JP2012068541A - 液晶配向膜及び位相差フィルムの製造方法、並びに液晶配向剤、液晶配向膜及び位相差フィルム - Google Patents

液晶配向膜及び位相差フィルムの製造方法、並びに液晶配向剤、液晶配向膜及び位相差フィルム Download PDF

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Abstract

【課題】膜硬度及び密着性に優れる液晶配向膜をより低温及び短時間の熱処理で効率よく製造できる生産性の高い液晶配向膜の製造方法、並びに液晶配向性及び熱安定性に優れる位相差フィルムの製造方法を提供する。
【解決手段】(1)透明フィルム上に液晶配向剤を塗布し、塗膜を形成する工程、(2)上記塗膜に放射線を照射し、塗膜を硬化させる工程、及び(3)上記硬化した塗膜に放射線を照射し、液晶配向能を付与する工程を有する液晶配向膜の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶配向膜及び位相差フィルムの製造方法、並びに液晶配向剤、液晶配向膜及び位相差フィルムに関する。
液晶ディスプレイ(LCD)はテレビや各種モニタ等、広く利用されている。LCDの表示素子としては、例えばSTN(Super Twisted Nematic)型、TN(Twisted Nematic)型、IPS(In Plane Switching)型、VA(Vertically Aligned)型、PSA(Polymer sustained alignment)型等が知られている(特許文献1及び2参照)。この液晶表示素子には様々な光学材料が用いられており、中でも位相差フィルムは表示の着色を解消する目的や、見る角度によって表示色及びコントラスト比が変化するといった視野角依存性を解消する目的で用いられる(特許文献3及び4参照)。
この位相差フィルムとしては、従来、プラスチックフィルムの延伸工程を利用して製造されており、より複雑な光学特性を有するものは、重合性液晶を硬化させて製造されている。この方法では、重合性液晶分子を基板面に対して所定の方向に配向させるため、基板表面に液晶配向膜を設ける方法が一般的である。この液晶配向膜は、通常、基板表面に形成された有機膜表面をレーヨン等の布材で一方向にこするラビング法により形成される。しかし、ラビング処理を行うと、工程内でほこりや静電気が発生しやすいために液晶配向膜の表面にほこりが付着し、表示不良が発生するおそれがある。また、ラビング処理では製造工程に伴う制限が大きく、任意の方向に、かつ精密に液晶配向方向を制御することが難しい。
そこで、ラビング処理とは異なる方法として、基板表面に形成したポリビニルシンナメート等の感光性薄膜に放射線を照射することにより、液晶配向能を付与する光配向法が知られている(特許文献5〜15参照)。この光配向法によれば、ほこりや静電気を発生することなく、均一な液晶配向が実現でき、ラビング処理に比べて任意方向に、かつ精密に液晶配向方向を制御できる。さらに放射線照射時にフォトマスク等を使用することで、1つの基板上に液晶配向方向が異なる複数の領域を任意に形成できる。しかし、従来の技術では放射線照射時に加熱が必要とされることや、多大な積算露光量が必要という不都合がある(特許文献16参照)。
一方、位相差フィルムを効率よく製造できる生産方法として、長尺状の基材フィルム上に連続して位相差フィルムを製造するロール・ツー・ロール方式が知られている(特許文献17参照)。ロール・ツー・ロール方式では位相差フィルムの巻き取り工程が含まれるため、液晶配向膜には膜硬度と基材フィルムへの密着性が必要とされ、また基材フィルムの変形等の影響を避けるため、配向膜の製膜時に必要な熱処理温度は可能な限り低温で行うことが望ましい。さらに、製造時のコストと生産性を考慮すると、熱処理はより短時間であることが望ましい。
近年、3D映像を表現する技術が盛んとなり、家庭用においても3D映像が視聴可能なディスプレイの普及が進みつつある。3D映像の表示方式として、例えば右目用画像と左目用画像とで偏光状態の異なった画像を形成し、これをそれぞれの偏光状態の映像のみを見ることが出来るように配置した偏光眼鏡を用いる方式が紹介されている(特許文献18参照)。この方式で得られる立体画像はフリッカーがなく、観察者は軽量安価な偏光眼鏡を装着することで立体画像を観察できる。
上記の右目用画像と左目用画像とで偏光状態の異なった画像を形成する従来技術としては、投影表示では2台の偏光プロジェクターを用いてスクリーン上で両者の画像を重ね合わせて立体画像を形成し、また直視表示では2台の表示装置の画像をハーフミラー又は偏光ミラーで合成するか、基板面に配置する偏光フィルムの偏光透過軸を画素毎に異ならせて配置することで形成する。しかし、偏光軸の異なる2枚の画像を常に同時に映すためには、2台の表示装置や映写装置が必要となり、家庭用としては不向きである。1台の表示装置で右目用画像と左目用画像で偏光状態の異なった画像を形成する従来技術としては、偏光軸が隣接する画素間で互いに直交するモザイク状の偏光層を1台の表示装置の前面に密着させ、観察者が偏光眼鏡を装着することにより立体画像を観察できる方式が知られている。
この偏光層としては、μmオーダーでパターニングされたパターニング位相差フィルムが必要となる。このようなパターニング位相差フィルムの製造方法として、感光性ポリマー層に偏光を照射する方法等が知られている(特許文献19参照)。しかし、偏光照射に多大な照射量が必要とされ、またフィルムの熱安定性は十分に満足できるものではない。
このような状況に鑑み、膜硬度及び密着性に優れる液晶配向膜をより低温、短時間の熱処理で効率よく製造できる生産性の高い製造方法、液晶配向性及び熱安定性に優れる位相差フィルムの製造方法、並びに液晶配向剤の開発が望まれている。
特開昭56−91277号公報 特開平1−120528号公報 特開平4−229828号公報 特開平4−258923号公報 特開平6−287453号公報 特開平10−251646号公報 特開平11−2815号公報 特開平11−152475号公報 特開2000−144136号公報 特開2000−319510号公報 特開2000−281724号公報 特開平9−297313号公報 特開2003−307736号公報 特開2004−163646号公報 特開2002−250924号公報 特開平10−278123号公報 特開2000−86786号公報 特許第3461680号公報 特開2005−49865号公報
本発明は以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は膜硬度及び密着性に優れる液晶配向膜をより低温及び短時間の熱処理で効率よく製造できる生産性の高い液晶配向膜の製造方法、並びに液晶配向性及び熱安定性に優れる位相差フィルムの製造方法を提供することである。
上記課題を解決するためになされた発明は、
(1)透明フィルム上に液晶配向剤を塗布し、塗膜を形成する工程(以下、工程(1)と称することがある)、
(2)上記塗膜に放射線を照射し、塗膜を硬化させる工程(以下、工程(2)と称することがある)、及び
(3)上記硬化した塗膜に放射線を照射し液晶配向能を付与する工程(以下、工程(3)と称することがある)
を有する液晶配向膜の製造方法である。
当該製造方法によると、膜硬度及び密着性に優れる液晶配向膜を低コストかつ高い生産性で製造することが可能となる。
当該製造方法は感光性波長を含む放射線照射によって塗膜硬化工程を行っても、得られる液晶配向膜の液晶配向能が損なわれることを抑制できることから、液晶配向性に優れた位相差フィルム用の液晶配向膜を製造するのに好適である。
上記工程(2)における放射線は、照射効率の観点から非偏光の紫外線であり、かつ上記工程(3)における放射線が偏光された紫外線であることが好ましい。
本発明の位相差フィルムの製造方法は、
(1)透明フィルム上に液晶配向剤を塗布し、塗膜を形成する工程、
(2)上記塗膜に放射線を照射し、塗膜を硬化させる工程、
(3)上記硬化した塗膜に放射線を照射し液晶配向能を付与し液晶配向膜を形成する工程
(4)上記液晶配向膜の少なくとも一部に重合性液晶を塗布する工程(以下、工程(4)と称することがある)、及び
(5)上記重合性液晶を硬化する工程(以下、工程(5)と称することがある)
を有する。
上記液晶配向膜の製造方法が、さらに工程(4)及び工程(5)を有することで位相差フィルムを製造することができる。
本発明には液晶配向能の方向が異なる領域を含む液晶配向膜を備える位相差フィルムも含まれる。この製造方法は、
上記工程(3)が、
(3−1)硬化した塗膜の一部又は全部に第一の放射線を照射する工程、及び
(3−2)硬化した塗膜の一部に第一の放射線とは異なる入射方向又は偏光方向を有する第二の放射線を照射する工程
を有する。
また、液晶配向能の方向が異なる領域を含む液晶配向膜を備える位相差フィルムの他の製造方法としては、
上記工程(3−2)が、(3−2’)硬化した塗膜の少なくとも第一の放射線が照射されなかった部分に、上記第二の放射線を照射する工程である。
これらの液晶配向能の方向が異なる領域を含む液晶配向膜を備える位相差フィルムの製造方法から製造されるフィルムは3D映像用途等に好適に用いることができる。
本発明の製造方法に用いられる液晶配向剤は、[A]光配向性基を有するポリオルガノシロキサン(以下、「[A]光配向性ポリオルガノシロキサン」と称することがある)及び[B]光硬化触媒を含有することが好ましい。当該液晶配向剤は、[A]光配向性ポリオルガノシロキサンを含有するため、高感度の光配向性により、配向に必要な光照射量を低減できる。また、主鎖としてポリオルガノシロキサンを採用しているので、当該液晶配向剤から形成される液晶配向膜は膜硬度及び密着性に優れ、位相差フィルムは優れた熱安定性を有する。
さらに、当該液晶配向剤は[B]光硬化触媒を含有することから、液晶配向膜の感光波長をも含むような放射線照射によって塗膜の硬化を行うことが可能である。従来の光配向が可能な液晶配向剤は感光性材料を含むことから、液晶配向剤から形成される塗膜の液晶配向性が損なわれることを防止するため、液晶配向能を付与する際の放射線照射工程を経る前に、感光波長を含む放射線に塗膜が曝されないようにするのが通常である。しかし、当該製造方法によると、塗膜に放射線を照射して液晶配向能を付与する工程(即ち、上記工程(3)に相当)の前に、感光性波長を含む放射線照射によって塗膜硬化工程を行っても(即ち上記工程(2)に相当)、得られる液晶配向膜の液晶配向性が損なわれることを抑制できる。
従って、当該製造方法は光配向が可能な液晶配向膜の感光波長をも含むような放射線照射によって塗膜の硬化を行うことが可能であることから、結果として工程(1)における熱処理は低温かつ短時間で済み、液晶配向膜を低コストかつ高い生産性で製造することが可能となる。
当該液晶配向剤では、上記光配向性基が桂皮酸構造を有する基であることが好ましい。光配向性基として桂皮酸又はその誘導体を基本骨格とする桂皮酸構造を有する基を用いることで、導入が容易となり、かつ当該液晶配向剤から形成される位相差フィルムはより高い光配向性能を有する。
当該液晶配向剤では、上記桂皮酸構造を有する基が、下記式(1)で表される化合物に由来する基及び式(2)で表される化合物に由来する基からなる群より選択される少なくとも1種(以下、下記式(1)で表される化合物に由来する基及び式(2)で表される化合物を「特定桂皮酸誘導体」と称することがある)であることが好ましい。
Figure 2012068541
(式(1)中、Rはフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基である。このフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜10のアルキル基、フッ素原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基で置換されていてもよい。Rは単結合、炭素数1〜3のアルカンジイル基、酸素原子、硫黄原子、−CH=CH−、−NH−、−COO−又は−OCO−である。aは0〜3の整数である。但し、aが2以上の場合、複数のR及びRは同一であっても異なっていてもよい。Rはフッ素原子又はシアノ基である。bは0〜4の整数である。
式(2)中、Rはフェニレン基又はシクロヘキシレン基である。このフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルキル基、炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基で置換されていてもよい。Rは単結合、炭素数1〜3のアルカンジイル基、酸素原子、硫黄原子又は−NH−である。cは1〜3の整数である。但し、cが2以上の場合、複数のR及びRは同一であっても異なっていてもよい。Rはフッ素原子又はシアノ基である。dは0〜4の整数である。Rは酸素原子、−COO−又は−OCO−である。Rは2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環式基又は2価の縮合環式基である。Rは単結合、−OCO−(CH−*又は−O(CH−*である。但し、*を付した結合手がカルボキシル基と結合する。f及びgはそれぞれ1〜10の整数である。eは0〜3の整数である。但し、eが2以上の場合、R及びRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。)
上記桂皮酸構造を有する基として上記の特定桂皮酸誘導体に由来する基を用いることにより、光配向性能がさらに向上できる。
当該液晶配向剤においては、[A]光配向性ポリオルガノシロキサンが、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサン、その加水分解物及びその加水分解物の縮合物からなる群より選択される少なくとも1種と、上記式(1)で表される化合物及び上記式(2)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種との反応生成物であることが好ましい。当該液晶配向剤において、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンと特定桂皮酸誘導体との間の反応性を利用することにより、主鎖としてのポリオルガノシロキサンに光配向性を有する特定桂皮酸誘導体に由来する側鎖基を容易に導入できる。
当該液晶配向剤は、[C]ポリアミック酸、ポリイミド、エチレン性不飽和化合物重合体、及び光配向性基を有さないポリオルガノシロキサンからなる群より選択される少なくとも1種の重合体(以下、「[C]他の重合体」と称することがある)をさらに含有することが好ましい。[C]他の重合体を含有する場合、当該液晶配向剤から形成される液晶配向膜においては、その表層付近にポリオルガノシロキサンが偏在することが明らかとなっている。このため、他の重合体の含有量を増やすことにより当該液晶配向剤中におけるポリオルガノシロキサンの含有量を減らしても、ポリオルガノシロキサンは配向膜表面に偏在するので、十分な液晶配向性が得られる。従って、本発明では製造コストの高いポリオルガノシロキサンの当該液晶配向剤中における含有量を減らすことが可能となり、結果として当該液晶配向剤の製造コストを低下できる。
当該液晶配向剤は、光配向法により液晶配向膜、特に位相差フィルム製造のため用いられる液晶配向膜を形成するために好適に使用できる。また、ロール・ツー・ロール方式等の量産性に優れた工程においても好適に使用できる。さらに本発明には、液晶配向能の方向が異なる領域を含む液晶配向膜、かかる液晶配向膜を備える位相差フィルムも好適に含まれる。また、これらの位相差フィルムは3D映像用の液晶表示素子にも好適に用いられる。
本発明によれば、少量の放射線照射によっても光配向が可能であって、膜硬度及び密着性に優れる液晶配向膜をより低温及び短時間の熱処理で効率よく製造できる生産性の高い液晶配向膜の製造方法、液晶配向性及び熱安定性に優れる位相差フィルムの製造方法を提供できる。また、当該液晶配向剤はロール・ツー・ロール方式等の量産性に優れた工程においても好適に使用できる。さらに当該液晶配向剤は、3D映像用途等に好適に用いることができる液晶配向能の方向が異なる領域を含む液晶配向膜も形成することができる。
<液晶配向膜の製造方法>
本発明の液晶配向膜の製造方法は、
(1)透明フィルム上に液晶配向剤を塗布し、塗膜を形成する工程、
(2)上記塗膜に放射線を照射し、塗膜を硬化させる工程、及び
(3)上記硬化した塗膜に放射線を照射し、液晶配向能を付与する工程
を有する。以下、各工程を詳述する。
[工程(1)]
本工程では、透明フィルム上に液晶配向剤を塗布し塗膜を形成する。塗布方法としては、例えばロールコーター法、スピンナー法、印刷法、インクジェット法等の適宜の塗布方法が挙げられる。次に、塗布面を熱処理することにより塗膜を形成する。熱処理の温度としては、40℃〜120℃が好ましく、90℃〜110℃がより好ましい。熱処理の時間としては0.1分〜5分が好ましく、0.5分〜3分がより好ましい。塗膜の膜厚としては、好ましくは0.001μm〜1μmであり、より好ましくは0.005μm〜0.5μmである。
上記透明フィルムの材料としては、例えばトリアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート等のプラスチック基材を含む透明基板等が挙げられる。特にTACはLCDで重要な機能を負担する偏光フィルムの保護層として一般的に使用されている。位相差フィルムは多くの場合、偏光フィルムと組み合わせて使用される。位相差フィルムは、偏光フィルムの偏光軸に対して所望の光学特性を発揮できる角度に精密に制御して貼り合わせる必要がある。従って、TACフィルム上に光配向法により任意の方向に液晶を配向させることが可能な液晶配向膜を形成し、希望の光学特性を発揮できるように重合性液晶を塗布・硬化して形成した位相差フィルムを作製出来れば、従来の偏光フィルムと位相差フィルムの貼り合わせ工程を省くことができ、生産性向上に寄与する。さらにLCD材料の小型・軽量化にも寄与し、フレキシブルディスプレイ等への適用も可能である。しかしながら、TACフィルムは耐溶媒性に劣るという特徴があり、配向膜形成のために使用できる溶媒は限られ、NMPといった溶解性の高い溶媒は使用できない。加えて、TACフィルムは耐熱性が低く、配向膜の形成のために高温で処理することが出来ないという特徴がある。
さらに当該液晶配向剤は、例えばカラーフィルターといったLCD構成部材上や偏光板、位相差フィルムを含む光学フィルム上に塗布して、後述する放射線照射工程を経て、液晶配向膜として用いることができる。また当該液晶配向剤を用いて製造した位相差フィルム上に、重ねて当該液晶配向剤を塗布して、同様の工程を経て液晶配向膜として用いることもできる。
当該液晶配向剤の塗布に際しては、基板と塗膜との接着性をさらに良好にするために、基板上に予め官能性シラン化合物、チタネート等を塗布しておいてもよい。
[工程(2)]
本工程は上記塗膜に放射線を照射し、塗膜を硬化させる工程である。放射線としては、例えば150nm〜800nmの波長の光を含む紫外線、可視光線等が挙げられる。これらのうち300nm〜400nmの波長の光を含む紫外線が好ましい。放射線は偏光であっても非偏光であってもよい。偏光の場合は直線偏光であっても部分偏光であってもよいが、照射効率の点から部分偏光を用いることが好ましく、非偏光であることがより好ましい。なお、本明細書における「非偏光」とは一部偏光した光であったとしても、実質的に非偏光であれば「非偏光」に含まれるものとする。
放射線の照射は基板面に対して垂直方向から照射しても、斜め方向から照射してもよく、またこれらを組み合わせて照射してもよいが、基板面に対して垂直方向に近い角度から照射することが好ましい。
使用する光源としては、例えば低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、重水素ランプ、メタ
ルハライドランプ、アルゴン共鳴ランプ、キセノンランプ、エキシマーレーザー水銀−キ
セノンランプ(Hg−Xeランプ)等が挙げられる。上記の直線偏光又は部分偏光した紫外線は、上記光源を例えばフィルター、回折格子等と併用する手段等により得られる。
放射線の照射量としては、1J/m〜100,000J/m未満が好ましく、10J/m〜10,000J/mがより好ましく、50J/m〜5,000J/mが特に好ましい。
[工程(3)]
本工程では上記硬化した塗膜に放射線を照射し液晶配向能を付与する工程である。放射線としては、例えば150nm〜800nmの波長の光を含む紫外線及び可視光線を用いることができるが、300nm〜400nmの波長の光を含む紫外線が好ましい。用いる放射線が直線偏光又は部分偏光している場合には、照射は基板面に垂直の方向から行っても、プレチルト角を付与するために斜め方向から行ってもよく、また、これらを組み合わせて行ってもよい。非偏光の放射線を照射する場合には、照射の方向は斜め方向である必要がある。なお、本明細書における「プレチルト角」とは、基板面と平行な方向からの液晶分子の傾きの角度をいう。
使用する光源としては、例えば低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、重水素ランプ、メタ
ルハライドランプ、アルゴン共鳴ランプ、キセノンランプ、エキシマーレーザー水銀−キ
セノンランプ(Hg−Xeランプ)等が挙げられる。上記の好ましい波長領域の紫外線は
、上記光源を、例えばフィルター、回折格子等と併用する手段等により得られる。
放射線の照射量としては、1J/m以上10,000J/m未満が好ましく、10J/m〜3,000J/mがより好ましい。なお、従来知られている液晶配向剤から形成される塗膜に光配向法により液晶配向能を付与する場合、10,000J/m以上の放射線照射量が必要であるところ、後述する当該液晶配向剤を用いると、光配向法の際の放射線照射量が3,000J/m以下、さらに1,000J/m以下であっても良好な液晶配向能を付与でき液晶表示素子の製造コストの削減に資する。
<位相差フィルム及びその製造方法>
本発明には、当該液晶配向膜の製造方法から形成される液晶配向膜を備える位相差フィルムも好適に含まれる。当該位相差フィルムの製造方法は、
(1)透明フィルム上に液晶配向剤を塗布し、塗膜を形成する工程、
(2)上記塗膜に放射線を照射し、塗膜を硬化させる工程、
(3)上記硬化した塗膜に放射線を照射し、液晶配向能を付与し液晶配向膜を形成する工程
(4)上記液晶配向膜の少なくとも一部に重合性液晶を塗布する工程、及び
(5)上記重合性液晶を硬化する工程
を有する。
このように、上記液晶配向膜の製造方法が、さらに工程(4)及び工程(5)を有することで位相差フィルムを製造することができる。工程(1)〜工程(3)は、上述の液晶配向膜の製造方法と同様であるため詳細な説明については省略する。以下、工程(4)及び工程(5)について詳述する。
[工程(4)]
本工程では、形成した液晶配向膜の少なくとも一部に重合性液晶を塗布する。重合性液晶を塗布する方法としては、例えばロールコーター法、スピンナー法、印刷法、インクジェット法等の適宜の塗布方法が挙げられる。
上記重合性液晶としては、加熱及び/又は放射線照射によって重合できる化合物であれば特に限定は無い。例えば、UVキュアラブル液晶とその応用(液晶 第3巻 第1号 1999年 第34頁〜第42頁参照)に記載されているようなネマティック液晶化合物でも良く、複数の化合物との混合物でも良い。また公知の光重合開始剤又は熱重合開始剤を含んでいても良い。これらの重合性液晶化合物やその混合物は適切な溶媒に溶解して使用できる。さらに、カイラル剤等を加えることで基板に垂直方向でねじれたツイストネマティック配向をする液晶や、コレステリック液晶を用いても良く、ディスコティック液晶を用いても良い。
[工程(5)]
本工程では加熱及び/又は放射線照射等により重合性液晶に含まれる溶媒を乾燥させ、重合性液晶を硬化させる。なお、この重合工程は空気下で行ってもよく、窒素等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、用いる重合性液晶の重合性基や開始剤によって適した条件を選択できる。このようにして得られたフィルムは、意図した配向状態で重合性液晶を固定化でき、位相差フィルムとして用いることができる。
重合性液晶を加熱する場合の温度としては、良好な配向が得られる温度を選択する。例えば、メルク社製重合性液晶、RMS03−013Cを使用した場合では40℃〜80℃の範囲で選択される。
放射線を照射する場合の放射線としては、例えば非偏向の紫外線等が挙げられる。放射線の照射量としては、1,000J/m〜100,000J/mが好ましく、10,000J/m〜50,000J/mがより好ましい。
重合性液晶の膜厚は所望の光学特性が得られる膜厚を選択する。例えば、波長540nmの可視光における1/2波長板を製造する場合は、形成した位相差フィルムの位相差が240nm〜300nmとなるような膜厚を選択し、例えば1/4波長板であれば位相差が120nm〜150nmとなるような膜厚を選択する。目的の位相差が得られる膜厚は用いる重合性液晶の光学特性により異なる。例えば、メルク社の重合性液晶(RMS03−013C)を使用した場合、1/4波長板を製造するための膜厚としては0.6μm〜1.5μmの範囲で選択される。
<液晶配向能の方向が異なる領域を含む液晶配向膜を備える位相差フィルム及びその製造方法>
本発明には液晶配向能の方向が異なる領域を含む液晶配向膜を備える位相差フィルムも含まれる。かかる位相差フィルムは3D映像用途等に好適に用いることができる。当該位相差フィルムの製造方法は、
上記工程(3)が、
(3−1)硬化した塗膜の一部又は全部に第一の放射線を照射する工程、及び
(3−2)硬化した塗膜の一部に第一の放射線とは異なる入射方向又は偏光方向を有する第二の放射線を照射する工程
を有する。
また、液晶配向能の方向が異なる領域を含む液晶配向膜を備える位相差フィルムの他の製造方法としては、
上記工程(3−2)が、(3−2’)硬化した塗膜の少なくとも第一の放射線が照射されなかった部分に、上記第二の放射線を照射する工程である。
工程(3−2)及び(3−2’)における第二の入射方向又は偏光方向としては、工程(3−1)又は(3−1’)にて、放射線照射によって液晶配向能を付与した第一の入射方向又は偏光方向と異なっていれば特に限定されないが、70°〜110°が好ましく、85°〜95°がより好ましく、90°が最も好ましい。異なる入射方向に照射する手段としては、マスクを介して放射線を照射する方法が挙げられる。また、マスクとしては、透過部と遮光部が交互に並ぶように短冊状にパターニングしたものが好ましい。
<液晶配向剤>
本発明の製造方法に用いられる液晶配向剤は、[A]光配向性ポリオルガノシロキサン及び[B]光硬化触媒を含有することを特徴とする。当該液晶配向剤は、[A]光配向性ポリオルガノシロキサンを含有するため、高感度の光配向性により、配向に必要な光照射量を低減できる。また、主鎖としてポリオルガノシロキサンを採用しているので、当該液晶配向剤から形成される液晶配向膜は膜硬度及び密着性に優れ、位相差フィルムは優れた熱安定性を有する。さらに、当該液晶配向剤は[B]光硬化触媒を含有することから、上述のように液晶配向膜の感光波長をも含むような放射線照射によって塗膜の硬化を行うことが可能であり、結果として塗膜形成工程における熱処理は低温かつ短時間で足り、液晶配向膜を低コストかつ高い生産性で製造することが可能となる。
当該液晶配向剤は、[C]他の重合体を含有することが好ましく、さらに本発明の効果を損なわない限り、その他の任意成分を含有してもよい。以下、[A]光配向性ポリオルガノシロキサン、[B]光硬化触媒、[C]他の重合体及びその他の任意成分について詳述する。
<[A]光配向性ポリオルガノシロキサン>
[A]光配向性ポリオルガノシロキサンは、主鎖としてのポリオルガノシロキサン、その加水分解物及びその加水分解物の縮合物からなる群より選択される少なくとも1種に由来する部分に、光配向性基が導入されている。光配向性基により、光配向の感度が良好となり、低光照射量を実現でき、液晶配向性にも優れる。また、主鎖としてポリオルガノシロキサンを採用しているので、当該液晶配向剤から形成される液晶配向膜は膜硬度及び密着性に優れ、位相差フィルムは優れた熱安定性を有する。
光配向性基としては、光配向性を示す種々の化合物由来の基を採用でき、例えばアゾベンゼン又はその誘導体を基本骨格として含有するアゾベンゼン含有基、桂皮酸又はその誘導体を基本骨格として含有する桂皮酸構造を有する基、カルコン又はその誘導体を基本骨格として含有するカルコン含有基、ベンゾフェノン又はその誘導体を基本骨格として含有するベンゾフェノン含有基、クマリン又はその誘導体を基本骨格として有するクマリン含有基、ポリイミド又はその誘導体を基本骨格として含有するポリイミド含有構造等が挙げられる。これらの光配向性基のうち、高い配向能と導入の容易性を考慮すると、桂皮酸又はその誘導体を基本骨格として含有する桂皮酸構造を有する基が好ましい。
桂皮酸構造を有する基の構造は、桂皮酸又はその誘導体を基本骨格として含有していれば特に限定されないが、上記特定桂皮酸誘導体に由来する基が好ましい。なお、Rはフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基である。このフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜10のアルキル基、フッ素原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基で置換されていてもよい。Rは単結合、炭素数1〜3のアルカンジイル基、酸素原子、硫黄原子、−CH=CH−、−NH−、−COO−又は−OCO−である。aは0〜3の整数である。但し、aが2以上の場合、複数のR及びRは同一であっても異なっていてもよい。Rはフッ素原子又はシアノ基である。bは0〜4の整数である。
上記式(1)で表される化合物としては例えば下記式で表される化合物が挙げられる。
Figure 2012068541
これらのうちRとしては、無置換のフェニレン基、又はフッ素原子若しくは炭素数1〜3のアルキル基で置換されたフェニレン基が好ましい。Rは単結合、酸素原子又は−CH=CH−が好ましい。bは0〜1が好ましい。aが1〜3のときはbが0であることが特に好ましい。
上記式(2)中、Rはフェニレン基又はシクロヘキシレン基である。このフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルキル基、炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基で置換されていてもよい。Rは単結合、炭素数1〜3のアルカンジイル基、酸素原子、硫黄原子又は−NH−である。cは1〜3の整数である。但し、cが2以上の場合、複数のR及びRは同一であっても異なっていてもよい。Rはフッ素原子又はシアノ基である。dは0〜4の整数である。Rは酸素原子、−COO−又は−OCO−である。Rは2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環式基又は2価の縮合環式基である。Rは単結合、−OCO−(CH−*又は−O(CH−*である。但し、*を付した結合手がカルボキシル基と結合する。f及びgはそれぞれ1〜10の整数である。eは0〜3の整数である。但し、eが2以上の場合、R及びRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
上記式(2)で表される化合物としては、例えば下記式(2−1)〜(2−2)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2012068541
(式中、Qは炭素数1〜10の鎖状又は環状のアルキル基、炭素数1〜10の鎖状又は環状のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基である。fは、式(2)と同義である。)
特定桂皮酸誘導体の合成手順は特に限定されず、従来公知の方法を組み合わせて行うことができる。代表的な合成手順としては、例えば、(i)塩基性条件下、ハロゲン原子で置換されたベンゼン環骨格を有する化合物と、アクリル酸とを遷移金属触媒存在下で反応させて特定桂皮酸誘導体を得る方法、(ii)塩基性条件下、ベンゼン環の水素原子がハロゲン原子で置換された桂皮酸と、ハロゲン原子で置換されたベンゼン環骨格を有する化合物とを遷移金属触媒存在下で反応させて特定桂皮酸誘導体とする方法等が挙げられる。
[A]光配向性ポリオルガノシロキサンに主鎖として含まれるポリオルガノシロキサン、その加水分解物及びその加水分解物の縮合物からなる群より選択される少なくとも1種に由来する部分としては、それ自体に上記光配向性基を導入し得る構造に由来した部分を有する限り特に限定されない。[A]光配向性ポリオルガノシロキサンは、このようなポリオルガノシロキサン、その加水分解物、その加水分解物の縮合物からなる群より選択される少なくとも1種に由来する部分と、上記光配向性を示す化合物に由来する基とを有する。
上記光配向性基を導入し得る構造としては、例えば水酸基、エポキシ基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、エステル基、アミド基等が挙げられる。この中でも、導入及び調製の容易性を考慮すると、エポキシ基が好ましい。
[A]光配向性ポリオルガノシロキサンは、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサン、その加水分解物及びその加水分解物の縮合物からなる群より選択される少なくとも1種(以下、「エポキシ基を有するポリオルガノシロキサン」と称することがある)と、上記式(1)及び/又は(2)で表される化合物との反応生成物であることが好ましい。当該液晶配向剤において、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンと特定桂皮酸誘導体との間の反応性を利用することにより、主鎖としてのポリオルガノシロキサンに光配向性を有する特定桂皮酸誘導体に由来する基を容易に導入することができる。
上記エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンは、ポリオルガノシロキサンに側鎖としてエポキシ基が導入されていれば特に限定されない。上記エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンとしては、下記式(3)で表される構造単位を有するポリオルガノシロキサン、その加水分解物及びその加水分解物の縮合物からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
Figure 2012068541
(式(3)中、Xはエポキシ基を有する1価の有機基である。Yは水酸基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基又は炭素数6〜20のアリール基である。)
なお、上記式(3)で表される構造単位を有するポリオルガノシロキサンの加水分解縮合物は、そのポリオルガノシロキサン同士の加水分解縮合物だけでなく、上記式(3)で表される構造単位の加水分解縮合によりポリオルガノシロキサンが生成される過程において、主鎖の枝分かれや架橋等が生じて得られるポリオルガノシロキサンが上記式(3)で表される構造単位を有する場合の加水分解縮合物をも含む概念である。
上記式(3)におけるXは、エポキシ基を有する1価の有機基であれば特に限定されず、例えばグリシジル基、グリシジルオキシ基、エポキシシクロヘキシル基を含む基等が挙げられる。Xとしては、下記式(X−1)又は(X−2)で表されることが好ましい。
Figure 2012068541
(式(X−1)中、Aは酸素原子又は単結合である。hは1〜3の整数である。iは0〜6の整数である。但し、iが0の場合、Aは単結合である。
式(X−2)中、jは1〜6の整数である。
式(X−1)及び(X−2)中、*はそれぞれ結合手であることを示す。)
さらに上記式(X−1)又は(X−2)で表されるエポキシ基のうち、下記式(X−1−1)又は(X−2−1)で表される基が好ましい。
Figure 2012068541
(式(X−1−1)又は式(X−2−1)中、*は結合手であることを示す。)
上記式(3)中のYにおいて、
炭素数1〜10のアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基等;
炭素数1〜20のアルキル基として、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−エイコシル基等;
炭素数6〜20のアリール基としては、例えばフェニル基等が挙げられる。
エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)としては、500〜100,000が好ましく、1,000〜10,000がより好ましく、1,000〜5,000が特に好ましい。
なお、本明細書におけるMwは、下記仕様のGPCにより測定したポリスチレン換算値である。
カラム:東ソー社製、TSKgelGRCXLII
溶媒:テトラヒドロフラン
温度:40℃
圧力:6.8MPa
このようなエポキシ基を有するポリオルガノシロキサンは、好ましくはエポキシ基を有するシラン化合物、又はエポキシ基を有するシラン化合物と他のシラン化合物の混合物を、好ましくは適当な有機溶媒、水及び触媒の存在下において加水分解又は加水分解・縮合することにより合成できる。
上記エポキシ基を有するシラン化合物としては、例えば3−グリシジロキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジロキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシジロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシジロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシジロキシプロピルジメチルメトキシシラン、3−グリシジロキシプロピルジメチルエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン等が挙げられる。
上記他のシラン化合物としては、例えばテトラクロロシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−i−プロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、トリクロロシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリ−n−プロポキシシラン、トリ−i−プロポキシシラン、トリ−n−ブトキシシラン、トリ−sec−ブトキシシラン、フルオロトリクロロシラン、フルオロトリメトキシシラン、フルオロトリエトキシシラン、フルオロトリ−n−プロポキシシラン、フルオロトリ−i−プロポキシシラン、フルオロトリ−n−ブトキシシラン、フルオロトリ−sec−ブトキシシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−プロポキシシラン、メチルトリ−i−プロポキシシラン、メチルトリ−n−ブトキシシラン、メチルトリ−sec−ブトキシシラン、2−(トリフルオロメチル)エチルトリクロロシラン、2−(トリフルオロメチル)エチルトリメトキシシラン、2−(トリフルオロメチル)エチルトリエトキシシラン、2−(トリフルオロメチル)エチルトリ−n−プロポキシシラン、2−(トリフルオロメチル)エチルトリ−i−プロポキシシラン、2−(トリフルオロメチル)エチルトリ−n−ブトキシシラン、2−(トリフルオロメチル)エチルトリ−sec−ブトキシシラン、2−(パーフルオロ−n−ヘキシル)エチルトリクロロシラン、2−(パーフルオロ−n−ヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2−(パーフルオロ−n−ヘキシル)エチルトリエトキシシラン、2−(パーフルオロ−n−ヘキシル)エチルトリ−n−プロポキシシラン、2−(パーフルオロ−n−ヘキシル)エチルトリ−i−プロポキシシラン、2−(パーフルオロ−n−ヘキシル)エチルトリ−n−ブトキシシラン、2−(パーフルオロ−n−ヘキシル)エチルトリ−sec−ブトキシシラン、2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチルトリクロロシラン、2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチルトリメトキシシラン、2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチルトリエトキシシラン、2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチルトリ−n−プロポキシシラン、2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチルトリ−i−プロポキシシラン、2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチルトリ−n−ブトキシシラン、2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチルトリ−sec−ブトキシシラン、ヒドロキシメチルトリクロロシラン、ヒドロキシメチルトリメトキシシラン、ヒドロキシエチルトリメトキシシラン、ヒドロキシメチルトリ−n−プロポキシシラン、ヒドロキシメチルトリ−i−プロポキシシラン、ヒドロキシメチルトリ−n−ブトキシシラン、ヒドロキシメチルトリ−sec−ブトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリクロロシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリ−n−プロポキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリ−i−プロポキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリ−n−ブトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリ−sec−ブトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリクロロシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリ−n−プロポキシシラン、3−メルカプトプロピルトリ−i−プロポキシシラン、3−メルカプトプロピルトリ−n−ブトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリ−sec−ブトキシシラン、メルカプトメチルトリメトキシシラン、メルカプトメチルトリエトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ−n−プロポキシシラン、ビニルトリ−i−プロポキシシラン、ビニルトリ−n−ブトキシシラン、ビニルトリ−sec−ブトキシシラン、アリルトリクロロシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、アリルトリ−n−プロポキシシラン、アリルトリ−i−プロポキシシラン、アリルトリ−n−ブトキシシラン、アリルトリ−sec−ブトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリ−n−プロポキシシラン、フェニルトリ−i−プロポキシシラン、フェニルトリ−n−ブトキシシラン、フェニルトリ−sec−ブトキシシラン、メチルジクロロシラン、メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、メチルジ−n−プロポキシシラン、メチルジ−i−プロポキシシラン、メチルジ−n−ブトキシシラン、メチルジ−sec−ブトキシシラン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジ−n−プロポキシシラン、ジメチルジ−i−プロポキシシラン、ジメチルジ−n−ブトキシシラン、ジメチルジ−sec−ブトキシシラン、(メチル)〔2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチル〕ジクロロシラン、(メチル)〔2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチル〕ジメトキシシラン、(メチル)〔2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチル〕ジエメトキシシラン、(メチル)〔2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチル〕ジ−n−プロポキシシラン、(メチル)〔2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチル〕ジ−i−プロポキシシラン、(メチル)〔2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチル〕ジ−n−ブトキシシラン、(メチル)〔2−(パーフルオロ−n−オクチル)エチル〕ジ−sec−ブトキシシラン、(メチル)(3−メルカプトプロピル)ジクロロシラン、(メチル)(3−メルカプトプロピル)ジメトキシシラン、(メチル)(3−メルカプトプロピル)ジエトキシシラン、(メチル)(3−メルカプトプロピル)ジ−n−プロポキシシラン、(メチル)(3−メルカプトプロピル)ジ−i−プロポキシシラン、(メチル)(3−メルカプトプロピル)ジ−n−ブトキシシラン、(メチル)(3−メルカプトプロピル)ジ−sec−ブトキシシラン、(メチル)(ビニル)ジクロロシラン、(メチル)(ビニル)ジメトキシシラン、(メチル)(ビニル)ジエトキシシラン、(メチル)(ビニル)ジ−n−プロポキシシラン、(メチル)(ビニル)ジ−i−プロポキシシラン、(メチル)(ビニル)ジ−n−ブトキシシラン、(メチル)(ビニル)ジ−sec−ブトキシシラン、ジビニルジクロロシラン、ジビニルジメトキシシラン、ジビニルジエトキシシラン、ジビニルジ−n−プロポキシシラン、ジビニルジ−i−プロポキシシラン、ジビニルジ−n−ブトキシシラン、ジビニルジ−sec−ブトキシシラン、ジフェニルジクロロシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジ−n−プロポキシシラン、ジフェニルジ−i−プロポキシシラン、ジフェニルジ−n−ブトキシシラン、ジフェニルジ−sec−ブトキシシラン、クロロジメチルシラン、メトキシジメチルシラン、エトキシジメチルシラン、クロロトリメチルシラン、ブロモトリメチルシラン、ヨードトリメチルシラン、メトキシトリメチルシラン、エトキシトリメチルシラン、n−プロポキシトリメチルシラン、i−プロポキシトリメチルシラン、n−ブトキシトリメチルシラン、sec−ブトキシトリメチルシラン、t−ブトキシトリメチルシラン、(クロロ)(ビニル)ジメチルシラン、(メトキシ)(ビニル)ジメチルシラン、(エトキシ)(ビニル)ジメチルシラン、(クロロ)(メチル)ジフェニルシラン、(メトキシ)(メチル)ジフェニルシラン、(エトキシ)(メチル)ジフェニルシラン等のケイ素原子を1個有するシラン化合物等が挙げられる。
商品名では、例えば
KC−89、KC−89S、X−21−3153、X−21−5841、X−21−5842、X−21−5843、X−21−5844、X−21−5845、X−21−5846、X−21−5847、X−21−5848、X−22−160AS、X−22−170B、X−22−170BX、X−22−170D、X−22−170DX、X−22−176B、X−22−176D、X−22−176DX、X−22−176F、X−40−2308、X−40−2651、X−40−2655A、X−40−2671、X−40−2672、X−40−9220、X−40−9225、X−40−9227、X−40−9246、X−40−9247、X−40−9250、X−40−9323、X−41−1053、X−41−1056、X−41−1805、X−41−1810、KF6001、KF6002、KF6003、KR212、KR−213、KR−217、KR220L、KR242A、KR271、KR282、KR300、KR311、KR401N、KR500、KR510、KR5206、KR5230、KR5235、KR9218、KR9706(以上、信越化学工業社);
グラスレジン(昭和電工社);
SH804、SH805、SH806A、SH840、SR2400、SR2402、SR2405、SR2406、SR2410、SR2411、SR2416、SR2420(以上、東レ・ダウコーニング社);
FZ3711、FZ3722(以上、日本ユニカー社);
DMS−S12、DMS−S15、DMS−S21、DMS−S27、DMS−S31、DMS−S32、DMS−S33、DMS−S35、DMS−S38、DMS−S42、DMS−S45、DMS−S51、DMS−227、PSD−0332、PDS−1615、PDS−9931、XMS−5025(以上、チッソ社);
メチルシリケートMS51、メチルシリケートMS56(以上、三菱化学社);
エチルシリケート28、エチルシリケート40、エチルシリケート48(以上、コルコート社);
GR100、GR650、GR908、GR950(以上、昭和電工社)等の部分縮合物が挙げられる。
これらの他のシラン化合物のうち、得られる液晶配向膜の配向性及び化学的安定性の観点から、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトメチルトリメトキシシラン、メルカプトメチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン又はジメチルジエトキシシランが好ましい。
本発明に用いられるエポキシ基を有するポリオルガノシロキサンは、光配向性を有する側鎖を充分な量で導入しつつ、エポキシ基の導入量が過剰となることによる意図しない副反応等を抑制するためにそのエポキシ当量としては100g/モル〜10,000g/モルが好ましく、150g/モル〜1,000g/モルがより好ましい。従って、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンを合成するにあたっては、エポキシ基を有するシラン化合物と他のシラン化合物との使用割合を、得られるポリオルガノシロキサンのエポキシ当量が上記の範囲となるように調製することが好ましい。
具体的には、このような他のシラン化合物は、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンと他のシラン化合物との合計に対して0質量%〜50質量%用いることが好ましく、5質量%〜30質量%用いることがより好ましい。
エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンを合成するにあたって使用することのできる有機溶媒としては、例えば炭化水素化合物、ケトン化合物、エステル化合物、エーテル化合物、アルコール化合物等が挙げられる。
上記炭化水素化合物としては、例えばトルエン、キシレン等;上記ケトンとしては、例えばメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルn−アミルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン等;上記エステルとしては、例えば酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−アミル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、乳酸エチル等;上記エーテルとしては、例えばエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等;上記アルコールとしては、例えば1−ヘキサノール、4−メチル−2−ペンタノール、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モノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、プロピ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モノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル等が挙げられる。これらのうち非水溶性のものが好ましい。これらの有機溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。
有機溶媒の使用量としては、全シラン化合物100質量部に対して、10質量部〜10,000質量部が好ましく、50質量部〜1,000質量部がより好ましい。また、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンを製造する際の水の使用量としては、全シラン化合物に対して、0.5倍モル〜100倍モルが好ましく、1倍モル〜30倍モルがより好ましい。
上記触媒としては例えば酸、アルカリ金属化合物、有機塩基、チタン化合物、ジルコニウム化合物等を用いることができる。
上記アルカリ金属化合物としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド等が挙げられる。
上記有機塩基としては、例えば
エチルアミン、ジエチルアミン、ピペラジン、ピペリジン、ピロリジン、ピロール等の1〜2級有機アミン;
トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、ジアザビシクロウンデセン等の3級の有機アミン;
テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の4級の有機アンモニウム塩等が挙げられる。これらの有機塩基のうち、反応が穏やかに進行する点を考慮して、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン等の3級の有機アミン;テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の4級の有機アンモニウム塩が好ましい。
エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンを製造する際の触媒としては、アルカリ金属化合物又は有機塩基が好ましい。アルカリ金属化合物又は有機塩基を触媒として用いることにより、エポキシ基の開環等の副反応を生じることなく、高い加水分解・縮合速度で目的とするポリオルガノシロキサンを得ることができることになり、生産安定性に優れることとなって好ましい。また、触媒としてアルカリ金属化合物又は有機塩基を用いて合成されたエポキシ基を有するポリオルガノシロキサンと特定桂皮酸誘導体との反応生成物を含有する本発明の有機半導体配向用組成物は、保存安定性が極めて優れるため好都合である。
その理由は、Chemical Reviews、95巻、p1409(1995年)に指摘されているように、加水分解、縮合反応において触媒としてアルカリ金属化合物又は有機塩基を用いると、ランダム構造、はしご型構造又はかご型構造が形成され、シラノール基の含有割合が少ないポリオルガノシロキサンが得られるためではないかと推察される。シラノール基の含有割合が少ないため、シラノール基同士の縮合反応が抑えられ、さらに、本発明の有機半導体配向用組成物が後述の他の重合体を含有するものである場合には、シラノール基と他の重合体との縮合反応が抑えられるため、保存安定性に優れる結果になるものと推察される。
触媒としては、特に有機塩基が好ましい。有機塩基の使用量は、有機塩基の種類、温度等の反応条件等により異なり、適宜に設定することができる。有機塩基の具体的な使用量としては、例えば全シラン化合物に対して、好ましくは0.01倍モル〜3倍モルであり、より好ましくは0.05倍モル〜1倍モルである。
エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンを製造する際の加水分解又は加水分解・縮合反応は、エポキシ基を有するシラン化合物と必要に応じて他のシラン化合物とを有機溶媒に溶解し、この溶液を有機塩基及び水と混合して、例えば油浴等により加熱することにより実施することが好ましい。
加水分解・縮合反応時には、油浴の加熱温度を好ましくは130℃以下、より好ましくは40℃〜100℃として、好ましくは0.5時間〜12時間、より好ましくは1時間〜8時間加熱するのが望ましい。加熱中は、混合液を撹拌してもよいし、還流下に置いてもよい。
反応終了後、反応液から分取した有機溶媒層を水で洗浄することが好ましい。この洗浄に際しては、洗浄操作が容易になる点で、少量の塩を含む水、例えば0.2質量%程度の硝酸アンモニウム水溶液等で洗浄することが好ましい。洗浄は洗浄後の水層が中性になるまで行い、その後有機溶媒層を、必要に応じて無水硫酸カルシウム、モレキュラーシーブス等の乾燥剤で乾燥した後、溶媒を除去することにより、目的とするエポキシ基を有するポリオルガノシロキサンを得ることができる。
本発明においては、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンとして市販されているものを用いてもよい。このような市販品としては、例えばDMS−E01、DMS−E12、DMS−E21、EMS−32(以上、チッソ社)等が挙げられる。
[A]光配向性ポリオルガノシロキサン化合物は、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサン自体が加水分解されて生じる加水分解物に由来する部分や、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサン同士が加水分解縮合した加水分解縮合物に由来する部分を含んでいてもよい。上記部分の構成材料であるこれらの加水分解物や加水分解縮合物もエポキシ基を有するポリオルガノシロキサンの加水分解ないし縮合条件と同様に調製することができる。
<[A]光配向性ポリオルガノシロキサンの合成>
本発明で使用される[A]光配向性ポリオルガノシロキサンは、例えば上記のエポキシ基を有するポリオルガノシロキサンと特定桂皮酸誘導体とを、好ましくは触媒の存在下に反応させることにより合成できる。
ここで特定桂皮酸誘導体の使用量としては、ポリオルガノシロキサンの有するエポキシ基1モルに対して0.001モル〜10モルが好ましく、0.01モル〜5モルがより好ましく、0.05モル〜2モルが特に好ましい。
上記触媒としては、有機塩基、又はエポキシ化合物と酸無水物との反応を促進するいわゆる硬化促進剤として公知の化合物を用いることができる。上記有機塩基としては、例えば上述したものと同様のものが挙げられる。
上記硬化促進剤としては、例えば
ベンジルジメチルアミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、シクロヘキシルジメチルアミン、トリエタノールアミン等の3級アミン;
2−メチルイミダゾール、2−n−ヘプチルイミダゾール、2−n−ウンデシルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−メチルイミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−n−ウンデシルイミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−フェニルイミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジ(ヒドロキシメチル)イミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−フェニル−4,5−ジ〔(2’−シアノエトキシ)メチル〕イミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−n−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテート、1−(2−シアノエチル)−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテート、1−(2−シアノエチル)−2−エチル−4−メチルイミダゾリウムトリメリテート、2,4−ジアミノ−6−〔2’−メチルイミダゾリル−(1’)〕エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−(2’−n−ウンデシルイミダゾリル)エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−〔2’−エチル−4’−メチルイミダゾリル−(1’)〕エチル−s−トリアジン、2−メチルイミダゾールのイソシアヌル酸付加物、2−フェニルイミダゾールのイソシアヌル酸付加物、及び2,4−ジアミノ−6−〔2’−メチルイミダゾリル−(1’)〕エチル−s−トリアジンのイソシアヌル酸付加物等のイミダゾール化合物;
ジフェニルフォスフィン、トリフェニルフォスフィン、亜リン酸トリフェニル等の有機リン化合物;
ベンジルトリフェニルフォスフォニウムクロライド、テトラ−n−ブチルフォスフォニウムブロマイド、メチルトリフェニルフォスフォニウムブロマイド、エチルトリフェニルフォスフォニウムブロマイド、n−ブチルトリフェニルフォスフォニウムブロマイド、テトラフェニルフォスフォニウムブロマイド、エチルトリフェニルフォスフォニウムヨーダイド、エチルトリフェニルフォスフォニウムアセテート、テトラ−n−ブチルフォスフォニウムo,o−ジエチルフォスフォロジチオネート、テトラ−n−ブチルフォスフォニウムベンゾトリアゾレート、テトラフェニルフォスフォニウムテトラフェニルボレート、テトラ−n−ブチルフォスフォニウムテトラフルオロボレート、テトラ−n−ブチルフォスフォニウムテトラフェニルボレート等の4級フォスフォニウム塩;
1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7やその有機酸塩等のジアザビシクロアルケン;
オクチル酸亜鉛、オクチル酸錫、アルミニウムアセチルアセトン錯体等の有機金属化合物;
テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラ−n−ブチルアンモニウムブロマイド、テトラエチルアンモニウムクロライド、テトラ−n−ブチルアンモニウムクロライド等の4級アンモニウム塩;
三フッ化ホウ素、ホウ酸トリフェニル等のホウ素化合物;
塩化亜鉛、塩化第二錫等の金属ハロゲン化合物;
ジシアンジアミドやアミンとエポキシ樹脂との付加物等のアミン付加型促進剤等の高融点分散型潜在性硬化促進剤;
上記イミダゾール化合物、有機リン化合物や4級フォスフォニウム塩等の硬化促進剤の表面をポリマーで被覆したマイクロカプセル型潜在性硬化促進剤;
アミン塩型潜在性硬化促進剤;
ルイス酸塩、ブレンステッド酸塩等の高温解離型の熱カチオン重合型潜在性硬化促進剤等の潜在性硬化促進剤等が挙げられる。
これらの触媒の中でも、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラ−n−ブチルアンモニウムブロマイド、テトラエチルアンモニウムクロライド、テトラ−n−ブチルアンモニウムクロライド等の4級アンモニウム塩が好ましい。
触媒の使用量としては、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサン100質量部に対して100質量部以下が好ましく、0.01質量部〜100質量部がより好ましく、0.1質量部〜20質量部が特に好ましい。
反応温度としては、0℃〜200℃が好ましく、50℃〜150℃がより好ましい。反応時間としては、0.1時間〜50時間が好ましく、0.5時間〜20時間がより好ましい。
[A]光配向性ポリオルガノシロキサンは、必要に応じて有機溶媒の存在下に合成できる。かかる有機溶媒としては、例えば炭化水素化合物、エーテル化合物、エステル化合物、ケトン化合物、アミド化合物、アルコール化合物等が挙げられる。これらのうち、エーテル化合物、エステル化合物、ケトン化合物が、原料及び生成物の溶解性並びに生成物の精製のし易さの観点から好ましい。溶媒は、固形分濃度(反応溶液中の溶媒以外の成分の質量が溶液の全質量に占める割合)が、好ましくは0.1質量%以上70質量%以下、より好ましくは5質量%以上50質量%以下となる量で使用される。
このようにして得られた[A]光配向性ポリオルガノシロキサンのMwとしては、特に限定されないが、1,000〜20,000が好ましく、3,000〜15,000がより好ましい。このような分子量範囲とすることで、液晶配向膜の良好な配向性及び安定性を確保できる。
[A]光配向性ポリオルガノシロキサンは、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンに、特定桂皮酸誘導体のカルボキシル基のエポキシへの開環付加により特定桂皮酸誘導体に由来する構造を導入している。この製造方法は簡便であり、しかも特定桂皮酸誘導体に由来する構造の導入率を高くすることができる点で極めて好適な方法である。
本発明においては、本発明の効果を損なわない範囲で上記特定桂皮酸誘導体の一部を下記式(4)で表される化合物で置き換えて使用してもよい。この場合、[A]光配向性ポリオルガノシロキサン化合物の合成は、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンと、特定桂皮酸誘導体及び下記式(4)で表される化合物の混合物とを反応させることにより行われる。
Figure 2012068541
上記式(4)におけるR10としては、炭素数8〜20のアルキル基若しくはアルコキシ基、又は炭素数4〜21のフルオロアルキル基若しくはフルオロアルコキシ基であることが好ましい。R11としては、単結合、1,4−シクロヘキシレン基又は1,4−フェニレン基であることが好ましい。R12としてはカルボキシル基であることが好ましい。
上記式(4)で表される化合物としては、例えば下記式(4−1)〜式(4−3)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2012068541
上記式(4)で表される化合物は、[A]光配向性ポリオルガノシロキサンの活性部位を失活させて当該液晶配向剤の安定性向上に寄与し得る。本発明において、特定桂皮酸誘導体とともに上記式(4)で表される化合物を使用する場合、特定桂皮酸誘導体及び上記式(4)で表される化合物の合計の使用割合としては、ポリオルガノシロキサンの有するエポキシ基1モルに対して0.001モル〜1.5モルが好ましく、0.01モル〜1モルがより好ましく、0.05モル〜0.9モルが特に好ましい。この場合、上記式(4)で表される化合物の使用量としては、特定桂皮酸誘導体との合計に対して50モル%以下が好ましく、25モル%以下がより好ましい。上記式(4)で表される化合物の使用割合が50モル%を超えると、液晶配向膜における配向性が低下する不具合を生じるおそれがある。
<[B]光硬化触媒>
当該液晶配向剤は[A]光配向性ポリオルガノシロキサンが有する架橋性官能基の架橋反応をより強固にする目的で[B]光硬化触媒を含有する。当該液晶配向剤が[B]光硬化触媒を含有することから上述のように液晶配向膜の感光波長をも含むような放射線照射によって塗膜の硬化を行うことが可能であり、結果として塗膜形成工程における熱処理は低温かつ短時間で足り、液晶配向膜を低コストかつ高い生産性で製造することが可能となる。
[B]光硬化触媒は[A]光配向性ポリオルガノシロキサンが有する架橋性官能基を反応できるものなら特に限定されず公知のものを使用することができる。[B]光硬化触媒の吸収波長については任意の吸収波長を持つ化合物を選択できるが、150nm〜800nmの波長の光を含む紫外線及び可視光線領域に吸収波長を持つことが好ましく、300nm〜400nmの波長の光を含む紫外線領域に吸収波長を持つことがより好ましい。
これらの[B]光硬化触媒のうち、架橋性官能基にビニル基や(メタ)アクリル基等を含む場合はラジカル重合タイプの[B]光硬化触媒が好ましく、架橋性官能基にエポキシ基、脂環式エポキシ基、ビニルエーテル、オキセタン環構造等を含む場合はカチオン重合タイプの[B]光硬化触媒が好ましい。これらの[B]光硬化触媒は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
上記ラジカル重合タイプの[B]光硬化触媒としては例えばベンジル、ジアセチル等のα−ジケトン;ベンゾイン等のアシロイン;ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等のアシロインエーテル;チオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、チオキサントン−4−スルホン酸、ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン等のベンゾフェノン類;アセトフェノン、p−ジメチルアミノアセトフェノン、4−(α,α’−ジメトキシアセトキシ)ベンゾフェノン、2,2’−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、p−メトキシアセトフェノン、2−メチル−2−モルフォリノ−1−(4−メチルチオフェニル)−1−プロパノン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン等のアセトフェノン類;アントラキノン、1,4−ナフトキノン等のキノン;フェナシルクロライド、トリブロモメチルフェニルスルホン、トリス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等のハロゲン化合物;2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィンオキサイド;ジ−t−ブチルパーオキサイド等の過酸化物等が挙げられる。
ラジカル重合タイプの[B]光硬化触媒の市販品としては、例えばIRGACURE−124、同−149、同−184、同−369、同−500、同−651、同−819、同−907、同−1000、同−1700、同−1800、同−1850、同−2959、Darocur−1116、同−1173、同−1664、同−2959、同−4043(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社)、KAYACURE−DETX、同−MBP、同−DMBI、同−EPA、同−OA(以上、日本化薬製)、LUCIRIN TPO(BASF社)、VICURE−10、同−55(以上、STAUFFER社)、TRIGONALP1(AKZO社)、SANDORAY 1000(SANDOZ社)、DEAP(APJOHN社)、QUANTACURE−PDO、同−ITX、同−EPD(以上、WARD BLEKINSOP社)等が挙げられる。
ラジカル重合タイプの[B]光硬化触媒の使用割合としては、[A]光配向性ポリオルガノシロキサン100質量部に対して、0.5質量部〜30質量部が好ましく、1質量部〜20質量部がより好ましい。
上記カチオン重合タイプの[B]光硬化触媒としては、ジフェニルヨードニウム塩等のヨードニウム塩、トルフェニルスルホニウム塩等のスルホニウム塩、o−ニトロベンジルスルホネート等のスルホン酸エステル等が挙げられる。これらのうち、ヨードニウム塩、スルホニウム塩が好ましい。アニオン種としてはホウ素化合物、6フッ化リン等を含む化合物がより好ましい。なお、アニオン種として6フッ化アンチモンを含む化合物は硬化性に優れており、低温での硬化性にも優れる可能性があるが、6フッ化アンチモンは劇物であり製品への使用には安全上の不都合がある。上記のヨードニウム塩やスルホニウム塩は、単独でも2種類以上の混合物であってもよい。
具体的なカチオン重合タイプの[B]光硬化触媒としては、例えばジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、シクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシル・メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(1−ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(1−ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(1−ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、パーフルオロ−n−オクタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、N−ヒドロキシスクシイミドトリフルオロメタンスルホネート、N−ヒドロキシスクシイミドノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、N−ヒドロキシスクシイミドパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトリフルオロメタンスルホネート等が挙げられる。
カチオン重合タイプの[B]光硬化触媒の市販品としては、IRGACURE250(チバガイギー社)、WPI−113、WPAG−145、WPAG−170、WPAG−199、WPAG−281、WPAG−336、WPAG−367(以上、和光純薬工業社)、アデカオプトマーSP−150、SP−170、SP−300(以上、ADEKA社)、CPI−100P、CPI−100A、CPI−200K、CPI−210S(以上、サンアプロ社)等が挙げられる。
カチオン重合タイプの[B]光硬化触媒の使用割合としては、[A]光配向性ポリオルガノシロキサン100質量部に対して、0.01質量部〜30質量部が好ましく、0.5質量部〜20質量部がより好ましい。
ラジカル重合タイプの[B]光硬化触媒を用いる場合は、ラジカル反応性モノマーを併用することができる。ラジカル反応性基としては、ラジカルにより重合反応が起こるものであれば特に限定されないが、反応性の点から重合性不飽和結合を有する基が好ましい。重合性不飽和結合を有する基としてはビニル基、(メタ)アクリル基が好ましく、特に(メタ)アクリル基が好ましい。反応性の点から2個以上の不飽和結合を有するモノマーが好ましい。
本用途に用いることができるラジカル反応性モノマーとしては、2官能以上の(メタ)アクリレートが挙げられ、
2官能の(メタ)アクリレートとしては、例えばエチレングリコールアクリレート、エチレングリコールメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジアクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジメタクリレート等が挙げられる。
2官能の(メタ)アクリレートの市販品としては、例えばアロニックスM−210、同M−240、同M−6200(以上、東亞合成社)、KAYARAD HDDA、KAYARAD HX−220、同R−604、UX−2201、UX−2301、UX−3204、UX−3301、UX−4101、UX−6101、UX−7101、UX−8101、MU−2100、MU−4001(以上、日本化薬社)、ビスコート260、同312、同335HP(以上、大阪有機化学工業社)等が挙げられる。
3官能以上の(メタ)アクリレートとしては、例えばトリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、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トリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、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ペンタメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、トリ(2−アクリロイロキシエチル)フォスフェート、トリ(2−メタクリロイロキシエチル)フォスフェートや、9官能以上の(メタ)アクリレートとして、直鎖アルキレン基および脂環式構造を有し、かつ2個以上のイソシアネート基を有する化合物と、分子内に1個以上の水酸基を有し、かつ3個、4個あるいは5個のアクリロイロキシ基及び/又はメタクリロイロキシ基を有する化合物とを反応させて得られるウレタンアクリレート系化合物等が挙げられる。
3官能以上の(メタ)アクリレートの市販品としては、例えばアロニックスM−309、同−400、同−402、同−405、同−450、同−1310、同−1600、同−1960、同−7100、同−8030、同−8060、同−8100、同−8530、同−8560、同−9050、アロニックスTO−1450(以上、東亞合成社)、KAYARAD TMPTA、同DPHA、同DPCA−20、同DPCA−30、同DPCA−60、同DPCA−120、同MAX−3510(以上、日本化薬社)、ビスコート295、同300、同360、同GPT、同3PA、同400(以上、大阪有機化学工業社)や、ウレタンアクリレート系化合物として、ニューフロンティア R−1150(第一工業製薬社)、KAYARAD DPHA−40H(日本化薬社)等が挙げられる。
ラジカル反応性モノマーの使用割合としては、[A]光配向性ポリオルガノシロキサン100質量部に対して、5質量部〜120質量部が好ましく、10質量部〜80質量部がより好ましい。
カチオン重合タイプの[B]光硬化触媒を用いる場合は、カチオン反応性成分を併用することができ、上記エポキシ基含有ポリマーを用いてもよく、エポキシ反応性モノマーを添加してもよい。エポキシ反応性モノマーとしては、2個以上のエポキシ基を有するモノマーが好ましく、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ジプロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル等が挙げられる。
2個以上のエポキシ基を有する化合物の市販品としては、例えばエポライト40E、同100E、同200E、同70P、同200P、同400P、同1500NP、同80MF、同100MF、同1600、同3002、同4000(以上、共栄社化学社)等が挙げられる。
エポキシ反応性モノマーの使用割合としては、[A]光配向性ポリオルガノシロキサン100質量部に対して、50質量部以下が好ましく、1質量部〜30質量部がより好ましい。
なお、当該液晶配向剤は上述した[B]光硬化触媒以外の硬化剤、硬化触媒等を適宜含有してもよい。
<[C]他の重合体>
当該液晶配向剤は、好適成分として[C]他の重合体を含有できる。[C]他の重合体としては、ポリアミック酸、ポリイミド、エチレン性不飽和化合物重合体、光配向性基を有さないポリオルガノシロキサンからなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。これら[C]他の重合体を含有することで、製造コストの高いポリオルガノシロキサンの当該液晶配向剤中における含有量を減らすことが可能となり、結果として当該液晶配向剤の製造コストを低下できる。
[ポリアミック酸]
ポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とを反応させることにより得られる。
テトラカルボン酸二無水物としては、例えば脂肪族テトラカルボン酸二無水物、脂環式テトラカルボン酸二無水物、芳香族テトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。これらのテトラカルボン酸二無水物は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては、例えばブタンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
脂環式テトラカルボン酸二無水物としては、例えば1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−8−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、3−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4−ジオン−6−スピロ−3’−(テトラヒドロフラン−2’,5’−ジオン)、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、3,5,6−トリカルボキシ−2−カルボキシメチルノルボルナン−2:3,5:6−二無水物、2,4,6,8−テトラカルボキシビシクロ[3.3.0]オクタン−2:4,6:8−二無水物、4,9−ジオキサトリシクロ[5.3.1.02,6]ウンデカン−3,5,8,10−テトラオン等が挙げられる。
芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、例えばピロメリット酸二無水物等が挙げられるほか特願2010−97188号に記載のテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。
これらのテトラカルボン酸二無水物のうち、脂環式テトラカルボン酸二無水物が好ましく、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物又は1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物がより好ましく、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物が特に好ましい。
2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物又は1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物の使用量としては、全テトラカルボン酸二無水物に対して、10モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましく、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物又は1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物のみからなることが、特に好ましい。
ジアミン化合物としては、例えば脂肪族ジアミン、脂環式ジアミン、ジアミノオルガノシロキサン、芳香族ジアミン等が挙げられる。これらジアミン化合物は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
脂肪族ジアミンとしては、例えばメタキシリレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等が挙げられる。
脂環式ジアミンとしては、例えば1,4−ジアミノシクロヘキサン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン等が挙げられる。
ジアミノオルガノシロキサンとしては、例えば1,3−ビス(3−アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサン等が挙げられるほか、特願2009−97188号に記載のジアミンが挙げられる。
芳香族ジアミンとしては、例えばp−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、1,5−ジアミノナフタレン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、2,7−ジアミノフルオレン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、2,6−ジアミノピリジン、3,4−ジアミノピリジン、2,4−ジアミノピリミジン、3,6−ジアミノアクリジン、3,6−ジアミノカルバゾール、N−メチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−エチル−3,6−ジアミノカルバゾール、N−フェニル−3,6−ジアミノカルバゾール、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)−ベンジジン、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)−N,N’−ジメチルベンジジン、1,4−ビス−(4−アミノフェニル)−ピペラジン、3,5−ジアミノ安息香酸、ドデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、テトラデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、ヘキサデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ−2,4−ジアミノベンゼン、ドデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、テトラデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、ヘキサデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ−2,5−ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ−3,5−ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ−3,5−ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ−2,4−ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ−2,4−ジアミノベンゼン、3,5−ジアミノ安息香酸コレスタニル、3,5−ジアミノ安息香酸コレステニル、3,5−ジアミノ安息香酸ラノスタニル、3,6−ビス(4−アミノベンゾイルオキシ)コレスタン、3,6−ビス(4−アミノフェノキシ)コレスタン、4−(4’−トリフルオロメトキシベンゾイロキシ)シクロヘキシル−3,5−ジアミノベンゾエート、4−(4’−トリフルオロメチルベンゾイロキシ)シクロヘキシル−3,5−ジアミノベンゾエート、1,1−ビス(4−((アミノフェニル)メチル)フェニル)−4−ブチルシクロヘキサン、1,1−ビス(4−((アミノフェニル)メチル)フェニル)−4−ヘプチルシクロヘキサン、1,1−ビス(4−((アミノフェノキシ)メチル)フェニル)−4−ヘプチルシクロヘキサン、1,1−ビス(4−((アミノフェニル)メチル)フェニル)−4−(4−ヘプチルシクロヘキシル)シクロヘキサン、2,4−ジアミノーN,N―ジアリルアニリン、4−アミノベンジルアミン、3−アミノベンジルアミン及び下記式(A−1)で表されるジアミン化合物等が挙げられる。
Figure 2012068541
(式(A−1)中、Xは炭素数1〜3のアルキル基、*−O−、*−COO−又は*−OCO−である。但し、*を付した結合手がジアミノフェニル基と結合する。rは0又は1である。sは0〜2の整数である。tは1〜20の整数である。)
ポリアミック酸の合成反応に供されるテトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物の使用割合としては、ジアミン化合物に含まれるアミノ基1当量に対して、テトラカルボン酸二無水物の酸無水物基が0.2当量〜2当量が好ましく、0.3当量〜1.2当量がより好ましい。
合成反応は、有機溶媒中において行うことが好ましい。反応温度としては、−20℃〜150℃が好ましく、0℃〜100℃がより好ましい。反応時間としては、0.5時間〜24時間が好ましく、2時間〜12時間がより好ましい。
有機溶媒としては、合成されるポリアミック酸を溶解できるものであれば特に制限はなく、例えばN−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルトリアミド等の非プロトン系極性溶媒;m−クレゾール、キシレノール、フェノール、ハロゲン化フェノール等のフェノール系溶媒が挙げられる。
有機溶媒の使用量(a)としては、テトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物の総量(b)と有機溶媒の使用量(a)の合計(a+b)に対して、0.1質量%〜50質量%が好ましく、5質量%〜30質量%がより好ましい。
反応後に得られるポリアミック酸溶液は、そのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、反応溶液中に含まれるポリアミック酸を単離した上で液晶配向剤の調製に供してもよく、単離したポリアミック酸を精製した上で液晶配向剤の調製に供してもよい。ポリアミック酸の単離方法としては、例えば反応溶液を大量の貧溶媒中に注いで得られる析出物を減圧下乾燥する方法、反応溶液をエバポレーターで減圧留去する方法等が挙げられる。ポリアミック酸の精製方法としては、単離したポリアミック酸を再び有機溶媒に溶解し、貧溶媒で析出させる方法、エバポレーターで有機溶媒等を減圧留去する工程を1回若しくは複数回行う方法が挙げられる。
[ポリイミド]
ポリイミドは、上記ポリアミック酸の有するアミック酸構造を脱水閉環してイミド化することにより製造できる。ポリイミドは、その前駆体であるポリアミック酸が有しているアミック酸構造の全てを脱水閉環した完全イミド化物であってもよく、アミック酸構造の一部のみを脱水閉環し、アミック酸構造とイミド環構造とが併存している部分イミド化物であってもよい。
ポリイミドの合成方法としては、例えば(i)ポリアミック酸を加熱する方法(以下、「方法(i)」と称することがある)、(ii)ポリアミック酸を有機溶媒に溶解し、この溶液中に脱水剤及び脱水閉環触媒を添加し、必要に応じて加熱する方法(以下、「方法(ii)」と称することがある)等のポリアミック酸の脱水閉環反応による方法が挙げられる。
方法(i)における反応温度としては、50℃〜200℃が好ましく、60℃〜170℃がより好ましい。反応温度が50℃未満では、脱水閉環反応が十分に進行せず、反応温度が200℃を超えると得られるポリイミドの分子量が低下することがある。反応時間としては、0.5時間〜48時間が好ましく、2時間〜20時間がより好ましい。
方法(i)において得られるポリイミドはそのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、ポリイミドを単離した上で液晶配向剤の調製に供してもよく又は単離したポリイミドを精製した上で又は得られるポリイミドを精製した上で液晶配向剤の調製に供してもよい。
方法(ii)における脱水剤としては、例えば無水酢酸、無水プロピオン酸、無水トリフルオロ酢酸等の酸無水物が挙げられる。
脱水剤の使用量としては、所望のイミド化率により適宜選択されるが、ポリアミック酸のアミック酸構造1モルに対して0.01モル〜20モルが好ましい。
方法(ii)における脱水閉環触媒としては、例えばピリジン、コリジン、ルチジン、トリエチルアミン等が挙げられる。
脱水閉環触媒の使用量としては、含有する脱水剤1モルに対して0.01モル〜10モルが好ましい。なお、イミド化率は上記脱水剤及び脱水閉環剤の含有量が多いほど高くできる。
方法(ii)に用いられる有機溶媒としては、例えばポリアミック酸の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒と同様の有機溶媒等が挙げられる。
方法(ii)における反応温度としては、0℃〜180℃が好ましく、10℃〜150℃がより好ましい。反応時間としては、0.5時間〜20時間が好ましく、1時間〜8時間がより好ましい。反応条件を上記範囲とすることで、脱水閉環反応が十分に進行し、また、得られるポリイミドの分子量を適切なものとできる。
方法(ii)においてはポリイミドを含有する反応溶液が得られる。この反応溶液をそのまま液晶配向剤の調製に供してもよく、反応溶液から脱水剤及び脱水閉環触媒を除いたうえで液晶配向剤の調製に供してもよく、ポリイミドを単離した上で液晶配向剤の調製に供してもよく又は単離したポリイミドを精製した上で液晶配向剤の調製に供してもよい。反応溶液から脱水剤及び脱水閉環触媒を除く方法としては、例えば溶媒置換の方法等が挙げられる。ポリイミドの単離方法及び精製方法としては、例えばポリアミック酸の単離方法及び精製方法として例示したものと同様の方法等が挙げられる。
[エチレン性不飽和化合物重合体]
[C]他の重合体としてのエチレン性不飽和化合物重合体は、公知のエチレン性不飽和化合物を公知の方法で重合させることにより得られる。例えば、(a)エポキシ基含有エチレン性不飽和化合物(以下、「(a)不飽和化合物」と称することがある)と(b1)エチレン性不飽和カルボン酸及び/又は重合性不飽和多価カルボン酸無水物(以下、「(b1)不飽和化合物」と称することがある)と(a)不飽和化合物及び(b1)不飽和化合物以外の重合性不飽和化合物(以下、「(b2)不飽和化合物」と称することがある)との共重合体(以下、「(A1)共重合体」と称することがある)とを重合することで得られる。
(a)不飽和化合物としては、例えば(メタ)アクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸グリシジル、α−n−プロピルアクリル酸グリシジル、α−n−ブチルアクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシブチル、α−エチルアクリル酸3,4−エポキシブチル、(メタ)アクリル酸6,7−エポキシヘプチル、α−エチルアクリル酸6,7−エポキシヘプチル等が挙げられる。
(b1)不飽和化合物としては、例えば
(メタ)アクリル酸、クロトン酸、α−エチルアクリル酸、α−n−プロピルアクリル酸、α−n−ブチルアクリル酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸類;
無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、シス−1,2,3,4−テトラヒドロフタル酸無水物等の不飽和多価カルボン酸無水物類等が挙げられる。
(b2)不飽和化合物としては、例えば
(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル類;
(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸i−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸i−ブチル、(メタ)アクリル酸sec−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル類;
(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル(以下、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルを「ジシクロペンタニル」という。)、(メタ)アクリル酸2−ジシクロペンタニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸イソボロニル等の(メタ)アクリル酸脂環式エステル類;
(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジル等の(メタ)アクリル酸アリールエステル類;
マレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸ジエチル等の不飽和ジカルボン酸ジエステル類;
N−フェニルマレイミド、N−ベンジルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−スクシンイミジル−3−マレイミドベンゾエート、N−スクシンイミジル−4−マレイミドブチレート、N−スクシンイミジル−6−マレイミドカプロエート、N−スクシンイミジル−3−マレイミドプロピオネート、N−(9−アクリジル)マレイミド等の不飽和ジカルボニルイミド誘導体;
(メタ)アクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル、シアン化ビニリデン等のシアン化ビニル化合物;
(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等の不飽和アミド化合物;
スチレン、α−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−メトキシスチレン等の芳香族ビニル化合物;
インデン、1−メチルインデン等のインデン誘導体類;
1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン等の共役ジエン系化合物の他、塩化ビニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル等が挙げられる。
(A1)共重合体において、(a)不飽和化合物に由来する構造単位の含有率としては、全構造単位に対して、10質量%〜70質量%が好ましく、20質量%〜60質量%がより好ましく、(b1)不飽和化合物に由来する構造単位の合計含有率としては、全構造単位に対して、5質量%〜40質量%が好ましく、10質量%〜30質量%がより好ましく、(b2)不飽和化合物に由来する構造単位の含有率としては、全構造単位に対して、10質量%〜70質量%が好ましく、20質量%〜50質量%がより好ましい。
(A1)共重合体は、各不飽和化合物を、適当な溶媒及び重合開始剤の存在下、例えばラジカル重合によって合成することができる。有機溶媒としては、例えばポリアミック酸の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒と同様の有機溶媒等が挙げられる。
重合開始剤としては、例えば
2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物;
ベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、t−ブチルペルオキシピバレート、1,1’−ビス−(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン等の有機過酸化物;
過酸化水素;
これらの過酸化物と還元剤とからなるレドックス型開始剤等が挙げられる。これらの重合開始剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
[光配向性基を有さないポリオルガノシロキサン]
当該液晶配向剤は、[A]光配向性ポリオルガノシロキサン以外にも[C]他の重合体としての光配向性基を有さないポリオルガノシロキサンをさらに含有していてもよい。光配向性基を有さないポリオルガノシロキサンとしては、下記式(5)で表される構造単位を有するポリオルガノシロキサン、その加水分解物及び加水分解物の縮合物よりなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。なお、当該液晶配向剤が光配向性基を有さないポリオルガノシロキサンを含む場合、光配向性基を有さないポリオルガノシロキサンの大部分は、[A]光配向性ポリオルガノシロキサンとは独立して存在していればその一部は[A]光配向性ポリオルガノシロキサンとの縮合物として存在していても良い。
Figure 2012068541
上記式(5)中、Xは水酸基、ハロゲン原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基又は炭素数6〜20のアリール基である。Yは水酸基又は炭素数1〜10のアルコキシ基である。
炭素数1〜20のアルキル基としては、例えば直鎖状又は分岐状の、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ラウリル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基等が挙げられる。
炭素数1〜6のアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基等が挙げられる。
炭素数6〜20のアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
光配向性基を有さないポリオルガノシロキサンは、例えばアルコキシシラン化合物及びハロゲン化シラン化合物からなる群より選択される少なくとも1種のシラン化合物(以下、「原料シラン化合物」と称することがある)を、好ましくは適当な有機溶媒中で、水及び触媒の存在下において加水分解又は加水分解・縮合することにより合成できる。
原料シラン化合物としては、例えば
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−iso−プロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−tert−ブトキシシラン、テトラクロロシラン等;
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−プロポキシシラン、メチルトリ−iso−プロポキシシラン、メチルトリ−n−ブトキシシラン、メチルトリ−sec−ブトキシシラン、メチルトリ−tert−ブトキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリ−n−プロポキシシラン、エチルトリ−iso−プロポキシシラン、エチルトリ−n−ブトキシシラン、エチルトリ−sec−ブトキシシラン、エチルトリ−tert−ブトキシシラン、エチルトリクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリクロロシラン等;
ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジクロロシラン等;
トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチルクロロシラン等が挙げられる。
これらのうち、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン又はトリメチルエトキシシランが好ましい。
光配向性基を有さないポリオルガノシロキサンを合成する際に、任意的に使用できる有機溶媒としては、例えば、アルコール化合物、ケトン化合物、アミド化合物、エステル化合物又はその他の非プロトン性化合物が挙げられる。これらは単独で又は2種以上組合せて使用できる。
光配向性基を有さないポリオルガノシロキサンの合成に際して使用する水の量としては、原料シラン化合物の有するアルコキシ基及びハロゲン原子の合計1モルに対して、0.01モル〜100モルが好ましく、0.1モル〜30モルがより好ましく、1モル〜1.5モルが特に好ましい。
光配向性基を有さないポリオルガノシロキサンの合成に際して使用できる触媒としては、例えば金属キレート化合物、有機酸、無機酸、有機塩基、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、アンモニア等が挙げられる。これらは単独で又は2種以上組合せて使用できる。
触媒の使用量としては、原料シラン化合物100質量部に対して0.001質量部〜10質量部が好ましく、0.001質量部〜1質量部がより好ましい。
光配向性基を有さないポリオルガノシロキサンの合成に際して添加される水は、原料であるシラン化合物中又はシラン化合物を有機溶媒に溶解した溶液中に、断続的又は連続的に添加できる。触媒は、原料であるシラン化合物中又はシラン化合物を有機溶媒に溶解した溶液中に予め添加しておいてもよく、添加される水中に溶解又は分散させておいてもよい。
光配向性基を有さないポリオルガノシロキサンの合成の際の反応温度としては、0℃〜100℃が好ましく、15℃〜80℃がより好ましい。反応時間としては、0.5時間〜24時間が好ましく、1時間〜8時間がより好ましい。
当該液晶配向剤が、[C]他の重合体を含有する場合、[C]他の重合体の含有割合としては、[C]他の重合体の種類により異なるが、[A]光配向性ポリオルガノシロキサン100質量部に対して10,000質量部以下が好ましい。
<その他の任意成分>
当該液晶配向剤は、本発明の効果を損なわない範囲で、[D]カルボン酸のアセタールエステル構造、カルボン酸のケタールエステル構造、カルボン酸の1−アルキルシクロアルキルエステル構造及びカルボン酸のt−ブチルエステル構造からなる群より選択される少なくとも1種の構造を2個以上有する化合物(以下、「[D]エステル構造含有化合物」と称することがある)、分子内に少なくとも一つのエポキシ基を有する化合物(以下、「エポキシ化合物」と称することがある)、官能性シラン化合物、界面活性剤、光増感剤等を含有できる。以下、これらのその他の任意成分について詳述する。
[[D]エステル構造含有化合物]
当該液晶配向剤が[D]エステル構造含有化合物を含有することにより、熱処理工程において酸が発生し、発生した酸によって[A]光配向性ポリオルガノシロキサンの架橋を促進させ、その結果、得られる位相差フィルムの熱安定性をより向上できる。当該液晶配向剤が[D]エステル構造含有化合物を含むことにより、耐熱性等に優れる液晶配向膜を形成し得る。
[D]エステル構造含有化合物は、分子内にカルボン酸のアセタールエステル構造、カルボン酸のケタールエステル構造、カルボン酸の1−アルキルシクロアルキルエステル構造及びカルボン酸のt−ブチルエステル構造からなる群より選択される少なくとも1種の構造を2個以上有する化合物である。[D]エステル構造含有化合物は、これらの構造のうちの同じ種類の構造を2個以上有する化合物であってもよく、これらの構造のうちの異なる種類の構造を合わせて2個以上有する化合物であってもよい。上記カルボン酸のアセタールエステル構造を含む基としては、下記式(D−1)及び式(D−2)で表される基が挙げられる。
Figure 2012068541
(式(D−1)中、R13及びR14はそれぞれ独立して、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜10の脂環式基、炭素数6〜10のアリール基又は炭素数7〜10のアラルキル基である。
式(D−2)中、n1は2〜10の整数である。)
上記式(D−1)におけるR13において、炭素数1〜20のアルキル基としてはメチル基が好ましく、炭素数3〜10の脂環式基としてはシクロヘキシル基が好ましく、炭素数6〜10のアリール基としてはフェニル基が好ましく、炭素数7〜10のアラルキル基としてはベンジル基が好ましい。R14の炭素数1〜20のアルキル基としては炭素数1〜6のアルキル基が好ましく、炭素数3〜10の脂環式基としては炭素数6〜10の脂環式基が好ましく、炭素数6〜10のアリール基としてはフェニル基が好ましく、炭素数7〜10のアラルキル基としてはベンジル基又は2−フェニルエチル基が好ましい。式(D−2)におけるn1としては、3又は4が好ましい。
上記式(D−1)で表される基としては、例えば1−メトキシエトキシカルボニル基、1−エトキシエトキシカルボニル基、1−n−プロポキシエトキシカルボニル基、1−n−ブトキシエトキシカルボニル基、1−i−ブトキシエトキシカルボニル基、1−sec−ブトキシエトキシカルボニル基、1−t−ブトキシエトキシカルボニル基、1−シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基、1−ノルボルニルオキシエトキシカルボニル基、1−フェノキシエトキシカルボニル基、(シクロヘキシル)(メトキシ)メトキシカルボニル基、(シクロヘキシル)(シクロヘキシルオキシ)メトキシカルボニル基、(シクロヘキシル)(フェノキシ)メトキシカルボニル基、(シクロヘキシル)(ベンジルオキシ)メトキシカルボニル基、(フェニル)(メトキシ)メトキシカルボニル基、(フェニル)(シクロヘキシルオキシ)メトキシカルボニル基、(フェニル)(フェノキシ)メトキシカルボニル基、(フェニル)(ベンジルオキシ)メトキシカルボニル基、(ベンジル)(メトキシ)メトキシカルボニル基、(ベンジル)(シクロヘキシルオキシ)メトキシカルボニル基、(ベンジル)(フェノキシ)メトキシカルボニル基、(ベンジル)(ベンジルオキシ)メトキシカルボニル基等が挙げられる。
上記式(D−2)で表される基としては、例えば2−テトラヒドロフラニルオキシカルボニル基、2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニル基等が挙げられる。
これらのうち、1−エトキシエトキシカルボニル基、1−n−プロポキシエトキシカルボニル基、1−シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基、2−テトラヒドロフラニルオキシカルボニル基、2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニル基が好ましい。
上記カルボン酸のケタールエステル構造を含む基としては、例えば下記式(D−3)〜(D−5)で表される基が挙げられる。
Figure 2012068541
(式(D−3)中、R15は炭素数1〜12のアルキル基である。R16及びR17はそれぞれ独立して、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜20の脂環式基、炭素数6〜20のアリール基又は炭素数7〜20のアラルキル基である。
式(D−4)中、R18は炭素数1〜12のアルキル基である。n2は2〜8の整数である。
式(D−5)中、R19は炭素数1〜12のアルキル基である。n3は2〜8の整数である。)
上記式(D−3)におけるR15の炭素数1〜12のアルキル基としてはメチル基が好ましく、R16における炭素数1〜12のアルキル基としてはメチル基が好ましく、炭素数3〜20の脂環式基としてはシクロヘキシル基が好ましく、炭素数6〜20のアリール基としてはフェニル基が好ましく、炭素数7〜20のアラルキル基としてはベンジル基が好ましい。R17における炭素数7〜20のアルキル基としては炭素数1〜6のアルキル基が好ましい。炭素数3〜20の脂環式基としては炭素数6〜10の脂環式基が好ましい。炭素数6〜20のアリール基としてはフェニル基が好ましい。炭素数7〜20のアラルキル基としてはベンジル基又は2−フェニルエチル基が好ましい。式(D−4)におけるR18の炭素数1〜12のアルキル基としてはメチル基が好ましい。n2としては3又は4が好ましい。式(D−5)におけるR19の炭素数1〜12のアルキル基としてはメチル基が好ましい。n3としては3又は4が好ましい。
上記式(D−3)で表される基としては、例えば、1−メチル−1−メトキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−n−プロポキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−n−ブトキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−i−ブトキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−sec−ブトキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−t−ブトキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−ノルボルニルオキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−フェノキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−ベンジルオキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−フェネチルオキシエトキシカルボニル基、1−シクロヘキシル−1−メトキシエトキシカルボニル基、1−シクロヘキシル−1−シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基、1−シクロヘキシル−1−フェノキシエトキシカルボニル基、1−フェニル−1−メトキシエトキシカルボニル基、1−フェニル−1−エトキシエトキシカルボニル基、1−フェニル−1−フェノキシエトキシカルボニル基、1−フェニル−1−ベンジルオキシエトキシカルボニル基、1−ベンジル−1−メトキシエトキシカルボニル基、1−ベンジル−1−シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基、1−ベンジル−1−フェノキシエトキシカルボニル基、1−ベンジル−1−ベンジルオキシエトキシカルボニル基等が挙げられる。
上記式(D−4)で表される基としては、例えば2−(2−メチルテトラヒドロフラニル)オキシカルボニル基、2−(2−メチルテトラヒドロピラニル)オキシカルボニル基等が挙げられる。
上記式(D−5)で表される基としては、例えば1−メトキシシクロペンチルオキシカルボニル基、1−メトキシシクロヘキシルオキシカルボニル基等が挙げられる。
これらのうち、1−メチル−1−メトキシエトキシカルボニル基、1−メチル−1−シクロヘキシルオキシエトキシカルボニル基が好ましい。
上記カルボン酸の1−アルキルシクロアルキルエステル構造を含む基としては、例えば下記式(D−6)で表される基が挙げられる。
Figure 2012068541
(式(D−6)中、R20は炭素数1〜12のアルキル基である。n4は1〜8の整数である。)
上記式(D−6)におけるR20の炭素数1〜12のアルキル基としては炭素数1〜10のアルキル基が好ましい。
上記式(D−6)で表される基としては、例えば1−メチルシクロプロポキシカルボニル基、1−メチルシクロブトキシカルボニル基、1−メチルシクロペントキシカルボニル基、1−メチルシクロへキシロキシカルボニル基、1−メチルシクロデシロキシカルボニル基、1−エチルシクロブトキシカルボニル基、1−エチルシクロペントキシカルボニル基、1−エチルシクロヘキシロキシカルボニル基、1−エチルシクロデシロキシカルボニル基、1−(イソ)プロピルシクロプロポキシカルボニル基、1−(イソ)プロピルシクロブトキシカルボニル基、1−(イソ)プロピルシクロデシロキシカルボニル基、1−(イソ)ブチルシクロブトキシカルボニル基、1−(イソ)ブチルシクロペントキシカルボニル基、1−(イソ)ブチルシクロヘキシロキシカルボニル基、1−(イソ)ブチルシクロヘプチロキシカルボニル基、1−(イソ)ブチルシクロデシロキシカルボニル基、1−(イソ)ペンチルシクロヘプチロキシカルボニル基、1−(イソ)ペンチルシクロオクチロキシカルボニル基、1−(イソ)ヘキシルシクロプロポキシカルボニル基、1−(イソ)ヘキシルシクロブトキシカルボニル基、1−(イソ)ヘキシルシクロペントキシカルボニル基、1−(イソ)ヘキシルシクロヘキシロキシカルボニル基、1−(イソ)ヘキシルシクロノニロキシカルボニル基、1−(イソ)ヘキシルシクロデシロキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロプロポキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロブトキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロペントキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロヘキシロキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロヘプチロキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロオクチロキシカルボニル基、1−(イソ)オクチルシクロデシロキシカルボニル基等を挙げることができる。
上記カルボン酸のt−ブチルエステル構造を含む基とは、t−ブトキシカルボニル基である。
本発明における[D]エステル構造含有化合物としては、下記式(6)で表される化合物が好ましい。
R ・・(6)
(式(6)中、Tは上記式(D−1)〜(D−6)のいずれかで表される基若しくはt−ブトキシカルボニル基であり、nが2であってRが単結合であるか、又はnが2〜10の整数であってRが炭素数3〜10の複素環化合物から水素を除去して得られるn価の基若しくは炭素数1〜18のn価の炭化水素基である。)
nは、2又は3が好ましい。
上記式(6)におけるRとしてはnが2である場合としては単結合、炭素数1〜12のアルカンジイル基、1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,4−フェニレン基、2,6−ナフタレニル基、5−ナトリウムスルホ−1,3−フェニレン基、5−テトラブチルホスホニウムスルホ−1,3−フェニレン基等が挙げられる。
nが3である場合、上記Rとしては下記式で表される基、ベンゼン−1,3,5−トリイル基等が挙げられる。
Figure 2012068541
上記アルカンジイル基としては、直鎖状が好ましい。
上記式(6)で表される[D]エステル構造含有化合物は、有機化学の定法により、又は有機化学の定法を適宜に組み合わせることにより合成できる。
例えば上記式(6)におけるTが上記式(D−1)で表される基である化合物(但し、R13がフェニル基である場合を除く)は、好ましくはリン酸触媒の存在下で化合物R−(COOH)(但し、R及びnは、それぞれ上記式(6)と同義である)及び化合物R14−O−CH=R13’(但し、R14は上記式(D−1)と同義である。R13’は上記式(D−1)におけるR13の一位炭素から水素原子を除去して得られる基である)を付加することにより合成できる。
上記式(6)におけるTが上記式(D−2)で表される基である化合物は好ましくはp−トルエンスルホン酸触媒の存在下で化合物R−(COOH)(但し、R及びnは上記式(6)と同義である)及び下記式で表される化合物を付加することにより合成できる。
Figure 2012068541
(式中、n1は上記式(D−2)と同義である。)
当該液晶配向剤中の[D]エステル構造含有化合物の含有量としては、要求される耐熱性等を考慮して決めれば特に限定されないが、[A]光配向性ポリオルガノシロキサン100質量部に対して[D]エステル構造含有化合物0.1質量部〜50質量部が好ましく、1質量部〜20質量部がより好ましく、2質量部〜10質量部が特に好ましい。
[エポキシ化合物]
エポキシ化合物は、形成される液晶配向膜の基板表面に対する接着性をより向上する目的で当該液晶配向剤に含有できる。
エポキシ化合物としては、例えばエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、2,2−ジブロモネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,3,5,6−テトラグリシジル−2,4−ヘキサンジオール、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシレンジアミン、1,3−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N−ジグリシジル−ベンジルアミン、N,N−ジグリシジル−アミノメチルシクロヘキサン等が挙げられる。
エポキシ化合物の含有割合としては、[A]光配向性ポリオルガノシロキサンと任意に含有される[C]他の重合体との合計100質量部に対して、40質量部以下が好ましく、0.1質量部〜30質量部がより好ましい。なお、当該液晶配向剤がエポキシ化合物を含有する場合、架橋反応を効率良く起こす目的で、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール等の塩基触媒を併用してもよい。
[官能性シラン化合物]
上記官能性シラン化合物は、形成される液晶配向膜の基板表面に対する接着性を向上する目的で使用できる。
官能性シラン化合物としては、例えば3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N−トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10−トリメトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、10−トリエトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、9−トリメトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、9−トリエトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシジロキシプロピルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、テトラカルボン酸二無水物とアミノ基を有するシラン化合物との反応物等のほか、特開昭63−291922号公報に記載されている、テトラカルボン酸二無水物とアミノ基を有するシラン化合物との反応物等が挙げられる。
官能性シラン化合物の含有割合としては、[A]光配向性ポリオルガノシロキサンと任意に含有される[C]他の重合体との合計100質量部に対して、50質量部以下が好ましく、20質量部以下がより好ましい。
[界面活性剤]
界面活性剤としては、例えばノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、シリコーン界面活性剤、ポリアルキレンオキシド界面活性剤、含フッ素界面活性剤等が挙げられる。
界面活性剤の使用割合としては、当該液晶配向剤の全体100質量部に対して、10質量部以下が好ましく、1質量部以下がより好ましい。
[光増感剤]
当該液晶配向剤に含有され得る光増感性剤は、カルボキシル基、水酸基、−SH、−NCO、−NHR(但し、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である)、−CH=CH及びSOClからなる群より選択される少なくとも1種の基並びに光増感性構造を有する化合物である。上記エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンと、特定桂皮酸誘導体及び光増感性剤の混合物とを反応させることにより、当該液晶配向剤に含有される[A]光配向性ポリオルガノシロキサンは、特定桂皮酸誘導体に由来する感光性構造(桂皮酸構造)と光増感性剤に由来する光増感性構造とを併有することとなる。この光増感性構造は、光の照射により励起し、この励起エネルギーを重合体内で近接する感光性構造に与える機能を有する。この励起状態は一重項であってもよく、三重項であってもよいが、長寿命や効率的なエネルギー移動に鑑み、三重項であることが好ましい。上記光増感性構造が吸収する光は、波長150nm〜600nmの範囲の紫外線又は可視光線であることが好ましい。波長が上記下限より短い光は、通常の光学系で取り扱うことができないため、光配向法に好適に用いることができない。一方、上記上限より波長の長い光は、エネルギーが小さく、上記光増感性構造の励起状態を誘起し難い。
かかる光増感性構造としては、例えばアセトフェノン構造、ベンゾフェノン構造、アントラキノン構造、ビフェニル構造、カルバゾール構造、ニトロアリール構造、フルオレン構造、ナフタレン構造、アントラセン構造、アクリジン構造、インドール構造等が挙げられ、これらを単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。これらの光増感性構造は、それぞれ、アセトフェノン、ベンゾフェノン、アントラキノン、ビフェニル、カルバゾール、ニトロベンゼンもしくはジニトロベンゼン、ナフタレン、フルオレン、アントラセン、アクリジン又はインドールから、1〜4個の水素原子を除去して得られる基からなる構造をいう。ここで、アセトフェノン構造、カルバゾール構造及びインドール構造のそれぞれは、アセトフェノン、カルバゾール又はインドールのベンゼン環が有する水素原子のうちの1〜4個を除去して得られる基からなる構造であることが好ましい。これらの光増感性構造のうち、アセトフェノン構造、ベンゾフェノン構造、アントラキノン構造、ビフェニル構造、カルバゾール構造、ニトロアリール構造及びナフタレン構造からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、アセトフェノン構造、ベンゾフェノン構造及びニトロアリール構造からなる群より選択される少なくとも1種であることが特に好ましい。
光増感性剤としては、カルボキシル基及び光増感性構造を有する化合物であることが好ましく、さらに好ましい化合物として、例えば下記式(H−1)〜(H−10)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2012068541
(式中、qは1〜6の整数である。)
本発明で使用される光配向性ポリオルガノシロキサン化合物は、上記のエポキシ基を有するポリオルガノシロキサン及び特定桂皮酸誘導体に加え、光増感性剤を合わせて、好ましくは触媒の存在下において、好ましくは有機溶媒中で反応させることにより合成してもよい。
この場合、特定桂皮酸誘導体の使用量としては、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンのケイ素原子1モルに対して、0.001モル〜10モルが好ましく、0.01モル〜5モルがより好ましく、0.05モル〜2モルが特に好ましい。光増感性剤の使用量としては、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンのケイ素原子1モルに対して、0.0001モル〜0.5モルが好ましく、0.0005モル〜0.2モルがより好ましく、0.001モル〜0.1モルが特に好ましい。
<液晶配向剤の調製>
当該液晶配向剤は、上述の通り[A]光配向性ポリオルガノシロキサン及び[B]光硬化触媒を必須成分として含有し、必要に応じて任意成分を含有するものであるが、好ましくは各成分が有機溶媒に溶解された溶液状の組成物として調製される。
有機溶媒としては、[A]光配向性ポリオルガノシロキサン、[B]光硬化触媒及び任意に使用される他の成分を溶解し、これらと反応しないものが好ましい。当該液晶配向剤に好ましく使用できる有機溶媒としては、任意に含有される[C]他の重合体の種類により異なる。
当該液晶配向剤が[A]光配向性ポリオルガノシロキサン、[B]光硬化触媒及び[C]他の重合体を含有するものである場合における好ましい有機溶媒としては、ポリアミック酸の合成に用いられるものとして例示した有機溶媒が挙げられる。これらの有機溶媒は、単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。
当該液晶配向剤の調製に用いられる好ましい溶媒は、他の重合体の使用の有無及びその種類に従い、上記した有機溶媒の1種又は2種以上を組み合わせて得られる。このような溶媒は、下記の好ましい固形分濃度において液晶配向剤に含有される各成分が析出せず、且つ液晶配向剤の表面張力が25mN/m〜40mN/mの範囲となるものである。
本発明の液晶配向剤の固形分濃度、すなわち当該液晶配向剤中の溶媒以外の全成分の質量が液晶配向剤の全質量に占める割合は、粘性、揮発性等を考慮して選択されるが、好ましくは1質量%〜10質量%である。固形分濃度が1質量%未満では、当該液晶配向剤から形成される液晶配向膜の膜厚が過小となって良好な液晶配向膜が得られない場合がある。一方、固形分濃度が10質量%を超えると、塗膜の膜厚が過大となって良好な液晶配向膜を得られない場合があり、また、液晶配向剤の粘性が増大して塗布特性が不足する場合がある。好ましい固形分濃度の範囲は、基板に液晶配向剤を塗布する際に採用する方法によって異なる。例えばスピンナー法による場合の固形分濃度の範囲としては、1.5質量%〜4.5質量%が好ましい。印刷法による場合、固形分濃度を3質量%〜9質量%の範囲とし、それによって溶液粘度を12mPa・s〜50mPa・sの範囲とすることが好ましい。インクジェット法による場合、固形分濃度を1質量%〜5質量%の範囲とし、それによって溶液粘度を3mPa・s〜15mPa・sの範囲とすることが好ましい。
本発明の液晶配向剤を調製する際の温度としては、0℃〜200℃が好ましく、0℃〜40℃がより好ましい。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。なお、以下の実施例において用いた原料化合物及び重合体の必要量は、下記の合成例に示す合成スケールでの原料化合物及び重合体の合成を必要に応じて繰り返すことにより確保した。
<エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンの合成>
[合成例1]
撹拌機、温度計、滴下漏斗及び還流冷却管を備えた反応容器に、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(ECETS)100.0g、メチルイソブチルケトン500g及びトリエチルアミン10.0gを仕込み、室温で混合した。次いで、脱イオン水100gを滴下漏斗より30分かけて滴下した後、還流下で混合しつつ、80℃で6時間反応させた。反応終了後、有機層を取り出し、0.2質量%硝酸アンモニウム水溶液により洗浄後の水が中性になるまで洗浄したのち、減圧下で溶媒及び水を留去することにより、エポキシ基を有するポリオルガノシロキサンを粘稠な透明液体として得た。
このエポキシ基を有するポリオルガノシロキサンについて、H−NMR分析を行なったところ、化学シフト(δ)=3.2ppm付近にエポキシ基に基づくピークが理論強度どおりに得られ、反応中にエポキシ基の副反応が起こっていないことが確認された。得られたエポキシ基を有するポリオルガノシロキサンのMwは2,200であり、エポキシ当量は186g/モルであった。
<特定桂皮酸誘導体の合成>
特定桂皮酸誘導体の合成反応は全て不活性雰囲気中で行った。
[合成例2]
冷却管を備えた500mLの三口フラスコに4−ブロモジフェニルエーテル20g、酢酸パラジウム0.18g、トリス(2−トリル)ホスフィン0.98g、トリエチルアミン32.4g、ジメチルアセトアミド135mLを混合した。次にシリンジでアクリル酸を7g混合溶液に加え撹拌した。この混合溶液を更に120℃で3時間加熱撹拌した。TLC(薄層クロマトグラフィー)で反応の終了を確認した後、反応溶液を室温まで冷却した。沈殿物をろ別した後、ろ液を1N塩酸水溶液300mLに注ぎ、沈殿物を回収した。これらの沈殿物を酢酸エチルとヘキサンの1:1(質量比)溶液で再結晶することにより下記式(K−1)で表される特定桂皮酸誘導体(K−1)を8.4g得た。
Figure 2012068541
<[A]光配向性ポリオルガノシロキサンの合成>
[合成例3]
100mLの三口フラスコに、合成例1で得たエポキシ基を有するポリオルガノシロキサン9.3g、メチルイソブチルケトン26g、合成例2で得た特定桂皮酸誘導体(K−1)3g及び4級アミン塩(サンアプロ社、UCAT 18X)0.10gを仕込み、80℃で12時間撹拌した。反応終了後、メタノールで再沈殿を行い、沈殿物を酢酸エチルに溶解して溶液を得、この溶液を3回水洗した後、溶媒を留去することにより、[A]光配向性ポリオルガノシロキサン(A−1)を白色粉末として6.3g得た。光配向性ポリオルガノシロキサン化合物(A−1)の重量平均分子量Mwは3,500であった。
<[C]他の重合体の合成>
[合成例4]
冷却管と攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)5質量部とジエチレングリコールメチルエチルエーテル(DEGME)200質量部とを仕込んだ。引き続き(a)不飽和化合物としてのメタクリル酸グリシジル40質量部、(b1)不飽和化合物としてのメタクリル酸30質量部、並びに(b2)不飽和化合物としてのスチレン10質量部及びシクロヘキシルマレイミド20質量部を仕込み窒素置換した後ゆるやかに攪拌を始めた。溶液温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持しポリ(メタ)アクリレートの共重合体(C−1)を含む重合体溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は33.1質量%であった。得られた重合体の数平均分子量は7,000であった。
<液晶配向剤の調製>
[実施例1]
合成例3で得た[A]光配向性ポリオルガノシロキサン(A−1)に換算して1,000質量部に相当する量をとり、ここに[B]光硬化触媒としてのスルホニウム塩(サンアプロ社、CPI−200K)を50質量部加え、さらにエチレングリコールモノブチルエーテル(EGMB)及びジエチレングリコールメチルエチルエーテル(DEGME)を混合し、溶媒組成がEGMB:DEGME=90:10(質量比)、固形分濃度が4.0質量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターで濾過することにより、液晶配向剤(S−1)を調製した。
[実施例2]
[C]他の重合体として合成例4で得た共重合体(C−1)を含有する溶液を、これに含有されるポリ(メタ)アクリレートの共重合体(C−1)に換算して1,000質量部に相当する量をとり、ここに合成例3で得た[A]光配向性ポリオルガノシロキサン(A−1)500質量部を加え、ここに[B]光硬化触媒としてスルホニウム塩(サンアプロ社、CPI−200K)を75質量部加え、さらにEGMB及びDEGMEを混合し、溶媒組成がEGMB:DEGME=90:10(質量比)、固形分濃度が4.0質量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターで濾過することにより、液晶配向剤(S−2)を調製した。
[合成例5]
ポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)13.1gをNMP50mLに加熱溶解し、室温まで冷やした後、ピリジン10mLを添加した。これに塩化シンナモイル17.0gを加え、8時間攪拌した。反応混合物をNMPで希釈した後メタノールに加え、沈殿を十分に水洗し乾燥することで重合体25gを得た。ポリマー100重量部に対して、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート30重量部、2−メチル[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノ−1−プロパン5重量部、EGMB及びDEGMEを混合し、溶媒組成がEGMB:DEGME=90:10(質量比)、固形分濃度が4.0質量%の溶液とした。この溶液を孔径1μmのフィルターで濾過することにより、組成物(CS−1)を調製した。
<液晶配向膜の製造>
[実施例3]
塗膜形成工程として、
TACフィルムの一面に、実施例1で調製した液晶配向剤(S−1)をスピンナーを用いて塗布し、庫内を窒素置換したオーブン中、100℃で2分間熱処理して膜厚0.1μmの塗膜を形成した。
次いで、塗膜硬化工程として、
Hg−Xeランプを用いて365nmの輝線を含む非偏光の紫外線1,000J/mを塗膜表面に照射し、塗膜を硬化した。
さらに、液晶配向能付与工程として、
Hg−Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて313nmの輝線を含む偏光紫外線300J/mを硬化させた塗膜表面に、基板法線から垂直に照射して液晶配向膜を製造した。
[実施例4及び5]
液晶配向剤として、それぞれ(S−2)、(CS−1)を使用したこと以外は実施例3と同様に操作して、液晶配向膜を製造した。
[比較例1]
塗膜形成工程として、
TACフィルムの一面に、実施例1で調製した液晶配向剤(S−1)をスピンナーを用いて塗布し、庫内を窒素置換したオーブン中、100℃で2分間熱処理して膜厚0.1μmの塗膜を形成した。
次いで、液晶配向能付与工程として、
Hg−Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて313nmの輝線を含む偏光紫外線300J/mを塗膜表面に、基板法線から垂直に照射して液晶配向膜を製造した。
<液晶配向膜の評価>
製造した各位相差フィルムについて以下の評価を行った。結果を表1に示す。
[密着性]
実施例3〜5及び比較例1で得られた液晶配向膜をガイドのある等間隔スペーサーを用いて、カッターナイフで1mm間隔に切り込みを入れて、10×10の格子パターンを形成した。続いて、格子パターンの上にセロハンテープを置き、しっかりと密着させた後、セロハンテープを引き剥がした。セロハンテープを引き剥がした後の塗膜のカット部分を観察した。塗膜がカットの線に沿って、又は交差する点において剥離が生じている格子の目の個数が、格子パターン全体の個数に対して15%未満の場合を密着性「A」とし、15%以上場合を密着性「B」とした。
[膜硬度]
TACフィルムにかえてガラス基板を用いた以外は、実施例4〜6、比較例1と同様に操作して液晶配向膜を形成した。この液晶配向膜について、塗膜用鉛筆引っかき試験機で測定した。鉛筆硬度測定結果がH以上の場合を膜硬度「A」とし、鉛筆硬度測定結果がH未満の場合を膜硬度「B」とした。
Figure 2012068541
<位相差フィルムの製造>
[実施例6〜8及び比較例2]
実施例3〜5及び比較例1で製造した液晶配向膜が形成された面に、重合性液晶(メルク社、RMS03−013C)を孔径0.2μmのフィルターで濾過した後、スピンナーを用いて塗布し、60℃のホットプレートで1分間ベークを行った後、Hg−Xeランプを用いて365nmの輝線を含む非偏光の紫外線30,000J/mを重合性液晶塗布面に照射して位相差フィルムを製造した。
<位相差フィルムの評価>
製造した各位相差フィルムについて以下の評価を行った。結果を表2に示す。
[液晶配向性]
実施例6〜8、比較例2で製造した位相差フィルムにつき、異常ドメインの有無を偏光顕微鏡により観察し、異常ドメインが観察されなかった場合を液晶配向性「A」とし、異常ドメインが観察された場合を液晶配向性「B」とした。
[熱安定性]
液晶配向性が「A」となる照射条件で、液晶配向膜を作成後、重合性液晶塗布前に、150℃で1時間加熱を行った以外は上記実施例3と同様に操作して位相差フィルムを製造した。次いで、上記液晶配向性評価を行い、異常ドメインが観察されなかった場合を熱安定性「A」とし、異常ドメインが観察された場合を熱安定性「B」とした。
Figure 2012068541
表1及び2の結果から明らかなように、当該液晶配向剤を用いて液晶配向膜を作製する際の光配向に必要な光照射量は極めて低く、また当該液晶配向膜は、高い膜高度と基材に対する密着性を有し、さらに当該位相差フィルムは、優れた液晶配向性と耐熱性を有することがわかった。
<液晶配向能の方向が異なる領域を含む位相差フィルムの製造>
[実施例9]
実施例3と同様に操作して、基板上に硬化した塗膜を形成した後、最初の液晶配向能付与工程において照射した偏光紫外線から90°回転した偏光方向で、透過部と遮光部が交互に並ぶように短冊状にパターニングしたマスクを通して2回目の偏光紫外線(Hg−Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて得られる313nmの輝線を含む偏光紫外線300J/m)を照射した。次に、液晶配向膜が形成された面に、重合性液晶(メルク社、RMS03−013C)を孔径0.2μmのフィルターで濾過した後、スピンナーを用いて塗布し、60℃のホットプレートで1分間ベークを行った後、Hg−Xeランプを用いて365nmの輝線を含む非偏光の紫外線30,000J/mを重合性液晶塗布面に照射して液晶配向能の方向が異なる領域を含む位相差フィルムを製造した。
[実施例10]
実施例3と同様に操作して、基板上に液晶配向剤を塗布した後、基板の半分を遮光した状態で、液晶配向能付与工程としての最初の偏光紫外線(Hg−Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて得られる313nmの輝線を含む偏光紫外線300J/m)を照射した。次に、最初の偏光紫外線から90°回転した偏光方向で、最初に露光した露光部を遮光して、未露光部に偏光紫外線が照射されるようにして、2回目の偏光紫外線照射(Hg−Xeランプ及びグランテーラープリズムを用いて313nmの輝線を含む偏光紫外線300J/m)を行った。次に、液晶配向膜が形成された面に、重合性液晶(メルク社、RMS03−013C)を孔径0.2μmのフィルターで濾過した後、スピンナーを用いて塗布し、60℃のホットプレートで1分間ベークを行った後、Hg−Xeランプを用いて365nmの輝線を含む非偏光の紫外線30,000J/mを重合性液晶塗布面に照射して液晶配向能の方向が異なる領域を含む位相差フィルムを製造した。
[液晶配向能の方向が異なる領域を含む位相差フィルムの評価]
実施例9で得られた位相差フィルムをクロスニコル条件で配置した偏光板の間に配置し、観察側と逆方向からの透過光を用いて観察したところ、照射した偏光紫外線の偏光方向と平行又は直角となるように配置した場合には、パターニングによらず全面が暗かった。一方、位相差フィルムをその平面において45°回転させると、位相差フィルムはパターニングによらず全面明るくなり複屈折を有することを示した。
実施例10で得られた位相差フィルムを上記同様に観察したところ、照射した偏光紫外線の偏光方向と平行又は直角となるように配置した場合には、照射した偏光紫外線の偏光方向によらず全面が暗かった。一方、位相差フィルムをその平面において45°回転させると、位相差フィルムは照射した偏光紫外線の偏光方向によらず全面明るくなり、複屈折を有することを示した。
また、実施例6で得られた位相差フィルムと、上記実施例9又は10で得られた液晶配向能の方向が異なる領域を含む位相差フィルムとを、それぞれの位相差フィルムの偏光方向が、平行又は直角となるように重ねて配置し、クロスニコル条件で観察した場合、明るくなるパターンと暗くなるパターンとが明瞭なエッジで外形を区画されて存在していることが確認された。
本発明によれば、少量の放射線照射によっても光配向が可能であって、膜硬度及び密着性に優れる液晶配向膜をより低温及び短時間の熱処理で効率よく製造できる生産性の高い液晶配向膜の製造方法、液晶配向性及び熱安定性に優れる位相差フィルムの製造方法を提供できる。また、当該液晶配向剤はロール・ツー・ロール方式等の量産性に優れた工程においても好適に使用できる。さらに当該液晶配向剤は、3D映像用途等に好適に用いることができる液晶配向能の方向が異なる領域を含む液晶配向膜も形成することができる。

Claims (16)

  1. (1)透明フィルム上に液晶配向剤を塗布し、塗膜を形成する工程、
    (2)上記塗膜に放射線を照射し、塗膜を硬化させる工程、及び
    (3)上記硬化した塗膜に放射線を照射し、液晶配向能を付与する工程
    を有する液晶配向膜の製造方法。
  2. 上記液晶配向膜が位相差フィルム用である請求項1に記載の液晶配向膜の製造方法。
  3. 上記工程(2)における放射線が非偏光の紫外線であり、かつ
    上記工程(3)における放射線が偏光された紫外線である請求項1又は請求項2に記載の液晶配向膜の製造方法。
  4. (1)透明フィルム上に液晶配向剤を塗布し、塗膜を形成する工程、
    (2)上記塗膜に放射線を照射し、塗膜を硬化させる工程、
    (3)上記硬化した塗膜に放射線を照射し、液晶配向能を付与し液晶配向膜を形成する工程
    (4)上記液晶配向膜の少なくとも一部に重合性液晶を塗布する工程、及び
    (5)上記重合性液晶を硬化する工程
    を有する位相差フィルムの製造方法。
  5. 上記工程(3)が、
    (3−1)硬化した塗膜の一部又は全部に第一の放射線を照射する工程、及び
    (3−2)硬化した塗膜の一部に第一の放射線とは異なる入射方向又は偏光方向を有する第二の放射線を照射する工程
    を有する請求項4に記載の位相差フィルムの製造方法。
  6. 上記工程(3−2)が、(3−2’)硬化した塗膜の少なくとも第一の放射線が照射されなかった部分に、上記第二の放射線を照射する工程である請求項5に記載の位相差フィルムの製造方法。
  7. 上記工程(2)における放射線が非偏光の紫外線であり、かつ
    上記工程(3)における放射線が偏光された紫外線である請求項4、請求項5又は請求項6に記載の位相差フィルムの製造方法。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の製造方法に用いられ、
    [A]光配向性基を有するポリオルガノシロキサン、及び
    [B]光硬化触媒
    を含有する液晶配向剤。
  9. 上記光配向性基が、桂皮酸構造を有する基である請求項8に記載の液晶配向剤。
  10. 上記桂皮酸構造を有する基が、下記式(1)で表される化合物に由来する基及び式(2)で表される化合物に由来する基からなる群より選択される少なくとも1種である請求項9に記載の液晶配向剤。
    Figure 2012068541
    (式(1)中、Rはフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基である。このフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜10のアルキル基、フッ素原子を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基で置換されていてもよい。Rは単結合、炭素数1〜3のアルカンジイル基、酸素原子、硫黄原子、−CH=CH−、−NH−、−COO−又は−OCO−である。aは0〜3の整数である。但し、aが2以上の場合、複数のR及びRは同一であっても異なっていてもよい。Rはフッ素原子又はシアノ基である。bは0〜4の整数である。
    式(2)中、Rはフェニレン基又はシクロヘキシレン基である。このフェニレン基又はシクロヘキシレン基の水素原子の一部又は全部は、炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルキル基、炭素数1〜10の鎖状若しくは環状のアルコキシ基、フッ素原子又はシアノ基で置換されていてもよい。Rは単結合、炭素数1〜3のアルカンジイル基、酸素原子、硫黄原子又は−NH−である。cは1〜3の整数である。但し、cが2以上の場合、複数のR及びRは同一であっても異なっていてもよい。Rはフッ素原子又はシアノ基である。dは0〜4の整数である。Rは酸素原子、−COO−又は−OCO−である。Rは2価の芳香族基、2価の脂環式基、2価の複素環式基又は2価の縮合環式基である。Rは単結合、−OCO−(CH−*又は−O(CH−*である。但し、*を付した結合手がカルボキシル基と結合する。f及びgはそれぞれ1〜10の整数である。eは0〜3の整数である。但し、eが2以上の場合、R及びRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。)
  11. [A]光配向性ポリオルガノシロキサンが、
    エポキシ基を有するポリオルガノシロキサン、その加水分解物及びその加水分解物の縮合物からなる群より選択される少なくとも1種と、
    上記式(1)で表される化合物及び上記式(2)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種との反応生成物である請求項8に記載の液晶配向剤。
  12. [C]ポリアミック酸、ポリイミド、エチレン性不飽和化合物重合体、及び光配向性基を有さないポリオルガノシロキサンからなる群より選択される少なくとも1種の重合体をさらに含有する請求項8から請求項11のいずれか1項に記載の液晶配向剤。
  13. 請求項8から請求項12のいずれか1項に記載の液晶配向剤により形成される液晶配向膜。
  14. 液晶配向能の方向が異なる領域を含む請求項13に記載の液晶配向膜。
  15. 請求項13又は請求項14に記載の液晶配向膜を備える位相差フィルム。
  16. 3D映像用の液晶表示素子に用いられる請求項15に記載の位相差フィルム。
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