JP2007230968A - オキセタニル基を有する重合性メソゲン化合物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、新規な重合可能なオキセタニル基を有する重合性メソゲン化合物に関する。さらに、該化合物を含む液晶性組成物に関する。
近年、液晶性化合物を含む液晶性組成物からなる光学フィルムが、液晶表示装置の光学補償用途や視野角拡大用途などに用いられるようになってきている。液晶性組成物からなる光学フィルムの作製方法としては、例えば、配向膜を有する基板上に液晶性組成物の薄膜を形成した後、加熱して液晶を配向させフィルムを作成する方法が報告されている。(特許文献1)が挙げられる。しかし、この方法で作製されたフィルムにおいては温度によって液晶配向が乱れてしまう場合があるなどの欠点があった。
反応性基を有する液晶性低分子化合物を含む組成物を配向基板を備えた液晶セル内で加熱して液晶配向させ、次いでこれを光や熱などの外部刺激によって液晶化合物の配向を固定化してフィルムを作成する方法(特許文献2)も知られているが、流動性や複屈折などの物性の温度依存性が大きく、所望のパラメータを有する光学フィルムの作製が困難である。
液晶性組成物に反応性基を有する高分子化合物を導入する試みが数多く行われる中で、液晶配向構造の固定化の際の反応性に優れた反応性基を有する側鎖型液晶性高分子物質の原料に適した新規化合物の提案もなされている。しかし、これらの化合物群は配向性に乏しく、また、配向固定化後に配向が乱れるため、光漏れのない視野角補償用位相差板への適用には不向きであった(特許文献3、4、5)。
特開平3−9321号公報
特開平8−21915号公報
特開2004−123882号公報
特開2004−123597号公報
特開2004−31573号公報
本発明は、配向性に優れ、かつ、配向固定化後に配向の乱れが少ない液晶性組成物の提供を課題とする。本発明はまた、このような組成物の提供を可能とする化合物の提供を課題とする。
上記課題を解決するための手段は、以下のとおりである。
[1] 下記式(1)で表されるオキセタニル基を有する重合性メソゲン化合物。
[1] 下記式(1)で表されるオキセタニル基を有する重合性メソゲン化合物。
(式中、Pは重合性基を表し;Sp1およびSp2はそれぞれスペーサーを表し;L1およびL2は2価の連結基を表し;M1は下記式(2−1)〜(2−14)で表される2価の基ならびに下記式(2−1)〜式(2−14)で表される2価の基が任意に置換されている2価の基からなる群から選択される1個以上の基を有するメソゲン基を表し、(ただし、M1における下記式(2−1)〜(2−14)で表される2価の基および式(2−1)〜(2−14)で表される2価の基が任意に置換されている2価の基からなる群から選択される1個以上の基が、下記式(2−1)〜(2−5)で表される2価の基および下記式(2−1)〜(2−5)で表される2価の基が任意に置換されている2価の基のみからなる場合、M1が、少なくとも1個以上の置換基(ただし、式(2−1)で表される基に単置換しているメチル基を除く)を有する少なくとも1個の式(2−1)〜式(2−5)からなる群から選択される基を有するか、またはさらに−N=N−、−N=CH−、−C(CN)=CH−、及び−CONHCONHCO−からなる群から選択される1個以上の基を有することが好ましい);Oxは置換または無置換のオキセタニル基を有する基を表す:
[2] Oxで表される基が、式(4)で表される基である、[1]に記載の化合物。
[3]Pで表される重合性基が、(メタ)アクリロイル基である、[1]または[2]に記載の化合物。
[4]M1で表されるメソゲン基が1つ以上のフッ素原子をさらに有する[1]〜[3]のいずれか一項に記載の化合物。
[5]M1で表されるメソゲン基が1つ以上のアセチレン基を有する[1]〜[4]のいずれか一項に記載の化合物。
[4]M1で表されるメソゲン基が1つ以上のフッ素原子をさらに有する[1]〜[3]のいずれか一項に記載の化合物。
[5]M1で表されるメソゲン基が1つ以上のアセチレン基を有する[1]〜[4]のいずれか一項に記載の化合物。
[6] M1で表されるメソゲン基が式(5)で表される基である[1]〜[5]のいずれか一項に記載の化合物。
―Hex1−Sp3−Hex2−Sp4−Hex3− 式(5)
(式中、Hex1〜Hex3はそれぞれ独立に置換または無置換の1,4−フェニレン基または置換または無置換の1,4−シクロへキシレン基を表し、Sp3及びSp4はそれぞれ独立に単結合、−OCO−、−COO−、またはアセチレン基を表す。)
[7] M1で表されるメソゲン基が下記のいずれかの基である[1]〜[6]のいずれか一項に記載の化合物。
―Hex1−Sp3−Hex2−Sp4−Hex3− 式(5)
(式中、Hex1〜Hex3はそれぞれ独立に置換または無置換の1,4−フェニレン基または置換または無置換の1,4−シクロへキシレン基を表し、Sp3及びSp4はそれぞれ独立に単結合、−OCO−、−COO−、またはアセチレン基を表す。)
[7] M1で表されるメソゲン基が下記のいずれかの基である[1]〜[6]のいずれか一項に記載の化合物。
[8]Sp2で表されるスペーサーが単結合である[1]〜[7]のいずれか一項に記載の化合物。
[9]Sp1で表されるスペーサーが、単結合または−(CH2)n−(nは1〜4の整数を表す)である[1]〜[8]のいずれか一項に記載の化合物。
[10]L1およびL2で表される2価の連結基が、それぞれ独立に、単結合、−O−、−S−、−OCO−、−COO−、−OCOO−、−CO−、−CH2−、−CONH−、−NHCO−、−NHCOO−、−OCONH−、または−CONHCONHCO−である[1]〜[9]のいずれか一項に記載の化合物。
[11]L1が−O−である[1]〜[10]のいずれか一項に記載の化合物。
[12]L2が単結合である[1]〜[11]のいずれか一項に記載の化合物。
[9]Sp1で表されるスペーサーが、単結合または−(CH2)n−(nは1〜4の整数を表す)である[1]〜[8]のいずれか一項に記載の化合物。
[10]L1およびL2で表される2価の連結基が、それぞれ独立に、単結合、−O−、−S−、−OCO−、−COO−、−OCOO−、−CO−、−CH2−、−CONH−、−NHCO−、−NHCOO−、−OCONH−、または−CONHCONHCO−である[1]〜[9]のいずれか一項に記載の化合物。
[11]L1が−O−である[1]〜[10]のいずれか一項に記載の化合物。
[12]L2が単結合である[1]〜[11]のいずれか一項に記載の化合物。
[13]下記の式で表される化合物。
本発明により、オキセタニル基を有する新規な重合性メソゲン化合物が提供される。本発明の化合物を含む液晶性組成物は、重合により、配向固定化後の配向の乱れが少ない、位相差膜を作製することができ、光漏れの極めて少ない視野角補償用位相差板に適用することができる。
本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
以下、式(1)で表されるオキセタニル基を有する重合性メソゲン化合物につき、説明する。
M1で表されるメソゲン基は、上記式(2−1)〜(2−14)ならびに式(2−1)〜式(2−14)で表される2価の基が任意に置換されている2価の基からなる群から選択される1個以上の基、好ましくは3個以上の基、より好ましくは3個の基から構成されていればよい。なお、例えば式(2−1)で表される2価の基は無置換の1,4−フェニレン基、式(2−2)で表される2価の基は無置換の1,4−シクロへキシレン基を表すものである。
M1で表されるメソゲン基が前記の基の2個以上から構成されている場合は、前記の基は、それぞれ、単結合、アセチレン基(−CC−)、−N=N−、−N=CH−、−C(CN)=CH−、−CONHCONHCO−、−O−、−S−、−OCO−、−COO−、−OCOO−、−CO−、−CH2−、−CONH−、−NHCO−、−NHCOO−、および−OCONH−からなる群から選択される連結基によって結合していればよく、好ましくは単結合、アセチレン基(−CC−)、−OCO−、−COO−、−N=N−、−N=CH−、−C(CN)=CH−、および−CONHCONHCO−からなる群から選択される連結基によって結合していればよく、さらに好ましくは、単結合、アセチレン基(−CC−)、−OCO−、および−COO−からなる群から選択される連結基によって結合していればよい。
式(2−1)〜式(2−14)に置換していてもよい置換基としては、式(1)で表されるオキセタニル基を有する重合性メソゲン化合物が液晶性を示す範囲で、何れの置換基でもよいが、例えば、下記の置換基が挙げられる:
M1で表されるメソゲン基は、上記式(2−1)〜(2−14)ならびに式(2−1)〜式(2−14)で表される2価の基が任意に置換されている2価の基からなる群から選択される1個以上の基、好ましくは3個以上の基、より好ましくは3個の基から構成されていればよい。なお、例えば式(2−1)で表される2価の基は無置換の1,4−フェニレン基、式(2−2)で表される2価の基は無置換の1,4−シクロへキシレン基を表すものである。
M1で表されるメソゲン基が前記の基の2個以上から構成されている場合は、前記の基は、それぞれ、単結合、アセチレン基(−CC−)、−N=N−、−N=CH−、−C(CN)=CH−、−CONHCONHCO−、−O−、−S−、−OCO−、−COO−、−OCOO−、−CO−、−CH2−、−CONH−、−NHCO−、−NHCOO−、および−OCONH−からなる群から選択される連結基によって結合していればよく、好ましくは単結合、アセチレン基(−CC−)、−OCO−、−COO−、−N=N−、−N=CH−、−C(CN)=CH−、および−CONHCONHCO−からなる群から選択される連結基によって結合していればよく、さらに好ましくは、単結合、アセチレン基(−CC−)、−OCO−、および−COO−からなる群から選択される連結基によって結合していればよい。
式(2−1)〜式(2−14)に置換していてもよい置換基としては、式(1)で表されるオキセタニル基を有する重合性メソゲン化合物が液晶性を示す範囲で、何れの置換基でもよいが、例えば、下記の置換基が挙げられる:
アルキル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜12、特に好ましくは炭素数1〜8のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−ヘキサデシル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8のアルケニル基であり、例えば、ビニル基、アリル基、2−ブテニル基、3−ペンテニル基などが挙げられる)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8のアルキニル基であり、例えば、プロパルギル基、3−ペンチニル基などが挙げられる)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12のアリール基であり、例えば、フェニル基、p−メチルフェニル基、ナフチル基などが挙げられる)、置換もしくは無置換のアミノ基(好ましくは炭素数0〜20、より好ましくは炭素数0〜10、特に好ましくは炭素数0〜6のアミノ基であり、例えば、無置換アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基などが挙げられる)、
アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜12、特に好ましくは炭素数1〜8のアルコキシ基であり、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基などが挙げられる)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12のアリールオキシ基であり、例えば、フェニルオキシ基、2−ナフチルオキシ基などが挙げられる)、アシル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12アシル基であり、例えば、アセチル基、ベンゾイル基、ホルミル基、ピバロイル基などが挙げられる)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜12のアルコキシカルボニル基であり、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基などが挙げられる)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数7〜20、より好ましくは炭素数7〜16、特に好ましくは炭素数7〜10のアリールオキシカルボニル基であり、例えば、フェニルオキシカルボニル基などが挙げられる)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜10のアシルオキシ基であり、例えば、アセトキシ基、ベンゾイルオキシ基などが挙げられる)、
アシルアミノ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜10のアシルアミノ基であり、例えばアセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基などが挙げられる)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜12のアルコキシカルボニルアミノ基であり、例えば、メトキシカルボニルアミノ基などが挙げられる)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数7〜20、より好ましくは炭素数7〜16、特に好ましくは炭素数7〜12のアリールオキシカルボニルアミノ基であり、例えば、フェニルオキシカルボニルアミノ基などが挙げられる)、スルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のスルホニルアミノ基であり、例えば、メタンスルホニルアミノ基、ベンゼンスルホニルアミノ基などが挙げられる)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜20、より好ましくは炭素数0〜16、特に好ましくは炭素数0〜12のスルファモイル基であり、例えば、スルファモイル基、メチルスルファモイル基、ジメチルスルファモイル基、フェニルスルファモイル基などが挙げられる)、カルバモイル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のカルバモイル基であり、例えば、無置換のカルバモイル基、メチルカルバモイル基、ジエチルカルバモイル基、フェニルカルバモイル基などが挙げられる)、
アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のアルキルチオ基であり、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基などが挙げられる)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12のアリールチオ基であり、例えば、フェニルチオ基などが挙げられる)、スルホニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のスルホニル基であり、例えば、メシル基、トシル基などが挙げられる)、スルフィニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のスルフィニル基であり、例えば、メタンスルフィニル基、ベンゼンスルフィニル基などが挙げられる)、ウレイド基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のウレイド基であり、例えば、無置換のウレイド基、メチルウレイド基、フェニルウレイド基などが挙げられる)、リン酸アミド基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12のリン酸アミド基であり、例えば、ジエチルリン酸アミド基、フェニルリン酸アミド基などが挙げられる)、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは1〜12のヘテロ環基であり、例えば、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を有するヘテロ環基であり、例えば、イミダゾリル基、ピリジル基、キノリル基、フリル基、ピペリジル基、モルホリノ基、ベンゾオキサゾリル基、ベンズイミダゾリル基、ベンズチアゾリル基などが挙げられる)、シリル基(好ましくは、炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは、炭素数3〜24のシリル基であり、例えば、トリメチルシリル基、トリフェニルシリル基などが挙げられる)。これらの置換基はさらにこれらの置換基によって置換されていてもよい。
上記の置換基として好ましくは、ハロゲン原子、カルボキシル基、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のハロゲン置換アルキル基、またはカルボキシル基が置換した炭素数1〜8のアルキル基が挙げられ、より好ましくは、フッ素原子、塩素原子、カルボキシル基、メチル基、またはフッ素置換メチル基が挙げられ、さらに好ましくはフッ素原子が挙げられる。但し、式(2−1)〜式(2−5)で表される2価の基のそれぞれにおいて、1個のメチル基が置換している場合、該2価の基はさらに1個以上の置換基を有することが好ましい。
M1で表されるメソゲン基における式(2−1)〜式(2−14)からなる群から選択される基の少なくとも1つは、少なくとも1個以上の置換基を有することが好ましい。特に、M1で表されるメソゲン基における式(2−1)〜式(2−14)からなる群から選択される基が式(2−1)〜式(2−5)からなる群から選択される基のみからなる場合、M1で表されるメソゲン基における式(2−1)〜式(2−5)からなる群から選択される基の少なくとも1個は、少なくとも1個以上の置換基(ただし、式(2−1)で表される基に単置換しているメチル基を除く)を有するか、またはM1で表されるメソゲン基はさらに−N=N−、−N=CH−、−C(CN)=CH−、及び−CONHCONHCO−からなる群から選択される1個以上の基を有することが好ましい。なお、式(2−1)で表される基に単置換しているメチル基とはモノメチル置換1,4−フェニレン基におけるメチル基(無置換)を意味する。
M1で表されるメソゲン基における式(2−1)〜式(2−14)からなる群から選択される基の少なくとも1つは、少なくとも1個以上の置換基を有することが好ましい。特に、M1で表されるメソゲン基における式(2−1)〜式(2−14)からなる群から選択される基が式(2−1)〜式(2−5)からなる群から選択される基のみからなる場合、M1で表されるメソゲン基における式(2−1)〜式(2−5)からなる群から選択される基の少なくとも1個は、少なくとも1個以上の置換基(ただし、式(2−1)で表される基に単置換しているメチル基を除く)を有するか、またはM1で表されるメソゲン基はさらに−N=N−、−N=CH−、−C(CN)=CH−、及び−CONHCONHCO−からなる群から選択される1個以上の基を有することが好ましい。なお、式(2−1)で表される基に単置換しているメチル基とはモノメチル置換1,4−フェニレン基におけるメチル基(無置換)を意味する。
M1で表されるメソゲン基として好ましい例としては下記の基を挙げることができる。
Pで表される重合性基は、重合性の官能基であれば何でもよいが、好ましくはラジカル重合性基、より好ましくは(メタ)アクリロイル基がよい。
Sp1およびSp2で表されるスペーサーは、単結合、または炭素数1個以上の2価の直鎖状または分岐状、飽和または不飽和炭化水素基であればよい。好ましくは、単結合または直鎖状飽和炭化水素基である。ここで、Sp1は好ましくは、単結合または−(CH2)n−(nは1〜4の整数を表す)、より好ましくは単結合または−(CH2)n−(nは2または4の整数を表す)であればよい。さらに、Sp2は好ましくは、単結合または−(CH2)n−(nは1〜4の整数を表す)、より好ましくは単結合または−(CH2)n−(nは2または4の整数を表す)、さらに好ましくは単結合であればよい。
本発明において、式(1)中の「L1」および「L2」で表される連結基は、前述したメソゲン基とスペーサ―を連結する基であれば何でもよいが、好ましいのは、単結合、−O−、−S−、−OCO−、−COO−、−OCOO−、−CO−、−CH2−、−CONH−、−NHCO−、−NHCOO−、−OCONH−、−CONHCONHCO−であり、より好ましいのは、−O−、−S−、−OCO−、−COO−、−OCOO−、−CO−、−CH2−、−CONH−、−NHCO−であり、さらに好ましいのは、単結合、−O−、−CH2−、最も好ましいのは単結合、または−O−である。L1は−O−であることが好ましく、L2は単結合であることが好ましい。L1が−O−であり、かつL2が単結合であることが特に好ましい。
Oxで表されるオキセタニル基を有する基としては、式(4)で表される基であることが好ましい。
式中、R2は水素原子、メチル基、またはエチル基を表す。R2はメチル基であることが好ましい。
式(1)で表される本発明のオキセタニル基を有する重合性メソゲン化合物として好ましい化合物としては下記の化合物を挙げることができる。
本発明のオキセタニル基を有する重合性メソゲン化合物の合成法は特に制限されるものではなく、通常の有機化学合成法で用いられる方法を適用することによって合成することができる。
例えば、ウィリアムソンのエーテル合成や、縮合剤を用いたエステル合成などの手段でオキセタニル基を持つ部位と(メタ)アクリル基を持つ部位をつなげることで、オキセタニル基と(メタ)アクリル基の2つの反応性官能基を持つオキセタニル基を有する(メタ)アクリロイル化合物を合成することができる。
合成法の一例を下記に示す。
例えば、ウィリアムソンのエーテル合成や、縮合剤を用いたエステル合成などの手段でオキセタニル基を持つ部位と(メタ)アクリル基を持つ部位をつなげることで、オキセタニル基と(メタ)アクリル基の2つの反応性官能基を持つオキセタニル基を有する(メタ)アクリロイル化合物を合成することができる。
合成法の一例を下記に示す。
上記式中、略号はそれぞれ下記を表す。
MsCl:メタンスルホニルクロリド
iPr2NEt:ジイソプロピルエチルアミン
DMAP:4,−ジメチルアミノピリジン
TEA:トリエチルアミン
TBAF:テトラブチルアンモニウムフロリド
MsCl:メタンスルホニルクロリド
iPr2NEt:ジイソプロピルエチルアミン
DMAP:4,−ジメチルアミノピリジン
TEA:トリエチルアミン
TBAF:テトラブチルアンモニウムフロリド
本発明のオキセタニル基を有する重合性メソゲン化合物の片末端はオキセタニル基であるが、他方の片末端をラジカル重合性基、例えば、(メタ)アクリロイル基にした場合、カチオン重合性基であるオキセタニル基と、ラジカル重合性の(メタ)アクリロイル基を有する2官能性のモノマーとなる。従って、このようなモノマーを含む液晶性組成物において、ラジカル重合で(メタ)アクリロイル基のみを重合させ、さらに、カチオン重合でオキセタニル基のみを重合させることが可能となる。すなわち、配向固定化後に配向の乱れが少なく、熱安定性の高い液晶フィルムを作製することが可能である。
また、異なる重合を別々に進行させることにより、パターニングされた配向固定化液晶フィルムを作製することが可能である。具体的なパターニング方法の例としては次のような方法を挙げることができるが、これらの方法に限定されない。
1)本発明の重合性メソゲン化合物、光ラジカル発生剤、および光酸発生剤から成る、液晶性組成物を配向膜上に塗布する。液晶性を示す温度範囲まで昇温した後、光ラジカル発生剤のみに吸収がある波長で照射し、ラジカル重合のみ進行させて、光学異方性ポリマーを得る。次いで、マスクを介して、光酸発生剤が吸収する波長でパターン露光を行い、カチオン重合を進行させる。ラジカル重合のみ進行させて得られたポリマーを溶解する現像液に浸漬することにより、ネガ型のパターンが得られる。
2)本発明の重合性メソゲン化合物、および光ラジカル発生剤から成る、液晶性組成物を配向膜上に塗布する。液晶性を示す温度範囲まで昇温した後、光照射し、ラジカル重合のみ進行させて、光学異方性ポリマーを得る。次いで、光酸発生剤を含む有機溶剤溶液を塗布することにより、光酸発生剤を該光学異方性ポリマーに含浸させる。マスクを介して露光を行い、カチオン重合を進行させる。ラジカル重合のみ進行させて得られたポリマーを溶解する現像液に浸漬することにより、ネガ型のパターンが得られる。
1)本発明の重合性メソゲン化合物、光ラジカル発生剤、および光酸発生剤から成る、液晶性組成物を配向膜上に塗布する。液晶性を示す温度範囲まで昇温した後、光ラジカル発生剤のみに吸収がある波長で照射し、ラジカル重合のみ進行させて、光学異方性ポリマーを得る。次いで、マスクを介して、光酸発生剤が吸収する波長でパターン露光を行い、カチオン重合を進行させる。ラジカル重合のみ進行させて得られたポリマーを溶解する現像液に浸漬することにより、ネガ型のパターンが得られる。
2)本発明の重合性メソゲン化合物、および光ラジカル発生剤から成る、液晶性組成物を配向膜上に塗布する。液晶性を示す温度範囲まで昇温した後、光照射し、ラジカル重合のみ進行させて、光学異方性ポリマーを得る。次いで、光酸発生剤を含む有機溶剤溶液を塗布することにより、光酸発生剤を該光学異方性ポリマーに含浸させる。マスクを介して露光を行い、カチオン重合を進行させる。ラジカル重合のみ進行させて得られたポリマーを溶解する現像液に浸漬することにより、ネガ型のパターンが得られる。
液晶性組成物中の本発明の重合性メソゲン化合物の濃度は、液晶性組成物の総質量に対して好ましくは30質量%〜99.9質量%、より好ましくは50質量%〜99.9質量%、さらに好ましくは70質量%〜99.9質量%であればよい。
本発明の重合性メソゲン化合物を含む液晶性組成物に添加される光ラジカル発生剤としては、光照射によりラジカルを発生するものであれば、何でもよいが、代表的なものとして下記の化合物が挙げられる。
本発明の重合性メソゲン化合物を含む液晶性組成物に添加される光ラジカル発生剤としては、光照射によりラジカルを発生するものであれば、何でもよいが、代表的なものとして下記の化合物が挙げられる。
光酸発生剤としては、光照射により酸を発生し、オキセタニル基のカチオン重合を開始させる作用を有するものであれば何でもよいが、オニウム塩が好ましい。この場合、対アニオンは有機アニオンおよび無機アニオンのいずれでもよい。オニウム塩としては、ヨードニウム塩、ジアゾニウム塩、スルホニウム塩などが挙げられるが、スルホニウム塩およびヨードニウム塩が好ましく、熱安定性を考慮するとスルホニウム塩がより好ましい。光酸発生剤として代表的なものとして下記の例が挙げられる。
本発明の重合性メソゲン化合物を重合する際には、他のモノマー類と共重合することもできる。他のモノマー類はラジカル重合性またはカチオン重合性を有するものであれば、特に限定されるものではなく、モノマー組成物として液晶性を示せば何でもよいが、配向性を上げるために、メソゲン基を有するモノマー類が好ましい。また必要によっては各種の増感剤を併用してもよい。
上記の光ラジカル発生剤または光酸発生剤の添加量は、本発明の重合性メソゲン化合物におけるメソゲン基やスペーサーの構造や、オキセタニル基当量、液晶の配向条件などにより異なるが、通常、液晶性組成物におけるモノマー総質量に対し、通常100質量ppm〜20質量%、好ましくは1000質量ppm〜10質量%、より好ましくは0.2質量%〜7質量%、最も好ましくは0.5質量%〜5質量%の範囲である。
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[実施例1]
下記のスキーム1に従って、オキセタニル基を持つアクリロイル化合物である化合物14を合成した。
下記のスキーム1に従って、オキセタニル基を持つアクリロイル化合物である化合物14を合成した。
(1−1)100mLの三口フラスコに化合物1(10g)、塩化アセチル 4.2g、テトラヒドロフラン 50mLを仕込み、0℃に冷却した。そこに、ピリジン4.2gを滴下し、室温に戻して30分間反応させた。反応溶液を酢酸エチル200mLで希釈した後、水洗した。カラムクロマトグラフィーで精製し、化合物2を12g得た。
(1−2)100mLの三口フラスコに化合物2(12g)、トリメチルシリルアセチレン 9.5g、トリエチルアミン50mL、トリフェニルホスフィン0.2g、ヨウ化銅0.03g、Pd(PPh3)Cl2 0.11gを仕込み、窒素雰囲気下、オイルバス温度110℃で4時間反応させた。反応溶液を酢酸エチル200mLで希釈した後、希塩酸で洗い、さらに水洗した。カラムクロマトグラフィーで精製し、化合物3を12.2g得た。
(1−2)100mLの三口フラスコに化合物2(12g)、トリメチルシリルアセチレン 9.5g、トリエチルアミン50mL、トリフェニルホスフィン0.2g、ヨウ化銅0.03g、Pd(PPh3)Cl2 0.11gを仕込み、窒素雰囲気下、オイルバス温度110℃で4時間反応させた。反応溶液を酢酸エチル200mLで希釈した後、希塩酸で洗い、さらに水洗した。カラムクロマトグラフィーで精製し、化合物3を12.2g得た。
(1−3)100mLの三口フラスコに化合物3(12.2g)、テトラブチルアンモニウムフルオライド 15.5g、テトラヒドロフラン50mLを仕込み、窒素雰囲気下、室温で30分間反応させた。反応溶液を酢酸エチル200mLで希釈した後、水洗した。溶媒を除去し、化合物4と5の混合物を得た。該混合物に、テトラヒドロフラン50mL、塩化アセチル4.2gを加え、0℃に冷却した。そこに、ピリジン4.2gを滴下し、室温に戻して30分間反応させた。反応溶液を酢酸エチル200mLで希釈した後、水洗した。ヘキサンで再結晶し、化合物5を7g得た。
(1−4)2Lの三口フラスコに化合物6(50g)、テトラブチルアンモニウムブロマイド 8.2g、ヘキサン 490mL、50wt%水酸化ナトリウム水溶液 640g、1,4−ジブロモブタン 317gを仕込み、室温で30分間、還流させながら4時間反応させた。反応溶液を水洗した後、溶媒を除去した。蒸留により精製し、化合物7を87g得た。
(1−4)2Lの三口フラスコに化合物6(50g)、テトラブチルアンモニウムブロマイド 8.2g、ヘキサン 490mL、50wt%水酸化ナトリウム水溶液 640g、1,4−ジブロモブタン 317gを仕込み、室温で30分間、還流させながら4時間反応させた。反応溶液を水洗した後、溶媒を除去した。蒸留により精製し、化合物7を87g得た。
(1−5)100mLの三口フラスコに化合物7(5g)、N,N−ジメチルアセトアミド 50mL、4−ブロモフェノール 3.7g、炭酸カリウム 4.4gを仕込み、150℃で8時間反応させた。反応溶液を酢酸エチル200mLで希釈した後、水洗し、化合物8を6.8g得た。
(1−6)100mLの三口フラスコに化合物5(3g)、化合物8(5.1g)、トリエチルアミン 20mL、トリフェニルホスフィン 0.06g、ヨウ化銅 0.01g、Pd(PPh3)Cl2 0.04gを仕込み、窒素雰囲気下、オイルバス温度110℃で4時間反応させた。反応溶液を酢酸エチル200mLで希釈した後、希塩酸で洗い、さらに水洗した。カラムクロマトグラフィーで精製し、化合物9を1.9g得た。
(1−7)
100mLの三口フラスコに化合物9(1.9g)、メタノール 20mL、炭酸カリウム 0.6gを仕込み、窒素雰囲気下、室温で1時間反応させた。反応溶液を酢酸エチル200mLで希釈した後、希塩酸で洗い、さらに水洗した。カラムクロマトグラフィーで精製し、化合物10を0.7g得た。
(1−6)100mLの三口フラスコに化合物5(3g)、化合物8(5.1g)、トリエチルアミン 20mL、トリフェニルホスフィン 0.06g、ヨウ化銅 0.01g、Pd(PPh3)Cl2 0.04gを仕込み、窒素雰囲気下、オイルバス温度110℃で4時間反応させた。反応溶液を酢酸エチル200mLで希釈した後、希塩酸で洗い、さらに水洗した。カラムクロマトグラフィーで精製し、化合物9を1.9g得た。
(1−7)
100mLの三口フラスコに化合物9(1.9g)、メタノール 20mL、炭酸カリウム 0.6gを仕込み、窒素雰囲気下、室温で1時間反応させた。反応溶液を酢酸エチル200mLで希釈した後、希塩酸で洗い、さらに水洗した。カラムクロマトグラフィーで精製し、化合物10を0.7g得た。
(1−8)1Lの三口フラスコに化合物11(20g)、N,N−ジメチルホルムアミド 200mL、炭酸カリウム 35g、4−ヒドロキシベンズアルデヒド 12.8gを仕込み、150℃で1時間反応させた。反応溶液を酢酸エチル700mLで希釈した後、希塩酸で洗い、さらに水洗して、化合物12を20.4をg得た。
(1−9)1Lの三口フラスコに化合物12(20.4g)、アセトニトリル 200mL、燐酸二水素ナトリウム 1.7g、水 8mL、31%過酸化水素水 9mLを仕込み、水冷しながら攪拌した。そこに、亜塩素酸ナトリウム 6.3g、水 40mLからなる水溶液を滴下した。室温で8時間反応させた後、水230mLを加えた。析出した結晶を濾過して、化合物13を20.6をg得た。
(1−10)100mLの三口フラスコに化合物13(0.49g)、テトラヒドロフラン 7mL、メタンスルホニルクロライド 0.21gを仕込み、0℃に冷却した。そこに、ジイソプロピルエチルアミン 0.24gを滴下し、室温に戻して30分間反応させた。その後、化合物10を0.75g加え、再度0℃に冷却した。ジイソプロピルエチルアミン 0.24g、N,N−ジメチルアミノピリジン 0.05gを加え、室温に戻して30分間反応させた。反応溶液を酢酸エチル100mLで希釈した後、水洗した。カラムクロマトグラフィーで精製し、さらにメタノールで再結晶し、化合物14を0.85g得た。
化合物14の1H−NMR(CDCl3,ppm):1.30、1.70-2.00、3.40-3.60、3.95-4.60、5.80-6.50、6.80-7.70、8.10-8.20
化合物14の1H−NMRスペクトルを図1に示す。
(1−9)1Lの三口フラスコに化合物12(20.4g)、アセトニトリル 200mL、燐酸二水素ナトリウム 1.7g、水 8mL、31%過酸化水素水 9mLを仕込み、水冷しながら攪拌した。そこに、亜塩素酸ナトリウム 6.3g、水 40mLからなる水溶液を滴下した。室温で8時間反応させた後、水230mLを加えた。析出した結晶を濾過して、化合物13を20.6をg得た。
(1−10)100mLの三口フラスコに化合物13(0.49g)、テトラヒドロフラン 7mL、メタンスルホニルクロライド 0.21gを仕込み、0℃に冷却した。そこに、ジイソプロピルエチルアミン 0.24gを滴下し、室温に戻して30分間反応させた。その後、化合物10を0.75g加え、再度0℃に冷却した。ジイソプロピルエチルアミン 0.24g、N,N−ジメチルアミノピリジン 0.05gを加え、室温に戻して30分間反応させた。反応溶液を酢酸エチル100mLで希釈した後、水洗した。カラムクロマトグラフィーで精製し、さらにメタノールで再結晶し、化合物14を0.85g得た。
化合物14の1H−NMR(CDCl3,ppm):1.30、1.70-2.00、3.40-3.60、3.95-4.60、5.80-6.50、6.80-7.70、8.10-8.20
化合物14の1H−NMRスペクトルを図1に示す。
[実施例2]
下記のスキーム2に従って、オキセタニル基を持つアクリロイル化合物である化合物23を合成した。
下記のスキーム2に従って、オキセタニル基を持つアクリロイル化合物である化合物23を合成した。
(2−1)(1−1)と同様の操作で化合物16を得た。
(2−2)(1−2)と同様の操作で化合物17を得た。
(2−3)(1−3)と同様の操作で化合物19を得た。
(2−4)(1−5)と同様の操作で化合物20を得た。
(2−5)(1−6)と同様の操作で化合物21を得た。
(2−6)(1−7)と同様の操作で化合物22を得た。
(2−7)(1−10)と同様の操作で化合物23を得た。
化合物23の1H−NMR(CDCL3,ppm):1.45、1.80-2.00、4.00-4.70、5.75-6.50、6.80-7.55、8.10-8.20
化合物23の1H−NMRスペクトルを図2に示す。
(2−2)(1−2)と同様の操作で化合物17を得た。
(2−3)(1−3)と同様の操作で化合物19を得た。
(2−4)(1−5)と同様の操作で化合物20を得た。
(2−5)(1−6)と同様の操作で化合物21を得た。
(2−6)(1−7)と同様の操作で化合物22を得た。
(2−7)(1−10)と同様の操作で化合物23を得た。
化合物23の1H−NMR(CDCL3,ppm):1.45、1.80-2.00、4.00-4.70、5.75-6.50、6.80-7.55、8.10-8.20
化合物23の1H−NMRスペクトルを図2に示す。
[実施例3]
下記スキーム3に従って、オキセタニル基を有するアクリロイル化合物30を合成した。
下記スキーム3に従って、オキセタニル基を有するアクリロイル化合物30を合成した。
(3−1)1Lの三口フラスコに化合物24(66g)、無水酢酸 63g、酢酸 400mLを仕込み、50℃に加熱した。そこに、濃硫酸 数滴加え、1時間反応させた。炭酸水素ナトリウム水溶液で中和した。カラムクロマトグラフィーで精製し、化合物25を61g得た。
(3−2)(1−5)と同様の操作で化合物26を得た。
(3−3)(1−7)と同様の操作で化合物27を得た。
(3−4)(1−10)と同様の操作で化合物28を得た。
(3−5)(1−9)と同様の操作で化合物29を得た。
(3−6)(1−10)と同様の操作で化合物30を得た。
化合物30の1H−NMR(CDCL3,ppm):1.30、1.65-2.05、3.40-3.60、3.90-4.60、5.80-6.50、6.80-7.50、8.10-8.40
化合物30の1H−NMRスペクトルを図3に示す。図中の×は水のピークを表す。
(3−2)(1−5)と同様の操作で化合物26を得た。
(3−3)(1−7)と同様の操作で化合物27を得た。
(3−4)(1−10)と同様の操作で化合物28を得た。
(3−5)(1−9)と同様の操作で化合物29を得た。
(3−6)(1−10)と同様の操作で化合物30を得た。
化合物30の1H−NMR(CDCL3,ppm):1.30、1.65-2.05、3.40-3.60、3.90-4.60、5.80-6.50、6.80-7.50、8.10-8.40
化合物30の1H−NMRスペクトルを図3に示す。図中の×は水のピークを表す。
[参考例1]
下記のスキーム4に従って、オキセタニル基を有するアクリロイル化合物35を合成した。
下記のスキーム4に従って、オキセタニル基を有するアクリロイル化合物35を合成した。
(1)(1−10)と同様の操作で化合物31を得た。
(2)(1−5)と同様の操作で化合物33を得た。
(3)(1−7)と同様の操作で化合物34を得た。
(4)(1−10)と同様の操作で化合物35を得た。
化合物35の1H−NMR(CDCL3,ppm):1.30、1.70-2.00、3.4-3.65、5.75-6.50、6.85-7.35、8.05-8.25
アクリロイル化合物35の1H−NMRスペクトルを図4に示す。
(2)(1−5)と同様の操作で化合物33を得た。
(3)(1−7)と同様の操作で化合物34を得た。
(4)(1−10)と同様の操作で化合物35を得た。
化合物35の1H−NMR(CDCL3,ppm):1.30、1.70-2.00、3.4-3.65、5.75-6.50、6.85-7.35、8.05-8.25
アクリロイル化合物35の1H−NMRスペクトルを図4に示す。
[実施例1,3および参考例1で合成した重合性メソゲン化合物の評価]
(配向層用塗布液の調製)
下記の組成物を調製し、孔径30μmのポリプロピレン製フィルタでろ過して、配向層用塗布液として用いた。
----------------------------------――
配向層用塗布液組成(%)
----------------------------------――
ポリビニルアルコール(PVA205、クラレ(株)製) 3.21
ポリビニルピロリドン(Luvitec K30、BASF社製) 1.48
蒸留水 52.1
メタノール 43.21
----------------------------------――
(配向層用塗布液の調製)
下記の組成物を調製し、孔径30μmのポリプロピレン製フィルタでろ過して、配向層用塗布液として用いた。
----------------------------------――
配向層用塗布液組成(%)
----------------------------------――
ポリビニルアルコール(PVA205、クラレ(株)製) 3.21
ポリビニルピロリドン(Luvitec K30、BASF社製) 1.48
蒸留水 52.1
メタノール 43.21
----------------------------------――
(光学異方性層用塗布液の調製)
下記の組成物を調製後、孔径0.2μmのポリプロピレン製フィルタでろ過して、光学異方性層用塗布液として用いた。
LC−1−1はTetrahedron Lett.誌誌、第43巻、6793頁(2002)に記載の方法準じて合成した。LC−1−2はEP1388538A1,page 21に記載の方法により合成した。
----------------------------------――
光学異方性層用塗布液組成(%)
----------------------------------――
オキセタニル基を有するメソゲン化合物 31.18
(実施例1,3および参考例1で合成したメソゲン化合物)
水平配向剤(LC−1−1) 0.10
光重合開始剤(LC−1−2) 1.36
ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロフォスフェート 1.36
メチルエチルケトン 66.0
----------------------------------――
下記の組成物を調製後、孔径0.2μmのポリプロピレン製フィルタでろ過して、光学異方性層用塗布液として用いた。
LC−1−1はTetrahedron Lett.誌誌、第43巻、6793頁(2002)に記載の方法準じて合成した。LC−1−2はEP1388538A1,page 21に記載の方法により合成した。
----------------------------------――
光学異方性層用塗布液組成(%)
----------------------------------――
オキセタニル基を有するメソゲン化合物 31.18
(実施例1,3および参考例1で合成したメソゲン化合物)
水平配向剤(LC−1−1) 0.10
光重合開始剤(LC−1−2) 1.36
ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロフォスフェート 1.36
メチルエチルケトン 66.0
----------------------------------――
(光学異方性層塗布基板の作製)
厚さ75μmのポリエチレンテレフタレートロールフィルム仮支持体の上に、スリット状ノズルを用いて、配向層用塗布液を塗布、乾燥させた。配向層の膜厚は1.6μmであった。続いて、形成した配向層をラビング処理した後、その上に光学異方性層用塗布液を#6のワイヤーバーコータで塗布し、膜面温度95℃で2分間加熱乾燥熟成して均一な液晶相を有する層を形成した。さらに熟成後直ちにこの層に対して、酸素濃度0.3%以下の窒素雰囲気下において、UVを照射(照度200mW/cm2、照射量200mJ/cm2)して光学異方層を固定化し、厚さ2.8μmの光学異方性層を形成した。
(評価)
実施例1,2および参考例1で合成したメソゲン化合物を用いた、光学異方性層塗布基板のヘイズと漏れ光を測定した。結果を表1に示す。なお、ヘイズは、25℃、60%RHでヘイズメーター(HGM−2DP、スガ試験機)でJIS K−6714に従って測定した。漏れ光測定においては、クロスニコルに配置した偏光板の間に、消光位になるように光学異方性層塗布基板を設置し、左斜め方向60°から観察した際の漏れ光を測定した。
厚さ75μmのポリエチレンテレフタレートロールフィルム仮支持体の上に、スリット状ノズルを用いて、配向層用塗布液を塗布、乾燥させた。配向層の膜厚は1.6μmであった。続いて、形成した配向層をラビング処理した後、その上に光学異方性層用塗布液を#6のワイヤーバーコータで塗布し、膜面温度95℃で2分間加熱乾燥熟成して均一な液晶相を有する層を形成した。さらに熟成後直ちにこの層に対して、酸素濃度0.3%以下の窒素雰囲気下において、UVを照射(照度200mW/cm2、照射量200mJ/cm2)して光学異方層を固定化し、厚さ2.8μmの光学異方性層を形成した。
(評価)
実施例1,2および参考例1で合成したメソゲン化合物を用いた、光学異方性層塗布基板のヘイズと漏れ光を測定した。結果を表1に示す。なお、ヘイズは、25℃、60%RHでヘイズメーター(HGM−2DP、スガ試験機)でJIS K−6714に従って測定した。漏れ光測定においては、クロスニコルに配置した偏光板の間に、消光位になるように光学異方性層塗布基板を設置し、左斜め方向60°から観察した際の漏れ光を測定した。
Claims (16)
- Pで表される重合性基が、(メタ)アクリロイル基である、請求項1または2に記載の化合物。
- M1で表されるメソゲン基が1つ以上のフッ素原子を有する請求項1〜3のいずれか一項に記載の化合物。
- M1で表されるメソゲン基が1つ以上のアセチレン基を有する請求項1〜4のいずれか一項に記載の化合物。
- M1で表されるメソゲン基が式(5)で表される基である請求項1〜5のいずれか一項に記載の化合物。
―Hex1−Sp3−Hex2−Sp4−Hex3− 式(5)
(式中、Hex1〜Hex3はそれぞれ独立に置換または無置換の1,4−フェニレン基または置換または無置換の1,4−シクロへキシレン基を表し、Sp3及びSp4はそれぞれ独立に単結合、−OCO−、−COO−、またはアセチレン基を表す。) - Sp2で表されるスペーサーが単結合である請求項1〜7のいずれか一項に記載の化合物。
- Sp1で表されるスペーサーが、単結合または−(CH2)n−(nは1〜4の整数を表す)である請求項1〜8のいずれか一項に記載の化合物。
- L1およびL2で表される2価の連結基が、それぞれ独立に、単結合、−O−、−S−、−OCO−、−COO−、−OCOO−、−CO−、−CH2−、−CONH−、−NHCO−、−NHCOO−、−OCONH−、または−CONHCONHCO−である請求項1〜9のいずれか一項に記載の化合物。
- L1が−O−である請求項1〜10のいずれか一項に記載の化合物。
- L2が単結合である請求項1〜11のいずれか一項に記載の化合物。
- 請求項1〜13のいずれか一項に記載の化合物を含む液晶性組成物。
- さらに光ラジカル発生剤を含む請求項14に記載の液晶性組成物。
- さらに光酸発生剤を含む請求項14または15に記載の液晶性組成物。
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JP2009282204A (ja) * | 2008-05-21 | 2009-12-03 | Fujifilm Corp | 複屈折パターン作製材料 |
JP2011148761A (ja) * | 2009-12-21 | 2011-08-04 | Adeka Corp | 新規重合性液晶化合物、及び該重合性液晶化合物を含有する重合性液晶組成物 |
US8394487B2 (en) | 2008-05-21 | 2013-03-12 | Fujifilm Corporation | Birefringent pattern builder and laminated structure material for preventing forgery |
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2006
- 2006-03-03 JP JP2006057709A patent/JP2007230968A/ja not_active Abandoned
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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