JP2012027354A - 感光性高分子化合物からなる光配向剤、該光配向剤を用いた液晶配向膜および該液晶配向膜を用いた液晶表示素子 - Google Patents

感光性高分子化合物からなる光配向剤、該光配向剤を用いた液晶配向膜および該液晶配向膜を用いた液晶表示素子 Download PDF

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Abstract

【課題】 光配向法に適した感光性高分子化合物からなる光配向剤、および該光配向剤を用いた液晶配向膜を提供すること。
【解決手段】 式(1)で表される、感光性高分子化合物からなる光配向剤。式(1)において、Rは水素またはメチルを示し、Lは水素、フッ素、塩素、炭素数1〜3のアルキルまたは炭素数1〜3のアルコキシを示し、Rは水素、−C≡N、炭素数1〜12のアルキルまたは炭素数1〜12のアルコキシを示し、mは1〜12の整数を示す。
本光配向剤を用いることで、ラビング処理を行うことなく液晶分子を配向させることが可能な液晶配向膜が提供できる。
Figure 2012027354

【選択図】 なし

Description

本発明は、感光性高分子化合物からなる光配向剤、該光配向剤を用いた液晶配向膜、該液晶配向膜を用いた光学フィルムや液晶表示素子に関する。
液晶表示素子は、ノートパソコンやデスクトップパソコンのモニターをはじめ、ビデオカメラのビューファインダー、投写型のディスプレイ、テレビ等の様々な液晶表示装置に使われている。さらに、光プリンターヘッド、光フーリエ変換素子、ライトバルブ等のオプトエレクトロニクス関連素子としても利用されている。従来の液晶表示素子としては、ネマチック液晶を用いた表示素子が主流であり、一方の基板近傍にある液晶の配向方向と他方の基板近傍にある液晶の配向方向とが90°の角度でねじれているTN(Twisted Nematic)モード、前記配向方向が通常180°以上の角度でねじれているSTN(Super Twisted Nematic)モード、薄膜トランジスタを使用した、いわゆるTFT(Thin−Film−Transistor)モードの液晶表示素子が実用化されている。
しかしながら、これらの液晶表示素子は、画像が適正に視認できる視野角が狭く、斜め方向から見たときに、輝度やコントラストが低下することがあり、また中間調で輝度反転を生じることがある。近年では、この視野角の問題は、光学補償フィルムを用いたTN型液晶表示素子、垂直配向と突起構造物の技術を併用したMVA(Multi−domain Vertical Alignment)モード(特許文献1参照)または横電界方式のIPS(In−Plane Switching)モード(特許文献2参照)等により改良されている。
液晶表示素子の技術の発展は、単にこれらの駆動方式や素子構造の改良のみならず、表示素子に使用される構成部材の改良によっても達成されている。表示素子に使用される構成部材のなかでも、特に液晶配向膜は、液晶表示素子の表示品位に係わる重要な要素の一つであり、表示素子の高品質化に伴って液晶配向膜の役割が年々重要になってきている。
液晶配向膜は、液晶表示素子の均一な表示特性のために液晶の分子配列を均一に制御することが必要である。そのため、基板上の液晶分子を一方向に均一に配向させ、更に基板面から一定の傾斜角(プレチルト角)を発現させることが求められる。
また、画像表示装置のコントラスト向上や視野角範囲の拡大を実現するために、光学補償フィルムや位相差フィルムとして、例えば、屈折率異方性を有する延伸フィルムや重合性液晶性化合物を配向させて重合したフィルムが用いられている。この重合性液晶性化合物を配向させるためにも液晶配向膜が用いられる。基板上の液晶分子の方向を一様に並べる液晶配向膜は、液晶表示素子の製造工程における様々な場面で利用され、その技術は重要かつ必要不可欠なものとなっている。
液晶配向膜は、液晶配向剤を用いて調製される。現在、主として用いられている液晶配向剤は、ポリアミック酸若しくは可溶性のポリイミドを有機溶剤に溶解させた溶液である。このような溶液を基板に塗布した後、加熱等の手段により成膜してポリイミド系液晶配向膜を形成する。ポリアミック酸以外の種々の液晶配向剤も検討されているが、耐熱性、耐薬品性(耐液晶性)、塗布性、液晶配向性、電気特性、光学特性、表示特性等の点から、ほとんど実用に至っていない。
工業的には、簡便で大面積の高速処理が可能なラビング法が、配向処理法として広く用いられている。ラビング法は、ナイロン、レイヨン、ポリエステル等の繊維を植毛した布を用いて液晶配向膜の表面を一方向に擦る処理であり、これによって液晶分子の一様な配向を得ることが可能になる。しかし、ラビング法による発塵、静電気の発生等により配向欠陥や液晶素子への影響が問題視されている。
そこで、近年、ラビング処理に代わる液晶配向制御方法が開発されている。光を照射して配向処理を施す光配向法については、光分解法、光異性化法、光二量化法、光架橋法等多くの配向機構が提案されている(非特許文献1、特許文献3および特許文献4参照。)。光配向法はラビング法と異なり非接触の配向方法であり、原理的に発塵や静電気の発生がラビング処理より少ない。
光配向法により配向処理を施された、配向性の良好な液晶配向膜を用いることにより、液晶配向膜に接している液晶単分子層の分子配向状態を制御することで、液晶表示素子としての性能を改善することが期待できる。
特許第2947350号公報 特許第2940354号公報 特開2005−275364号公報 特開平11−15001号公報
液晶 第3巻第4号、日本液晶学会編集委員会編、日本液晶学会発行、1999年、262ページ
本発明の目的は、光配向法に適した感光性高分子化合物からなる光配向剤を提供すること。および本光配向剤を用いた、従来のラビング法による配向処理を行わずとも配向性が良好な、光配向法に適した液晶配向膜を提供することである。
本発明者らは鋭意研究開発を進めた結果、液晶配向剤として感光性高分子化合物を用い
た光配向剤を使用することで、高温加熱処理やラビング処理が必要ない、光配向法に適した、配向の安定性の高い液晶配向膜の提供を実現した。すなわち本発明は以下のとおりである。
式(1)で示される構成単位を有するポリマーを用いることを特徴とした液晶配向膜用の光配向剤。
Figure 2012027354

式(1)中、Rは水素またはメチルを示し、Lは水素、フッ素、塩素、炭素数1〜3のアルキルまたは炭素数1〜3のアルコキシを示し、Rは水素、−C≡N、炭素数1〜12のアルキルまたは炭素数1〜12のアルコキシを示し、mは1〜12の整数を示す。
[2] [1]に記載の式(1)で示される構成単位を有するホモポリマーを用いた、[1]に記載の液晶配向膜用の光配向剤。
[3] [1]に記載の式(1)で示されるポリマーの重量平均分子量が1000〜500000である、[1]または[2]のいずれか1項に記載の液晶配向膜用の光配向剤。
[4] [1]に記載の式(1)において、Rが水素またはメチルであり、Lが水素であり、Rがメトキシまたはプロポキシであり、mが6である、[2]に記載の液晶配向膜用の光配向剤。
[5] [1]〜[4]のいずれか1項に記載の光配向剤を用いて製造される液晶配向膜。
[6] [5]に記載の液晶配向膜を用いて製造される光学フィルム。
[7] [5]に記載の液晶配向膜を用いて製造される液晶表示素子。
本発明では、光反応性基を有する化合物を利用して液晶配向膜を形成するため、従来のラビング処理に見られる煩雑な処理工程やその後の発塵や静電気が発生しない。そのため配向欠陥のない光学均一性の高い液晶配向膜を作成できる。また、該液晶配向膜を用いて製造された光学フィルム、液晶表示素子は、高い配向安定性を保つことが可能となる。
本発明について詳細に説明する。
本発明において前記液晶配向膜は、光反応性基を有する高分子化合物(以下「感光性高分子化合物」)の少なくとも一種を用いている。本発明において、感光性高分子化合物とは、例えば、平面偏光の照射により光異性化反応、光二量化反応、および光分解反応の少なくとも1つを起こす化合物である。該感光性高分子化合物は、光照射により光異性化反応、光二量化反応を起こす化合物であるのが好ましく、光二量化反応を起こす化合物であるのが特に好ましい。該感光性高分子化合物は、重量平均分子量が1000〜500000程度のものが好ましい。単一モノマーの重合体であっても異なる2種以上のモノマーの重合体であってもよい。また、異なる2種以上のモノマーから構成されたコポリマーの場合、複数の重合性基を有するモノマーを用いてもよい。
感光性高分子化合物のうち、光異性化反応を起こす化合物とは、光の作用で立体異性化または構造異性化を起こす化合物をいう。光異性化化合物としては、例えば桂皮酸化合物(K.Ichimura et al.,Macromolecules,30,903(1997))、アゾベンゼン化合物(K. Ichimura et al.,Mol.Cryst.Liq.Cryst .,298,221(1997))、ヒドラゾノ−β−ケトエステル化合物(S. Yamamura et al., Liquid Crystals, vol. 13, No. 2, page 189 (1993))、スチルベン化合物(J.G.Victor and J.M.Torkelson,Macromolecules,20,2241(1987))、およびスピロピラン化合物(K. Ichimura et al., Chemistry Letters, page 1063 (1992) ;K.Ichimura et al., Thin Solid Films, vol. 235, page 101 (1993) )が挙げられる。また、これらの骨格をポリマー主鎖あるいはポリマー側鎖に有する化合物も含まれる。これらの中で、C=C、またはN=Nからなる二重結合構造を含む光異性化化合物が好ましい。
感光性高分子化合物のうち、光二量化反応を起こす化合物とは、光の照射によって、二つの基の間に付加反応を起こして環化する化合物をいう。光二量化化合物としては、例えば桂皮酸誘導体(M. Schadt et al., J. Appl. Phys., vol. 31, No. 7, page 2155 (1992))、クマリン誘導体(M. Schadt et al., Nature., vol. 381, page 212 (1996))、カルコン誘導体(小川俊博他、液晶討論会講演予稿集,2AB03(1997))、ベンゾフェノン誘導体(Y. K. Jang et al., SID Int. Symposium Digest, P-53(1997))が挙げられる。また、これらの骨格を有する誘導体をポリマー主鎖又は側鎖に有する化合物も含まれる。中でも、桂皮酸誘導体、クマリン誘導体骨格を側鎖に有するポリマーが好ましく、桂皮酸誘導体骨格を側鎖に有するポリマーがより好ましい。
本発明に用いられる感光性高分子化合物は、少なくとも1種の桂皮酸誘導体を含有する。
前記感光性高分子化合物は、式(1)で示される構成単位を1種または2種以上含むポリマー混合物でもよい。また、前記感光性高分子化合物は、式(1)の構成単位以外の他の構成単位を1種または2種以上含むコポリマーでもよい。コポリマー中の式(1)以外の他の構成単位については特に構造は制限されない。通常の工業的に入手できるラジカル重合反応可能なモノマーから誘導される構成単位が好ましい。以下、他の構成単位を誘導するモノマーの具体例を挙げる。本発明はこれらの具体例によってなんら限定されるものではない。
前記感光性高分子化合物は、下記モノマー群から選ばれる1種または2種以上のモノマーから誘導される構成単位を含有するコポリマーでもよい。
式(1)で示される感光性高分子化合物以外の他の構成単位を与えるモノマーとしては、エチレン性不飽和二重結合を少なくとも1つ有する化合物として、(メタ)アクリル酸、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、およびベンジル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸またはその誘導体;
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、および3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキルエステル類;
ω−カルボキシポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート、フタル酸モノヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、および2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレートなどの単官能(メタ)アクリレート化合物;
1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルジ(メタ)アクリレート、エトキシ化水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールSジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピルジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールビスヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、およびモノヒドロキシペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートなどの多官能(メタ)アクリレート化合物などがある。
また、これら化合物として、市販品の単官能または多官能(メタ)アクリレート化合物をそのまま用いることができる。具体的には、東亜合成化学工業(株)製のアロニックスM−5400(フタル酸モノヒドロキシエチルアクリレート)、同M−5700(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート)、同M−215(イソシアヌル酸エチレンオキシサイド変性ジアクリレート)、同M−220(トリプロピレングリコールジアクリレート)、同M−245{ポリエチレングリコール(n≒9)ジアクリレート}、同M−305(ペンタエリスリトールトリアクリレート)、同M−309(トリメチロールプロパントリアクリレート)、同M−315(イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性トリアクリレート)、同M−400{ジペンタエリスリトールペンタアクリレートおよびジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(主成分)の混合物}、同M−450(ペンタエリスリトールテトラアクリレート)、同M−8060、および同M−8560;
大阪有機化学工業(株)製のビスコート#295(トリメチロ−ルプロパントリアクリレート)、同#300(ペンタエリスリトールトリアクリレート)、同#360(トリメチロールプロパンエチレンオキサイド変性トリアクリレート)、および同#400(ペンタエリスリトールテトラアクリレート);
日本化薬(株)製のKAYARAD TMPTA(トリメチロールプロパントリアクリレート)、同PET−30(ペンタエリスリトールトリアクリレート)、同DPHA{ジペンタエリスリトールペンタアクリレートおよびジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(主成分)の混合物}、同D−310(ジペンタエリスリトールペンタアクリレート)、同D−330、および同DPCA−60などがある。
本発明では、上述した化合物のうち、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、東亜合成化学工業(株)製のアロニックスM−305、同#309、同M−400、同M−450、大阪有機化学工業(株)製のビスコート#295、同#300、同#400、日本化薬(株)製のKAYARADTMPTA、同DPHA、同D−310、同PET−30などの3官能以上の多官能アクリレートが好ましく用いることができる。なお、これらの化合物は単独または2種類以上を混合して使用することができる
本願のポリマーは、単独でなく基板に積層して用いるため、液晶配向膜用の材料としての配向能や基板との密着性、塗布均一性、耐薬品性、耐熱性、透過度、ガスバリア性といった、光学フィルムや光学表示素子に必要な特性が要求される。そのような特性を付与するために、添加剤を用いることができる。
各種の添加剤の添加量は、要求される特性に応じて決定されるが、好ましくは、本願ポリマーの100重量部に対し0.01〜10重量部である。
添加剤としては、アクリル系、スチレン系、ポリエチレンイミン系又はウレタン系の高分子分散剤、アニオン系、カチオン系、ノニオン系又はフッ素系の界面活性剤、シリコーン樹脂等の塗布性向上剤、シランカップリング剤等の密着性向上剤、アルコキシベンゾフェノン類等の紫外線吸収剤、ポリアクリル酸ナトリウム等の凝集防止剤、オキシラン化合物、メラミン化合物又はビスアジド化合物等の熱架橋剤、有機カルボン酸等のアルカリ溶解性促進剤等がある。
添加剤として、光増感剤を用いることもできる。無色増感剤および三重項増感剤が好ましい。
光増感剤としては、芳香族ニトロ化合物、クマリン(7−ジエチルアミノ−4−メチルクマリン、7−ヒドロキシ4−メチルクマリン)、ケトクマリン、カルボニルビスクマリン、芳香族2−ヒドロキシケトン、およびアミノ置換された、芳香族2−ヒドロキシケトン(2−ヒドロキシベンゾフェノン、モノ−もしくはジ−p−(ジメチルアミノ)−2−ヒドロキシベンゾフェノン)、アセトフェノン、アントラキノン、キサントン、チオキサントン、ベンズアントロン、チアゾリン(2−ベンゾイルメチレン−3−メチル−β−ナフトチアゾリン、2−(β−ナフトイルメチレン)−3−メチルベンゾチアゾリン、2−(α−ナフトイルメチレン)−3−メチルベンゾチアゾリン、2−(4−ビフェノイルメチレン)−3−メチルベンゾチアゾリン、2−(β−ナフトイルメチレン)−3−メチル−β−ナフトチアゾリン、2−(4−ビフェノイルメチレン)−3−メチル−β−ナフトチアゾリン、2−(p−フルオロベンゾイルメチレン)−3−メチル−β−ナフトチアゾリン)、オキサゾリン(2−ベンゾイルメチレン−3−メチル−β−ナフトオキサゾリン、2−(β−ナフトイルメチレン)−3−メチルベンゾオキサゾリン、2−(α−ナフトイルメチレン)−3−メチルベンゾオキサゾリン、2−(4−ビフェノイルメチレン)−3−メチルベンゾオキサゾリン、2−(β−ナフトイルメチレン)−3−メチル−β−ナフトオキサゾリン、2−(4−ビフェノイルメチレン)−3−メチル−β−ナフトオキサゾリン、2−(p−フルオロベンゾイルメチレン)−3−メチル−β−ナフトオキサゾリン)、ベンゾチアゾール、ニトロアニリン(m−もしくはp−ニトロアニリン、2,4,6−トリニトロアニリン)またはニトロアセナフテン(5−ニトロアセナフテン)、(2−[(m−ヒドロキシ−p−メトキシ)スチリル]ベンゾチアゾール、ベンゾインアルキルエーテル、N−アルキル化フタロン、アセトフェノンケタール(2,2−ジメトキシフェニルエタノン)、ナフタレン、アントラセン(2−ナフタレンメタノール、2−ナフタレンカルボン酸、9−アントラセンメタノール、および9−アントラセンカルボン酸)、ベンゾピラン、アゾインドリジン、メロクマリン等がある。
好ましくは、芳香族2−ヒドロキシケトン(ベンゾフェノン)、クマリン、ケトクマリン、カルボニルビスクマリン、アセトフェノン、アントラキノン、キサントン、チオキサントン、およびアセトフェノンケタールである。
その他の添加剤としては、カップリング剤、界面活性剤なども用いることができる。カップリング剤は、基板との密着性を向上させるために使用するものであり、上記感光性高分子化合物から溶媒を除いた残りの成分(以下「固形分」と略記する。)100重量部に対し10重量部以下添加して用いられる。カップリング剤としては、シラン系、アルミニウム系およびチタネート系の化合物が用いられる。具体的には、3−グリシドキシプロピルジメチルエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのシラン系、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレートなどのアルミニウム系、テトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネートなどのチタネート系化合物を挙げることができる。
界面活性剤は、下地基板への濡れ性、レベリング性、塗布性を向上させるために使用するものであり、上記感光性高分子化合物100重量部に対し、好ましくは0.01〜1重量部添加して用いられる。界面活性剤としては、シリコン系界面活性剤、アクリル系界面活性剤、フッソ系界面活性剤などが用いられる。具体的には、ビック・ケミー(株)製のByk−300、同306、同335、同310、同341、同344、同370などのシリコン系界面活性剤、同354、同358、同361などのアクリル系界面活性剤、旭硝子(株)製のSC−101、(株)トーケムプロダクツ製のEF−351、同352などのフッソ系界面活性剤を挙げることができる。
式(1)で表される構成単位を有するポリマーの重量平均分子量は、1000以上500,000以下であるのが好ましく、1000以上100,000以下であるのがより好ましい。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ー(GPC)を用いて、ポリスチレン(PS)換算の値として測定可能である。
式(1)で表される構成単位を有するポリマーの製造方法については、特に限定されるものではなく工業的に扱われている汎用な方法によって製造可能である。式(1)で表される化合物を与えるモノマーの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る。これらの中では反応制御のしやすさなどの観点からラジカル重合が特に好ましい。
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。
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、ケトンパーオキサイド類(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)、ジアシルパーオキサイド類(アセチルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等)、ハイドロパーオキサイド類(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類 (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)、パーオキシケタール類(ジブチルパーオキシ シクロヘキサン等)、アルキルパーエステル類(パーオキシネオデカン酸-tert-ブチルエステル、 パーオキシピバリン酸-tert-ブチルエステル、パーオキシ 2−エチルシクロヘキサン酸-tert-アミルエステル等)、過硫酸塩類(過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等)、アゾ系化合物(アゾビスイソブチロニトリル、および2,2′−ジ(2−ヒドロキシエチル)アゾビスイソブチロニトリル等)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。
ラジカル光重合開始剤は、ラジカル重合を光照射によって開始する化合物であれば特に限定されない。このようなラジカル光重合開始剤としては、ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、キサントン、チオキサントン、イソプロピルキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2−エチルアントラキノン、アセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−4’−イソプロピルプロピオフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、イソプロピルベンゾインエーテル、イソブチルベンゾインエーテル、2,2−ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、カンファーキノン、ベンズアントロン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、4,4’−ジ(t−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,4,4’−トリ(t−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、2−(4’−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(3’,4’−ジメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(2’,4’−ジメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(2’−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4’−ペンチルオキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、4−[p−N,N−ジ(エトキシカルボニルメチル)]−2,6−ジ(トリクロロメチル)−s−トリアジン、1,3−ビス(トリクロロメチル)−5−(2’−クロロフェニル)−s−トリアジン、1,3−ビス(トリクロロメチル)−5−(4’−メトキシフェニル)−s−トリアジン、2−(p−ジメチルアミノスチリル)ベンズオキサゾール、2−(p−ジメチルアミノスチリル)ベンズチアゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、3,3’−カルボニルビス(7−ジエチルアミノクマリン)、2−(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’ビス(2,4−ジブロモフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、3−(2−メチル−2−ジメチルアミノプロピオニル)カルバゾール、3,6−ビス(2−メチル−2−モルホリノプロピオニル)−9−n−ドデシルカルバゾール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)チタニウム、3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラ(t−ヘキシルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’−ジ(メトキシカルボニル)−4,4’−ジ(t−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,4’−ジ(メトキシカルボニル)−4,3’−ジ(t−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、4,4’−ジ(メトキシカルボニル)−3,3’−ジ(t−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、2−(3−メチル−3H−ベンゾチアゾール−2−イリデン)−1−ナフタレン−2−イル−エタノン、又は2−(3−メチル−1,3−ベンゾチアゾール−2(3H)−イリデン)−1−(2−ベンゾイル)エタノン等を挙げることができる。これらの化合物は単独で使用してもよく、2つ以上を混合し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、分散重合、沈殿重合、塊状重合法、溶液重合法等を用いることができる。他の重合方法についても同様であり、その詳細は「高分子の合成(上)」(遠藤剛著 講談社 2010年発行)等に記載されている。一般的なラジカル重合方法である溶液重合について以下に概要を説明する。
溶液重合とは油溶性の重合触媒を用いて溶媒中で重合を行う反応である。これらの有機溶媒は本発明の目的、効果に適した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℃の範囲内である有機化合物であり、モノマーや重合過程成分等を均一に溶解させる有機化合物が好ましい。
上記有機溶媒は、ラジカル重合に対する阻害作用がなければよく、好ましくは、ベンゼン、トルエン、キシレン、およびエチルベンゼンなどの芳香族化合物;
ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、およびシクロヘプタンなどの脂肪族化合物;
メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、およびエチレングリコ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モノメチルエーテル、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および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およびシクロヘキサノン等のケトン類;
酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミルおよびγ−ブチロラクトン等のエステル類;
などが挙げられる。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。
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〜20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、窒素などの不活性ガスパージを行うことが好ましい。
式(1)で表される構成単位を有するポリマーの分子量の制御や分子量分布の均一化あるいは重合を促進するために、連鎖移動剤を用いたラジカル重合法が特に有効である。これにより好ましい分子量範囲でより均一な 分子量分布の重合体を得ることができる。
連鎖移動剤としては、β-メルカプトプロピオン酸、β-メルカプトプロピオン酸メチルエステル、イソプロピルメルカプタン、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、チオフェノールおよびp−ノニルチオフェノール、チオサリシル酸、メルカプト酢酸、およびメルカプト等のメルカプタン類;
四塩化炭素、クロロホルム、塩化ブチル、1,1,1−トリクロロエタンおよび1,1,1−トリブロモオクタン等のポリハロゲン化アルキル;
α−メチルスチレン、α−メチルスチレンダイマー等の低活性モノマー類;
を用いることができる。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、溶剤や温度やその他の重合条件等により決められる。通常は使用するモノマーの全モル数に対して0.01モル%〜50モル%程度である。
以下に、前記一般式(1)で表される構成単位を有するポリマーの具体例を示すが、本発明はこれらの具体例によってなんら限定されるものではない。また、構成単位を2種以上含むコポリマーはランダムコポリマーであってもブロックコポリマーであってもよい。

Figure 2012027354

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Figure 2012027354

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本発明の光配向剤は、感光性高分子化合物を有機溶剤に溶解させた塗布液として使用する。そして、本発明の液晶配向膜は、光配向剤を既知の方法(例えば、スピンコーティング、グラビアコーター、リバースグラビア、メイヤーバーコーター、ダイコーター、リバースロールコーター、ファンテンリバースロールコーター、キスロールコーター、バーコーター、ナイフコーター、リップコーター、レジストコーター法)により基板に塗布し、有機溶媒を除去した後得られる塗膜を偏光照射により配向処理し得ることができる。
また、本発明の液晶配向膜は、配向機能を付与するため、膜に対して単一な方向から光を照射する。光照射によって膜中の感光性高分子化合物の分子が配向し、それによって液晶配向膜に、配向機能が発現する。この際、照射光としてはX線、電子線、紫外線、可視光線または赤外線(熱線)が用いられ、紫外線を用いることが特に好ましい。紫外線の波長は400nm以下であることが好ましく、180〜360nmであることがさらに好ましい。光源としては低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、高圧放電ランプ、あるいはショートアーク放電ランプが好ましく用いられる。光は単一方向から膜に照射することが好ましい。一般には直線偏光を照射するが、非偏光の光照射によっても配向機能を付与できる場合がある。直線偏光を用いることが特に好ましい。照射量は10mJ/cm〜20000mJ/cmが好ましく、20mJ/cm〜5000mJ/cmであることが最も好ましい。
本発明の液晶配向膜は、感光性高分子化合物及びその他必要に応じて添加する各種化合物を含有する光配向剤を、透明支持体上に塗布し、光照射し、感光性高分子化合物の分子を配向させることにより光学異方性を形成することができる。本発明の液晶配向膜は、感光性高分子化合物の分子の配向によって発現された光学異方性を示す。
本発明の液晶配向膜を用いて、光学フィルムを得ることができる。本発明の光学フィルムは、液晶表示素子のコントラスト向上や視野角範囲の拡大を実現するための光学補償フィルムや位相差フィルムを意味する。一般的に支持体と、配向膜と、光学異方性層とを有する。重合性液晶性化合物、及びその他必要に応じて添加する各種化合物を含有する重合性液晶組成物を、前記配向膜上に塗布し、液晶性化合物の分子を配向させたのち重合させることにより光学異方性層を形成する工程を含む方法によって作製することができる。前記光学異方性層は、液晶性化合物の分子の配向によって発現された光学異方性を示す。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されない。化合物の構造は、核磁気共鳴スペクトル、赤外吸収スペクトル、質量スペクトルで確認した。相転移温度の単位は℃であり、Cは結晶を、Nはネマチック相を、SAはスメクチックA相を、SBはスメクチックB相を、Iは等方性液体相を示す。以下に、物性値の測定法を示す。
<重量平均分子量(Mw)および多分散度(Mw/Mn)>
島津製作所製の島津LC−9A型ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)、および昭和電工製のカラムShodex GF−7M HQ(展開溶媒はDMFあるいはTHF、標準物質は分子量既知のポリスチレン)を用いた。
<液晶分子の配向>
以下に示す方法により確認した。
(1)目視による観察方法
クロスニコルに配置した2枚の偏光板の間に異方性ポリマー付基板を挟持して観察し、基板を水平面内で回転させ、明暗の状態を確認した。異方性ポリマー付基板を偏光顕微鏡観察し、配向欠陥の有無を確認した。
(2)偏光解析装置による測定
シンテック(株)製のOPTIPRO偏光解析装置を用い、異方性ポリマー付基板に波長が550nmの光を照射した。この光の入射角度をフィルム面に対して90°から減少させながらレタデーションを測定した。レタデーション(retardation;位相遅れ)はΔn×dで表される。記号Δnは光学異方性値であり、記号dは重合体フィルムの厚さである。
<膜厚測定>
異方性ポリマー付き基板の異方性ポリマーの層を削りだして、その段差を微細形状測定装置(KLA TENCOR(株)製 アルファステップIQ)を用いて測定した。
<光学異方性値(Δn)の評価>
ホモジニアス配向を有する異方性ポリマーについて求めたレタデーションと膜厚値から、Δn=レタデーション/膜厚として算出した。
<重合性液晶組成物の光重合条件>
窒素雰囲気下または大気中において、室温で500Wの超高圧水銀灯を用いて90mW/cm(365nm)の強度の光を30秒間照射した。
[実施例1]
化合物(1−1)を以下のようにして合成した。

Figure 2012027354
(第一段階)
4−ヒドロキシ桂皮酸エチルエステル1120mmol、水酸化ナトリウム1230mmolおよびヨウ化ナトリウム120mmolを、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)1000mLに加え、窒素雰囲気下60℃で撹拌した。そこへ、6−クロロヘキサノール1230mmolを滴下した。滴下後、80℃で8時間撹拌した。反応液に酢酸エチルおよび水を加え有機層を抽出した。得られた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下で溶剤を留去した。得られた残渣、水酸化ナトリウム1230mmolを水800mlおよびメタノール800mlの混合溶液に加え、加熱還流下3時間攪拌した。減圧下で溶剤を留去し、得られた残渣を3N塩酸へ注ぎ込み再沈殿化した。結晶をろ別し、エタノールで再結晶することにより、化合物(ex−1)840mmolを得た。
(第二段階)
化合物(ex−1)110mmol、アクリル酸1100mmolおよびp−トルエンスルホン酸(p−TsOH)240mmolを、クロロホルム600mlに加え、Dean-Starkを用い加熱還流下脱水しながら8時間攪拌した。反応液に水を加え有機層を抽出し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下で溶剤を留去した。得られた残渣をクロロホルムとメタノールの混合溶媒で再結晶することにより、化合物(ex−2)34mmolを得た。
(第三段階)
化合物(ex−2)16mmol、4−メトキシフェノール16mmolおよび4−ジメチルアミノピリジン(DMAP)3mmolを、ジクロロメタン50mlに加え、窒素雰囲気下で撹拌した。そこへ、1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)17mmolのジクロロメタン溶液10mLを滴下した。滴下後、室温で8時間撹拌した。析出した沈殿物を濾別し、有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下で溶剤を留去し、残査をカラムクロマトグラフィーで精製し、エタノールで再結晶することにより、上記化合物(1−1)12mmolを得た。得られた化合物(1−1)の相転移温度は以下の通りである。
相転移温度:C 64 (SB 34 SA 63)N 93 I
H−NMR(CDCl;δppm):7.81(d,1H),7.52(d,2H),7.07(m,2H),6.92(m,4H),6.47(d,1H),6.40(dd,1H),6.12(m,1H),5.82(dd,1H),4.17(t,2H),4.00(t,2H),3.81(s,3H),1.79(m,2H),1.70(m,2H),1.54−1.44(m,4H).
[実施例2]
4−メトキシフェノールを4−プロポキシフェノールに変更したほかは、実施例1と同様の方法で化合物(1−2)13mmolを得た。
Figure 2012027354
得られた化合物(1−2)の相転移温度は以下の通りである。
相転移温度:C 82 (SB 57 SA 83)N 99 I
H−NMR(CDCl;δppm):7.80(d,1H),7.52(d,2H),7.05(m,2H),6.90(m,4H),6.48(d,1H),6.38(dd,1H),6.12(m,1H),5.82(dd,1H),4.17(t,2H),4.00(t,2H),3.91(t,2H),1.83−1.78(m,4H),1.73−1.69(m,2H),1.52−1.45(m,4H),1.03(t,3H).
[実施例3]
アクリル酸をメタクリル酸に変更したほかは、実施例1と同様の方法で化合物(1−3)10mmolを得た。
Figure 2012027354
得られた化合物(1−3)の相転移温度は以下の通りである。
相転移温度:C 62(SA 51)N 82 I
H−NMR(CDCl;δppm):7.81(d,1H),7.52(d,2H),7.07(d,2H),6.91(d,4H),6.48(d,1H)、6.10(s,1H),5.55(t,1H),4.17(t,2H),4.01(t,2H),3.82(s,3H),1.95(s,3H),1.86−1.78(m,2H),1.1.77−1.67(m,2H),1.1.57−1.43(m,4H).
[実施例4]
化合物(1−1)のホモポリマー(1−1−9 R=メチル)を以下のようにして合成した。
化合物(1−1)4mmolおよびアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.02mmolをTHF40mlに加え、窒素雰囲気下で10時間加熱還流下撹拌した。反応液をメタノールへ注ぎ込み再沈殿化した。結晶を濾別し、乾燥することにより、ポリマー(1−1−9 R=メチル)2.5mmolを得た。
得られたポリマーは、Mwが71000、Mw/Mnが2.44であった。
[実施例5]
化合物(1−2)のホモポリマー(1−1−9 R=プロピル)を以下のようにして合成した。
化合物(1−2)4mmolおよびアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.1mmolをTHF40mlに加え、窒素雰囲気下で10時間加熱還流下撹拌した。反応液をメタノールへ注ぎ込み再沈殿化した。結晶を濾別し、乾燥することにより、ポリマー(1−1−9 R=プロピル)3.6mmolを得た。
得られたポリマーは、Mwが21000、Mw/Mnが2.11であった。
[実施例6]
化合物(1−3)とメチルメタクリレートの共重合ポリマー(1−2−14 R=メチル)を以下のようにして合成した。
化合物(1−3)4mmol、メチルメタクリレート0.5mmolおよびアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.2mmolをTHF40mlに加え、窒素雰囲気下で10時間加熱還流下撹拌した。反応液をメタノールへ注ぎ込み再沈殿化した。結晶を濾別し、乾燥することにより、ポリマー(1−2−14 R=メチル)2.9mmolを得た。
得られたポリマーは、Mwが6800、Mw/Mnが1.43であった。
[実施例7]
ポリマー(1−1−9 R=メチル)をシクロペンタノン:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)=7:3(重量比)に溶解して、固形分濃度5重量%の溶液とした。この溶液を孔径0.45μmのフィルターで濾過することにより、光配向剤(1)を調製した。
[実施例8]
ポリマー(1−1−9 R=メチル)をポリマー(1−1−9 R=プロピル)に置き換えた以外は、実施例7と同様の方法で光配向剤(2)を調製した。
[実施例9]
ポリマー(1−1−9 R=メチル)をポリマー(1−2−14 R=メチル)に置き換えた以外は、実施例7と同様の方法で光配向剤(3)を調製した。
[実施例10]
<液晶配向膜F−1の作製>
光配向剤(1)を、ガラス基板上へスピンコートにより塗布した。この時、塗布性は良好であった。この基板を80℃で3分間加熱し、溶剤を除去することで塗膜を形成した。超高圧水銀ランプより、この塗膜表面に塗布面に対して90°の方向から365nm付近の波長の直線偏光紫外線を2.0J/cm照射することで、光配向処理した液晶配向膜F−1を得た。
次に、2枚の光配向膜基板F−1で低分子液晶JC−5100XX(チッソ社製)を挟み、110℃のホットプレートで30秒加熱し、室温に静置した。クロスニコルにした二枚の偏光板の間に挟み水平面内で回転させると、明暗の状態になり水平配向であることを確認した。
液晶配向膜F−1を重ねるときは塗布面が液晶に接するようにし、直線偏光の向きが同じ向き(ほぼ平行)になるようにした。
[実施例11]
<液晶配向膜F−2の作成>
光配向剤(1)を光配向剤(2)に置き換えた以外は、実施例10と同様の方法で液晶配向膜F−2を得た。
液晶配向膜F−1を液晶配向膜F−2に置き換えた以外は、実施例10と同様の方法で配向状態を確認したところ、水平配向であることが確認できた。
[実施例12]
<液晶配向膜F−3の作成>
光配向剤(1)を光配向剤(3)に置き換えた以外は、実施例10と同様の方法で液晶配向膜F−3を得た。
液晶配向膜F−1を液晶配向膜F−3に置き換えた以外は、実施例10と同様の方法で配向状態を確認したところ、水平配向であることが確認できた。
[実施例13]
<重合性液晶組成物1の調製>
化合物(M1):化合物(M2)=50:50(重量比)でこれらの化合物を混合した。この組成物をMIX1とする。このMIX1の全重量に対して、重量比0.002の非イオン性のフッ素系界面活性剤(ネオス(株)製、商品名フタージェント FTX−218)、および重量比0.06の重合開始剤irgacure907(BASF社製)を添加した。この組成物にシクロペンタノン:PGMEA=1:1(重量比)の混合溶剤を加えて、溶剤の割合が80重量%である重合性液晶組成物(1)とした。
Figure 2012027354
上記記載の化合物(M1)および化合物(M2)の具体的製造法について説明する。化合物(M1)は特開2006−307150号公報に記載の方法に従い合成した。化合物(M2)は特開昭63−64029号公報に記載された方法に従い合成した。
[実施例14]
<光学フィルムの形成>
実施例10で得られた液晶配向膜F−1に、重合性液晶組成物(1)をスピンコートにより塗布した。この基板を80℃で3分間加熱してから、室温で3分間冷却し、溶剤が除去された塗膜を紫外線により大気中で重合させて、液晶の配向状態を固定させた光学フィルムを得た。この光学フィルムを偏光顕微鏡で観察したところ、配向欠陥はなく、均一な配向を有していることが確認できた。この光学フィルムのレタデーションを測定したところ、ホモジニアス配向であった。
[実施例15]
<光学フィルムの形成>
実施例11で得られた液晶配向膜F−2を用いた以外は、実施例14と同様の方法で光学フィルムを得た。この光学フィルムを偏光顕微鏡で観察したところ、配向欠陥はなく、均一な配向を有していることが確認できた。この光学フィルムのレタデーションを測定したところ、ホモジニアス配向であった。
[実施例16]
<光学フィルムの形成>
実施例12で得られた液晶配向膜F−3を用いた以外は、実施例14と同様の方法で光学フィルムを得た。この光学フィルムを偏光顕微鏡で観察したところ、配向欠陥はなく均一な配向を有していた。この光学フィルムのレタデーションを測定したところ、ホモジニアス配向であった。
本発明の光配向剤は、感光性高分子化合物からなるため、光配向法に適した配向剤である。また、本発明の光配向剤を用いて得られた液晶配向膜は、ラビング処理の必要性がないため、配向欠陥がない、液晶分子の配向が均一な液晶配向膜である。よって、光学フィルムや液晶表示素子用途への使用に適している。

Claims (7)

  1. 式(1)で示される構成単位を有するポリマーを用いることを特徴とした液晶配向膜用の光配向剤。
    Figure 2012027354
    式(1)中、Rは水素またはメチルを示し、Lは水素、フッ素、塩素、炭素数1〜3のアルキルまたは炭素数1〜3のアルコキシを示し、Rは水素、−C≡N、炭素数1〜12のアルキルまたは炭素数1〜12のアルコキシを示し、mは1〜12の整数を示す。
  2. 請求項1に記載の式(1)で示される構成単位を有するホモポリマーを用いた、請求項1に記載の液晶配向膜用の光配向剤。
  3. 請求項1に記載の式(1)で示される構成単位を有するポリマーの重量平均分子量が1000〜500000である、請求項1または2のいずれか1項に記載の液晶配向膜用の光配向剤。
  4. 請求項1に記載の式(1)において、Rが水素またはメチルであり、Lが水素であり、Rがメトキシまたはプロポキシであり、mが6である、請求項2に記載の液晶配向膜用の光配向剤。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の光配向剤を用いて製造される液晶配向膜。
  6. 請求項5に記載の液晶配向膜を用いて製造される光学フィルム。
  7. 請求項5に記載の液晶配向膜を用いて製造される液晶表示素子。
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