晶セルを作製した。
偏光顕微鏡にて、この液晶セルの配向状態をクロスニコル下で観察したところ、欠陥のない均一な配向をし、光抜けもないことが確認された。
（実施例５）
合成例７で得られた液晶配向剤（Ａ−２）を１．０μｍのフィルターで濾過した後、透明電極付ガラス基板上にスピンコートし、温度８０℃のホットプレート上で３分間の乾燥後、２３０℃の熱風循環式オーブンで２０分焼成し、膜厚１００ｎｍの膜を得た。この塗膜面に偏光板を介して波長３１３ｎｍの紫外線を０．８Ｊ／ｃｍ２照射した。次いで、この基板を、１−メトキシ−２−プロパノールに３分間浸漬させ、次いで純水に１分間浸漬させ、８０℃のホットプレート上で５分間乾燥させて、液晶配向膜を得た。
得られた液晶配向膜の配向方向に対する異方性を測定した結果、異方性の大きさは０．０7であった。【０１１０】
（実施例６）
合成例７で得られた液晶配向剤（Ａ−２）を１．０μｍのフィルターで濾過した後、透明電極付ガラス基板上に、スピンコート塗布にて塗布した。８０℃のホットプレート上で５分間乾燥させた後、２３０℃の熱風循環式オーブンで２０分間焼成を行い、膜厚１００ｎｍの塗膜を形成させた。この塗膜面に偏光板を介して波長３１３ｎｍの紫外線を１．０Ｊ／ｃｍ２照射した。次いで、この基板を、１−メトキシ−２−プロパノールに３分間浸漬させ、次いで純水に１分間浸漬させ、８０℃のホットプレート上で５分間乾燥させた。このような液晶配向膜付き基板を２枚用意し、一方の基板の液晶配向膜面に６μｍのスペーサーを散布した後、２枚の基板の配向方向が逆平行になるように組み合わせ、液晶注入口を残して周囲をシールし、セルギャップが６μｍの空セルを作製した。この空セルに液晶（ＭＬＣ−２０４１、メルク社製）を常温で真空注入し、注入口を封止して液晶セルとした。偏光顕微鏡にて、この液晶セルの配向状態をクロスニコル下で観察したところ、欠陥のない均一な配向をし、光抜けもないことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の液晶配向膜は、３００ｎｍ以上の偏光された紫外線を照射して得られる液晶配向膜であって、高い異方性、良好な液晶配向性、及び高い液晶配向規制力を有する。その結果、ＴＮ素子、ＳＴＮ素子、ＴＦＴ液晶素子、更には、垂直配向型の液晶表示素子などに広く有用である。特に、ＩＰＳ駆動方式やＦＦＳ（フリンジフィールドスイッチング）駆動方式の液晶表示素子や液晶テレビの液晶配向膜として特に有用である。【０１１２】
なお、２０１１年１１月３０日に出願された日本特許出願２０１１−２６２８６５号の明細書、特許請求の範囲、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。
【国際調査報告】
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