JP2009242701A - 光配向膜用組成物、並びに、光配向膜及びその製造方法、液晶セル及び液晶表示装置 - Google Patents

光配向膜用組成物、並びに、光配向膜及びその製造方法、液晶セル及び液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】光等に対する優れた耐久性を有し、少ない光照射量で液晶分子に対する配向制御能を付与することができる光配向膜用組成物、並びに、光配向膜及びその製造方法、液晶セル及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】式(I)の化合物と、式(II)の化合物を含む光配向膜用組成物。


【選択図】なし

Description

本発明は、光等に対して優れた耐久性を有し、少ない光照射量で液晶分子に対する配向制御能を付与することができる光配向膜用組成物、並びに、光配向膜及びその製造方法、液晶セル及び液晶表示装置に関する。
液晶を配向させる方法は、液晶表示装置用の配向膜などを製造する際に利用されている。
前記液晶を配向させる方法としては、支持体表面を化学的又は物理的に処理する方法が知られているが、中でも、ポリイミドなどの高分子樹脂膜を配向膜として支持体表面に被覆し、前記配向膜を一方向に布などで擦る、ラビング法がよく知られている。前記ラビング法によれば、支持体表面に平行、かつ、一方向に均一に配向した液晶のホモジニアス配向を得ることができる。
しかしながら、前記ラビング法では、配向膜を擦ることにより静電気や塵が発生して歩留まりが低下してしまう点や、定量的に配向制御を行うことが困難である点が、問題となっている。
前記ラビング法における前記問題点を解決できる方法として、支持体表面に、光の照射により液晶の配向制御能が付与される光配向膜を設け、前記光配向膜に光を照射することにより液晶を配向させる、光配向膜法が注目されている。前記光配向膜法としては、例えば、アゾベンゼン誘導体のように光の作用で異性化反応を起こす化合物を、光配向膜として利用する技術が報告されている(特許文献1参照)。
しかしながら、前記特許文献1に記載の技術では、光配向膜の光耐久性が低いので、光配向膜が光に晒されているうちに液晶の配向制御能が低下してしまったり、異性化反応を起こすために必要な光照射量が多いので、製造コストがかかったりするという問題があった。
また、前記光配向膜法として、アゾモノマー及びアミノ樹脂を含む光配向膜用組成物を、光配向膜の製造に利用する技術が報告されている(特許文献2参照)。特許文献2に記載の技術によれば、耐久性に優れた光配向膜を、少ない光照射量で製造することができる。しかしながら、特許文献2に記載の技術においても、光照射量を充分に低減できているとは言えず、優れた耐久性を維持しつつも、製造コストなどの観点から低い光照射量により製造可能な光配向膜が求められている。
したがって、光等に対して優れた耐久性を有し、少ない光照射量で液晶分子に対する配向制御能を付与することができる光配向膜及びその製造方法については、未だ満足なものが提供されていないのが現状である。
特許第2990270号 特開2007−121721号公報
本発明は、従来における前記問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、光等に対して優れた耐久性を有し、少ない光照射量で液晶分子に対する配向制御能を付与することができる光配向膜用組成物、並びに、光配向膜及びその製造方法、液晶セル及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。即ち、
<1> 下記一般式(I)で表される化合物と、下記一般式(II)で表される化合物とを含むことを特徴とする光配向膜用組成物である。
[但し、前記一般式(I)中、Rは、水素原子、シアノ基、−F、−Cl、−Br、アルキル基、アルコキシ基、−N(CH、アルキルエステル基及び下記一般式(1)で表される基のいずれかであり、L及びLは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−O−、−S−、−N(CH)−、−NH−、−N(CH)−CO−、−NH−CO−、−CO−N(CH)−及び−CO−NH−のいずれかであり、S及びSは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、単結合及び置換されていてもよいアルキレン基のいずれかであり、Qは、重合性基であり、Mは、下記一般式(2)〜(8)のいずれかで表される基であり、R及びRは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、−F、−Cl、−Br、−CH、−OCH及び−CNのいずれかであり、P及びPは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、0〜4の整数であり、mは、0〜3の整数である]
[但し、前記一般式(1)中、L及びLは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−O−、−S−、−N(CH)−、−NH−、−N(CH)−CO−、−NH−CO−、−CO−N(CH)−及び−CO−NH−のいずれかであり、S及びSは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、単結合及び置換されていてもよいアルキレン基のいずれかであり、Qは、重合性基であり、Mは、前記Mと同一であってもよいし、異なっていてもよく、下記一般式(2)〜(8)のいずれかで表される基であり、nは、0〜3の整数である。]
[但し、前記一般式(2)中、Rは、−F、−Cl、−Br、−CH、−OCH及び−CNのいずれかであり、Pは、0〜4の整数である。]
[但し、前記一般式(II)中、Rは、水素原子及びメチル基のいずれかであり、Lは、単結合、−O−、−NH−及び−N(CH)−のいずれかであり、L及びLは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、単結合、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−O−、−S−、−N(CH)−、−NH−、−N(CH)−CO−、−NH−CO−、−CO−N(CH)−、−CO−NH−のいずれかであり、Lは、単結合、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−O−、−N(CH)−CO−、−NH−CO−、−CO−N(CH)−及び−CO−NH−のいずれかであり、S及びSは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、単結合及び置換されていてもよいアルキレン基のいずれかであり、Qは、重合性基であり、Mは、前記M又は前記Mと同一であってもよいし、異なっていてもよく、前記一般式(2)〜(8)のいずれかで表される基であり、xは、1〜5の整数であり、()は、繰り返し単位を示す。]
<2> Q、Q及びQ3の少なくともいずれかが、オキセタン基である<1>に記載の光配向膜用組成物である。
<3> 重合開始剤を含有する<1>から<2>のいずれかに記載の光配向膜用組成物である。
<4> <1>から<3>のいずれかに記載の光配向膜用組成物からなる光配向膜である。
<5> 一対の基板と、一対の前記基板に挟持される液晶組成物とを含む液晶セルであって、<4>に記載の光配向膜が、一対の前記基板のうち少なくとも一方の前記基板における、他方の前記基板に対して対向する面に配されてなる液晶セルである。
<6> <5>に記載の液晶セルを有する液晶表示装置である。
<7> IPS液晶表示装置及びTNモード液晶表示装置のいずれかである<6>に記載の液晶表示装置である。
<8> <1>から<3>のいずれかに記載の光配向膜用組成物を支持体表面に塗布する塗布工程と、前記光配向膜用組成物の塗膜に対し、偏光又は塗膜表面の斜め方向から非偏光を照射する第1の光照射工程と、を含む光配向膜の製造方法である。
<9> 第1の光照射工程において照射する偏向又は非偏光が、波長が365nmであり、積算光量が20〜1mJ/cmである<8>に記載の光配向膜の製造方法である。
<10> 第1の光照射工程の後に、光配向膜用組成物を加熱する加熱工程を含む<8>から<9>のいずれかに記載の光配向膜の製造方法である。
<11> 加熱工程における加熱温度が50℃〜240℃である<10>に記載の光配向膜の製造方法である。
<12> 第1の光照射工程の後に、光配向膜用組成物の塗膜に対し、塗膜表面の法線方向から非偏向を照射する第2の光照射工程を含む<8>から<9>のいずれかに記載の光配向膜の製造方法である。
本発明によると、光等に対して優れた耐久性を有し、少ない光照射量で液晶分子に対する配向制御能を付与することができる光配向膜用組成物、並びに、光配向膜及びその製造方法、液晶セル及び液晶表示装置を提供することができる。
(光配向膜用組成物)
本発明の光配向膜用組成物は、下記一般式(I)で表される化合物と、下記一般式(II)で表される化合物とを含み、必要に応じて重合開始剤などのその他の成分を含んでなる。
<一般式(I)で表される化合物>
前記一般式(I)中、L及びLは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−O−、−S−、−N(CH)−、−NH−、−N(CH)−CO−、−NH−CO−、−CO−N(CH)−及び−CO−NH−のいずれかを表す。
中でも、前記Lとしては、単結合、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−及び−CO−O−のいずれかが好ましく、単結合、−O−、−O−CO−及び−O−CO−O−のいずれかが更に好ましい。
中でも、前記Lとしては、単結合、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−及び−CO−O−のいずれかが好ましく、単結合、−O−、−O−CO−及び−CO−O−のいずれかが更に好ましい。
前記一般式(I)中、S及びSは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、単結合及び置換されていてもよいアルキレン基のいずれかを表す。
前記「置換されていてもよいアルキレン基」とは、無置換のアルキレン基、−CH−の水素原子が置換基により置換されたアルキレン基、及び、−CH−が−O−又は−S−により置換されたアルキレン基の、いずれかを意味する。
前記「−CH−の水素原子が置換基により置換されたアルキレン基」における前記置換基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、メチル基、メトキシ基、CN、F、Cl、Brなどが挙げられる。
前記「−CH−が−O−又は−S−により置換されたアルキレン基」において、2つ以上の−CH−が、−O−又は−S−に置換される場合には、互いに隣接していない−CH−が−O−又は−S−に置換される。また、2つ以上の−CH−が、−O−又は−S−に置換される場合には、それぞれ独立に、−O−又は−S−に置換される。また、前記「−CH−が−O−又は−S−により置換されたアルキレン基」において、水素原子が前記置換基により置換されていてもよい。
前記Sとしては、単結合及び置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキレン基のいずれかが好ましく、単結合、無置換の炭素数2〜8のアルキレン基及び−(CH−CH−O−CH−CH)−のいずれかがより好ましい。
前記Sとしては、単結合及び置換されていてもよい炭素数1〜8のアルキレン基のいずれかが好ましく、単結合、無置換の炭素数1〜4のアルキレン基及び−(CH−CH−O−CH−CH)−のいずれかがより好ましい。
前記一般式(I)中、R及びRは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、ハロゲン原子、−CH、−OCH及び−CNのいずれかを表す。
中でも、R及びRとしては、−F、−Cl、−Br、−CH、−OCH及び−CNのいずれかが好ましく、−F、−Cl、−CH、−OCH及び−CNのいずれかがより好ましく、−F、−CH、−OCH及び−CNのいずれかが更に好ましい。
前記一般式(I)中、P及びPは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、0〜4の整数を表し、0〜2の整数が好ましく、0〜1の整数がより好ましい。
前記一般式(I)中、mは、0〜3の整数を表し、0〜2の整数が好ましく、0〜1の整数がより好ましい。
前記一般式(I)中、Mは、下記一般式(2)〜(8)のいずれかで表される基を表す。中でも、下記一般式(2)〜(6)のいずれかで表される基が好ましく、下記一般式(2)、(4)及び(5)のいずれかで表される基がより好ましい。
前記一般式(2)中、Rは、ハロゲン原子、−CH、−OCH及び−CNのいずれかを表す。中でも、−F、−Cl、−Br、−CH、−OCH及び−CNのいずれかが好ましく、−F、−Cl、−CH、−OCH及び−CNのいずれかがより好ましく、−F、−CH、−OCH及び−CNのいずれかが更に好ましい。
前記一般式(2)中、Pは、0〜4の整数を表し、0〜2の整数が好ましく、0〜1の整数がより好ましい。
前記一般式(I)中、Qは、重合性基を表す。
1つの前記Qにおいて、1つの重合性基を含んでいてもよく、2つ以上の重合性基を含んでいてもよい。
前記Qとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、下記一般式(9)〜(17)のいずれかで表される基がより好ましく、下記一般式(16)及び(17)のいずれかで表されるオキセタン基が更に好ましい。
前記一般式(I)中、Rは、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、−N(CH、アルキルエステル基及び下記一般式(1)で表される基のいずれかを表す。中でも、前記Rとしては、下記一般式(1)で表される基が好ましい。
前記アルキル基は、分岐していてもよいし、分岐していなくてもよく、炭素数1〜20のアルキル基である。中でも、前記アルキル基としては、メチル基、エチル基及びイソプロピル基のいずれかが好ましい。
前記アルコキシ基(−O−R)は、そのアルキル基部分(−R)において、分岐していてもよいし、分岐していなくてもよく、炭素数1〜20のアルキル基を有する。中でも、前記アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基及びイソプロポキシ基のいずれかが好ましい。
前記アルキルエステル基(−CO−R)は、そのアルキル基部分(−R)において、分岐していてもよいし、分岐していなくてもよく、炭素数1〜20のアルキル基を有する。中でも、前記アルキルエステル基としては、メチルエステル基、エチルエステル基、イソプロピルエステル基のいずれかが好ましい。
前記Rにおける前記ハロゲン原子としては、−F、−Cl、−Brが好ましく、−F、−Clがより好ましい。
前記一般式(1)中、L及びLは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−O−、−S−、−N(CH)−、−NH−、−N(CH)−CO−、−NH−CO−、−CO−N(CH)−及び−CO−NH−のいずれかを表す。
中でも、前記Lとしては、単結合、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−及び−CO−O−のいずれかが好ましく、単結合、−O−、−O−CO−及び−O−CO−O−のいずれかが更に好ましい。
中でも、前記Lとしては、単結合、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−及び−CO−O−のいずれかが好ましく、単結合、−O−、−O−CO−及び−CO−O−のいずれかが更に好ましい。
前記一般式(1)中、S及びSは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、単結合及び置換されていてもよいアルキレン基のいずれかを表す。前記置換されていてもよいアルキレン基については、上記したものと同じであるので説明を省略する。
前記Sとしては、単結合及び置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキレン基のいずれかが好ましく、単結合、無置換の炭素数2〜8のアルキレン基及び−(CH−CH−O−CH−CH)−のいずれかがより好ましい。
前記Sとしては、単結合及び置換されていてもよい炭素数1〜8のアルキレン基のいずれかが好ましく、単結合、無置換の炭素数1〜4のアルキレン基及び−(CH−CH−O−CH−CH)−のいずれかがより好ましい。
前記一般式(1)中、nは、0〜3の整数を表し、0〜2の整数が好ましく、0〜1の整数がより好ましい。
前記一般式(1)中、Mは、前記Mと同一であってもよいし、異なっていてもよく、前記一般式(2)〜(8)のいずれかで表される基を表す。中でも、前記一般式(2)〜(6)のいずれかで表される基が好ましく、前記一般式(2)、(4)及び(5)のいずれかで表される基がより好ましい。
前記一般式(1)中、Qは、重合性基を表す。
1つの前記Qにおいて、1つの重合性基を含んでいてもよく、2つ以上の重合性基を含んでいてもよい。
前記Qとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記Qと同一であってもよいし、異なっていてもよく、前記一般式(9)〜(17)のいずれかで表される基がより好ましく、前記一般式(16)及び(17)のいずれかで表される基が更に好ましい。
<一般式(II)で表される化合物>
前記一般式(II)中、Rは、水素原子及びメチル基のいずれかを表す。
前記一般式(II)中、Lは、単結合、−O−、−NH−及び−N(CH)−のいずれかを表す。中でも、−O−、−NH−及び−N(CH)−のいずれかが好ましく、−O−及び−NH−のいずれかが更に好ましい。
前記一般式(II)中、L及びLは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、単結合、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−O−、−S−、−N(CH)−、−NH−、−N(CH)−CO−、−NH−CO−、−CO−N(CH)−及び−CO−NH−のいずれかを表す。
中でも、前記Lとしては、単結合、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−及び−CO−O−のいずれかが好ましく、単結合、−O−、−O−CO−及び−O−CO−O−のいずれかが更に好ましい。
中でも、前記Lとしては、単結合、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−及び−CO−O−のいずれかが好ましい。
前記一般式(II)中、S及びSは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、単結合及び置換されていてもよいアルキレン基のいずれかを表す。前記置換されていてもよいアルキレン基については、上記したものと同じであるので説明を省略する。
前記S及びSとしては、単結合及び置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキレン基のいずれかが好ましく、単結合、無置換の炭素数2〜8のアルキレン基及び−(CH−CH−O−CH−CH)−のいずれかがより好ましい。
前記一般式(II)中、xは、1〜5の整数を表す。
前記一般式(II)中、()は、繰り返し単位を表す。
前記一般式(II)中、Qは、重合性基を表す。
1つの前記Qにおいて、1つの重合性基を含んでいてもよく、2つ以上の重合性基を含んでいてもよい。
前記Qとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記Q又はQと同一であってもよいし、異なっていてもよく、前記一般式(9)〜(17)のいずれかで表される基がより好ましく、前記一般式(16)及び(17)のいずれかで表される基が更に好ましい。
前記一般式(II)中、Mは、前記M又は前記Mと同一であってもよいし、異なっていてもよく、前記一般式(2)〜(8)のいずれかで表される基を表す。中でも、前記一般式(2)〜(6)のいずれかで表される基が好ましく、前記一般式(2)、(4)及び(5)のいずれかで表される基がより好ましい。
前記一般式(II)で表される化合物の重量平均分子量(Mw)は、2,000以上であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5,000以上が好ましい。
以下に一般式(I)で表される化合物の例を示すが、これらに限定されるものではない。
なお、下記例において、Meはメチル基を表す。
以下に一般式(II)で表される化合物の例を示すが、以下に限定されるものではない。
なお、下記例において、Meはメチル基を表し、()は繰り返し単位を表す。
前記光配向膜用組成物における、前記一般式(I)で表される化合物の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。また、前記光配向膜用組成物における、前記一般式(II)で表される化合物の含有量としても、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記光配向膜用組成物における、前記一般式(I)で表される化合物と、前記一般式(II)で表される化合物との配合比としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、80質量部:20質量部〜5質量部:95質量部が好ましく、60質量部:40質量部〜5質量部:95質量部がより好ましい。
前記一般式(I)で表される化合物の、前記一般式(II)で表される化合物20質量部に対する配合量が、80質量部より多いと、アゾ基の影響により光配向膜が着色してしまうことがある。前記一般式(I)で表される化合物の、前記一般式(II)で表される化合物95質量部に対する配合量が、5質量部より少ないと、光配向膜用組成物に光を照射しても、液晶分子に対する配向制御能が付与されないことがある。前記配合比が前記より好ましい範囲であると、光配向膜用組成物が着色されることなく、少ない光照射量で液晶分子に対する優れた配向制御能が付与される点で有利である。
なお、前記一般式(I)で表される化合物のうち、代表的な化合物である上記構造式(I−18)で表される化合物の製造方法については、後記する実施例1において詳細かつ具体的に示した。当業者であれば、実施例の具体的説明を参照しつつ、原料化合物、反応条件、試薬などを適宜選択し、必要に応じてこれらの方法に適宜の修飾ないし改変を加えることにより、前記一般式(I)に包含される化合物をいずれも製造することができる。
また、前記一般式(II)で表される化合物のうち、代表的な化合物である上記構造式(II−9)で表される化合物の製造方法については、後記する実施例1において詳細かつ具体的に示した。当業者であれば、実施例の具体的説明を参照しつつ、原料化合物、反応条件、試薬などを適宜選択し、必要に応じてこれらの方法に適宜の修飾ないし改変を加えることにより、前記一般式(II)に包含される化合物をいずれも製造することができる。
−重合開始剤−
前記重合開始剤としては、特に制限はなく、前記一般式(I)で表される化合物及び前記一般式(II)で表される化合物中の重合性基に応じて選択することができ、例えば、ラジカル重合開始剤、カチオン重合開始剤などが挙げられる。前記ラジカル重合開始剤及び前記カチオン重合開始剤には、それぞれ、熱重合反応に用いる熱重合開始剤と光重合反応に用いる光重合開始剤とが含まれる。
前記ラジカル重合における熱重合開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリルなどが挙げられる。
前記ラジカル重合における前記光重合開始剤としては、例えば、α−カルボニル化合物(米国特許2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許3046127号、同2951758号の各明細書記載)、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号明細書記載)、アクリジン及びフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許4239850号明細書記載)及びオキサジアゾール化合物(米国特許4212970号明細書記載)等が挙げられる。
前記カチオン重合における熱重合開始剤としては、例えば、ベンジルスルホニウム塩系化合物などが挙げられる。
前記カチオン重合における光重合開始剤としては、例えば、有機スルフォニウム塩系、ヨードニウム塩系、フォスフォニウム塩系などが挙げられる。これら化合物の対イオンとしては、SbF 、PF 、BF 等が挙げられる。
前記光配向膜用組成物における前記重合開始剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記光配向膜用組成物に対し、0.1〜10質量%が好ましく、0.1〜8質量%がより好ましく、0.1〜7質量%が特に好ましい。前記含有量が、0.1質量%未満であると、重合が充分に行われないことがある。前記含有量が、10質量%を超えると、液晶の配向性が低下することがある。前記含有量が前記特に好ましい範囲であると、重合が充分に行われ、かつ、液晶の配向性が高い点で有利である。
(光配向膜)
本発明の光配向膜は、前記光配向膜用組成物からなる。
前記光配向膜の膜厚としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10〜500nmが好ましく、10〜300nmがより好ましく、10〜100nmがさらに好ましい。
(光配向膜の製造方法)
本発明の光配向膜の製造方法は、前記光配向膜用組成物を支持体表面に塗布する塗布工程と、前記光配向膜用組成物の塗膜に対し、偏光又は塗膜表面に対して斜め方向から非偏向を照射する第1の光照射工程とを含み、必要に応じて、その他の工程を含んでなる。
−塗布工程−
前記光配向膜用組成物を支持体表面に塗布する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スピンコーティング、ダイコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、インクジェット印刷などが挙げられる。
前記塗布工程において、前記光配向膜用組成物を支持体表面に塗布する際には、前記光配向膜用組成物を溶媒に溶解して、塗布液として用いることが好ましい。
前記溶媒としては、前記光配向膜用組成物を溶解できる限り、特に制限はないが、塗布しやすい点で、室温での蒸気圧が比較的低く、かつ、沸点が高いことが好ましい。前記溶媒としては、例えば、1,1,2−トリクロロエタン、N−メチルピロリドン、ブトキシエタノール、γ−ブチロラクトン、エチレングリコール、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール、2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、フェノキシエタノール、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどが挙げられる。前記溶媒は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記支持体としては、前記支持体の表面に前記光配向膜用組成物が塗布されたときに、前記光配向膜用組成物の塗膜を形成できる限り、特に制限はないが、通常は、液晶セルにおいて液晶組成物を挟持するための基板である。
−第1の光照射工程−
前記第1の光照射工程においては、前記光配向膜用組成物の塗膜に対し、偏光又は塗膜表面の斜め方向から非偏光を照射する。
前記偏光としては、特に制限はなく、例えば、直線偏光、円偏光、楕円偏光などが挙げられ、中でも、直線偏光が好ましい。
前記「斜め方向」とは、塗膜表面の法線方向に対して極角θ(0<θ<90°)傾けた方向である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記θが20〜80°であることが好ましい。
前記偏光又は前記非偏光における波長としては、前記光配向膜用組成物の塗膜に、液晶分子に対する配向制御能を付与することができる限り、特に制限はないが、例えば、紫外線、近紫外線、可視光線などが挙げられる。中でも、350nm〜450nmの近紫外線が特に好ましい。
前記偏光又は前記非偏光を照射するための光源としては、例えば、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどが挙げられる。このような光源から得た紫外線や可視光線に対して、干渉フィルタや色フィルタなどを用いることで、照射する波長範囲を制限することができる。また、これらの光源からの光に対して、偏光フィルタや偏光プリズムを用いることで、直線偏光を得ることができる。
前記偏光又は前記非偏光の積算光量としては、前記光配向膜用組成物の塗膜に、液晶分子に対する配向制御能を付与することができる限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、光配向膜をより低い照射量で製造する観点から、波長が365nmの偏向又は非偏光を、20〜1mJ/cm照射することが特に好ましい。
前記偏光又は前記非偏光の照度としては、前記光配向膜用組成物の塗膜に、液晶分子に対する配向制御能を付与することができる限り、特に制限はないが、0.1〜100mW/cmが好ましく、0.1〜70mW/cmがより好ましく、0,1〜50mW/cmが更に好ましい。
前記光配向膜用組成物が、前記一般式(I)で表される化合物及び前記一般式(II)で表される化合物を含んでいることにより、上記のように少ない積算光量及び少ない照度であっても、前記光配向膜用組成物の塗膜に対し、好適に液晶分子に対する配向制御能を付与することができる。
−その他の工程−
前記その他の工程としては、例えば、第1の光照射工程の後に、前記光配向膜用組成物を加熱する加熱工程、第1の光照射工程の後に、前記光配向膜用組成物の塗膜に対し、塗膜表面の法線方向から非偏光を照射する第2の光照射工程などが挙げられる。
前記その他の工程としては、前記加熱工程のみを行ってもよく、前記第2の光照射工程のみを行ってもよく、両方の工程を行ってもよい。また、前記加熱工程及び前記第2の光照射工程を行う場合には、いずれの工程を先に行ってもよい。
−−加熱工程−−
前記加熱工程では、前記光配向膜用組成物を加熱することにより、前記一般式(I)で表される化合物及び前記一般式(II)で表される化合物の重合を進行させる。
前記加熱工程における加熱温度としては、前記一般式(I)で表される化合物及び前記一般式(II)で表される化合物の重合を進行させることができる限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、一般的には、50〜240℃であり、80〜200℃が好ましく、80〜190℃がより好ましい。
前記加熱工程により、前記一般式(I)で表される化合物及び前記一般式(II)で表される化合物の重合を進行させることで、前記光配向膜用組成物の塗膜(光配向膜)が、液晶分子に対する配向制御能を有した状態で重合されるので、光や熱に対する耐久性を高めることができる。
−−第2の光照射工程−−
前記第2の光照射工程では、前記光配向膜用組成物の塗膜に対し、塗膜表面の法線方向から非偏光を照射することにより、前記一般式(I)で表される化合物及び前記一般式(II)で表される化合物の重合を進行させる。
前記非偏光における波長としては、前記一般式(I)で表される化合物及び前記一般式(II)で表される化合物の重合を進行させることができる限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、波長250〜450nmにピークを有することが好ましく、波長300〜410nmにピークを有することがさらに好ましい。
前記非偏光の積算光量としては、前記一般式(I)で表される化合物及び前記一般式(II)で表される化合物の重合を進行させることができる限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5mJ/cm〜10J/cmが好ましく、5mJ/cm〜5J/cmが更に好ましい。
前記非偏光の照度としては、前記一般式(I)で表される化合物及び前記一般式(II)で表される化合物の重合を進行させることができる限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5〜1,000mW/cmが好ましく、5〜500mW/cmがより好ましく、5〜350mW/cmが更に好ましい。
前記非偏光の照射は、窒素雰囲気下又は加熱条件下で行うと、重合反応が促進される点で好ましい。
前記第2の光照射工程により、前記一般式(I)で表される化合物及び前記一般式(II)で表される化合物の重合を進行させることで、前記光配向膜用組成物の塗膜(光配向膜)が、液晶分子に対する配向制御能を有した状態で重合されるので、光や熱に対する耐久性を高めることができる。
(液晶セル)
本発明の液晶セルは、一対の基板と、一対の前記基板に挟持される液晶組成物とを含む液晶セルであって、前記光配向膜が、一対の前記基板のうち少なくとも一方の前記基板における、他方の前記基板に対して対向する面に配されてなることを特徴とする。
前記光配向膜の構成については、既に説明したとおりであるので、説明を省略する。
前記光配向膜は、一対の前記基板のうち一方の基板のみに配されていてもよく、対向する両方の基板に配されていてもよい。
−基板−
前記基板の材料としては、特に制限はなく、有機材料及び無機材料のいずれも用いることができる。前記有機材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、トリアセチルセルロースなどが挙げられる。前記無機材料としては、ガラス、シリコンなどが挙げられる。また、前記基板には、ITO、Cr、Alなどの電極層、カラーフィルタ層などが設けられていてもよい。
−液晶組成物−
前記液晶組成物としては、液晶分子を含む限り特に制限はなく、従来公知のものの中から選択することができる。
(液晶表示装置)
本発明の液晶表示装置は、前記液晶セルを有することを特徴とする。
前記液晶表示装置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、IPS(In−Plane Switching)モード液晶表示装置、TN(Twisted Nematic)モード液晶表示装置などが挙げられる。中でも、前記光配向膜が液晶分子を水平配向させる水平配向膜として有用である点で、IPSモード液晶表示装置が好ましい。
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
なお、本実施例における配合比は、特に記載のない限り、質量比である。
(実施例1)
−構造式(I−18)で表される化合物の合成−
前記構造式(I−18)で表される化合物を、下記合成ルートに従って合成した。
化合物(a)(275mmol)の1N塩酸溶液470mLを内温0℃に冷却後、NaNO(275mmol)水溶液93mLをゆっくり滴下した。滴下後、メタノール240mLを加え1時間攪拌した。その後、化合物(b)(275mmol)、KOH(522mmol)、メタノール187mLを加え、2時間攪拌後、1N塩酸を288mL加えた。30分攪拌した後、析出物をろ過し、その残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘキサン/酢酸エチル=3/2)にて精製し、化合物(c)を得た。この工程において、化合物(c)の収率は7%であった。
テトラブチルアンモニウムブロマイド(0.0759mol)のヘキサン溶液1,470mLに50%NaOH水溶液(1920g)、化合物(e)(1.47mol)、および化合物(d)(4.41mol)を加え室温で30分攪拌した後、4時間還流させた。その後、室温に戻し有機層を水で3回洗浄した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し蒸留精製を行い、化合物(f)を得た。この工程において、化合物(f)収率は41.5%であった。
化合物(c)(10mmol)のジメチルアセトアミド溶液60mLに、化合物(f)(22mmol)、炭酸カリウム(45mmol)を加え、100℃まで昇温し、4時間撹拌した。酢酸エチルを加え、有機層を希塩酸で2回洗浄した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘキサン/酢酸エチル=3/1)にて精製し、前記構造式(I−18)で表される化合物を得た。この工程において、前記構造式(I−18)で表される化合物の収率は、52%であった。
なお、合成した前記構造式(I−18)で表される化合物について、質量分析を行った結果、527.30(M+1)のピークが検出された。
−前記構造式(II−9)で表される化合物の合成−
前記構造式(II−9)で表される化合物を、下記合成ルートに従って合成した。
上記合成ルートにおいて、化合物(i)を合成する工程は、特開2002−097170号公報の記載に従って行った。また、前記上記合成ルートおける化合物(f)は、前記構造式(I−18)で表される化合物の合成工程において使用した化合物(f)と同じである。
化合物(g)(400mmol)のジメチルアセトアミド溶液500mLに、化合物(f)(100mmol)、炭酸カリウム(120mmol)を加え、90℃まで昇温し、3時間撹拌した。酢酸エチルを加え、有機層を希塩酸で2回洗浄した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘキサン/酢酸エチル=3/1)にて精製し、化合物(h)を得た。この工程において、化合物(h)の収率は40%であった。
化合物(i)(11.6mmol)のテトラヒドロフラン溶液50mLに、氷冷下、メタンスルホニルクロライド(11.6mmol)とジイソプロピルエチルアミン(14.6mmol)のテトラヒドロフラン10mL溶液を滴下した。滴下後、室温まで昇温させ、1.5時間撹拌した。その後、氷冷し、化合物(h)(5.84mmol)のテトラヒドロフラン溶液20mLを添加し、さらにジイソプロピルエチルアミン(14.6mmol)のテトラヒドロフラン溶液10mLを滴下した。滴下終了後、N,N−ジメチルアミノピリジンを触媒量加え、そのまま室温まで昇温し3時間撹拌した。酢酸エチルを加え、有機層を希塩酸で2回洗浄した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘキサン/酢酸エチル=2/1)にて精製し、化合物(j)を得た。この工程において、化合物(j)の収率は50%であった。
化合物(j)(0.825mmol)、およびAIBN(16mg)のジメチルアセトアミド溶液7.4mLを窒素下で外温70℃で7時間攪拌した。攪拌後、メタノールで精製し、前記構造式(II−9)で表される化合物を得た。この工程において、前記構造式(II−9)で表される化合物の収率は60%であった。
なお、合成した前記構造式(II−9)で表される化合物について、質量分析を行った結果、499.23(M+1)のピークが検出された。
−光配向膜用組成物の製造−
下記組成を混合し、光配向膜用組成物を製造した。
構造式(I−18)で表される化合物 0.96質量部
構造式(II−9)で表される化合物 0.96質量部
重合開始剤トリアリルスルホニウムヘキサフルオロフォスフェート50%プロピレンカーボネート溶液(アルドリッチ社製)
0.08質量部
1,1,2−トリクロロエタン 98質量部
−光配向膜の製造−
前記光配向膜用組成物を、スピンコート法(3,500rpm、20秒)によりガラス基板上に塗布した後、前記光配向膜用組成物の塗面に対し、塗膜表面の法線方向から波長365nmの偏光紫外線を、積算光量が15mJ/cmとなるように照射した。
そして、空気下、70℃で高圧水銀灯により、非偏光の紫外線を、積算光量が50mJ/cmとなるように照射し、実施例1の光配向膜を製造した。
(実施例2)
実施例1において、光配向膜用組成物中の構造式(I−18)で表される化合物の配合量を0.96質量部に代えて1.536質量部としたこと、光配向膜用組成物中の構造式(II−9)で表される化合物の配合量を0.96質量部に代えて0.384質量部としたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2の光配向膜を製造した。
(実施例3)
実施例1において、光配向膜用組成物中の構造式(I−18)で表される化合物の配合量を0.96質量部に代えて0.096質量部としたこと、光配向膜用組成物中の構造式(II−9)で表される化合物の配合量を0.96質量部に代えて1.824質量部としたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例3の光配向膜を製造した。
(実施例4)
実施例1において、光配向膜用組成物中の構造式(I−18)で表される化合物の配合量を0.96質量部に代えて1.632質量部としたこと、光配向膜用組成物中の構造式(II−9)で表される化合物の配合量を0.96質量部に代えて0.288質量部としたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例4の光配向膜を製造した。
(実施例5)
実施例1において、光配向膜用組成物中の構造式(I−18)で表される化合物の配合量を0.96質量部に代えて0.0576質量部としたこと、光配向膜用組成物中の構造式(II−9)で表される化合物の配合量を0.96質量部に代えて1.8624質量部としたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例5の光配向膜を製造した。
(比較例1)
−光配向膜用組成物の製造−
特開2007−121721号公報に記載の実施例12と同様にして、光配向膜用組成物を製造した。
即ち、下記構造式(a)で示される化合物2部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)98部に溶解させた(溶液A)。メチル化メラミン スミマールM−100C(以下M−100C)(長春人造樹脂製。ヘキサメトキシメチル化メラミン単量体として、分子量=390。平均重合度は1.3〜1.7である。)2部に2−ブトキシエタノール(BC)98部を加えて均一溶液とした(溶液B)。溶液A100部、溶液B15部、BC77部及びBX−L(ポリビニルアセタール樹脂エスレック、積水化学工業(株)製)5.1部を混合し、固形分比1.0%の溶液を調製した。得られた溶液を0.45μmのメンブランフィルターでろ過し、光配向膜用組成物を得た。
−光配向膜の製造−
前記光配向膜用組成物を、スピンコート法(3,500rpm、20秒)によりガラス基板上に塗布した後、前記光配向膜用組成物の塗面に対し、塗膜表面の法線方向から波長365nmの偏光紫外線を、積算光量が15mJ/cmとなるように照射した。
そして、220℃で20分間加熱して、比較例1の光配向膜を製造した。
(1)配向性評価
実施例1〜5及び比較例1で製造した光配向膜に対し、下記組成の液晶組成物のイソプロピルアルコール溶液をスピンコート法(2,000rpm、20秒)により塗布した後、80℃で10秒間加熱し、室温にもどして液晶の配向性を観察し、下記評価基準に従って配向性を評価した。結果を表1に示す。
−液晶組成物−
MLC−16000−100(メルク社製液晶化合物) 34.9質量部
下記に示す空気界面制御剤(A) 0.0349質量部
イソプロピルアルコール 65質量部
<配向性の評価基準>
◎ :クロスニコル下で光漏れがほとんど観察されない。
◎〜○:○に比べ、良好であるが、光漏れが若干観測される。
○ :クロスニコル下で光漏れが少し観察される。
× :クロスニコル下で光漏れが観察される。
(2)光耐久性評価
実施例1〜5及び比較例1で製造した光配向膜に対し、波長365nmの非偏光の紫外線を、積算光量が50J/cmとなるように照射した。次に、前記光配向膜に対し、上記「(1)配向性評価」と同様に、上記組成の液晶組成物のイソプロピルアルコール溶液をスピンコート法(2,000rpm、20秒)により塗布した後、80℃で10秒間加熱し、室温にもどして液晶の配向性を観察し、下記評価基準に従って配向性を評価した。結果を表1に示す。
<光耐久性の評価基準>
◎ :上記光耐久性評価において波長365nmの非偏光の紫外線を照射しない場合と比較して、光漏れがほとんど変化しない。
◎〜○:○に比べ、良好であるが、光漏れが若干悪化している。
○ :上記光耐久性評価において波長365nmの非偏光の紫外線を照射しない場合と比較して、光漏れが少し悪化している。
× :上記光耐久性評価において波長365nmの非偏光の紫外線を照射しない場合と比較して、光漏れが明らかに悪化している。
実施例1〜5の光配向膜は、比較例1の光配向膜に比べ、少ない光照射量で製造でき、かつ光耐久性も向上していることが分かった。更に、実施例1〜3の光配向膜は、実施例4〜5の光配向膜に比べ、光耐久性の向上が大きいことが分かった。

Claims (12)

  1. 下記一般式(I)で表される化合物と、下記一般式(II)で表される化合物とを含むことを特徴とする光配向膜用組成物。
    [但し、前記一般式(I)中、Rは、水素原子、シアノ基、−F、−Cl、−Br、アルキル基、アルコキシ基、−N(CH、アルキルエステル基及び下記一般式(1)で表される基のいずれかであり、L及びLは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−O−、−S−、−N(CH)−、−NH−、−N(CH)−CO−、−NH−CO−、−CO−N(CH)−及び−CO−NH−のいずれかであり、S及びSは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、単結合及び置換されていてもよいアルキレン基のいずれかであり、Qは、重合性基であり、Mは、下記一般式(2)〜(8)のいずれかで表される基であり、R及びRは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、−F、−Cl、−Br、−CH、−OCH及び−CNのいずれかであり、P及びPは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、0〜4の整数であり、mは、0〜3の整数である]
    [但し、前記一般式(1)中、L及びLは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−O−、−S−、−N(CH)−、−NH−、−N(CH)−CO−、−NH−CO−、−CO−N(CH)−及び−CO−NH−のいずれかであり、S及びSは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、単結合及び置換されていてもよいアルキレン基のいずれかであり、Qは、重合性基であり、Mは、前記Mと同一であってもよいし、異なっていてもよく、下記一般式(2)〜(8)のいずれかで表される基であり、nは、0〜3の整数である。]
    [但し、前記一般式(2)中、Rは、−F、−Cl、−Br、−CH、−OCH及び−CNのいずれかであり、Pは、0〜4の整数である。]
    [但し、前記一般式(II)中、Rは、水素原子及びメチル基のいずれかであり、Lは、単結合、−O−、−NH−及び−N(CH)−のいずれかであり、L及びLは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、単結合、−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−O−、−S−、−N(CH)−、−NH−、−N(CH)−CO−、−NH−CO−、−CO−N(CH)−、−CO−NH−のいずれかであり、Lは、単結合、−O−CO−、−O−CO−O−、−CO−O−、−N(CH)−CO−、−NH−CO−、−CO−N(CH)−及び−CO−NH−のいずれかであり、S及びSは、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、単結合及び置換されていてもよいアルキレン基のいずれかであり、Qは、重合性基であり、Mは、前記M又は前記Mと同一であってもよいし、異なっていてもよく、前記一般式(2)〜(8)のいずれかで表される基であり、xは、1〜5の整数であり、()は、繰り返し単位を示す。]
  2. 、Q及びQ3の少なくともいずれかが、オキセタン基である請求項1に記載の光配向膜用組成物。
  3. 重合開始剤を含有する請求項1から2のいずれかに記載の光配向膜用組成物。
  4. 請求項1から3のいずれかに記載の光配向膜用組成物からなる光配向膜。
  5. 一対の基板と、一対の前記基板に挟持される液晶組成物とを含む液晶セルであって、請求項4に記載の光配向膜が、一対の前記基板のうち少なくとも一方の前記基板における、他方の前記基板に対して対向する面に配されてなる液晶セル。
  6. 請求項5に記載の液晶セルを有する液晶表示装置。
  7. IPS液晶表示装置及びTNモード液晶表示装置のいずれかである請求項6に記載の液晶表示装置。
  8. 請求項1から3のいずれかに記載の光配向膜用組成物を支持体表面に塗布する塗布工程と、前記光配向膜用組成物の塗膜に対し、偏光又は塗膜表面の斜め方向から非偏光を照射する第1の光照射工程と、を含む光配向膜の製造方法。
  9. 第1の光照射工程において照射する偏向又は非偏光が、波長が365nmであり、積算光量が20〜1mJ/cmである請求項8に記載の光配向膜の製造方法。
  10. 第1の光照射工程の後に、光配向膜用組成物を加熱する加熱工程を含む請求項8から9のいずれかに記載の光配向膜の製造方法。
  11. 加熱工程における加熱温度が50℃〜240℃である請求項10に記載の光配向膜の製造方法。
  12. 第1の光照射工程の後に、光配向膜用組成物の塗膜に対し、塗膜表面の法線方向から非偏向を照射する第2の光照射工程を含む請求項8から9のいずれかに記載の光配向膜の製造方法。
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