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
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Abstract
【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、B1、D1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、A1;フェニル基またはナフチル基、B1、D1;フェニレン基またはナフチレン基、X1;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
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。
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。
Dreyer,J.F., Phys. and Colloid Chem., 1948, 52, 808., "The Fixing of Molecular Orientation"
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
B1およびD1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。
X1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。)
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。
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。
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、A1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。
B1およびD1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。
X1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。
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。
<B1およびD1で表される基>
B1およびD1で表される基(以下、B1およびD1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、B1およびD1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、−NR1R2基、−SO2NR3R4基或いは−CONR5R6基で置換されたアルキル基又はアルコキシ基
ここで、R1〜R6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。
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。
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。
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。
本発明において、B1及びD1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。
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。
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。
上記一般式(1)において、A1で表される基(以下、A1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。A1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。
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。
Z1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、A1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Z1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。
末端ナフチル基が有する置換基X1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、X1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。
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。
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。
(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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (8)
- 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、B1及びD1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
B1およびD1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。
X1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。 - 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、−NR1R2基、−SO2NR3R4基、若しくは−CONR5R6基で置換されたアルキル基またはアルコキシ基
(R1〜R6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。) - 上記一般式(1)において、B1およびD1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。
- 上記一般式(1)において、A1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、Y1はスルホ基、カルボキシ基またはリン酸基を表す。
Z1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。) - 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。
- 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。
- 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。
- 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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