CN105659120B - 固化膜形成用组合物、取向材料及相位差材料 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题是提供一种适合形成液晶取向性和密合耐久性优异的固化膜的固化膜形成用组合物、提供一种取向材料,提供使用该取向材料的相位差材料。解决手段是一种固化膜形成用组合物,含有以下成分:(A)成分,选自以下低分子化合物和聚合物中的至少一种,所述低分子化合物具有光取向性基团和选自羟基、羧基、氨基、烷氧基甲硅烷基及下述式(2)所示的基团中的一种取代基,所述聚合物具有光取向性基团和选自羟基、羧基、酰胺基、氨基及烷氧基甲硅烷基及下述式(2)所示的基团中的取代基;(B)成分,具有选自羟基、羧基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一种取代基的聚合物;(C)成分,交联剂;以及(D)成分1分子中具有至少1个含有C=C双键的聚合性基团且具有至少1个N‑烷氧基甲基的低分子化合物。使用该固化膜形成用组合物形成固化膜,利用光取向技术而形成取向材料。在取向材料上涂布聚合性液晶使其固化而得到相位差材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种固化膜形成用组合物、取向材料及相位差材料。
背景技术
近年来,在使用了液晶面板的电视等的显示屏的领域,作为面向高性能化的努力,开发了能够欣赏3D图像的3D显示屏。在3D显示屏中,例如,可以通过使观察者的右眼观看右眼用图像、使观察者的左眼观察左眼用图像来显示具有立体感的图像。
显示3D图像的3D显示屏的方式各种各样,作为不需要专用的眼镜的方式,已知有柱状透镜方式及视差屏障方式等。
而且,作为观察者戴眼镜观看3D图像的显示屏的方式之一,已知有圆偏振光眼镜方式等(例如参照专利文献1。)。
在圆偏振光眼镜方式的3D显示屏的情况下,通常在形成液晶面板等的图像的显示元件上配置有相位差材料。该相位差材料分别多个且规则地配置有相位差特性不同的2种相位差区域,构成图案化的相位差材料。另外,下面,在本说明书中,将以配置多个这样的相位差特性不同的相位差区域的方式图案化的相位差材料称为图案化相位差材料。
图案化相位差材料例如可以通过如专利文献2所公开的那样对由聚合性液晶构成的相位差材料进行光学图案化来制作。由聚合性液晶构成的相位差材料的光学图案化利用液晶面板的取向材料形成中所已知的光取向技术。即,在基板上设置由光取向性的材料构成的涂膜,对其照射偏振方向不同的2种偏振光。然后,以形成有液晶的取向控制方向不同的2种液晶取向区域的取向材料的形式得到光取向膜。在该光取向膜上涂布含有聚合性液晶的溶液状的相位差材料,实现聚合性液晶的取向。然后,对取向的聚合性液晶进行固化而形成图案化相位差材料。
在使用了液晶面板的光取向技术的取向材料形成中,作为可利用的光取向性的材料,已知有在侧链具有肉桂酰基及查尔酮基等光二聚化部位的丙烯酸系树脂及聚酰亚胺树脂等。报道了这些树脂通过偏振UV照射显示控制液晶的取向的性能(以下也称为液晶取向性。)(参照专利文献3~专利文献5。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平10-232365号公报
专利文献2:日本特开2005-49865号公报
专利文献3:日本专利第3611342号说明书
专利文献4:日本特开2009-058584号公报
专利文献5:日本特表2001-517719号公报
发明内容
发明所要解决的课题
如上所述,图案化相位差材料是在作为取向材料的光取向膜上层叠固化的聚合性液晶层而构成的。而且,这样的具有层叠结构的图案化相位差材料能够以其层叠状态用于3D显示屏的构成。
3D显示屏也有时用作家庭用的电视,要求高可靠性、特别是长期的耐久性。因此,对3D显示屏的构成部件也要求耐久性。因此,在图案化相位差材料中,以高精度进行光学图案化,具有高透光特性等,以及长期的耐久性也成为必须的性能。
然而,在现有的图案化相位差材料中,在光取向膜和聚合性液晶层之间的密合性方面存在问题。例如,在光取向膜和聚合性液晶层之间,从形成初期开始容易发生剥离,或者虽然在形成初期密合性优异,但是随着时间的经过密合性降低变得容易发生剥离。
其中,随着时间的经过产生的光取向膜和聚合性液晶层之间的剥离成为实际使用的3D显示屏的缺陷,成为使3D显示屏的显示品位降低的原因。因此,要求可进行高精度的光学图案化、透光特性优异、以及耐久性优异的图案化相位差材料。特别是要求形成初期的光取向膜和聚合性液晶层之间的密合性优异,并且具备长期维持其优异的密合性的耐久性(以下、在本说明书中,以下称为密合耐久性。)的图案化相位差材料。
本发明是基于以上的见解及研究结果完成的。即,本发明的目的在于,提供一种对适合形成具有优异的液晶取向性和透光特性、密合耐久性优异的固化膜的固化膜形成用组合物。特别是提供一种在用作取向材料而在其上配置有聚合性液晶层时,显示优异的液晶取向性和透光性,并且可长期维持聚合性液晶层之间的密合性的形成密合耐久性优异的固化膜的固化膜形成用组合物。
本发明的目的在于,提供一种液晶取向性和透光特性优异、密合耐久性优异的取向材料。
本发明的目的在于,提供一种可进行高精度的光学图案化、耐久性优异的相位差材料。
本发明的其它目的及优点由以下的记载明确。
用于解决课题的手段
本发明的第一方面涉及一种固化膜形成用组合物,其特征在于,含有以下成分:
(A)成分:选自以下低分子化合物和聚合物中的至少一种,所述低分子化合物具有光取向性基团和选自羟基、羧基、酰胺基、氨基及烷氧基甲硅烷基及下述式(2)所示的基团中的至少一种取代基,所述聚合物具有光取向性基团和选自羟基、羧基、酰胺基、氨基及烷氧基甲硅烷基及下述式(2)所示的基团中的至少一种取代基;
(式中,R62表示烷基、烷氧基或苯基。)
(B)成分:具有选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一种取代基的聚合物;
(C)成分:交联剂、以及
(D)成分:1分子中具有至少1个含有C=C双键的聚合性基团且具有至少1个N-烷氧基甲基的低分子化合物。
在本发明的第一方面中,(A)成分优选为选自以下低分子化合物和聚合物中的一种,
所述低分子化合物具有光取向性基团、和
羟基和/或羧基,
所述聚合物具有光取向性基团、和
羟基和/或羧基。
在本发明的第一方面中,(D)成分的化合物优选为具有下述的式(1)所示的结构的化合物。
(式中,R1表示氢原子或甲基,R2表示氢原子或直链或支链的碳原子数1~10的烷基。)
在本发明的第一方面中,(D)成分的化合物优选为具有下述的式(X2)所示的结构的化合物。
[式中,R51表示氢原子或甲基。R53分别独立地表示直链或支链的碳原子数2~20的亚烷基、由碳原子数5~6的脂肪族环形成的二价基团、或者含有碳原子数5~6的脂肪族环的二价的脂肪族基团,这些基团的结构中可以含有醚键。R54表示由从直链或支链的碳原子数2~20的烷基中再去除1~8个氢原子而成的结构形成的二价~九价基团、由从碳原子数5~6的脂肪族环基中再去除1~8个氢原子而成的结构形成的二价~九价基团、或者含有碳原子数5~6的脂肪族环的二价~九价的脂肪族基团,这些结构中可以含有醚键。R52表示直链或支链的碳原子数1~20的烷基、由碳原子数5~6的脂肪族环形成的一价基团、或者含有碳原子数5~6的脂肪族环的一价的脂肪族基团,这些基团的一个亚甲基或彼此不相邻的多个亚甲基可以被醚键置换。Z表示>NCOO-或-OCON<(在此,“-”表示连接键为1个。另外,“>”“<”表示连接键为2个。N原子的任一连接键与-CH2OR52键合。)。r为2以上且9以下的自然数。]
在本发明的第一方面中,优选含有(E)交联催化剂。
本发明的第二方面涉及一种取向材料,其特征在于,是使用本发明的第一方面的固化膜形成用组合物而得到的。
本发明的第三方面涉及一种相位差材料,其特征在于,具有由本发明的第一方面的固化膜形成用组合物得到的固化膜。
发明效果
根据本发明的第一方面,可以提供一种适合形成具有优异的液晶取向性和透光性、密合耐久性优异的固化膜的固化膜形成用组合物。
根据本发明的第二方面,可以提供一种液晶取向性和透光性优异、密合耐久性优异的取向材料。
根据本发明的第三方面,可以提供一种可进行高精度的光学图案化、耐久性优异的相位差材料。
具体实施方式
如上所述,为了制造优异的耐久性的图案化相位差材料,要求密合耐久性优异的取向材料、特别是固化的聚合性液晶层之间的密合耐久性优异的取向材料。而且,要求适合形成这样的性能的取向材料的固化膜形成用组合物。
本发明人为了应对上述的要求进行了潜心研究,结果发现,由具有特定的组成的固化膜形成用组合物得到的固化膜的透光性优异,另外,显示通过偏振光曝光来调整液晶取向的液晶取向性,可用作取向材料。此外,本发明人发现,由具有其特定的组成的固化膜形成用组合物得到的固化膜与在其上聚合固化的聚合性液晶层之间显示优异的密合耐久性。即,由本发明的具有特定的组成的固化膜形成用组合物得到的固化膜可以构成聚合性液晶层之间的密合耐久性优异的光取向膜。
下面,一边举出成分等的具体例,一边对本发明的固化膜形成用组合物详细地进行说明。而且,对使用了本发明的固化膜形成用组合物的本发明的固化膜及取向材料、以及使用该取向材料形成的相位差材料及液晶显示元件等进行说明。
<固化膜形成用组合物>
本发明的本实施方式的固化膜形成用组合物为热固性的固化膜形成用组合物,其含有以下成分:
(A)成分:选自以下低分子化合物及聚合物中的至少一种,所述低分子化合物具有光取向性基团和选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一种取代基,所述聚合物具有光取向性基团和选自羟基、羧基、酰胺基、氨基及烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一种取代基;
(B)成分:具有选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一种取代基的聚合物;
(C)成分:交联剂;以及
(D)成分:1分子中具有至少1个含有C=C双键的聚合性基团且具有至少1个N-烷氧基甲基的低分子化合物。
此外,除(A)成分、(B)成分、(C)成分及(D)成分以外,还可以含有作为(E)成分的交联催化剂。此外,只要不损害本发明的效果就可以含有其它的添加剂。此外,可以含有溶剂。
下面,对各成分的详细内容进行说明。
[(A)成分]
本实施方式的固化膜形成用组合物的(A)成分为选自低分子光取向成分及高分子光取向成分中的至少一种。首先,下面对(A)成分为低分子光取向成分的情况进行说明。作为(A)成分的低分子光取向成分为对由本实施方式的固化膜形成用组合物得到的本实施方式的固化膜赋予光取向性的成分,与成为基体的后述的(B)成分的聚合物相比,成为低分子的光取向成分。
在本实施方式的固化膜形成用组合物中,作为(A)成分的低分子光取向成分可以为具有光取向性基团以及选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一种取代基的低分子化合物。
另外,在本发明中,光取向性基团是指可发生光二聚化或光异构化的结构部位的官能团。
(A)成分的低分子化合物可以作为光取向性基团具有的光二聚化的结构部位为利用光照射形成二聚体的部位,作为其具体例,可以举出:肉桂酰基、查尔酮基、香豆素基、蒽基等。在这些部位中,从在可见光区域的透明性高、光二聚化反应性高的方面考虑,优选肉桂酰基。
另外,(A)成分的低分子化合物可以作为光取向性基团具有的光异构化的结构部位是指利用光照射变为顺式和反式的结构部位,作为其具体例,可以举出:由偶氮苯结构、苯乙烯基苯结构等形成的部位。在这些部位中,从反应性高的方面考虑,优选偶氮苯结构。
进而,作为本实施方式中的烷氧基甲硅烷基,可以举出:三甲氧基甲硅烷基、三乙氧基甲硅烷基、三异丙氧基甲硅烷基、二甲氧基甲基甲硅烷基、二乙氧基甲基甲硅烷基、二异丙氧基甲基甲硅烷基、甲氧基二甲基甲硅烷基、乙氧基二甲基甲硅烷基等。
具有光取向性基团和选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的取代基的任一种取代基的低分子化合物例如为下述式所示的化合物。
上述式中,A1和A2分别独立地表示氢原子或甲基,X11表示经由选自单键、醚键、酯键、酰胺键、脲键、氨酯键、氨基键、羰基或它们的组合中的1种或2种以上的键将选自碳原子数1~18的烷基、苯基、联苯基或它们的组合中的1~3种取代基键合而成的结构。X12表示氢原子、卤素原子、氰基、碳原子数1~18的烷基、苯基、联苯基或环己基。此时,碳原子数1~18的烷基、苯基、联苯基及环己基可以经由共价键、醚键、酯键、酰胺键、氨酯键、羰基或脲键进行键合。
上述式中,X13表示羟基、巯基、碳原子数1~10的烷氧基、碳原子数1~10的烷硫基、苯氧基、联苯氧基或苯基。X14分别独立地表示单键、碳原子数1~20的亚烷基、二价的芳香族环基或二价的脂肪族环基。在此,碳原子数1~20的亚烷基可以为支链状,也可以为直链状。X15表示羟基、羧基、氨基、烷氧基甲硅烷基或上述式(2)所示的基团。其中,在X14为单键时,X15为羟基或氨基。X0表示单键、氧原子或硫原子。其中,在X14为单键时,X0也为单键。
需要说明的是,在这些取代基中含有苯环的情况下,该苯环可以被选自碳原子数1~4的烷基、碳原子数1~4的烷氧基、卤素原子、三氟甲基及氰基中的相同或不同的1个或多个取代基取代。
上述式中,R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17及R18分别独立地表示氢原子、碳原子数1~4的烷基、碳原子数1~4的烷氧基、卤素原子、三氟甲基或氰基。
另外,作为上述所定义的碳原子数1~18的烷基,例如可以举出:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、1-甲基正丁基、2-甲基正丁基、3-甲基正丁基、1,1-二甲基正丙基、1,2-二甲基正丙基、2,2-二甲基正丙基、1-乙基正丙基、正己基、1-甲基正戊基、2-甲基正戊基、3-甲基正戊基、4-甲基正戊基、1,1-二甲基正丁基、1,2-二甲基正丁基、1,3-二甲基正丁基、2,2-二甲基正丁基、2,3-二甲基正丁基、3,3-二甲基正丁基、1-乙基正丁基、2-乙基正丁基、1,1,2-三甲基正丙基、1,2,2-三甲基正丙基、1-乙基-1-甲基正丙基、1-乙基-2-甲基正丙基、正庚基、1-甲基正己基、2-甲基正己基、3-甲基正己基、1,1-二甲基正戊基、1,2-二甲基正戊基、1,3-二甲基正戊基、2,2-二甲基正戊基、2,3-二甲基正戊基、3,3-二甲基正戊基、1-乙基正戊基、2-乙基正戊基、3-乙基正戊基、1-甲基-1-乙基正丁基、1-甲基-2-乙基正丁基、1-乙基-2-甲基正丁基、2-甲基-2-乙基正丁基、2-乙基-3-甲基正丁基、正辛基、1-甲基正庚基、2-甲基正庚基、3-甲基正庚基、1,1-二甲基正己基、1,2-二甲基正己基、1,3-二甲基正己基、2,2-二甲基正己基、2,3-二甲基正己基、3,3-二甲基正己基、1-乙基正己基、2-乙基正己基、3-乙基正己基、1-甲基-1-乙基正戊基、1-甲基-2-乙基正戊基、1-甲基-3-乙基正戊基、2-甲基-2-乙基正戊基、2-甲基-3-乙基正戊基、3-甲基-3-乙基正戊基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基。同样地作为碳原子数1~4的烷基,可以举出上述举出的基团中相当碳原子数的基团。
另外,作为碳原子数1~10的烷氧基、碳原子数1~4的烷氧基、碳原子数1~10的烷硫基,可以举出对上述举出的烷基进行氧化或硫化而成的基团中相当碳原子数的基团。
进而,作为碳原子数1~20的亚烷基,可以举出从上述烷基以及正十九烷基、正二十烷基等碳原子数19~20的烷基中去除1个氢原子而成的二价基团。
上述式(2)中,作为R62中的烷基,可以举出碳原子数1~10的烷基,例如可以举出:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基等上述例示的烷基中相当碳原子数的基团。另外,作为R62中的烷氧基,可以举出碳原子数1~10的烷氧基,例如可以举出:甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基等对上述例示的烷基进行氧化而成的基团中相当碳原子数的基团。
作为上述式(2)所示的基团,例如可以举出以下的结构等。
作为(A)成分的具有光取向性基团和羟基的低分子化合物的具体例,例如可以举出:4-(8-羟基辛氧基)肉桂酸甲酯、4-(6-羟基己氧基)肉桂酸甲酯、4-(4-羟基丁氧基)肉桂酸甲酯、4-(3-羟基丙氧基)肉桂酸甲酯、4-(2-羟基乙氧基)肉桂酸甲酯、4-羟基甲氧基肉桂酸甲酯、4-羟基肉桂酸甲酯、4-(8-羟基辛氧基)肉桂酸乙酯、4-(6-羟基己氧基)肉桂酸乙酯、4-(4-羟基丁氧基)肉桂酸乙酯、4-(3-羟基丙氧基)肉桂酸乙酯、4-(2-羟基乙氧基)肉桂酸乙酯、4-羟基甲氧基肉桂酸乙酯、4-羟基肉桂酸乙酯、4-(8-羟基辛氧基)肉桂酸苯酯、4-(6-羟基己氧基)肉桂酸苯酯、4-(4-羟基丁氧基)肉桂酸苯酯、4-(3-羟基丙氧基)肉桂酸苯酯、4-(2-羟基乙氧基)肉桂酸苯酯、4-羟基甲氧基肉桂酸苯酯、4-羟基肉桂酸苯酯、4-(8-羟基辛氧基)肉桂酸联苯酯、4-(6-羟基己氧基)肉桂酸联苯酯、4-(4-羟基丁氧基)肉桂酸联苯酯、4-(3-羟基丙氧基)肉桂酸联苯酯、4-(2-羟基乙氧基)肉桂酸联苯酯、4-羟基甲氧基肉桂酸联苯酯、4-羟基肉桂酸联苯酯、肉桂酸8-羟基辛酯、肉桂酸6-羟基己酯、肉桂酸4-羟基丁酯、肉桂酸3-羟基丙酯、肉桂酸2-羟基乙酯、肉桂酸羟基甲酯、4-(8-羟基辛氧基)查尔酮、4-(6-羟基己氧基)查尔酮、4-(4-羟基丁氧基)查尔酮、4-(3-羟基丙氧基)查尔酮、4-(2-羟基乙氧基)查尔酮、4-羟基甲氧基查尔酮、4-羟基查尔酮、4’-(8-羟基辛氧基)查尔酮、4’-(6-羟基己氧基)查尔酮、4’-(4-羟基丁氧基)查尔酮、4’-(3-羟基丙氧基)查尔酮、4’-(2-羟基乙氧基)查尔酮、4’-羟基甲氧基查尔酮、4’-羟基查尔酮、7-(8-羟基辛氧基)香豆素、7-(6-羟基己氧基)香豆素、7-(4-羟基丁氧基)香豆素、7-(3-羟基丙氧基)香豆素、7-(2-羟基乙氧基)香豆素、7-羟基甲氧基香豆素、7-羟基香豆素、6-羟基辛氧基香豆素、6-羟基己氧基香豆素、6-(4-羟基丁氧基)香豆素、6-(3-羟基丙氧基)香豆素、6-(2-羟基乙氧基)香豆素、6-羟基甲氧基香豆素、6-羟基香豆素、4-[4-(8-羟基辛氧基)苯甲酰基]肉桂酸甲酯、4-[4-(6-羟基己氧基)苯甲酰基]肉桂酸甲酯、4-[4-(4-羟基丁氧基)苯甲酰基]肉桂酸甲酯、4-[4-(3-羟基丙氧基)苯甲酰基]肉桂酸甲酯、4-[4-(2-羟基乙氧基)苯甲酰基]肉桂酸甲酯、4-[4-羟基甲氧基苯甲酰基]肉桂酸甲酯、4-[4-羟基苯甲酰基]肉桂酸甲酯、4-[4-(8-羟基辛氧基)苯甲酰基]肉桂酸乙酯、4-[4-(6-羟基己氧基)苯甲酰基]肉桂酸乙酯、4-[4-(4-羟基丁氧基)苯甲酰基]肉桂酸乙酯、4-[4-(3-羟基丙氧基)苯甲酰基]肉桂酸乙酯、4-[4-(2-羟基乙氧基)苯甲酰基]肉桂酸乙酯、4-[4-羟基甲氧基苯甲酰基]肉桂酸乙酯、4-[4-羟基苯甲酰基]肉桂酸乙酯、4-[4-(8-羟基辛氧基)苯甲酰基]肉桂酸叔丁酯、4-[4-(6-羟基己氧基)苯甲酰基]肉桂酸叔丁酯、4-[4-(4-羟基丁氧基)苯甲酰基]肉桂酸叔丁酯、4-[4-(3-羟基丙氧基)苯甲酰基]肉桂酸叔丁酯、4-[4-(2-羟基乙氧基)苯甲酰基]肉桂酸叔丁酯、4-[4-羟基甲氧基苯甲酰基]肉桂酸叔丁酯、4-[4-(8-羟基辛氧基)苯甲酰基]肉桂酸苯酯、4-[4-(6-羟基己氧基)苯甲酰基]肉桂酸苯酯、4-[4-(4-羟基丁氧基)苯甲酰基]肉桂酸苯酯、4-[4-(3-羟基丙氧基)苯甲酰基]肉桂酸苯酯、4-[4-(2-羟基乙氧基)苯甲酰基]肉桂酸苯酯、4-[4-羟基甲氧基苯甲酰基]肉桂酸苯酯、4-[4-羟基苯甲酰基]肉桂酸苯酯、4-[4-(8-羟基辛氧基)苯甲酰基]肉桂酸联苯酯、4-[4-(6-羟基己氧基)苯甲酰基]肉桂酸联苯酯、4-[4-(4-羟基丁氧基)苯甲酰基]肉桂酸联苯酯、4-[4-(3-羟基丙氧基)苯甲酰基]肉桂酸联苯酯、4-[4-(2-羟基乙氧基)苯甲酰基]肉桂酸联苯酯、4-[4-羟基甲氧基苯甲酰基]肉桂酸联苯酯、4-[4-羟基苯甲酰基]肉桂酸联苯酯、4-苯甲酰基肉桂酸8-羟基辛酯、4-苯甲酰基肉桂酸6-羟基己酯、4-苯甲酰基肉桂酸4-羟基丁酯、4-苯甲酰基肉桂酸3-羟基丙酯、4-苯甲酰基肉桂酸2-羟基乙酯、4-苯甲酰基肉桂酸羟基甲酯、4-[4-(8-羟基辛氧基)苯甲酰基]查尔酮、4-[4-(6-羟基己氧基)苯甲酰基]查尔酮、4-[4-(4-羟基丁氧基)苯甲酰基]查尔酮、4-[4-(3-羟基丙氧基)苯甲酰基]查尔酮、4-[4-(2-羟基乙氧基)苯甲酰基]查尔酮、4-(4-羟基甲氧基苯甲酰基)查尔酮、4-(4-羟基苯甲酰基)查尔酮、4’-[4-(8-羟基辛氧基)苯甲酰基]查尔酮、4’-[4-(6-羟基己氧基)苯甲酰基]查尔酮、4’-[4-(4-羟基丁氧基)苯甲酰基]查尔酮、4’-[4-(3-羟基丙氧基)苯甲酰基]查尔酮、4’-[4-(2-羟基乙氧基)苯甲酰基]查尔酮、4’-(4-羟基甲氧基苯甲酰基)查尔酮、4’-(4-羟基苯甲酰基)查尔酮等。
作为(A)成分的具有光取向性基团及羧基的低分子化合物的具体例,可以举出:肉桂酸、阿魏酸、4-硝基肉桂酸、4-甲氧基肉桂酸、3,4-二甲氧基肉桂酸、香豆素-3-羧酸、4-(N,N-二甲基氨基)肉桂酸、4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)肉桂酸、4-(6-丙烯酰氧基己基-1-氧基)肉桂酸、4-(3-甲基丙烯酰氧基丙基-1-氧基)肉桂酸、4-(4-(3-甲基丙烯酰氧基丙基-1-氧基)丙烯酰氧基)苯甲酸、4-(4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)苯甲酰氧基)肉桂酸等。
作为(A)成分的具有光取向性基团及酰胺基的低分子化合物的具体例,可以举出:肉桂酰胺、4-甲基肉桂酰胺、4-乙基肉桂酰胺、4-甲氧基肉桂酰胺、4-乙氧基肉桂酰胺、4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)肉桂酰胺、4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)-N-(4-氰基苯基)肉桂酰胺、4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)-N-双羟基乙基肉桂酰胺等。
作为(A)成分的具有光取向性基团及氨基的低分子化合物的具体例,可以举出:4-氨基肉桂酸甲酯、4-氨基肉桂酸乙酯、3-氨基肉桂酸甲酯、3-氨基肉桂酸乙酯等。
作为(A)成分的具有光取向性基团和烷氧基甲硅烷基的低分子化合物的具体例,可以举出:4-(3-三甲氧基甲硅烷基丙氧基)肉桂酸甲酯、4-(3-三乙氧基甲硅烷基丙氧基)肉桂酸甲酯、4-(3-三甲氧基甲硅烷基丙氧基)肉桂酸乙酯、4-(3-三乙氧基甲硅烷基丙氧基)肉桂酸乙酯、4-(3-三甲氧基甲硅烷基己氧基)肉桂酸甲酯、4-(3-三乙氧基甲硅烷基己氧基)肉桂酸甲酯、4-(3-三甲氧基甲硅烷基己氧基)肉桂酸乙酯及4-(3-三乙氧基甲硅烷基己氧基)肉桂酸乙酯等。
作为(A)成分的具有光取向性基团和上述式(2)所示的基团的低分子化合物的具体例,可以举出下述式所示的化合物等(式中,Me表示甲基。)。
作为(A)成分,进一步优选在下述式(1a)所示的光取向性部位和热反应性部位键合而成的基团上经由间隔部而键合聚合性基团而成的低分子化合物。
(式中,R101表示羟基、氨基、羟基苯氧基、羧基苯氧基、氨基苯氧基、氨基羰基苯氧基、苯基氨基、羟基苯基氨基、羧基苯基氨基、氨基苯基氨基、羟基烷基氨基或双(羟基烷基)氨基,X101表示可以被任意的取代基取代的亚苯基,这些取代基的定义中的苯环可以被取代基取代。)
在苯环可以被取代基取代的情况下,作为取代基,可以举出:甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基等烷基;三氟甲基等卤代烷基;甲氧基、乙氧基等烷氧基;碘、溴、氯、氟等卤素原子;氰基;硝基等。
在上述R101中,优选羟基及氨基,特别优选羟基。
作为间隔部,表示选自直链状亚烷基、支链状亚烷基、环状亚烷基及亚苯基中的二价基团或多个该二价基团键合而成的基团。在这样的情况下,作为构成间隔部的二价基团彼此之间的键、间隔部与上述式(1a)所示的基团之间的键、间隔部与聚合性基团之间的键,可以举出:单键、酯键、酰胺键、脲键、氨酯键、羰基或醚键。在上述二价基团为多个的情况下,二价基团彼此可以相同,也可以不同,在上述键为多个的情况下,键彼此可以相同,也可以不同。
作为这样的(A)成分的光取向性部位和热反应性部位键合而成的基团上键合了聚合性基团的单体的具体例,可以举出:4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)肉桂酸、4-(6-丙烯酰氧基己基-1-氧基)肉桂酸、4-(3-甲基丙烯酰氧基丙基-1-氧基)肉桂酸、4-(4-(3-甲基丙烯酰氧基丙基-1-氧基)丙烯酰氧基)苯甲酸、4-(4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)苯甲酰氧基)肉桂酸、4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)肉桂酰胺、4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)-N-(4-氰基苯基)肉桂酰胺、4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)-N-双羟基乙基肉桂酰胺等。
(A)成分的低分子量的光取向成分可以举出以上的具体例,但并不限定于这些物质。
下面对(A)成分为聚合物、即高分子量的聚合物的情况的详细内容进行说明。
在本发明的固化膜形成用组合物中所含的(A)成分为高分子量的聚合物的情况下,(A)成分优选为具有光取向性基团的聚合物,即具有光二聚化或光异构化的结构部位的官能团作为光取向性基团的聚合物、特别是至少具有光二聚化部位的丙烯酸系共聚物。进而,优选为除光二聚化部位以外具有选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一种取代基(以下包含这些基团也称为热交联部位)的丙烯酸系共聚物。
在本发明中,丙烯酸系共聚物是指对丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯等具有不饱和双键的单体进行聚合得到的共聚物。
(A)成分的具有光二聚化部位及热交联部位的丙烯酸系共聚物(以下也称为特定共聚物。)只要为具有这样的结构的丙烯酸系共聚物即可,对构成丙烯酸系共聚物的高分子的主链的骨架及侧链的种类等没有特别限定。
作为光二聚化部位,可以举出:肉桂酰基、查尔酮基、香豆素基、蒽基等。在这些部位中,从在可见光区域的透明性的高低及光二聚化反应性高的方面考虑,优选肉桂酰基。作为更优选的肉桂酰基及含有肉桂酰基结构的取代基,可以举出下述式[1]或式[2]所示的结构。需要说明的是,在本说明书中,肉桂酰基中的苯环为萘环的基团也包含在“肉桂酰基”及“含有肉桂酰基结构的取代基”的范围内。
上述式[1]中,X1表示氢原子、碳原子数1~18的烷基、苯基或联苯基。此时,苯基及联苯基可以被卤素原子及氰基中的任一者取代。
上述式[2]中,X2表示氢原子、氰基、碳原子数1~18的烷基、苯基、联苯基、环己基。此时,对于碳原子数1~18的烷基、苯基、联苯基、环己基,可以经由选自共价键、醚键、酯键、酰胺键、脲键、氨酯键、氨基键、羰基或它们的组合中的1种或2种以上的键而键合多种。
上述式[1]及式[2]中,A表示式[A1]、式[A2]、式[A3]、式[A4]、式[A5]及式[A6]中的任一者。
上述式[A1]、式[A2]、式[A3]、式[A4]、式[A5]及式[A6]中,R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及R38分别独立地表示氢原子、碳原子数1~4的烷基、碳原子数1~4的烷氧基、卤素原子、三氟甲基或氰基。
热交联部位为利用加热与(B)成分键合的部位,作为其具体例,可以举出:羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及式(2)所示的基团等。
(A)成分的丙烯酸系共聚物优选重均分子量为3,000~200,000。若重均分子量超过200,000而过大,则有时对溶剂的溶解性降低而使处理性降低,另一方面,若重均分子量低于3,000而过小,则有时热固化时固化不足而使溶剂耐性降低或耐热性降低。
对(A)成分的具有光二聚化部位及热交联部位的丙烯酸系共聚物的合成方法而言,对具有光二聚化部位的单体和具有热交联部位的单体进行共聚的方法是简便的。
作为具有光二聚化部位的单体,例如可以举出具有肉桂酰基、查尔酮基、香豆素基、蒽基等的单体。在这些单体中,从在可见光区域的透明性的高低及光二聚化反应性高的方面考虑,特别优选具有肉桂酰基的单体。
其中,更优选具有上述式[1]或式[2]所示的结构的肉桂酰基及含有肉桂酰基结构的取代基的单体。若举出这样的单体的具体例,则有下述式[3]或式[4]所示的单体。
上述式[3]中,X1表示氢原子、碳原子数1~18的烷基、苯基或联苯基。此时,苯基及联苯基可以被卤素原子及氰基中的任一者取代。
L1及L2分别独立地表示共价键、醚键、酯键、酰胺键、脲键或氨酯键。
上述式[4]中,X2表示氢原子、氰基、碳原子数1~18的烷基、苯基、联苯基、环己基。此时,碳原子数1~18的烷基、苯基、联苯基、环己基可以经由共价键、醚键、酯键、酰胺键、脲键进行键合。
上述式[3]及式[4]中,X3及X5分别独立地表示单键、碳原子数1~20的亚烷基、二价的芳香族环基、二价的脂肪族环基。在此,碳原子数1~20的亚烷基可以为支链状,也可以为直链状。
上述式[3]及式[4]中,X4及X6表示聚合性基团。作为该聚合性基团的具体例,例如可以举出:丙烯酰基、甲基丙烯酰基、苯乙烯基、马来酰亚胺基、丙烯酰胺基、甲基丙烯酰胺基等。
上述式[3]及式[4]中,A与上述式[1]及式[2]同样地表示式[A1]、式[A2]、式[A3]、式[A4]、式[A5]及式[A6]中的任一者。
另外,作为上述式[1]~[4]中的基团的定义中的碳原子数1~18的烷基及碳原子数1~20的亚烷基,可以举出上述的烷基、亚烷基的例子。
作为具有热交联部位的单体,例如可以举出:丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酸4-羟基丁酯、甲基丙烯酸4-羟基丁酯、丙烯酸2,3-二羟基丙酯、甲基丙烯酸2,3-二羟基丙酯、二乙二醇单丙烯酸酯、二乙二醇单甲基丙烯酸酯、己内酯2-(丙烯酰氧基)乙酯、己内酯2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯、聚(乙二醇)乙基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)乙基醚甲基丙烯酸酯、5-丙烯酰氧基-6-羟基降冰片烯-2-羧酸-6-内酯、5-甲基丙烯酰氧基-6-羟基降冰片烯-2-羧酸-6-内酯等具有羟基的单体;丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、单(2-(丙烯酰氧基)乙基)邻苯二甲酸酯、单(2-(甲基丙烯酰氧基)乙基)邻苯二甲酸酯、N-(羧基苯基)马来酰亚胺、N-(羧基苯基)甲基丙烯酰胺、N-(羧基苯基)丙烯酰胺等具有羧基的单体;羟基苯乙烯、N-(羟基苯基)甲基丙烯酰胺、N-(羟基苯基)丙烯酰胺、N-(羟基苯基)马来酰亚胺、N-(羟基苯基)马来酰亚胺等具有酚性羟基的单体;丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺等具有酰胺基的单体;甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷等具有烷氧基甲硅烷基的单体;甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨酯、甲基丙烯酸叔丁基氨基乙酯等具有氨基的单体;丙烯酸2-乙酰乙酰氧基乙酯、甲基丙烯酸2-乙酰乙酰氧基乙酯等具有式(2)所示的基团的单体等。
至于用于得到特定共聚物的具有光二聚化部位的单体及具有热交联部位的单体的使用量,相对于用于得到特定共聚物使用的全部单体的总量,具有光二聚化部位的单体优选为40质量%~95质量%、具有热交联部位的单体优选为5质量%~60质量%。可以通过将具有光二聚化部位的单体含量设为40质量%以上来赋予高灵敏度且良好的液晶取向性。另一方面,可以通过设为95质量%以下来赋予充分的热固性,可以维持高灵敏度且良好的液晶取向性。
另外,在本发明的固化膜形成用组合物中,在得到特定共聚物时,可以并用可与具有光二聚化部位及热交联部位(以下也将这些部位称为特定官能团)的单体共聚的单体(以下也称为具有非反应性官能团的单体)。
作为这样的单体的具体例,可以举出:丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸酯化合物、马来酰亚胺化合物、丙烯酰胺化合物、丙烯腈、马来酸酐、苯乙烯化合物及乙烯基化合物等。
下面,举出上述单体的具体例,但本发明并不限定于这些物质。
作为上述的丙烯酸酯化合物,例如可以举出:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸萘酯、丙烯酸蒽酯、丙烯酸蒽基甲酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基三乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸3-甲氧基丁酯、丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、丙烯酸8-甲基-8-三环癸酯及丙烯酸8-乙基-8-三环癸酯等。
作为上述的甲基丙烯酸酯化合物,例如可以举出:甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸萘酯、甲基丙烯酸蒽酯、甲基丙烯酸蒽基甲酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基三乙二醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸四氢糠酯、甲基丙烯酸3-甲氧基丁酯、甲基丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、γ-丁内酯甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸8-甲基-8-三环癸酯及甲基丙烯酸8-乙基-8-三环癸酯等。
作为上述的乙烯基化合物,例如可以举出:甲基乙烯基醚、苄基乙烯基醚、乙烯基萘、乙烯基咔唑、烯丙基缩水甘油醚、3-乙烯基-7-氧杂双环[4.1.0]庚烷、1,2-环氧-5-己烯及1,7-辛二烯单环氧化物等。
作为上述的苯乙烯化合物,例如可以举出:苯乙烯、甲基苯乙烯、氯苯乙烯及溴苯乙烯等。
作为上述的马来酰亚胺化合物,例如可以举出:马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺及N-环己基马来酰亚胺等。
得到用于本发明的固化膜形成用组合物的特定共聚物的方法没有特别限定,例如在使具有特定官能团的单体(具有光二聚化部位的单体及具有热交联部位的单体)、根据期望的具有非反应性官能团的单体及聚合引发剂等共存的溶剂中,在50℃~110℃的温度下使其进行聚合反应得到。此时,所使用的溶剂只要为溶解具有特定官能团的单体、根据期望所使用的具有非反应性官能团的单体及聚合引发剂等的物质就没有特别限定。作为具体例,可以举出后述的溶剂中记载的溶剂。
这样得到的特定共聚物通常为溶解于溶剂而成的溶液的状态,在本发明中可以以(A)成分的溶液的形式直接使用。
另外,可以通过将如上所述得到的特定共聚物的溶液在搅拌下投入到二乙醚或水等中使其再沉淀,将生成的沉淀物过滤·清洗后,在常压或减压下,常温或者加热干燥制成特定共聚物的粉体。利用这样的操作可以除去与特定共聚物共存的聚合引发剂及未反应单体,其结果,得到纯化的特定共聚物的粉体。在一次操作无法充分地纯化的情况下,只要将得到的粉体再溶解于溶剂中重复进行上述的操作即可。
在本发明的固化膜形成用组合物中,作为(A)成分可以直接使用上述特定共聚物的粉体,或者可以将该粉体再溶解于例如后述的溶剂中以溶液的状态使用。
另外,在本实施方式中,(A)成分的丙烯酸系共聚物可以为多种特定共聚物的混合物。
如上所述,在本发明中,可以使用低分子量的化合物或高分子量的特定共聚物作为(A)成分。另外,(A)成分可以为分别1种以上的低分子量的化合物和高分子量的特定共聚物的混合物。
[(B)成分]
本实施方式的固化膜形成用组合物中所含的(B)成分为具有选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一个取代基(以下也称为特定官能团。)的聚合物。作为(B)成分中的烷氧基甲硅烷基,可以举出:三甲氧基甲硅烷基、三乙氧基甲硅烷基、三异丙氧基甲硅烷基、二甲氧基甲基甲硅烷基、二乙氧基甲基甲硅烷基、二异丙氧基甲基甲硅烷基、甲氧基二甲基甲硅烷基、乙氧基二甲基甲硅烷基等。
作为(B)成分的聚合物,例如可以举出:丙烯酸系聚合物、聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚酯、聚酯多元羧酸、聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚亚烷基亚胺、聚烯丙基胺、纤维素类(纤维素或其衍生物)、苯酚酚醛清漆树脂、三聚氰胺甲醛树脂等具有直链结构或支链结构的聚合物、环糊精类等环状聚合物等。
作为(B)成分的特定聚合物,可优选举出:丙烯酸系聚合物、羟基烷基环糊精类、纤维素类、聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇以及聚己内酯多元醇。
作为(B)成分的特定聚合物的优选的一个例子的丙烯酸系聚合物,为对丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯、乙烯基化合物等具有不饱和双键的单体进行聚合得到的聚合物,只要为通过使包含具有特定官能团的单体的单体或其混合物聚合得到的聚合物即可,对构成丙烯酸聚合物的高分子的主链的骨架及侧链的种类等没有特别限定。
作为具有特定官能团的单体,可以举出:具有聚乙二醇酯基的单体、具有碳原子数2~5的羟基烷酯基的单体、具有酚性羟基的单体、具有羧基的单体、具有酰胺基的单体、具有氨基的单体、具有烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团的单体。
作为上述的具有聚乙二醇酯基的单体,可以举出H-(OCH2CH2)n-OH的单丙烯酸酯或单甲基丙烯酸酯。其n的值为2~50,优选为2~10。
作为上述的具有碳原子数2~5的羟基烷酯基的单体,例如可以举出:甲基丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酸4-羟基丁酯、甲基丙烯酸4-羟基丁酯。
作为上述的具有酚性羟基的单体,例如可以举出:对羟基苯乙烯、间羟基苯乙烯、邻羟基苯乙烯。
作为上述的具有羧基的单体,例如可以举出:丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基苯甲酸。
作为上述的侧链具有氨基的单体,例如可以举出:丙烯酸2-氨基乙酯、甲基丙烯酸2-氨基乙酯、丙烯酸氨基丙酯及甲基丙烯酸氨基丙酯。
作为上述的侧链具有烷氧基甲硅烷基的单体,例如可以举出:3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷及烯丙基三乙氧基硅烷等。
作为上述的侧链具有上述式(2)所示的基团的单体,例如可以举出:丙烯酸2-乙酰乙酰氧基乙酯、甲基丙烯酸2-乙酰乙酰氧基乙酯等。
另外,在本实施方式中,在合成(B)成分的例子的丙烯酸聚合物时,只要不损害本发明的效果就可以并用不具有羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团的单体。
作为这样的单体的具体例,可以举出:丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸酯化合物、马来酰亚胺化合物、丙烯腈、马来酸酐、苯乙烯化合物及乙烯基化合物等。
作为丙烯酸酯化合物,例如可以举出:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸萘酯、丙烯酸蒽酯、丙烯酸蒽基甲酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基三乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸3-甲氧基丁酯、丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、丙烯酸8-甲基-8-三环癸酯及丙烯酸8-乙基-8-三环癸酯等。
作为甲基丙烯酸酯化合物,例如可以举出:甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸萘酯、甲基丙烯酸蒽酯、甲基丙烯酸蒽基甲酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基三乙二醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸四氢糠酯、甲基丙烯酸3-甲氧基丁酯、甲基丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸8-甲基-8-三环癸酯及甲基丙烯酸8-乙基-8-三环癸酯等。
作为马来酰亚胺化合物,例如可以举出:马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺及N-环己基马来酰亚胺等。
作为苯乙烯化合物,例如可以举出:苯乙烯、甲基苯乙烯、氯苯乙烯及溴苯乙烯等。
作为乙烯基化合物,例如可以举出:乙烯基醚、甲基乙烯基醚、苄基乙烯基醚、2-羟基乙基乙烯基醚、苯基乙烯基醚及丙基乙烯基醚等。
至于用于得到(B)成分的例子的丙烯酸系聚合物的具有特定官能团的单体的使用量,相对于用于得到(B)成分的丙烯酸系聚合物的全部单体的总量,优选为2摩尔%~98摩尔%。在具有特定官能团的单体过小的情况下,得到的固化膜的液晶取向性容易变得不充分,在过大的情况下,与(A)成分的相溶性容易降低。
得到(B)成分的例子的丙烯酸系聚合物的方法没有特别限定,例如在使含有具有特定官能团的单体的单体、根据期望的不具有特定官能团的单体、聚合引发剂等共存的溶剂中,在50℃~110℃的温度下通过聚合反应得到。此时,所使用的溶剂只要为溶解具有特定官能团的单体、根据期望使用的不具有特定官能团的单体及聚合引发剂等的物质就没有特别限定。作为具体例,记载在后述的[溶剂]的项中。
利用以上的方法得到的(B)成分的例子的丙烯酸系聚合物通常为溶解于溶剂而成的溶液的状态。
另外,可以将用上述方法得到的(B)成分的例子的丙烯酸系聚合物的溶液投入到搅拌下的二乙醚或水等中使其再沉淀,将生成的沉淀物过滤·清洗后,在常压或减压下,常温干燥或者加热干燥,制成(B)成分的例子的丙烯酸系聚合物的粉体。利用上述的操作可以除去与(B)成分的例子的丙烯酸系聚合物共存的聚合引发剂及未反应的单体,其结果,得到纯化的(B)成分的例子的丙烯酸系聚合物的粉体。在一次操作无法充分地纯化的情况下,只要使得到的粉体再溶解于溶剂中重复进行上述的操作即可。
(B)成分的优选的例子的丙烯酸系聚合物的重均分子量优选为3000~200000,更优选为4000~150000,进一步优选为5000~100000。若重均分子量超过200000而过大,则有时对溶剂的溶解性降低而使处理性降低,若重均分子量低于3000而过小,则有时热固化时固化不足而使溶剂耐性及耐热性降低。另外,重均分子量为利用凝胶渗透色谱法(GPC)使用聚苯乙烯作为标准材料得到的值。以下,在本说明书中也同样。
接着,作为(B)成分的特定聚合物的优选的一个例子的聚醚多元醇,可以举出:聚乙二醇、聚丙二醇、使丙二醇或在双酚A、三乙二醇、山梨糖醇等多元醇与环氧丙烷或聚乙二醇、聚丙二醇等进行加成而得的物质。作为聚醚多元醇的具体例,可以举出:ADEKA制AdekaPolyether P系列、G系列、EDP系列、BPX系列、FC系列、CM系列、日油制Uniox(注册商标)HC-40、HC-60、ST-30E、ST-40E、G-450、G-750、Uniol(注册商标)TG-330、TG-1000、TG-3000、TG-4000、HS-1600D、DA-400、DA-700、DB-400、Nonion(注册商标)LT-221、ST-221、OT-221等。
作为(B)成分的特定聚合物的优选的一个例子的聚酯多元醇,可以举出使乙二醇、丙二醇、丁二醇、聚乙二醇、聚丙二醇等二元醇与己二酸、癸二酸、间苯二甲酸等多元羧酸反应而成的物质。作为聚酯多元醇的具体例,可以举出:DIC制Polylite(注册商标)OD-X-286、OD-X-102、OD-X-355、OD-X-2330、OD-X-240、OD-X-668、OD-X-2108、OD-X-2376、OD-X-2044、OD-X-688、OD-X-2068、OD-X-2547、OD-X-2420、OD-X-2523、OD-X-2555、OD-X-2560、Kuraray制多元醇P-510、P-1010、P-2010、P-3010、P-4010、P-5010、P-6010、F-510、F-1010、F-2010、F-3010、P-1011、P-2011、P-2013、P-2030、N-2010、PNNA-2016等。
作为(B)成分的特定聚合物的优选的一个例子的聚己内酯多元醇,可以举出以三羟甲基丙烷或乙二醇等多元醇为引发剂使ε-己内酯开环聚合而成的物质。作为聚己内酯多元醇的具体例,可以举出:DIC制Polylite(注册商标)OD-X-2155、OD-X-640、OD-X-2568、Daicel化学制Placcel(注册商标)205、L205AL、205U、208、210、212、L212AL、220、230、240、303、305、308、312、320等。
作为(B)成分的特定聚合物的优选的一个例子的聚碳酸酯多元醇,可以举出使三羟甲基丙烷或乙二醇等多元醇和碳酸二乙酯、碳酸二苯酯、碳酸亚乙酯等反应而成的物质。作为聚碳酸酯多元醇的具体例,可以举出:Daicel化学制Placcel(注册商标)CD205、CD205PL、CD210、CD220、Kuraray制的C-590、C-1050、C-2050、C-2090、C-3090等。
作为(B)成分的特定聚合物的优选的一个例子的纤维素,可以举出:羟基乙基纤维素、羟基丙基纤维素等羟基烷基纤维素类、羟基乙基甲基纤维素、羟基丙基甲基纤维素、羟基乙基乙基纤维素等羟基烷基烷基纤维素类及纤维素等,例如优选羟基乙基纤维素、羟基丙基纤维素等羟基烷基纤维素类。
作为(B)成分的特定聚合物的优选的一个例子的环糊精,可以举出:α-环糊精、β-环糊精及γ环糊精等环糊精、甲基-α-环糊精、甲基-β-环糊精以及甲基-γ-环糊精等甲基化环糊精、羟基甲基-α-环糊精、羟基甲基-β-环糊精、羟基甲基-γ-环糊精、2-羟基乙基-α-环糊精、2-羟基乙基-β-环糊精、2-羟基乙基-γ-环糊精、2-羟基丙基-α-环糊精、2-羟基丙基-β-环糊精、2-羟基丙基-γ-环糊精、3-羟基丙基-α-环糊精、3-羟基丙基-β-环糊精、3-羟基丙基-γ-环糊精、2,3-二羟基丙基-α-环糊精、2,3-二羟基丙基-β-环糊精、2,3-二羟基丙基-γ-环糊精等羟基烷基环糊精等。
作为(B)成分的特定聚合物的优选的一个例子的三聚氰胺甲醛树脂,位对三聚氰胺和甲醛进行缩聚得到的树脂,以下述式表示。
上述式中,R21表示氢原子或碳原子数1~4的烷基,n为表示重复单元的数量的自然数。作为碳原子数1~4的烷基的例子,可以举出上述或下述所例示的烷基中相当碳原子数的基团。
从保存稳定性的观点考虑,(B)成分的三聚氰胺甲醛树脂优选三聚氰胺和甲醛的缩聚时生成的羟甲基被烷基化。
得到(B)成分的三聚氰胺甲醛树脂的方法没有特别限定,通常通过将三聚氰胺和甲醛混合,使用碳酸钠或氨等使其成为弱碱性后,在60℃~100℃下加热来合成。进而,可以通过使其与醇反应来对羟甲基进行烷氧基化。
(B)成分的三聚氰胺甲醛树脂的重均分子量优选为250~5000,更优选为300~4000,进一步优选为350~3500。若重均分子量超过5000而过大,则有时对溶剂的溶解性降低而使处理性降低,若重均分子量低于250而过小,则有时热固化时固化不足而无法充分显示溶剂耐性及耐热性的提高效果。
在本发明的实施方式中,(B)成分的三聚氰胺甲醛树脂可以在液体形态或者将纯化的液体再溶解于后述的溶剂中而成的溶液形态下使用。
另外,在本发明的实施方式中,(B)成分的三聚氰胺甲醛树脂可以为多种(B)成分的三聚氰胺甲醛树脂的混合物。
作为(B)成分的特定聚合物的优选的一个例子的苯酚酚醛清漆树脂,例如可以举出苯酚-甲醛缩聚物等。
在本实施方式的固化膜形成用组合物中,(B)成分的聚合物可以在粉体形态或将纯化的粉末再溶解于后述的溶剂中而成的溶液形态下使用。
另外,在本实施方式的固化膜形成用组合物中,(B)成分可以为多种作为(B)成分所例示的聚合物的混合物。
[(C)成分]
本实施方式的固化膜形成用组合物含有交联剂作为(C)成分。更详细而言,(C)成分为与上述的(A)成分、(B)成分及后述的(D)成分反应、且在(A)成分为低分子光取向成分的情况下在低于(A)成分的升华温度的温度下进行反应的交联剂。(C)成分在低于(A)成分的升华温度的温度下与(A)成分的低分子化合物和/或聚合物的选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的取代基、(B)成分中所含的选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的取代基、(D)成分的化合物键合。其结果,如后所述,在(A)成分、(B)成分及(D)成分与作为(C)成分的交联剂进行热反应时,可以抑制(A)成分升华。而且,本实施方式的固化膜形成用组合物可以形成光反应效率高的取向材料作为固化膜。
作为(C)成分的交联剂,可以举出:环氧化合物、羟甲基化合物及异氰酸酯化合物等化合物,但优选为羟甲基化合物。
作为上述的羟甲基化合物的具体例,例如可以举出:烷氧基甲基化甘脲、烷氧基甲基化苯并胍胺及烷氧基甲基化三聚氰胺等化合物。
作为烷氧基甲基化甘脲的具体例,例如可以举出:1,3,4,6-四(甲氧基甲基)甘脲、1,3,4,6-四(丁氧基甲基)甘脲、1,3,4,6-四(羟基甲基)甘脲、1,3-双(羟基甲基)脲、1,1,3,3-四(丁氧基甲基)脲、1,1,3,3-四(甲氧基甲基)脲、1,3-双(羟基甲基)-4,5-二羟基-2-咪唑啉酮及1,3-双(甲氧基甲基)-4,5-二甲氧基-2-咪唑啉酮等。作为市售品,可以举出:三井Saitech(株)制甘脲化合物(商品名:Cymel(注册商标)1170、Powderlink(注册商标)1174)等化合物、甲基化脲树脂(商品名:UFR(注册商标)65)、丁基化脲树脂(商品名:UFR(注册商标)300、U-VAN10S60、U-VAN10R、U-VAN11HV)、大日本油墨化学工业(株)制脲/甲醛系树脂(高缩合型、商品名:Beckamine(注册商标)J-300S、Beckamine P-955、Beckamine N)等。
作为烷氧基甲基化苯并胍胺的具体例,例如可以举出四甲氧基甲基苯并胍胺等。作为市售品,可以举出:三井Saitech(株)制(商品名:Cymel(注册商标)1123)、(株)三和化学制(商品名:Nikalac(注册商标)BX-4000、Nikalac BX-37、Nikalac BL-60、Nikalac BX-55H)等。
作为烷氧基甲基化三聚氰胺的具体例,例如可以举出六甲氧基甲基三聚氰胺等。作为市售品,可以举出:三井Saitech(株)制甲氧基甲基型三聚氰胺化合物(商品名:Cymel(注册商标)300、Cymel 301、Cymel 303、Cymel 350)、丁氧基甲基型三聚氰胺化合物(商品名:Mycoat(注册商标)506、Mycoat 508)、三和化学制甲氧基甲基型三聚氰胺化合物(商品名:Nikalac(注册商标)MW-30、Nikalac MW-22、Nikalac MW-11、Nikalac MS-001、NikalacMX-002、Nikalac MX-730、Nikalac MX-750、Nikalac MX-035)、丁氧基甲基型三聚氰胺化合物(商品名:Nikalac(注册商标)MX-45、Nikalac MX-410、Nikalac MX-302)等。
另外,可以为使这样的氨基的氢原子被羟甲基或烷氧基甲基取代的三聚氰胺化合物、脲化合物、甘脲化合物及苯并胍胺化合物缩合得到的化合物。例如可以举出由美国专利第6323310号中记载的三聚氰胺化合物及苯并胍胺化合物制造的高分子量的化合物。作为上述三聚氰胺化合物的市售品,可以举出商品名:Cymel(注册商标)303(三井Saitech(株)制)等,作为上述苯并胍胺化合物的市售品,可以举出商品名:Cymel(注册商标)1123(三井Saitech(株)制)等。
进而,作为(C)成分,也可以采用使用N-羟基甲基丙烯酰胺、N-甲氧基甲基甲基丙烯酰胺、N-乙氧基甲基丙烯酰胺、N-丁氧基甲基甲基丙烯酰胺等羟基甲基或烷氧基甲基取代的丙烯酰胺化合物或甲基丙烯酰胺化合物制造的聚合物。
作为这样的聚合物,例如可以举出:聚(N-丁氧基甲基丙烯酰胺)、N-丁氧基甲基丙烯酰胺和苯乙烯的共聚物、N-羟基甲基甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸甲酯的共聚物、N-乙氧基甲基甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸苄酯的共聚物及N-丁氧基甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸苄酯和甲基丙烯酸2-羟基丙酯的共聚物等。这样的聚合物的重均分子量为1000~500000,优选为2000~200000,更优选为3000~150000,进一步优选为3000~50000。
这些交联剂可以单独使用或可以将2种以上组合使用。
至于本实施方式的固化膜形成用组合物中的(C)成分的交联剂的含量,相对于(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种和(B)成分的聚合物的总量的100质量份,优选为10质量份~100质量份,更优选为15质量份~80质量份。在交联剂的含量过小的情况下,由固化膜形成用组合物得到的固化膜的溶剂耐性及耐热性降低而使光取向时的取向灵敏度降低。另一方面,在含量过大的情况下,有时光取向性及保存稳定性降低。
[(D)成分]
本实施方式的固化膜形成用组合物中所含的(D)成分为1分子中具有至少1个含有C=C双键的聚合性基团且具有至少1个N-烷氧基甲基的低分子化合物。
在将由含有(D)成分的本实施方式的固化膜形成用组合物所形成的固化膜用作取向材料的情况下,可以使聚合性液晶的聚合性官能团和取向材料的交联反应部位通过共价键连接,从而提高取向材料和聚合性液晶层的密合性。其结果,在本实施方式的取向材料上层叠固化的聚合性液晶而成的本实施方式的相位差材料即使在高温高质的条件下也维持强的密合性,可以显示对剥离等的高耐久性。
作为含有C=C双键的聚合性基团,可以举出:丙烯酰基、甲基丙烯酰基、乙烯基、烯丙基、马来酰亚胺基等。
作为N-烷氧基甲基的N、即氮原子,可以举出酰胺的氮原子、硫代酰胺的氮原子、脲的氮原子、硫脲的氮原子、氨酯的氮原子、与含氮杂环的氮原子的相邻位置键合的氮原子等。因此,作为N-烷氧基甲基,可以举出在与选自酰胺的氮原子、硫代酰胺的氮原子、脲的氮原子、硫脲的氮原子、氨酯的氮原子、含氮杂环的氮原子的相邻位置键合的氮原子等中的氮原子上键合烷氧基甲基而成的结构。
作为(D)成分,只要为具有上述的基团的物质即可,例如可优选举出下述的式(1)所示的化合物。
(式中,R1表示氢原子或甲基,R2表示氢原子或者直链或支链的碳原子数1~10的烷基)
作为上述烷基,例如可以举出:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、1-甲基正丁基、2-甲基正丁基、3-甲基正丁基、1,1-二甲基正丙基、1,2-二甲基正丙基、2,2-二甲基正丙基、1-乙基正丙基、正己基、1-甲基正戊基、2-甲基正戊基、3-甲基正戊基、4-甲基正戊基、1,1-二甲基正丁基、1,2-二甲基正丁基、1,3-二甲基正丁基、2,2-二甲基正丁基、2,3-二甲基正丁基、3,3-二甲基正丁基、1-乙基正丁基、2-乙基正丁基、1,1,2-三甲基正丙基、1,2,2-三甲基正丙基、1-乙基-1-甲基正丙基、1-乙基-2-甲基正丙基、正庚基、1-甲基正己基、2-甲基正己基、3-甲基正己基、1,1-二甲基正戊基、1,2-二甲基正戊基、1,3-二甲基正戊基、2,2-二甲基正戊基、2,3-二甲基正戊基、3,3-二甲基正戊基、1-乙基正戊基、2-乙基正戊基、3-乙基正戊基、1-甲基-1-乙基正丁基、1-甲基-2-乙基正丁基、1-乙基-2-甲基正丁基、2-甲基-2-乙基正丁基、2-乙基-3-甲基正丁基、正辛基、1-甲基正庚基、2-甲基正庚基、3-甲基正庚基、1,1-二甲基正己基、1,2-二甲基正己基、1,3-二甲基正己基、2,2-二甲基正己基、2,3-二甲基正己基、3,3-二甲基正己基、1-乙基正己基、2-乙基正己基、3-乙基正己基、1-甲基-1-乙基正戊基、1-甲基-2-乙基正戊基、1-甲基-3-乙基正戊基、2-甲基-2-乙基正戊基、2-甲基-3-乙基正戊基、3-甲基-3-乙基正戊基、正壬基、正癸基等。
作为上述式(1)所示的化合物的具体例,可以举出:N-丁氧基甲基丙烯酰胺、N-异丁氧基甲基丙烯酰胺、N-甲氧基甲基丙烯酰胺、N-甲氧基甲基甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺等。
作为(D)成分的具有含有C=C双键的聚合性基团和N-烷氧基甲基的化合物的另一实施方式,例如可优选举出下述的式(X2)所示的化合物。
[式中,R51表示氢原子或甲基。R53表示直链或支链的碳原子数2~20的亚烷基、由碳原子数5~6的脂肪族环形成的二价基团、或者含有碳原子数5~6的脂肪族环的二价的脂肪族基团,这些结构中可以含有醚键。R54表示由从直链或支链的碳原子数2~20的烷基中去除1~8个氢原子而成的结构形成的二价~九价基团、由从碳原子数5~6的脂肪族环基中进一步去除1~8个氢原子而成的结构形成的二价~九价基团、或者含有碳原子数5~6的脂肪族环的二价~九价的脂肪族基团,可以在结构中含有醚键。R52表示直链或支链的碳原子数1~20的烷基、由碳原子数5~6的脂肪族环形成的一价基团、或者含有碳原子数5~6的脂肪族环的一价的脂肪族基团,这些基团中的一个亚甲基或彼此不相邻的多个亚甲基可以被醚键置换。Z表示>NCOO-或-OCON<(在此,“-”表示连接键为1个。另外,“>”“<”表示连接键为2个。N原子的任一连接键与-CH2OR52键合。)。r为2以上且9以下的自然数。]
作为R53的定义中的碳原子数2~20的亚烷基及R54的定义中的由从直链或支链的碳原子数2~20的烷基中去除1~8个氢原子而成的结构形成的二价~九价基团的具体例,可以举出从下述所示的碳原子数2~20的烷基中进一步去除1~8个氢原子而成的二价~九价基团。
作为该碳原子数2~20的烷基的具体例,作为实例可以举出:乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、1-甲基正丁基、2-甲基正丁基、3-甲基正丁基、1,1-二甲基正丙基、正己基、1-甲基正戊基、2-甲基正戊基、1,1-二甲基正丁基、1-乙基正丁基、1,1,2-三甲基正丙基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正十九烷基、正二十烷基,另外,可以举出它们的一种或多种在碳原子数20以下的范围进行键合而成的基团、这些基团中的一个亚甲基或彼此不相邻的多个亚甲基被醚键置换了的基团等。
在这些基团中,优选碳原子数2~10的亚烷基,从原料的获得性等方面考虑,特别优选R53为亚乙基、R54为亚己基。
作为R52的定义中的碳原子数1~20的烷基的具体例,可以举出上述R53及R54的定义的说明中的碳原子数2~20的烷基的具体例及甲基。在这些基团中,优选碳原子数1~6的烷基,特别优选甲基、乙基、正丙基或正丁基。
作为R52、R53及R54的定义中的碳原子数5~6的脂肪族环的基团,可以举出基于环戊基、环己基的基团,除一价基团的环戊基、环己基以外,可以举出由从这些碳原子数5~6的脂肪族环基中进一步去除1~8个氢原子而成的结构形成的二价~九价基团,另外,可以举出含有这些碳原子数5~6的脂肪族环的一价或二价~九价的脂肪族基团的一种或者将多种在碳原子数20以下的范围内进行键合而成的基团,进而可以举出:这些基团中的一个亚甲基或彼此不相邻的多个亚甲基被醚键置换了的基团等。
作为r,可以举出2以上且9以下的自然数,其中,优选2~6。
化合物(X2)是利用下述的反应路径所示的制造方法得到的。即,是通过使下述式(X2-1)所示的具有丙烯酰基或甲基丙烯酰基的氨基甲酸酯化合物(以下也称为化合物(X2-1))在加入了三甲基甲硅烷基氯化物和多聚甲醛的溶剂中反应而合成下述式(X2-2)所示的中间体,向其反应液中加入R52-OH所示的醇使其反应而制造的。
式中,R51、R52、R53、R54、Z及r表示上述的含义,X表示-NHCOO-或-OCONH-。
三甲基甲硅烷基氯化物和多聚甲醛相对于化合物(X2-1)的使用量没有特别限定,为了完成反应,相对于分子中的1个氨基甲酸酯键,优选使用三甲基甲硅烷基氯化物1.0~6.0当量倍、多聚甲醛1.0~3.0当量倍,更优选三甲基甲硅烷基氯化物的使用当量多于多聚甲醛的使用当量。
作为反应溶剂,只要对反应惰性的物质就没有特别限定,例如可以举出:己烷、环己烷、苯、甲苯等烃类;二氯甲烷、四氯化碳、氯仿、1,2-二氯乙烷等卤素系烃类;二乙醚、二异丙醚、1,4-二烷、四氢呋喃等醚类;乙腈、丙腈等腈类;N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮等含氮非质子性极性溶剂;吡啶、甲基吡啶等吡啶类等。这些溶剂可以单独使用,也可以将这些溶剂中的2种以上混合使用。优选为二氯甲烷、氯仿,进一步优选为二氯甲烷。
溶剂的使用量(反应浓度)没有特别限定,可以在不使用溶剂的情况下实施反应,另外,在使用溶剂的情况下,可以相对于化合物(X2-1)使用0.1~100质量倍的溶剂。优选为1~30质量倍,进一步优选为2~20质量倍。
反应温度没有特别限定,例如为-90~200℃,优选为-20~100℃,进一步优选为-10~50℃。
反应时间通常为0.05~200小时,优选为0.5~100小时。
反应可以在常压或加压下进行,另外,可以为间歇式,也可以为连续式。
在使其反应时,可以添加阻聚剂。作为这样的阻聚剂,可以使用BHT(2,6-二叔丁基对甲酚)或氢醌、对甲氧基苯酚等,只要为抑制丙烯酰基、甲基丙烯酰基的聚合的物质就没有特别限定。
添加阻聚剂时的添加量没有特别限定,相对于化合物(X2-1)的总使用量(质量)为0.0001~10wt%,优选为0.01~1wt%。在本说明书中,wt%是指质量%。
在使醇与中间体(X2-2)反应的工序中,为了抑制酸性条件下的水解可以加入碱。作为碱的例子,可以举出:吡啶、甲基吡啶等吡啶类、三甲基胺、三乙基胺、二异丙基乙基胺、三丁基胺等叔胺等。优选为三乙基胺、二异丙基乙基胺,更优选为三乙基胺。添加碱时的添加量没有特别限定,只要相对于反应时使用的三甲基甲硅烷基氯化物的添加量使用0.01~2.0当量倍即可,更优选为0.5~1.0当量。
另外,在由化合物(X2-1)得到中间体(X2-2)后,可以无需分离中间体(X2-2)而添加醇使其反应。
化合物(X2-1)的合成法没有特别限定,可以通过使(甲基)丙烯酰氧基烷基异氰酸酯和多元醇化合物反应或者使(甲基)丙烯酸羟基烷基酯化合物和多异氰酸酯化合物反应来制造。
作为(甲基)丙烯酰氧基烷基异氰酸酯的具体例,例如可以举出:2-甲基丙烯酰氧基乙基异氰酸酯(昭和电工(株)制,商品名:Karenz MOI[注册商标])、2-丙烯酰氧基乙基异氰酸酯(昭和电工(株)制,商品名:Karenz AOI[注册商标])等。
作为多元醇化合物的具体例,可以举出:乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,4-环己烷二甲醇等二元醇化合物;甘油、三羟甲基丙烷等三元醇化合物;季戊四醇、二季戊四醇、二甘油等。
作为(甲基)丙烯酸羟基烷基酯化合物的具体例,可以举出:丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酸4-羟基丁酯、甲基丙烯酸4-羟基丁酯、二乙二醇单丙烯酸酯、二乙二醇单甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)乙基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)乙基醚甲基丙烯酸酯等具有羟基的单体等。
作为多异氰酸酯化合物的具体例,可以举出:六亚甲基二异氰酸酯、2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、二聚酸二异氰酸酯等脂肪族二异氰酸酯;异氟尔酮二异氰酸酯、4,4’-亚甲基双(环己基异氰酸酯)、ω,ω’-二异氰酸酯二甲基环己烷等脂环族二异氰酸酯;赖氨酸酯三异氰酸酯、1,6,11-十一烷三异氰酸酯、1,8-二异氰酸酯-4-异氰酸酯甲基辛烷、1,3,6-六亚甲基三异氰酸酯、双环庚烷三异氰酸酯等三异氰酸酯等。
这些(甲基)丙烯酰氧基烷基异氰酸酯化合物、多元醇化合物、(甲基)丙烯酸羟基烷基酯化合物及多异氰酸酯化合物通常市售,另外,可以通过公知的方法合成。
至于本发明的实施方式的固化膜形成用组合物中的(D)成分的含量,相对于(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种、(B)成分的聚合物及(C)成分的交联剂的总量100质量份,优选为0.1质量份~40质量份,进一步优选为5质量份~35质量份。通过将(D)成分的含量设为0.1质量份以上可以对所形成的固化膜赋予充分的密合性。但是,在多于40质量份的情况下,有时固化膜形成用组合物的保存稳定性降低。
另外,在本实施方式的固化膜形成用组合物中,(D)成分可以为多种(D)成分的化合物的混合物。
[(E)成分]
本实施方式的固化膜形成用组合物除上述的(A)成分、(B)成分、(C)成分及(D)成分以外,还可以含有作为(E)成分的交联催化剂。
作为(E)成分的交联催化剂,例如可以为酸或热酸产生剂。该(E)成分在使用本实施方式的固化膜形成用组合物形成固化膜时,对热固化反应的促进有效。
在使用酸或热酸产生剂作为(E)成分的情况下,(E)成分只要为含磺酸基的化合物、盐酸或其盐、预烘烤或后烘烤时热分解产生酸的化合物、即在温度80℃~250℃下热分解产生酸的化合物就没有特别限定。
作为这样的化合物,例如可以举出:盐酸、甲磺酸、乙磺酸、丙磺酸、丁磺酸、戊磺酸、辛磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、樟脑磺酸、三氟甲磺酸、对苯酚磺酸、2-萘磺酸、均三甲苯磺酸、对二甲苯-2-磺酸、间二甲苯-2-磺酸、4-乙基苯磺酸、1H,1H,2H,2H-全氟辛磺酸、全氟(2-乙氧基乙烷)磺酸、五氟乙磺酸、九氟丁烷-1-磺酸、十二烷基苯磺酸等磺酸或其水合物及盐等。
另外,作为利用热产生酸的化合物,例如可以举出:双(甲苯磺酰氧基)乙烷、双(甲苯磺酰氧基)丙烷、双(甲苯磺酰氧基)丁烷、甲苯磺酸对硝基苄酯、甲苯磺酸邻硝基苄酯、1,2,3-亚苯基三(甲基磺酸酯)、对甲苯磺酸吡啶鎓盐、对甲苯磺酸吗啉盐、对甲苯磺酸乙酯、对甲苯磺酸丙酯、对甲苯磺酸丁酯、对甲苯磺酸异丁酯、对甲苯磺酸甲酯、对甲苯磺酸苯乙酯、对甲苯磺酸氰基甲酯、对甲苯磺酸2,2,2-三氟乙酯、对甲苯磺酸2-羟基丁酯、N-乙基-4-甲苯磺胺及下述式[TAG-1]~式[TAG-41]所示的化合物等。
至于本发明的实施方式的固化膜形成用组合物中的(E)成分的含量,相对于(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种、(B)成分的聚合物、(C)成分的交联剂及(D)成分的低分子化合物的总量100质量份,优选为0.01质量份~10质量份,更优选为0.05质量份~8质量份,进一步优选为0.1质量份~6质量份。通过将(E)成分的含量设为0.01质量份以上可以赋予充分的热固性和溶剂耐性,也可以赋予针对曝光的高灵敏度。另外,通过设为10质量份以下可以使固化膜形成用组合物的保存稳定性变得良好。
[其它的添加剂]
本发明的实施方式的固化膜形成用组合物只要不损害本发明的效果就可以含有其它的添加剂。
作为其它的添加剂,例如可以含有敏化剂。敏化剂在由本实施方式的固化膜形成用组合物形成本发明的实施方式的固化膜时对促进其光反应是有效的。
作为敏化剂,可以举出:二苯甲酮、蒽、蒽醌及噻吨酮等的衍生物以及硝基苯基化合物等。在这些物质中,特别优选作为二苯甲酮的衍生物的N,N-二乙基氨基二苯甲酮及作为硝基苯基化合物的2-硝基芴、2-硝基芴酮、5-硝基苊、4-硝基联苯、4-硝基肉桂酸、4-硝基均二苯乙烯、4-硝基二苯甲酮、5-硝基吲哚。
这些敏化剂并不特别限定于上述物质。这些物质可单独使用或将2种以上的化合物并用。
在本发明的实施方式中,至于敏化剂的使用比例,相对于(A)成分、(B)成分、(C)成分及(D)成分的总量100质量份,优选为0.1质量份~20质量份,更优选为0.2质量份~10质量份。在该比例过小的情况下,有时无法充分地得到作为敏化剂的效果,在过大的情况下,有时所形成的固化膜的透射率降低或者涂膜粗糙。
另外,本发明的实施方式的固化膜形成用组合物只要不损害本发明的效果就可以含有硅烷偶联剂、表面活性剂、流变调整剂、颜料、染料、保存稳定剂、消泡剂、抗氧化剂等作为其它的添加剂。
[溶剂]
本发明的实施方式的固化膜形成用组合物在溶解于溶剂中而成的溶液状态下使用的情况较多。此时所使用的溶剂为溶解(A)成分、(B)成分、(C)成分及(D)成分、根据需要的(E)成分和/或其它的添加剂的物质即可,只要为具有这样的溶解能力的溶剂,其种类及结构等就没有特别限定。
若举出溶剂的具体例,例如可以举出:乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、二乙二醇单甲基醚、二乙二醇单乙基醚、丙二醇、丙二醇单甲基醚、丙二醇单甲基醚乙酸酯、丙二醇丙基醚乙酸酯、环戊基甲基醚、异丙醇、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、环戊酮、环己酮、2-丁酮、3-甲基-2-戊酮、2-戊酮、2-庚酮、γ-丁内酯、2-羟基丙酸乙酯、2-羟基-2-甲基丙酸乙酯、乙氧基醋酸乙酯、羟基醋酸乙酯、2-羟基-3-甲基丁酸甲酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺及N-甲基吡咯烷酮等。
这些溶剂可以单独使用一种或二种以上组合使用。在这些溶剂中,丙二醇单甲基醚、丙二醇单甲基醚乙酸酯、环己酮、2-庚酮、丙二醇丙基醚、丙二醇丙基醚乙酸酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸乙酯及3-乙氧基丙酸甲酯的成膜性良好且安全性高,故而优选。
<固化膜形成用组合物的制备>
本发明的实施方式的固化膜形成用组合物为具有光取向性的热固性的固化膜形成用组合物。如上所述,本实施方式的固化膜形成用组合物含有作为(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种、(B)成分的具有选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一种取代基的聚合物、作为(C)成分的交联剂以及(D)成分的在1分子中具有至少1个含有C=C双键的聚合性基团且具有至少1个N-烷氧基甲基的低分子化合物。另外,可以含有作为(E)成分的交联催化剂。而且,只要不损害本发明的效果就可以含有其它的添加剂,进而,可以含有溶剂。
至于(A)成分和(B)成分的配合比,优选以质量比计为5:95~80:20。在(B)成分的含量过大的情况下,液晶取向性容易降低,在过小的情况下,溶剂耐性降低而使取向性容易降低。
本实施方式的固化膜形成用组合物的优选的例子如下。
[1]:一种固化膜形成用组合物,其中,作为(A)成分的具有光取向性基团和选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一个取代基的低分子化合物(低分子光取向成分)、与作为(B)成分的具有选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一种取代基的聚合物的配合比以质量比计为5:95~80:20,相对于作为(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种和(B)成分的聚合物的总量100质量份,含有10质量份~100质量份作为(C)成分的交联剂,相对于作为(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种、作为(B)成分的聚合物和作为(C)成分的交联剂的总量100质量份,含有0.1质量份~40质量份作为(D)成分的1分子中具有至少1个含有C=C双键的聚合性基团且具有至少1个N-烷氧基甲基的低分子化合物。
[2]:一种固化膜形成用组合物,其中,(A)成分与(B)成分的配合比以质量比计为5:95~80:20,相对于作为(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种和作为(B)成分的聚合物的总量100质量份,含有10质量份~100质量份的(C)成分,相对于作为(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种、作为(B)成分的聚合物和作为(C)成分的交联剂的总量100质量份,含有0.1质量份~40质量份的(D)成分,并含有溶剂。
[3]:一种固化膜形成用组合物,其中,(A)成分与(B)成分的配合比以质量比计为5:95~80:20,相对于作为(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种和作为(B)成分的聚合物的总量100质量份,含有10质量份~100质量份的(C)成分、相对于作为(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种、作为(B)成分的聚合物和作为(C)成分的交联剂的总量100质量份,含有0.1质量份~40质量份的(D)成分,相对于作为(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种、作为(B)成分的聚合物、作为(C)成分的交联剂和作为(D)成分的化合物的总量100质量份,含有0.01质量份~10质量份的(E)成分,并含有溶剂。
下面,对在以溶液形式使用本实施方式的固化膜形成用组合物时的配合比例、制备方法等进行详细叙述。
本实施方式的固化膜形成用组合物中的固体成分的比例只要各成分均匀地溶解在溶剂中就没有特别限定,为1质量%~80质量%,优选为3质量%~60质量%,更优选为5质量%~40质量%。在此,固体成分是指从固化膜形成用组合物的全部成分中除去溶剂后的成分。
本实施方式的固化膜形成用组合物的制备方法没有特别限定。作为制备法,例如可以举出:在溶解于溶剂而成的(B)成分的溶液中以规定的比例混合(A)成分及(C)成分、(D)成分以及(E)成分,制成均匀的溶液的方法或在该制备法的适当的阶段中,根据需要再添加其它添加剂混合的方法。
在本实施方式的固化膜形成用组合物的制备中,可以直接使用通过溶剂中的聚合反应得到的特定共聚物的溶液。在这样的情况下,例如在制备(B)成分丙烯酸系聚合物的溶液中加入(A)成分、(C)成分、(D)成分以及(E)成分等制成均匀的溶液。此时,出于调整浓度的目的可以再追加投入溶剂。此时,(B)成分的制备过程中所使用的溶剂和固化膜形成用组合物的浓度调整中所使用的溶剂可以相同,也可以不同。
另外,所制备的固化膜形成用组合物的溶液优选采用孔径0.2μm左右的过滤器等过滤后使用。
如上所述,本发明的本实施方式的固化膜形成用组合物含有(A)选自具有光取向性基团及选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一种取代基的低分子化合物以及聚合物中的至少一种、(B)具有选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一种取代基的聚合物而构成。在作为(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种中,光取向性基团构成疏水性的光反应部,选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一种取代基构成亲水性的热反应部。(B)成分的聚合物的选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及上述式(2)所示的基团中的至少一种取代基也为亲水性。
因此,由本实施方式的固化膜形成用组合物所形成的固化膜因(B)成分的性质而使其内部成为亲水性,从而使膜结构稳定化。而且,固化膜中的作为(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种偏在地存在于固化膜的表面附近。更具体而言,作为(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种成为亲水性的热反应部朝向固化膜的内部侧、疏水性的光反应部朝向表面侧的结构,并且偏在存在固化膜的表面附近。其结果,本实施方式的固化膜实现了使表面附近存在的(A)成分的光反应性基团的比例增加的结构。而且,本实施方式的固化膜在用作取向材料时可以提高用于光取向的光反应的效率,可以具有优异的取向灵敏度。进而,成为适合形成图案化相位差材料的取向材料,使用它制造的图案化相位差材料可以具有优异的图案形成性。
另外,如上所述,本实施方式的固化膜形成用组合物含有交联剂作为(C)成分。因此,在由本实施方式的固化膜形成用组合物得到的固化膜的内部中,在作为(A)成分的选自低分子化合物以及聚合物中的至少一种的光取向性基团进行光反应之前,可以通过与(C)交联剂的热反应进行交联反应。其结果,在用作取向材料的情况下,可以提高对其上所涂布的聚合性液晶及其溶剂的耐性。
而且,本发明的本实施方式的固化膜形成用组合物含有(A)成分及(B)成分、(C)成分以及作为(D)成分的1分子中具有至少1个含有C=C双键的聚合性基团且具有至少1个N-烷氧基甲基的低分子化合物。作为(D)成分的化合物在将由本实施方式的固化膜形成用组合物得到的固化膜用作取向材料的情况下发挥强化其上所形成的固化聚合性液晶层之间的密合性的作用。
<固化膜、取向材料及相位差材料>
将本实施方式的固化膜形成用组合物的溶液通过棒涂布、旋转涂布、流动涂布、辊涂布、狭缝涂布、狭缝后旋转涂布、喷墨涂布、印刷等涂布在基板(例如、硅/二氧化硅被覆基板、氮化硅基板、被覆有金属、例如铝、钼、铬等的基板、玻璃基板、石英基板、ITO基板等)或薄膜(例如、三乙酰基纤维素(TAC)薄膜、环烯烃聚合物薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、丙烯酸薄膜等树脂薄膜)等上,形成涂膜,然后,用加热板或烘箱等加热干燥,由此,可以形成固化膜。
作为加热干燥的条件,只要以由固化膜所形成的取向材料的成分不溶出到涂布在其上的聚合性液晶溶液中的程度下进行固化反应即可,例如可采用从温度60℃~200℃、时间0.4分钟~60分钟的范围中适宜选择的加热温度及加热时间。加热温度及加热时间优选为70℃~160℃、0.5分钟~10分钟。
使用本实施方式的固化性组合物所形成的固化膜的膜厚例如为0.05μm~5μm,可以考虑使用的基板的平坦度及光电性质适宜选择。
这样所形成的固化膜可以作为通过进行偏振UV照射使取向材料、即含有聚合性液晶等的具有液晶性的化合物取向的部件起作用。
作为偏振UV的照射方法,通常通过采用150nm~450nm的波长的紫外光~可见光,在室温或加热的状态下,从垂直或倾斜方向照射直线偏振光来进行。
由本实施方式的固化膜组合物所形成的取向材料具有耐溶剂性及耐热性,因此,在该取向材料上涂布由聚合性液晶溶液构成的相位差材料后,加热至其液晶的相变温度,由此,使相位差材料成为液晶状态,使其在取向材料上取向。然后,可以使成为了期望的取向状态的相位差材料直接固化,形成具备具有光学各向异性的层的相位差材料。
作为相位差材料,例如可使用具有聚合性基团的液晶单体及含有它的组合物等。而且,在形成有取向材料的基板为薄膜的情况下,具有本实施方式的相位差材料的薄膜作为相位差薄膜是有用的。形成这样的相位差材料的相位差材料成为液晶状态,在取向材料上采取水平取向、胆甾型取向、垂直取向、混合取向等取向状态,可以根据各自需要的相位差特性分开使用。
另外,在制作3D显示屏中所使用的图案化相位差材料的情况下,在由本实施方式的固化膜组合物利用上述的方法所形成的固化膜上,经由线条和间隔图案的掩膜,按照规定的基准例如在+45度的方向进行偏振UV曝光,接着,除去掩膜后,在-45度的方向进行偏振UV曝光,形成了形成有2种液晶的取向控制方向不同的液晶取向区域的取向材料。然后,涂布含有聚合性液晶溶液的相位差材料后,加热至液晶的相变温度,由此,使相位差材料成为液晶状态。成为液晶状态的聚合性液晶在形成有2种液晶取向区域的取向材料上取向,形成与各液晶取向区域分别对应的取向状态。然后,使实现了这样的取向状态的相位差材料直接固化,对上述的取向状态进行固定化,可以得到分别以多个且规则地配置相位差特性不同的2种相位差区域的图案化相位差材料。
另外,由本实施方式的固化膜组合物所形成的取向材料也可用作液晶显示元件的液晶取向膜。例如使用如上所述形成的具有本实施方式的取向材料的2张基板,经由间隔件以两基板上的取向材料互为对向的方式贴合后,在这些基板之间注入液晶,可制造液晶取向的液晶显示元件。
因此,本实施方式的固化膜形成用组合物可以优选用于各种相位差材料(相位差薄膜)及液晶显示元件等的制造。
[实施例]
下面,举出实施例对本实施方式进一步详细地进行说明。但是,本发明并不限定于这些实施例。
[实施例等中使用的组成成分和其简称]
以下的实施例及比较例中所使用的各组成成分如下。下述式中,Me表示甲基,t-Bu表示叔丁基。
<成分(A):低分子光取向成分>
CIN1:4-(6-羟基己氧基)肉桂酸甲酯
CIN2:3-甲氧基-4-(6-羟基己氧基)肉桂酸甲酯
CIN3:4-[4-(6-羟基己氧基)苯甲酰基]肉桂酸叔丁酯
CIN4:4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)肉桂酸
CIN5:4-丙氧基肉桂酸
<特定聚合物原料>
MAA:甲基丙烯酸
MMA:甲基丙烯酸甲酯
HEMA:甲基丙烯酸2-羟基乙酯
CIN4:4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)肉桂酸
AIBN:α,α’-偶氮二异丁腈
<成分(B)>
PEPO:聚酯多元醇聚合物(具有下述结构单元的己二酸/二乙二醇共聚物。分子量4,800。)
(上述式中,R表示亚烷基。)
<成分(C):交联剂>
HMM:六甲氧基甲基三聚氰胺
<成分(E):交联催化剂>
PTSA:对甲苯磺酸
<成分(D):具有N-烷氧基甲基及聚合性基团的低分子化合物>
D-1:N-甲氧基甲基甲基丙烯酰胺
D-2:N-甲氧基甲基丙烯酰胺
D-3:N-正丁氧基甲基丙烯酰胺(BMAA)
D-4:N-异丁氧基甲基丙烯酰胺
D-5:
D-6:
<其它的试剂>
BHT:2,6-二叔丁基对甲酚
DBU:1,8-二氮杂双环[5.4.0]-7-十一碳烯
<溶剂>
实施例及比较例的各固化膜形成用组合物含有溶剂,作为其溶剂,使用丙二醇单甲基醚(PM)、醋酸丁酯(BA)、甲基乙基酮(MEK)。
<聚合物的分子量的测定>
合成例中的聚酰亚胺、聚酰胺酸或丙烯酸系聚合物的分子量使用(株)Shodex公司制常温凝胶渗透色谱(GPC)装置(GPC-101)、Shodex公司制柱(KD-803、KD-805)如下测定。
柱温:50℃
洗脱液:N,N-二甲基甲酰胺(作为添加剂,溴化锂水合物(LiBr·H2O)为30mmol/L、磷酸·无水结晶(o-磷酸)为30mmol/L、四氢呋喃(THF)为10mL/L)
流速:1.0mL/分
校正曲线建立用标准样品:东曹公司制TSK标准聚环氧乙烷(分子量约900,000、150,000、100,000、30,000)及Polymer Laboratories公司制聚乙二醇(分子量约12,000、4,000、1,000)。
<实施例及比较例>
<聚合例1>
将MAA 3.5g、MMA 7.0g、HEMA 7.0g、作为聚合催化剂的AIBN 0.5g溶解于PM 53.9g中,在70℃下使其反应20小时,由此,得到丙烯酸系共聚物溶液(固体成分浓度25质量%)(P1)。得到的丙烯酸系共聚物的Mn为10,300,Mw为24,600。
<聚合例2>
将MMA100.0g、HEMA11.1g、作为聚合催化剂的AIBN 5.6g溶解于PM 450.0g中,在80℃下使其反应20小时,由此,得到丙烯酸系共聚物溶液(固体成分浓度20质量%)(P2)。得到的丙烯酸系共聚物的Mn为4,200,Mw为7,600。
<聚合例3>
将N-正丁氧基甲基丙烯酰胺(BMAA)100.0g、作为聚合催化剂的AIBN 4.2g溶解于PM 193.5g中,在90℃下使其反应20小时,由此,得到丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度35质量%)(P3)。得到的丙烯酸系共聚物的Mn为2,700,Mw为3,900。
<聚合例4>
将CIN4 4.0g、苯乙烯4.0g、HEMA2.0g、作为聚合催化剂的AIBN 0.1g溶解于PM90.9g中,在80℃下使其反应20小时,由此,得到丙烯酸系聚合物溶液(固体成分浓度10质量%)(CIN6)。得到的丙烯酸系共聚物的Mn为20,000,Mw为55,000。
化合物[D-5]的合成
在氮气流下,在2L的四口烧瓶中室温下装入醋酸乙酯500g、1,6-己二醇35.5g(0.300mol)、1,8-二氮杂双环[5.4.0]-7-十一碳烯(DBU)1.80g(11.8mmol)、2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)0.45g(2.04mmol),在磁力搅拌器搅拌下升温至55℃。向反应液中滴加2-异氰酸根合乙基丙烯酸酯95.9g(0.679mol),搅拌2小时后,将反应液用高效液相色谱分析,中间体以面积百分率计为1%以下时,完成反应。加入己烷328g,冷却至室温后,将析出的固体用己烷229g清洗2次,使其干燥,得到化合物[A-a](104g、0.260mol、收率86.7%)。
在氮气流下,在2L的四口烧瓶中装入二氯甲烷1330g、化合物[A-a]100g(0.250mol)、多聚甲醛22.5g(0.749mol),在冰浴中,滴加三甲基甲硅烷基氯化物122g(1.12mol)。搅拌2小时后,滴加三乙基胺63.2g(0.625mol)和甲醇240g的混合液。搅拌30分钟后,移至5L的分液漏斗中,加入水1500g进行分液操作。将得到的有机层用硫酸镁干燥,使过滤除去硫酸镁得到的滤液浓缩、干燥,得到化合物[D-5](110g、0.226mol、收率90.3%)。化合物[D-5]的结构利用1H-NMR分析得到以下的图谱数据而确认。
1H-NMR(CDCl3):δ6.42(d,2H J=17.2),6.17-6.08(m,2H),5.86(d,2H J=10.0),4.77(d,4H J=19.6),4.30(m,4H),4.12(t,4H J=6.4),3.61(m,4H),3.30(d,6H J=12.8),1.67(m,4H),1.40(m,4H).
化合物[D-6]的合成
在氮气流下,在500mL的四口烧瓶中室温下装入醋酸乙酯35.0g、甲苯87.0g、六亚甲基二异氰酸酯8.41g(50.0mmol)、1,8-二氮杂双环[5.4.0]-7-十一碳烯(DBU)0.345g(2.27mmol)、2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)70.0mg(0.318mmol),在磁力搅拌器搅拌下升温至60℃。向反应液中滴加丙烯酸2-羟基乙酯12.8g(111mmol)和甲苯26.0g的混合液,搅拌1小时后,在室温下搅拌24小时。加入131g的己烷,浸渍于冰浴使其冷却后,过滤析出的结晶,使其干燥得到化合物[A-b](15.0g、37.4mmol、收率74.8%)。
在氮气流下,在300mL的四口烧瓶中装入二氯甲烷200g、化合物[A-b]14.6g(36.4mmol)、多聚甲醛3.28g(0.109mmol),在冰浴中,滴加三甲基甲硅烷基氯化物23.7g(0.218mmol)。搅拌1小时后,滴加甲醇35.6g,搅拌1小时。用饱和碳酸氢钠水溶液300mL清洗有机层,得到的水层用二氯甲烷200g进一步清洗。将混合该2种有机层而成的溶液再用卤水170g清洗,将得到的有机层用硫酸镁干燥。过滤除去硫酸镁,使得到的二氯甲烷溶液浓缩、干燥,得到目标[D-6](16.2g、33.1mmol、收率91.0%)。
化合物[D-6]的结构利用1H-NMR分析得到以下的图谱数据而确认。
1H-NMR(CDCl3):δ6.33(d,2H J=17.2),6.20-6.14(m,2H),5.96(d,2H J=10.4),4.63(s,4H),4.33(m,4H),4.27(m,4H),3.16-3.14(br,10H),1.47(m,4H),1.20(m,4H).
<基材薄膜的制作>
用作基材的丙烯酸薄膜可以利用例如以下的方法制作。即,可以将由以甲基丙烯酸甲酯为主成分的共聚物等构成的原料颗粒在250℃下用挤出机熔融,使其通过T-模头,经铸模辊及干燥辊等制作成厚度40μm的丙烯酸系薄膜。TAC薄膜也可以同样地制作。
<实施例1~18、比较例1~2>
以表1所示的组成制备实施例及比较例的各固化膜形成用组合物,各自进行取向性、图案形成性、密合性的评价。
[表1]
[取向性的评价]
使用棒涂布机将实施例及比较例的各固化膜形成用组合物涂布在薄膜上后,在温度110℃下,在热循环式烘箱中进行加热干燥2分钟,形成固化膜。以10mJ/cm2曝光量向该各固化膜垂直照射313nm的直线偏振光,形成取向材料。使用棒涂布机在基板上的取向材料上涂布水平取向用聚合性液晶溶液,接着,在70℃下,在热板上进行预烘烤60秒钟,形成膜厚1.0μm的涂膜。以300mJ/cm2对该基板上的涂膜进行曝光,制作相位差材料。将制作的基板上的相位差材料用一对偏振板夹住,对相位差材料中的相位差特性的表现状况进行观察,将相位差无缺陷地显示的情况记为○,将未显示相位差的情况记为×,并记载于表2的“取向性”的栏中。
[图案形成性的评价]
使用棒涂布机将实施例及比较例的各固化膜形成用组合物涂布在丙烯酸薄膜或TAC薄膜上后,在温度110℃下,在热循环式烘箱中进行加热干燥2分钟,形成固化膜。经由350μm的线条和间隔掩膜以20mJ/cm2向该固化膜垂直照射313nm的直线偏振光。接着,除去掩膜,使基板旋转90度后,以10mJ/cm2垂直照射313nm的直线偏振光,得到形成有液晶的取向控制方向相差90度的2种液晶取向区域的取向材料。使用棒涂布机在基板上的取向材料上涂布水平取向用聚合性液晶溶液,接着,在70℃下,在热板上进行预烘烤60秒钟,形成膜厚1.0μm的涂膜。以300mJ/cm2对该基板上的涂膜进行曝光,制作规则地排列有具有不同的相位差特性的2种区域的图案化相位差材料。使用偏振显微镜对作制的基板上的图案化相位差材料进行观察,将无取向缺陷地形成相位差图案的情况记为○、将看到取向缺陷的情况记为×,并记载于表2的“图案形成”的栏中。
[密合性的评价]
使用棒涂布机将实施例及比较例的各固化膜形成用组合物涂布在丙烯酸薄膜或TAC薄膜上后,在温度110℃下,在热循环式烘箱中进行加热干燥2分钟,形成固化膜。经由350μm的线条和间隔掩膜以20mJ/cm2向该固化膜垂直照射313nm的直线偏振光。接着,除去掩膜,使基板旋转90度后,以10mJ/cm2垂直照射313nm的直线偏振光,得到形成有液晶的取向控制方向相差90度的2种液晶取向区域的取向材料。使用棒涂布机在基板上的取向材料上涂布水平取向用聚合性液晶溶液,接着,在70℃下,在热板上进行预烘烤60秒钟,形成膜厚1.0μm的涂膜。以300mJ/cm2对该基板上的涂膜进行曝光,制作规则地排列有2种具有不同的相位差特性的区域的图案化相位差材料。
用切割刀在该图案化相位差材料以长宽间隔1mm且成为5×5格的方式切出切口。使用透明胶带在该切口上进行玻璃纸带剥离试验。评价结果设为“初始”,将25格全部未剥离地残留的情况记为○,将即使剥离1格的情况记为×。评价结果汇总示于后面的表2。
[耐久密合性的评价]
将利用与上述的密合性的评价同样的方法制作的丙烯酸薄膜或TAC薄膜上的相位差材料放入设定为温度80℃湿度90%的烘箱中,静置72小时以上。然后,取出相位差材料,利用与上述的密合性的评价同样的方法对密合性进行评价。评价结果以“耐久”的形式汇总示于表2。
[评价的结果]
如上所示,将进行以上的评价的结果示于表2。
[表2]
使用实施例1~18的固化膜形成用组合物得到的取向材料与使用比较例的固化膜形成用组合物得到的取向材料同样地显示良好的取向性。
另外,使用实施例1~18的固化膜形成用组合物得到的取向材料与使用比较例的固化膜形成用组合物得到的取向材料同样地显示良好的图案形成性。
进而,使用实施例1~18的固化膜形成用组合物得到的固化膜即使高温高湿处理也维持高密合性,显示优异的密合耐久性。
相对于此,使用比较例的固化膜形成用组合物得到的固化膜在高温高湿处理后难以维持初始的密合性。
产业上的可利用性
本发明的固化膜形成用组合物作为液晶显示元件的液晶取向膜、用于在液晶显示元件上形成内部或外部所设的光学各向异性薄膜的取向材料非常有用,特别是适合作为3D显示屏的图案化相位差材料的形成材料。进而,也适合作为形成薄膜三极管(TFT)型液晶显示元件或有机EL元件等各种显示屏中的保护膜、平坦化膜及绝缘膜等固化膜的材料、特别是形成TFT型液晶元件层间绝缘膜、滤色片的保护膜或有机EL元件的绝缘膜等的材料。
Claims (9)
1.一种固化膜形成用组合物,其特征在于,含有以下成分,
(A)成分:选自以下低分子化合物和聚合物中的至少一种,所述低分子化合物具有光取向性基团和选自羟基、羧基、酰胺基、氨基及烷氧基甲硅烷基及下述式(2)所示的基团中的至少一种取代基,所述聚合物具有光取向性基团和选自羟基、羧基、酰胺基、氨基及烷氧基甲硅烷基及下述式(2)所示的基团中的至少一种取代基;
(B)成分:具有选自羟基、羧基、酰胺基、氨基、烷氧基甲硅烷基及下述式(2)所示的基团中的至少一种取代基的聚合物;
(C)成分:交联剂;以及
(D)成分:1分子中具有至少1个含有C=C双键的聚合性基团且具有至少1个N-烷氧基甲基的低分子化合物,
式中,R62表示烷基、烷氧基或苯基。
2.根据权利要求1所述的固化膜形成用组合物,其特征在于,(A)成分为选自以下低分子化合物和聚合物中的一种,
所述低分子化合物具有光取向性基团、和
羟基和/或羧基,
所述聚合物具有光取向性基团、和
羟基和/或羧基。
3.根据权利要求1或2所述的固化膜形成用组合物,(D)成分为具有下述的式(1)所示的结构的化合物,
式中,R1表示氢原子或甲基,R2表示氢原子或直链或支链的碳原子数1~10的烷基。
4.根据权利要求1或2所述的固化膜形成用组合物,(D)成分为具有下述的式(X2)所示的结构的化合物,
式中,
R51表示氢原子或甲基,
R53分别独立地表示直链或支链的碳原子数2~20的亚烷基、由碳原子数5~6的脂肪族环形成的二价基团、或者含有碳原子数5~6的脂肪族环的二价的脂肪族基团,这些基团的结构中可以含有醚键,
R54表示由从直链或支链的碳原子数2~20的烷基中再去除1~8个氢原子而成的结构形成的二价~九价基团、由从碳原子数5~6的脂肪族环基中再去除1~8个氢原子而成的结构形成的二价~九价基团、或者含有碳原子数5~6的脂肪族环的二价~九价的脂肪族基团,这些结构中可以含有醚键,
R52表示直链或支链的碳原子数1~20的烷基、由碳原子数5~6的脂肪族环形成的一价基团、或者含有碳原子数5~6的脂肪族环的一价脂肪族基团,这些基团的一个亚甲基或彼此不相邻的多个亚甲基可以被醚键置换,Z表示>NCOO-或-OCON<,其中,-表示连接键为1个,另外,>和<表示连接键为2个,N原子的任一连接键与-CH2OR52键合,r为2以上且9以下的自然数。
5.根据权利要求1或2所述的固化膜形成用组合物,其特征在于,含有(E)交联催化剂。
6.根据权利要求3所述的固化膜形成用组合物,其特征在于,含有(E)交联催化剂。
7.根据权利要求4所述的固化膜形成用组合物,其特征在于,含有(E)交联催化剂。
8.一种取向材料,其特征在于,是使用权利要求1~7中任一项所述的固化膜形成用组合物得到的。
9.一种相位差材料,其特征在于,具有由权利要求1~7中任一项所述的固化膜形成用组合物得到的固化膜。
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