JP2017179367A - 液晶組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】液晶化合物の配向欠陥の発生を抑え、かつ、溶剤への溶解時における保存安定性に優れる液晶組成物の提供。
【解決手段】主鎖に環構造を5個以上有する重合性液晶化合物(A)と、主鎖に環構造を5個以上有する重合性液晶化合物の重合体(B)とを含む液晶組成物。該液晶組成物を含む位相差フィルム、偏光板および光学ディスプレイ。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶組成物、ならびに前記液晶組成物を含む位相差フィルム、偏光板および光学ディスプレイに関する。
フラットパネル表示装置(FPD)に用いられる位相差フィルムなどの光学フィルムとして、例えば、重合性液晶化合物を溶剤に溶解させて得られる塗工液を、支持基材に塗布後、重合して得られる光学フィルムがある。従来、重合性液晶化合物としては、例えば、6員環が2〜4個連結された棒状構造のネマチック液晶化合物などが知られている(例えば、非特許文献1)。
一方、位相差フィルムとしては、その特性の1つとして全波長領域において偏光変換可能であることが求められており、ある波長λにおける位相差値Re(λ)を550nmにおける位相差値Re(550)で除した値(Re(λ)/Re(550))が1に近い波長域や、[Re(450)/Re(550)]<1かつ[Re(650)/Re(550)]>1の逆波長分散性を示す波長域では、理論上、一様の偏光変換が可能であることが知られている。このような位相差フィルムを構成し得る重合性化合物としては、特許文献1の化合物が知られている。
特開2011−207765号公報
液晶便覧、液晶便覧編集委員会 編、2000年、第312頁
上述したような塗工タイプの光学フィルムを製造する際には、溶剤に対する重合性液晶化合物の高い溶解性が必要となる。しかしながら、前記重合性液晶化合物は、その化学構造に由来して種々の溶剤への溶解性が乏しい場合が多く、塗工液の保存時に重合性液晶化合物が結晶化して析出することがあり、析出した結晶は光学フィルムの欠陥の原因となる。また、一般的に溶媒への溶解性を向上させるために、環状構造を多数持つ化合物では長鎖のアルキル基を導入する手法が用いられるが、重合性液晶化合物では長鎖アルキル基を置換基として導入すると、導入された置換基により液晶化合物の分子配向が乱され、光学フィルムにおける配向欠陥を生じる原因となる。
そこで、本発明は、液晶化合物の配向欠陥の発生を抑え、かつ、溶剤への溶解時における保存安定性に優れる、好ましくは良好な円偏光変換可能な位相差フィルムを構成するのに適した重合性液晶化合物を含む、液晶組成物を提供することを目的とする。
本発明は、以下の好適な態様[1]〜[14]を提供するものである。
[1]主鎖に環構造を5個以上有する重合性液晶化合物(A)と、主鎖に環構造を5個以上有する重合性液晶化合物(A)の重合体(B)とを含む液晶組成物。
[2]ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定された前記重合体(B)の面積百分率値が、0.01%以上40%以下である、前記[1]に記載の液晶組成物。
[3]ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定された前記重合体(B)の重量平均分子量(Mw)が4,000〜200,000である、前記[1]または[2]に記載の液晶組成物。
[4]さらに有機溶剤を含む、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の液晶組成物。
[5]前記重合性液晶化合物(A)は、下記式(A)で表される重合性液晶化合物である、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の液晶組成物。
Figure 2017179367
[式(A)中、mおよびnは、それぞれ独立に、0〜3の整数を表し、
、B、D、D、EおよびEは、それぞれ独立に、−CR−、−CH−CH−、−O−、−S−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−C(=S)−O−、−O−C(=S)−、−O−C(=S)−O−、−CO−NR−、−NR−CO−、−O−CH−、−CH−O−、−S−CH−、−CH−S−または単結合を表し、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表し、
、A、GおよびGは、それぞれ独立に、炭素数3〜16の2価の脂環式炭化水素基または炭素数6〜20の2価の芳香族炭化水素基を表し、該脂環式炭化水素基および該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、−R、−OR、シアノ基またはニトロ基で置換されていてもよく、該脂環式炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−、−S−、−NH−または−NR−で置換されていてもよく、該脂環式炭化水素基に含まれる−CH(−)−は、−N(−)−で置換されていてもよく、RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基を表し、該アルキル基に含まれる水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよく、
およびFは、それぞれ独立に、炭素数1〜12のアルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基に含まれる水素原子は、−ORまたはハロゲン原子で置換されていてもよく、該アルカンジイル基に含まれる−CH−は、−O−または−CO−で置き換わっていてもよく、
およびPは、それぞれ独立に、水素原子または重合性基を表し(ただしPおよびPのうち少なくとも1つは重合性基を表す)、
Arは置換されていてもよい2価の芳香族基であり、該芳香族基中に、少なくとも1つの窒素原子、酸素原子または硫黄原子を含む。]
[6]前記式(A)中のArはπ電子を10個以上30個以下有する芳香族基である、前記[5]に記載の液晶組成物。
[7]極大吸収波長(λmax)が300〜400nmである、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の液晶組成物。
[8]前記式(A)中のArは複素環を有する芳香族基である、前記[5]〜[7]のいずれかに記載の液晶組成物。
[9]前記複素環を有する芳香族基はベンゾチアゾール基を有する芳香族基である、前記[8]に記載の液晶組成物。
[10]GおよびGの両方がトランス−シクロヘキサン−1,4−ジイル基である、前記[5]〜[9]のいずれかに記載の液晶組成物。
[11]前記[1]〜[10]のいずれかに記載の液晶組成物から構成される位相差フィルム。
[12]下記式(1)を満たす、前記[11]に記載の位相差フィルム。
0.80≦Re(450)/Re(550)<1.00 (1)
[式(1)中、Re(λ)は波長λnmの光に対する正面位相差値を表す。]
[13]前記[11]または[12]に記載の位相差フィルムを含む偏光板。
[14]前記[13]に記載の偏光板を含む光学ディスプレイ。
本発明によれば、液晶化合物の配向欠陥の発生を抑え、かつ、溶剤への溶解時における保存安定性に優れる液晶組成物を提供することができる。
本発明の液晶組成物は、主鎖に環構造を5個以上有する重合性液晶化合物(A)(以下、「重合性液晶化合物(A)」と称する場合がある)と、重合性液晶化合物(A)の重合体(B)(以下、「重合体(B)」と称する場合がある)とを含む。なお、本発明において「主鎖」とは、重合性液晶化合物の分子鎖における主要な炭素鎖であり、炭素数が最大となる幹にあたる部分を意味する。
<重合性液晶化合物(A)>
前記重合性液晶化合物(A)は、主鎖に5個以上の環構造を有する。前記重合性液晶化合物(A)の主鎖に含まれ得る環構造としては、1価または2価の脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基等が挙げられる。これらの環構造は、それぞれ単環系であってもよく、多環系であってもよい。また、多環系の場合、縮合型の多環系構造であってもよく、集合型の多環系構造であってもよい。
単環系の環構造としては、例えば3〜20員環の脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基等が挙げられ、好ましくは4〜10員環の、より好ましくは5員環または6員環の、さらに好ましくは6員環の環構造の脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基が挙げられる。具体的には、例えばベンゼン環、シクロヘキサン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、ピリジン環、ピペリジン環、テトラヒドロピラン環、ジオキサン環、チアジン環などが挙げられる。
多環系の環構造としては多環系芳香族基、芳香族複素環基、多環系脂環式炭化水素基等が挙げられ、複素環を有する多環系芳香族基が好ましい。具体的には、例えばインドール基、ベンゾイミダゾール基、ベンゾフラン基、ベンゾチオフェン基、ベンゾチアゾール基などが挙げられる。
重合性液晶化合物(A)における環構造の数は5個以上であり、好ましくは13個以下、より好ましくは9個以下であり、さらに好ましくは5個以上7個以下であり、特に好ましくは5個である。主鎖に5個以上の環構造を有することで、液晶相の熱安定性が高くなる。なお、本発明において、環構造が多環系の基である場合、当該基全体を1つの環構造として数える。
本発明の液晶化合物に含まれる重合性液晶化合物(A)は、下記式(A)で表される主鎖に環構造を5個以上有する化合物であることが好ましい。主鎖には2環以上単環系の環構造を含んでいることが好ましく、4環以上単環系の環構造を含んでいることがさらに好ましい。重合性液晶化合物(A)が下記式(A)で表される化合物であると、溶剤への溶解性に優れ、配向欠陥を生じにくく、本発明の所望の効果をより良好に発現できる。
式(A):
Figure 2017179367
式(A)中、mおよびnは、それぞれ独立に、0〜3の整数を表す。
、B、D、D、EおよびEは、それぞれ独立に、−CR−、−CH−CH−、−O−、−S−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−C(=S)−O−、−O−C(=S)−、−O−C(=S)−O−、−CO−NR−、−NR−CO−、−O−CH−、−CH−O−、−S−CH−、−CH−S−または単結合を表し、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す。
、A、GおよびGは、それぞれ独立に、炭素数3〜16の2価の脂環式炭化水素基または炭素数6〜20の2価の芳香族炭化水素基を表し、該脂環式炭化水素基および該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、−R、−OR、シアノ基またはニトロ基で置換されていてもよく、該脂環式炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−、−S−、−NH−または−NR−で置換されていてもよく、該脂環式炭化水素基に含まれる−CH(−)−は、−N(−)−で置換されていてもよく、RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基を表し、該アルキル基に含まれる水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよい。
およびFは、それぞれ独立に、炭素数1〜12のアルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基に含まれる水素原子は、−ORまたはハロゲン原子で置換されていてもよく、該アルカンジイル基に含まれる−CH−は、−O−または−CO−で置き換わっていてもよい。
およびPは、それぞれ独立に、水素原子または重合性基を表す(ただしPおよびPのうち少なくとも1つは重合性基を表す)。
Arは置換されていてもよい2価の芳香族基であり、該芳香族基中に、少なくとも1つの窒素原子、酸素原子または硫黄原子を含む。
式(A)中、mおよびnは、それぞれ独立に、0〜3の整数を表す。ただし、mおよびnのいずれか一方が0である場合、他方は2または3の整数を表す。mおよびnは、好ましくは1または2であり、より好ましくは1である。また、重合性液晶化合物(A)を製造し易く、製造コストを抑制することができるという観点から、mおよびnは互いに同一の整数であることが好ましい。さらに、mおよびnが2または3である場合、複数存在するAおよびBは、それぞれ互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。重合性液晶化合物(A)を工業的に製造し易いという観点からは、複数存在するAおよびBは、それぞれ互いに同一であることが好ましい。
式(A)中、B、B、D、D、EおよびEは、それぞれ独立に、−CR−、−CH−CH−、−O−、−S−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−C(=S)−O−、−O−C(=S)−、−O−C(=S)−O−、−CO−NR−、−NR−CO−、−O−CH−、−CH−O−、−S−CH−、−CH−S−または単結合を表す。前記式中、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す。
およびBは、液晶相の発現しやすさの観点から、それぞれ独立に、−O−、−S−、−O−CO−、−CO−O−、−O−CO−O−、−O−C(=S)−、−O−C(=S)−O−、−O−CH−、または−CH−O−であることが好ましく、−O−、−O−CO−または−CO−O−であることがより好ましい。重合性液晶化合物(A)を容易に製造し易く、製造コストを抑制することができる観点から、BおよびBは互いに同一であることが好ましい。なお、BおよびBが互いに同一であるとは、Arを中心としてみた場合のBおよびBの構造が互いに同一であることを意味し、例えばBが−O−CO−である場合において、Bと互いに同一であるBとは−CO−O−である。以下、DとD、EとE、AとA、GとG、FとFおよびPとPにおける関係についても同様である。
、D、EおよびEは、液晶相を発現しやすい観点から、それぞれ独立に、−O−、−S−、−O−CO−、−CO−O−、−O−CO−O−、−CO−NR−または−NR−CO−であることが好ましく、−O−、−O−CO−、または−CO−O−であることがより好ましい。重合性液晶化合物(A)を容易に製造し易く、製造コストを抑制することができる観点から、DとDおよびEとEが、それぞれ互いに同一であることが好ましい。
式(A)において、A、A、GおよびGは、それぞれ独立に、炭素数3〜16の2価の脂環式炭化水素基または炭素数6〜20の2価の芳香族炭化水素基を表す。前記2価の脂環式炭化水素基の炭素数は、好ましくは4〜15、より好ましくは5〜10、さらに好ましくは5または6である。前記2価の芳香族炭化水素基の炭素数は、好ましくは6〜18、より好ましくは6〜16、さらに好ましくは5または6である。前記脂環式炭化水素基および前記芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、−R、−OR、シアノ基またはニトロ基に置換されていてもよい。ここで、Rは、炭素数1〜4のアルキル基を表し、該アルキル基に含まれる水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。
炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等が挙げられ、炭素数1〜3のアルキル基が好ましく、炭素数1または2のアルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
−ORにおける炭素数1〜4のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基等が挙げられ、炭素数1〜3のアルコキシ基が好ましく、炭素数1または2のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
前記2価の脂環式炭化水素基としては、シクロアルカンジイル基等が挙げられる。該脂環式炭化水素基に含まれる−CH−(メチレン基)は、−O−、−S−、−NH−または−NR−に置換されていてもよく、−CH(−)−は、−N(−)−で置換されていてもよい。ここで、Rは、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す。
2価の脂環式炭化水素基としては、下記式(g−1)〜式(g−4)で表される基が挙げられる。脂環式炭化水素基に含まれる−CH−が、−O−、−S−、−NH−または−NR−に置き換わった2価の脂環式炭化水素基としては、下記式(g−5)〜式(g−8)で表される基が挙げられる。脂環式炭化水素基に含まれる−CH(−)−が、−N(−)−に置き換わった2価の脂環式炭化水素基としては、下記式(g−9)および式(g−10)で表される基が挙げられる。これらは、5員環または6員環の脂環式炭化水素基であることが好ましい。
Figure 2017179367
2価の脂環式炭化水素基としては、式(g−1)で表される基であることが好ましく、シクロヘキサン−1,4−ジイル基であることがさらに好ましく、トランス−シクロヘキサン−1,4−ジイル基であることが特に好ましい。
前記2価の芳香族炭化水素基としては、例えば、式(a−1)〜式(a−8)で表される基が挙げられる。2価の芳香族炭化水素基としては、1,4−フェニレン基が好ましい。
Figure 2017179367
本発明の一実施態様において、本発明の化合物の製造上の観点から、AおよびAは、それぞれ独立に、2価の芳香族炭化水素基であることが好ましい。また、本発明の一実施態様において、本発明の化合物の製造上の観点から、GおよびGは、それぞれ独立に、2価の脂環式炭化水素基であることが好ましく、トランス−シクロヘキサン−1,4−ジイル基であることがより好ましく、GおよびGのいずれもがトランス−シクロヘキサン−1,4−ジイル基であることが特に好ましい。GおよびGのいずれもがトランス−シクロヘキサン−1,4−ジイル基である場合、特に良好な液晶性を示す。この場合はまた、逆波長分散性が強くなる傾向にあり、この結果〔(Re(λ)/Re(550))/(λ/550)〕が1に近くて、より一様の偏光変換が可能な波長域が広くなる傾向にある。また、重合性液晶化合物(A)を容易に製造し易く、製造コストを抑制することができる観点から、AとAおよびGとGが、それぞれ互いに同一であることが好ましい。
式(A)において、FおよびFは、それぞれ独立に、炭素数1〜12、好ましくは2〜15、より好ましくは3〜12、さらに好ましくは4〜10のアルカンジイル基を表す。該アルカンジイル基に含まれる水素原子は、−ORまたはハロゲン原子で置換されていてもよく、該アルカンジイル基に含まれる−CH−は、−O−または−CO−で置換されていてもよい。Rは、炭素数1〜4のアルキル基を表し、該アルキル基に含まれる水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよい。重合性液晶化合物(A)を容易に製造し易く、製造コストを抑制することができる観点から、FとFは互いに同一であることが好ましい。
式(A)において、PおよびPは、それぞれ独立に、水素原子または重合性基を表す。ただし、PおよびPのうち少なくとも1つは重合性基であり、PおよびPのいずれもが重合性基であることが好ましい。重合性基とは、重合反応に関与し得る基を含む基である。重合反応に関与し得る基としては、ビニル基、p−(2−フェニルエテニル)フェニル基、アクリロイル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイル基、メタクリロイルオキシ基、カルボキシル基、メチルカルボニル基、ヒドロキシル基、カルバモイル基、炭素数1〜4のアルキルアミノ基、アミノ基、ホルミル基、−N=C=O、−N=C=S、オキシラニル基、オキセタニル基等が挙げられる。
光重合に適するという点では、重合性基は、ラジカル重合性基またはカチオン重合性基であることが好ましい。特に、取り扱いや製造が容易であるという点で、アクリロイル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイル基またはメタクリロイルオキシ基が好ましく、重合性が高いという点で、アクリロイル基またはアクリロイルオキシ基がより好ましい。
式(A)において、Arで表される2価の芳香族基は、少なくとも1つの窒素原子、酸素原子または硫黄原子を含む。ここで、本発明において、Arで表される2価の芳香族基が「少なくとも1つの窒素原子、酸素原子または硫黄原子を含む」とは、Ar中にこれらのヘテロ原子を含んでいればよいことを意味し、Arは複素環を有していてもよく、複素環を有していなくてもよい。Arで表される2価の芳香族基は、得られる位相差フィルムの逆波長分散性発現の観点から、複素環を有する芳香族基であることが好ましい。このような芳香族基としては、例えばフラン環、ベンゾフラン環、ピロール環、チオフェン環、ピリジン環、チアゾール環、ベンゾチアゾール環、フェナンスロリン環等を有する芳香族基が挙げられる。なかでも、ベンゼン環、チアゾール環、またはベンゾチアゾール環を有する芳香族基がより好ましく、ベンゾチアゾール環を有する芳香族基がさらに好ましい。
Arで表される芳香族基はπ電子を有することが好ましい。該芳香族基に含まれるπ電子の合計数Nπは、液晶組成物から得られる位相差フィルムの逆波長分散性発現の観点から、好ましくは10個以上、より好ましくは12個以上、さらに好ましくは14個以上であり、好ましくは30個以下、より好ましくは25個以下である。
Arで表される芳香族基としては、例えば以下の基が挙げられる。
Figure 2017179367
Figure 2017179367
式(Ar−1)〜式(Ar−22)中、*部は連結部を表し、Z0’、Z1’およびZ2’は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、シアノ基、ニトロ基、炭素数1〜6のアルキルスルフィニル基、炭素数1〜6のアルキルスルホニル基、カルボキシル基、炭素数1〜6のフルオロアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルキルチオ基、炭素数1〜6のN−アルキルアミノ基、炭素数2〜12のN,N−ジアルキルアミノ基、炭素数1〜6のN−アルキルスルファモイル基または炭素数2〜12のN,N−ジアルキルスルファモイル基を表す。
、QおよびQは、それぞれ独立に、−CR−、−S−、−NR−、−CO−または−O−を表す。
、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す。
1’、Y2’およびY3’は、それぞれ独立に、置換されていてもよい芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表す。
1’およびW2’は、それぞれ独立に、水素原子、シアノ基、メチル基またはハロゲン原子を表す。
mは、0〜6の整数を表す。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、およびヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子、塩素原子、または臭素原子が好ましい。
炭素数1〜6のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基およびヘキシル基等が挙げられ、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、炭素数1および2のアルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
炭素数1〜6のアルキルスルフィニル基としては、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、プロピルスルフィニル基、イソプロピルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、イソブチルスルフィニル基、sec−ブチルスルフィニル基、tert−ブチルスルフィニル基、ペンチルスルフィニル基、ヘキシル基スルフィニル等が挙げられ、炭素数1〜4のアルキルスルフィニル基が好ましく、炭素数1および2のアルキルスルフィニル基がより好ましく、メチルスルフィニル基が特に好ましい。
炭素数1〜6のアルキルスルホニル基としては、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、プロピルスルホニル基、イソプロピルスルホニル基、ブチルスルホニル基、イソブチルスルホニル基、sec−ブチルスルホニル基、tert−ブチルスルホニル基、ペンチルスルホニル基、ヘキシルスルホニル基等が挙げられ、炭素数1〜4のアルキルスルホニル基が好ましく、炭素数1および2のアルキルスルホニル基がより好ましく、メチルスルホニル基が特に好ましい。
炭素数1〜6のフルオロアルキル基としては、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基等が挙げられ、炭素数1〜4のフルオロアルキル基が好ましく、炭素数1および2のフルオロアルキル基がより好ましく、トリフルオロメチル基が特に好ましい。
炭素数1〜6のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基等が挙げられ、炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましく、炭素数1および2のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
炭素数1〜6のアルキルチオ基としては、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、ブチルチオ基、イソブチルチオ基、sec−ブチルチオ基、tert−ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基等が挙げられ、炭素数1〜4のアルキルチオ基が好ましく、炭素数1および2のアルキルチオ基がより好ましく、メチルチオ基が特に好ましい。
炭素数1〜6のN−アルキルアミノ基としては、N−メチルアミノ基、N−エチルアミノ基、N−プロピルアミノ基、N−イソプロピルアミノ基、N−ブチルアミノ基、N−イソブチルアミノ基、N−sec−ブチルアミノ基、N−tert−ブチルアミノ基、N−ペンチルアミノ基、N−ヘキシルアミノ基等が挙げられ、炭素数1〜4のN−アルキルアミノ基が好ましく、炭素数1および2のN−アルキルアミノ基がより好ましく、N−メチルアミノ基が特に好ましい。
炭素数2〜12のN,N−ジアルキルアミノ基としては、N,N−ジメチルアミノ基、N−メチル−N−エチルアミノ基、N,N−ジエチルアミノ基、N,N−ジプロピルアミノ基、N,N−ジイソプロピルアミノ基、N,N−ジブチルアミノ基、N,N−ジイソブチルアミノ基、N,N−ジペンチルアミノ基、N,N−ジヘキシルアミノ基等が挙げられ、炭素数2〜8のN,N−ジアルキルアミノ基が好ましく、炭素数2〜4のN,N−ジアルキルアミノ基がより好ましく、N,N−ジメチルアミノ基が特に好ましい。
炭素数1〜6のN−アルキルスルファモイル基としては、N−メチルスルファモイル基、N−エチルスルファモイル基、N−プロピルスルファモイル基、N−イソプロピルスルファモイル基、N−ブチルスルファモイル基、N−イソブチルスルファモイル基、N−sec−ブチルスルファモイル基、N−tert−ブチルスルファモイル基、N−ペンチルスルファモイル基、N−ヘキシルスルファモイル基等が挙げられ、炭素数1〜4のN−アルキルスルファモイル基が好ましく、炭素数1および2のN−アルキルスルファモイル基がより好ましく、N−メチルスルファモイル基が特に好ましい。
炭素数2〜12のN,N−ジアルキルスルファモイル基としては、N,N−ジメチルスルファモイル基、N−メチル−N−エチルスルファモイル基、N,N−ジエチルスルファモイル基、N,N−ジプロピルスルファモイル基、N,N−ジイソプロピルスルファモイル基、N,N−ジブチルスルファモイル基、N,N−ジイソブチルスルファモイル基、N,N−ジペンチルスルファモイル基、N,N−ジヘキシルスルファモイル基等が挙げられ、炭素数2〜8のN,N−ジアルキルスルファモイル基が好ましく、炭素数2〜4のN,N−ジアルキルスルファモイル基がより好ましく、N,N−ジメチルスルファモイル基が特に好ましい。
0’、Z1’およびZ2’は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、メチル基、シアノ基、ニトロ基、カルボキシル基、メチルスルホニル基、トリフルオロメチル基、メトキシ基、メチルチオ基、N−メチルアミノ基、N,N−ジメチルアミノ基、N−メチルスルファモイル基またはN,N−ジメチルスルファモイル基であることが好ましい。
、RおよびRにおける炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等が挙げられ、炭素数1および2のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
およびQは、それぞれ独立に、−S−、−CO−、−NH−、−N(CH)−であることが好ましく、Qは、−S−、−CO−であることが好ましい。
1’、Y2’およびY3’における芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナンスリル基、ビフェニル基等の炭素数6〜20の芳香族炭化水素基が挙げられ、フェニル基、ナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。芳香族複素環基としては、フリル基、ピロリル基、チエニル基、ピリジニル基、チアゾリル基、ベンゾチアゾリル基等の窒素原子、酸素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を少なくとも1つ含む、炭素数4〜20の芳香族複素環基が挙げられる。中でも、フリル基、ピロリル基、チエニル基、ピリジニル基、チアゾリル基及びベンゾチアゾリル基が好ましい。
かかる芳香族炭化水素基および芳香族複素環基は、少なくとも1つの置換基を有していてもよい。置換基としては、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、シアノ基、ニトロ基、炭素数1〜6のアルキルスルフィニル基、炭素数1〜6のアルキルスルホニル基、カルボキシル基、炭素数1〜6のフルオロアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルキルチオ基、炭素数1〜6のN−アルキルアミノ基、炭素数2〜12のN,N−ジアルキルアミノ基、炭素数1〜6のN−アルキルスルファモイル基、炭素数2〜12のN,N−ジアルキルスルファモイル基等が挙げられ、ハロゲン原子、炭素数1および2のアルキル基、シアノ基、ニトロ基、炭素数1および2のアルキルスルホニル基、炭素数1および2のフルオロアルキル基、炭素数1および2のアルコキシ基、炭素数1および2のアルキルチオ基、炭素数1および2のN−アルキルアミノ基、炭素数2〜4のN,N−ジアルキルアミノ基、炭素数1および2のアルキルスルファモイル基が好ましい。
ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、シアノ基、ニトロ基、炭素数1〜6のアルキルスルフィニル基、炭素数1〜6のアルキルスルホニル基、カルボキシル基、炭素数1〜6のフルオロアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルキルチオ基、炭素数1〜6のN−アルキルアミノ基、炭素数2〜12のN,N−ジアルキルアミノ基、炭素数1〜6のN−アルキルスルファモイル基および炭素数2〜12のN,N−ジアルキルスルファモイル基としては、先に例示したものと同様のものが挙げられる。
式(Ar−14)において、Y1’は、これが結合する窒素原子およびZ0’と共に芳香族複素環基を形成していてもよい。例えば、ピロール環、イミダゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、インドール環、キノリン環、イソキノリン環、プリン環、ピロリジン環、ピペリジン環等が挙げられる。この芳香族複素環基は、置換基を有していてもよい。また、Y1’は、これが結合する窒素原子およびZ0’と共に、後述する置換されていてもよい多環系芳香族炭化水素基または多環系芳香族複素環基であってもよい。
1’、Y2’およびY3’は、それぞれ独立に、置換されていてもよい多環系芳香族炭化水素基または多環系芳香族複素環基であってもよい。多環系芳香族炭化水素基は、縮合多環系芳香族炭化水素基、または芳香環集合に由来する基をいう。多環系芳香族複素環基は、縮合多環系芳香族複素環基、または芳香環集合に由来する基をいう。例えば、Y1’、Y2’およびY3’は、それぞれ独立に、下記式(Y−1)〜式(Y−7)で表されるいずれかの基であることが好ましく、式(Y−1)または式(Y−4)で表されるいずれかの基であることがより好ましい。
Figure 2017179367
前記式(Y−1)〜式(Y−7)中、*部は連結部を表し、Zは、それぞれ独立に、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、シアノ基、ニトロ基、ニトロキシキド基、スルホン基、スルホキシド基、カルボキシル基、炭素数1〜6のフルオロアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のチオアルキル基、炭素数2〜8のN,N−ジアルキルアミノ基または炭素数1〜4のN−アルキルアミノ基を表す。
およびVは、それぞれ独立に、−CO−、−S−、−NR−、−O−、−Se−または−SO−を表す。
〜Wは、それぞれ独立に、−C=または−N=を表す。
ただし、V、VおよびW〜Wのうち少なくとも1つは、S、N、OまたはSeを含む基を表す。
は、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す。
aは、それぞれ独立に、0〜3の整数を表す。
bは、それぞれ独立に、0〜2の整数を表す。
式(Y−1)〜式(Y−7)で表されるいずれかの基は、下記式(Y−1)〜式(Y−16)で表されるいずれかの基であることが好ましく、下記式(Y−1)〜式(Y−6)で表されるいずれかの基であることがより好ましく、式(Y−1)または式(Y−3)で表される基であることが特に好ましい。なお、*部は連結部を表す。
Figure 2017179367
式(Y−1)〜式(Y−16)中、Z、a、b、V、VおよびW〜Wは、上記と同じ意味を表す。
Figure 2017179367
式(Y−1)〜式(Y−6)中、Z、a、b、V、VおよびWは、上記と同じ意味を表す。
としては、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、シアノ基、ニトロ基、炭素数1〜6のアルキルスルフィニル基、炭素数1〜6のアルキルスルホニル基、カルボキシル基、炭素数1〜6のフルオロアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルキルチオ基、炭素数1〜6のN−アルキルアミノ基、炭素数2〜12のN,N−ジアルキルアミノ基、炭素数1〜6のN−アルキルスルファモイル基、炭素数2〜12のN,N−ジアルキルスルファモイル基等が挙げられる。中でも、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、sec−ブチル基、シアノ基、ニトロ基、スルホン基、ニトロキシキド基、カルボキシル基、トリフルオロメチル基、メトキシ基、チオメチル基、N,N−ジメチルアミノ基、N−メチルアミノ基が好ましく、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、sec−ブチル基、シアノ基、ニトロ基、トリフルオロメチル基がより好ましく、メチル基、エチル基、イソプロピル基、sec−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基が特に好ましい。
ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルキルスルフィニル基、炭素数1〜6のアルキルスルホニル基、炭素数1〜6のフルオロアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルキルチオ基、炭素数1〜6のN−アルキルアミノ基、炭素数2〜12のN,N−ジアルキルアミノ基、炭素数1〜6のN−アルキルスルファモイル基および炭素数2〜12のN,N−ジアルキルスルファモイル基としては、先に例示したものと同様のものが挙げられる。
およびVは、それぞれ独立に、−S−、−NR−または−O−であることが好ましい。
〜Wは、それぞれ独立に、−C=または−N=であることが好ましい。
、VおよびW〜Wのうち少なくとも1つは、S、NまたはOを含む基を表すことが好ましい。
aは0または1であることが好ましい。bは0であることが好ましい。
1’〜Y3’の具体例として、下記式(ar−1)〜式(ar−840)で表される基が挙げられる。なお、*部は連結部を表す。
Figure 2017179367
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式(A)で表される重合性液晶化合物(A)としては、具体的に、例えば以下の化合物が挙げられるが、これらの例示に限られるものではない。なお、本発明の液晶組成物は、重合性液晶化合物(A)として、1種の重合性液晶化合物のみを含んでいてもよく、2種以上の重合性液晶化合物を含んでいてもよい。
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重合性液晶化合物(A)の製造方法は、特に限定されず、Methoden der Organischen Chemie、Organic Reactions、OrganicSyntheses、Comprehensive Organic Synthesis、新実験化学講座等に記載されている公知の有機合成反応(例えば、縮合反応、エステル化反応、ウイリアムソン反応、ウルマン反応、ウイッティヒ反応、シッフ塩基生成反応、ベンジル化反応、薗頭反応、鈴木−宮浦反応、根岸反応、熊田反応、檜山反応、ブッフバルト−ハートウィッグ反応、フリーデルクラフト反応、ヘック反応、アルドール反応等)を、その構造に応じて、適宜組み合わせることにより、製造することができる。
例えば、前記重合性液晶化合物(A)の1種である下記式(A−1):
Figure 2017179367
で表される重合性液晶化合物(式中のm=nの場合)は、
式(B):
Figure 2017179367
で表されるアルコール化合物(B)と、
式(C):
Figure 2017179367
で表されるカルボン酸化合物(C)とのエステル化反応を行うことにより製造することができる。なお、前記式(A−1)、(B)および(C)におけるAr、A、B、E、F、G、P、m、nは、上記重合性液晶化合物(A)で規定されたものと同一である。
アルコール化合物(B)としては、芳香族基Arに対して2つのヒドロキシル基が結合した化合物であればよい。芳香族基Arとしては、先に規定したものと同じであり、例えば、前記式(Ar−1)〜(Ar−22)において2つの*部がヒドロキシル基である化合物が挙げられる。
カルボン酸化合物(C)としては、例えば以下の化合物が挙げられる。
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アルコール化合物(B)とカルボン酸化合物(C)とのエステル化反応は、好ましくは縮合剤の存在下において行われる。縮合剤の存在下でエステル化反応を行うことにより、エステル化反応を効率良く迅速に行うことができる。
縮合剤としては、1−シクロヘキシル−3−(2−モルホリノエチル)カルボジイミドメト−パラ−トルエンスルホネート、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(水溶性カルボジイミド:WSCとして市販)、ビス(2、6−ジイソプロピルフェニル)カルボジイミドおよび、ビス(トリメチルシリル)カルボジイミド等のカルボジイミド化合物、2−メチル−6−ニトロ安息香酸無水物、2,2’−カルボニルビス−1H−イミダゾール、1,1’−オキサリルジイミダゾール、ジフェニルホスフォリルアジド、1(4−ニトロベンゼンスルフォニル)−1H−1、2、4−トリアゾール、1H−ベンゾトリアゾール−1−イルオキシトリピロリジノホスホニウムヘキサフルオロホスフェート、1H−ベンゾトリアゾール−1−イルオキシトリス(ジメチルアミノ)ホスホニウムヘキサフルオロホスフェート、N,N,N’,N’−テトラメチル−O−(N−スクシンイミジル)ウロニウムテトラフルオロボレート、N−(1,2,2,2−テトラクロロエトキシカルボニルオキシ)スクシンイミド、N−カルボベンゾキシスクシンイミド、O−(6−クロロベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−テトラメチルウロニウムテトラフルオロボレート、O−(6−クロロベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスフェート、2−ブロモ−1−エチルピリジニウムテトラフルオロボレート、2−クロロ−1,3−ジメチルイミダゾリニウムクロリド、2−クロロ−1,3−ジメチルイミダゾリニウムヘキサフルオロホスフェート、2−クロロ−1−メチルピリジニウムアイオダイド、2−クロロ−1−メチルピリジニウム パラ−トルエンスルホネート、2−フルオロ−1−メチルピリジニウム パラ−トルエンスルホネートおよびトリクロロ酢酸ペンタクロロフェニルエステル等が挙げられる。
縮合剤は、好ましくは、カルボジイミド化合物、2,2’−カルボニルビス−1H−イミダゾール、1,1’−オキサリルジイミダゾール、ジフェニルホスフォリルアジド、1H−ベンゾトリアゾール−1−イルオキシトリピロリジノホスホニウムヘキサフルオロホスフェート、1H−ベンゾトリアゾール−1−イルオキシトリス(ジメチルアミノ)ホスホニウムヘキサフルオロホスフェート、N,N,N’,N’−テトラメチル−O−(N−スクシンイミジル)ウロニウムテトラフルオロボレート、N−(1,2,2,2−テトラクロロエトキシカルボニルオキシ)スクシンイミド、O−(6−クロロベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスフェート、2−クロロ−1,3−ジメチルイミダゾリニウムクロリド、2−クロロ−1,3−ジメチルイミダゾリニウムヘキサフルオロホスフェート、2−クロロ−1−メチルピリジニウムアイオダイドおよび2−クロロ−1−メチルピリジニウム パラ−トルエンスルホネートである。
縮合剤は、より好ましくは、カルボジイミド化合物、2,2’−カルボニルビス−1H−イミダゾール、1H−ベンゾトリアゾール−1−イルオキシトリピロリジノホスホニウムヘキサフルオロホスフェート、1H−ベンゾトリアゾール−1−イルオキシトリス(ジメチルアミノ)ホスホニウムヘキサフルオロホスフェート、N,N,N’,N’−テトラメチル−O−(N−スクシンイミジル)ウロニウムテトラフルオロボレート、O−(6−クロロベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスフェート、2−クロロ−1,3−ジメチルイミダゾリニウムクロリドおよび2−クロロ−1−メチルピリジニウムアイオダイドであり、さらに好ましくは、経済性の観点から、カルボジイミド化合物である。
カルボジイミド化合物の中でも、好ましくは、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(水溶性カルボジイミド:WSCとして市販)および、ビス(2、6−ジイソプロピルフェニル)カルボジイミドである。
縮合剤の使用量は、アルコール化合物(B)1モルに対して、通常2〜4モルである。
エステル化反応では、さらに、N−ヒドロキシスクシンイミド、ベンゾトリアゾール、パラニトロフェノール、3,5−ジブチル−4−ヒドロキシトルエン等を添加剤として加えて混合してもよい。添加剤の使用量は、アルコール化合物(B)1モルに対して、好ましくは0.01〜1.5モルである。
エステル化反応は、触媒の存在下で行ってもよい。触媒としては、N,N−ジメチルアミノピリジン、N,N−ジメチルアニリン、ジメチルアンモニウムペンタフルオロベンゼンスルホナート等が挙げられる。中でも、N,N−ジメチルアミノピリジンおよび、N,N−ジメチルアニリンが好ましく、N,N−ジメチルアミノピリジンがより好ましい。触媒の使用量は、アルコール化合物(B)1モルに対して、好ましくは0.01〜0.5モルである。
エステル化反応は、通常、溶媒中で行われる。溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルアミルケトンまたはメチルイソブチルケトンなどのケトン系溶媒;ペンタン、ヘキサンまたはヘプタンなどの脂肪族炭化水素溶媒;トルエン、キシレン、ベンゼンまたはクロロベンゼンなどの芳香族炭化水素溶媒;アセトニトリルなどのニトリル系溶媒;テトラヒドロフラン、ジメトキシエタンなどのエーテル系溶媒;乳酸エチルなどのエステル系溶媒;クロロホルム、ジクロロメタンなどのハロゲン化炭化水素溶媒;ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミドなどの非プロトン性極性溶媒;などが挙げられる。これら有機溶媒は、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。
溶媒は、反応収率や生産性の観点から、好ましくはペンタン、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン、ベンゼン、クロロベンゼン、クロロホルム、ジクロロメタン等の非極性有機溶剤であり、より好ましくは、トルエン、キシレン、ベンゼン、クロロベンゼン、クロロホルム、ジクロロメタンである。これら有機溶剤は、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。
カルボン酸化合物(C)の使用量は、アルコール化合物(B)1モルに対して、好ましくは2〜10モル、より好ましくは2〜5モルであり、さらに好ましくは2〜3モルである。
溶媒の使用量は、アルコール化合物(B)とカルボン酸化合物(C)との合計1質量部に対して、好ましくは0.5〜50質量部であり、より好ましくは1〜20質量部であり、さらに好ましくは2〜10質量部である。
エステル化反応の温度は、反応収率や生産性の観点から、好ましくは−20〜120℃であり、より好ましくは−20〜60℃であり、さらに好ましくは−10〜20℃である。また、エステル化反応の時間は、反応収率や生産性の観点から、好ましくは1分〜72時間であり、より好ましくは1〜48時間であり、さらに好ましくは1〜24時間である。得られた懸濁液から、ろ過やデカンテーション等の方法により重合性液晶化合物を得ることができる。
<重合体(B)>
本発明の液晶組成物に含まれる重合体(B)は、重合性液晶化合物(A)を単量体として重合させることにより得られる重合体である。本発明の液晶組成物は、重合性液晶化合物(A)に加えて重合体(B)を含むことにより、溶剤に対する溶解度が向上し、さらに結晶の析出が抑制され、長期保存においても重合性液晶化合物の析出を抑制することができ、保存安定性に優れる。これは、特定の理論に拘束されるわけではないが、重合性液晶化合物(A)および重合体(B)を溶解させた溶液において、重合体(B)が重合性液晶化合物(A)の溶媒和を向上させて過飽和状態を安定化させるためであると考えられる。
一般的に溶媒への溶解性を向上させるために、環状構造を多数持つ化合物では長鎖のアルキル基を導入する手法が用いられるが、重合性液晶化合物において長鎖アルキル基を置換基として導入すると、導入される置換基の存在により液晶組成物の分子の配向が乱れるため、光学フィルムにおける配向欠陥の原因となる。本発明の液晶組成物は、長鎖アルキル基等の置換基を導入することなく、重合体(B)を添加することにより重合性液晶化合物の溶解性を向上させ、溶剤への溶解時における良好な保存安定性を達成し得る。また重合性液晶化合物の析出を抑制することができるため、本発明の液晶組成物から構成される位相差フィルムの配向欠陥を生じにくい。なお、液晶組成物の保存安定性が向上することにより、該液晶組成物の塗工安定性も向上させることができる。
単量体として用いる重合性液晶化合物(A)としては、先に説明した重合性液晶化合物(A)と同様の化合物が挙げられる。重合体(B)は、単量体として1種の重合性液晶化合物(A)を重合させた単独重合体であってもよく、2種以上の重合性液晶化合物(A)を共重合させた共重合体であってもよい。また、本発明による効果を奏する限りにおいて、重合体(B)は、重合性液晶化合物(A)と共重合可能な、重合性液晶化合物(A)とは異なる構造の重合性液晶化合物に由来する構造単位を含んでいてもよい。しかしながら、製造コストを抑制できる観点から、重合体(B)は、重合性液晶化合物(A)に由来する構造単位のみを有することが好ましく、1種のみの重合性液晶化合物(A)に由来する構造単位を有することがより好ましい。本発明の液晶組成物は、重合体(B)として、1種の重合体のみを含んでいてもよく、2種以上の重合体を含んでいてもよい。
重合体(B)のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定された重量平均分子量(Mw)は、4,000〜200,000であることが好ましく、4,000〜18,0000であることがより好ましく、4,000〜15,0000であることがさらに好ましく、4、000〜100,000であることが特に好ましい。重合体(B)の重量平均分子量(Mw)が、前記範囲内にあると、かかる重合体(B)を含む液晶化合物は、優れた保存安定性を有し、かつ成膜時の配向欠陥を生じにくい。特に、後述する液晶組成物における重合体(B)の含有量とともに重合体(B)の分子量を適宜調整することにより、溶剤に対する溶解度が高く、保存安定性に優れ、かつ、配向欠陥を生じにくい液晶組成物を得ることができる。
重合体(B)は、例えば、当該分野で公知の重合方法により、必要に応じて重合開始剤を用いて重合性液晶化合物(A)を重合させることにより得ることができる。
重合開始剤としては、重合性液晶化合物の重合を開始する能力を有する限り特に制限されるものではなく、公知の重合開始剤の中から適宜選択して用いることができる。重合体(B)を得るために用い得る重合開始剤としては、光重合開始剤および熱重合開始剤等が挙げられ、重合体(B)の分子量制御の観点から、熱重合開始剤であることが好ましい。
熱重合開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)等のアゾ化合物や、過酸化ベンゾイル(BPO)等の有機過酸化物などを挙げることができる。
重合開始剤を用いる場合、その量は、例えば、重合体(B)を構成するために用いる全単量体の合計100質量部に対して、通常、0.01〜30質量部であり、好ましくは0.1〜20質量部であり、より好ましくは1〜10質量部である。重合開始剤の量が前記範囲内であれば、重合性液晶化合物(A)の析出を抑制するのに適した重合体(B)を得ることができる。
重合体(B)は、例えば、重合性液晶化合物(A)と重合開始剤と溶剤を混合し、加熱して重合反応を行った後、得られた溶液から溶媒を留去する、貧溶媒を加えて晶析する、冷却することで晶析する等の通常の晶析操作を行うことで得ることができる。用いる溶剤については特に制限はなく、重合反応に不活性な溶剤であればよく、例えば後述する液晶組成物に含まれ得る溶剤が挙げられる。また、添加剤として連鎖移動剤等を用いてもよい。
前記重合反応における加熱温度は、所望する重合体(B)の分子量、使用する熱重合開始剤の種類、反応濃度等に応じて適宜決定すればよいが、通常20〜120℃であり、例えば、40〜80℃であることが好ましく、40〜60℃であることがより好ましい。また、加熱時間は、通常10分〜24時間であり、10分〜10時間であることが好ましく、10分〜5時間であることがより好ましい。
<液晶組成物>
本発明の液晶組成物は、重合体(B)として、該液晶組成物に含まれる重合性液晶化合物(A)を単量体として重合させた重合体を含むものであってよく、該液晶組成物に含まれる重合性液晶化合物(A)とは異なる重合性液晶化合物(A)を単量体として重合させた重合体を含むものであってもよい。液晶組成物に含まれる重合性液晶化合物(A)とは異なる重合性液晶化合物(A)を単量体として重合させた重合体としては、例えば、液晶組成物に含まれる重合性液晶化合物(A)が前記式(A)で表される化合物である場合、式(A)中のArにおける環構造が異なる重合性液晶化合物(A)の重合体などが挙げられる。また、重合体(B)は、上述したように、単独重合体であっても、共重合体であってもよい。重合体(B)が、液晶組成物に含まれる重合性液晶化合物と同じ構造単位を有することにより、液晶組成物を種々の溶媒に溶解させた場合において、保存時や塗工時に重合性液晶化合物が析出しにくくなり、安定性に優れた液晶組成物となるため、本発明の液晶組成物は、重合体(B)として、該液晶組成物に含まれる重合性液晶化合物(A)を単量体として重合させた重合体を含むことが好ましい。本発明の好適な一実施態様において、液晶組成物は、重合体(B)として、該液晶組成物に含まれる重合性液晶化合物(A)を単量体として重合した重合体のみを含む。
本発明の液晶組成物において、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定された重合体(B)の面積百分率値は、液晶組成物に含まれる重合性液晶化合物(A)と重合体(B)の全ピーク面積に対して、好ましくは0.01%以上40%以下、より好ましくは0.1%以上40%以下、さらに好ましくは0.1%以上20%以下、特に好ましくは0.4%以上20%以下である。重合体(B)の面積百分率値が上記下限値以上であると、本発明の液晶組成物を種々の溶剤に溶解させた場合において、保存時に重合性液晶化合物が析出しにくい。また、重合体(B)の面積百分率値が上記上限値以下であると、フィルム作成時に液晶の配向状態を良好に保つことができるため、配向欠陥が発生しにくい。なお、前記面積百分率値は、東ソー株式会社製HLC−8220により測定したGPCの結果に基づき、重合体(B)面積値を測定し、下記式によって算出した値である。
Figure 2017179367
本発明の液晶組成物の極大吸収波長(λmax)は、好ましくは300〜400nm、より好ましくは315〜385nm、さらに好ましくは320〜380nmである。液晶組成物の極大吸収波長(λmax)が上記下限値以上であると、液晶組成物の配向状態における重合体から構成される位相差フィルムは逆波長分散性を示しやすい傾向にある。液晶組成物の極大吸収波長(λmax)が上記上限値以下であると、可視光域での吸収が抑制されるためフィルムへの着色を抑えることができる。
本発明の液晶組成物は、位相差フィルムを形成する際の取扱いや成膜が容易となることから、有機溶剤を含むことが好ましい。本発明の液晶組成物を溶剤に溶解させた場合の保存時において、液晶組成物に含まれる重合性液晶化合物(A)の結晶の析出を抑制することができるため、該液晶組成物を用いて製造した位相差フィルムでは欠陥の発生を抑えることができる。例えば、N−メチルピロリドンを溶媒に用いた場合に、本発明の液晶組成物は、重合体(B)を含まない場合と比べて結晶の析出が抑制され、さらに重合体(B)が存在していても得られる位相差フィルムの品質に悪影響を及ぼしにくいため、工業的な作業性が高く、品質の良好な位相差フィルムを得ることができる。
本発明の液晶組成物に含有し得る有機溶剤としては、重合性液晶化合物(A)および重合体(B)などを溶解し得る有機溶剤であり、重合反応に不活性な溶剤であればよい。このような有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、エチレングリコール、イソプロピルアルコール、プロピレングリコール、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブまたはプロピレングリコールモノメチルエーテルなどのアルコール;酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、ガンマ−ブチロラクトン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテートまたは乳酸エチルなどのエステル系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルアミルケトンまたはメチルイソブチルケトンなどのケトン系溶剤;ペンタン、ヘキサンまたはヘプタンなどの非塩素系脂肪族炭化水素溶剤;トルエン、キシレンまたはフェノールなどの非塩素系芳香族炭化水素溶剤、アセトニトリルなどのニトリル系溶剤;テトラヒドロフランまたはジメトキシエタンなどのエーテル系溶剤;クロロホルムまたはクロロベンゼンなどの塩素系溶剤;N−メチルピロリドン(NMP)またはN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等のアミド系溶剤などが挙げられ、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、非塩素系芳香族炭化水素溶剤、エーテル系溶剤、およびアミド系溶剤が好ましく、ケトン系溶剤およびアミド系溶剤がより好ましく、アミド系溶剤がさらに好ましい。これら有機溶剤は、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。
本発明の液晶組成物における有機溶剤の含有量は、重合性液晶化合物(A)100質量部に対して、好ましくは100〜10000質量部、より好ましくは200〜5000質量部、さらに好ましくは500〜2500質量部である。
また、本発明の液晶組成物は、重合性液晶化合物(A)とともに重合体(B)を含むことにより、有機溶剤に対する溶解性に優れる。このため、本発明の液晶組成物は保存時の安定性に優れるとともに、塗工時および保存時等に使用する有機溶剤の量を減らすことができる点においても有利である。例えば、溶剤としてN−メチルピロリドンを用いた場合、溶剤の含有量が重合性液晶化合物(A)を100質量部として、例えば2500質量部以下であっても長期間(例えば、24時間以上、好ましくは72時間以上)にわたり重合性液晶化合物(A)の析出を抑制することができる。
本発明の液晶組成物は、例えば、重合体(B)の調製方法として先に記載したような方法により、予め別途調製した重合体(B)と、重合性液晶化合物(A)とを、重合体(B)の面積百分率値が所定の値となるよう混合することにより得ることができる。また、液晶組成物に含まれる重合体(B)が、該液晶組成物に含まれる重合性液晶化合物(A)に由来する重合体のみである場合には、重合性液晶化合物(A)の重合反応の進行を制御することにより、未反応の重合性液晶化合物(A)とその重合体(B)との混合物として本発明の液晶組成物を得ることもできる。
後者の方法において、重合性液晶化合物(A)の重合反応は、例えば、用いる重合開始剤の種類や量、加熱温度や加熱時間等の反応条件により制御することができる。重合開始剤としては、重合体(B)に関して例示したものと同様のものが挙げられ、熱重合開始剤が好ましい。
加熱温度は、所望する重合性液晶化合物(A)と重合体(B)の比率、所望する重合体(B)の分子量、使用する熱重合開始剤の種類、反応濃度等に応じて適宜決定すればよいが、通常20〜120℃であり、例えば、40〜80℃であることが好ましく、40〜60℃であることがより好ましい。また、加熱時間は、通常10分〜24時間であり、10分〜10時間であることが好ましく、10分〜5時間であることがより好ましい。
本発明の一実施態様において、上記液晶組成物の配向状態における重合体から構成される位相差フィルム(以下、「本発明の位相差フィルム」ともいう)が提供される。本発明の位相差フィルムは下記式(1)の波長分散度Re(450nm)/Re(550nm)を満たすことが好ましい。
0.8≦Re(450)/Re(550)<1.0 (1)
[式(1)中、Re(λ)は波長λnmの光に対する正面位相差値を表す。]
本発明の位相差フィルムの波長分散度Re(450nm)/Re(550nm)は、より好ましくは0.8以上0.98未満、さらに好ましくは0.8以上0.96未満である。本発明の位相差フィルムの波長分散度Re(450nm)/Re(550nm)が上記下限値以上であると、450nm付近の短波長域において円偏光変換が可能となるため好ましい。本発明の位相差フィルムの波長分散度Re(450nm)/Re(550nm)が上記上限値未満であると、得られる位相差フィルムが逆波長分散性を示すため好ましい。
本発明の位相差フィルムは、透明性に優れ、様々な光学ディスプレイにおいて用いることができる。該位相差フィルムの厚みは、0.1〜10μmであることが好ましく、光弾性を小さくする点で0.5〜3μmであることがさらに好ましい。
本発明の位相差フィルムをλ/4板に用いる場合には、得られる位相差フィルムの、波長550nmにおける位相差値(Re(550nm))が好ましくは113〜163nm、より好ましくは130〜150nm、特に好ましくは約135nm〜150nmである。
本発明の位相差フィルムをVA(Vertical Alignment)モード用光学フィルムとして使用するためには、Re(550nm)を好ましくは40〜100nm、より好ましくは60〜80nm程度となるように、位相差フィルムの膜厚を調整すればよい。
本発明の位相差フィルムを偏光フィルムと組み合わせることにより、偏光板(以下、「本発明の偏光板」ともいう)、特に楕円偏光板および円偏光板が提供される。これら楕円偏光板および円偏光板においては、偏光フィルムに本発明の位相差フィルムが貼合されている。また、本発明においては、該楕円偏光板または円偏光板にさらに本発明の位相差フィルムを広帯域λ/4板として貼合させた広帯域円偏光板も提供することができる。
本発明の一実施態様において、本発明の偏光板を含む光学ディスプレイ、例えば、反射型液晶ディスプレイおよび有機エレクトロルミネッセンス(EL)ディスプレイに用いることができる。上記FPDは、特に限定されるものではなく、例えば液晶表示装置(LCD)や有機EL表示装置を挙げることができる。
本発明において光学ディスプレイは、本発明の偏光板を備えるものであり、例えば本発明の偏光板と液晶パネルとが貼り合わされた貼合品を備える液晶表示装置や、本発明の偏光板と、発光層とが貼り合わされた有機ELパネルを備える有機EL表示装置を挙げることができる。
なお、本発明において位相差フィルムとは、直線偏光を円偏光や楕円偏光に変換したり、逆に円偏光または楕円偏光を直線偏光に変換したりするために用いられるフィルムである。本発明の位相差フィルムは、本発明の液晶組成物の重合体を含むものである。すなわち、本発明の位相差フィルムは、重合性液晶化合物(A)に由来する構造単位から構成される重合体および重合体(B)を含むものである。
本発明の位相差フィルムは、例えば以下のような方法により製造することができる。
まず、重合性液晶化合物(A)および重合体(B)、場合により上述した有機溶剤を含む液晶組成物に、必要に応じて、下記重合開始剤、重合禁止剤、光増感剤またはレベリング剤などの添加剤を加えて、混合溶液を調製する。特に成膜時に成膜が容易となることから有機溶剤を含むことが好ましく、得られた位相差フィルムを硬化する働きをもつことから重合開始剤を含むことが好ましい。
重合開始剤としては、例えば、光重合開始剤および熱重合開始剤等が挙げられ、光重合開始剤であることが好ましい。
光重合開始剤としては、例えばベンゾイン類、ベンゾフェノン類、ベンジルケタール類、α−ヒドロキシケトン類、α−アミノケトン類、ヨードニウム塩またはスルホニウム塩等が挙げられ、より具体的には、イルガキュア(Irgacure)907、イルガキュア184、イルガキュア651、イルガキュア819、イルガキュア250、イルガキュア369(以上、全てチバ・ジャパン株式会社製)、セイクオールBZ、セイクオールZ、セイクオールBEE(以上、全て精工化学株式会社製)、カヤキュアー(kayacure)BP100(日本化薬株式会社製)、カヤキュアーUVI−6992(ダウ社製)、アデカオプトマーSP−152またはアデカオプトマーSP−170(以上、全て株式会社ADEKA製)などを挙げることができる。
重合開始剤の含有量は、重合性液晶化合物(A)100質量部に対して、例えば0.1〜30質量部であり、好ましくは0.5〜20質量部であり、より好ましくは0.5〜10質量部である。上記範囲内であれば、液晶化合物の配向性を乱すことなく、重合性液晶化合物(A)を重合させることができる。
本発明の位相差フィルムを調製する際に使用し得る重合禁止剤としては、例えばハイドロキノンまたはアルキルエーテル等の置換基を有するハイドロキノン類、ブチルカテコール等のアルキルエーテル等の置換基を有するカテコール類、ピロガロール類、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシラジカル等のラジカル捕捉剤、チオフェノール類、β−ナフチルアミン類またはβ−ナフトール類等を挙げることができる。
重合禁止剤を用いることにより、重合性液晶化合物(A)の重合を制御することができ、得られる位相差フィルムの安定性を向上させることができる。重合禁止剤の使用量は、例えば重合性液晶化合物(A)100質量部に対して、0.05〜30質量部であり、好ましくは0.1〜10質量部である。上記範囲内であれば、液晶化合物の配向性を乱すことなく、重合性液晶化合物(A)を重合させることができる。
また、本発明の位相差フィルムを調製する際に使用し得る光増感剤としては、例えばキサントンまたはチオキサントン等のキサントン類、アントラセンまたはアルキルエーテルなどの置換基を有するアントラセン類、フェノチアジン或いはルブレンを挙げることができる。
光増感剤を用いることにより、重合性液晶化合物(A)の重合を高感度化することができる。光増感剤の使用量としては、重合性液晶化合物(A)100質量部に対して、例えば0.05〜30質量部であり、好ましくは0.1〜10質量部である。上記範囲内であれば、液晶化合物の配向性を乱すことなく、重合性液晶化合物(A)を重合させることができる。
本発明の位相差フィルムを調製する際に使用し得るレベリング剤としては、例えば放射線硬化塗料用添加剤(ビックケミージャパン製:BYK−352,BYK−353,BYK−361N)、塗料添加剤(東レ・ダウコーニング株式会社製:SH28PA、DC11PA、ST80PA)、塗料添加剤(信越化学工業株式会社製:KP321、KP323、X22−161A、KF6001)またはフッ素系添加剤(大日本インキ化学工業株式会社製:F−445、F−470、F−479)などを挙げることができる。
レベリング剤を用いることにより、得られる位相差フィルムを平滑化することができる。さらに位相差フィルムの製造過程で、液晶組成物を含有する混合溶液の流動性を制御したり、重合性液晶化合物(A)を重合して得られる位相差フィルムの架橋密度を調整したりすることができる。またレベリング剤の使用量の具体的な数値は、例えば重合性液晶化合物(A)100質量部に対して、0.05〜30質量部であり、好ましくは0.05〜10質量部である。上記範囲内であれば、液晶化合物の配向性を乱すことなく、重合性液晶化合物(A)を重合させることができる。
本発明の液晶組成物を含有する混合溶液の粘度は、塗布しやすいように、例えば10Pa・s以下、好ましくは0.1〜7Pa・s程度に調整されることが好ましい。なお、混合溶液の粘度は、有機溶剤の含有量により調整することができる。
また、上記混合溶液における固形分の濃度は、例えば5〜50質量%であり、好ましくは5〜30%、より好ましくは5%〜15%である。なお、ここでいう「固形分」とは、混合溶液(液晶組成物)から溶剤を除いた成分のことをいう。固形分の濃度が5%以上であると、位相差フィルムが薄くなりすぎず、液晶パネルの光学補償に必要な複屈折率が与えられる傾向がある。また50%以下であると、混合溶液の粘度が低いことから、位相差フィルムの膜厚にムラが生じにくくなる傾向があることから好ましい。
続いて支持基材に、支持基材の上に、本発明の液晶組成物を含有する混合溶液を塗布し、乾燥すると、未重合フィルムが得られる。未重合フィルムがネマチック相などの液晶相を示す場合、得られる位相差フィルムは、モノドメイン配向による複屈折性を有する。未重合フィルムは0〜120℃程度、好ましくは、25〜80℃の低温で配向することから、配向膜として耐熱性に関して必ずしも十分ではない支持基材を用いることができる。また、配向後さらに30〜10℃程度に冷却しても結晶化することがないため、取扱いが容易である。
なお混合溶液の塗布量や濃度を適宜調整することにより、所望の位相差を与えるように膜厚を調整することができる。重合性液晶化合物(A)および重合体(B)の量が一定である混合溶液の場合、得られる位相差フィルムの位相差値(リタデーション値、Re(λ))は、式(I)のように決定されることから、所望のRe(λ)を得るために、膜厚dを調整してもよい。
Re(λ)=d×Δn(λ) (I)
(式中、Re(λ)は、波長λnmにおける位相差値を表し、dは膜厚を表し、Δn(λ)は波長λnmにおける複屈折率を表す。)
支持基材への塗布方法としては、例えば押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、CAPコーティング法またはダイコーティング法などが挙げられる。またディップコーター、バーコーターまたはスピンコーターなどのコーターを用いて塗布する方法などが挙げられる。
上記支持基材としては、例えばガラス、プラスチックシート、プラスチックフィルムまたは透光性フィルムを挙げることができる。なお前記透光性フィルムとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ノルボルネン系ポリマーなどのポリオレフィンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリメタクリル酸エステルフィルム、ポリアクリル酸エステルフィルム、セルロースエステルフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリスルフォンフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、ポリフェニレンスルフィドフィルムまたはポリフェニレンオキシドフィルムなどが挙げられる。
例えば本発明の位相差フィルムの貼合工程、運搬工程、保管工程など、位相差フィルムの強度が必要な工程でも、支持基材を用いることにより、破れなどなく容易に取り扱うことができる。
また、支持基材上に配向膜を形成して、配向膜上に本発明の液晶組成物を含む混合溶液を塗工することが好ましい。配向膜は、本発明の液晶組成物などを含有する混合溶液の塗工時に、混合溶液に溶解しない溶剤耐性を持つこと、溶剤の除去や液晶の配向の加熱処理時に耐熱性をもつこと、ラビング時に摩擦などによる剥がれなどが起きないことが好ましく、ポリマーまたはポリマーを含有する組成物からなることが好ましい。
前記ポリマーとしては、例えば分子内にアミド結合を有するポリアミドやゼラチン類、分子内にイミド結合を有するポリイミドおよびその加水分解物であるポリアミック酸、ポリビニルアルコール、アルキル変性ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリオキサゾール、ポリエチレンイミン、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸またはポリアクリル酸エステル類等のポリマーを挙げることができる。これらのポリマーは、単独で用いてもよいし、2種類以上混ぜたり、共重合体としたりしてもよい。これらのポリマーは、脱水や脱アミンなどによる重縮合や、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合等の連鎖重合、配位重合や開環重合等で容易に得ることができる。
またこれらのポリマーは、溶剤に溶解して、塗布することができる。溶剤は、特に制限はないが、具体的には、水;メタノール、エタノール、エチレングリコール、イソプロピルアルコール、プロピレングリコール、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブまたはプロピレングリコールモノメチルエーテルなどのアルコール;酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、ガンマ−ブチロラクトン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテートまたは乳酸エチルなどのエステル系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルアミルケトンまたはメチルイソブチルケトンなどのケトン系溶剤;ペンタン、ヘキサンまたはヘプタンなどの非塩素系脂肪族炭化水素溶剤;トルエンまたはキシレンなどの非塩素系芳香族炭化水素溶剤、アセトニトリルなどのニトリル系溶剤;テトラヒドロフランまたはジメトキシエタンなどのエーテル系溶剤;クロロホルムまたはクロロベンゼンなどの塩素系溶剤;などが挙げられる。これら有機溶剤は、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。
また配向膜を形成するために、市販の配向膜材料をそのまま使用してもよい。市販の配向膜材料としては、サンエバー(登録商標、日産化学工業株式会社製)またはオプトマー(登録商標、JSR株式会社製)などが挙げられる。
このような配向膜を用いれば、延伸による屈折率制御を行う必要がないため、複屈折の面内ばらつきが小さくなる。それゆえ、支持基材上にフラットパネル表示装置(FPD)の大型化にも対応可能な大きな位相差フィルムを提供できるという効果を奏する。
上記支持基材上に配向膜を形成する方法としては、例えば上記支持基材上に、市販の配向膜材料や配向膜の材料となる化合物を溶液にして塗布し、その後、アニールすることにより、上記支持基材上に配向膜を形成することができる。
このようにして得られる配向膜の厚さは、例えば10nm〜10000nmであり、好ましくは10nm〜1000nmである。上記範囲とすれば、重合性液晶化合物(A)および重合体(B)等を該配向膜上で所望の角度に配向させることができる。
またこれら配向膜は、必要に応じてラビングまたは偏光UV照射を行うことができる。配向膜を形成させることにより重合性液晶化合物(A)および重合体(B)等を所望の方向に配向させることができる。
配向膜をラビングする方法としては、例えばラビング布が巻きつけられ、回転しているラビングロールを、ステージに載せられ、搬送されている配向膜に接触させる方法を用いることができる。
上記の通り、未重合フィルムを調製する工程では、任意の支持基材の上に積層した配向膜上に未重合フィルム(液晶層)を積層してもよい。この場合、液晶セルを作製し、該液晶セルに液晶組成物を注入する方法に比べて、生産コストを低減することができる。さらにロールフィルムでのフィルムの生産が可能である。
溶剤の乾燥は、重合を進行させるとともに行ってもよいが、重合前にほとんどの溶剤を乾燥させることが、成膜性の点から好ましい。
溶剤の乾燥方法としては、例えば自然乾燥、通風乾燥、減圧乾燥などの方法が挙げられる。具体的な加熱温度としては、10〜120℃であることが好ましく、25〜80℃であることがさらに好ましい。また加熱時間としては、10秒間〜60分間であることが好ましく、30秒間〜30分間であることがより好ましい。加熱温度および加熱時間が上記範囲内であれば、上記支持基材として、耐熱性が必ずしも十分ではない支持基材を用いることができる。
次に、上記で得られた未重合フィルムを重合し、硬化させる。これにより重合性液晶化合物(A)および重合体(B)の配向性が固定化されたフィルム、すなわち本発明の液晶組成物の重合体を含むフィルム(以下、「重合フィルム」ともいう)となる。これにより、フィルムの平面方向に屈折率変化が小さく、フィルムの法線方向に屈折率変化が大きい重合フィルムを製造することができる。
未重合フィルムを重合させる方法は、重合性液晶化合物(A)の種類に応じて、決定されるものである。重合性液晶化合物(A)に含まれる重合性基が光重合性であれば光重合、該重合性基が熱重合性であれば熱重合により、上記未重合フィルムを重合させることができる。本発明では、特に光重合により未重合フィルムを重合させることが好ましい。光重合によれば低温で未重合フィルムを重合させることができるので、支持基材の耐熱性の選択幅が広がる。また工業的にも製造が容易となる。また成膜性の観点からも光重合が好ましい。光重合は、未重合フィルムに可視光、紫外光またはレーザー光を照射することにより行う。取り扱い性の観点から、紫外光が特に好ましい光照射は、重合性液晶化合物(A)が液晶相をとる温度に加温しながら行ってもよい。この際、マスキングなどによって重合フィルムをパターニングすることもできる。
さらに本発明の位相差フィルムは、ポリマーを延伸することによって位相差を与える延伸フィルムと比較して、薄膜である。
本発明の位相差フィルムの製造方法において、さらに、支持基材を剥離する工程を含んでいてもよい。このような構成とすることにより、得られる積層体は、配向膜と位相差フィルムとからなるフィルムとなる。また上記支持基材を剥離する工程に加えて、配向膜を剥離する工程をさらに含んでいてもよい。このような構成とすることにより、位相差フィルムを得ることができる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。例中の「%」及び「部」は、特記ない限り、質量%及び質量部である。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析条件を以下に示す。
<GPC分析条件>
測定装置:HLC−8220(東ソー株式会社)
カラム:TSKgel SuperMultiporeHZ−N 3本
カラム温度:40℃
インレットオーブン:40℃
移動相:テトラヒドロフラン
分析時間:20分
サンプルポンプ流量:0.35mL/分
リファレンスポンプ流量:0.35mL/分
注入量:10μm
検出:紫外吸収(波長:254nm)
1.実施例1
(1)液晶組成物の調製
以下の方法に従い、下記式(A−1)で示される重合性液晶化合物(A)(以下、「化合物(A−1)」という)と、下記式(B−1)で示される重合体(B)(以下、「重合体(B−1)」という)とを含む液晶組成物(1)を合成した。
Figure 2017179367
<工程(a)>
ジムロート冷却管および温度計を設置した100mL−四ツ口フラスコ内を窒素雰囲気とし、特許文献(特開2010−31223)を参考に合成した化合物(C−1−1)11.02g、特許文献(特開2011−207765)を参考に合成した化合物(F−1−1)4.00g、ジメチルアミノピリジン(以下、「DMAP」と略す。和光純薬工業(株)製)0.02g、ジブチルヒドロキシトルエン(以下、「BHT」と略す。和光純薬工業(株)製)0.20g、およびクロロホルム(関東化学(株)製)58gを混合した後、ジイソプロピルカルボジイミド(以下、「IPC」と略す。和光純薬工業(株)製)4.05gを滴下漏斗で加えて0℃で一晩反応させた。反応終了後、濾過をして不溶成分を除去した。得られたクロロホルム溶液を、含有するクロロホルムの重量に対して3倍の重量のアセトニトリル(和光純薬工業(株)製)に滴下した。続いて、濾過して析出した固体を取り出し、20gのアセトニトリルで3回洗浄した後、30℃で減圧乾燥することにより化合物(A−1)を11.43g得た。化合物(A−1)の収率は、化合物(F−1−1)基準で80%であった。
<工程(b)>
工程(a)で得られた化合物(A−1)10g、アゾビスイソブチロニトリル(以下、「AIBN」と略す。和光純薬工業(株)製)0.015g、およびテトラヒドロフラン(林純薬(株)製)90gを混合し、60℃で1時間反応させた。反応終了後、ヘプタン180g(和光純薬工業(株)製)を添加して析出した固体を取り出し、テトラヒドロフラン/ヘプタン(質量比:1/2)溶液で洗浄を行った後、30℃で減圧乾燥することで液晶組成物(1)を9.80g得た。液晶組成物(1)の収率は、化合物(A−1)基準で98%であった。なお、液晶組成物(1)の極大吸収波長(λmax)は352nmであった。
得られた液晶組成物(1)について、GPCを用いて重合体(B−1)の重量平均分子量および面積百分率値を測定した。その結果を表1に示す。
Figure 2017179367
(2)保存安定性評価
バイアル管に、前記液晶組成物(1)を投入し、表2に記載の組成に従い重合開始剤、レベリング剤、重合禁止剤および溶剤を仕込み、カルーセルを用いて80℃で30分撹拌し、液晶組成物含有混合溶液(1)を得た。
なお、表2に示す重合開始剤、レベリング剤および重合禁止剤の量は、液晶組成物(1)100質量部に対する仕込み量である。また、溶剤の配合量は、液晶化合物(A−1)の質量%が溶液全量に対して13%となるように設定した。
Figure 2017179367
重合開始剤:2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)ブタン−1−オン(イルガキュア369;BASFジャパン社製)
レベリング剤:ポリアクリレート化合物(BYK−361N;ビックケミージャパン製)
重合禁止剤:BHT(和光純薬工業(株)製)
溶剤:N−メチルピロリドン(NMP;関東化学(株)製)
得られた液晶組成物含有混合溶液(1)を25℃で保管し、経時的に目視にて結晶析出の有無を確認し、以下の評価基準に従い保存安定性を評価した。結果を表9に示す。
保存安定性評価基準
1:保管後直ちに析出
2:保管24時間後に析出なし
3:保管48時間後に析出なし
4:保管72時間後に析出なし
(3)光学フィルム(位相差フィルム)の作製
<光配向膜形成用組成物の調製>
下記成分を混合し、得られた混合物を80℃で1時間攪拌することにより、光配向膜形成用組成物(1)を得た。下記光配向性材料は、特開2013−33248号公報記載の方法で合成した。
光配向性材料(5部):
Figure 2017179367
溶剤(95部):シクロペンタノン
<光学フィルムの製造例>
以下のように光学フィルムを製造した。シクロオレフィンポリマーフィルム(COP)(ZF−14、日本ゼオン株式会社製)を、コロナ処理装置(AGF−B10、春日電機株式会社製)を用いて出力0.3kW、処理速度3m/分の条件で1回処理した。コロナ処理を施した表面に、前記光配向膜形成用組成物(1)をバーコーター塗布し、80℃で1分間乾燥し、偏光UV照射装置(SPOT CURE SP−7;ウシオ電機株式会社製)を用いて、100mJ/cmの積算光量で偏光UV露光を実施した。得られた配向膜の膜厚をレーザー顕微鏡(LEXT、オリンパス株式会社製)で測定したところ、100nmであった。
続いて、前記保存安定性評価における混合溶液と同様に調製した液晶組成物含有混合溶液(1)を、配向膜上にバーコーターを用いて塗布し、120℃で1分間乾燥した後、高圧水銀ランプ(ユニキュアVB―15201BY−A、ウシオ電機株式会社製)を用いて、紫外線を照射(窒素雰囲気下、波長:365nm、波長365nmにおける積算光量:1000mJ/cm)することにより光学フィルムを作成した。なお、得られた光学フィルムのRe(450)/Re(550)の値は0.82であり、式(1):0.8≦Re(450)/Re(550)<1.00の光学特性を満たしていた。
(4)配向欠陥の確認
得られた光学フィルムを10cm四方に切り出し、偏光顕微鏡(LEXT、オリンパス社製)を用いて目視にて画面上の配向欠陥の個数を確認した。結果を表9に示す。
配向欠陥評価基準
1:全面に配向欠陥が発生(>100個)
2:11〜100個
3:1〜10個
4:欠陥なし
2.実施例2〜17
(1)液晶組成物(2)〜(5)の調製
表3に示す組成に従い、実施例1で得られた液晶組成物(1)と化合物(A−1)を混合し、液晶組成物(2)〜(5)を調製した。得られた液晶組成物(2)〜(5)について、GPCを用いて重合体(B−1)の重量平均分子量および面積百分率値を測定した。その結果を表3に示す。
Figure 2017179367
(2)液晶組成物(6)、(9)、(14)および(17)の調製
実施例1の工程(a)により得られた化合物(A−1)10gを用いて、表4の条件で工程(b)を行い、液晶組成物(6)、(9)、(14)および(17)をそれぞれ得た。
Figure 2017179367
(3)液晶組成物(7)および(8)の調製
表5に示す組成に従い、液晶組成物(6)と化合物(A−1)を混合し、液晶組成物(7)および(8)を調製した。得られた液晶組成物(6)〜(8)について、GPCを用いて重合体(B−1)の重量平均分子量および面積百分率値を測定した。その結果を表5に示す。
Figure 2017179367
(4)液晶組成物(10)〜(13)の調製
表6に示す組成に従い、液晶組成物(9)と化合物(A−1)を混合し、液晶組成物(10)〜(13)を調製した。得られた液晶組成物(10)〜(13)について、GPCを用いて重合体(B−1)の重量平均分子量および面積百分率値を測定した。その結果を表6に示す。
Figure 2017179367
(5)液晶組成物(14)〜(16)の調製
表7に示す組成に従い、液晶組成物(14)と化合物(A−1)を混合し、液晶組成物(14)〜(16)を調製した。得られた液晶組成物(14)〜(16)について、GPCを用いて重合体(B−1)の重量平均分子量および面積百分率値を測定した。その結果を表7に示す。
Figure 2017179367
上述した方法により得られた液晶組成物(17)について、GPCを用いて重合体(B−1)の重量平均分子量および面積百分率値を測定した。その結果を表8に示す。
Figure 2017179367
(6)保存安定性および配向欠陥の評価
得られた液晶組成物(2)〜(17)について、実施例1と同様の配合割合および方法により液晶組成物含有混合溶液を調製し、保存安定性を評価した。さらに、実施例1と同様の方法により光学フィルムを作製し、得られた光学フィルムの配向欠陥の有無を確認した。その結果を表9に示す。
Figure 2017179367
3.実施例18および19
(1)液晶組成物(18)の調製
以下の方法に従い、下記式(A−2)で示される重合性液晶化合物(A)(以下、「化合物(A−2)」という)と式(B−2)で示される重合体(B)(以下、「重合体(B−2)」という)とを含む液晶組成物(18)を合成した。
Figure 2017179367
<工程(a)>
実施例1で用いた化合物(F−1−1)を化合物(F−1−2)に変更した以外は、実施例1と同様の条件で化合物(A−2)を得た。なお、化合物(F−1−2)は、特許文献(特開2011−207765)を参考に合成した。
<工程(b)>
前記工程(a)で得られた化合物(A−2)を用いて、反応時間を2時間にしたこと以外は実施例1と同様の条件で工程(b)を行い、化合物(A−2)と重合体(B−2)を含む液晶組成物(18)を得た。なお、液晶組成物(18)の極大吸収波長(λmax)は326nmであった。
得られた液晶組成物(18)について、GPCを用いて重合体(B−2)の重量平均分子量および面積百分率値を測定した。その結果を表10に示す。
Figure 2017179367
(2)液晶組成物(19)の調製
表11に示す組成に従い、液晶組成物(18)と化合物(A−2)を混合し、液晶組成物(19)を調製した。得られた液晶組成物(19)について、GPCを用いて重合体(B−2)の重量平均分子量および面積百分率値を測定した。その結果を表11に示す。
Figure 2017179367
(3)保存安定性および配向欠陥の評価
得られた液晶組成物(18)および(19)について、実施例1と同様の配合割合および方法により液晶組成物含有混合溶液を調製し、保存安定性を評価した。さらに、実施例1と同様の方法により光学フィルムを作製し、得られた光学フィルムの配向欠陥の有無を確認した。その結果を表12に示す。
Figure 2017179367
4.実施例20および21
(1)液晶組成物(20)の調製
以下の方法に従い、下記式(A−3)で示される重合性液晶化合物(A)(以下、「化合物(A−3)」という)と式(B−3)で示される重合体(B)(以下、「重合体(B−3)」という)とを含む液晶組成物(20)を合成した。
Figure 2017179367
<工程(a)>
実施例1で用いた化合物(F−1−1)を化合物(F−1−3)に変更した以外は実施例1と同様の条件で化合物(A−3)を得た。なお、化合物(F−1−3)は、特許文献(特開2011−207765)を参考に合成した。
<工程(b)>
前記工程(a)で得られた化合物(A−3)を用いて、反応時間を2時間にした以外は実施例1と同様の条件で工程(b)を行い、化合物(A−3)と重合体(B−3)を含む液晶組成物(21)を得た。なお、液晶組成物(21)の極大吸収波長(λmax)は342nmであった。
得られた液晶組成物(20)について、GPCを用いて重合体(B−3)の重量平均分子量および面積百分率値を測定した。その結果を表13に示す。
Figure 2017179367
(2)液晶組成物(21)の調製
表14に示す組成に従い、液晶組成物(20)と化合物(A−3)を混合し、液晶組成物(21)を調製した。得られた液晶組成物(21)について、GPCを用いて重合体(B−3)の重量平均分子量および面積百分率値を測定した。その結果を表14に示す。
Figure 2017179367
(3)保存安定性および配向欠陥の評価
得られた液晶組成物(20)および(21)について、実施例1と同様の配合割合および方法により液晶組成物含有混合溶液を調製し、保存安定性を評価した。さらに、実施例1と同様の方法により光学フィルムを作製し、得られた光学フィルムの配向欠陥の有無を確認した。その結果を表15に示す。
Figure 2017179367
5.比較例1〜7
前記実施例中の化合物(A−1)、(A−2)および(A−3)に、表16に示す重合体をそれぞれ添加して液晶混合物を調製した。実施例1の液晶組成物含有混合溶液の調製と同様の方法を用いて、前記各液晶混合物から液晶混合物含有混合溶液を作製し、保存安定性を評価した。その結果を表16に示す。
Figure 2017179367
なお、表16における各重合体の化学式は以下のとおりである。
重合体D:
Figure 2017179367
重合体E
Figure 2017179367
重合体F
Figure 2017179367
表9、表12および表15に示すとおり、主鎖に環構造を5個以上有する重合性液晶化合物と、該重合性液晶化合物の重合体とを含む実施例1〜21の液晶組成物は、保管後長時間にわたり結晶の析出が抑えられ、保存安定性に優れていた。また、実施例1〜21の液晶組成物を用いて形成した光学フィルムは配向欠陥のない、または少ない光学フィルムとなった。これに対して、表16に示すとおり、本発明の実施例で用いたものと同じ重合性液晶化合物を用いても、重合体を含まない液晶混合物(比較例1、6および7)、および主鎖に環構造を5個以上有する重合性液晶化合物の重合体とは異なる構造の重合体を含む液晶混合物(比較例2〜5)では、保管後直ちに結晶の析出がみられ、保存安定性に劣ることが確認された。

Claims (14)

  1. 主鎖に環構造を5個以上有する重合性液晶化合物(A)と、主鎖に環構造を5個以上有する重合性液晶化合物(A)の重合体(B)とを含む液晶組成物。
  2. ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定された前記重合体(B)の面積百分率値が、0.01%以上40%以下である、請求項1に記載の液晶組成物。
  3. ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定された前記重合体(B)の重量平均分子量(Mw)が4,000〜200,000である、請求項1または2に記載の液晶組成物。
  4. さらに有機溶剤を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の液晶組成物。
  5. 前記重合性液晶化合物(A)は、下記式(A)で表される重合性液晶化合物である、請求項1〜4のいずれかに記載の液晶組成物。
    Figure 2017179367
    [式(A)中、mおよびnは、それぞれ独立に、0〜3の整数を表し、
    、B、D、D、EおよびEは、それぞれ独立に、−CR−、−CH−CH−、−O−、−S−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−C(=S)−O−、−O−C(=S)−、−O−C(=S)−O−、−CO−NR−、−NR−CO−、−O−CH−、−CH−O−、−S−CH−、−CH−S−または単結合を表し、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表し、
    、A、GおよびGは、それぞれ独立に、炭素数3〜16の2価の脂環式炭化水素基または炭素数6〜20の2価の芳香族炭化水素基を表し、該脂環式炭化水素基および該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、−R、−OR、シアノ基またはニトロ基で置換されていてもよく、該脂環式炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−、−S−、−NH−または−NR−で置換されていてもよく、該脂環式炭化水素基に含まれる−CH(−)−は、−N(−)−で置換されていてもよく、RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基を表し、該アルキル基に含まれる水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよく、
    およびFは、それぞれ独立に、炭素数1〜12のアルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基に含まれる水素原子は、−ORまたはハロゲン原子で置換されていてもよく、該アルカンジイル基に含まれる−CH−は、−O−または−CO−で置き換わっていてもよく、
    およびPは、それぞれ独立に、水素原子または重合性基を表し(ただしPおよびPのうち少なくとも1つは重合性基を表す)、
    Arは置換されていてもよい2価の芳香族基であり、該芳香族基中に、少なくとも1つの窒素原子、酸素原子または硫黄原子を含む。]
  6. 前記式(A)中のArはπ電子を10個以上30個以下有する芳香族基である、請求項5に記載の液晶組成物。
  7. 極大吸収波長(λmax)が300〜400nmである、請求項1〜6のいずれかに記載の液晶組成物。
  8. 前記式(A)中のArは複素環を有する芳香族基である、請求項5〜7のいずれかに記載の液晶組成物。
  9. 前記複素環を有する芳香族基はベンゾチアゾール基を有する芳香族基である、請求項8に記載の液晶組成物。
  10. およびGの両方がトランス−シクロヘキサン−1,4−ジイル基である、請求項5〜9のいずれかに記載の液晶組成物。
  11. 請求項1〜10のいずれかに記載の液晶組成物から構成される位相差フィルム。
  12. 下記式(1)を満たす、請求項11に記載の位相差フィルム。
    0.80≦Re(450)/Re(550)<1.00 (1)
    [式(1)中、Re(λ)は波長λnmの光に対する正面位相差値を表す。]
  13. 請求項11または12に記載の位相差フィルムを含む偏光板。
  14. 請求項13に記載の偏光板を含む光学ディスプレイ。
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