(57)【要約】少なくとも１のジアンヒドリッドと少なくとも１のジアミンとの反応生成物でなるポリイミドであって、前記の少なくとも１のジアミンが、ペンダントメソゲニック基を含有するものであるポリイミドを開示する。また、液晶物質の所定の配向を誘発する方法を開示する。この方法は、基板に配向膜物質を塗布し、この配向膜物質をバフ研磨して、これによって、配向膜にレチルト角を付与することを包含してなり、ここで、配向膜物質は、少なくとも１のジアンヒドリッドと少なくとも１のジアミンとの反応生成物であり、前記の少なくとも１のジアミンが、ペンダントメソゲニック基を含有するものである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１のジアンヒドリッド及び少なくとも１のジアミンとの反応生成物でなるポリイミドであって、前記少なくとも１のジアミンは、メソゲニック基を含有するものであり、ただし、前記少なくとも１のジアンヒドリッドが、２,２'-ビス-(３,４-ジカルボキシフェニル)-１,１,１,３,３,３-ヘキサフルオロプロパンジアンヒドリッド又はジブロモ-ビフェニルテトラカルボン酸ジアンヒドリッドである場合、前記少なくとも１のジアミンは、
【化１】
2004524393.tif 000023
（式中、Ａは、Ｏ及びCOOでなる群から選ばれる）ではないことを特徴とする、ポリイミド。
【請求項２】
少なくとも１のジアミンが、主鎖部分、メチレンスペーサー、結合基、及びペンダントメソゲニック基を含有してなるものであり、ペンダントメソゲニック基はメチレンスペーサーに取付られ、メチレンスペーサーは結合基に取付られ、結合基は主鎖部分に取付られており、結合基はエステル及びエーテルでなる群から選ばれるものである、請求項１記載のポリイミド。
【請求項３】
少なくとも１のジアミンが、一般式Ｉ
【化３】
2004524393.tif 000024
及び一般式II
【化４】
2004524393.tif 000025
（式中、Ｒ１は、エステル又はエーテルでなる群から選ばれるものであり；Ｒ２は、メソゲニック基であり；Ｒ３は、水素及びハロゲンでなる群から選ばれるものであり；及びｘは正の数である）で表される化合物でなる群から選ばれるものである、請求項１記載のポリイミド。
【請求項４】
ｘが６−１８の整数である、請求項３記載のポリイミド。
【請求項５】
ｘが６ある、請求項３記載のポリイミド。
【請求項６】
Ｒ３が臭素である、請求項３記載のポリイミド。
【請求項７】
さらに、官能基を含有する請求項１記載のポリイミド。
【請求項８】
ジアミンが、式III
【化５】
2004524393.tif 000026
、式IV
【化６】
2004524393.tif 000027
、式Ｖ
【化７】
2004524393.tif 000028
又は式VI
【化８】
2004524393.tif 000029
（ここで、Ｒ４は、エステル基、エーテル基、メチレン基、ビニル基及びこれらの組合せでなる群から選ばれるものであり；Ｘは、水素及び炭素数１−２０の有機基でなる群から選ばれるものである）で表される１以上のサブユニットを含有する化合物でなる群から選ばれる置換基を含有するものであり、ただし、少なくとも１のジアンヒドリッドが、２,２'-ビス-(３,４-ジカルボキシフェニル)-１,１,１,３,３,３-ヘキサフルオロプロパンジアンヒドリッド又はジブロモ-ビフェニルテトラカルボン酸ジアンヒドリッドである場合、置換基は式Ｖで表されるものではない、請求項１記載のポリイミド。
【請求項９】
ポリイミドが、液晶装置用の配向膜物質である、請求項１記載のポリイミド。
【請求項１０】
配向膜が、シングル膜において少なくとも２０°のプレチルト角を提供する、請求項９記載のポリイミド。
【請求項１１】
配向膜物質が、シングル膜において約３９°以上のプレチルト角を提供する、請求項９記載のポリイミド。
【請求項１２】
配向膜物質が、シングル膜において約４０°より大のプレチルト角を提供する、請求項９記載のポリイミド。
【請求項１３】
ポリイミドが、ＬＣディスプレイの光学補償装置用の配向膜物質である、請求項１記載のポリイミド。
【請求項１４】
基板に配向膜物質を塗布し；この配向膜物質をバフ研磨して、これによって、配向膜にプレチルト角を付与することを包含する液晶物質を配向させる方法において、配向膜物質が、少なくとも１のジアンヒドリッドと少なくとも１のジアミンとの反応生成物であり、前記少なくとも１のジアミンがペンダントメソゲニック基を含有するものであることを特徴とする、液晶物質の所望の配向を誘発する方法。
【請求項１５】
少なくとも１のジアミンが、主鎖部分、メチレンスペーサー、結合基、及びペンダントメソゲニック基を含有してなるものであり、ペンダントメソゲニック基はメチレンスペーサーに取付られ、メチレンスペーサーは結合基に取付られ、結合基は主鎖部分に取付られており、結合基がエステル及びエーテルでなる群から選ばれるものである、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１のジアミンが、一般式Ｉ
【化３】
2004524393.tif 000030
及び一般式II
【化４】
2004524393.tif 000031
（式中、Ｒ１は、エステル又はエーテルでなる群から選ばれるものであり；Ｒ２は、メソゲニック基であり；Ｒ３は、水素及びハロゲンでなる群から選ばれるものであり；及びｘは正の整数である）で表される化合物でなる群から選ばれるものである、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
ｘが６−１８の整数である、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１のジアミンが、式III
【化５】
2004524393.tif 000032
、式IV
【化６】
2004524393.tif 000033
、式Ｖ
【化７】
2004524393.tif 000034
又は式VI
【化８】
2004524393.tif 000035
（ここで、Ｒ４は、エステル基、エーテル基、メチレン基、ビニル基及びこれらの組合せでなる群から選ばれるものであり；Ｘは、水素及び炭素数１−２０の有機基でなる群から選ばれるものである）で表される１以上のサブユニットを含有する化合物でなる群から選ばれる置換基を含有するものであり、ただし、少なくとも１のジアンヒドリッドが、２,２'-ビス-(３,４-ジカルボキシフェニル)-１,１,１,３,３,３-ヘキサフルオロプロパンジアンヒドリッド又はジブロモ-ビフェニルテトラカルボン酸ジアンヒドリッドである場合、置換基は式Ｖで表されるものではない、請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
配向膜物質のシングル膜によって提供されるプレチルト角が約２０°より大である、請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
配向膜物質のシングル膜によって提供されるプレチルト角が約３９°以上である、請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、継続中の米国仮出願第60/259,162号及び第60/259,235号（いずれも2001年１月２日出願）の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（LCD）は、現在、時計表面、計算機、コンピュータースクリーン及び他の種類の各種電子機器用ディスプレイとして使用されている。LCD技術は、ブラウン管の如き従来のディスプレイ技術を越える広く知られている利点を提供する。これらの中には、重量が軽い及び消費電力が少ないとの利点がある。
【０００３】
しかしながら、液晶ディスプレイは、以前から、上記ブラウン管の如き従来のディスプレイ技術よりも狭い視野を提供するものと考えられてきた。
【０００４】
典型的には、液晶ディスプレイは、複数個の液晶セルを有する。各液晶セルは、一般に、２個の基板の間にサンドイッチされた液晶物質を有する。液晶物質のいずれかの側には、代表的にはインジウム−酸化スズ（ITO）又は酸化スズでなる１セットの電極が配置されている。基板の外側には、１対の偏光フィルターが配置され、各フィルターは液晶セルの反対側にある。偏光フィルターは、各々に関して直角に配置されている。セルにおける液晶物質の配向は、電界の如き外部からの影響の不存在下において、光が各偏光フィルターを通過する（これにより、透明な外観を与える）か、又は光が偏光フィルターの一方によって遮断される（これにより、暗い外観を与える）かを決定する。セルを通る光の透過を変化させるため、液晶物質の配向は、電界をかけることによって変更される。代表的には、液晶物質は、セルが不透明であるか、又は電極を介する電界の付与がない場合に透明であるかのように整列される。セルに電界が付与される際には、液晶物質の配向は、セルを通る光の透過を妨げ、これにより、セルが暗くなるように変更される。
【０００５】
その表面における液晶物質の配向は、液晶物質が接触する物質の配向に左右される。基板の表面を、被覆後の基板と接触する液晶物質の配向に影響を及ぼす試薬で被覆することが知られている。このような被覆剤は、配向膜として知られている。所望の配向をもつ配向膜の形成において、各種の材料及び方法が使用されている。例えば、当分野では、配向膜は偏光への露出によって配向される異方性吸収分子でなることが知られている。米国特許第5,638,197号に開示されているように、傾斜角で基板上に析出されている金属酸化物膜の如き無機薄膜も配向膜として使用される。
【０００６】
また、機械的なバフ研磨加工によって配向される高分子配向膜を使用することも知られている。このような方法では、高分子物質層を基板に塗布し、クロス又は他の繊維材料でバフ研磨している。このようにして処理された表面と接触する液晶物質は、典型的には、それ自体、バフ研磨の方向と平行に配列する。
【０００７】
液晶セル用及びＯ−プレート補償装置を含む光学補償膜用の高分子配向物質として、ポリイミドがしばしば使用される。ポリイミドは、一般に、良好な化学安定性を発揮し、基板上に容易に付着され、擦られる。ポリイミドは、一般に、ジアミンを酸無水物と接触させ、ポリアミド酸を生成することによって調製される。このポリアミド酸を、基板上に被覆し、約150−230℃において加熱処理し、ポリアミド酸をポリイミドに変換することができる。ついで、ポリイミド膜を、上記の如く機械的に擦る。
【０００８】
光学補償装置では、液晶物質の好適な配向を誘発することが重要である。上記のように、LCDは、しばしば、狭い視野範囲を有する。特に、コンピューターディスプレイ、アビオニックディスプレイ及びテレビの如き分野では、この視野範囲を増大させることが、しばしば望まれる。液晶の表面に対して直角に近いもの以外の角度で見る場合、光が液晶物質を通って漏れるため、光学補償装置を備えていないLCDの視野範囲は狭い。このような光の漏れは、画像の質を低下させ、カラーLCDにおいて、カラーのシフトの原因となる。LCDの表面に対して直角方向で見る際の画像の質にマイナスの影響を及ぼすことなく、LCDの見られる角度を増大させるために、光学補償装置が使用されている。代表的な、光学補償装置は、LCDの外側表面において、偏光フィルターと視野エリアとの間に配置された液晶物質の追加膜の形である。この液晶物質は、配向膜物質の影響下において、特殊な配向が付与される。
【０００９】
Ｏ−プレート補償膜、又はＯ−プレート補償装置は、光学補償装置の１つのタイプである。Ｏ−プレート補償装置は、一般に、グレイレベルの逆転を最少にし、全体的なグレイスケールの安定性を改善する。Ｏ−プレート補償装置は、既に、液晶膜の表面に対して傾斜する角度で配向された主光学軸を有するプラスの複屈折物質でなるものとして開示されている。傾斜角度は、０−９０°のいずれかの角度である。従来のＯ−プレート補償装置において、この角度は各種の方法で設けられている。例えば、米国特許第5,619,352号は、配向膜、液晶プレチルト膜、及び液晶補償膜を包含するＯ−プレート補償装置を開示している。開示されたＯ−プレート補償装置は、配向膜が、配向膜／液晶プレチルト膜界面において、わずかに１−１０°の液晶プレチルト角を生ずるため、液晶補償膜のための適正なプレチルト角を提供することに関して、液晶プレチルト膜に左右される。従って、開示されたＯ−プレート補償装置は、液晶物質の配向の適正な角度を提供することに関して、複数の液晶物質膜に左右される。同様のＯ−プレート補償装置が、米国特許第5,986,734号及びPCT国際公開WO 96/10770号にも開示されている。高度のプレチルト配向膜の使用は、ｐｉセルとしてLCDの分野において公知である。
【００１０】
用語「プレチルト角」は、従来技術では、配向膜と液晶膜との組合せによって提供される最終の角度を表示するものとして、しばしば使用されていたことが理解されなければならない。これまでのところ、約１５°以上のプレチルト角を提供できる液晶膜用のシングルポリイミド配向膜は全く存在しなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このため、大きく均一なプレチルト角を提供できるポリイミド配向膜物質が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一般に、本発明は、少なくとも１のジアンヒドリッドと少なくとも１のジアミンとの反応生成物でなるポリイミド［ここで、少なくとも１のジアミンは、メソゲニック基を含有するものであり、ただし、少なくとも１のジアンヒドリッドが、２,２'-ビス-(３,４-ジカルボキシフェニル)-１,１,１,３,３,３-ヘキサフルオロプロパンジアンヒドリッド（6FDA）又はジブロモ-ビフェニルテトラカルボキシリックジアンヒドリッドである場合、少なくとも１のジアミンは、
【化１】
2004524393.tif 000002
（式中、Ａは、Ｏ及びCOOでなる群から選ばれるものである）ではない］を提供するものである。
【００１３】
さらに、本発明は、液晶物質の所望の配向を誘発する方法を提供するものであり、該方法は、基板に配向膜物質を塗布し、この配向膜物質をバフ研磨して、これによって、配向膜にプレチルト角を付与することを包含してなり、ここで、配向膜物質は、少なくとも１のジアンヒドリッドと少なくとも１のジアミンとの反応生成物であり、少なくとも１のジアミンはペンダントメソゲニック基を含有するものである。
【００１４】
本発明は、例えば、光学補償装置の如き液晶装置用の液晶ディスプレイ配向膜の調製に使用されるポリイミドを目的とするものである。本発明のポリイミドは、メソゲニック置換基を含有し、任意に官能基を含有しうる。ポリイミドは、概略的に、構造
【化２】
2004524393.tif 000003
（式中、Ａは酸ジアンヒドリッドからの１以上の残基であり、Ｂはジアミン化合物からの残基であり、ｎはプラスの数である）によって表される。ポリイミドの特性が、上記要素「Ａ」及び「Ｂ」を変えることによって変更されることは公知である。しかしながら、高度のプレチルト配向膜を調製するために、メソゲニック置換基を含有するポリイミドを使用することは、これまで知られていない。本発明では、メソゲニック基は、ジアミン成分によってポリイミドの構造に関与する。ポリイミドの合成において使用される各種の酸ジアンヒドリッドが、本発明において使用される。このような酸ジアンヒドリッドは市場から入手できる。
【００１５】
上記のように、ポリイミド高分子は、ペンダントメソゲニック基を含有するジアミンから調製される。特別の１実施例では、ジアミンは、主鎖部分、メチレンスペーサー、結合基、及びペンダントメソゲニック基を含有する。ペンダントメソゲニック基は、メチレンスペーサーに取付られ、メチレンスペーサーは結合基に取付られ、結合基は主鎖部分に取付られる。結合基は、エステル及びエーテルでなる群から選ばれる。他の具体例では、好適なジアミンは、下記の一般式Ｉ及びIIで表される。
【化３】
2004524393.tif 000004
【化４】
2004524393.tif 000005
一般式Ｉ及びIIにおいて、Ｒ１はエステル又はエーテル結合基であり、Ｒ２はメソゲニック基又は下記に定義する官能基であり、ｘは正の数である。一般式Ｉにおいて、Ｒ３は水素又はハロゲンである。１具体例では、ｘは６−１８である。他の例では、ｘは６−１１である。特殊な１具体例では、ｘは６である。他の例では、Ｒ３は臭素である。
【００１６】
メソゲニック基は、ロッド様の分子構造をもつ基である。すなわち、メソゲニック基、又は単にメソゲンは、長さ：幅の比が少なくとも５：１である基である。官能基は、１つのポリイミド分子が他の分子と反応することを許容する基である。好適な官能基としては、膜内でポリイミド分子が架橋することを可能にする基がある。特に好適な官能基としては、ポリイミド分子の光重合を許容する分子、例えば、アクリレート及びメタクリレート基が含まれる。好適なジアミンとしては、式III、IV、Ｖ及びVI
【化５】
2004524393.tif 000006
【化６】
2004524393.tif 000007
【化７】
2004524393.tif 000008
【化８】
2004524393.tif 000009
で表される１以上のサブユニットを含有する化合物の群から選ばれる置換基を含有するものが含まれる。式VIにおいて、Ｘは水素又は炭素数１−２０の有機基であり、Ｒ４は、エステル、エーテル、メチレンサブユニットを含有する基、架橋サブユニットを含有する基及びこれらサブユニットのいずれかの組合せを含有する基でなる群から選ばれる有機基である。アクリレート又はメタクリレートサブユニットを含有する基は、例えば、光重合によって架橋される。１実施例では、Ｘは炭素数１−１６の有機基である。他の実施例では、Ｘは炭素数１−１２の有機基である。さらに他の実施例では、Ｘはメチル基である。さらに他の実施例では、少なくとも１のジアンヒドリッドが２,２'-ビス-(３,４-ジカルボキシフェニル)-１,１,１,３,３,３-ヘキサフルオロプロパンジアンヒドリッド又はジブロモ-ビフェニルテトラカルボン酸ジアンヒドリッドである場合、置換基は式Ｖで表されるものではない。
【００１７】
限定するものではなく、例として示せば、式VIにおいて示されるメソゲニック基は、図１を参照して以下に記載するように、下記の方法によって合成される。４-ヒドロキシ安息香酸エチルエステルを、６-クロロヘキサノールにてアルキル化して、中間体（１）を生成する。中間体（１）を２つの異なった反応において使用した。第１の反応では、中間体（１）のヒドロキシル基を、３,４-ジヒドロ-２-ピラン（DHP）を使用して保護し、中間体（２）を生成した。ついで、中間体（２）を加水分解して、THP-安息香酸誘導体（４）を生成した。第２の反応では、中間体（１）を加水分解して、ヒドロキシ末端安息香酸（３）を生成した。ヒドロキシ末端安息香酸（３）を、有機溶媒中、CH2CH2COClと接触させ、中間体（５）を生成した。第３級-ブチルジメチルシリルクロライド（TBDMS）を使用して、メチルヒドロキノンを保護した。主の異性体をクロマトグラフィーによって単離し、ついで、THP-安息香酸誘導体（４）と反応させて、中間体（６）を生成した。ついで、テトラヒドロフラン（THF）中、第３級-ブチルアンモニウムフルオライド（TBAF）を使用して、この反応生成物を選択的に脱保護化し、中間体（７）を生成した。中間体（７）を中間体（５）にてエステル化して、エステル（８）を生成し、得られたエステルを、メタノール及びTHFの混合物中、AMBERLYST（登録商標）１５にて脱保護化して、メソゲニック基（９）を生成した。この合成法で使用される各種の成分は、過度の実験を行なうことなく、得られるジアミンの組成に影響を及ぼすよう変更される。
【００１８】
メソゲニック基（９）をジニトロジフェン酸と接触させ、ついで、エタノール中での塩化スズ（II）による還元に供して、一般式Ｉで表されるジアミンを生成する。このジアミンを使用して、本発明のポリイミドを調製する。
【００１９】
Ｖに含まれるクラスのメソゲンは、下記の様式で合成される。すなわち、ＳＮ２反応において、還流アセトン中で、４−シアノ−４'−ヒドロキシフェニルをω−ブロモアルカノールと３−４日間接触させる。この結果、４−(ω−ヒドロキシアルコキシ)−４'−シアノビフェニル化合物が生成し、この化合物を、エタノールからの再結晶によってさらに精製する。あるいは、４−シアノ−４'−ヒドロキシフェニルを、Mitsunobu反応において、α,ω−アルカンジオールと接触させて、４−(ω−ヒドロキシアルコキシ)−４'−シアノビフェニル化合物を生成する。Mitsunobu反応の生成物を、フラッシュクロマトグラフィーによって精製する。IVに含まれるクラスのメソゲンは、同様の方法により、４−シアノ−４'−ヒドロキシフェニルの代わりにヒドロキシビフェニル化合物を出発原料として使用することによって合成される。
【００２０】
これらのメソゲンは、ジニトロ中間体化合物を生成するための標準的なジシクロヘキシルカルボジイミド（DCC）／DMAP法を使用して、メソゲンをジニトロジフェン酸とカップリングすることよって、一般式Ｉで表されるメソゲン含有ジアミン化合物の調製に使用される。あるいは、ジニトロジフェン酸を、塩化チオニルと共に還流させることによって、４,４'−ジニトロ−２,２'−ビフェニル−カルボニルクロライドに変換される。メソゲンを、トリエチルアミン又は塩化メチレンの如き有機溶媒中において、４,４'−ジニトロ−２,２'−ビフェニル−カルボニルクロライドと接触させて、ジニトロ中間体を生成することもできる。ジニトロ中間体を、塩化第一スズでの還元反応によって、又は、有機溶媒中、８０℃でのヒドラジンを使用する還元反応によって還元して、ジアミンを生成することもできる。
【００２１】
本発明のメソゲンは、また、一般式Ｉで表される臭素化ジアミンを生成するため、臭素化ビフェニルカルボン酸と結合される。シアヌル酸を臭素と接触させ、得られた化合物を、４,４'−ジニトロ−２,２'−ビフェニル−カルボン酸を臭素化するために使用して、６,６'−ジブロモ−２,２'−ビフェニル−カルボン酸を生成する。この臭素化カルボン酸をメソゲンと結合させ、上記のように還元して、臭素化ジアミンを生成する。
【００２２】
一般式IIで表されるジアミンは下記の方法によって合成される。すなわち、ジクロロエタン中において、脱水剤としてDCCを使用することによって、３,５−ジニトロ安息香酸をｎ−オクタデカノールにてエステル化して、３,５−ジニトロ安息香酸ｎ−オクタデシルエステルを生成する。還元剤としてヒドラジンを使用して、ジニトロ安息香酸エステルを３,５−ジアミノ安息香酸ｎ−オクタデシルエステルに還元する。ｎ−オクタデカノールの代わりに他のアルコールを使用することによって、一般式IIにおけるｘの値は変化される。
【００２３】
本発明のジアミンは、脱活性化シリカゲルでのクロマトグラフィー及び続く再結晶化によって精製される。ついで、精製されたジアミンを酸ジアンヒドリッドと接触させて、ポリイミドを生成する。ポリイミドの合成は、当分野において公知である。例えば、「メソゲニックペンダント基を含有する芳香族ポリエステル及びポリイミドの合成」，Shyh-Yeu Wangの学位論文，The University of Akron，1995年１２月を参照する。簡単に要約すれば、ポリイミド前駆体が、２ステップ又は１ステップ法によって、ジアンヒドリッド及びジアミンから合成される。２ステップ法では、極性非プロトン性溶媒中、室温でのジアンヒドリッド及びジアミンの反応によって、可溶性のポリイミド前駆体、すなわち、ポリアミド酸が合成される。熱処理又は化学的処理によって、ポリイミド前駆体を脱水環化して、対応するポリイミドを生成する。２ステップ法は、ジアミンが高度に反応性である場合、高分子量のポリイミドを生成する。しかしながら、ジアミンが、例えば、ＣＦ３、ＣＮ及びＮＯ２の如き電子吸引性基を含有する場合には、ジアミンの反応性は低減され、低分子量生成物が生成される。このような電子吸引性基が存在する場合には、１ステップ法が好適である。１ステップ法では、重合反応は、例えば、ｍ−クレゾール及びｐ−クロロフェノールの如き高沸点溶媒中、第３級アミン触媒の存在下、180−220℃においてジアンヒドリッド及びジアミンを加熱することによって行われる。これらの条件下では、重合反応及びイミド化が本質的に同時に生ずる。イミド化から発生する水を、例えば、蒸留によって連続的に除去する。
【００２４】
驚くべきことには、配向膜のプレチルト角は、メソゲン含有ポリイミドの各種置換基の組成を変えることによって変更されることが見出された。例えば、一般式Ｉ及びIIにおける結合基Ｒ１は、得られるポリイミドによって生ずるプレチルト角に多大の影響を及ぼす。Ｒ１がエステル基である場合、得られるポリイミドは、Ｒ１がエーテル基である場合よりも大きいプレチルト角を有する。また、シアノ置換ビフェニルメソゲニック基（例えば、式Ｖ）は、非置換ビフェニルメソゲニック基（式IV）を含有するポリイミドよりもわずかに大きいプレチルト角を示すポリイミドを与えることが認められた。
【００２５】
本発明のポリイミド製の配向膜物質は、大きいプレチルト角を提供する。１具体例では、配向膜は約５−約９０°のプレチルト角を提供する。好ましくは、配向膜は、約１０−約８０°のプレチルト角を提供する。さらに好ましくは、ポリイミド膜は、約２０−約８０°のプレチルト角を提供する。特別の１例では、ポリイミド膜は、約４０−約７０°のプレチルト角を提供する。ここで記載のプレチルト角は、上記の角度を得るために、複数の膜ではなく、１つのシングル液晶膜をもつ１つのシングル配向膜の使用に関するものであることが評価される。液晶物質のより大きい厚さは不要である。
【００２６】
また、メソゲン含有ポリイミドを合成するために使用されるジアンヒドリッドはプレチルト角に影響を及ぼすことも認められた。例えば、２,２'-ビス-(３,４-ジカルボキシフェニル)-１,１,１,３,３,３-ヘキサフルオロプロパンジアンヒドリッド（6FDA）は、３,３',４,４'−ビフェニルテトラカルボン酸ジアンヒドリッド（BPDA）を基材とする同様のポリイミドよりも大きいプレチルト角をもつポリイミドを提供する。本発明は、ジアンヒドリッド6FDA及びBPDAに限定されない。本発明のポリイミドでは、配向膜用の伝統的なポリイミドを調製するに適した各種の酸ジアンヒドリッドが使用される。他の許容される酸ジアンヒドリッドとしては、２,２'−ビス[４−(３,４−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパンジアンヒドリッド（BisA-DA）、ピロメリット酸ジアンヒドリッド（PMDA）、ジブロモ−ビフェニルテトラカルボン酸ジアンヒドリッド、３,６−ジフェニルピロメリット酸ジアンヒドリッド、３,６−ビス(トリフルオロメチル)ピロメリット酸ジアンヒドリッド、３,６−ビス(メチル)ピロメリット酸ジアンヒドリッド、３,６−ジヨードピロメリット酸ジアンヒドリッド、３,６−ジブロモピロメリット酸ジアンヒドリッド、３,６−ジクロロピロメリット酸ジアンヒドリッド、３,３',４,４'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジアンヒドリッド、２,３,３',４'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジアンヒドリッド、２,２',３,３'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジアンヒドリッド、ビス(２,３−ジカルボキシフェニル)メタンジアンヒドリッド、ビス(２,５,６−トリフルオロ−３,４−ジカルボキシフェニル)メタンジアンヒドリッド、２,２−ビス(３,４−ジカルボキシフェニル)プロパンジアンヒドリッド、ビス(３,４−ジカルボキシフェニル)エーテルジアンヒドリッド（４,４'−オキシジフタル酸アンヒドリッド）、ビス(３,４−ジカルボキシフェニル)スルホンジアンヒドリッド、３,３',４,４'−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸ジアンヒドリッド、４,４'−[４,４'−イソプロピリデン−ジ(ｐ−フェニレンオキシ)]ビス(フタル酸アンヒドリッド)、Ｎ,Ｎ−(３,４−ジカルボキシフェニル)−Ｎ−メチルアミンジアンヒドリッド、ビス(３,４−ジカルボキシフェニル)ジエチルシランジアンヒドリッド；２,３,６,７−及び１,２,５,６−ナフタレン−テトラカルボン酸ジアンヒドリッド、２,６−ジクロロナフタレン−１,４,５,８−テトラカルボン酸ジアンヒドリッドの如きナフタレンテトラカルボン酸ジアンヒドリッド；又はチオフェン−２,３,４,５−テトラカルボン酸ジアンヒドリッド、ピラジン−２,３,５,６−テトラカルボン酸ジアンヒドリッド及びピリジン−２,３,５,６−テトラカルボン酸ジアンヒドリッドの如き複素環芳香族テトラカルボン酸ジアンヒドリッドがある。
【００２７】
ジアミン成分におけるメソゲニック基以外の置換基も、得られるポリイミドのプレチルト角に影響を及ぼす。ジアミン成分がメソゲニック基のみを含有する場合には、メソゲニック基と共に臭素置換基を有するジアミン成分を含有する同様のポリイミドと比べて、より大きいプレチルト角をもつポリイミドが生成される。
【００２８】
ポリイミドのプレチルト角は、ジアミンの混合物をジアンヒドリッドと共重合させることによっても変更される。このような具体例では、ペンダントメソゲニック基を含有するジアミンを、過フッ素化炭素原子を含有するジアミンと混合し、6FDAの如きジアミンと重合化する。
【００２９】
最後に、メチレンスペーサーの長さを増大することによって、より低い加熱処理温度において、より大きいプレチルト角を付与できることが見出された。しかしながら、配向膜として使用される当該ポリイミドによって与えられるプレチルト角は、加熱処理温度が増大するにつれて減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の実行を説明するため、ジアミンに由来するペンダントメソゲニック基を含有するポリイミドを合成し、これらによって生じたプレチルト角についてテストした。下記の実施例では、イソキノリンを含有する還流ｍ−クレゾール、１−クロロナフタレン又はｏ−ジクロロベンゼン中、180−200℃において、１以上のジアミン及び酸ジアンヒドリッドを重合化した。水を除去するため、窒素パージを使用した。重合体をメタノール中での沈殿によって単離し、減圧下、約200℃において６−８時間乾燥させた。得られたポリイミドを、シクロペンタジエン及びＮ−メチルピロリドン（NMP）の如き有機溶媒に、１.５質量％で溶解し、１.０μmのフィルターを通して濾過した。スピンコーティングによって、2,000rpmで、インジウム−酸化スズ（ITO）ガラス基板上に配向膜を形成させた。機械的に擦る前に、膜を、150℃、200℃、225℃又は250℃で加熱処理した。擦りを、液晶バフ研磨装置LCBM4において実施した。ついで、標準の操作法によって、液晶ディスプレイを作製した。室温において、液晶分子ZLI 2293（Merckから入手）をセルに添加した。ポリイミドによって提供されたプレチルト角を、結晶回転法又は無磁性法によって測定した。テストした各種のポリイミドの組成、各ポリイミドの省略符号、各ポリイミドによって提供されたプレチルト角及び配向膜の観察された均一性に関するコメントを、表１−４に要約する。表１には、比較を目的として、従来技術によるポリイミド（6FDA-PFMB）も含まれている。225℃での加熱処理後のプレチルト角を表１に示す。表２では、プレチルト角は、別に表示したものを除き、250℃での加熱処理後に測定したものである。表３では、プレチルト角は、別に表示したものを除き、200℃での加熱処理後に測定したものであり、表４には、150℃での加熱処理後のプレチルト角をリストしている。
【表１−１】
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【表１−２】
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【表１−３】
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【表１−４】
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【表１−５】
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【表２−１】
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【表２−２】
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【表３−１】
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【表３−２】
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【表３−３】
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【表４−１】
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【表４−２】
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【表４−３】
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【００３１】
上記のように及び表１のデータによって表されるように、多数の異なったファクターが、本発明のポリイミドによって提供されるプレチルト角に影響を及ぼす。メソゲンとジアミンの芳香族部分との間の結合のタイプは、そのようなファクターの１つである。例えば、6FDA／C6CNは４２°のプレチルト角を提供し、一方、6FDA／C6CN（エーテル）は２０°のプレチルト角を提供する。これらのポリイミドは、メソゲンと芳香族基との間の結合のタイプにおいてのみ相違するものである。従って、6FDA／C6CNのエステル結合は、6FDA／C6CN（エーテル）のエーテル結合よりも大きいプレチルト角を提供する。
【００３２】
また表１に示されるように、シアノ置換メソゲンを使用することによって、非置換メソゲンよりもわずかに大きいプレチルト角を提供するポリイミドが生成される。例えば、6FDA／C6CNによって提供されるプレチルト角は、6FDA-C6Biphによって提供されるプレチルト角よりも大きい。これらの化合物は、各ポリイミドのメソゲンのビフェニル部分における置換の点でのみ相違するものである。
【００３３】
本発明のポリイミドにおいて使用されるジアンヒドリッドもプレチルト角に影響を及ぼす。例えば、BrC6CNに結合される場合、6FDAは、BPDAよりも大きいプレチルト角を提供する。6FDA-BrC6CNはプレチルト角２０°を提供し、一方、BPDA-BrC6CNはプレチルト角１.５°を提供する。
【００３４】
ジアミン成分におけるメソゲニック基以外の置換基も、得られるポリイミドのプレチルト角に影響を及ぼす。メソゲニック基のみを含有するジアミン、例えば、6FDA/C6CNは、メソゲニック置換基と共に、臭素置換基を有するジアミンを含有する同様のポリイミド、例えば、6FDA-BrC6CNよりも大きいプレチルト角をもつポリイミドを提供する。6FDA/C6Cnのプレチルト角は４２°であり、一方、6FDA-BrC6CNのプレチルト角は２０°である。これらのポリイミドは、6FDA-BrC6CNのジアミン部分における臭素置換基の存在の点でのみ相違するものである。
【００３５】
表１−４におけるデータが示すように、加熱処理の温度は、ポリイミドによって提供されるプレチルト角に影響を及ぼす。150℃、175℃、200℃及び225℃での加熱処理後における6FDA/C6CN及び6FDA/C6CN（エーテル）のプレチルト角を、図２において、グラフによって比較する。同様の加熱処理後における6FDA/C6CN及び6FDA/C6BPのプレチルト角を図３において、及び6FDA/C11CNのプレチルト角を図４において比較する。6FDA/C6CN、6FDA/C6CN（エーテル）及び6FDA/C6BPによって提供されるプレチルト角は、表１及び２に示されるように、テストした加熱処理の温度のすべてにわたって相対的に類似している。しかしながら、6FDA/C11CNによって提供されるプレチルト角は、図２において見られるように、加熱処理温度が上昇するにつれて低下する。6FDA/C11CNによって提供されるプレチルト角は、加熱処理温度150℃において約９０°である。加熱処理温度200℃では、プレチルト角は約４０°に低下する。
【００３６】
配向膜として使用するためのポリイミドを合成するために、ジアミンの混合物も使用できる。ポリイミドの組成を変更することによって、プレチルト角を変更できる。図５は、メソゲニックペンダント基をもつジアミン（C6BP）、過フッ素化炭素ペンダント基をもつジアミン（PFMB）又はその混合物を含有するポリイミドのプレチルト角を示すグラフである。図５は、そのジアミン成分としてPFMBのみを使用して得られるポリイミドによって提供されるプレチルト角が１.５°であることを示している。そのジアミン成分としてPFMB及びC6BPの混合物を使用して得られるポリイミドのプレチルト角は、PFMBに対してC6BPの百分率が増大するにつれて増大する。ポリイミドがC6BPのみでなる場合には、プレチルト角は約４０°に増大する。
【００３７】
上記の記載に基づき、本発明のポリイミド配向膜は、上記の目的を達成するものであることは明白であろう。従って、いかなる変更も、請求の範囲に記載の発明の範囲内に包含されることは明らかであり、特殊な成分の選択も、ここに開示する発明の精神を逸脱することなく決定されることが理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のメソゲニック基を調製する方法の概略要約図である。
【図２】各種の温度での加熱処理後におけるポリイミド6FDA/C6CN及び6FDA/C6CN（エーテル）のプレチルト角を表すグラフである。
【図３】各種の温度での加熱処理後におけるポリイミド6FDA/C6CN及び6FDA/C6BPのプレチルト角を表すグラフである。
【図４】各種の温度での加熱処理後におけるポリイミド6FDA/C6CN及び6FDA/C11CNのプレチルト角を表すグラフである。
【図５】メソゲニックペンダント基をもつジアミン（C6BP）及び過フッ素化炭素ペンダント基をもつジアミン（PFMB）を各種の量で含有してなるポリイミドのプレチルト角を表すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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