CN113167957B - 液晶取向剂、液晶取向膜及相位差材 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是提供能够低温烧成,以高效率赋予取向控制能力,并且,最佳的偏振光紫外线照射量的区域宽的液晶取向膜的形成材料。解决手段是一种液晶取向剂,其含有:作为(A)成分的在130℃以下呈现液晶性的聚合物;以及作为(B)成分的具有进行光二聚化的结构部位、或进行光异构化的结构部位的低分子化合物。

Description

液晶取向剂、液晶取向膜及相位差材
技术领域
本发明涉及适合于制造相位差膜等控制了分子取向的光学元件、液晶取向膜的液晶取向剂、液晶取向膜以及相位差材。
背景技术
迄今为止,关于通过光照射或光照射与加热冷却而诱发双折射的侧链型液晶高分子,在专利文献1和专利文献2中,提出了通过包含进行光照射或光照射与加热处理的操作的工序而制作的相位差膜及其制造法。此外,在专利文献3中,提出了通过光照射来赋予液晶取向能力的液晶取向膜及其制造法。进一步在专利文献4中,提出了在高分子结构的侧链具有光反应性基,上述侧链相互进行氢结合而形成二聚体的取向材。
对于在这些专利文献1~4中提出的材料,在涂布于基材进行了制膜后,如果照射直线偏振光性紫外线,则通过高分子侧链的轴选择性光交联反应可以赋予各向异性,如果进一步将这样的膜加热,则由于材料本身具有液晶性因此未反应侧链沿着轴选择性地进行了光交联的侧链进行取向,或沿与进行了光交联的侧链的方向垂直的方向取向,从而可以使膜整体进行分子取向。这样的膜通过分子取向而表现双折射性,因此可以作为相位差膜而利用,此外,如果使液晶分子与膜表面接触则表现液晶分子的取向能力,因此也作为液晶取向膜起作用。
基于这样地通过光照射和加热进行分子取向这样的特性,这些材料可以在各种用途中利用。然而,对于这些材料,不可以说光反应性是充分的,需要照射时间的长时间化等,进一步光照射后的热处理需要超过150℃的高温度和很多时间,是不优选的。此外,如在专利文献1中公开地那样,也提出了改善光反应性并可以通过短时间的直线偏振光紫外线的照射来诱发分子取向的材料,但不可以说光反应性的改善是充分的。
在上述光照射后的热处理中,在需要在高温度下进行长时间处理的情况下,一般向以耐热性低的塑料材料作为基材的膜的应用变得困难。进一步,在获得这些光学性材料膜的情况下,通常,由将材料溶解于有机溶剂的溶液形成被膜,但对于在上述现有技术中公开的材料,由于溶解性的问题,使一般使用的低沸点溶剂的使用困难。
另一方面,近年来,研究了使用了能够表现液晶性的感光性的侧链型高分子的新的光取向法(以下,也称为取向增强法)。其是下述方法,经过向具有能够表现液晶性的感光性的侧链型高分子的膜,通过偏振光照射进行取向处理,然后,将该侧链型高分子膜进行加热的工序,获得赋予了取向控制能力的涂膜。此时,通过偏振光照射而表现的略微的各向异性变为驱动力,液晶性的侧链型高分子本身通过自组装化而有效率地进行再取向。其结果,作为液晶取向膜,可以获得实现高效率的取向处理,赋予了高取向控制能力的液晶取向膜(例如,参照专利文献5。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2002-202409号公报
专利文献2:日本特开2003-307618号公报
专利文献3:日本特开2002-90750号公报
专利文献4:日本特开2007-304215号公报
专利文献5:国际公开第2014/054785号
发明内容
发明所要解决的课题
对于对取向增强法所使用的液晶取向膜高效率地导入各向异性而言最佳的偏振光紫外线的照射量与该涂膜中的感光性基的光反应量变为最佳的偏振光紫外线的照射量对应。对取向增强法所使用的液晶取向膜照射偏振光紫外线,结果,如果进行光反应的侧链的感光性基少,则不为充分的光反应量。在该情况下,即使之后加热,充分的自组装化也不进行。另一方面,如果进行光反应的侧链的感光性基变得过剩,则有时所得的膜变得刚直,妨碍通过之后的加热进行自组装化。
现在,在取向增强法所使用的液晶取向膜中,或许因为所使用的聚合物中的光反应性基的灵敏度高,具有上述最佳的偏振光紫外线的照射量的区域窄的情况。其结果,液晶显示元件的制造效率的降低成为问题。
此外,对于以往的取向增强法,需要所使用的聚合物本身具有光反应性基,或者在聚合物中不包含光反应性基的情况下,需要加入带有具有能够通过热、光而与聚合物形成化学键那样的官能团等的聚合物修饰基的添加剂,将聚合物进行化学修饰,仅仅依靠由不具有光反应性基的聚合物形成的高分子膜难以获得高度地进行了单轴取向的薄膜。
因此,本发明的目的是提供以高效率赋予取向控制能力,并且,能够调整为最佳的偏振光紫外线照射量、最佳的烧成温度的工艺裕量宽的液晶取向膜。
用于解决课题的方法
本发明人等为了完成上述课题而进行了深入研究,结果发现了以下发明。
<1>一种液晶取向剂,其含有:作为(A)成分的在130℃以下呈现液晶性的聚合物;以及作为(B)成分的具有进行光二聚化的结构部位或进行光异构化的结构部位的低分子化合物。
<2>根据上述<1>的液晶取向剂,(A)成分的聚合物为具有来源于下述式(1)所示的单体的重复单元的聚合物为好。
[在式(1)中,
X1为-O-CO-或-CO-O-。
X2为-O-、-O-CO-、-CO-O-、-NH-CO-、或-CO-NH-。
R1为氢原子或甲基。
p1为2~12的整数。
R为选自苯基、萘基、和联苯基中的基团,这些基团的环上的氢原子各自可以被碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的烷氧基、卤原子、硝基、或氰基取代。
Z1~Z4各自独立地为氢原子、碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的烷氧基、卤原子、硝基、或氰基。]
<3>根据上述<2>的液晶取向剂,(A)成分的聚合物为进一步具有来源于下述式(2)所示的单体的重复单元的共聚物为好。
[在式(2)中,
X3为-O-、-O-CO-、-CO-O-、-NH-CO-、或-CO-NH-。
Y表示在选自苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环、二苯甲酮、和苯甲酸苯酯中的环中除去了该环上的2个氢原子而得的2价基团,这些环上的氢原子各自可以被碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的烷氧基、卤原子、硝基、或氰基取代。
R2为氢原子或甲基。
p2各自独立地为2~12的整数。]
<4>根据上述<1>~<3>中任一项的液晶取向剂,上述(A)成分为不包含进行光二聚化的结构部位和进行光异构化的结构部位中的任一者或两者的聚合物为好。
<5>根据上述<1>~<4>中任一项的液晶取向剂,(B)成分为下述式(6)所示的化合物为好。
[在式(6)中,
A1和A2各自独立地表示氢原子或甲基,
Q1表示氢原子、卤原子、碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的卤代烷基、-OH基、碳原子数1~6的烷氧基、碳原子数1~6的卤代烷氧基、-NH2基、碳原子数1~6的烷基氨基、二(碳原子数1~6的烷基)氨基、羧基、氰基、硝基、下述式(c-1)所示的基团、或下述式(c-2)所示的基团,
(在式(c-1)中,虚线表示与Q2或苯环的结合键,A3和A4各自独立地表示氢原子或甲基,Q9为-OH基、-NH2基、碳原子数1~12的烷氧基、碳原子数1~12的卤代烷氧基、1价芳香族基、1价脂环族基、1价杂环式基、或1价稠环式基,该1价芳香族基、1价脂环族基、1价杂环式基、或1价稠环式基的氢原子可以各自独立地被选自下述Q4~Q7所定义的原子和基团中的原子或基团取代。)
(在式(c-2)中,虚线表示与Q2或苯环的结合键,R101为碳原子数1~30的亚烷基,该亚烷基的1个或多个氢原子可以被氟原子或有机基取代。此外,R101中的-CH2CH2-可以被置换成-CH=CH-,进而,在以下列举的任何基团彼此都不相邻的情况下,该亚烷基可以被选自-O-、-NHCO-、-CONH-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCONH-和-CO-中的基团中断,M1为氢原子或甲基。)
Q2为2价芳香族基、2价脂环族基、2价杂环式基、或2价稠环式基,该2价芳香族基、2价脂环族基、2价杂环式基、或2价稠环式基的氢原子可以各自独立地被选自下述Q4~Q7所定义的原子和基团中的原子或基团取代,
Q3为单键、氧原子、-COO-、或-OCO-,
q为0~3的整数,
Q4~Q7各自独立地为选自氢原子、卤原子、碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的卤代烷基、-OH基、-NH2基、碳原子数1~6的烷氧基、碳原子数1~6的卤代烷氧基、氰基、和硝基中的原子或基团,此外Q4可以为上述式(c-1)所示的基团,
Q8为-OH基、-NH2基、碳原子数1~12的烷氧基、碳原子数1~12的卤代烷氧基、1价芳香族基、1价脂环族基、1价杂环式基、或1价稠环式基,该1价芳香族基、1价脂环族基、1价杂环式基、或1价稠环式基的氢原子可以各自独立地被选自上述Q4~Q7所定义的原子和基团中的原子或基团取代。]
<6>根据上述<1>~<5>中任一项的液晶取向剂,其以相对于上述(A)成分的聚合物的总质量为0.5质量%~70质量%的比例含有上述(B)成分为好。
<7>一种液晶取向膜,其由上述<1>~<6>中任一项的液晶取向剂的固化膜构成。
<8>一种相位差材,其是使用上述<7>所述的液晶取向膜而获得的。
<9>一种电子器件,其具备上述<8>所述的相位差材。
发明的效果
通过本发明,可以提供即使为较低温的烧成,也能够以高效率赋予取向控制能力,并且,最佳的偏振光紫外线照射量的区域宽,或能够适合地选择高分子液晶的液晶表现温度的液晶取向剂、由该液晶取向剂获得的液晶取向膜、使用该液晶取向膜而获得的相位差材。进一步,通过使用该液晶取向剂,从而可以提供相位差膜等光学元件的制造中的工艺裕量(偏振光紫外线照射量、烧成温度)宽的高分子膜。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式详细地说明。
<液晶取向剂>
本发明的液晶取向剂如上述那样,其特征在于,含有作为(A)成分的在130℃以下呈现液晶性的聚合物,并且含有作为(B)成分的具有进行光二聚化的结构部位、或进行光异构化的结构部位的低分子化合物。
满足上述构成要件的组合物如何发挥能够解决本发明的课题的效果并不确定,但大致如下那样考虑。即,将满足上述构成要件的组合物涂布于基材而形成的膜呈现在(A)成分的聚合物中分散了(B)成分的低分子化合物的形态。如果向该涂膜照射直线偏振光性紫外线,则被分散了的(B)成分发生光二聚化或光异构化,向涂膜赋予各向异性。进一步如果在该状态下将膜加热,则通过被分散了的(B)成分而表现的略微的各向异性变为驱动力,具有液晶性的(A)成分的聚合物本身通过自组装化而有效率地进行再取向。此时由于(A)成分为在130℃以下呈现液晶性的聚合物,因此上述膜的加热条件即使为低温也能够再取向。
<<(A)成分>>
(A)成分为在130℃以下呈现液晶性的聚合物。优选为具有来源于上述式(1)所示的单体的重复单元的聚合物。此外,优选为除了来源于式(1)所示的单体的重复单元以外,进一步具有来源于上述式(2)所示的单体的重复单元的共聚物。另外在本说明书中,关于包含来源于式(1)所示的单体和式(2)所示的单体的重复单元的共聚物,有时仅表示为“聚合物”。
在本发明的一个优选的方案中,从通过自组装化而有效率地再取向这样的观点考虑,上述(A)成分优选为在其结构中不含有光二聚化基、光异构化基(一者或两者都)的聚合物。
上述式(1)和式(2)中的X1、X2、X3、Y、Z1~Z4、R1、R2、R、p1和p2分别如上述定义的那样,但其中,X2和X3分别优选为-O-、-O-CO-、或-CO-O-,Y优选为在选自苯环、萘环、联苯环、呋喃环、和苯甲酸苯酯中的环中除去了该环上的2个氢原子而得的2价基团,Z1~Z4优选为氢原子、碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的烷氧基、或卤原子,R优选为苯基或联苯基。此外,p1和p2优选为4~10。
此外,在本发明中,作为上述式(1)所示的单体的优选的具体例,可举出下述结构的单体。
式中,R1和p1表示上述含义。
在本发明中,作为上述式(2)所示的单体的优选的具体例,可举出下述结构的单体。
式中,R2和p2表示上述含义。
本发明的液晶取向剂所含有的、具有来源于上述式(1)所示的单体的重复单元和来源于上述式(2)所示的单体的重复单元的共聚物由以下式(5)表示。
上述式(5)中的X1、X2、X3、Y、Z1~Z4、R1、R2、R、p1和p2的定义分别(包含优选的情况在内)与上述式(1)、和式(2)中的定义相同。
此外,n/m所示的(来源于上述式(2)所示的单体的重复单元)/(来源于上述式(1)所示的单体的重复单元)的摩尔比率优选为0/100~90/10,特别优选为20/80~50/50。
具有来源于上述式(1)所示的单体的重复单元、和根据需要的来源于上述式(2)所示的单体的重复单元的(共)聚合物的数均分子量优选为1,000~100,000,其中,优选为5,000~30,000。在该数均分子量小于上述范围的情况下不能诱发分子取向,此外,在大于上述范围的情况下制造变得显著困难,并且在低沸点溶剂中的溶解性降低,因此是不优选的。
本发明的液晶取向剂所含有的、具有来源于上述式(1)所示的单体的重复单元、和根据需要的来源于上述式(2)所示的单体的重复单元的(共)聚合物除了上述单体以外,可以将用于以不损害液晶性的程度使耐热性提高的交联性单体、不损害液晶性的感光性的单体、或用于调整液晶性的表现温度的单体等并用,制成使它们共聚了的共聚物。
[聚合物的制法]
(A)成分的聚合物可以通过上述式(1)所示的单体的聚合,此外通过包含式(1)所示的单体、根据需要的上述式(2)所示的单体、进一步根据需要的在不损害液晶性的表现能力的范围内包含其它单体的单体混合物的共聚来获得。
作为其它单体(monomer),可举出例如工业上可以获得的能够进行自由基聚合反应的单体。
作为其它单体的具体例,可举出不饱和羧酸、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、苯乙烯化合物和乙烯基化合物等。
作为不饱和羧酸的具体例,可举出丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸等。
作为丙烯酸酯化合物,可举出例如,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、丙烯酸异冰片基酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基三甘醇丙烯酸酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸四氢糠基酯、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、和丙烯酸8-乙基-8-三环癸酯等。
作为甲基丙烯酸酯化合物,可举出例如,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、甲基丙烯酸异冰片基酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基三甘醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸四氢糠基酯、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、和甲基丙烯酸8-乙基-8-三环癸酯等。
此外,作为丙烯酸酯化合物和甲基丙烯酸酯化合物,也可以使用(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(3-甲基-3-氧杂环丁烷基)甲基(甲基)丙烯酸酯、和(3-乙基-3-氧杂环丁烷基)甲基(甲基)丙烯酸酯等具有环状醚基的(甲基)丙烯酸酯化合物。另外,例如上述所谓(甲基)丙烯酸酯,是指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯两者。
作为乙烯基化合物,可举出例如,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、和丙基乙烯基醚等。
作为苯乙烯化合物,可举出例如,苯乙烯、甲基苯乙烯、氯苯乙烯、溴苯乙烯等。
作为马来酰亚胺化合物,可举出例如,马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺、和N-环己基马来酰亚胺等。
关于(A)成分的聚合物的制造方法,没有特别限定,可以利用工业上处理的通用方法。具体而言,可以通过利用了式(1)所示的单体、式(2)所示的单体(特定侧链单体)所包含的乙烯基、(甲基)丙烯酰基的阳离子聚合、自由基聚合、阴离子聚合来制造。它们之中从容易进行反应控制等观点考虑,特别优选为自由基聚合。
作为自由基聚合的聚合引发剂,可以使用自由基聚合引发剂、可逆加成-断裂型链转移(RAFT)聚合试剂等公知的化合物。
自由基热聚合引发剂为通过加热到分解温度以上,从而使自由基产生的化合物。作为这样的自由基热聚合引发剂,可举出例如,作为有机过氧化物的过氧化酮类(过氧化甲基乙基酮、过氧化环己酮等)、过氧化二酰基类(过氧化乙酰、过氧化苯甲酰等)、氢过氧化物类(过氧化氢、叔丁基氢过氧化物、异丙基苯氢过氧化物等)、过氧化二烷基类(过氧化二-叔丁基、过氧化二枯基、过氧化二月桂酰等)、过氧缩酮类(二丁基过氧化环己烷等)、烷基过酸酯类(过氧化新癸烷酸-叔丁酯、过氧化新戊酸-叔丁酯、过氧化2-乙基环己酸-叔戊酯等)、过硫酸盐类(过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵等)、偶氮系化合物(偶氮二异丁腈、和2,2’-二(2-羟基乙基)偶氮二异丁腈等)。这样的自由基热聚合引发剂可以单独使用1种,或也可以组合使用2种以上。
自由基光聚合引发剂只要是通过光照射引发自由基聚合的化合物,就没有特别限定。作为这样的自由基光聚合引发剂,可以举出二苯甲酮、米蚩酮、4,4’-双(二乙基氨基)二苯甲酮、呫吨酮、噻吨酮、异丙基呫吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、2-乙基蒽醌、苯乙酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮、2-羟基-2-甲基-4’-异丙基苯丙酮、1-羟基环己基苯基酮、异丙基苯偶姻醚、异丁基苯偶姻醚、2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、樟脑醌、苯并蒽酮、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉代丙烷-1-酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-丁酮-1,4-二甲基氨基苯甲酸乙酯、4-二甲基氨基苯甲酸异戊酯、4,4’-二(叔丁基过氧化羰基)二苯甲酮、3,4,4’-三(叔丁基过氧化羰基)二苯甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、2-(4’-甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(3’,4’-二甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(2’,4’-二甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(2’-甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、2-(4’-戊基氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)均三嗪、4-[对-N,N-二(乙氧基羰基甲基)]-2,6-二(三氯甲基)均三嗪、1,3-双(三氯甲基)-5-(2’-氯苯基)均三嗪、1,3-双(三氯甲基)-5-(4’-甲氧基苯基)均三嗪、2-(对二甲基氨基苯乙烯基)苯并唑、2-(对二甲基氨基苯乙烯基)苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑、3,3’-羰基双(7-二乙基氨基香豆素)、2-(邻氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基-1,2’-联咪唑、2,2’-双(2-氯苯基)-4,4’,5,5’-四(4-乙氧基羰基苯基)-1,2’-联咪唑、2,2’-双(2,4-二氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基-1,2’-联咪唑、2,2’-双(2,4-二溴苯基)-4,4’,5,5’-四苯基-1,2’-联咪唑、2,2’-双(2,4,6-三氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基-1,2’-联咪唑、3-(2-甲基-2-二甲基氨基丙酰基)咔唑、3,6-双(2-甲基-2-吗啉代丙酰基)-9-正十二烷基咔唑、1-羟基环己基苯基酮、双(5-2,4-环戊二烯-1-基)-双(2,6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)-苯基)钛、3,3’,4,4’-四(叔丁基过氧化羰基)二苯甲酮、3,3’,4,4’-四(叔己基过氧化羰基)二苯甲酮、3,3’-二(甲氧基羰基)-4,4’-二(叔丁基过氧化羰基)二苯甲酮、3,4’-二(甲氧基羰基)-4,3’-二(叔丁基过氧化羰基)二苯甲酮、4,4’-二(甲氧基羰基)-3,3’-二(叔丁基过氧化羰基)二苯甲酮、2-(3-甲基-3H-苯并噻唑-2-亚基)-1-萘-2-基-乙酮、或2-(3-甲基-1,3-苯并噻唑-2(3H)-亚基)-1-(2-苯甲酰基)乙酮等。这些化合物可以单独使用,也可以混合使用2种以上。
自由基聚合法没有特别限制,可以使用乳液聚合法、悬浮聚合法、分散聚合法、沉淀聚合法、本体聚合法、溶液聚合法等。
作为聚合反应所使用的有机溶剂,只要是生成的高分子溶解的有机溶剂,就没有特别限定。以下举出其具体例。
可举出N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-甲基己内酰胺、二甲亚砜、四甲基脲、吡啶、二甲基砜、六甲基亚砜、γ-丁内酯、异丙醇、甲氧基甲基戊醇、二戊烯、乙基戊基酮、甲基壬基酮、甲基乙基酮、甲基异戊基酮、甲基异丙基酮、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、丁基卡必醇、乙基卡必醇、乙二醇、乙二醇单乙酸酯、乙二醇单异丙基醚、乙二醇单丁基醚、丙二醇、丙二醇单乙酸酯、丙二醇单甲基醚、丙二醇-叔丁基醚、双丙甘醇单甲基醚、二甘醇、二甘醇单乙酸酯、二甘醇二甲基醚、双丙甘醇单乙酸酯单甲基醚、双丙甘醇单甲基醚、双丙甘醇单乙基醚、双丙甘醇单乙酸酯单乙基醚、双丙甘醇单丙基醚、双丙甘醇单乙酸酯单丙基醚、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、三丙二醇甲基醚、3-甲基-3-甲氧基丁醇、二异丙基醚、乙基异丁基醚、二异丁烯、乙酸戊酯、丁酸丁酯、丁基醚、二异丁基酮、甲基环己烯、丙基醚、二己基醚、二烷、正己烷、正戊烷、正辛烷、二乙基醚、环己酮、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸丙二醇单乙基醚、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸甲基乙酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸、3-甲氧基丙酸、3-甲氧基丙酸丙酯、3-甲氧基丙酸丁酯、二甘醇二甲醚、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺、3-乙氧基-N,N-二甲基丙酰胺、3-丁氧基-N,N-二甲基丙酰胺等。
这些有机溶剂可以单独使用,也可以混合使用。进一步,即使是不使生成的高分子溶解的溶剂,也可以在生成的高分子不析出的范围内混合于上述有机溶剂而使用。
此外,在自由基聚合中有机溶剂中的氧成为阻碍聚合反应的原因,因此优选使用以可能的程度进行了脱气(优选为脱氧)的有机溶剂。
自由基聚合时的聚合温度可以选择30℃~150℃的任意温度,但优选为50℃~100℃的范围。此外,反应可以以任意的单体浓度进行,但如果单体浓度过低则难以获得高分子量的聚合物,如果单体浓度过高则反应液的粘性过高而均匀的搅拌变得困难,因此单体浓度优选为1质量%~50质量%,更优选为5质量%~30质量%。反应初期可以以高浓度进行,然后,追加有机溶剂。
在上述自由基聚合反应中,如果自由基聚合引发剂的比率相对于单体多则所得的高分子的分子量变小,如果自由基聚合引发剂的比率相对于单体少则所得的高分子的分子量变大,因此自由基引发剂的比率相对于聚合的单体优选为0.1摩尔%~10摩尔%。此外,在聚合时也可以追加各种单体成分、溶剂、引发剂等。
[聚合物的回收]
在从通过上述反应而获得的、聚合物的反应溶液回收生成的高分子的情况下,只要将反应溶液投入到不良溶剂中,使这些聚合物沉淀即可。作为沉淀所使用的不良溶剂,可以举出甲醇、丙酮、己烷、庚烷、丁基溶纤剂、庚烷、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、乙醇、甲苯、苯、二乙基醚、甲基乙基醚、水等。投入到不良溶剂中进行了沉淀的聚合物可以在进行过滤而回收后,在常压或减压下,在常温下或进行加热而干燥。此外,如果将使沉淀回收的聚合物再溶解于有机溶剂进行再沉淀回收的操作反复进行2次~10次,则可以使聚合物中的杂质少。作为此时的不良溶剂,可举出例如,醇类、酮类、烃等,如果使用选自它们中的3种以上不良溶剂,则纯化的效率更加提升,因此是优选的。
关于本发明的液晶取向剂所含有的(A)成分的聚合物的分子量,在考虑所得的涂膜的强度、涂膜形成时的作业性、和涂膜的均匀性的情况下,通过GPC(Gel PermeationChromatography)法测定的重均分子量(聚苯乙烯换算)优选为2,000~1,000,000,更优选为5,000~100,000。
<(B)成分>
本发明的液晶取向剂含有作为(B)成分的、具有进行光二聚化的结构部位、或进行光异构化的结构部位的低分子化合物。这里,所谓低分子化合物,是指不是聚合物。此外,从与(A)成分的相容性的观点考虑,(B)成分的低分子化合物的分子量优选低于(A)成分的聚合物的重均分子量。
(B)成分的化合物可以具有的所谓进行光二聚化的结构部位,是通过光照射而形成二聚体的部位,作为其具体例,可举出肉桂酰基、查耳酮基、香豆素基、蒽基等。它们之中从可见光区域中的透明性高、光二聚化反应性高考虑优选为肉桂酰基。
此外,(B)成分的化合物可以作为光取向性基而具有的所谓进行光异构化的结构部位,是指通过光照射而在顺式体与反式体之间变化的结构部位,作为其具体例,可举出包含偶氮苯结构、茋结构等的部位。它们之中从反应性高考虑,优选为偶氮苯结构。
作为具有包含肉桂酰基的肉桂酸部位作为上述进行光二聚化的结构部位的化合物,优选为下述式(6)所示的化合物。
在式(6)中,A1和A2各自独立地表示氢原子、或甲基,
Q1表示氢原子、卤原子、碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的卤代烷基、-OH基、碳原子数1~6的烷氧基、碳原子数1~6的卤代烷氧基、-NH2基、碳原子数1~6的烷基氨基、二(碳原子数1~6的烷基)氨基、羧基、氰基、硝基、下述式(c-1)所示的基团、或下述式(c-2)所示的基团,
(在式(c-1)中,虚线表示与Q2或苯环的结合键,A3和A4各自独立地表示氢原子、或甲基,Q9为-OH基、-NH2基、碳原子数1~12的烷氧基、碳原子数1~12的卤代烷氧基、1价芳香族基、1价脂环族基、1价杂环式基、或1价稠环式基,该1价芳香族基、1价脂环族基、1价杂环式基、或1价稠环式基的氢原子可以各自独立地被选自下述Q4~Q7所定义的原子和基团中的原子或基团取代。)
(在式(c-2)中,虚线表示与Q2或苯环的结合键,R101为碳原子数1~30的亚烷基,该亚烷基的1个或多个氢原子可以被氟原子或有机基取代。此外,R101中的-CH2CH2-可以被置换成-CH=CH-,进而,在以下列举的任何基团彼此都不相邻的情况下,该亚烷基可以通过选自-O-、-NHCO-、-CONH-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCONH-和-CO-中的基团被中断,M1为氢原子或甲基。)
Q2为2价芳香族基、2价脂环族基、2价杂环式基、或2价稠环式基,该2价芳香族基、2价脂环族基、2价杂环式基、或2价稠环式基的氢原子可以各自独立地被选自下述Q4~Q7所定义的原子和基团中的原子或基团取代,
Q3为单键、氧原子、-COO-、或-OCO-,
q为0~3的整数,
Q4~Q7各自独立地为选自氢原子、卤原子、碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的卤代烷基、-OH基、-NH2基、碳原子数1~6的烷氧基、碳原子数1~6的卤代烷氧基、氰基、和硝基中的原子或基团,此外Q4可以为上述式(c-1)所示的基团,
Q8为-OH基、-NH2基、碳原子数1~12的烷氧基、碳原子数1~12的卤代烷氧基、1价芳香族基、1价脂环族基、1价杂环式基、或1价稠环式基,该1价芳香族基、1价脂环族基、1价杂环式基、或1价稠环式基的氢原子可以各自独立地被选自上述Q4~Q7所定义的原子和基团中的原子或基团取代。
作为Q2的2价芳香族基,可以举出例如1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基、2,3,5,6-四氟-1,4-亚苯基等;作为Q2的2价杂环式基,可以举出例如1,4-亚吡啶基、2,5-亚吡啶基、1,4-亚呋喃基等;作为Q2的2价稠环式基,可以举出例如2,6-亚萘基等。其中作为Q2,优选为1,4-亚苯基。
另外在本发明中,作为包含具有上述肉桂酰基的部位作为进行光二聚化的结构部位的化合物,也可以使用肉桂酰基的苯环部分变为萘环的化合物,例如下述式(6’)所示的化合物。
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在式(6’)中,A1、A2、Q1、Q2、Q3、Q8和q与式(6)中的定义含义相同。
此外,Q15~Q20各自独立地表示选自卤原子、碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的卤代烷基、-OH基、-NH2基、碳原子数1~6的烷氧基、碳原子数1~6的卤代烷氧基、氰基、和硝基中的原子或基团。
作为上述式(6)所示的化合物的优选例,可以举出例如下述式(6-1)~(6-5)各自所示的肉桂酸化合物、该肉桂酸化合物的酰胺化物、和该肉桂酸化合物的C1-12烷基酯化物。
(上式中,Q1为选自氢原子、卤原子、碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的卤代烷基、-OH基、-NH2基、碳原子数1~6的烷氧基、碳原子数1~6的卤代烷氧基、羧基、氰基、和硝基中的取代基。)
上述式(6)所示的化合物之中,作为Q1、或Q4为式(c-1)所示的化合物的优选例,可以举出例如,选自下述结构式(c-1-1)~(c-1-3)中的肉桂酸化合物、该肉桂酸化合物的单酰胺化物、该肉桂酸化合物的二酰胺化物、该肉桂酸化合物的单C1-12烷基酯化物、和该肉桂酸化合物的二C1-12烷基酯化物。
(在上述式中,Q7与上述式(6)中的定义含义相同。)
上述式(6)所示的化合物和式(6’)所示的化合物(称为肉桂酸类似化合物)之中,作为Q1为式(c-2)所示的化合物的优选例,可举出例如,选自下述式M1-1~M1-4中的式所示的肉桂酸化合物和肉桂酸类似化合物、该肉桂酸化合物和肉桂酸类似化合物的酰胺化物、和该肉桂酸化合物和肉桂酸类似化合物的C1-12烷基酯化物。
(式中,M1为氢原子或甲基,s1表示亚甲基的数目,为2~9的自然数。)
上述式(6)所示的化合物和式(6’)所示的化合物可以适当地组合有机化学的通用方法来合成。
此外,作为(B)成分的低分子化合物,也可以使用使式(6)所示的肉桂酸化合物、式(6’)所示的化合物之中的Q8为-OH基的化合物与一分子中具有1个以上环氧基的低分子化合物进行反应而获得的化合物。
作为一分子中具有1个以上环氧基的低分子化合物的单环氧化合物,没有特别限定,可举出例如,丁基缩水甘油基醚、己基缩水甘油基醚、苯基缩水甘油基醚、对二甲苯基缩水甘油基醚、烯丙基缩水甘油基醚、对-叔丁基苯基缩水甘油基醚、氧化乙烯、氧化丙烯、环氧戊烷、环氧丁烷、表氯醇、表溴醇、缩水甘油(环氧乙烷基甲醇)、乙酸缩水甘油酯、丁酸缩水甘油酯、己酸缩水甘油酯、苯甲酸缩水甘油酯、氧己环、环氧环戊烷、环氧环己烷等。
作为一分子中具有1个以上环氧基的低分子化合物的具有2个以上环氧基的环氧化合物,可以举出例如,三(2,3-环氧丙基)异氰脲酸酯、1,4-丁二醇二缩水甘油基醚、1,2-环氧-4-(环氧乙基)环己烷、甘油三缩水甘油基醚、二甘醇二缩水甘油基醚、2,6-二缩水甘油基苯基缩水甘油基醚、1,1,3-三[对(2,3-环氧丙氧基)苯基]丙烷、1,2-环己烷二甲酸二缩水甘油酯、4,4’-亚甲基双(N,N-二缩水甘油基苯胺)、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷甲酸酯、三羟甲基乙烷三缩水甘油基醚和双酚-A-二缩水甘油基醚、和季戊四醇聚缩水甘油基醚等。
此外,从容易获得方面考虑,可以使用市售品的化合物。以下举出其具体例(商品名),但不限定于此:YH-434、YH-434L(日鉄ケミカル&マテリアル(株)(旧:东都化成(株))制)等具有氨基的环氧树脂;エポリードGT-401、エポリードGT-403、エポリードGT-301、エポリードGT-302、セロキサイド2021、セロキサイド3000((株)ダイセル(株)制)等具有氧化环己烯结构的环氧树脂;jER(注册商标)1001、jER 1002、jER 1003、jER 1004、jER 1007、jER828(以上,三菱化学(株)制)等双酚A型环氧树脂;jER(注册商标)807(三菱化学(株))制)等双酚F型环氧树脂;デナコールEX-252(ナガセケムテックス(株)制)、CY175、CY177、CY179、アラルダイトCY-182、アラルダイトCY-192、アラルダイトCY-184(以上,BASF社制)、エピクロン200、エピクロン400(以上,DIC(株)制)、jER(注册商标)871、jER 872(以上,三菱化学(株)制)、ED-5661、ED-5662(以上,セラニーズコーティング(株)制)等脂环式环氧树脂;デナコールEX-611、デナコールEX-612、デナコールEX-614、デナコールEX-622、デナコールEX-411、デナコールEX-512、デナコールEX-522、デナコールEX-421、デナコールEX-313、デナコールEX-314、デナコールEX-321(ナガセケムテックス(株)制)等脂肪族聚缩水甘油基醚、TEPIC(注册商标)(日产化学(株)制)等。
在使上述式(6)所示的肉桂酸化合物或式(6’)所示的化合物与上述环氧化合物进行反应而获得作为(B)成分的化合物时,只要使相对于环氧化合物的1个环氧基为1~1.2当量的上述式(6)所示的肉桂酸化合物或式(6’)所示的化合物在有机溶剂中在室温下反应即可。作为此时的有机溶剂,可举出后述<<有机溶剂>>所记载的溶剂。
作为具有偶氮苯结构、或茋结构作为上述进行光异构化的结构部位的化合物,优选为下述式(7)所示的化合物。
在式(7)中,L1和L2各自独立地表示N或CH,优选L1和L2两者表示N,或L1和L2两者表示CH,
Q1~Q3与上述式(6)中的Q1~Q3的定义相同,
q为0~3的整数,
Q4~Q7与上述式(6)中的Q4~Q7的定义相同,
Q10~Q14各自独立地表示选自卤原子、碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的卤代烷基、-OH基、-NH2基、碳原子数1~6的烷氧基、碳原子数1~6的卤代烷氧基、氰基、和硝基中的原子或基团。
作为式(7)所示的化合物的例子,可举出偶氮苯、4-(苯基偶氮)苯甲酸和4-(苯基偶氮)苯酚等。
优选以相对于上述(A)成分的聚合物的总质量为0.5质量%~70质量%的比例含有上述(B)成分,更优选以5质量%~30质量%的比例含有。此外,在本发明中,(B)成分的低分子化合物可以为多种低分子化合物的混合物。
<液晶取向剂的调制>
本发明所使用的液晶取向剂为了适合于形成涂膜而优选调制为涂布液(清漆)。即,优选调制为将(A)成分和(B)成分、以及根据需要的后述各种添加剂溶解于有机溶剂的溶液。此时,将溶液中的(A)成分和(B)成分、以及根据需要添加的各种添加剂合计而得的成分(以下,也称为固体成分)的含量优选为1质量%~20质量%,更优选为3质量%~15质量%,特别优选为3质量%~10质量%。
<有机溶剂>
本发明的液晶取向剂所含有的有机溶剂只要为可以溶解(A)成分和(B)成分的有机溶剂,就没有特别限定。作为其具体例,可举出N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-甲基己内酰胺、2-吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲亚砜、四甲基脲、吡啶、二甲基砜、六甲基亚砜、γ-丁内酯、3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺、3-乙氧基-N,N-二甲基丙酰胺、3-丁氧基-N,N-二甲基丙酰胺、1,3-二甲基-咪唑烷酮、乙基戊基酮、甲基壬基酮、甲基乙基酮、甲基异戊基酮、甲基异丙基酮、环己酮、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、二甘醇二甲醚、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、异丙醇、甲氧基甲基戊醇、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、丁基卡必醇、乙基卡必醇、乙基卡必醇乙酸酯、乙二醇、乙二醇单乙酸酯、乙二醇单异丙基醚、乙二醇单丁基醚、丙二醇、丙二醇单乙酸酯、丙二醇单甲基醚、丙二醇-叔丁基醚、双丙甘醇单甲基醚、二甘醇、二甘醇单乙酸酯、二甘醇二甲基醚、双丙甘醇单乙酸酯单甲基醚、双丙甘醇单甲基醚、双丙甘醇单乙基醚、双丙甘醇单乙酸酯单乙基醚、双丙甘醇单丙基醚、双丙甘醇单乙酸酯单丙基醚、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、三丙二醇甲基醚、3-甲基-3-甲氧基丁醇、二异丙基醚、乙基异丁基醚、二异丁烯、乙酸戊酯、丁酸丁酯、丁基醚、二异丁基酮、甲基环己烯、丙基醚、二己基醚、1-己醇、正己烷、正戊烷、正辛烷、二乙基醚、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丙酯、乳酸正丁酯、乳酸异戊酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸丙二醇单乙基醚、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸甲基乙酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸、3-甲氧基丙酸、3-甲氧基丙酸丙酯、3-甲氧基丙酸丁酯、1-甲氧基-2-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇、1-丁氧基-2-丙醇、1-苯氧基-2-丙醇、丙二醇单乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、丙二醇-1-单甲基醚-2-乙酸酯、丙二醇-1-单乙基醚-2-乙酸酯、双丙甘醇、2-(2-乙氧基丙氧基)丙醇等。它们可以单独使用,也可以混合使用。
其中,在使用由本发明的液晶取向剂获得的光取向膜作为液晶取向膜的情况下,在较低温下进行再取向处理时如果烧成后的残存溶剂多,则有时液晶的取向性、与基板的密合性恶化,此外,有时液晶单元的电特性恶化,因此优选使用沸点低、或蒸气压大的有机溶剂。作为这样的有机溶剂的具体例,优选为乙基戊基酮、甲基壬基酮、甲基乙基酮、甲基异戊基酮、甲基异丙基酮、环戊酮、环己酮、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、二甘醇二甲醚、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、异丙醇、甲氧基甲基戊醇、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、丁基卡必醇、乙基卡必醇、乙基卡必醇乙酸酯、乙二醇、乙二醇单乙酸酯、乙二醇单异丙基醚、乙二醇单丁基醚、丙二醇、丙二醇单乙酸酯、丙二醇单甲基醚、丙二醇-叔丁基醚、双丙甘醇单甲基醚、二甘醇、二甘醇单乙酸酯、二甘醇二甲基醚、双丙甘醇单乙酸酯单甲基醚、双丙甘醇单甲基醚、双丙甘醇单乙基醚、双丙甘醇单乙酸酯单乙基醚、双丙甘醇单丙基醚、双丙甘醇单乙酸酯单丙基醚、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、三丙二醇甲基醚、3-甲基-3-甲氧基丁醇、二异丙基醚、乙基异丁基醚、二异丁烯、乙酸戊酯、丁酸丁酯、丁基醚、二异丁基酮、甲基环己烯、丙基醚、二己基醚、1-己醇、正己烷、正戊烷、正辛烷、二乙基醚、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丙酯、乳酸正丁酯、乳酸异戊酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸丙二醇单乙基醚、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸甲基乙酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸、3-甲氧基丙酸、3-甲氧基丙酸丙酯、3-甲氧基丙酸丁酯、1-甲氧基-2-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇、1-丁氧基-2-丙醇、1-苯氧基-2-丙醇、丙二醇单乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、丙二醇-1-单甲基醚-2-乙酸酯、丙二醇-1-单乙基醚-2-乙酸酯、双丙甘醇、2-(2-乙氧基丙氧基)丙醇等。
本发明的液晶取向剂所含有的聚合物除了具有来源于式(1)所示的单体的侧链的聚合物以外,可以在不损害液晶表现能力和感光性能的范围,混合除上述以外的其它聚合物。此时,树脂成分(聚合物成分)整体中的其它聚合物的含量为0.5质量%~80质量%,优选为1质量%~50质量%。
作为那样的其它聚合物,可举出例如,包含聚(甲基)丙烯酸酯、聚酰胺酸、聚酰亚胺等、且除作为(A)成分的在130℃以下呈现液晶性的特定的聚合物以外的其它聚合物等。
在本发明的液晶取向剂中,除了上述物质以外,只要不损害本发明的效果,就可以出于使液晶取向膜的介电常数、导电性等电特性变化的目的而添加介电物质、导电物质,此外,出于提高制成液晶取向膜时膜的硬度、致密度的目的而添加交联性化合物。
进一步,为了使膜厚的均匀性、表面平滑性提高,可以添加氟系表面活性剂、有机硅系表面活性剂、非离子系表面活性剂等表面活性剂。
更具体而言,可举出例如,エフトップ301、EF303、EF352(三菱マテリアル電子化成(株)制)、メガファックF171、F173、R-30(DIC(株)制)、フロラードFC430、FC431(スリーエムジャパン(株)(旧:住友スリーエム(株))制)、アサヒガードAG710(AGC(株)制)、サーフロンS-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(AGCセイミケミカル(株)制)等。
上述表面活性剂相对于本发明的液晶取向剂所含有的聚合物成分的100质量份,优选含有0.01~2质量份,更优选含有0.01~1质量份。
此外可以添加使液晶取向膜与基板的密合性提高的化合物,作为其具体例,可举出以下所示的官能性含硅烷化合物等。可举出例如,3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2-氨基丙基三甲氧基硅烷、2-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-乙氧基羰基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-三乙氧基甲硅烷基丙基三亚乙基三胺、N-三甲氧基甲硅烷基丙基三亚乙基三胺、10-三甲氧基甲硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、10-三乙氧基甲硅烷基-1,4,7-三氮杂癸烷、9-三甲氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、9-三乙氧基甲硅烷基-3,6-二氮杂壬基乙酸酯、N-苄基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苄基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-双(氧乙烯基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-双(氧乙烯基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷等。
此外作为添加剂,也可以使用光敏化剂,可以优选使用例如无色敏化剂和三重态敏化剂。
作为光敏化剂,可举出芳香族硝基化合物、香豆素(7-二乙基氨基-4-甲基香豆素、7-羟基4-甲基香豆素)、香豆素酮、羰基双香豆素、芳香族2-羟基酮、和进行了氨基取代的芳香族2-羟基酮(2-羟基二苯甲酮、单-或二-对(二甲基氨基)-2-羟基二苯甲酮)、苯乙酮、蒽醌、呫吨酮、噻吨酮、苯并蒽酮、噻唑啉(2-苯甲酰亚甲基-3-甲基-β-萘并噻唑啉、2-(β-萘甲酰亚甲基)-3-甲基苯并噻唑啉、2-(α-萘甲酰亚甲基)-3-甲基苯并噻唑啉、2-(4-联苯甲酰亚甲基)-3-甲基苯并噻唑啉、2-(β-萘甲酰亚甲基)-3-甲基-β-萘并噻唑啉、2-(4-联苯甲酰亚甲基)-3-甲基-β-萘并噻唑啉、2-(对氟苯甲酰亚甲基)-3-甲基-β-萘并噻唑啉)、唑啉(2-苯甲酰亚甲基-3-甲基-β-萘并/>唑啉、2-(β-萘甲酰亚甲基)-3-甲基苯并/>唑啉、2-(α-萘甲酰亚甲基)-3-甲基苯并/>唑啉、2-(4-联苯甲酰亚甲基)-3-甲基苯并/>唑啉、2-(β-萘甲酰亚甲基)-3-甲基-β-萘并/>唑啉、2-(4-联苯甲酰亚甲基)-3-甲基-β-萘并/>唑啉、2-(对氟苯甲酰亚甲基)-3-甲基-β-萘并/>唑啉)、苯并噻唑、硝基苯胺(间或对硝基苯胺、2,4,6-三硝基苯胺)、硝基苊(5-硝基苊)、(2-[(间羟基-对甲氧基)苯乙烯基]苯并噻唑、苯偶姻烷基醚、N-烷基化酞酮(N-アルキル化フタロン)、苯乙酮缩酮(2,2-二甲氧基苯基乙酮)、萘、蒽(2-萘甲醇、2-萘甲酸、9-蒽甲醇、和9-蒽甲酸)、苯并吡喃、偶氮中氮茚、梅洛香豆素(メロクマリン)等。
作为光敏化剂,优选可以举出芳香族2-羟基酮(二苯甲酮)、香豆素、香豆素酮、羰基双香豆素、苯乙酮、蒽醌、呫吨酮、噻吨酮、和苯乙酮缩酮。
<液晶取向膜>
本发明的液晶取向剂如上述那样,可以制作具有优异的特性的液晶取向膜。液晶取向膜可以通过例如将本发明的液晶取向剂涂布于基材而形成涂膜,然后,使该涂膜干燥来制作。
涂膜的形成通常通过旋转涂布法、印刷法、喷墨法、棒涂法、凹版涂布法等进行。
干燥通常在40~150℃下进行1~15分钟,优选在50~110℃下进行1~5分钟。
在本发明中,作为形成液晶取向剂的涂膜的基材,只要优选为透明性高的基材,就没有特别限定,可以使用从板状到膜状的基材。
基材的材质可以使用玻璃、氮化硅、硅晶片等陶瓷、丙烯酸系树脂、聚碳酸酯树脂、三乙酰纤维素树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、环烯烃树脂等树脂基材等。在本发明中,如上述那样,具有可以使用耐热性低的树脂基材作为基材这样的特征。
<相位差材的制造>
使用了本发明的液晶取向剂的相位差材可以通过包含以下工序[I]~[IV]的方法制造。
即,首先经过下述[I]~[III]来制造具有液晶取向膜的基板。接着,经过下述工序[IV],从而可以制造相位差材。
[I]将本发明的液晶取向剂涂布在基板上,形成涂膜的工序;
[II]向在[I]中获得的涂膜照射偏振光紫外线的工序;以及
[III]将在[II]中获得的进行了紫外线照射的涂膜加热,获得具有液晶取向膜的基板的工序;
[IV]在[III]中获得的具有液晶取向膜的基板上,涂布聚合性液晶使其取向,然后通过紫外线照射将聚合性液晶固化,获得相位差材的工序。
<<工序[I]>>
工序[I]为在基板上涂布本发明的液晶取向剂的过程。基板和涂布方法如在上述<液晶取向膜>所记载的那样。可以在涂布后,通过电热板、热循环型烘箱、或IR(红外线)型烘箱等加热装置在50~200℃、优选为50~150℃下使溶剂蒸发而获得涂膜。
涂膜的厚度如果过厚则在液晶显示元件的耗电方面变得不利,如果过薄则有时液晶显示元件的可靠性降低,因此优选为5nm~350nm,更优选为10nm~300nm。
另外,也能够在[I]工序之后、在接下来的[II]工序之前设置将形成了涂膜的基板冷却直到室温的工序。
<<工序[II]>>
在工序[II]中,向在工序[I]中获得的涂膜照射偏振光紫外线。在向涂膜的膜面照射偏振光紫外线的情况下,对基板从一定方向照射经由偏振光片而偏振了的紫外线。作为所使用的紫外线,可以使用波长100nm~400nm的范围的紫外线。优选根据所使用的涂膜的种类,经由过滤器等来选择最佳的波长。例如,为了可以选择性地诱发光交联反应,可以选择波长290nm~400nm的范围的紫外线而使用。作为紫外线,可以使用例如,从高压水银灯被放射的光。
偏振光紫外线的照射量依赖于所使用的涂膜的种类。照射量优选为实现作为相对于该涂膜中的、偏振光紫外线的偏振光方向为平行方向的紫外线吸光度与垂直的方向的紫外线吸光度之差的ΔA的最大值(以下,也称为ΔAmax)的偏振光紫外线的量的、1%~70%的范围内,更优选为1%~50%的范围内。
<<工序[III]>>
在工序[III]中,将在工序[II]中照射了偏振光紫外线的涂膜加热,获得具有液晶取向膜的基板。通过加热,可以向涂膜赋予取向控制能力。
加热可以使用电热板、热循环型烘箱、或IR(红外线)型烘箱等加热装置。加热温度可以考虑使所使用的涂膜的液晶性表现的温度来确定。
加热温度优选为作为(A)成分的聚合物表现液晶性的温度(以下,称为液晶表现温度)的温度范围内。在涂膜那样的薄膜形态的情况下,预想涂膜表面的液晶表现温度低于大量观察到作为(A)成分的聚合物的情况下的液晶表现温度。因此,加热温度更优选为涂膜表面的液晶表现温度的温度范围内。即,偏振光紫外线照射后的加热温度的温度范围优选为以比所使用的作为(A)成分的聚合物的液晶表现温度的温度范围的下限低10℃的温度作为下限,以比该液晶温度范围的上限低10℃的温度作为上限的范围的温度。如果加热温度低于上述温度范围,则具有涂膜中的由热引起的各向异性的增强效果变得不充分的倾向,此外如果加热温度与上述温度范围相比过高,则具有涂膜的状态与各向同性的液体状态(各向同性相)接近的倾向,在该情况下,有时难以通过自组装化而沿一个方向再取向。
另外,所谓液晶表现温度,例如是指在作为(A)成分的聚合物、或液晶取向剂的涂膜表面,发生从固体相向液晶相的相转变的液晶转变温度以上,并且在发生从液晶相向各向同性相(isotropic phase)的相转变的各向同性相转变温度(Tiso)以下的温度。例如,所谓在130℃以下表现液晶性,是指发生从固体相向液晶相的相转变的液晶转变温度为130℃以下,此外,在130℃以下不发生从液晶相向各向同性相(各向同性相)的相转变。
基于在工序[I]中记载的相同理由,在加热后形成的涂膜的厚度优选为5nm~350nm,更优选为10nm~300nm为好。
通过具有以上工序,从而在本发明的制造方法中,可以高效率地实现向涂膜导入各向异性。进而其结果,可以高效率地制造具有液晶取向膜的基板。
<<工序[IV]>>
[IV]工序是在[III]中获得的具有液晶取向膜的基板上,涂布聚合性液晶使其取向后,通过紫外线照射将聚合性液晶固化,获得相位差材的工序。
由本实施方式的液晶取向剂形成的液晶取向膜具有耐溶剂性和耐热性,因此可以在该液晶取向膜上涂布由聚合性液晶、即聚合性液晶溶液形成的相位差材料后,进行加热直到该液晶的相转变温度,从而使相位差材料为液晶状态,在液晶取向膜上使聚合性液晶(相位差材料)取向。进而,可以使成为所希望的取向状态的相位差材料直接固化,形成带有具有光学各向异性的层的相位差材。
作为聚合性液晶(相位差材料),使用例如,具有聚合性基的液晶单体和含有该液晶单体的组合物等。进而,在形成取向材的基板为膜的情况下,具有本实施方案的相位差材的膜作为相位差膜变得有用。形成这样的相位差材的相位差材料变为液晶状态,有时在取向材上形成水平取向、胆甾醇型取向、垂直取向、混合取向等取向状态,可以分别根据必要的相位差特性而分别使用。
此外,在制造3D显示器所使用的图案化相位差材的情况下,向由本实施方式的液晶取向剂通过上述方法而形成的液晶取向膜,经由线与间隙图案的掩模而从规定的基准,例如,以+45度的方向进行偏振光UV曝光,接着,除去掩模后以-45度的方向将偏振光UV曝光,形成形成了液晶的取向控制方向不同的2种液晶取向区域的液晶取向膜。然后,在涂布了由聚合性液晶溶液形成的相位差材料后,进行加热直到液晶的相转变温度从而使相位差材料为液晶状态。变为液晶状态的聚合性液晶在形成了2种液晶取向区域的液晶取向膜上取向,形成与各液晶取向区域分别对应的取向状态。进而,可以使实现了那样的取向状态的相位差材料直接固化,将上述取向状态固定化,获得相位差特性不同的2种相位差区域分别多个规则地配置而成的、图案化相位差材。
此外,由本实施方式的液晶取向剂形成的液晶取向膜也能够作为液晶显示元件的液晶取向膜利用。例如,可以使用具有如上述那样操作而形成的、本实施方式的取向材的2块基板,经由隔离物使两基板上的取向材以彼此相对的方式粘合后,在这些基板之间注入液晶,制造液晶取向了的液晶显示元件。
因此,本实施方案的液晶取向剂可以适合用于各种相位差材(相位差膜)、液晶显示元件等的制造。
以下,使用实施例说明本发明,但本发明不限定于该实施例。
实施例
以下,举出本发明的实施例具体地说明本发明,但本发明不限定于此而解释。
<聚合物的分子量的测定>
在合成例中调制的丙烯酸系共聚物的分子量使用昭和电工(株)制Shodex(注册商标)常温凝胶渗透色谱(GPC)装置(GPC-101)、和昭和电工(株)制Shodex(注册商标)GPC柱(KD-803,Shodex GPC柱KD-805)如以下那样操作而测定。
另外,下述数均分子量(以下,称为Mn。)和重均分子量(以下,称为Mw。)以聚苯乙烯换算值表示。
柱温度:40℃
洗脱液:四氢呋喃
流速:1.0mL/分钟
标准曲线制作用标准样品:昭和电工(株)制标准聚苯乙烯(分子量约197,000、55,100、12,800、3,950、1,260、580)。
<溶剂>
作为溶剂,使用了丙二醇单甲基醚(PM)、环戊酮(CP)。
<合成例1>
利用专利文献(国际公开第2011/084546号)所记载的合成法,合成出由下述式(I)表示的化合物(M6CA)。
<合成例2>
利用专利文献(日本特开平9-118717号公报)所记载的合成法,合成出由下述式(II)表示的化合物。
<合成例3>
将化合物(II)10.0g、DMAP(4-二甲基氨基吡啶)(0.3g)和甲氧基苯酚(4.1g)在室温下溶解于二氯甲烷100ml后,加入DCC(N,N’-二环己基碳二亚胺)(7.9g),在室温下反应,从而获得了由下述式(III)表示的化合物11.4g(收率85%)。
<A成分的合成>
<合成例4>
将上述式(II)所示的甲基丙烯酸酯(10.0g)与上述式(III)所示的甲基丙烯酸酯(5.8g)以成为式(II)化合物:式(III)化合物=70:30的比例(摩尔比)溶解在1,4-二烷(143.7g)中,添加偶氮二异丁腈(0.2g)作为反应引发剂,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系共聚物溶液。将丙烯酸系共聚物溶液缓慢滴加到二乙基醚(1,000g)中使固体析出,进行过滤和减压干燥从而获得了丙烯酸系共聚物(P-1)。所得的丙烯酸系共聚物的Mn为14,000,Mw为28,000。
<合成例5>
将上述式(II)所示的甲基丙烯酸酯(10.0g)与上述式(III)所示的甲基丙烯酸酯(9.0g)以成为式(II)化合物:式(III)化合物=60:40的比例(摩尔比)溶解在1,4-二烷(172.8g)中,添加偶氮二异丁腈(0.2g)作为反应引发剂,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系共聚物溶液。将丙烯酸系共聚物溶液缓慢滴加到二乙基醚(1,000g)中使固体析出,进行过滤和减压干燥从而获得了丙烯酸系共聚物(P-2)。所得的丙烯酸系共聚物的Mn为15,000,Mw为32,000。
<合成例6>
将上述式(2)所示的甲基丙烯酸酯(15.0g)溶解在1,4-二烷(136.8g)中,添加偶氮二异丁腈(0.2g)作为反应引发剂,在80℃下反应20小时从而获得了丙烯酸系聚合物溶液。将丙烯酸系共聚物溶液缓慢滴加到二乙基醚(1,000g)中使固体析出,进行过滤和减压干燥从而获得了丙烯酸系聚合物(P-3)。所得的丙烯酸系聚合物的Mn为14,000,Mw为34,000。
<实施例1>
将作为(A)成分的在上述合成例4中获得的丙烯酸系共聚物(P-1)100质量份、作为(B)成分的4-甲氧基肉桂酸(MCA)10质量份混合,在其中加入作为溶剂的PM和CP,调制出溶剂组成为PM:CP=70:30(质量比),固体成分浓度为5.0质量%的取向材形成用组合物(A-1)。
<实施例2~8和比较例1~2>
使各成分的种类和配合量分别如表1所记载的那样,除此以外,与实施例1同样地实施,分别调制出取向材形成用组合物(A-2)~(A-10)。
[表1]
表1
M6CA:4-(6-甲基丙烯酰氧基己基-1-氧基)肉桂酸(上述式(I)所示的化合物)
CAM:4-羟基肉桂酸甲酯
MCAEH:4-甲氧基肉桂酸2-乙基己酯
AZO1:4-(苯基偶氮)苯甲酸
AZO2:4-(苯基偶氮)苯酚
[聚合性液晶溶液的调制]
加入聚合性液晶LC242(BASF社制)29.0g、作为聚合引发剂的イルガキュア907(BASF社制)0.9g、作为流平剂的BYK-361N(BYK社制)0.2g、作为溶剂的甲基异丁基酮而获得了固体成分浓度为30质量%的聚合性液晶溶液(RM-1)。
<实施例9~17和比较例3~4>
[液晶取向性的评价1]
将在实施例1~8和比较例1~2中获得的各取向材形成用组合物使用旋转涂布机涂布在5cm见方的无碱玻璃(イーグルXG)上或COP(环烯烃聚合物)膜上,在电热板上进行预烘烤温度60℃、60秒的加热干燥,形成了膜厚200nm的各取向膜。向该各取向膜以200mJ/cm2的曝光量垂直照射313nm的直线偏振光,然后,在电热板上在表2所记载的后烘烤温度下进行10分钟的加热干燥,从而进行了取向处理。接着将聚合性液晶溶液(RM-1)使用旋转涂布机以转速2,000rpm涂布在各取向膜上。将该涂膜在温度90℃的电热板上干燥60秒后,以500mJ/cm2曝光,制作出相位差材。将制作的基板上的相位差材用一对偏振光片夹入,观察相位差材中的相位差特性的表现状况,将相位差没有缺陷地表现的情况设为○,将有缺陷或相位差不表现的情况设为×而记载于“液晶取向性”栏。评价结果之后汇总示于表2中。
[取向度的评价]
将在实施例1~8和比较例1~2中获得的各取向材形成用组合物使用旋转涂布机涂布在5cm见方的无碱玻璃(イーグルXG)上或COP膜上,在电热板上进行预烘烤温度60℃、60秒的加热干燥,形成了膜厚200nm的各取向膜。向该各取向膜以200mJ/cm2的曝光量垂直照射313nm的直线偏振光,然后,在电热板上在表2所记载的后烘烤温度下进行10分钟的加热干燥,从而进行了取向处理。测定取向处理后的各薄膜的偏振光UV-vis吸收光谱,通过以下式1算出面内取向度S。
(式1)面内取向度S=(Aper-Apara)/(A+2Apara)
(这里,Aper表示吸光度测定中的相对于偏振光UV照射轴为垂直成分的吸光度,Apara表示平行成分的吸光度。)
另外,Aper和Apara都使用264nm下的吸光度的值。
[表2]
表2
如表2的实施例9~17所示那样,在使用了取向材形成用组合物A-1~A-8的情况下,在后烘烤温度100℃的条件下,获得了显示良好的液晶取向性的相位差材。此外,取向处理后的取向膜显示高的面内取向度。
与此相对,如比较例3所示那样,在使用了取向材形成用组合物A-9的情况下,为了获得显示良好的液晶取向性的相位差材,需要将后烘烤温度提升到140℃。此外,在后烘烤温度为100℃的情况下取向处理后的取向膜显示低的面内取向度。
此外,如比较例4所示那样,在使用了取向材形成用组合物A-10的情况下,不管后烘烤条件如何都得不到显示良好的取向性的相位差材。此外,取向处理后的取向膜显示低的面内取向度。
<实施例18>
[胆甾醇型取向的液晶膜的制作]
将在实施例1中获得的取向材形成用组合物A-1使用旋转涂布机涂布在5cm见方的无碱玻璃(イーグルXG)上,在电热板上进行预烘烤温度60℃、60秒的加热干燥,形成了膜厚200nm的取向膜。向该取向膜以200mJ/cm2的曝光量垂直照射313nm的直线偏振光,然后,在电热板上进行100℃、10分钟的加热干燥,从而进行了取向处理。接着将メルクパフォーマンスマテリアルズ(株)制的胆甾醇型取向用聚合性液晶溶液RMS11-067使用旋转涂布机以转速2,000rpm涂布在取向膜上。将该涂膜在温度75℃的电热板上干燥120秒后,以500mJ/cm2曝光,获得了固化了的胆甾醇型液晶膜。使用分光光度计(岛津制作所(株)制UV-3600)测定了所得的胆甾醇型液晶膜的透射率。在490~520nm的波长区域中观测到胆甾醇型取向所特有的选择反射,确认获得了显示良好的胆甾醇型取向性的液晶膜。
<实施例19>
将5cm见方的无碱玻璃(イーグルXG)变更为COP膜,除此以外,通过与实施例18同样的方法制作出固化了的胆甾醇型液晶膜。所得的胆甾醇型液晶膜在490~520nm的波长区域中观测到胆甾醇型取向所特有的选择反射,确认获得了显示良好的胆甾醇型取向性的液晶膜。
<实施例20>
使用了取向材形成用组合物A-4,除此以外,通过与实施例18同样的方法而制作出固化了的胆甾醇型液晶膜。所得的胆甾醇型液晶膜在490~520nm的波长区域中观测到胆甾醇型取向所特有的选择反射,确认获得了显示良好的胆甾醇型取向性的液晶膜。
产业可利用性
由本发明的液晶取向剂形成的液晶取向膜、相位差材由于在耐热性小的塑料上也能够形成,因此能够作为控制了分子取向的光学元件、液晶取向膜而在宽的范围中使用,具有产业上的高的有用性。

Claims (8)

1.一种液晶取向剂,其含有:
作为A成分的、在130℃以下呈现液晶性的聚合物;以及
作为B成分的、具有进行光二聚化的结构部位或进行光异构化的结构部位的低分子化合物,
所述A成分为不包含进行光二聚化的结构部位和进行光异构化的结构部位中的任一者或两者的聚合物。
2.根据权利要求1所述的液晶取向剂,A成分的聚合物为具有来源于下述式(1)所示的单体的重复单元的聚合物,
在式(1)中,
X1表示-O-CO-或-CO-O-,
X2表示-O-、-O-CO-、-CO-O-、-NH-CO-、或-CO-NH-,
R1表示氢原子或甲基,
p1表示整数2~12,
R表示选自苯基、萘基、和联苯基中的基团,这些基团的环上的氢原子各自可以被碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的烷氧基、卤原子、硝基、或氰基取代,
Z1~Z4各自独立地表示氢原子、碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的烷氧基、卤原子、硝基、或氰基。
3.根据权利要求2所述的液晶取向剂,A成分的聚合物为进一步具有来源于下述式(2)所示的单体的重复单元的共聚物,
在式(2)中,
X3表示-O-、-O-CO-、-CO-O-、-NH-CO-、或-CO-NH-,
Y表示从选自苯环、萘环、联苯环、呋喃环、吡咯环、二苯甲酮、和苯甲酸苯酯中的环中除去该环上的2个氢原子而得的2价基团,这些环上的氢原子各自可以被碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的烷氧基、卤原子、硝基、或氰基取代,
R2表示氢原子或甲基,
p2各自独立地表示整数2~12。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的液晶取向剂,所述B成分为下述式(6)所示的化合物,
在式(6)中,
A1和A2各自独立地表示氢原子或甲基,
Q1表示氢原子、卤原子、碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的卤代烷基、-OH基、碳原子数1~6的烷氧基、碳原子数1~6的卤代烷氧基、-NH2基、碳原子数1~6的烷基氨基、二(碳原子数1~6的烷基)氨基、羧基、氰基、硝基、下述式(c-1)所示的基团、或下述式(c-2)所示的基团,
在式(c-1)中,虚线表示与Q2或苯环的结合键,A3和A4各自独立地表示氢原子或甲基,Q9表示-OH基、-NH2基、碳原子数1~12的烷氧基、碳原子数1~12的卤代烷氧基、1价芳香族基、1价脂环族基、1价杂环式基、或1价稠环式基,该1价芳香族基、1价脂环族基、1价杂环式基、或1价稠环式基的氢原子可以各自独立地被选自下述Q4~Q7所定义的原子和基团中的原子或基团取代,
在式(c-2)中,虚线表示与Q2或苯环的结合键,R101表示碳原子数1~30的亚烷基,该亚烷基的1个或多个氢原子可以被氟原子或有机基取代,此外,R101中的-CH2CH2-可以被置换成-CH=CH-,进而,在以下列举的任何基团彼此都不相邻的情况下,该亚烷基可以被选自-O-、-NHCO-、-CONH-、-COO-、-OCO-、-NH-、-NHCONH-和-CO-中的基团中断,M1表示氢原子或甲基,
Q2表示2价芳香族基、2价脂环族基、2价杂环式基、或2价稠环式基,该2价芳香族基、2价脂环族基、2价杂环式基、或2价稠环式基的氢原子可以各自独立地被选自下述Q4~Q7所定义的原子和基团中的原子或基团取代,
Q3表示单键、氧原子、-COO-、或-OCO-,
q表示整数0~3,
Q4~Q7各自独立地表示选自氢原子、卤原子、碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的卤代烷基、-OH基、-NH2基、碳原子数1~6的烷氧基、碳原子数1~6的卤代烷氧基、氰基、和硝基中的原子或基团,此外Q4可以为所述式(c-1)所示的基团,
Q8表示-OH基、-NH2基、碳原子数1~12的烷氧基、碳原子数1~12的卤代烷氧基、1价芳香族基、1价脂环族基、1价杂环式基、或1价稠环式基,该1价芳香族基、1价脂环族基、1价杂环式基、或1价稠环式基的氢原子可以各自独立地被选自所述Q4~Q7所定义的原子和基团中的原子或基团取代。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的液晶取向剂,其以相对于所述A成分的聚合物的总质量为0.5质量%~70质量%的比例含有所述B成分。
6.一种液晶取向膜,其由权利要求1~5中任一项所述的液晶取向剂的固化膜构成。
7.一种相位差材,其是使用权利要求6所述的液晶取向膜而获得的。
8.一种电子器件,其具备权利要求7所述的相位差材。
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