JP2006193722A - アゾ色素、これを用いた異方性色素膜用組成物、異方性色素膜および偏光素子 - Google Patents

アゾ色素、これを用いた異方性色素膜用組成物、異方性色素膜および偏光素子 Download PDF

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Abstract

【課題】 高い二色性及び分子配向度を有する異方性色素膜を形成し得る色素、該色素を含む組成物、該色素を用いた異方性色素膜、並びに偏光素子を提供する。
【解決手段】 遊離酸の形が下記一般式(1)のトリスアゾ色素であり、B、Dの少なくとも一方が下記Q1の置換基を少なくとも1つ有する色素、該色素を含有する異方性色素膜用色素組成物、異方性色素膜、及び該異方性色素膜を用いた偏光素子。
Q1;水素結合性基で置換されたアルキル基又はアルコキシ基。

(式(1)中、A;フェニル基またはナフチル基、B、D;フェニレン基またはナフチレン基、X;置換されていてもよいアミノ基または水酸基、m;0または1)
【選択図】 なし

Description

本発明は、アゾ色素及び該色素を用いた異方性色素膜等に関するものである。さらに詳細には、湿式成膜法により形成される異方性色素膜用として好適なアゾ色素、特に、調光素子や液晶素子(LCD)、有機エレクトロルミネッセンス素子(OLED)の表示素子に具備される偏光板等の異方性色素膜に有用な高い二色性を示すトリスアゾ色素に関するものであり、また、これを用いた異方性色素膜用組成物、異方性色素膜および偏光素子に関するものである。
LCDでは表示における旋光性や複屈折性を制御するために直線偏光板や円偏光板が用いられており、また、OLEDにおいても外光の反射防止のために円偏光板が使用されている。従来、これらの偏光板(偏光素子)にはヨウ素が二色性物質として広く使用されてきた。しかしながら、ヨウ素を偏光膜に使用した場合、ヨウ素は昇華性が大きいので耐熱性や耐光性が十分ではなく、また、その消光色が深い青になるため、全可視スペクトル領域にわたって理想的な無彩色偏光板とは言えなかった。
そのため、ヨウ素に代わる二色性物質として有機系の色素を使用する偏光膜としての異方性色素膜が検討されている。しかし、これら有機系の色素においてはヨウ素に比べると二色性がかなり劣る程度の偏光素子しか得られないなどの問題点があった。
特に、偏光素子は、光の旋光性や複屈折性を表示原理に用いているLCDにおいて重要な構成要素であり、近年、表示性能などの向上を目的として新たな偏光素子の開発が進められている。
その偏光素子に用いる異方性色素膜を形成する一つの方法として、ヨウ素を含む偏光膜と同様に、二色性を有する有機色素(二色性色素)をポリビニルアルコールのような高分子材料に溶解または吸着させ、その膜を一方向にフィルム状に延伸して二色性色素を配向させる方法が挙げられている。
更に、非特許文献1には、ガラスや透明フィルムなどの基板上に有機色素分子の分子間相互作用などを利用して二色性色素を配向させる方法が挙げられている。
このガラスや透明フィルムなどの基板上に有機色素分子の分子間相互作用などを利用して二色性色素を配向させ異方性色素膜を製作する方法としては、湿式成膜法が挙げられる。この湿式成膜法で異方性色素膜が作製される場合、この色素膜に使用される色素分子には、高い二色性の他に、湿式成膜法のプロセスに適した色素であることが要求される。
また、特許文献1〜3では、湿式成膜法のプロセスに適した材料が提案されているが、これらの材料は該プロセスに適してはいるものの、高い二色性を示すことができないという問題点があった。
Dreyer,J.F., Phys. and Colloid Chem., 1948, 52, 808., "The Fixing of Molecular Orientation" 特開2002−180052号公報 特表2002−528758号公報 特開平3−78703号公報
本発明は、高い二色性及び分子配向度(オーダーパラメーター)を有する異方性色素膜を形成することが出来るトリスアゾ色素を提供することを課題とする。特に、湿式製膜法により異方性色素膜を形成するのに適したトリスアゾ色素、該色素を用いた異方性色素膜等を提供することを課題とする。
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、下記一般式(1)で表されるトリスアゾ色素において、B及びDで表される基の少なくとも一方が特定の置換基、即ち、水素結合性基で置換されたアルキル基またはアルコキシ基を少なくとも1つ有しているトリスアゾ色素を用い、湿式成膜法により形成した異方性色素膜では、高い二色性並びに高い分子配向度を示すことができることを見出し、本発明を達成した。
即ち、本発明の要旨は、遊離酸の形が下記一般式(1)で表されるトリスアゾ色素であって、B及びDで表される基の少なくとも一方が、下記Q1に記載の置換基を少なくとも1つ有することを特徴とするトリスアゾ色素、該色素を含有する異方性色素膜用色素組成物、異方性色素膜、及び該異方性色素膜を用いた偏光素子に存する。
Q1:水素結合性基で置換されたアルキル基またはアルコキシ基
(式(1)中、Aで表される基は置換されていてもよいフェニル基またはナフチル基を表す。
およびDで表される基はそれぞれ独立に、置換されていてもよいフェニレン基またはナフチレン基を表し、Q1以外の置換基を有していてもよい。
は、置換されていてもよいアミノ基または水酸基を表す。
mは、0または1を表す。)
本発明の上記一般式(1)で表されるトリスアゾ色素は、自己組織化によるリオトロピック液晶性を示しやすい色素であるため、二色性に優れている。
また、本発明の該トリスアゾ色素を用いて、異方性色素膜を作製すると、波長分散性の小さい二色性、および高い分子配向度を示す異方性色素膜を得ることができ、更に、この異方性色素膜を用いた偏光素子は、コントラストに優れている。
以下に本発明の構成要件について記載するが、該構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、これらの内容に特定されるものではない。
尚、本発明でいう異方性色素膜とは、色素膜の厚み方向及び任意の直交する面内2方向の立体座標系における合計3方向から選ばれる任意の2方向における電磁気学的性質に異方性を有する色素膜である。電磁気学的性質としては、吸収、屈折などの光学的性質、抵抗、容量などの電気的性質などが挙げられる。吸収、屈折などの光学的異方性を有する膜としては、例えば、直線偏光膜、円偏光膜、位相差膜、導電異方性膜などがある。本発明の色素は、特に直線偏光膜、円偏光膜などの偏光膜に用いられることが好ましい。
本発明の色素は、遊離酸の形が下記一般式(1)で表されるトリスアゾ色素であって、トリスアゾの構造と、その末端に水酸基、スルホ基等で置換されたナフチル基を有する基本骨格からなり、その基本骨格におけるB及びDで表される基の少なくとも一方に、下記Q1に記載の、色素分子同士の自己組織化を高める置換基を少なくとも1つ有することを特徴とする。
Q1:水素結合性基で置換されたアルキル基またはアルコキシ基
なお、Q1における該アルキル基及びアルコキシ基は、更に置換基を有していてもよい。
上記式(1)中、Aで表される基は置換されていてもよいフェニル基またはナフチル基を表す。
およびDで表される基は、それぞれ独立に、置換されていてもよいフェニレン基またはナフチレン基を表し、Q1以外の置換基を有していてもよい。
は、置換されていてもよいアミノ基または水酸基を表す。
mは、0または1を表す。
本発明の上記一般式(1)で表されるトリスアゾ色素は、上記の如くQ1に記載の特定の置換基を有するが、この特定の置換基、即ち、水素結合性基で置換されたアルキル基又はアルコキシ基は、分子間相互作用を発現する性質を有する。そのため、色素分子同士が自己組織化しやすく、それによってリオトロピック液晶性を示しやすい色素であると推測される。従って、このような特性を有する色素を用いて、異方性色素膜を形成することにより、高い二色性、高い分子配向度を示す異方性色素膜が得られるものと推測される。
この様に、本発明の色素は異方性色素膜用の色素として有用であり、該色素を用いた異 方性色素膜は、偏光膜、位相差膜、導電異方性膜に用いられることが好ましく、偏光膜に用いられることがより好ましい。
以下に上記一般式(1)で表される本発明のトリスアゾ色素について詳細に説明する。尚、本発明において、置換されていてもよいとは、一以上の置換基を有していてもよいことを意味する。
<BおよびDで表される基>
およびDで表される基(以下、BおよびDと称する)は、それぞれ独立に、置換されていてもよいフェニレン基またはナフチレン基を表し、BおよびDの少なくとも一方に、下記Q1に記載の置換基を有することが必要である。
Q1は、水素結合性基で置換されたアルキル基又はアルコキシ基である。
ここで、水素結合とは2原子間に水素原子が介在することにより作られる結合のことであり、水素結合性基とはプロトンを供与する基及び受容する基を指す。水素結合性基としては、分子間相互作用を発現させるための基が好ましく、具体的には以下のQ2に記載の置換基であることが好ましい。
Q2:−OH基、−COOH基、−NR基、−SONR基或いは−CONR基で置換されたアルキル基又はアルコキシ基
ここで、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜6の置換されていてもよいアルキル基を表す。該アルキル基の置換基としては、例えば水酸基、アミノ基、アルボキシ基等が挙げられる。
置換基Q1のアルキル基及びアルコキシ基の炭素数は、それぞれ1以上6以下が好ましく、より好ましくは炭素数1以上3以下である。具体的にアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基等の低級アルキル基が挙げられ、アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基等の低級アルコキシ基が挙げられる。
該アルキル基及び該アルコキシ基は、それぞれ、少なくとも1つの水素結合性基で置換されていればよく、2つ以上で置換されていてもよいが、通常、1以上2以下である。R〜Rは、上記の通りである。
置換基Q1の総炭素数としては、1以上10以下が好ましく、1以上6以下が更に好ましい。炭素数が上限を上回ると溶解性低下の恐れがあり好ましくない。
上記の水素結合性基で置換されたアルキル基及びアルコキシ基として具体的には、例えば、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシエトキシ基、2,3−ジヒドロキシプロポキシ基等のヒドロキシ置換アルキル基又はアルコキシ基;2−カルボキシエチル基、カルボキシメトキシ基、2−カルボキシエトキシ基等のカルボキシ置換アルキル基又はアルコキシ基;2−アミノエチル基、アミノメチル基、2−アミノエトキシ基等のアミノ置換アルキル基又はアルコキシ基;2−スルファモイルエチル基、2−スルファモイルエトキシ基等の(置換)スルファモイル置換アルキル基又はアルコキシ基;2−カルバモイルエチル基、カルバモイルメトキシ基、2−[2,3−ジヒドロキシエチルアミノカルボニル]エトキシ基等の(置換)カルバモイル基で置換されたアルキル基又はアルコキシ基が挙げられる。
尚、該アルキル基及びアルコキシ基は、該水素結合性基以外にも、本発明の性能を損ねない範囲で他の置換基を有していてもよい。
およびDは、両方とも置換基Q1を有していてもよいし、BおよびDの一方のみが置換基Q1を有していてもよい。その場合、置換基Q1は、BおよびDのいずれかに1つ存すればよいが、BおよびDのそれぞれに1つ以上存していることが好ましい。また、BおよびDのそれぞれに存し得る置換基Q1の数としては、1以上2以下、好ましくは1である。
或いはDが、フェニレン基の場合、該フェニレン基は、上記の置換基Q1以外の置換基を有していてもよい。Q1以外の置換基としては、スルホ基、カルボキシ基、置換されていてもよい(但し、水素結合性基を除く)アルキル基、置換されていてもよい(但し、水素結合性基を除く)アルコキシ基、又は置換されていてもよいアミノ基等の溶剤への溶解性を高めるために導入される親水性基や色調を調節するために導入される電子供与性基や電子吸引性基が好ましい。
このようなアルキル基、アルコキシ基及びアミノ基の具体例としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基等の炭素数1〜4の(置換)アルコキシ基;アミノ基;N−メチルアミノ基、N,N−ジメチルアミノ基、N,N−ジエチルアミノ基等の炭素数1〜8のアルキルアミノ基;N−フェニルアミノ基等のアリールアミノ基;アセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基等の炭素数2〜8のアシルアミノ基等が挙げられる。
上記したアルキル基、アルコキシ基、及び各種アミノ基は更に置換基を有していてもよく、該置換基としては、アルコキシ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
或いはDが、フェニレン基の場合、該フェニレン基が有し得る他の置換基としては、上記置換基の中でもスルホ基、カルボキシル基、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルコキシ基、置換されていてもよいアシルアミノ基が好ましく、分子間の相互作用及び色調の観点から、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基、炭素数2〜8のアシルアミノ基が特に好ましい。B或いはDが、フェニレン基の場合、上記置換基Q1及び他の置換基を含めた置換基の総数は、1個以上、3個以下であることが好ましい。
或いはDがナフチレン基である場合、該ナフチレン基は、置換基Q1以外の他の置換基を有していてもよい。他の置換基としては、水酸基、スルホ基、または置換されていてもよいアルコキシ基等の溶解性や色調を調節するための基が挙げられる。
アルコキシ基として、具体的には、例えば、メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜4のアルコキシ基が挙げられる。
及びDのナフチレン基は、上記置換基Q1及び他の置換基を含めた置換基の総数は、1個以上、6個以下であることが好ましく、1個以上、3個以下であることがより好ましい。該ナフチレン基が有する他の置換基としては、特にスルホ基またはアルコキシ基が好ましい。
本発明において、B及びDはそれぞれ独立に、下記式(a)または(b)で表されることがより好ましい。
(式(a)および式(b)において、Q3およびQ4は、それぞれ独立に上記Q1に記載の置換基である。
pは、1または2を表し、nは、0または1を表す。)
本発明色素の一般式(1)で表される基本骨格中に、上記式(a)及び(b)で表される1,4−フェニレン基及び1,4−ナフチレン基が存することにより、色素分子の直線性を保ちリオトロピック液晶性を発現させることができる。
及びDの一方が、上記式(a)または(b)で表されるものであってもよく、B及びDの両方が上記式(a)または(b)で表されるものであってもよい。
また、上記式(a)中、pは1または2であるが、1であることが液晶性を発現しやすいため好ましい。
<Aで表される基>
上記一般式(1)において、Aで表される基(以下、Aと称する)は置換されていてもよいフェニル基またはナフチル基を表す。Aが有し得る置換基としては、本発明色素の性能を損なわない限り特に制限はない。
がフェニル基の場合、フェニル基が有し得る置換基としては、スルホ基、カルボキシ基、水酸基、ニトロ基、シアノ基、リン酸基、ハロゲン原子、置換されていてもよいアミノ基、置換されていてもよいアルキル基及び置換されていてもよいアルコキシ基などの溶解性を高めるために導入される親水性基や色調を調節するために導入される電子供与性基や電子吸引性基が挙げられる。
これら置換基のハロゲン原子、置換されていてもよいアミノ基、アルキル基及びアルコキシ基の具体例としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子等のハロゲン原子;アミノ基;N−メチルアミノ基、N,N−ジメチルアミノ基、N,N−ジエチルアミノ基などの、通常炭素数1以上18以下、好ましくは炭素数1以上8以下のアルキルアミノ基;N−フェニルアミノ基、N−ナフチルアミノ基などの、通常炭素数6以上18以下、好ましくは炭素数6以上10以下のアリールアミノ基;アセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基などの、通常炭素数2以上18以下、好ましくは炭素数2以上11以下のアシルアミノ基;メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、n−ドデシル基などの、通常炭素数1以上18以下、好ましくは炭素数1以上12以下のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、n−ドデシルオキシ基などの、通常炭素数1以上18以下、好ましくは炭素数1以上12以下のアルコキシ基等が挙げられる。
上記した各種アミノ基、アルキル基及びアルコキシ基は、それぞれ更に置換基を有していてもよく、該置換基としては、水酸基またはアルコキシ基などの親水性の基が挙げられる。
が置換されていてもよいフェニル基の場合、該フェニル基が有する置換基としては、溶剤に対する溶解性及び色調の観点から、スルホ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、置換されていてもよいアミノ基、置換されていてもよいアルキル基、及び置換されていてもよいアルコキシ基などの溶解性を高めるために導入される親水性基や色調を調節するために導入される電子供与性基や電子吸引性基がより好ましく、スルホ基、カルボキシ基、リン酸基、シアノ基、アシルアミノ基、及びアルキル基が特に好ましい。Aのフェニル基は、これらの置換基から選ばれる1個以上3個以下の置換基を有していることが好ましい。
がナフチル基の場合、該ナフチル基が有し得る置換基として好ましくは、スルホ基、カルボキシ基、水酸基等の親水性基が挙げられ、Aのナフチル基は、これらの置換基から選ばれる1個以上3個以下の置換基を有していることが好ましい。置換基としては、製造面、入手易さからスルホ基が有利である。
本発明色素においては、Aが、下記式(c)で表されるフェニル基であることが特に好ましい。
(式(c)中、Yはスルホ基、カルボキシル基またはリン酸基を表す。
は、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基、スルホ基、カルボキシ基、置換されていてもよいアミノ基、置換されていてもよい炭素数1〜4のアルキル基、又は置換されていてもよい炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
qは、0または1を表す。)
本発明色素は、一般式(1)における基本骨格において、Aが上記式(c)で表されるフェニル基であることにより、液晶性が向上する。
上記式(c)中、Yはカルボキシ基、リン酸基、スルホ基などの水溶性の基を表し、好ましくはスルホ基、カルボキシ基を表す。
は、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基、置換されていてもよいアミノ基、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルコキシ基、カルボキシ基、或いはスルホ基を表し、これらの置換基は色調の調節をするための電子供与性、電子吸引性の基や溶解性を調節するための置換基を表す。
上記Zのアミノ基、アルキル基、アルコキシ基が有し得る置換基としては、本発明の性能を損ねない範囲のものであればよく、例えば以下のものが挙げられる。
アミノ基の好ましい置換基としては、アセチル基、ベンゾイル基等のアシル基(中でも好ましくは炭素数2以上、7以下のアシル基);メチル基、エチル基、2−ヒドロキシエチル基、ブチル基等の置換されていても良いアルキル基(中でも好ましくは炭素数1以上、4以下のアルキル基)等が挙げられる。
アルキル基、アルコキシ基が有し得る好ましい置換基としては、水酸基;メチル基、エチル基、ブチル基等のアルキル基(中でも好ましくは炭素数1以上、4以下のアルキル基);メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基(中でも好ましくは炭素数1以上、4以下のアルコキシ基)等が挙げられる。
の好ましい具体的な例としては、塩素原子、フッ素原子等のハロゲン原子;水酸基;ニトロ基;シアノ基;アミノ基;N−メチルアミノ基、N,N−ジメチルアミノ基、N,N−ジエチルアミノ基、N−フェニルアミノ基、アセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基等の置換アミノ基;メチル基、エチル基、n−ブチル基、2−ヒドロキシエチル基等の置換されていてもよいアルキル基、好ましくは炭素数1以上、4以下のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基等の置換されていてもよいアルコキシ基、好ましくは炭素数1以上、4以下のアルコキシ基等が挙げられる。
<末端ナフチル基の置換基>
末端ナフチル基が有する置換基Xは、置換されていてもよいアミノ基または水酸基を表す。アミノ基の好ましい置換基としては、置換されていてもよい炭素数1〜4のアルキル基(例えばメチル基、エチル基等)、置換されていてもよいフェニル基などが挙げられる。該アルキル基及び該フェニル基の有し得る置換基としては、水酸基、カルボキシ基、スルホ基などの水溶性の基が挙げられる。また、Xの置換位置は、6位または7位であることが好ましく、特に7位が好ましい。
スルホ基の置換数を示すmは0又は1を表す。mが1である場合のスルホ基の置換位置は、6位であることが好ましい。
本発明の前記一般式(1)で表される色素の分子量は、遊離酸の形で、通常590以上、2500以下、好ましくは2000以下である。分子量がこの範囲を超えて高すぎると溶解性低下の恐れがあり好ましくなく、低すぎると色調の浅色化の恐れがあり好ましくない。また、前記一般式(1)で表される色素は、通常水溶性を示し、また通常二色性を示す。特に本発明の色素の中でも溶液中でリオトロピック液晶性を示すものが、高い異方性を示す色素膜を得るために好ましい。
更に、本発明の色素および該色素を含有した組成物は、湿式成膜法特有のプロセス、すなわち、基材表面に塗布などの積層プロセスを経ることによっても、高次の分子配向状態を示すことができ、このことは、本発明色素を用いることにより高い異方性を有する色素膜を形成することが可能であることを意味する。
本発明で使用される色素は前記一般式(1)で示されるような遊離酸形のままで使用してもよく、酸基の一部が塩形となっているものであってもよい。また、塩形の色素と遊離酸形の色素が混在していてもよいし、製造時に塩形で得られた場合はそのまま使用してもよく、必要に応じ所望の塩形に変換してもよい。塩形への交換方法としては、公知の方法を任意に用いることができ、例えば以下の方法が挙げられる。
1) 塩形で得られた色素の水溶液に塩酸等の強酸を添加し、色素を遊離酸の形で酸析せしめたのち、所望の対イオンを有するアルカリ溶液(例えば、水酸化リチウム水溶液)で色素の酸性基を中和し塩交換する方法。
2) 塩形で得られた色素の水溶液に、所望の対イオンを有する大過剰の中性塩(例えば、塩化リチウム)を添加し、塩析ケーキの形で塩交換を行う方法。
3) 塩形で得られた色素の水溶液を、強酸性陽イオン交換樹脂で処理し、色素を遊離酸の形で酸析せしめたのち、所望の対イオンを有するアルカリ溶液(例えば、水酸化リチウム水溶液)で色素の酸性基を中和し塩交換する方法。
4) 予め所望の対イオンを有するアルカリ溶液(例えば、水酸化リチウム水溶液)で処理した強酸性陽イオン交換樹脂に、塩形で得られた色素の水溶液を作用させ、塩交換を行う方法。
また、本発明で使用される色素は、ここで、酸性基が遊離酸形をとるか、塩形をとるかは、色素の酸性基のpKa(解離定数)と色素水溶液のpHに依存する。
上記の塩形の例としては、Na、Li、K等のアルカリ金属の塩、アルキル基もしくはヒドロキシアルキル基で置換されていてもよいアンモニウムの塩、又は有機アミンの塩が挙げられる。有機アミンの例として、炭素数1〜6の低級アルキルアミン、ヒドロキシ置換された炭素数1〜6の低級アルキルアミン、カルボキシ置換された炭素数1〜6の低級アルキルアミン等が挙げられる。これらの塩形の場合、その種類は1種類に限られず複数種混在していてもよい。
本発明の一般式(1)で表される色素の遊離酸の形での具体例としては、例えば以下の(1−1)から(1−25)に示す構造の色素が挙げられるが、これに限定されるものではない。
上記一般式(1)で表されるトリスアゾ色素は、それ自体周知の方法に従って製造することができる。例えばNo.(1−1)で示される色素は、下記(A)〜(D)の工程で製造できる。
(A)工程;3−アミノベンゼンスルホン酸(メタニル酸)と下記の(i)式の化合物とから常法[例えば、細田豊著「新染料化学」(昭和48年12月21日、技報堂発行)第396頁第409頁参照]に従って、ジアゾ化、カップリング工程を経てモノアゾ化合物を製造する。
(B)工程;(A)工程で得られたモノアゾ化合物を同様に、常法によりジアゾ化し、上記(i)式の化合物とカップリング反応を行って、ジスアゾ化合物を製造する。
(C)工程;(B)工程で得られたジスアゾ化合物を同様に、常法によりジアゾ化し、7−アミノ−1−ナフトール−3,6−ジスルホン酸(RR酸)とカップリング反応を行って、トリスアゾ化合物を製造する。
(D)工程;(C)工程反応終了後、塩化ナトリウムで塩析することにより目的のNo.(1−1)の色素が得られる。色素は必要に応じ、更に精製することができる。
本発明の一般式(1)で表される色素は異方性色素膜用色素として有用であり、湿式製膜法で形成される異方性色素膜用に適しているが、特に、前記構造式No.(1−1)で示される本発明の色素は、水溶液中でリオトロピック液晶を形成するため、高い二色性を示す異方性色素膜を作製することが可能であり、湿式成膜法に適した特に有用な色素である。
ここで湿式製膜法とは、通常、色素及び液媒体を含む組成物の基板上への積載工程、該液媒体の除去及び該色素の基板上での配向工程を含むプロセスからなり、該色素分子の分子間相互作用などにより配向させるために各工程の操作条件を適宜制御することよりなる方法である。従って、前述のフィルム膜を延伸処理することにより配向させるプロセスと異なり、色素に対しては、その自己組織化によるリオトロピック液晶性が求められるため、上記延伸処理を経て作成される偏光膜に使用される色素であっても、必ずしも湿式成膜法に適するとは限らない。
本発明の一般式(1)で表される異方性色素膜用色素は高い二色性及び配向度を示し、特に湿式製膜法による異方性色素膜の製造に好適であるが、該色素を含む異方性色素膜用組成物は、通常前記一般式(1)で表される色素及び溶剤を含むものである。なお、以下において、前記一般式(1)で表される色素を包括して本発明の色素と称する。
本発明の色素は、異方性色素膜用組成物中に、単独で含むことができるが、これらの色素同士、あるいは配向を低下させない程度に他の色素と混合して用いることができる。これにより、各種の色相を有する異方性色素膜を製造することができる。また、本発明の異方性色素膜用組成物は、溶剤のほかにも、要すれば後述する界面活性剤等の添加剤が配合されていてもよい。
配合用として好ましい他の色素の例としては、例えばC.I.Direct Yellow 12、C.I.Direct Yellow 34、C.I.Direct Yellow 86、C.I.Direct Yellow 142、C.I.Direct Yellow 132、C.I.Acid Yellow 25、C.I.Direct Orange 39、C.I.Direct Orange 72、C.I.Direct Orange 79、C.I.Acid Orange 28、C.I.Direct Red 39、C.I.Direct Red 79、C.I.Direct Red 81、C.I.Direct Red 83、C.I.Direct Red 89、C.I.Acid Red 37、C.I.Direct Violet 9、C.I.Direct Violet 35、C.I.Direct Violet 48、C.I.Direct Violet 57、C.I.Direct Blue 1、C.I.Direct Blue 67、C.I.Direct Blue 83、C.I.Direct Blue 90、C.I.Direct Green 42、C.I.Direct Green 51、C.I.Direct Green 59等が挙げられる。
本発明の異方性色素膜用組成物に使用される溶剤としては、水、水混和性のある有機溶剤、或いはこれらの混合物が適している。有機溶剤の具体例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のグリコール類、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等のセロソルブ類等が挙げられ、これらは単独又は二種以上の混合溶剤として使用することができる。
本発明の色素を溶剤に溶解或いは分散する場合の色素濃度としては、色素の溶解性やリオトロピック液晶状態などの会合状態の形成の濃度にも依存するが、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.5重量%以上、好ましくは30重量%以下、より好ましくは20重量%以下である。
又、色素溶液等として異方性色素膜用組成物を基材へ塗布する場合は、基材への濡れ性、塗布性を向上させるため、必要に応じて界面活性剤等の添加剤を加えることができる。界面活性剤としては、アニオン系、カチオン系、ノニオン系のいずれも使用可能である。その添加濃度は通常0.05重量%以上、0.5重量%以下が好ましい。
更に、本発明は上記異方性色素膜用組成物を用いて形成された異方性色素膜或いは本発明の異方性色素膜用色素を含有する異方性色素膜に関する。上記した様に、本発明の一般式(1)で表されるトリスアゾ色素は、特定の色素構造を有するため、通常高いリオトロピック液晶状態を形成し、高次の分子配向状態を生ずることができ、高い二色性を示すことができる。従って、該色素を用いた本発明の異方性色素膜は、高い二色性を示す有用な色素膜である。
本発明の異方性色素膜は高い二色比を示すが、二色比は5以上のものが好ましく、より好ましくは12以上、特に好ましくは15以上のものが有用である。
本発明の色素を用いて形成される異方性色素膜は、湿式成膜法により作製することが好ましい。湿式製膜法としては、通常、色素溶液などの本発明の色素を含有する組成物を調製後、該組成物をガラス板などの各種基材に塗布し、色素を配向、積層して得る方法などの公知の方法が適宜適用される。
湿式成膜法としては、例えば、原崎勇次著 「コーティング方式」[ 槇書店、1979年10月30日発行、3ページ(表1−2)および6ページから154ページ]に記載の各コータ方式や市村國宏監修 「分子協調材料の創製と応用」[ 株式会社シーエムシー出版、1998年3月3日発行、118ページから149ページなど]に記載の公知の方法が挙げられ、更には、あらかじめ配向処理を施した基材上に、色素を含有する異方性色素膜用組成物をスピンコート法、スプレーコート法、バーコート法、ロールコート法、ブレードコート法などで塗布する方法が挙げられる。
基材上への塗布時の温度は、好ましくは0℃以上、80℃以下、湿度は好ましくは10%RH以上、80%RH以下程度である。乾燥時の温度は好ましくは0℃以上、120℃以下、湿度は好ましくは10%RH以上、80%RH以下程度である。
前記の方法等で基材上に異方性色素膜を形成する場合、通常乾燥後の膜厚は、好ましくは50nm以上、更に好ましくは100nm以上、好ましくは50μm以下、更に好ましくは1μm以下である。
本発明の異方性色素膜の形成に使用される基材として、ガラスやトリアセテート、アクリル系樹脂、ポリエステル、トリアセチルセルロース又はウレタン系高分子等の樹脂フィルム等が挙げられる。また、この基材表面には、本発明の色素の配向方向を制御するために、公知の方法、例えば「液晶便覧」[丸善株式会社、平成12年10月30日発行、226ページから239ページなど]に記載の公知の方法により、配向処理層を施しておいてもよい。特に、本発明の色素は、水素結合性基で置換されたアルキル基またはアルコキシ基を有するため、基材表面への親和性が良好であることから、基材表面として樹脂(特に、孤立電子対(n電子)を有するOやN原子などを含むものが好ましい)フィルムを用いた基板が好ましい。
上記のような方法で、塗布により形成された色素の異方性色素膜は、通常機械的強度が低いので、必要に応じ保護層を設けて使用する。この保護層は、例えば、トリアセテート、アクリル系樹脂、ポリエステル、ポリイミド、トリアセチルセルロース又はウレタン系高分子等のフィルム等の透明な高分子膜によりラミネーションして形成され、実用に供する。
また、本発明の異方性色素膜をLCDやOLEDなどの各種の表示素子に偏光フィルター等として用いる場合には、これらの表示素子を構成する電極基板などに直接色素膜を形成したり、色素膜を形成した基材をこれら表示素子の構成部材に用いることができる。
本発明の異方性色素膜は、光吸収の異方性を利用し直線偏光、円偏光、楕円偏光等を得る偏光膜として機能する他、膜形成プロセスと基材や色素を含有する異方性色素膜用組成物の選択により、屈折異方性や伝導異方性などの各種異方性膜としての機能化が可能となり、様々な種類の、多様な用途に使用可能な偏光素子とすることができる。
本発明の偏光素子は、上述した本発明の異方性色素膜を用いたものであるが、異方性色素膜のみからなる偏光素子であってもよいし、基板上に異方性色素膜を有する偏光素子であってもよい。基板上に異方性色素膜を有する偏光素子は、基板も含めて偏光素子とよぶ。
本発明の異方性色素膜を基板上に形成して偏光素子として使用する場合、形成された異方性色素膜そのものを使用してもよく、また上記の様な保護層のほか、粘着層或いは反射防止層、配向膜、位相差フィルムとしての機能、輝度向上フィルムとしての機能、反射フィルムとしての機能、半透過反射フィルムとしての機能、拡散フィルムとしての機能などの光学機能をもつ層など、様々な機能をもつ層を湿式成膜法などにより積層形成し、積層体として使用してもよい。
これら光学機能を有する層は、例えば以下の様な方法により形成することが出来る。
位相差フィルムとしての機能を有する層は、例えば特許第2841377号公報、特許第3094113号公報などに記載の延伸処理を施したり、特許第3168850号公報などに記載された処理を施したりすることにより形成することができる。
また、輝度向上フィルムとしての機能を有する層は、例えば特開 2002-169025号公報や特開 2003-29030 号公報に記載されるような方法で微細孔を形成すること、或いは、選択反射の中心波長が異なる2層以上のコレステリック液晶層を重畳することにより形成することができる。
反射フィルム又は半透過反射フィルムとしての機能を有する層は、蒸着やスパッタリングなどで得られた金属薄膜を用いて形成することができる。
拡散フィルムとしての機能を有する層は、上記の保護層に微粒子を含む樹脂溶液をコーティングすることにより、形成することができる。
また、位相差フィルムや光学補償フィルムとしての機能を有する層は、ディスコティック液晶性化合物、ネマティック液晶性化合物などの液晶性化合物を塗布して配向させることにより形成することができる。
本発明に係る色素を用いた異方性色素膜は、ガラスなどの高耐熱性基材上に直接形成することが可能であり、高耐熱性の偏光素子を得ることができるという点から、液晶ディスプレーや有機ELディスプレーだけでなく液晶プロジェクタや車載用表示パネル等、高耐熱性が求められる用途に好適に使用することができる。
次に、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
尚、以下の実施例中、二色比は、ヨウ素系偏光素子を入射光学系に配した分光光度計で異方性色素膜の透過率を測定した後、次式により計算した。
二色比(D)=Az/Ay
Az=−log(Tz)
Ay=−log(Ty)
Tz:色素膜の吸収軸方向の偏光に対する透過率
Ty:色素膜の偏光軸方向の偏光に対する透過率
(実施例1)
水87部に、色素として前記色素No.(1−1)のナトリウム塩13部を加え、撹拌溶解後濾過して色素水溶液(異方性色素膜用組成物)を得た。
一方、基材として、ガラス基板上にシルク印刷法によりポリアミック酸誘導体を塗布した後、焼成・ラビング処理することによりポリイミドの配向膜が形成されたガラス製基板(75mm×25mm、厚さ1.1mm、ポリイミド膜厚約800Åのポリイミド配向膜をあらかじめ綿布でラビング処理を施したもの)を準備した。この基材上に前記色素水溶液を“Mayer rods”(RD SPECIALTIES製 No.2)で塗布した後、自然乾燥することによりラビング方向に色素が配向した異方性色素膜を得た。
得られた異方性色素膜における色素膜面内の吸収軸方向に振動面を有する偏光に対する透過率(Tz)および色素膜面内の偏光軸方向に振動面を有する偏光に対する透過率(Ty)を測定し、図1に示す。また、各波長における二色比(D)を図2に示す。本発明の色素膜は、約400nmから約600nmの広い波長帯域でほぼ一定な高い二色比(光吸収異方性)を有し、偏光膜としての光学特性が優れていた。
(実施例2)
水68部に、前記色素No.(1−4)のナトリウム塩32部を加え、撹拌溶解後濾過して色素水溶液(異方性色素膜用組成物)を得た。この組成物を実施例1で用いたのと同様な配向処理済みの基板に、ギャップ2μmの4面アプリケーター(井元製作所社製)で塗布した後、自然乾燥することにより異方性色素膜を得た。得られた異方性色素膜の吸収軸方向に振動面を有する偏光に対する透過率(Tz)および色素膜面内の偏光軸方向に振動面を有する偏光に対する透過率(Ty)を測定し、図3に示す。また、各波長における二色比(D)を図4に示す。本発明の色素膜は、約400nmから約600nmの広い波長帯域でほぼ一定な高い二色比(光吸収異方性)を有し、偏光膜としての光学特性が優れていた。
(実施例3)
水85部に、前記色素No.(1−7)のナトリウム塩15部を加え、撹拌溶解後濾過して色素水溶液(異方性色素膜用組成物)を得た。この組成物を実施例1で用いたのと同様な配向処理済みの基板に、ギャップ10μmの4面アプリケーター(井元製作所社製)で塗布した後、自然乾燥することにより異方性色素膜を得た。得られた異方性色素膜の吸収軸方向に振動面を有する偏光に対する透過率(Tz)および色素膜面内の偏光軸方向に振動面を有する偏光に対する透過率(Ty)を測定し、図5に示す。また、各波長における二色比(D)を図6に示す。
本実施例の色素膜は、550nmから700nmの領域における二色性が高く、偏光膜としての光学特性が優れていた。
(実施例4)
水80部に前記色素No.(1−16)のナトリウム塩20部を加え、撹拌溶解後濾過して色素水溶液(異方性色素膜用組成物)を得た。この組成物を実施例1で用いたのと同様な配向処理済みの基板に、実施例3と同様な方法で塗布した後、自然乾燥することにより異方性色素膜を得た。得られた異方性色素膜の吸収軸方向に振動面を有する偏光に対する透過率(Tz)および色素膜面内の偏光軸方向に振動面を有する偏光に対する透過率(Ty)を測定し、図7に示す。また、各波長における二色比(D)を図8に示す。本実施例の色素膜は、約400nmから約600nmの広い波長帯域でほぼ一定な高い二色比(光吸収異方性)を有し、偏光膜としての光学特性が優れていた。
(実施例5)
水93部に前記色素No.(1−22)のナトリウム塩7部を加え、撹拌溶解後濾過して色素水溶液(異方性色素膜用組成物)を得た。この組成物を実施例1で用いたのと同様な配向処理済みの基板に、実施例3と同様な方法で塗布した後、自然乾燥することにより異方性色素膜を得た。得られた異方性色素膜の吸収軸方向に振動面を有する偏光に対する透過率(Tz)および色素膜面内の偏光軸方向に振動面を有する偏光に対する透過率(Ty)を測定し、図9に示す。また、各波長における二色比(D)を図10に示す。本実施例の色素膜は、約400nmから約600nmの広い波長帯域でほぼ一定な高い二色比(光吸収異方性)を有し、偏光膜としての光学特性が優れていた。
(実施例6)
低抗率18.2MΩ・cmの超純水およびアセトンの順に浸漬後、自然乾燥させることにより前洗浄処理した。厚さ100μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(三菱化学ポリエステルフィルム社製:O300E)をナイロン布でラビング処理を施し、実施例1に記載の色素水溶液(異方性色素膜用組成物)をMayer rods(RD SPEClALTIES製:No.2)で塗布した後、自然乾燥することにより異方性色素膜フィルムを得た。得られた1枚のフィルムの自然光に対する透過率を単体透過率として測定した。また、色素塗布面が接するように2枚のフィルムを重ね合せて各々の異方性色素膜の吸収軸が平行となる時の透過率を平行透過率として測定し、さらに各々の異方性色素膜の吸収軸が直交(垂直)となる時の透過率を直交透過率として測定した。これら3条件下における透過率を図13に示す。
本実施例の異方性色素膜フィルムは450nmから650nmの広い波長領域で10以上の高い二色性を有し、偏光膜(フィルム)としての光学特性が優れていた。
(比較例1)
実施例1において前記色素No.(1−1)の色素の代わりに、下記構造式の色素を用いた以外は、同様な方法により色素水溶液を調製し、異方性色素膜を作成した。
得られた異方性色素膜における色素膜面内の吸収軸方向に振動面を有する偏光に対する透過率(Tz)および色素膜面内の偏光軸方向に振動面を有する偏光に対する透過率(Ty)を測定し、図11に示す。また、各波長における二色比(D)を図12に示す。得られた色素膜の極大吸収波長は585nm、二色比は3であった。
実施例1の異方性色素膜における該膜面内の吸収軸方向の偏光に対する透過率(Tz)および偏光軸方向の偏光に対する透過率(Ty)を示す。 実施例1の異方性色素膜の各波長における二色比(D)を示す。 実施例2の異方性色素膜における該膜面内の吸収軸方向の偏光に対する透過率(Tz)および偏光軸方向の偏光に対する透過率(Ty)を示す。 実施例2の異方性色素膜の各波長における二色比(D)を示す。 実施例3の異方性色素膜における該膜面内の吸収軸方向の偏光に対する透過率(Tz)および偏光軸方向の偏光に対する透過率(Ty)を示す。 実施例3の異方性色素膜の各波長における二色比(D)を示す。 実施例4の異方性色素膜における該膜面内の吸収軸方向の偏光に対する透過率(Tz)および偏光軸方向の偏光に対する透過率(Ty)を示す。 実施例4の異方性色素膜の各波長における二色比(D)を示す。 実施例5の異方性色素膜における該膜面内の吸収軸方向の偏光に対する透過率(Tz)および偏光軸方向の偏光に対する透過率(Ty)を示す。 実施例5の異方性色素膜の各波長における二色比(D)を示す。 比較例1の異方性色素膜における該膜面内の吸収軸方向の偏光に対する透過率(Tz)および偏光軸方向の偏光に対する透過率(Ty)を示す。 比較例1の異方性色素膜の各波長における二色比(D)を示す。 実施例6の異方性色素膜における単体透過率、平行透過率及び直交透過率を示す。

Claims (8)

  1. 遊離酸の形が下記一般式(1)で表されるトリスアゾ色素であって、B及びDで表される基の少なくとも一方が、下記Q1に記載の置換基を少なくとも1つ有することを特徴とするトリスアゾ色素。
    Q1:水素結合性基で置換されたアルキル基またはアルコキシ基
    (式(1)中、Aで表される基は置換されていてもよいフェニル基またはナフチル基を表す。
    およびDで表される基はそれぞれ独立に、置換されていてもよいフェニレン基またはナフチレン基を表し、Q1以外の置換基を有していてもよい。
    は、置換されていてもよいアミノ基または水酸基を表す。
    mは、0または1を表す。
  2. 前記一般式(1)において、Q1で表される置換基が下記Q2であることを特徴とする請求項1に記載のトリスアゾ色素。
    Q2:−OH基、−COOH基、−NR基、−SONR基、若しくは−CONR基で置換されたアルキル基またはアルコキシ基
    (R〜Rは、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜6の置換されていてもよいアルキル基を表す。)
  3. 上記一般式(1)において、BおよびDで表される基はそれぞれ独立に、下記式(a)または(b)で表される基であることを特徴とする請求項1または2に記載のトリスアゾ色素。
    (式(a)および式(b)において、Q3及びQ4はそれぞれ独立に、上記Q1に記載の置換基である。pは、1または2を表す。nは、0または1を表す。)
  4. 上記一般式(1)において、Aで表される基が、下記式(c)で表される基であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のトリスアゾ色素。

    (式(c)中、Yはスルホ基、カルボキシ基またはリン酸基を表す。
    は、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基、置換されていてもよいアミノ基、置換されていてもよい炭素数1〜4のアルキル基、置換されていてもよい炭素数1〜4のアルコキシ基、スルホ基またはカルボキシ基を表す。
    qは、0または1を表す。)
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載のトリスアゾ色素及び溶剤を含有することを特徴とする異方性色素膜用組成物。
  6. 請求項1〜4のいずれか一項に記載のトリスアゾ色素を含有することを特徴とする異方性色素膜。
  7. 請求項5に記載の異方性色素膜用組成物を用いて形成されたことを特徴とする請求項6に記載の異方性色素膜。
  8. 請求項6または7に記載の異方性色素膜を用いてなる偏光素子。
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