JP2016009105A - 光配向膜用組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】液晶分子の配向性が良好で、光配向感度が高く、基材密着性に優れた、光配向法に適した液晶配向膜を提供する。この液晶配向膜を形成するための光配向膜用組成物を提供する。【解決手段】アジド基を有する化合物(A)および有機溶媒(B)を含有する光配向膜用組成物。【選択図】 なし
Description
本発明は光配向膜用組成物、該組成物を用いて形成される光配向膜、およびそれ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用される。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、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、配向方向が基板に対して水平配向に配向しているIPS(In Plane Switching)、FFS(Fringe Field Switching)モードなど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、画像を適正に認知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を参照。)、または横電界方式のIPS(In−Plane Switching)モード(特許文献を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1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た後に化合物を重合させ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均一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形成される。現在、主として用いられている液晶配向剤は、ポリアミック酸もしくは可溶性のポリイミドを有機溶媒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均一な配向を得ることが可能になる。しかし、ラビング法は発塵や静電気の発生が多く、これを原因とする配向欠陥等によって液晶素子の表示性能の低下が問題視されている。
そこで近年、ラビング法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2量化法、光架橋法等多くの配向方法が提案されている(非特許文献1、特許文献3および特許文献4を参照。)。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も原理的に少ない。
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ができ、かつ配向分割が容易に可能となる。こうして、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。
光配向法に利用可能な化合物として、光反応性のシンナメートを共重合体の側鎖に結合したポリマーが提案されている(特許文献5および6を参照。)。ただし、この場合、基材との密着性が良好でない場合が多く、また原料コストも高かった。一方、光異性化可能であって二色性を示す構造単位および反応性官能基を有する化合物を利用した光配向膜が開示されているが、基板に塗布する際に使用できる溶媒の種類が限られ、また光異性化による液晶配向能を利用しているため、熱に対する液晶配向安定性が低く、原料コストも高かった(特許文献7を参照。)。
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光配向膜用組成物を提供することである。さらには、本光配向用組成物を用いた配向性が良好で、光配向感度が高く、さらに基材密着性に優れた液晶配向膜を提供することである。
本発明者は鋭意研究開発を進めた結果、特定の光配向膜用組成物を使用することで、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安定性の高い液晶配向膜の提供を実現した。
本発明は以下の項を含む。
[1] アジド基を有する化合物(A)および有機溶媒(B)を含有する光配向膜用組成物。
[1] アジド基を有する化合物(A)および有機溶媒(B)を含有する光配向膜用組成物。
[2] アジド基を有する化合物(A)が下記式(1)で表される化合物である、[1]項に記載の光配向膜用組成物:
式中、R1〜R8はそれぞれ独立して水素、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、または−SO3Mであり、
Mは水素、アルカリ金属原子、炭素数1〜10のアルキル、または−NRARBであり、
RAおよびRBは独立して水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル、炭素数1〜10のアルコキシアルキル、または炭素数1〜10のヒドロキシアルコキシアルキルあり;
Xは単結合、−CO−、−S−、炭素数1〜8のアルキレン、または下記式(2)〜(5)で表される2価の基から選ばれる1つであり;そして、
R9は水素、炭素数1〜10の直鎖アルキルまたは炭素数3〜10の分岐鎖アルキルである。
Mは水素、アルカリ金属原子、炭素数1〜10のアルキル、または−NRARBであり、
RAおよびRBは独立して水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル、炭素数1〜10のアルコキシアルキル、または炭素数1〜10のヒドロキシアルコキシアルキルあり;
Xは単結合、−CO−、−S−、炭素数1〜8のアルキレン、または下記式(2)〜(5)で表される2価の基から選ばれる1つであり;そして、
R9は水素、炭素数1〜10の直鎖アルキルまたは炭素数3〜10の分岐鎖アルキルである。
[3] さらに、ポリマー(C)を含有する、[1]項または[2]項に記載の光配向膜用組成物。
[4] ポリマー(C)が(メタ)アクリル系ポリマー、エステル系ポリマー、アミド酸系ポリマー、およびシロキサン系ポリマーから選ばれる少なくとも1つである、[3]項に記載の光配向膜用組成物。
[5] ポリマー(C)が構成単位中に炭素−炭素2重結合を有するポリマーである、[3]項または[4]項に記載の光配向膜用組成物。
[6] ポリマー(C)が、(メタ)アクリル、シクロヘキセン、シクロペンテン、ビニル、およびアリルから選ばれる2重結合を有する基の1種以上を有する、[5]項に記載の光配向膜用組成物。
[7] 波長200〜500nmの直線偏光を照射することで液晶性化合物を配向させる、[1]〜[6]のいずれか1項に記載の光配向膜用組成物。
[8] [7]項に記載の光配向膜用組成物を用いて製造される光配向膜。
[9] [8]項に記載の光配向膜を用いて製造される光学フィルム。
[10] [8]項に記載の光配向膜を用いて製造される液晶表示素子。
本発明の光配向膜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、従来のラビング法におけ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できる。
本発明の光配向膜はアジド基を有する化合物(A)および有機溶媒(B)を含有する。以下に、順を追って説明する。
1.アジド基を有する化合物(A)
アジド基を有する化合物は、一般式(1)に示す構造の化合物が好適に用いられる。
式中、R1〜R8はそれぞれ独立に水素、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、または−SO3Mであり、Mは水素、アルカリ金属原子、炭素数1〜10のアルキル、または−NRARBであり、RAおよびRBは独立して水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル、炭素数1〜10のアルコキシアルキル、または炭素数1〜10のヒドロキシアルコキシアルキルある。Xは単結合、−CO−、−S−、炭素数1〜8のアルキレン、または下記式(2)〜(5)で表される2価の基から選ばれる1つであり、R9は水素、炭素数1〜10の直鎖アルキルまたは炭素数3〜10の分岐鎖アルキルである。
アジド基を有する化合物は、一般式(1)に示す構造の化合物が好適に用いられる。
アジド基を有する化合物の具体例は、4,4’−ジアジドカルコン、4,4’−ジアジドジベンザルアセトン、2,6−ビス(4’−アジドベンザル)シクロヘキサノン、2,6−ビス(4’−アジドベンザル)−4−メチルシクロヘキサノン、2,6−ビス(4’−アジドベンザル)−4−エチルシクロヘキサノン、4,4’−ジアジドスチルベン−2,2’−ジスルホン酸ナトリウム、4,4’−ジアジドジフェニルスルフィド、4,4’−ジアジドベンゾフェノン、4,4’−ジアジドビフェニル、2,7−ジアジドフルオレン、4,4’−ジアジドフェニルメタンである。市販のビスアジド化合物は、東洋合成工業社製の商品名BAC−H、BAC−M、BAC−E、BAC−TA、DAzST(Na)、DAzST(4)、DAzST(51)、DAzBA(Na)等を例示することができる。ビスアジド化合物はそれぞれ単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
2.有機溶媒(B)
有機溶媒(B)はアジド基を有する化合物(A)を溶解することができ、必要に応じてポリマー(C)を溶解することができる有機溶媒であって、スピンコート、スリットコート、その他の印刷法によって光配向膜が成膜される際に、塗布均一性が高い有機溶媒が好ましい。
有機溶媒(B)はアジド基を有する化合物(A)を溶解することができ、必要に応じてポリマー(C)を溶解することができる有機溶媒であって、スピンコート、スリットコート、その他の印刷法によって光配向膜が成膜される際に、塗布均一性が高い有機溶媒が好ましい。
このような有機溶媒の具体例は、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブタノール、tert−ブチルアルコール、アセトン、2−ブタノン、酢酸エチル、酢酸プロピル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジオキサン、トルエン、キシレン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール、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メチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、N−メチルピロリドン、およびγ−ブチロラクトンである。
3.ポリマー(C)
本発明において光配向膜用組成物に用いられるポリマー(C)は特に限定されないが、工業的に容易に利用可能なアクリル系およびメタクリル系ポリマー(以下、両者を総称して(メタ)アクリル系ポリマーと称することがある。)、エステル系ポリマー(ポリエステル)、アミド酸系ポリマー(ポリアミド酸)、シロキサン系ポリマーが好適に用いられる。これらポリマー(C)の重量平均分子量は1,000〜1,000,000の範囲が好ましく、10,000〜500,000の範囲がより好ましく、30,000〜500,000の範囲がさらに好ましい。ポリマー(C)は単一モノマーの重合体であってもよく、異なる2種以上のモノマーの共重合体であってもよい。また、2種類以上のポリマー(C)を混合して用いてもよい。なお、上記の分子量の範囲には、一般的にポリマーと呼ばれる分子量よりも小さな分子量の場合も含まれているが、ここでは慣習的に重合反応を経て得られた重合体をポリマーと呼んでいる。
本発明において光配向膜用組成物に用いられるポリマー(C)は特に限定されないが、工業的に容易に利用可能なアクリル系およびメタクリル系ポリマー(以下、両者を総称して(メタ)アクリル系ポリマーと称することがある。)、エステル系ポリマー(ポリエステル)、アミド酸系ポリマー(ポリアミド酸)、シロキサン系ポリマーが好適に用いられる。これらポリマー(C)の重量平均分子量は1,000〜1,000,000の範囲が好ましく、10,000〜500,000の範囲がより好ましく、30,000〜500,000の範囲がさらに好ましい。ポリマー(C)は単一モノマーの重合体であってもよく、異なる2種以上のモノマーの共重合体であってもよい。また、2種類以上のポリマー(C)を混合して用いてもよい。なお、上記の分子量の範囲には、一般的にポリマーと呼ばれる分子量よりも小さな分子量の場合も含まれているが、ここでは慣習的に重合反応を経て得られた重合体をポリマーと呼んでいる。
本発明においてポリマー(C)として炭素−炭素2重結合を有するポリマーを使用すると、光配向膜の光配向感度が特に良好になるため好適に使用される。この炭素−炭素2重結合を含む基としては、アクリル、メタクリル、シクロペンテニル、シクロヘキセニルなどの基が好適に用いられる。
ポリマー(C)には、炭素−炭素2重結合を持たない成分が共重合されていてもよい。炭素−炭素2重結合を有する成分のモル比は、30〜100モル%が好ましく、50〜100モル%がより好ましく、70〜100モル%がさらに好ましい。
炭素−炭素2重結合を有するポリマー(C)を合成するにあたっては、炭素−炭素2重結合を持たない重合体を合成した後、その側鎖に後から炭素−炭素2重結合を含有する化合物を付加反応させて炭素−炭素2重結合を付与してもよい。
3−1.ポリマー(C)の合成方法
ポリマー(C)の合成方法は特に制限されない。(メタ)アクリル系ポリマーを得るには(メタ)アクリル系モノマーをラジカル重合してポリマーを得る方法が一般的である。
ポリマー(C)の合成方法は特に制限されない。(メタ)アクリル系ポリマーを得るには(メタ)アクリル系モノマーをラジカル重合してポリマーを得る方法が一般的である。
本発明で用いられる(メタ)アクリル系モノマーの例は、(メタ)アクリル酸、2−カルボキシエチル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレートである。
エステル系ポリマーを得る方法にはカルボキシルを2つ有する化合物とヒドロキシル基を2つ有する化合物を酸触媒の存在下で重縮合する方法や、テトラカルボン酸二無水物と2つのヒドロキシル基を有する化合物を重縮合する方法が一般的である。
本発明で用いられるカルボキシルを2つ有する化合物の例は、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,3−アダマンタンジカルボン酸、ベンゾフェノン−4,4’−ジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸、デカヒドロ−1,4−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸である。
本発明で用いられるヒドロキシル基を2つ有する化合物の具体例は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、分子量1,000以下のポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングリコール、分子量1,000以下のポリプロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、1,2,5−ペンタントリオール、1,2−ヘキサンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,5−ヘキサンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、1,2−ヘプタンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,2,7−ヘプタントリオール、1,2−オクタンジオール、1,8−オクタンジオール、3,6−オクタンジオール、1,2,8−オクタントリオール、1,2−ノナンジオール、1,9−ノナンジオール、1,2,9−ノナントリオール、1,2−デカンジオール、1,10−デカンジオール、1,2,10−デカントリオール、1,2−ドデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ビスフェノールA(商品名)、ビスフェノールS(商品名)、ビスフェノールF(商品名)、ジエタノールアミン、およびトリエタノールアミンである。
本発明で用いられるテトラカルボン酸二無水物の例は、芳香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および脂肪族テトラカルボン酸二無水物である。芳香族テトラカルボン酸二無水物の具体例は、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,2−[ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)]ヘキサフルオロプロパン二無水物、およびエチレングリコールビス(アンヒドロトリメリテート)(商品名;TMEG−100、新日本理化(株)製)である。脂環式テトラカルボン酸二無水物の具体例は、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、メチルシクロブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、およびシクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物である。脂肪族テトラカルボン酸二無水物の具体例は、エタンテトラカルボン酸二無水物およびブタンテトラカルボン酸二無水物である。
ポリマーに分岐構造を導入するために、3つ以上の酸無水物基(−CO−O−CO−)を有する化合物および/または3つ以上のヒドロキシル基を有する化合物を併用することも可能である。3つ以上のヒドロキシル基を有する化合物の具体例は、グリセリン、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートおよびエリスリトールである。
アミド酸系ポリマーを得るにはテトラカルボン酸二無水物とジアミンを重縮合する方法が一般的である。テトラカルボン酸二無水物は上記の化合物を同様に用いることができる。
本発明で用いられるジアミンの具体例は、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[3−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル][3−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル][3−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、および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である。これらの中でも、透明性の良好な樹脂を与える3,3’−ジアミノジフェニルスルホンおよびビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホンが好ましく、3,3’−ジアミノジフェニルスルホンが特に好ましい。
この場合も、ポリマーに分岐構造を導入するために、2つ以上の酸無水物を有する化合物や2つ以上のアミノ基を有する化合物を併用することも可能である。
シロキサン系ポリマーを得るには2官能、3官能、4官能および5官能以上のアルコキシシランを酸触媒や塩基触媒と水の存在下で加水分解縮合することによってポリマーを得る方法が一般的である。3官能、4官能および5官能以上のアルコキシシランは、より分岐構造を導入するため、あるいはより分子量を上げるために用いられる。
本発明で用いられる2官能のアルコキシシラン化合物の具体例は、ジエトキシジメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルジメトキシメチルシラン、3−アミノプロピルジエトキシメチルシラン、3−クロロプロピルジメトキシメチルシラン、3−グリシジルオキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−メルカプトプロピルジメトキシメチルシラン、シクロヘキシルジメトキシメチルシラン、ジエトキシ(3−グリシジルオキシプロピル)メチルシラン、ジエトキシメチルフェニルシラン、ジメトキシメチルフェニルシラン、ジエトキシジフェニルシラン、ジメトキシジフェニルシラン、ジエトキシメチルシラン、ジメトキシメチルシラン、ジエトキシメチルビニルシラン、ジメトキシメチルビニルシラン、およびジメトキシジ−p−トリルシランである。
本発明で用いられる3官能のアルコキシシラン化合物の具体例は、(3−ブロモプロピル)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)トリメトキシシラン、クロロメチルトリエトキシシラン、1−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]尿素、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−シアノエチルトリエトキシシラン、3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルトリエトキシシラン、3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、イソシアン酸−3−(トリエトキシシリル)プロピル、アクリル酸−3−(トリメトキシシリル)プロピル、メタクリル酸−3−(トリメトキシシリル)プロピル、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−トリメトキシシリルプロピルクロリド、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、メタクリル酸−3−[トリス(トリメチルシリルオキシ)シリル]プロピル、アリルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、トリエトキシビニルシラン、トリメトキシビニルシラン、ベンジルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、ペンチルトリエトキシシラン、トリエトキシフェニルシラン、トリメトキシフェニルシラン、トリメトキシ(p−トリル)シラン、トリエトキシメチルシラン、[ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル]トリエトキシシラン、トリエトキシ−1H,1H,2H,2H−トリデカフルオロ−n−オクチルシラン、トリエトキシエチルシラン、トリエトキシフルオロシラン、トリエトキシシラン、トリメトキシシラン、およびトリメトキシ[3−(フェニルアミノ)プロピル]シランである。
本発明で用いられる4官能のアルコキシシラン化合物の具体例は、オルトケイ酸テトラブチル、オルトケイ酸テトラプロピル、オルトケイ酸テトライソプロピル、オルトケイ酸テトラエチル、およびオルトケイ酸テトラメチルである。
本発明で用いられる5官能以上のアルコキシシラン化合物の具体例は、トリス(3−(トリメトキシシリル)プロピル)イソシアヌレートである。
炭素−炭素2重結合を含有するポリマーを得るためには、(メタ)アクリル基と炭素−炭素2重結合を同一分子内に有するモノマーをラジカル重合することによって得る方法や、エポキシ基を有する重合性モノマーを重合した後に(メタ)アクリル酸などをポリマー側鎖のエポキシ基に付加反応させ、側鎖に(メタ)アクリル基を導入する方法、または逆にカルボキシルを有するモノマーや水酸基を有するモノマーなどを重合した後に、(メタ)アクリル酸グリシジルなどのエポキシ基と炭素−炭素2重結合を同一分子内に有するモノマーをポリマー側鎖のカルボキシルやフェノールに付加反応させ、側鎖に(メタ)アクリル基を導入する方法などがある。
(メタ)アクリル基と炭素−炭素2重結合を同一分子内に有するモノマーの具体例は、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、およびジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレートである。エポキシ基を有する重合性モノマーの具体例は、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジルおよび4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテルである。カルボキシルを有するモノマーの具体例は、アクリル酸、メタクリル酸、2−カルボキシエチルアクリレート、2−カルボキシエチルメタクリレート、2−メタクリロイロキシエチルフタル酸、2−メタクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−アクリロイルオキシエチルサクシネート、および2−メタクリロイルオキシエチルサクシネートである。水酸基を有するモノマーの具体例は、ヒドロキシスチレンおよび4−ビニルケトンフェノールである。
前記のラジカル重合に用いる触媒としては特に制限はないが、容易に入手できるものとしてアゾ系開始剤が挙げられる。アゾ系開始剤の具体例は、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(2−メチルブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)である。
ラジカル重合に用いられる溶媒は、使用するモノマーが溶解するものであれば特に限定されないが、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、酢酸ブチル、プロピオン酸ブチル、乳酸エチル、ヒドロキシ酢酸メチル、ヒドロキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸ブチル、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、3−オキシプロピオン酸メチル、3−ヒドロキシプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸プロピル、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸メチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−エトキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸メチル、2−オキソブタン酸エチル、ジオキサン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、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メチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、トルエン、キシレン、γ−ブチロラクトン、およびN,N−ジメチルアセトアミドが例示される。これらは単独で用いてもよく、2つ以上を組み合わせて用いてもよい。
エステル系ポリマーの合成に用いられる酸触媒としてはp−トルエンスルホン酸が好ましく用いられる。
エステル系ポリマーの合成に用いられる溶媒としては、前記のラジカル重合に好ましい溶媒で挙げた溶媒の中から水酸基を持った溶媒を除いた溶媒が用いられる。
アミド酸系ポリマーの合成に用いられる溶媒としては、前記のラジカル重合に好ましい溶媒で挙げた溶媒が挙げられる。
シロキサン系ポリマーの合成に用いられる酸触媒としては、ギ酸、シュウ酸、塩酸、硝酸、硫酸、およびp−トルエンスルホン酸が挙げられる。塩基触媒としては、アンモニア、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、イミダゾール、ジアザビシクロウンデセン、およびジアザビシクロノネンが挙げられる。
シロキサン系ポリマーの合成に用いられる溶媒としては、前記のラジカル重合に好ましい溶媒で挙げた溶媒が挙げられる。
4.その他の成分
本発明の光配向膜用組成物は、本発明の効果が得られる範囲において、前述した成分(A)〜(C)以外の他の成分をさらに含有していてもよい。例えば本発明の光配向膜用組成物には、塗布均一性、膜硬度、接着性を向上させるために各種の添加剤を添加することができる。このような添加剤としては、例えば、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、シリコン系の塗布性向上剤、ヒンダードフェノール系、ヒンダードアミン系、リン系、イオウ系化合物等の酸化防止剤、カップリング剤等の密着性向上剤、エポキシ化合物等の熱架橋剤、光ラジカル開始剤や熱ラジカル開始剤などのラジカル重合開始剤が挙げられる。
本発明の光配向膜用組成物は、本発明の効果が得られる範囲において、前述した成分(A)〜(C)以外の他の成分をさらに含有していてもよい。例えば本発明の光配向膜用組成物には、塗布均一性、膜硬度、接着性を向上させるために各種の添加剤を添加することができる。このような添加剤としては、例えば、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、シリコン系の塗布性向上剤、ヒンダードフェノール系、ヒンダードアミン系、リン系、イオウ系化合物等の酸化防止剤、カップリング剤等の密着性向上剤、エポキシ化合物等の熱架橋剤、光ラジカル開始剤や熱ラジカル開始剤などのラジカル重合開始剤が挙げられる。
4−1.高分子分散剤、界面活性剤、塗布性向上剤
高分子分散剤、界面活性剤、及び塗布性向上剤には、組成物においてこれらの用途で用いられる成分を用いることができる。これらは1種でも2種以上でもよい。このような高分子分散剤、界面活性剤、及び塗布性向上剤としては、例えば、ポリフローNo.45、ポリフローKL−245、ポリフローNo.75、ポリフローNo.90、ポリフローNo.95(以上いずれも商標、共栄社化学工業(株)製)、ディスパーベイク(Disperbyk)161、ディスパーベイク162、ディスパーベイク163、ディスパーベイク164、ディスパーベイク166、ディスパーベイク170、ディスパーベイク180、ディスパーベイク181、ディスパーベイク182、BYK300、BYK306、BYK310、BYK320、BYK330、BYK342、BYK344、BYK346、BYK361N(以上いずれも商標、ビックケミー・ジャパン(株)製)、KP−341、KP−358、KP−368、KF−96−50CS、KF−50−100CS(以上いずれも商標、信越化学工業(株)製)、サーフロンSC−101、サーフロンKH−40(以上いずれも商標、セイミケミカル(株)製)、フタージェント222F、フタージェント251、FTX−218(以上いずれも商標、(株)ネオス製)、EFTOP EF−351、EFTOP EF−352、EFTOP EF−601、EFTOP EF−801、EFTOP EF−802(以上いずれも商標、三菱マテリアル(株)製)、メガファックF−171、メガファックF−177、メガファックF−475、メガファックF−477、メガファックF−556、メガファックR−08、メガファックR−30、メガファックRS−72−K(以上いずれも商標、DIC(株)製)、フルオロアルキルベンゼンスルホン酸塩、フルオルアルキルカルボン酸塩、フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル、フルオロアルキルアンモニウムヨージド、フルオロアルキルベタイン、フルオロアルキルスルホン酸塩、ジグリセリンテトラキス(フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、フルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、フルオロアルキルアミノスルホン酸塩、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレントリデシルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンラウレート、ポリオキシエチレンオレレート、ポリオキシエチレンステアレート、ポリオキシエチレンラウリルアミン、ソルビタンラウレート、ソルビタンパルミテート、ソルビタンステアレート、ソルビタンオレエート、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタンラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンオレエート、ポリオキシエチレンナフチルエーテル、アルキルベンゼンスルホン酸塩、及びアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩が挙げられる。
高分子分散剤、界面活性剤、及び塗布性向上剤には、組成物においてこれらの用途で用いられる成分を用いることができる。これらは1種でも2種以上でもよい。このような高分子分散剤、界面活性剤、及び塗布性向上剤としては、例えば、ポリフローNo.45、ポリフローKL−245、ポリフローNo.75、ポリフローNo.90、ポリフローNo.95(以上いずれも商標、共栄社化学工業(株)製)、ディスパーベイク(Disperbyk)161、ディスパーベイク162、ディスパーベイク163、ディスパーベイク164、ディスパーベイク166、ディスパーベイク170、ディスパーベイク180、ディスパーベイク181、ディスパーベイク182、BYK300、BYK306、BYK310、BYK320、BYK330、BYK342、BYK344、BYK346、BYK361N(以上いずれも商標、ビックケミー・ジャパン(株)製)、KP−341、KP−358、KP−368、KF−96−50CS、KF−50−100CS(以上いずれも商標、信越化学工業(株)製)、サーフロンSC−101、サーフロンKH−40(以上いずれも商標、セイミケミカル(株)製)、フタージェント222F、フタージェント251、FTX−218(以上いずれも商標、(株)ネオス製)、EFTOP EF−351、EFTOP EF−352、EFTOP EF−601、EFTOP EF−801、EFTOP EF−802(以上いずれも商標、三菱マテリアル(株)製)、メガファックF−171、メガファックF−177、メガファックF−475、メガファックF−477、メガファックF−556、メガファックR−08、メガファックR−30、メガファックRS−72−K(以上いずれも商標、DIC(株)製)、フルオロアルキルベンゼンスルホン酸塩、フルオルアルキルカルボン酸塩、フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル、フルオロアルキルアンモニウムヨージド、フルオロアルキルベタイン、フルオロアルキルスルホン酸塩、ジグリセリンテトラキス(フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、フルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、フルオロアルキルアミノスルホン酸塩、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレントリデシルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンラウレート、ポリオキシエチレンオレレート、ポリオキシエチレンステアレート、ポリオキシエチレンラウリルアミン、ソルビタンラウレート、ソルビタンパルミテート、ソルビタンステアレート、ソルビタンオレエート、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタンラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンオレエート、ポリオキシエチレンナフチルエーテル、アルキルベンゼンスルホン酸塩、及びアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩が挙げられる。
これらの中でも、フルオロアルキルベンゼンスルホン酸塩、フルオルアルキルカルボン酸塩、フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル、フルオロアルキルアンモニウムヨージド、フルオロアルキルベタイン、フルオロアルキルスルホン酸塩、ジグリセリンテトラキス(フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、フルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、及びフルオロアルキルアミノスルホン酸塩等のフッ素系の界面活性剤、及び、BYK306、BYK342、BYK344、BYK346、KP−341、KP−358、及びKP−368等のシリコン系塗布性向上剤からなる群から選ばれる少なくとも1種が前記添加剤に含まれることは、本発明の光配向膜用組成物の塗布均一性を高める観点から好ましい。
本発明の光配向膜用組成物における前記高分子分散剤、界面活性剤、及び塗布性向上剤の含有量は、それぞれ、組成物の固形分全体量100重量部に対して0.001〜0.1重量部であることが好ましい。
4−2.酸化防止剤
酸化防止剤には、ヒンダードフェノール系、ヒンダードアミン系、リン系、及びイオウ系化合物の酸化防止剤を好適に用いることができる。酸化防止剤は1種でも2種以上でもよい。酸化防止剤は、ヒンダードフェノール系化合物の酸化防止剤であることが耐候性の観点から好ましい。このような酸化防止剤としては、例えばIrganox1010、IrganoxFF、Irganox1035、Irganox1035FF、Irganox1076、Irganox1076FD、Irganox1076DWJ、Irganox1098、Irganox1135、Irganox1330、Irganox1726、Irganox1425 WL、Irganox1520L、Irganox245、Irganox245FF、Irganox245DWJ、Irganox259、Irganox3114、Irganox565、Irganox565DD、Irganox295(商品名;BASFジャパン(株)製)、ADK STAB AO−20、ADK STAB AO−30、ADK STAB AO−50、ADK STAB AO−60、ADK STAB AO−70、及びADK STAB AO−80(商品名;(株)ADEKA製)が挙げられる。この中でもADK STAB AO−60がより好ましい。
酸化防止剤には、ヒンダードフェノール系、ヒンダードアミン系、リン系、及びイオウ系化合物の酸化防止剤を好適に用いることができる。酸化防止剤は1種でも2種以上でもよい。酸化防止剤は、ヒンダードフェノール系化合物の酸化防止剤であることが耐候性の観点から好ましい。このような酸化防止剤としては、例えばIrganox1010、IrganoxFF、Irganox1035、Irganox1035FF、Irganox1076、Irganox1076FD、Irganox1076DWJ、Irganox1098、Irganox1135、Irganox1330、Irganox1726、Irganox1425 WL、Irganox1520L、Irganox245、Irganox245FF、Irganox245DWJ、Irganox259、Irganox3114、Irganox565、Irganox565DD、Irganox295(商品名;BASFジャパン(株)製)、ADK STAB AO−20、ADK STAB AO−30、ADK STAB AO−50、ADK STAB AO−60、ADK STAB AO−70、及びADK STAB AO−80(商品名;(株)ADEKA製)が挙げられる。この中でもADK STAB AO−60がより好ましい。
本発明の光配向膜用組成物における酸化防止剤の含有量は、ポリマー(C)100重量部に対し、0.1〜15重量部であることが好ましく、1〜10重量部であることがより好ましい。
4−3.密着性向上剤
密着性向上剤は、光配向膜用組成物と基板との密着性を向上させるために使用される。密着性向上剤には、カップリング剤を好適に用いることができる。密着性向上剤は1種でも2種以上でもよい。前記カップリング剤には、シラン系、アルミニウム系又はチタネート系の化合物を用いることができる。このようなカップリング剤としては、例えば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、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート、及びテトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネートが挙げられる。これらの中でも、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが、密着性を向上させる効果が大きく好ましい。
密着性向上剤は、光配向膜用組成物と基板との密着性を向上させるために使用される。密着性向上剤には、カップリング剤を好適に用いることができる。密着性向上剤は1種でも2種以上でもよい。前記カップリング剤には、シラン系、アルミニウム系又はチタネート系の化合物を用いることができる。このようなカップリング剤としては、例えば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、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート、及びテトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネートが挙げられる。これらの中でも、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが、密着性を向上させる効果が大きく好ましい。
本発明の光配向膜用組成物における密着性向上剤の含有量は、ポリマー(C)の100重量部に対し10重量部以下であることが好ましい。
4−4.熱架橋剤
熱架橋剤には、光配向膜用組成物を材料とする成膜における加熱条件下で架橋反応を起こす成分を用いることができる。熱架橋剤は1種でも2種以上でもよい。熱架橋剤にはエポキシ化合物等の熱架橋剤を用いることができ、このような熱架橋剤としては、例えばエピコート807、エピコート815、エピコート825、エピコート827、エピコート828、エピコート190P、エピコート191P、エピコート1004、エピコート1256、YX8000(商品名;ジャパンエポキシレジン(株)製)、アラルダイトCY177、アラルダイトCY184(商品名;BASFジャパン(株)製)、セロキサイド2021P、EHPE−3150(商品名;ダイセル化学工業(株)製)、テクモアVG3101L(商品名;(株)プリンテック製))が挙げられる。
熱架橋剤には、光配向膜用組成物を材料とする成膜における加熱条件下で架橋反応を起こす成分を用いることができる。熱架橋剤は1種でも2種以上でもよい。熱架橋剤にはエポキシ化合物等の熱架橋剤を用いることができ、このような熱架橋剤としては、例えばエピコート807、エピコート815、エピコート825、エピコート827、エピコート828、エピコート190P、エピコート191P、エピコート1004、エピコート1256、YX8000(商品名;ジャパンエポキシレジン(株)製)、アラルダイトCY177、アラルダイトCY184(商品名;BASFジャパン(株)製)、セロキサイド2021P、EHPE−3150(商品名;ダイセル化学工業(株)製)、テクモアVG3101L(商品名;(株)プリンテック製))が挙げられる。
本発明の光配向膜用組成物における熱架橋剤の含有量は、組成物の固形分100重量部に対し、1〜30重量部であることが好ましく、5〜15重量部であることがより好ましい。
4−5.ラジカル重合開始剤
光ラジカル発生剤には、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン(DAROCUR1173)、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン(IRGACURE651)、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(IRGACURE184)、IRGACURE127、IRGACURE500(IRGACURE184とベンゾフェノンの混合物)、IRGACURE2959、IRGACURE907、IRGACURE369、IRGACURE379、IRGACURE754、IRGACURE1300、IRGACURE819、IRGACURE1700、IRGACURE1800、IRGACURE1850、IRGACURE1870、DAROCUR4265、DAROCUR MBF、DAROCUR TPO、IRGACURE784、IRGACURE754、IRGACURE OXE01、およびIRGACURE OXE02が挙げられる。上記のDAROCURおよびIRGACUREはいずれもBASFジャパン(株)の製品名である。これらに公知の増感剤(イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、エチル 4−ジメチルアミノベンゾエート(DAROCUR EDB)、2−エチルヘキシル 4−ジメチルアミノベンゾエート(DAROCUR EHA)など)を添加してもよい。
光ラジカル発生剤には、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン(DAROCUR1173)、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン(IRGACURE651)、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(IRGACURE184)、IRGACURE127、IRGACURE500(IRGACURE184とベンゾフェノンの混合物)、IRGACURE2959、IRGACURE907、IRGACURE369、IRGACURE379、IRGACURE754、IRGACURE1300、IRGACURE819、IRGACURE1700、IRGACURE1800、IRGACURE1850、IRGACURE1870、DAROCUR4265、DAROCUR MBF、DAROCUR TPO、IRGACURE784、IRGACURE754、IRGACURE OXE01、およびIRGACURE OXE02が挙げられる。上記のDAROCURおよびIRGACUREはいずれもBASFジャパン(株)の製品名である。これらに公知の増感剤(イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、エチル 4−ジメチルアミノベンゾエート(DAROCUR EDB)、2−エチルヘキシル 4−ジメチルアミノベンゾエート(DAROCUR EHA)など)を添加してもよい。
熱ラジカル発生剤としては、2,2’−Azobis(4−methoxy−2,4−dimethylvaleronitrile)(和光純薬工業(株)製V−70)、2,2’−Azobis(2,4−dimethylvaleronitrile)(和光純薬工業(株)製V−65)、2,2’−Azobis(isobutyronitrile)(和光純薬工業(株)製V−60)、2,2’−Azobis(2−methylbutyronitrile)(和光純薬工業(株)製V−59)、2,2’−Azobis[N−(2−propenyl)−2−methylpropionamide](和光純薬工業(株)製VF−096)、2,2’−Azobis(N−butyl−2−methylpropionamide)(和光純薬工業(株)製VAm−110)、Dimethyl 2,2’−Azobis(isobutyrate)(和光純薬工業(株)製V−601)が挙げられる。
本発明の光配向膜用組成物におけるラジカル重合開始剤の含有量は、組成物の固形分100重量部に対し、1〜10重量部であることが好ましく、3〜10重量部であることがより好ましい。
本発明の光配向膜用組成物は、温度−30℃〜25℃の範囲で遮光して保存することが、光配向膜用組成物の経時安定性の観点から好ましい。保存温度が−20℃〜10℃であれば、感光性組成物からの析出物の発生を防止する観点からより一層好ましい。
5.光配向膜の成膜と重合性液晶の配向性評価
以下で光配向膜を形成する方法と、光配向膜の上に配向させる材料として重合性液晶を用いた配向性評価について記述する。
以下で光配向膜を形成する方法と、光配向膜の上に配向させる材料として重合性液晶を用いた配向性評価について記述する。
5−1.光配向膜の成膜法
本発明の光配向膜用組成物をスピンコート、ロールコート、スリットコート等の公知の方法により、基板上に塗布する。基板としては、例えば、白板ガラス、青板ガラス、シリカコート青板ガラス等の透明ガラス基板、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエステル、アクリル、塩化ビニル、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド等の合成樹脂製シート、フィルム又は基板、アルミニウム板、銅板、ニッケル板、ステンレス板等の金属基板、その他セラミック板、及び光電変換素子を有する半導体基板が挙げられる。これらの基板には、シランカップリング剤等の薬品処理、プラズマ処理、イオンプレーティング、スパッタリング、気相反応法、真空蒸着等の前処理を行ってもよい。
本発明の光配向膜用組成物をスピンコート、ロールコート、スリットコート等の公知の方法により、基板上に塗布する。基板としては、例えば、白板ガラス、青板ガラス、シリカコート青板ガラス等の透明ガラス基板、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエステル、アクリル、塩化ビニル、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド等の合成樹脂製シート、フィルム又は基板、アルミニウム板、銅板、ニッケル板、ステンレス板等の金属基板、その他セラミック板、及び光電変換素子を有する半導体基板が挙げられる。これらの基板には、シランカップリング剤等の薬品処理、プラズマ処理、イオンプレーティング、スパッタリング、気相反応法、真空蒸着等の前処理を行ってもよい。
次に、基板上の光配向膜用組成物の塗膜をホットプレート又はオーブンで乾燥する。通常、60〜150℃で1〜5分間乾燥する。光配向膜の膜厚は特に制限されないが、一般的に1nm〜300nm程度の膜厚に成膜する。乾燥した基板上の光配向膜に、超高圧水銀灯などの光照射装置から照射された光をワイヤーグリッド等の偏光板にて偏光に変換して照射する。照射量は、波長300nm〜450nmで1〜3,000mJ/cm2程度(365nmでの換算値)が適当である。
5−2.重合性液晶の配向性評価法
まず、評価に使用する重合性液晶性組成物を以下のように調製した。LC242(BASFジャパン(株)製)を5.0g、IRGACURE907(BASFジャパン(株)製)を0.25g、BYK361N(ビックケミー・ジャパン(株)製)を0.0050g、さらに有機溶媒としてトルエンを加えて有機溶媒が全体の85wt%になるように調製し、均一に混合溶解する。この組成物を重合性液晶組成物(1)とする。
まず、評価に使用する重合性液晶性組成物を以下のように調製した。LC242(BASFジャパン(株)製)を5.0g、IRGACURE907(BASFジャパン(株)製)を0.25g、BYK361N(ビックケミー・ジャパン(株)製)を0.0050g、さらに有機溶媒としてトルエンを加えて有機溶媒が全体の85wt%になるように調製し、均一に混合溶解する。この組成物を重合性液晶組成物(1)とする。
偏光を照射した光配向膜付きの基板上に重合性液晶組成物(1)をスピンコートなどの塗布法により成膜し、ホットプレート上で80℃にて1分間乾燥する。基板を室温まで冷却してから、超高圧水銀灯等の全線を照射して重合性液晶組成物を光硬化して配向を固定化する。作成した重合性液晶光硬化後の基板を、直交(クロスニコル)状態の2枚の偏光版の間に挟み、バックライトを下から照射して観察した。重合性液晶が水平配向していれば、基板を回転させると明と暗の状態を繰り返す。配向欠陥(光り抜け)なく明暗表示ができた最小の露光量を光配向感度とする。
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るものではない。
[合成例1]ポリマー(C1)の合成
攪拌器付4つ口フラスコに窒素をバブリングしながら重合溶媒としてシクロペンタノン、重合性モノマーとしてグリシジルメタクリレート、重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を下記の重量で仕込み、80℃で1時間重合し、さらに100℃に昇温して2時間熟成した。
攪拌器付4つ口フラスコに窒素をバブリングしながら重合溶媒としてシクロペンタノン、重合性モノマーとしてグリシジルメタクリレート、重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を下記の重量で仕込み、80℃で1時間重合し、さらに100℃に昇温して2時間熟成した。
室温まで冷却した重合液にさらにシクロペンタノンを7.61g、アクリル酸を5.07g、ジブチルヒドロキシトルエン(2,6−di−tert−butyl−4−methylphenol2,6−di−tert−butyl−p−cresol)を0.0075g、ジアザビシクロノネンを0.151g混合した溶液をゆっくり滴下し、90℃に昇温して2時間反応を行い、アクリル基を側鎖に付加した固形分濃度40wt%のポリマー(C1)溶液を得た。
溶液の一部をサンプリングし、GPC分析(ポリスチレン標準)により重量平均分子量を測定した。GPC分析には分子量が645〜132,900のポリスチレン(VARIAN社製のポリスチレンキャリブレーションキットPL2010−0102)を標準のポリスチレンに用い、カラムにはPLgel MIXED−D(VARIAN社製)を用い、移動相としてTHFを用い、カラム温度を35℃とし、示差屈折率検出器を用いて測定した。その結果、ポリマー(C1)の重量平均分子量は71,000であった。
[合成例2]ポリマー(C2)の合成
攪拌器付4つ口フラスコに窒素をバブリングしながら重合溶媒としてシクロペンタノン、重合性モノマーとしてグリシジルメタクリレート、重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を下記の重量で仕込み、80℃で1時間重合し、さらに100℃に昇温して2時間熟成した。
攪拌器付4つ口フラスコに窒素をバブリングしながら重合溶媒としてシクロペンタノン、重合性モノマーとしてグリシジルメタクリレート、重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を下記の重量で仕込み、80℃で1時間重合し、さらに100℃に昇温して2時間熟成した。
室温まで冷却した重合液にさらにシクロペンタノンを9.09g、メタクリル酸を6.06g、ジブチルヒドロキシトルエン(2,6−di−tert−butyl−4−methylphenol2,6−di−tert−butyl−p−cresol)を0.0080g、ジアザビシクロノネンを0.161g添加し、90℃に昇温して2時間反応を行い、メタクリル基を側鎖に付加した固形分濃度40wt%のポリマー(C2)溶液を得た。
合成例1と同様の方法でGPC分析を行った結果、ポリマー(C2)の重量平均分子量は74,000であった。
[合成例3]ポリマー(C3)の合成
攪拌器付4つ口フラスコに窒素をバブリングしながら重合溶媒としてシクロペンタノン、重合性モノマーとしてジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート(日立化成(株)製FA−512M)、重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を下記の重量で仕込み、80℃で1時間重合し、さらに100℃に昇温して2時間熟成し、固形分濃度40wt%のポリマー(C3)溶液を得た。
攪拌器付4つ口フラスコに窒素をバブリングしながら重合溶媒としてシクロペンタノン、重合性モノマーとしてジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート(日立化成(株)製FA−512M)、重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を下記の重量で仕込み、80℃で1時間重合し、さらに100℃に昇温して2時間熟成し、固形分濃度40wt%のポリマー(C3)溶液を得た。
合成例1と同様の方法でGPC分析を行った結果、ポリマー(C3)の重量平均分子量は51,000であった。
[合成例4]ポリマー(C4)の合成
攪拌器付4つ口フラスコに窒素をバブリングしながら重合溶媒としてシクロペンタノン、重合性モノマーとしてジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート(日立化成(株)製FA−512M)、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を下記の重量で仕込み、80℃で1時間重合し、さらに100℃に昇温して2時間熟成し、固形分濃度40wt%のポリマー(C4)溶液を得た。
攪拌器付4つ口フラスコに窒素をバブリングしながら重合溶媒としてシクロペンタノン、重合性モノマーとしてジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート(日立化成(株)製FA−512M)、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を下記の重量で仕込み、80℃で1時間重合し、さらに100℃に昇温して2時間熟成し、固形分濃度40wt%のポリマー(C4)溶液を得た。
合成例1と同様の方法でGPC分析を行った結果、ポリマー(C4)の重量平均分子量は56,000であった。
[合成例5]ポリマー(C5)の合成
攪拌器付4つ口フラスコに窒素をバブリングしながら重合溶媒としてシクロペンタノン、重合性モノマーとしてジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート(日立化成(株)製FA−512M)、メタクリル酸、重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を下記の重量で仕込み、80℃で1時間重合し、さらに100℃に昇温して2時間熟成し、固形分濃度40wt%のポリマー(C5)溶液を得た。
攪拌器付4つ口フラスコに窒素をバブリングしながら重合溶媒としてシクロペンタノン、重合性モノマーとしてジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート(日立化成(株)製FA−512M)、メタクリル酸、重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を下記の重量で仕込み、80℃で1時間重合し、さらに100℃に昇温して2時間熟成し、固形分濃度40wt%のポリマー(C5)溶液を得た。
合成例1と同様の方法でGPC分析を行った結果、ポリマー(C5)の重量平均分子量は61,000であった。
[合成例6]ポリマー(C6)の合成
攪拌器付4つ口フラスコに窒素をバブリングしながら重合溶媒としてシクロペンタノン、重合性モノマーとしてグリシジルメタクリレート、重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を下記の重量で仕込み、80℃で1時間重合し、さらに100℃に昇温して2時間熟成し、固形分濃度40wt%のポリマー(C6)溶液を得た。
攪拌器付4つ口フラスコに窒素をバブリングしながら重合溶媒としてシクロペンタノン、重合性モノマーとしてグリシジルメタクリレート、重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を下記の重量で仕込み、80℃で1時間重合し、さらに100℃に昇温して2時間熟成し、固形分濃度40wt%のポリマー(C6)溶液を得た。
合成例1と同様の方法でGPC分析を行った結果、ポリマー(C6)の重量平均分子量は45,000であった。
[合成例7]ポリマー(C7)の合成
攪拌器付4つ口フラスコに重合溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテル、酸二無水物として1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、ジアミンとして3,3’―ジアミノジフェニルスルホンを下記の重量で仕込み、25℃で5時間重合し、固形分濃度20wt%のポリマー(C7)溶液を得た。
攪拌器付4つ口フラスコに重合溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテル、酸二無水物として1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、ジアミンとして3,3’―ジアミノジフェニルスルホンを下記の重量で仕込み、25℃で5時間重合し、固形分濃度20wt%のポリマー(C7)溶液を得た。
合成例1と同様の方法で、移動相をジメチルホルムアミドに換えてGPC分析を行った結果、ポリマー(C7)の重量平均分子量は151,000であった。
[合成例8]ポリマー(C8)の合成
攪拌器付4つ口フラスコに重合溶媒としてジエチレングリコールメチルエチルエーテル、酸二無水物として1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、ジアルコールとして1,6−ヘキサンジオールを下記の重量で仕込み、140℃で3時間重合し、固形分濃度50wt%のポリマー(C8)溶液を得た。
攪拌器付4つ口フラスコに重合溶媒としてジエチレングリコールメチルエチルエーテル、酸二無水物として1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、ジアルコールとして1,6−ヘキサンジオールを下記の重量で仕込み、140℃で3時間重合し、固形分濃度50wt%のポリマー(C8)溶液を得た。
合成例1と同様の方法でGPC分析を行った結果、ポリマー(C8)の重量平均分子量は186,000であった。
[合成例9]ポリマー(C9)の合成
攪拌器付4つ口フラスコに重合溶媒としてジエチレングリコールメチルエチルエーテル、アルコキシシランとしてフェニルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、酸触媒としてギ酸、加水分解のために水を下記の重量で仕込み、80℃で1時間還流し、その後130℃で3時間常圧留去し、固形分濃度50wt%のポリマー(C9)溶液を得た。
攪拌器付4つ口フラスコに重合溶媒としてジエチレングリコールメチルエチルエーテル、アルコキシシランとしてフェニルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、酸触媒としてギ酸、加水分解のために水を下記の重量で仕込み、80℃で1時間還流し、その後130℃で3時間常圧留去し、固形分濃度50wt%のポリマー(C9)溶液を得た。
合成例1と同様の方法でGPC分析を行った結果、ポリマー(C9)の重量平均分子量は5,200であった。
[実施例1〜22および比較例1〜10]
下記の表1および表2に示す通りに実施例1〜22、比較例1〜10の組成物を調製し、評価を行った。各成分の( )内の数値は重量部である。全ての組成物を固形分濃度3wt%に調製した。ここで固形分とは有機溶媒以外の成分を指す。希釈用の有機溶媒はシクロペンタノン(CPN)を使用した。有機溶媒が複数の場合は[ ]内に溶媒の混合比を示した。表1および表2における略称は以下の通りである。
下記の表1および表2に示す通りに実施例1〜22、比較例1〜10の組成物を調製し、評価を行った。各成分の( )内の数値は重量部である。全ての組成物を固形分濃度3wt%に調製した。ここで固形分とは有機溶媒以外の成分を指す。希釈用の有機溶媒はシクロペンタノン(CPN)を使用した。有機溶媒が複数の場合は[ ]内に溶媒の混合比を示した。表1および表2における略称は以下の通りである。
アジド化合物(A)
BAC−M: 2,6−ビス(4−アジドベンジリデン)−4−メチルシクロヘキサノン
BAC−E: 2,6−ビス(4−アジドベンジリデン)−4−エチルシクロヘキサノン
BAC−TA: 2,6−ビス−(4−アジドベンジリデン)−4−tert−アミルシクロヘキサノン)
DAzST(4): 4,4’−ジアジドスチルベン−2,2’−ビス(ヒドロキシプロピルスルホンアミド)
DAzC: 4,4’−ジアジドカルコン
DAzDBA: 4,4’−ジアジドジベンザルアセトン
DAzDPM: 4,4’−ジアジドフェニルメタン
BAC−M: 2,6−ビス(4−アジドベンジリデン)−4−メチルシクロヘキサノン
BAC−E: 2,6−ビス(4−アジドベンジリデン)−4−エチルシクロヘキサノン
BAC−TA: 2,6−ビス−(4−アジドベンジリデン)−4−tert−アミルシクロヘキサノン)
DAzST(4): 4,4’−ジアジドスチルベン−2,2’−ビス(ヒドロキシプロピルスルホンアミド)
DAzC: 4,4’−ジアジドカルコン
DAzDBA: 4,4’−ジアジドジベンザルアセトン
DAzDPM: 4,4’−ジアジドフェニルメタン
有機溶媒(B)
CPN: シクロペンタノン
MIBK: メチルイソブチルケトン
PGME: プロピレングリコールモノメチルエーテル
EDM: ジエチレングリコールメチルエチルエーテル
CPN: シクロペンタノン
MIBK: メチルイソブチルケトン
PGME: プロピレングリコールモノメチルエーテル
EDM: ジエチレングリコールメチルエチルエーテル
ポリマー(C)
GH−1203: UV硬化性アクリルポリマー(新中村化学(株)製)
GH−1203: UV硬化性アクリルポリマー(新中村化学(株)製)
その他の成分
IRGACURE907: 2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン(BASFジャパン(株)製)
IRGACURE907: 2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン(BASFジャパン(株)製)
実施例1の光配向膜用組成物を1500rpmの回転数で10秒間スピンコートし、ガラス基板(コーニング(株)製 EagleXG、40mm×40mm×0.7mm)上に薄膜を形成した。次に、ホットプレート上にて80℃で2分間乾燥を行った。
乾燥した光配向膜の膜厚をプロファイラP−16(ケーエルエー・テンコール(株)製段差・表面あらさ・微細形状測定装置)にて測定した。膜厚は110nmであった。
超高圧水銀灯から照射された光を300nm以下の光をカットするフィルタとワイヤーグリッド偏光板を通して直線偏光に変換し、光配向膜が塗布されたガラス基板に10mJ/cm2(313nmでの値)照射した。
次に、重合性液晶性組成物(1)を該基板上に1300rpmの回転数で10秒間スピンコートし、ホットプレート上で80℃にて1分間乾燥した。基板を室温まで冷却してから、超高圧水銀灯の全線を300mJ/cm2(313nmでの値)照射して重合性液晶組成物を光硬化し配向を固定化した。
作成した重合性液晶光硬化後の基板を、直交(クロスニコル)状態の2枚の偏光版の間に挟み、バックライトを下から照射して観察した。配向欠陥(光り抜け)なく明暗表示ができた最小の露光量(光配向感度)は800mJ/cm2であった。
以下、実施例2〜22、比較例1〜10でも実施例1と同様の評価を行った。比較例1〜10では露光量が4000mJ/cm2においても重合性液晶は配向しなかった。実施例2〜22を実施例1の結果と共に表1にまとめた。比較例1〜10の結果を表2にまとめた。
本発明の光配向膜により、配向欠陥のない光学均一性の高い液晶配向膜を作成することができる。この液晶配向膜を使用することにより、高い配向安定性を有する光学フィルム、表示品位に優れた液晶表示素子を製造することができる。
Claims (10)
- アジド基を有する化合物(A)および有機溶媒(B)を含有する光配向膜用組成物。
- アジド基を有する化合物(A)が下記式(1)で表される化合物である、請求項1に記載の光配向膜用組成物:
Mは水素、アルカリ金属原子、炭素数1〜10のアルキル、または−NRARBであり、
RAおよびRBは独立して水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル、炭素数1〜10のアルコキシアルキル、または炭素数1〜10のヒドロキシアルコキシアルキルであり;
Xは単結合、−CO−、−S−、炭素数1〜8のアルキレン、または下記式(2)〜(5)で表される2価の基から選ばれる1つであり;そして、
R9は水素、炭素数1〜10の直鎖アルキルまたは炭素数3〜10の分岐鎖アルキルである。
- さらに、ポリマー(C)を含有する、請求項1または2に記載の光配向膜用組成物。
- ポリマー(C)が(メタ)アクリル系ポリマー、エステル系ポリマー、アミド酸系ポリマー、およびシロキサン系ポリマーから選ばれる少なくとも1つである、請求項3に記載の光配向膜用組成物。
- ポリマー(C)が構成単位中に炭素−炭素2重結合を有するポリマーである、請求項3または4に記載の光配向膜用組成物。
- ポリマー(C)が、(メタ)アクリル、シクロヘキセン、シクロペンテン、ビニル、およびアリルから選ばれる2重結合を有する基の1種以上を有する、請求項5に記載の光配向膜用組成物。
- 波長200〜500nmの直線偏光を照射することで液晶性化合物を配向させる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光配向膜用組成物。
- 請求項7に記載の光配向膜用組成物を用いて製造される光配向膜。
- 請求項8に記載の光配向膜を用いて製造される光学フィルム。
- 請求項8に記載の光配向膜を用いて製造される液晶表示素子。
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