JP2009040889A - 液晶性組成物、光学異方性膜、光学フィルム、ならびにそれを用いた偏光板及び液晶表示装置 - Google Patents

液晶性組成物、光学異方性膜、光学フィルム、ならびにそれを用いた偏光板及び液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】表示品位の高い画像を表示するのに寄与する光学補償フィルム等の光学フィルムの作製に有用な液晶性組成物を提供する。
【解決手段】ディスコティック系液晶化合物の少なくとも一種と、フルオロ脂肪族基含有ポリマーの少なくとも一種とを含有する液晶性組成物であって、該フルオロ脂肪族基含有ポリマーのガラス転移点が−25℃〜以上50℃以下であることを特徴とする液晶性組成物;例えば下式のポリマーが例示される。
Figure 2009040889

【選択図】なし

Description

本発明は、液晶化合物を含む液晶性組成物、該液晶性組成物から形成された光学異方性膜及び該液晶性組成物から形成された光学異方性層を有する光学フィルム、ならびに該光学フィルムを有する偏光板及び液晶表示装置に関する。
近年、延伸複屈折フィルムに代えて、透明支持体上にディスコティック液晶性化合物からなる光学異方性層を有する光学補償シートを使用することが提案されている。この光学異方性層は、通常、ディスコティック液晶性化合物等の液晶性化合物を含む液晶組成物を配向膜の上に塗布し、配向温度よりも高い温度で加熱して液晶性化合物の分子を配向させ、その配向状態を固定することにより形成される。かかる光学補償シートの作製には、液晶性分子を所望の配向状態に制御することが要求される。液晶性化合物の配向を制御する方法の一例として、配向膜(界面処理)を用いる方法が知られている。しかし、配向膜の規制力だけでは、液晶性化合物を配向膜界面から空気界面まで均一に配向(モノドメイン配向)させることが難しく、シュリーレンなどの欠陥が残りやすい。特に、生産性を向上させるために熟成時間を短縮すると、シュリーレン欠陥の発生が顕著になる。光学異方性層にシュリーレン欠陥が生じると光散乱が起こり、光学特性を損なうという問題がある。
配向膜を用いるとともに(又はそれに代えて)、液晶性化合物を含有する光学異方性層中に所定の添加剤を添加して、液晶性化合物の配向を制御する方法も提案されている。例えば、フッ素置換アルキル基と親水基(スルホ基が連結基を介してベンゼン環に結合した)を有する化合物を光学異方性層に添加し、ディスコティック液晶性化合物の傾斜角を制御する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、疎水性排除体積効果化合物を光学異方性層に添加して、液晶性化合物の配向を制御する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、液晶性化合物のハイブリッド配向を促進可能であるとともに、塗布性の改善にも寄与する添加剤として、フルオロ脂肪族基含有共重合体が提案されている(例えば、特許文献3、4参照)。
特開2001−330725号公報 特開2002−20363号公報 特開2004−198511号公報 特開2005−164628号公報
ところで、液晶組成物から光学異方性層等を形成する場合は、該液晶組成物を塗布液として調製し、かかる塗布液を乾燥させて、液晶性化合物の分子を所望の配向状態にする。本発明者が、塗布液を表面に塗布した後の乾燥の経過を研究したところ、塗布直後の初期乾燥時にムラが発生すること、及び上記特許文献3及び4に記載のフルオロ脂肪族基含有共重合体を用いても、かかるムラの軽減は十分ではなく、高輝度化及び大画面化の要請に応えるためには、さらに、初期乾燥時に発生するムラの軽減が必要であることが判った。一方、塗布液中へ界面活性剤等を添加することは塗布性の改善や乾燥ムラの軽減に寄与し得るが、ブロッキング現象というマイナス効果が引き起される原因になる。ブロッキング現象とは、例えば、塗布液が乾く前に過度な圧力が加わることで重なった膜が接着してしまうことや、塗布後硬化した後でも、膜表面に添加物などが偏在していると、膜同士が接触することで接着してしまう等の現象をいう。長尺状の膜を作製し、それを巻き取ってロール形態で保管・搬送等する場合は、膜表面と膜裏面が積層され、加圧された状態で長期間保存されることになる。加圧されることによってブロッキングが起こった結果、膜の透明性が損なわれるのみならず、膜表面と膜裏面が接着する等の不都合が生じる。上記乾燥ムラを軽減できるとともに、ブロッキングを抑制できれば、トータルでの生産性を格段に向上できる。
本発明の目的は、大型の液晶表示装置に適用した場合でも、ムラを生じることなく又はムラが少なく、表示品位の高い画像表示に寄与する光学補償フィルム等の光学フィルム、及びかかる光学フィルムの作製に有用な液晶性組成物を提供することにある。
本発明の他の目的は、塗布液として調製した場合に、乾燥ムラが生じ難く、しかも形成された膜にブロッキング現象が起こり難く、高い生産性で光学異方性膜を形成するのに有用な液晶性組成物を提供することである。
また、本発明の他の目的は、光学フィルムに起因するムラを生じることなく又はムラが少ない、表示品位の高い画像表示に寄与する偏光板、及びかかる表示品位の高い画像表示が可能な液晶表示装置を提供することにある。
前記課題を解決するための手段は以下の通りです。
[1] 液晶化合物の少なくとも一種と、フルオロ脂肪族基含有ポリマーの少なくとも一種とを含有する液晶性組成物であって、該フルオロ脂肪族基含有ポリマーのガラス転移点が−25℃〜50℃であることを特徴とする液晶性組成物。
[2] 前記フルオロ脂肪族基含有ポリマーの含有量が、組成物固形分の総質量に対して0.02〜0.50重量%であることを特徴とする[1]の液晶性組成物。
[3] 前記フルオロ脂肪族基含有ポリマーが、下記一般式(1)で表されるフルオロ脂肪族基含有ポリマーであることを特徴とする[1]又は[2]の液晶性組成物:
Figure 2009040889
一般式(1)中、i、j及びlはそれぞれ1以上の整数を表し、各繰り返し単位がそれぞれi、j及びl種類それぞれ含まれることを意味し;
Mはエチレン性不飽和モノマーより誘導され、且つk(kは1以上の整数)種類含まれる繰り返し単位であり;
a、b、c及びdは重合比を表す質量百分率で、Σaiは1〜98質量%の数値を表し、Σbjは1〜98質量%の数値を表し、Σckは1〜98質量%の数値を表し、Σdlは0.1〜20質量%の数値を表し;
1113はそれぞれ、水素原子又はメチル基を表し;R14は水酸基又はメトキシ基を表し;X1及びX2はそれぞれ、酸素原子、イオウ原子又は−N(R15)−を表し、R15は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表し;
m1及びm2はそれぞれ1〜6の整数を表し、n1は0〜3の整数を表す。
[4] R1113がメチル基であることを特徴とする[3]の液晶性組成物。
[5] R14が水酸基であることを特徴とする[3及び4]の液晶性組成物。
[6] Σai/(Σai+Σbj)が、0.2〜0.8であることを特徴とする[3]〜[5]のいずれかの液晶性組成物。
[7] Σai+Σbjが20〜50質量%であることを特徴とする[3]〜[6]のいずれかの液晶性組成物。
[8] 前記一般式(1)中、n1が0であることを特徴とする[3]〜[7]のいずれかの液晶性組成物。
[9] 前記液晶化合物が、ディスコティック化合物であることを特徴とする[1]〜[8]のいずれかの液晶性組成物。
[10] [1]〜[9]のいずれかの組成物から形成された光学異方性膜。
[11] [1]〜[9]のいずれかの液晶性組成物から形成された光学異方性層を有する光学フィルム。
[12] [11]の光学フィルムと、偏光子とを有することを特徴とする偏光板。
[13] [11]の光学フィルム及び/又は[12]の偏光板を有することを特徴とする液晶表示装置。
本発明によれば、大型の液晶表示装置に適用した場合でも、ムラを生じることなく又はムラが少ない、表示品位の高い画像を表示するのに寄与する光学フィルム、及びかかる光学フィルムの作製に有用な液晶性組成物を提供することができる。
また、本発明によれば、塗布液として調製した場合に、乾燥ムラが生じ難く、しかも膜となった後はブロッキング現象が起こり難く、高い生産性で光学異方性膜を形成するのに有用な液晶性組成物を提供することができる。
また、本発明によれば、光学フィルムに起因するムラを生じることなく又はムラが少ない、表示品位の高い画像表示に寄与する偏光板、及びかかる表示品位の高い画像表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。
発明の実施の形態
以下、本発明について詳細に説明する。尚、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及び上限値として含む意味で使用される。
[液晶性組成物]
本発明の液晶性組成物は、液晶性化合物の少なくとも一種と、フルオロ脂肪族基含有ポリマーの少なくとも一種とを含有する。以下、本発明の液晶性組成物の調製に用いられる種々の材料、及び調製方法等について説明する。
・フルオロ脂肪族基含有ポリマー
本発明の液晶性組成物は、ガラス転移点が−25℃〜50℃であるフルオロ脂肪族基含有ポリマーを含有する。ガラス転移点が前記範囲のフルオロ脂肪族基含有ポリマーを用いると、塗布液として調製した場合に、塗布時に乾燥ムラがなくもしくは少なく、しかも膜となった後、該膜にブロッキング現象が起こるのを軽減できる。この観点から、前記フルオロ脂肪族基含有ポリマーのガラス転移点は、−10℃〜40℃であるのが好ましく、0℃〜30℃であるのがより好ましい。
なお、ポリマーのガラス転移点は、書籍、文献等に記載されているものを参考にできる。一般にはガラス転移点で急激に変化する物性として剛性や粘度があり、剛性に関してはTMA法と呼ばれる熱機械特性の温度依存性に対する不連続な変化点として測定でき、また粘度に関しては粘弾性の温度依存性に対する不連続な変化点として測定できる。他にガラス転移では発熱や吸熱を伴うことが多いのでDSC法が簡便な方法として適用される。さらに、書籍等に記載の類似ポリマー(例えば類似のフッ素不含ポリマー)のガラス転移点に基づき、構造上の違い(例えば、フッ素原子による水素原子の置換及びその置換数、並びに(メタ)アクリル酸エステル系ポリマーの場合はエステル部の炭素数の違い)を考慮して、推定することもできる。コポリマーのガラス転移点の推定値を算出する際は、コポリマーを構成する繰り返し単位のそれぞれについて、ホモポリマーのガラス転移点の実測値又は推測値を得、各繰り返し単位のガラス転移点への寄与率が、各繰り返し単位の重合比(質量比)と等しいと仮定して、各繰り返し単位のホモポリマーのガラス転移点(実測値又は推測値)とその繰り返し単位の重合比(質量比)との積の合計として算出することができる。本発明では、この方法により既存の材料のガラス転移点を推測して、適切なフルオロ脂肪族基含有ポリマーを選択しても用いてもよいし、又はこの方法に基づいて、適当なフルオロ脂肪族基含有ポリマーを設計して、新たに合成して用いてもよい。
前記フルオロ脂肪族基含有ポリマーは、下記一般式(1)で表されるフルオロ脂肪族基含有ポリマーであるのが好ましい。
Figure 2009040889
一般式(1)中、i及びjはそれぞれ1以上の整数を表し、各繰り返し単位がそれぞれi及びj種類含まれることを意味し;
Mはエチレン性不飽和モノマーより誘導され、且つk(kは1以上の整数)種類含まれる繰り返し単位であり;a、b、c及びdは重合比を表す質量百分率で、Σaiは1〜98質量%の数値を表し、Σbjは1〜98質量%の数値を表し、Σckは1〜98質量%の数値を表し;Σdlは0.1〜20質量%の数値を表し;R1113はそれぞれ、水素原子又はメチル基を表し;R14は水酸基又はメトキシ基を表し;X1及びX2はそれぞれ、酸素原子、イオウ原子又は−N(R15)−を表し、R15は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表し;m1及びm2はそれぞれ1〜6の整数を表し、n1は0〜3の整数を表す。
上記式(1)中、下記繰り返し単位A及びBはそれぞれ、末端が−(CF2CF23Fであるフルオロ脂肪族基含有モノマーA及び末端が−(CF2CF22Fであるフルオロ脂肪族基含有モノマーBから誘導される繰り返し単位である。
Figure 2009040889
前記繰り返し単位A及びB中、X1及びX2はそれぞれ、Oであるのが好ましい。即ち、前記繰り返し単位A及びBはそれぞれ、(メタ)アクリル系モノマー由来の繰り返し単位であるのが好ましく、中でも、R11及びR12がそれぞれメチル基であるメタクリル系モノマー由来の繰り返し単位であるのがより好ましい。
m1及びm2はそれぞれ、1〜4であるのが好ましく、1〜2であるのがより好ましい。
n1は、0〜2であるのが好ましく、0又は1であるのがより好ましく、0であるのが最も好ましい。
以下に、前記繰り返し単位Aを誘導するフルオロ脂肪族基含有モノマーの例を列挙するが、これらに限定されるものではない。中でも、(メタ)アクリル系モノマーである、例示化合物A1−1〜6及びA2−1〜6が好ましい。なお、下記の例示化合物は、式(1)中のn1=0の化合物を列挙しているが、n1が1〜3の化合物も、勿論、前記繰り返し単位Aを誘導するフルオロ脂肪族基含有モノマーの例に含まれる。
Figure 2009040889
Figure 2009040889
以下に、前記繰り返し単位Bを誘導するフルオロ脂肪族基含有モノマーの例を列挙するが、これらに限定されるものではない。中でも、(メタ)アクリル系モノマーである、例示化合物B1−1〜6及びB2−1〜6が好ましい。
Figure 2009040889
Figure 2009040889
前記フルオロ脂肪族基含有モノマーは、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)又はオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造することができる。これらのフルオロ脂肪族化合物の製造法に関しては、例えば、「フッ素化合物の合成と機能」(監修:石川延男、発行:株式会社シーエムシー、1987)の117〜118ページや、「Chemistry of Organic Fluorine Compounds II」(Monograph 187,Ed by Milos Hudlicky and Attila E.Pavlath,American Chemical Society 1995)の747-752ページに記載されている。テロメリゼーション法とは、ヨウ化物等の連鎖移動常数の大きいアルキルハライドをテローゲンとして、テトラフルオロエチレン等のフッ素含有ビニル化合物のラジカル重合を行い、テロマーを合成する方法である(Scheme-1に例を示した)。
Figure 2009040889
得られた、末端ヨウ素化テロマーは通常、例えば[Scheme2]のごとき適切な末端化学修飾を施され、フルオロ脂肪族化合物へと導かれる。
Figure 2009040889
前記一般式(1)は、下記繰り返し単位Dを含む。
Figure 2009040889
前記繰り返し単位D中、R13はメチル基であるのが好ましく、即ち、メタクリル系モノマー由来の繰り返し単位であるのが好ましい。また、R14は水酸基(OH)であるのが好ましい。即ち、前記繰り返し単位Dは、メタクリル酸由来の繰り返し単位であるのが最も好ましい。
前記式(1)中、Mは、エチレン性不飽和モノマーより誘導される繰り返し単位である。Mについては特に制限されないが、側鎖に水素結合性を有する極性基を有する繰り返し単位であるのが好ましい。Mは、下記一般式(2)で表される繰り返し単位であるのが好ましい。
Figure 2009040889
上記一般式(2)において、R1、R2、およびR3は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子または−L−Qで表される基を表す。Lは2価の連結基を表し、Qは水素結合性を有する極性基を表す。
Lは下記の連結基群から選ばれる任意の基、またはそれらの2つ以上を組み合わせて形成される2価の連結基が好ましい。
(連結基群)
単結合、−O−、−CO−、−NR4−、−S−、−SO2−、−P(=O)(OR5)−、アルキレン基、アリーレン基(R4は水素原子、アルキル基、アリール基、またはアラルキル基を表す。R5はアルキル基、アリール基、またはアラルキル基を表す。)
更に詳細に説明すると、一般式(2)中、R1、R2およびR3は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、または後述する−L−Qで表される基であり、好ましくは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、塩素原子、−L−Qで表される基であり、より好ましくは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基であり、特に好ましいのは水素原子、炭素数1〜2のアルキル基である。R1、R2およびR3が取りうるアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基等が挙げられる。該アルキル基は、1以上の置換基を有していてもよい。該置換基としては、ハロゲン原子、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシル基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アシル基、ヒドロキシル基、アシルオキシ基、アミノ基、アルコキシカルボニル基、アシルアミノ基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、スルホニル基、スルファモイル基、スルホンアミド基、スルホリル基、カルボキシル基などが挙げられる。
なお、アルキル基の炭素数は、置換基の炭素原子を含まない。以下、他の基の炭素数についても同様である。
Lは、単結合、−O−、−CO−、−NR4−、−S−、−SO2−、−PO(OR5)−、アルキレン基、アリーレン基またはこれらを組み合わせて形成される2価の連結基を表す。ここでR4は、水素原子、アルキル基、アリール基、またはアラルキル基を表す。R5はアルキル基、アリール基、またはアラルキル基を表す。
Lとしては、単結合、−O−、−CO−、−NR4−、−S−、−SO2−、アルキレン基、アリーレン基を含むことが好ましく、−CO−、−O−、−NR4−、アルキレン基、またはアリーレン基を含んでいることが特に好ましい。また、−O−とアルキレン基の双方を有するアルキレンオキシ基を含んでいるのも好ましく、アルキレンオキシ基の繰り返を含むポリアルキレンオキシ基を含んでいるのも好ましい。
Lが、アルキレン基を含む場合、アルキレン基の炭素数は、好ましくは1〜10、より好ましくは1〜8、特に好ましくは1〜6である。特に好ましいアルキレン基の具体例として、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラブチレン基、ヘキサメチレン基等が挙げられる。また、アルキレン基(アルキレンオキシ基に含まれるアルキレン基も含む意味)は、分岐構造を有していてもよく、分岐部分のアルキレン鎖の炭素数は1〜3であるのが好ましい。
Lが、アリーレン基を含む場合、アリーレン基の炭素数は、好ましくは6〜24、より好ましくは6〜18、特に好ましくは6〜12である。特に好ましいアリーレン基の具体例として、フェニレン基、ナフタレン基等が挙げられる。
Lが、アルキレン基とアリーレン基を組み合わせて得られる2価の連結基(即ちアラルキレン基)を含む場合、アラルキレン基の炭素数は、好ましくは7〜34、より好ましくは7〜26、特に好ましくは7〜16である。特に好ましいアラルキレン基の具体例として、フェニレンメチレン基、フェニレンエチレン基、メチレンフェニレン基等が挙げられる。
Lとして挙げられた基は、適当な置換基を有していても良い。このような置換基としては先にR1〜R3における置換基として挙げた置換基と同様なものを挙げることができる。
以下にLの具体的構造を例示するが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
Figure 2009040889
Figure 2009040889
但し、L−28中、R51〜R58はそれぞれ水素原子又は(好ましくは炭素数1〜4、より好ましくは炭素数1〜2)のアルキル基であり、nは1〜12(好ましくは2〜10の整数)である。R53及びR54、R55及びR56、並びにR57及びR58のいずれか一方が水素原子で他方がアルキル基であるのが好ましい。
Qは水素結合性を有する極性基であれば得に制限はない。好ましくは水酸基、カルボキシル基、カルボキシル基の塩(例えばリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩(例えばアンモニウム、テトラメチルアンモニウム、トリメチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、トリメチルベンジルアンモニウム、ジメチルフェニルアンモニウムなど)、ピリジニウム塩など)、カルボン酸のアミド(N無置換体またはN−モノ低級アルキル置換体、例えば−CONH2、−CONHCH3など)スルホ基、スルホ基の塩(塩を形成するカチオンの例は上記カルボキシル基に記載のものと同じ)、スルホンアミド基(N無置換体またはN−モノ低級アルキル置換体、−SO2NH2、−SO2NHCH3など)、ホスホ基、ホスホ基の塩(塩を形成するカチオンの例は上記カルボキシル基に記載のものと同じ)、ホスホンアミド(N無置換体またはN−モノ低級アルキル置換体、例えば−OP(=O)(NH22、−OP(=O)(NHCH32など)、ウレイド基(−NHCONH2)、N位が無置換またはモノ置換されたアミノ基(−NH2、−NHCH3)などである(ここで低級アルキル基はメチル基またはエチル基を表す)。
より好ましくは水酸基、カルボキシル基、スルホ基、ホスホ基であり、さらに好ましいのは水酸基またはカルボキシル基であり、特に好ましいのは水酸基である。
前記一般式(2)で表される繰り返し単位は、(メタ)アクリル系モノマーから誘導される繰り返し単位であるのが好ましく、メタリル系モノマーから誘導される繰り返し単位であるのがより好ましい。
以下に、繰り返し単位Mを誘導するエチレン性不飽和モノマーの具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2009040889
Figure 2009040889
Figure 2009040889
前記一般式(1)で表されるフルオロ脂肪族基ポリマーは、繰り返し単位A、BM、及びDをそれぞれ少なくとも1種含む。即ち、上記式(1)中、各繰り返し単位の種類の数を意味する、i、j、k及びlは、それぞれ1以上の整数である。前記一般式(1)で表されるフルオロ脂肪族基ポリマーは、各繰り返し単位を2種以上含んでいてもよいし、また、繰り返し単位A、B、M及びD以外の繰り返し単位を含んでいてもよい。
例えば、前記フルオロ脂肪族基含有ポリマーは、下記モノマー群から選ばれるモノマーから誘導される繰り返し単位を1種含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。
モノマー群
(1)アルケン類
エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン、1−ヘキセン、1−ドデセン、1−オクタデセン、1−エイコセン、ヘキサフルオロプロペン、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、3,3,3−トリフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、塩化ビニル、塩化ビニリデンなど;
(2)ジエン類
1,3−ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン、2−エチル−1,3−ブタジエン、2−n−プロピル−1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ペンタジエン、1−フェニル−1,3−ブタジエン、1−α−ナフチル−1,3−ブタジエン、1−β−ナフチル−1,3−ブタジエン、2−クロロ−1,3−ブタジエン、1−ブロモ−1,3−ブタジエン、1−クロロブタジエン、2−フルオロ−1,3−ブタジエン、2,3−ジクロロ−1,3−ブタジエン、1,1,2−トリクロロ−1,3−ブタジエンおよび2−シアノ−1,3−ブタジエン、1,4−ジビニルシクロヘキサンなど;
(3)α,β−不飽和カルボン酸の誘導体
(3a)アルキルアクリレート類
メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、sec−ブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、アミルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、2−エチルへキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、tert−オクチルアクリレート、ドデシルアクリレート、フェニルアクリレート、ベンジルアクリレート、2−クロロエチルアクリレート、2−ブロモエチルアクリレート、4−クロロブチルアクリレート、2−シアノエチルアクリレート、2−アセトキシエチルアクリレート、メトキシベンジルアクリレート、2−クロロシクロヘキシルアクリレート、フルフリルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、ω−メトキシポリエチレングリコールアクリレート(ポリオキシエチレンの付加モル数:n=2ないし100のもの)、3−メトキシブチルアクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、2−ブトキシエチルアクリレート、2−(2−ブトキシエトキシ)エチルアクリレート、1−ブロモ−2−メトキシエチルアクリレート、1,1−ジクロロ−2−エトキシエチルアクリレート、グリシジルアクリレートなど);
(3b)アルキルメタクリレート類
メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、sec−ブチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、アミルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、アリルメタクリレート、フルフリルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、クレジルメタクリレート、ナフチルメタクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート、3−メトキシブチルメタクリレート、ω−メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(ポリオキシエチレンの付加モル数:n=2ないし100のもの)、2−アセトキシエチルメタクリレート、2−エトキシエチルメタクリレート、2−ブトキシエチルメタクリレート、2−(2−ブトキシエトキシ)エチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、3−トリメトキシシリルプロピルメタクリレート、アリルメタクリレート、2−イソシアナトエチルメタクリレートなど;
(3c)不飽和多価カルボン酸のジエステル類
マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジブチル、イタコン酸ジメチル、タコン酸ジブチル、クロトン酸ジブチル、クロトン酸ジヘキシル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジメチルなど;
(3d)α、β−不飽和カルボン酸のアミド類
N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−n−プロピルアクリルアミド、N−tertブチルアクリルアミド、N−tertオクチルメタクリルアミド、N−シクロヘキシルアクリルアミド、N−フェニルアクリルアミド、N−(2−アセトアセトキシエチル)アクリルアミド、N−ベンジルアクリルアミド、N−アクリロイルモルフォリン、ジアセトンアクリルアミド、N−メチルマレイミドなど;
(4)不飽和ニトリル類
アクリロニトリル、メタクリロニトリルなど;
(5)スチレンおよびその誘導体
スチレン、ビニルトルエン、エチルスチレン、p−tertブチルスチレン、p−ビニル安息香酸メチル、α−メチルスチレン、p−クロロメチルスチレン、ビニルナフタレン、p−メトキシスチレン、p−ヒドロキシメチルスチレン、p−アセトキシスチレンなど;
(6)ビニルエステル類
酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、安息香酸ビニル、サリチル酸ビニル、クロロ酢酸ビニル、メトキシ酢酸ビニル、フェニル酢酸ビニルなど;
(7)ビニルエーテル類
メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、tert−ブチルビニルエーテル、n−ペンチルビニルエーテル、n−ヘキシルビニルエーテル、n−オクチルビニルエーテル、n−ドデシルビニルエーテル、n−エイコシルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、フルオロブチルビニルエーテル、フルオロブトキシエチルビニルエーテルなど;および
(8)その他の重合性単量体
N−ビニルピロリドン、メチルビニルケトン、フェニルビニルケトン、メトキシエチルビニルケトン、2−ビニルオキサゾリン、2−イソプロペニルオキサゾリンなど。
前記一般式(1)中、a、b、c及びdは、各繰り返し単位を誘導するモノマーの重合比を表す質量百分率で、Σaiは1〜98質量%の数値を表し、Σbjは1〜98質量%の数値を表し、Σckは1〜98質量%の数値を表し、Σdlは0.1〜20質量%の数値を表す。Σaiは5〜40質量%であり、Σbjは5〜40質量%であり、Σckは20〜90質量%であり、Σdlは0.5〜15質量%であるのが好ましく、Σaiは10〜35質量%であり、Σbjは10〜35質量%であり、Σckは30〜80質量%であり、Σdlは1〜10質量%であるのがより好ましい。前記一般式(1)で表されるフルオロ脂肪族基含有ポリマーは、前記繰り返し単位A、B、M及びD以外の繰り返し単位を含んでいてもよく、即ち、Σai+Σbj+Σck+Σdl<100質量%であってもよいが、前記繰り返し単位A、B、M及びD以外の繰り返し単位を含まないのが好ましく、即ち、Σai+Σbj+Σck+Σdl=100質量%であるのが好ましい。
また、フルオロ脂肪族基含有ポリマーに含まれるフルオロ脂肪族基含有モノマーから誘導される繰り返し単位A及びBの割合が、所定の範囲であると、乾燥初期におけるムラの発生をより軽減できるので好ましい。具体的には、i種の繰り返し単位Aの総質量Σaiと、j種の繰り返し単位Bの総質量の和(Σai+Σbj)が、20〜50質量%であるのが好ましく、25〜45質量%であるのがより好ましく、25〜40質量%であるのがさらに好ましい。(Σai+Σbj)が、20質量%未満であると、空気界面での液晶化合物の制御が十分でなく、光学フィルムのムラを低減させる本発明の効果が弱い場合があり、50質量%を超えると、液晶性組成物を表面(例えばポリマーフィルム等の透明支持体の表面)に塗布したときの塗布性が十分でなくハジキ故障が発生する場合がある。(Σai+Σbj)が前記範囲であると、かかる問題がなく、初期乾燥時のムラをより軽減することができる。
また、同様の観点から、Σai+Σbjに対するΣaiの比(Σai/(Σai+Σbj))が、0.2〜0.8であるのが好ましく、0.3〜0.6であるのがより好ましく、0.35〜0.55であるのがさらに好ましい。前記比(Σai/(Σai+Σbj))が、0.2未満であると、空気界面での液晶化合物の制御が十分でなく、光学フィルムのムラを低減させる本発明の効果が弱い場合があり、0.8を超えると、液晶性組成物を表面(例えばポリマーフィルム等の透明支持体の表面)に塗布したときの塗布性が十分でなくハジキ故障が発生する場合がある。Σai/(Σai+Σbj))が前記範囲であると、かかる問題がなく、初期乾燥時のムラをより軽減できるので好ましい。
本発明に使用可能なフルオロ脂肪族基含有ポリマーの具体例をガラス転移点とともに、以下の表にまとめるが、以下の具体例に制限されるものではない。下記表中、繰り返し単位A、B、及びMは、それぞれの繰り返し単位を誘導するモノマーの例示化合物No.により特定している。
Figure 2009040889
本発明の液晶性組成物は、前記フルオロ脂肪族基含有ポリマーを、少なくとも1種含有していればよく、勿論2種以上含有していてもよい。前記組成物中において、前記フルオロ脂肪族基含有ポリマーの添加量としては、液晶性化合物(好ましくはデイスコテイック液晶性化合物)の質量の0.01〜20質量%が好ましく、0.05〜10質量%がより好ましく、0.1〜5質量%がさらに好ましい。また、本発明の液晶性組成物では、前記フルオロ脂肪族基含有ポリマーの含有量が、液晶性組成物(塗布液として調製される場合は固形分)の総質量に対して、0.02〜0.50質量%であると、ブロッキングがより起こり難くなるので好ましく、同観点から0.03〜0.30質量%であるのがより好ましく、0.05〜0.20質量%であるのがさらに好ましい。ブロッキング現象というマイナス効果が引き起される原因になる。ブロッキング現象とは、例えば、塗布液が乾く前に過度な圧力が加わることで重なった膜が接着してしまうことや、塗布後硬化した後でも、膜表面に添加物などが偏在していることによって、膜同士が接触したときに接着してしまう等の現象をいう。長尺状の膜を作製し、それを巻き取ってロール形態で保管・搬送等する場合は、膜表面と膜裏面が積層され、加圧された状態で長期間保存されることになる。加圧されることによってブロッキングが起こった結果、膜の透明性が損なわれるのみならず、膜表面と膜裏面が接着する等の不都合が生じる。従って、ブロッキングがより起こり難いほうが、製造後の取り扱い性が容易になり、トータルでの生産性が向上するので好ましい。
また、前記組成物(組成物が塗布液等として調製される場合は、固形分)中における前記フルオロ脂肪族基含有ポリマーの濃度C質量%の好ましい範囲は、該フルオロ脂肪族基含有ポリマー中のフッ素含量F%によって変動する。乾燥初期のムラをより軽減するためには、前記フルオロ脂肪族基含有ポリマーの濃度C質量%と該フルオロ脂肪族基含有ポリマー中のフッ素含量F%との積は、0.05〜0.12であるのが好ましく、0.06〜0.09であるのがより好ましく、0.06〜0.08であるのがさらに好ましい。C×Fが0.05未満であると、空気界面での液晶化合物の制御が十分でなく、光学フィルムの外観特性(ムラの程度)が悪くなる場合があり、0.12を超えると液晶性組成物を表面(例えばポリマーフィルム等の透明支持体の表面)に塗布したときの塗布性が十分でなく光学フィルムの外観特性(ハジキ故障が発生する)が悪くなる場合がある。C×Fが前記範囲であると、かかる問題がなく、初期乾燥時のムラをより軽減することができる。
・第2のフルオロ脂肪族基含有ポリマー
本発明の液晶性組成物中には、前記フルオロ脂肪族基含有ポリマー(以下、「第1のフルオロ脂肪族基含有ポリマー」という)の範囲外のフルオロ脂肪族基含有ポリマー(以下、「第2のフルオロ脂肪族基含有ポリマー」という場合がある)を1種以上添加してもよい。第2のフルオロ脂肪族基含有ポリマーとしては、フルオロ脂肪族基を有するモノマーから誘導される繰り返し単位の少なくとも一種と、カルボキシル基(−COOH)もしくはその塩、スルホ基(−SO3H)もしくはその塩、またはホスホノキシ{−OP(=O)(OH)2}もしくはその塩等の酸性基を有するモノマーから誘導される繰り返し単位の少なくとも一種とを含有しているのが好ましい。
前記第2のフルオロ脂肪族基含有ポリマーの好ましい例としては、WO2006/001504号公報に記載の下記ポリマーA(フルオロ脂肪族基含有モノマーより誘導される繰り返し単位と下記一般式(1a)で表される繰り返し単位とを含む共重合体である)が挙げられる。
Figure 2009040889
(式中、R1a、R2aおよびR3aはそれぞれ、水素原子または置換基を表し;Laは下記の連結基群から選ばれる2価の連結基または下記の連結基群から選ばれる2つ以上を組み合わせて形成される2価の連結基を表し、
(連結基群)
単結合、−O−、−CO−、−NR4a−(R4aは水素原子、アルキル基、アリール基、またはアラルキル基を表す)、−S−、−SO2−、−P(=O)(OR5a)−(R5aはアルキル基、アリール基、またはアラルキル基を表す)、アルキレン基およびアリーレン基;
aはカルボキシル基(−COOH)もしくはその塩、スルホ基(−SO3H)もしくはその塩、またはホスホノキシ{−OP(=O)(OH)2}もしくはその塩を表す。)
式中、R1a、R2a、R3a、及びLaはそれぞれ、前記一般式(2)中の、R1、R2、R3及びLの好ましい範囲とそれぞれ同義である。
前記第2のフルオロ脂肪族基含有ポリマーが有する、フルオロ脂肪族基含有モノマーから誘導される繰り返し単位としては、前記繰り返し単位A及びBのいずれかであってもよい。また、下記式(3)で表されるフルオロ脂肪族基含有モノマーから誘導される繰り返し単位も好ましい。
Figure 2009040889
一般式(3)中、R5は水素原子またはメチル基を表し、X5は酸素原子、イオウ原子または−N(R15)−を表し、R15は水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す。Zは水素原子又はフッ素原子を表し、m5は1〜6の整数を表し、n5は2〜4の整数を表す。
また、前記第2のフルオロ脂肪族基含有ポリマーは、前記一般式(2)で表される水素結合性基を有する繰り返し単位を含んでいてもよいし、上記モノマー群(1)〜(7)から選択される少なくとも一種のモノマーから誘導される繰り返し単位を含んでいてもよい。以下に、本発明の液晶性組成物に、第2のフルオロ脂肪族含有ポリマーとして使用可能なポリマーの例示化合物を列挙するが、以下の具体例に限定されるものではない。
Figure 2009040889
Figure 2009040889
Figure 2009040889
Figure 2009040889
Figure 2009040889
Figure 2009040889
Figure 2009040889
Figure 2009040889
Figure 2009040889
前記第2のフルオロ脂肪族含有ポリマーを添加する態様では、前記第2のフルオロ脂肪族含有ポリマーの添加量(質量%)は、前記第1のフルオロ脂肪族基含有ポリマーの添加量(質量%)以下であるのが好ましい。
前記第1のフルオロ脂肪族基含有ポリマー(及び所望により添加される第2のフルオロ脂肪族基含有ポリマー)の重量平均分子量は1,000,000以下であることが好ましい。更に好ましくは重量平均分子量が500,000以下であり、特に好ましくは重量平均分子量が100,000以下のものである。
重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)を用いて、ポリエチレンオキサイド(PEO)換算の値として測定可能である。
前記第1のフルオロ脂肪族基含有ポリマー(及び所望により添加される第2のフルオロ脂肪族基含有ポリマー)の製造方法について特に制限されない。例えば、ビニル基を利用したカチオン重合やラジカル重合、あるいは、アニオン重合等の重合方法により製造することができ、これらの中では、ラジカル重合方法が汎用に利用できる点で特に好ましい。
ラジカル重合の重合開始剤としては、ラジカル熱重合開始剤や、ラジカル光重合開始剤等の公知の化合物を使用することができるが、特に、ラジカル熱重合開始剤を使用することが好ましい。ここで、ラジカル熱重合開始剤は、分解温度以上に加熱することにより、ラジカルを発生させる化合物である。このようなラジカル熱重合開始剤としては、例えば、ジアシルパーオキサイド(アセチルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等)、ケトンパーオキサイド(メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド等)、ハイドロパーオキサイド(過酸化水素、tert−ブチルハイドパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等)、ジアルキルパーオキサイド(ジ−tert−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド等)、パーオキシエステル類(tert−ブチルパーオキシアセテート、tert−ブチルパーオキシピバレート等)、アゾ系化合物(アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソバレロニトリル等)、過硫酸塩類(過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等)が挙げられる。このようなラジカル熱重合開始剤は、1種を単独で使用することもできるし、あるいは2種以上を組み合わせて使用することもできる。
ラジカル重合方法は、特に制限されるものでなく、乳化重合法、懸濁重合法、塊状重合法、溶液重合法等を採ることが可能である。典型的なラジカル重合方法である溶液重合についてさらに具体的に説明する。他の重合方法についても概要は同等であり、その詳細は例えば「高分子科学実験法」高分子学会編(東京化学同人、1981年)等に記載されている。
溶液重合を行うためには有機溶媒を使用する。これらの有機溶媒は本発明の目的、効果を損なわない範囲で任意に選択可能である。これらの有機溶媒は通常、大気圧下での沸点が50〜200℃の範囲内の値を有する有機化合物であり、各構成成分を均一に溶解させる有機化合物が好ましい。好ましい有機溶媒の例を示すと、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール類、ジブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類が挙げられる。なお、これらの有機溶媒は、1種単独または2種以上を組み合わせて用いることが可能である。さらに、モノマーや生成するポリマーの溶解性の観点から上記有機溶媒に水を併用した水混合有機溶媒も適用可能である。
また、溶液重合条件も特に制限されるものではないが、例えば、50〜200℃の温度範囲内で、10分〜30時間加熱することが好ましい。さらに、発生したラジカルが失活しないように、溶液重合中はもちろんのこと、溶液重合開始前にも、不活性ガスパージを行うことが好ましい。不活性ガスとしては通常窒素ガスが好適に用いられる。
前記第1のフルオロ脂肪族基含有ポリマー(及び所望により添加される第2のフルオロ脂肪族基含有ポリマー)を好ましい分子量範囲で得るためには、連鎖移動剤を用いたラジカル重合法が特に有効である。
連鎖移動剤としてはメルカプタン類(例えば、オクチルメルカプタン、デシルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、tert−ドデシルメルカプタン、オクタデシルメルカプタン、チオフェノール、p−ノニルチオフェノール等)、ポリハロゲン化アルキル(例えば、四塩化炭素、クロロホルム、1,1,1−トリクロロエタン、1,1,1−トリブロモオクタンなど)、低活性モノマー類(α−メチルスチレン、α−メチルスチレンダイマー等)のいずれも用いることができるが、好ましくは炭素数4〜16のメルカプタン類である。これらの連鎖移動剤の使用量は、連鎖移動剤の活性やモノマーの組み合わせ、重合条件などにより著しく影響され精密な制御が必要であるが、通常は使用するモノマーの全モル数に対して0.01モル%から50モル%程度であり、好ましくは0.05モル%から30モル%、特に好ましくは0.08モル%から25モル%である。これらの連鎖移動剤は、重合過程において重合度を制御するべき対象のモノマーと同時に系内に存在させればよく、その添加方法については特に問わない。モノマーに溶解して添加してもよいし、モノマーと別途に添加することも可能である。
・液晶性組成物
次に、本発明の液晶性組成物に用いられる液晶性化合物について説明する。本発明に使用可能な液晶性化合物の例には、棒状液晶性化合物およびディスコティック液晶性化合物が含まれる。棒状液晶性化合物およびディスコティック液晶性化合物は、高分子液晶でも低分子液晶でもよく、さらに、低分子液晶が架橋され液晶性を示さなくなったものも含まれる。
(棒状液晶性化合物)
棒状液晶性化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。
なお、棒状液晶性化合物には、金属錯体も含まれる。また、棒状液晶性分子を繰り返し単位中に含む液晶ポリマーも、棒状液晶性分子として用いることができる。言い換えると、棒状液晶性分子は、(液晶)ポリマーと結合していてもよい。
棒状液晶性化合物については、季刊化学総説第22巻液晶の化学(1994)日本化学会編の第4章、第7章および第11章、および液晶デバイスハンドブック日本学術振興会第142委員会編の第3章に記載がある。
棒状液晶性化合物の複屈折率は、0.001〜0.7の範囲にあることが好ましい。
棒状液晶性化合物は、その配向状態を固定するために、重合性基を有することが好ましい。重合性基は、不飽和重合性基またはエポキシ基が好ましく、不飽和重合性基がさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基が最も好ましい。
(ディスコティック液晶性化合物)
ディスコティック液晶性化合物には、C.Destradeらの研究報告(Mol.Cryst.71巻、111頁(1981年))に記載されているベンゼン誘導体、C.Destradeらの研究報告(Mol.Cryst.122巻、141頁(1985年)、Physics lett,A,78巻、82頁(1990))に記載されているトルキセン誘導体、B.Kohneらの研究報告(Angew.Chem.96巻、70頁(1984年))に記載されたシクロヘキサン誘導体およびJ.M.Lehnらの研究報告(J.Chem.Commun.,1794頁(1985年))、J.Zhangらの研究報告(J.Am.Chem.Soc.116巻、2655頁(1994年))に記載されているアザクラウン系やフェニルアセチレン系マクロサイクルが含まれる。
ディスコティック液晶性化合物としては、分子中心の母核に対して、直鎖のアルキル基、アルコキシ基、置換ベンゾイルオキシ基が母核の側鎖として放射線状に置換した構造である液晶性を示す化合物も含まれる。分子または分子の集合体が、回転対称性を有し、一定の配向を付与できる化合物であることが好ましい。ディスコティック液晶性分子から形成する光学異方性層は、最終的に光学異方性層に含まれる化合物がディスコティック液晶性分子である必要はなく、例えば、低分子のディスコティック液晶性分子が熱や光で反応する基を有しており、結果的に熱、光で反応により重合または架橋し、高分子量化し液晶性を失った化合物も含まれる。ディスコティック液晶性化合物の好ましい例は、特開平8−50206号公報に記載されている。また、ディスコティック液晶性化合物の重合については、特開平8−27284公報に記載がある。
ディスコティック液晶性化合物を重合により固定するためには、ディスコティック液晶性化合物の円盤状コアに、置換基として重合性基を結合させる必要がある。ただし、円盤状コアに重合性基を直結させると、重合反応において配向状態を保つことが困難になる。そこで、円盤状コアと重合性基との間に、連結基を導入する。従って、重合性基を有するディスコティック液晶性化合物は、下記式(5)で表わされる化合物であることが好ましい。
一般式(5)
D(−L11n
式(5)において、Dは円盤状コアであり;L1は二価の連結基であり、Q1は重合性基であり、そして、nは4〜12の整数である。
円盤状コア(D)の例を以下に示す。以下の各例において、LQ(またはQL)は、二価の連結基(L1)と重合性基(Q1)との組み合わせを意味する。
Figure 2009040889
Figure 2009040889
・その他の添加剤
ディスコティック液晶性化合物と共に使用する添加剤の例としては、可塑剤、界面活性剤、重合性モノマーおよびポリマーなどを挙げることができる。長軸の配向方向の変化の程度も、上記と同様に、液晶性分子と添加剤との選択により調整できる。
ディスコティック液晶性化合物と共に使用する可塑剤、界面活性剤および重合性モノマーは、ディスコティック液晶性化合物と相溶性を有し、ディスコティック液晶性化合物の傾斜角の変化を与えられるか、あるいは配向を阻害しないことが好ましい。添加成分の中でも重合性モノマー(例、ビニル基、ビニルオキシ基、アクリロイル基およびメタクリロイル基を有する化合物)の添加が好ましい。上記化合物の添加量は、ディスコティック液晶性化合物に対して一般に1〜50重量%の範囲にあり、5〜30重量%の範囲にあることが好ましい。なお、重合性の反応性官能基数が4以上のモノマーを混合して用いると、配向膜と光学異方性層間の密着性を高めることが出来る。
前記添加剤として、セルロースエステルを添加すると、組成物を塗布する際にハジキが発生するのを抑制することができるので好ましい。好適に使用可能なセルロースエステルには、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース及びカルボキシメチルセルロースなどが含まれる。中でも、セルロースアセテートブチレートが好ましく、さらに、ブチリル化度が40%以上であるセルロースアセテートブチレートがより好ましい。
添加量については、液晶性化合物の総量に対して重量百分率で、好ましくは0.01〜20%、より好ましくは0.05〜10%、特に好ましくは0.05〜5%である。
・有機溶媒
本発明の液晶性組成物は、塗布液として調製してもよい。塗布液の調製に使用する溶媒としては、有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒の例には、アミド(例、N,N−ジメチルホルムアミド)、スルホキシド(例、ジメチルスルホキシド)、ヘテロ環化合物(例、ピリジン)、炭化水素(例、ベンゼン、ヘキサン)、アルキルハライド(例、クロロホルム、ジクロロメタン、テトラクロロエタン)、エステル(例、酢酸メチル、酢酸ブチル)、ケトン(例、アセトン、メチルエチルケトン)、エーテル(例、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン)が含まれる。アルキルハライドおよびケトンが好ましい。2種類以上の有機溶媒を併用してもよい。
均一性の高い光学異方性膜や光学フィルムを作製する場合には、塗布液の表面張力は、25mN/m以下であることが好ましく、22mN/m以下であることが更に好ましい。
また、初期乾燥時のムラをより軽減するためには、前記液晶性組成物の塗布液の最大泡圧法にて測定した10m秒と1000m秒との表面張力比(10m秒/1000m秒)が、1.00〜1.20であるのが好ましく、1.00〜1.15であるのがより好ましく、1.00〜1.10であるのがさらに好ましい。前記表面張力比が1.20を越えると塗布直後の空気界面への移動速度が遅く、空気界面での塗膜表面の安定性が劣り、初期乾燥時のムラを低減する効果が十分でない場合がある。表面張力比が前記範囲であると、かかる問題がなく、初期乾燥時のムラをより軽減することができる。
なお、最大泡圧法による表面張力の測定については、「化学便覧改訂5版」8章 界面とコロイド,90頁、8.2表面張力とぬれ、「ASTM D3825−90」等に詳細が記載されているので、本発明の液晶性組成物の表面張力もかかる公報等に記載の方法を参考にして測定することができる。また、表面張力を時間変化とともに連続的に測定するためには、例えば、LAUDA社の「MPT2」などの表面張力計を用いることができる。
[光学異方性膜及び光学フィルム]
本発明は、前記液晶性組成物から形成された光学異方性膜、及び前記液晶性組成物から形成された光学異方性層を有する光学フィルムにも関する。光学異方性膜等は、前記液晶性組成物を塗布液として調製し、該塗布液を表面(支持体となるポリマーフィルム等の表面や配向膜の表面)に塗布し、液晶性化合物の分子を所望の配向状態にした後、その配向状態を固定して形成するのが好ましい。塗布液の塗布は、公知の方法(例、ワイヤーバーコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法)により実施できる。
塗布後、乾燥して溶媒を除去するとともに、必要により温度を制御することで、液晶性化合物の分子を所望の配向状態にする。水平配向、垂直配向、ハイブリッド配向、傾斜配向等、いずれであってもよい。ディスコティック液晶性化合物をハイブリッド配向させる場合は、ディスコティック液晶性化合物の分子の長軸(円盤面)と層面との角度すなわち傾斜角を、光学異方性膜等の深さ方向に増加または減少させる。角度は、塗布した表面(例えば配向膜界面)からの距離の増加と共に減少することが好ましい。さらに、傾斜角の変化としては、連続的増加、連続的減少、間欠的増加、間欠的減少、連続的増加と連続的減少を含む変化、あるいは、増加および減少を含む間欠的変化が可能である。間欠的変化は、厚さ方向の途中で傾斜角が変化しない領域を含んでいる。角度が変化しない領域を含んでいても、全体として増加または減少していればよい。しかしながら、傾斜角は連続的に変化することが好ましい。
ディスコティック液晶性化合物の長軸(円盤面)の平均方向(各分子の長軸方向の平均)は、一般にディスコティック液晶性化合物あるいは配向膜の材料を選択することにより、またはラビング処理方法を選択することにより、調整することができる。また、表面側(空気側)のディスコティック液晶性化合物の長軸(円盤面)方向は、一般にディスコティック液晶性化合物あるいはディスコティック液晶性化合物と共に使用する上記した添加剤の種類や、フルオロ脂肪族基含有ポリマーを選択することにより調整することができる。
次に、配向状態を固定する。配向状態の固定化は、重合反応により実施することが好ましい。重合反応には、熱重合開始剤を用いる熱重合反応と光重合開始剤を用いる光重合反応とが含まれる。光重合反応が好ましい。塗布液中には、液晶性化合物の固定化に寄与する、重合性モノマーや重合開始剤を含有させるのが好ましい。重合性モノマーとしては、例えば、ビニル基、ビニルオキシ基、アクリロイル基およびメタクリロイル基を有する化合物が好ましい。上記化合物の添加量は、液晶性化合物に対して、一般に1〜50重量%であり、5〜30重量%であるのが好ましい。なお、重合性の反応性官能基数が3以上のモノマーを混合して用いると、配向膜と光学異方性層間の密着性を高めることができる。
光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許2367661号、同2367670号の各公報記載)、アシロインエーテル(米国特許2448828号公報記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許2722512号公報記載)、多核キノン化合物(米国特許3046127号、同2951758号の各公報記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許3549367号公報記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号、米国特許4239850号の各公報記載)およびオキサジアゾール化合物(米国特許4212970号公報記載)が含まれる。
光重合開始剤の使用量は、塗布液の固形分の0.01〜20重量%であるのが好ましく、0.5〜5重量%であるのがさらに好ましい。
液晶性分子の重合のための光照射は、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、20mJ/cm2〜50J/cm2の範囲にあることが好ましく、20mJ/cm2〜5000mJ/cm2の範囲にあることがより好ましく、100mJ/cm2〜800mJ/cm2の範囲にあることがさらに好ましい。また、光重合反応を促進するため、加熱条件下で光照射を実施してもよい。
この様にして形成された光学異方性膜及び光学異方性層の厚さは、0.1〜20μmであることが好ましく、0.5〜15μmであることがさらに好ましく、1〜10μmであることがよりさらに好ましい。
前記光学異方性膜及び光学異方性層には、表面に塗布して形成されるので、該表面との界面と、その反対側に空気界面とが存在する。前記フルオロ脂肪族基含有ポリマー中に存在するフッ素原子は、ムラの軽減に寄与するので、空気界面に偏在しているのが好ましいが、一方で、空気界面を0nmの位置として、0nmから深さ方向10nmまでの範囲には、フッ素原子がある程度存在していることも、ムラを軽減するためには重要である。かかる観点から、空気界面でのフッ素原子存在比率(ESCA:F/C)を100とした場合に空気界面から10nmの位置でのフッ素原子存在率(ESCA:F/C)が2〜10であるのが好ましい。
前記光学異方性膜及び光学異方性層を作製する際には、配向膜を利用するのが好ましい。配向膜は、液晶性分子の配向方向を規定する機能を有する。配向膜としては、変性ポリビニルアルコールからなる膜の表面にラビング処理を施して作製したものが好ましい。
本発明の光学フィルムは、前記光学異方性層を支持する基板(以下、「支持体」という場合がある)を有しているのが好ましい。前記基板は、ガラス又は透明なポリマーフィルムであることが好ましい。前記基板は、光透過率(400〜700nm)が80%以上、ヘイズが2.0%以下であることが好ましい。更に好ましくは光透過率が86%以上、ヘイズが1.0%以下である。ポリマーフィルムを構成するポリマーの例には、セルロースエステル(例、セルロースのモノ、ジまたはトリアシレート体)、ノルボルネン系ポリマーおよびポリメチルメタクリレートが含まれる。市販のポリマー(ノルボルネン系ポリマーでは、アートン及びゼオネックス(いずれも商品名))を用いてもよい。又、従来知られているポリカーボネートやポリスルホンのような複屈折の発現しやすいポリマーであっても、国際公開第00/26705号パンフレットに記載のように、分子を修飾することで複屈折の発現性を制御すれば、本発明の光学フィルムに用いることもできる。
[偏光板]
本発明は、前記光学フィルムと、偏光子とを有する偏光板に関する。前記偏光板は、直線偏光膜である偏光子と組み合わせて楕円偏光板の用途に供することができる。
本発明の光学フィルムと、偏光膜とを積層することによって楕円偏光板を作製することができる。前記偏光膜には、ヨウ素系偏光膜、二色性染料を用いる染料系偏光膜やポリエン系偏光膜がある。ヨウ素系偏光膜及び染料系偏光膜は、一般にポリビニルアルコール系フィルムを用いて製造する。偏光膜の偏光軸は、フィルムの延伸方向に垂直な方向に相当する。
偏光膜の一方の表面に前記光学フィルムを積層し、他方の面に保護膜を積層するのが好ましい。保護膜は、光透過率が80%以上の透明保護膜が好ましい。透明保護膜としては、一般にセルロースエステルフィルム、好ましくはトリアセチルセルロースフィルムが用いられる。セルロースエステルフィルムは、ソルベントキャスト法により形成したものが好ましい。保護膜の厚さは、20〜500μmであることが好ましく、50〜200μmであることがさらに好ましい。
[液晶表示装置]
本発明は、本発明の光学フィルムを光学補償シートとして、及び/又は本発明の偏光板を楕円偏光板として、液晶表示装置に用いてもよい。TN(Twisted Nematic)、IPS(In−PDane Switching)、FDC(FerroeDectric Diquid CrystaD)、OCB(OpticaDDy Compensatory Bend)、STN(Super Twisted Nematic)、VA(VerticaDDy ADigned)及びHAN(Hybrid ADigned Nematic)モードのような様々な表示モードの液晶表示装置に用いることができる。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。なお、以下において、部および%は、特に断りの無い限り、すべて、質量基準であるものとする。
[実施例1]
セルローストリアセテートフィルム(TACフィルム)を2.0Nの水酸化カリウム溶液(25℃)に2分間浸漬した後、硫酸で中和し、純水で水洗、乾燥した。TACフィルム上に、下記の組成の配向膜塗布液を#16のワイヤーバーコーターで28ml/m2の塗布量で塗布した。60℃の温風で60秒、さらに90℃の温風で150秒乾燥した。
(配向膜塗布液組成)
下記の変性ポリビニルアルコール 10質量部
水 371質量部
メタノール 119質量部
グルタルアルデヒド(架橋剤) 0.5質量部
Figure 2009040889
TACフィルムの遅相軸と平行方向に配向膜にラビング処理を実施した。
(光学異方性層の形成)
下記の組成の塗布液1を調製した。
下記のディスコティック液晶性化合物 27.46質量%
エチレンオキサイド変成トリメチロールプロパントリアクリレート
(V#360、大阪有機化学(株)製) 2.72質量%
セルロースアセテートブチレート
(CAB551−0・2、イーストマンケミカル社製) 0.23質量%
セルロースアセテートブチレート
(CAB531−1、イーストマンケミカル社製) 0.07質量%
例示ポリマーP−1(MW=14000) 0.07質量%
(一般式(1)の第1のフルオロ脂肪族基含有ポリマー)
下記ポリマーP−0(MW=MW=13000) 0.03質量%
(第2のフルオロ脂肪族基含有ポリマー)
光重合開始剤(イルガキュアー907、チバガイギー社製) 0.90質量%
増感剤(カヤキュアーDETX、日本化薬(株)製) 0.30質量%
Figure 2009040889
上記成分を混合し、メチルエチルケトン(68.31質量%)に溶解して塗布液1を調製し、これを配向膜上に、#3.6のワイヤーバーで連続的に塗布し、130℃の状態で2分間加熱し、ディスコティック液晶性化合物を配向させた。次に、100℃で120W/cm高圧水銀灯を用いて、1分間UV照射し、ディスコティック液晶性化合物を重合させた。その後、室温まで放冷した。このようにして、光学フィルム1を作製した。
下記表1に示す通り、フルオロ脂肪族基含有ポリマーP−1を、下記表1に示す通り、他のポリマーおよびその添加量を変更した以外は、塗布液1と同様にして塗布液2〜14を調製し、それそれぞれ用いて光学フィルム1と同様にして、光学フィルム2〜14をそれぞれ作製した。
<外観ムラ評価>
作製した光学フィルム1〜14について、以下の方法でムラの有無を観察し、以下の基準で外観を評価した。
(偏光板の作製)
作製した光学フィルムを、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、ポリマー基材(TACフィルム)面で偏光子の片側に貼り付けた。また、厚さ80μmのトリアセチルセルロースフィルム(TD−80U:富士フイルム(株)製)にケン化処理を行い、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、偏光子の反対側に貼り付けた。偏光子の透過軸とポリマー基材の遅相軸とは平行になるように配置した。偏光子の透過軸と上記トリアセチルセルロースフィルムの遅相軸とは、直交するように配置した。このようにして偏光板を作製した。
(平面高輝度光源上でのムラ評価)
上記偏光板を平面高輝度光源(群馬ウシオ電機製 FP901高輝度平面光源)に貼合し、判断基準となるレベル見本と対比させて、肉眼によりムラを評価した。
○: 肉眼ではムラは認識できなかった。
△: 肉眼で若干ムラが観察された。
×: 肉眼でも明らかにムラが観察された。
<光学フィルムのブロッキング評価>
作製した光学フィルム1〜14について、以下の方法でブロッキング評価を行った。
(評価用フィルムの作製)
作製した光学フィルムを5cm×5cmの大きさに切り出し、2枚を重ね合わせる。その上に4cm×1cmの面積のゴム板を設置し、さらにその上に10kg荷重の重りを置いて3時間放置する。重りとゴム板を取り去ってブロッキング評価用のサンプルを作製した。
(ブロッキングの評価)
作製したブロッキング評価用フィルムの塗布面を高輝度光源で観察し、判断基準となるレベル見本と対比させて、肉眼によりムラを評価した。
◎: ブロッキング現象は全くなく、肉眼によりムラは全く認識できなかった。
○: ブロッキング現象は若干生じたが、肉眼で認識できるほどのムラは生じなかった。
△: ブロッキング現象が生じ、肉眼で認識できるムラが発生した。
×: ブロッキング現象が生じ、肉眼で認識できるムラが顕著に発生した。
Figure 2009040889
Figure 2009040889
上記表に示す結果から、ガラス転移点が所定の範囲内のフルオロ脂肪族基含有ポリマーを用いた光学フィルム1〜12は、ムラ評価及びブロッキング評価ともに良好であった。
[実施例2]
例示モノマーA1−2、例示モノマーB1−2、及び例示モノマーC−27について、仕込み量を種々変化させて重合を実施し、下記式のa、b、c、d(それぞれ重合比を示す質量%)が種々の値のフルオロ脂肪族基含有メタクリル系ポリマー(式(1)のポリマー)PM−1〜10をそれぞれ合成した。
また、例示モノマーA1−2、例示モノマーB1−2、及び例示モノマーC−26について、仕込み量を種々変化させて重合を実施し、下記式のa、b、c、dが種々の値のフルオロ脂肪族基含有アクリル系ポリマー(式(1)のポリマー)PA−1〜10をそれぞれ合成した。
Figure 2009040889
合成したポリマーのそれぞれを、ポリマーP−1の代わりに用いた以外は同様にして光学フィルム10〜20を作製し、上記と同様にして光学フィルムの外観(ムラの有無)を評価した。但し、より詳細に以下の基準で評価した。
(偏光板の作製)
作製した光学フィルムを、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、ポリマー基材(TACフィルム)面で偏光子の片側に貼り付けた。また、厚さ80μmのトリアセチルセルロースフィルム(TD−80U:富士フイルム(株)製)にケン化処理を行い、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、偏光子の反対側に貼り付けた。偏光子の透過軸とポリマー基材の遅相軸とは平行になるように配置した。偏光子の透過軸と上記トリアセチルセルロースフィルムの遅相軸とは、直交するように配置した。このようにして偏光板を作製した。
(TN液晶セルでの評価)
TN型液晶セルを使用した液晶表示装置(V260B1、チメイ電子(株)製)に設けられている一対の偏光板を剥がし、代わりに実施例1で作製した前記偏光板を、前記光学フィルムが液晶セル側となるように粘着剤を介して、観察者側およびバックライト側に一枚ずつ貼り付けた。観察者側の偏光板の透過軸と、バックライト側の偏光板の透過軸とは、Oモードとなるように配置した。
(液晶表示装置パネル上でのムラ評価)
上記液晶表示装置の表示パネルを全面中間調に調整し、判断基準となるレベル見本と対比させて、肉眼によりムラを評価した。
下記表2に用いたポリマーのa/(a+b)の値、(a+b)の値、及びムラの評価結果を示す。表中の評価結果の数値は、見本との対比で判定されるムラ評価の点数であり、数値が小さいほどムラがないことを示している。
Figure 2009040889
上記表2に示した結果から、一般式(1)で表されるフルオロ脂肪族基ポリマーの中でも、a/(a+b)の値が0.2〜0.8であり、及び/又は(a+b)/(a+b+c+d)が20〜50質量%のフルオロ脂肪族基ポリマーを用いると、特にムラが少なく、外観特性に優れた光学フィルムが作製できることがわかった。

Claims (13)

  1. 液晶化合物の少なくとも一種と、フルオロ脂肪族基含有ポリマーの少なくとも一種とを含有する液晶性組成物であって、該フルオロ脂肪族基含有ポリマーのガラス転移点が−25℃〜50℃であることを特徴とする液晶性組成物。
  2. 前記フルオロ脂肪族基含有ポリマーの含有量が、組成物固形分の総質量に対して0.02〜0.50重量%であることを特徴とする請求項1に記載の液晶性組成物。
  3. 前記フルオロ脂肪族基含有ポリマーが、下記一般式(1)で表されるフルオロ脂肪族基含有ポリマーであることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶性組成物:
    Figure 2009040889
    一般式(1)中、i、j及びlはそれぞれ1以上の整数を表し、各繰り返し単位がそれぞれi、j及びl種類それぞれ含まれることを意味し;
    Mはエチレン性不飽和モノマーより誘導され、且つk(kは1以上の整数)種類含まれる繰り返し単位であり;
    a、b、c及びdは重合比を表す質量百分率で、Σaiは1〜98質量%の数値を表し、Σbjは1〜98質量%の数値を表し、Σckは1〜98質量%の数値を表し、Σdlは0.1〜20質量%の数値を表し;
    1113はそれぞれ、水素原子又はメチル基を表し;R14は水酸基又はメトキシ基を表し;X1及びX2はそれぞれ、酸素原子、イオウ原子又は−N(R15)−を表し、R15は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表し;
    m1及びm2はそれぞれ1〜6の整数を表し、n1は0〜3の整数を表す。
  4. 1113がメチル基であることを特徴とする請求項3に記載の液晶性組成物。
  5. 14が水酸基であることを特徴とする請求項3及び4に記載の液晶性組成物。
  6. Σai/(Σai+Σbj)が、0.2〜0.8であることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の液晶性組成物。
  7. Σai+Σbjが20〜50質量%であることを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の液晶性組成物。
  8. 前記一般式(1)中、n1が0であることを特徴とする請求項3〜7のいずれか1項に記載の液晶性組成物。
  9. 前記液晶化合物が、ディスコティック化合物であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の液晶性組成物。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の組成物から形成された光学異方性膜。
  11. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の液晶性組成物から形成された光学異方性層を有する光学フィルム。
  12. 請求項11に記載の光学フィルムと、偏光子とを有することを特徴とする偏光板。
  13. 請求項11に記載の光学フィルム及び/又は請求項12に記載の偏光板を有することを特徴とする液晶表示装置。
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